Fonctionnement du savoir

Cette 2ème partie du TP met essentiellement en jeu des interprétations de niveau relationnel entre objets/évènements et théorie/modèle puisqu'il s'agit d'interpréter la situation matérielle en termes de forces (bilan, compensation et représentation) ; ces interprétations mettent souvent en jeu des descriptions de la situation. L'activité met aussi en jeu des opérations formelles reliées à la représentation des forces. Les élèves disposent du matériel formé d'une éprouvette remplie d'huile et d'un compte-goutte rempli d'un liquide bleu. Cette activité constitue donc un passage d'une situation matérielle à un langage scientifique en termes de forces et schématique en termes de représentation des forces.

Après 2 minutes de réflexion par groupes de deux, le professeur intervient au niveau de toute la classe pour déterminer le référentiel d'étude, mettant ainsi en jeu la facette référentiel. Il donne aux élèves un exemple de leur vie quotidienne, celui d'une voiture qui roule à une certaine vitesse pour ensuite passer à l'exemple de la goutte qui tombe dans l'huile. Pour le cas de la voiture qui roule, les élèves donnent de mauvaises interprétations ("la voiture", "la vitesse de la voiture") et une non précise ("dehors") ; le professeur ne critique pas les réponses mais pousse l'élève qui a donné une réponse non précise à être plus précis et donner une bonne interprétation ("les arbres") qu'il développe lui-même : "un arbre, la route, ça c'est le référentiel d'étude qu'on appelle un référentiel terrestre lié au sol". La classe passe ensuite au cas de la goutte et là les mauvaises interprétations (« nous » comme référentiel ou « l’huile ») sont critiquées par le professeur : "ah nous, vous êtes tellement agités que je ne sais pas si c'est le meilleur référentiel… j'ai entendu l'huile, j'aime pas beaucoup parce que l'huile descend euh la goutte descend comme on a dit avec C y a un instant, quand la goutte descend l'huile qu'est-ce qu'elle fait?, E : elle bouge aussi", pour donner ensuite la bonne réponse : "la table, le laboratoire, l'éprouvette, on est d'accord? Par rapport à un référentiel terrestre lié au sol". Le professeur semble donc rejeter les référentiels qui sont en mouvement pas rapport au sol et garder ceux qui sont immobiles par rapport à celui-ci mais ne généralise pas ce choix à tout objet immobile pour en faire une règle.

La situation est ensuite interprétée par l’ensemble de la classe en termes de forces, le système est précisé, les forces à distance ensuite de contact sont citées, on observe donc l'application explicite de la procédure relative au bilan des forces. Les deux premières facettes de "force-interaction" relatives l’une au contact et l’autre à la Terre sont utilisées implicitement lorsque la force exercée par l'air et le poids sont cités. Cependant, quand une élève évoque l'existence de la force exercée par l'huile, le professeur critique sa réponse en évoquant la notion de contact : "non c'est dans l'air, dans l'air, dans l'air seulement. Dans l'air, l'huile ne touche pas à la goutte" ; cela sous entend que si l’huile ne touche pas la goutte elle n’exerce pas une force sur elle (deuxième facette force-interaction). Au moment où la vitesse est constante à une certaine position de la goutte et au moment où la goutte est immobile à la surface de l'huile, la situation est interprétée par les élèves à l'aide du principe de l'inertie dont la facette correspondante est explicitement mise en jeu par les élèves: dans le premier cas le mouvement est rectiligne uniforme (facettes mouvement implicitement en jeu) donc les forces se compensent et dans le deuxième cas il y a immobilité donc les forces se compensent aussi. La déduction faite à partir de ce principe d’inertie est ensuite utilisée pour juger de la longueur des vecteurs forces à représenter (interprétation) après avoir effectué le bilan des forces: puisque les forces se compensent leurs intensités et par suite les longueurs des vecteurs sont égales (facettes relatives à l’intensité). Le professeur représente ces forces au tableau (opération formelle).

Les différents groupes de facettes sont reliés par le fait qu'ils constituent différentes étapes dans la réalisation de l'activité. Les facettes « force-interaction » et « procédures » sont mises en jeu pour faire les bilans des forces ; celles des groupes « vecteur force », « frottement » et « représentation » pour la représentation des forces qui dépend de la compensation ou non de celle-ci, en lien donc avec les groupes « mouvement », « variation de vitesse » et « force-mouvement » qui permettent de déterminer si les forces se compensent ou non. La notion de référentiel est mise en œuvre séparément des autres groupes.

Ce thème est caractérisé par le grand nombre d'interprétations observées, cependant ces interprétations sont très courtes (se limitent souvent à un mot) et ne rendent pas toujours explicite le raisonnement des élèves (sauf quand des explications sont données). On peut se demander aussi si ce grand nombre d'interprétations n'est pas une surcharge pour les élèves et s'ils arrivent à assimiler tout ce qui est dit par les autres et à pouvoir le juger par eux-mêmes pour enfin retenir l'essentiel.