3.1. Le Force Concept Inventory

Le Force Concept Inventory (FCI) développé par Halloun et Hestenes (1985a) est un test qui a pour objectif l’évaluation des connaissances liées au concept de force et au repérage des croyances des apprenants sur les phénomènes physiques associés. Ce test ainsi que les articles associés à son développement sont consultables en ligne ( http://modeling.asu.edu/R&E/Research.html ). Les auteurs ont aussi développé le Mechanics Baseline Test (Hestenes and Wells, 1997). Cependant, le MBT s’intéresse aux concepts de la mécanique qui nécessitent un formalisme mathématique. Au vu du programme officiel, nous n’avons pas pris le MBT comme test de référence.

Pour le FCI, les auteurs ont décidé d’analyser la compréhension des concepts de base de mécanique. Ils ont pour cela effectué une analyse du savoir à évaluer lors de l’élaboration de leur test :

‘« La théorie newtonienne nous permet d’identifier les éléments de base dans la conceptualisation du mouvement. D’un côté, nous avons les concepts de base de la cinématique tels que la position, la distance, le mouvement, le temps, la vitesse et l’accélération. D’un autre côté, nous avons les concepts de base de la dynamique tels que l’inertie, la force, la résistance, le vide, et la gravité. Nous considérons la compréhension par l’élève de ces concepts de base comme les caractéristiques définissant ses connaissances de base en mécanique. » (Halloun et Hestenes, 1985a, p.1043)’

Le développement de ce test est principalement fondé sur une analyse des connaissances initiales des élèves en mécanique et sur les conceptions que ceux-ci ont sur le mouvement. Ils font notamment appel aux travaux sur les conceptions des élèves en mécanique. Le test a été développé afin de repérer ces conceptions.

Voici les principales conceptions abordées par ce test :

• l’impetus, force intrinsèque qui permet aux objets de conserver leur mouvement, incompatible avec la première loi de Newton, où le système est comme un contenant qui peut contenir une certaine quantité d’impetus ;
• la force active : plus proche de la force au sens de Newton, attribuée à des agents actifs (souvent animés) qui agissent seulement par contact direct ; les agents actifs sont des agents causaux (causent le mouvement, génèrent l’impetus et le transfèrent aux autres objets) ;
• le principe d’Action/Réaction : les élèves voient l’interaction comme un conflit et donc l’agent le plus fort remporte la victoire (principe de dominance) ; confusion entre le couple de forces action/réaction et deux forces opposées qui s’exercent sur le même objet.
• Les questions posées sont majoritairement des questions à choix multiples pour lesquelles les réponses proposées permettent de classer l’élève dans une catégorie. Les auteurs proposent une organisation des items selon la conception associée (cf. Figure 6-6).

Par exemple, pour la question présentée Figure 6-7, la proposition B correspond à la conception AF1 « only active agents exerce force », la proposition D correspond à AR1 « greater mass implies greater force » et à AR2 « most active agent producesgreatest force », alors que la proposition E correspond à la conception admise en physique et l’utilisation de la troisième loi de Newton.

Nous avons donc utilisé ce travail d’élaboration d’un instrument d’évaluation des concepts de base de mécanique pour construire nos tests.