Chapitre 16 : Développement de PEGASE : un exemple

Nous présentons ici un exemple de diffusion de nos outils par le site Internet PEGASE afin d’illustrer et de commenter le travail que nous avons effectué. Nous tenons à signaler que ce travail n’aurait pas été possible sans l’aide technique apportée par Sophie Bazin, administratrice du site Internet.

Du point de vue de la structure hiérarchique, nos exercices se trouvent dans le thème « L’Univers en mouvement et le temps ». Ils se situent au même niveau hiérarchique que les « activités ». Ces exercices viennent compléter ceux développés pour l’ensemble de la séquence dans le cadre du projet SESAMES (en cours de diffusion). Toujours au même niveau hiérarchique, nous proposons pour les différentes parties les tests, c’est-à-dire l’ensemble des exercices composant le devoir surveillé. Ceux-ci sont consultables sous le nom DS n°1, DS n°2, DS n°3 et DS n°4.

Nous avons alimenté les trois premières parties :

Pour la Partie n°1, nous avons ajouté les trois exercices du test 1 (qui apparaissent sur le site comme les exercices 10 à 12) ainsi que le DS n°1. Pour la Partie n°2, nous avons ajouté les cinq exercices du test 2 (exercices 5 à 9) ainsi que le DS n°2. Pour la Partie n°3, nous avons ajouté les deux exercices du test 3, les six exercices du test 4 (exercices 14 à 21) ainsi que les DS n°3 et DS n°4.

De plus, nous avons rajouté pour chaque partie, dans la page de thème, des liens qui permettent de télécharger deux fichiers Word :

Nous avons choisi de présenter les différents commentaires associés aux exercices en les illustrant dans le cas d’un exercice. Il s’agit de l’exercice 5 du test 4, consultable sur le site Internet PEGASE sous le nom Exercice n°20 dans la Partie n°3.

Figure 6. Page de « description » (énoncé) de l’exercice 5 du test 4 (Exercice °20).
Figure 6. Page de « description » (énoncé) de l’exercice 5 du test 4 (Exercice °20).

Comme dans toutes les pages d’activité du site, un bandeau supérieur permet à la fois de retourner éventuellement au niveau supérieur (page d’accueil de PEGASE, rubrique « Enseigner », rubrique « Se former », rubrique « Boîte à outils ») et de se situer dans la structure (nous somme ici dans la rubrique « enseigner » et dans le thème « L’univers en mouvement et le temps »)). Le bandeau gauche permet de se repérer et de se déplacer dans le thème. Il présente les 5 parties et permet d’avoir accès aux différentes activités pour la partie dans laquelle on se trouve. En violet figurent les parties et activités pour lesquelles les liens ont déjà été activés. En noir figure l’activité dans laquelle on se trouve : ici l’exercice n°20 de la Partie 3.

La page de « description » (énoncé) rappelle le titre de la partie (ici « Principe d’inertie et autres lois de la mécanique), le numéro et le titre de l’exercice (ici « Exercice 20 (DS4) »). Nous avons choisi d’indiquer le DS dans lequel l’exercice peut se retrouver afin de différencier cet exercice des autres. Cela permet d’éviter que l’enseignant ne le choisisse pour le donner à ses élèves en classe alors qu’il voulait utiliser le devoir surveillé proposé.

En bas de l’énoncé, dans la page de description, apparaissent les différents boutons de lien. Voici les boutons associés à cet exercice :

Figure 7. Différents boutons de lien présents dans la page de description de l’exercice 20 de la Partie n°3.
Figure 7. Différents boutons de lien présents dans la page de description de l’exercice 20 de la Partie n°3.

Le bouton préparation n’apparaît plus dans les exercices mais peut apparaître pour les activités de type « Devoir Surveillé ». Il donne alors des informations sur le programme de révision et la durée nécessaire pour répondre à l’ensemble du devoir.

Un sixième type de bouton de lien a été rajouté : le bouton « Statistiques ».

Pour chaque « activité », une version intégrale du texte de l’exercice et de l’ensemble des informations associées peut être obtenue au moyen du bouton « Version intégrale imprimable ».

Pour cet exercice, voici ce que nous avons inscrit dans la fenêtre « But » :

Compétences testées dans les différentes lignes du tableau (cf. énoncé) :

Ligne 1 : Caractérisation du mouvement du système dans le référentiel terrestre

Compétence : Être capable de décrire le mouvement d’un point dans un référentiel donné en termes de direction, sens et vitesse. Cas particulier des mouvements rectiligne, circulaire et uniforme.

Il s'agit ici de passer de la description d’une situation en langue naturelle (présentée dans l'énoncé) à la description du mouvement du système étudié avec les termes du modèle.

Ligne 2 : Liste des forces qui s'exercent sur le système

Compétence : Faire un inventaire des forces exercées sur un système.

Il s'agit ici de passer de la description d’une situation en langue naturelle (présentée dans l'énoncé) à la liste des forces qui s’exercent sur le système étudié.

Ligne 3 : Les forces qui s'exercent sur le système se compensent-elles ?

Compétence : Connaître et savoir utiliser les quatre énoncés communément admis comme étant le principe d’inertie :

Il s'agit ici de passer de la description du mouvement (réponse à la ligne 1) à la compensation / non-compensation des forces sur le système étudié en utilisant les lois de la mécanique.

Ligne 4 : Schéma des forces sur le système

Compétence : Savoir représenter les forces exercées sur un système (Cette connaissance inclut la capacité à tracer les vecteurs correctement lorsqu’on sait que les forces se compensent (ou à l’inverse ne se compensent pas)).

Il s'agit ici de faire le schéma des forces qui s'exercent sur le système étudié en tenant compte des caractéristiques de chaque force et de la compensation / non-compensation des forces.

Le bouton « But » permet ainsi d’avoir accès aux différentes compétences testées dans l’exercice. Ces compétences sont exprimées avec les formulations proposées par le groupe SESAMES. Elles sont ensuite légèrement reformulées pour définir plus précisément ce qui est demandé dans la question.

Voici ce que nous avons inscrit dans la fenêtre « Savoir » :

Cet exercice met en jeu un problème assez classique : à partir d'une situation du champ expérimental, on demande aux élèves de mettre en application les modèles des parties 1, 2 et 3 :

L'intérêt de l'exercice est de proposer trois situations afin d'observer l'influence de la situation sur les réponses de l'élève.

La première situation est une situation d'immobilité. La principale difficulté est alors de dire que l'homme exerce une force sur la caisse (puisque celle-ci ne bouge pas).

Dans la deuxième situation, la difficulté réside plutôt dans la caractérisation du mouvement. L'élément important de l'énoncé est "se met en mouvement". Cet élément indique que le mouvement est "non uniforme" puisque la caisse passe d’une vitesse nulle à une vitesse non nulle.

La troisième situation permet surtout de vérifier que l'élève sait que les forces se compensent dans le cas d'un mouvement rectiligne uniforme.

Les erreurs peuvent avoir plusieurs sources.

Pour la description du mouvement :

Pour la liste des forces :

Pour la compensation des forces :

Pour le schéma des forces :

Le bouton « Savoir » permet ainsi d’avoir accès à l’analyse a priori de l’exercice, de repérer les difficultés des élèves et de donner quelques exemples d’erreurs « attendues » des élèves.

Voici ce que nous avons inscrit dans la fenêtre « Corrigé » :

Sont indiquées entre parenthèses les réponses qui sont correctes et qui seront superflues ou nécessaires selon l’exigence de l’enseignant. Nous avons choisi de représenter dans le schéma des forces la force exercée par l’air pour les systèmes en mouvement.

Voici ce que nous avons inscrit dans la fenêtre « Comportement des élèves » :

De nombreux élèves n'ont pas su réaliser le schéma des forces correctement (cf. "statistiques"). Nous avons notamment observé que la plupart des élèves ne savait pas représenter la compensation des forces dans le schéma.

Nous prenons ici l'exemple d'une élève qui a répondu dans la ligne 3 que les forces se compensaient. Elle avait donné comme liste des forces : force exercée par la Terre, force exercée par le sol et force exercée par l'homme.

Voici le schéma que cette élève a représenté dans la ligne 4 :

Nous voyons donc qu'elle a représenté toutes les forces qu'elle avait listées, qu'elle leur a donné des caractéristiques convenables mais que la somme vectorielle n'est pas nulle.

Nous proposons un extrait vidéo qui permet de mieux comprendre la difficulté de l'élève

Vidéo

La fenêtre « Comportement des élèves » permet donc de mettre en avant une difficulté constatée d’élèves et de l’illustrer par un exemple concret. La vidéo propose un extrait d’entretien qui permet de mieux comprendre la réponse écrite (voir Figure ).

Figure 8. Fenêtre vidéo pour l’exercice 20 de la Partie n°3.

Cette vidéo permet d’illustrer une difficulté d’élève rencontrée à plusieurs reprises dans les réponses écrites des élèves et dans les entretiens : la représentation d’un schéma des forces comprenant trois forces pour une situation où les forces se compensent. Une phrase du cours de l’élève interviewée indique que si deux forces ont même direction, même intensité et des sens opposés alors elles se compensent. L’élève a ici besoin d’une réciproque du type « si les forces se compensent alors… ». Elle commence avec le critère « si les forces se compensent alors elles ont même longueur ». Elle revient ensuite à la phrase du cours et en déduit que les forces doivent se compenser deux par deux puisqu’une force va se compenser avec une autre force « de sens opposé ». L’élève en conclut donc qu’il faut nécessairement un nombre pair de forces pour qu’elles puissent se compenser. Sa réponse n’est alors plus compatible avec la réponse de la ligne 3 (« les forces se compensent »).

Voici ce que nous avons inscrit dans la fenêtre « Statistiques ». Les réponses correctes sont indiquées en rouge sur l’écran (nous les avons indiquées en gras ici).

Voici les performances observées sur un échantillon de 394 élèves :

Pour la liste des forces, nous avons aussi regardé le fait qu'elle soit ou non complète. Nous avons considéré que la liste était incomplète s'il manquait au moins la force exercée par la Terre, la force exercée par le sol ou la route ou la force exercée par l'homme ou le camion. Nous avons considéré qu'elle était complète si ces 3 forces étaient mentionnées et si aucune autre force "incorrecte" (par exemple force de la masse ou force exercée par la caisse) n'était mentionnée.

En tenant compte de la nature des forces, de leurs caractéristiques et de la compensation des forces, nous avons aussi regardé la performance des élèves sur les schémas de forces (352 élèves ont représenté les trois schémas des forces).

Nous avons enfin comparé les lignes 1 et 3 du tableau pour voir si les élèves étaient capables de passer du mouvement à l'information sur la compensation ou la non compensation des forces.

Pour la première colonne voici les résultats obtenus :

Pour la deuxième colonne voici les résultats obtenus :

Pour la troisième colonne voici les résultats obtenus :

La fenêtre « Statistiques » permet donc de présenter les performances des élèves pour chaque question. On peut aussi présenter quelques croisements afin de montrer d’une part le lien entre les questions (description du mouvement et compensation des forces par exemple) ou l’intérêt de poser plusieurs fois la même question dans différentes situations (liste des forces et schéma des forces).

Nous avons donc illustré ici au moyen d’un exercice la façon dont nous avons alimenté l’application Web PEGASE existante. Il a été nécessaire d’ajouter d’un bouton « Statistiques » mais avons pour le reste conservé la structure existante. Nous avons ainsi proposé pour les trois premières parties 16 exercices et 4 tests, accompagnés de nos résultats.