2.1.4. Schéma des forces : identification et caractéristique des forces

Nous avons indiqué l’importance des registres sémiotiques. Jusqu’à présent, notre analyse de la compréhension par les élèves du concept de force s’est limitée à l’analyse des questions mettant en jeu l’identification des forces soit en langue naturelle soit éventuellement sous forme vectorielle L’expression schématique de la force présente non seulement l’information sur l’identification des forces mais aussi les caractéristiques qui lui sont attribuées (direction et sens sont les caractéristiques qui nous intéressent ici).

Dans le test 4, on demandait aux élèves dans l’exercice 2 de représenter le schéma des forces s’exerçant sur une balle en train d’être lancée à la verticale puis sur la balle en train de monter.

Le Tableau 11-12 et le Tableau 11-13 présentent les fréquences des réponses des élèves à cet exercice.

Pour cette analyse, nous avons choisi de ne considérer que les trois forces qui nous intéressent a priori : la force exercée par la Terre, la force exercée par l’air et la force exercée par la personne. Les seules autres forces qui ont été mentionnées sont la force exercée par la balle (citée par un élève dans la situation de la balle en train d’être lancée) et la force exercée par le sol sur la balle (citée par trois élèves dans la situation de la balle en train de monter).

Du point de vue de l’identification des forces, on voit que tous les élèves ont représenté la force exercée par la Terre pour le premier schéma et que tous les élèves sauf un l’ont indiqué dans le deuxième schéma. Plus d’élèves ont indiqué la force exercée par l’air dans le cas où la balle monte dans les airs que dans le cas où elle est lancée. Nous avons remarqué à plusieurs reprises que le critère de prise en compte de cette force variait d’un enseignant à un autre et nous nous intéresserons surtout ici à la caractéristique de cette force lorsqu’elle est indiquée. Enfin quatre élèves n’ont pas indiqué la force exercée par la personne pendant le lancer (alors qu’ils auraient dû) et 15 personnes ont indiqué cette force au moment de la montée (alors qu’il ne fallait pas la représenter). On observe donc des performances qui rejoignent les conclusions issues de l’analyse des interactions : la force exercée par la Terre ne pose pas de difficulté alors que la force exercée par le lanceur est plus délicate.

Nous avons analysé les caractéristiques des forces afin de mieux comprendre le sens que pouvaient donner les élèves à ces forces. On voit ainsi qu’un élève indique une force exercée par la Terre vers la gauche pour le premier schéma et deux élèves représentent cette force vers le haut dans le deuxième schéma. C’est une petite minorité d’élèves mais cet indice est assez important pour laisser penser que l’élève a un problème de compréhension. On note une autre difficulté, présente chez plus d’élèves et difficile à interpréter. Il s’agit du fait que 9 élèves représentent la force exercée par le lanceur vers le bas dans le premier schéma. En effet, l’erreur attendue dans cet exercice était que les élèves indiquent la force exercée par le joueur vers le haut dans le deuxième schéma mais nous n’avions pas prévu que les élèves représentent la force exercée par le lanceur vers le bas pour le premier.

On remarque que 14 élèves n’ont pas indiqué de force exercée par le lanceur mais ont indiqué la force de l’air vers le haut pour le deuxième schéma. Cela va dans le sens de ce que nous avons signalé pour la force motrice. Même si les élèves savent qu’il n’y a pas la force exercée par le joueur (puisqu’il n’y a pas contact), ils souhaitent indiquer une force dans le sens du mouvement.

Pendant les entretiens, les élèves évoquent rarement le sens des forces. Charlotte, qui pour le deuxième schéma a indiqué la force exercée par la Terre vers le bas et la force exercée par l’air vers le haut, répond ainsi à nos questions (l’interviewer est noté I et Charlotte est notée C) :

Charlotte semble donner au sens des flèches une signification en termes de mouvement. La force exercée par la Terre est vers le bas car c’est la Terre qui fait retomber la balle. La force exercée par l’air est vers le haut car la balle monte.

Nous avons donc retrouvé dans les performances des élèves des réponses correspondant au raisonnement « lien force et mouvement ». En effet, quand la force est dans le sens du mouvement (situation 1), la caractérisation des forces ne pose pas de problème. Dans le cas où la résultante des forces n’est pas dans le sens du mouvement (cas de la situation 2 où la balle monte dans les airs), les résultats sont plutôt bons puisque nous obtenons environ 60% de bonnes réponses. Cependant, même si peu d’élèves ont indiqué la force exercée par le joueur sur la balle pendant la montée, on voit que cette situation a incité les élèves à indiquer une force vers le haut : dans la plupart des cas, il s’agit de la force exercée par l’air (mais le nombre d’élèves ayant indiqué la force exercée par l’air vers le haut est comparable dans la situation 2 (14) et dans la situation 1 (12)) mais on remarque que deux élèves ont indiqué la force exercée par la Terre vers le haut dans la situation 2 alors que la caractérisation de cette force ne pose normalement pas de problème aux élèves. L’enseignement par le biais des interactions semble avoir été efficace pour lutter contre l’idée de force motrice mais il paraît nécessaire de se méfier que cela ne fasse pas apparaître d’autres types d’erreurs.