Passage d'un dessin et d'une description en langue naturelle scientifique d'une situation matérielle à la représentation vectorielle des forces.

Tableau 91. Pourcentage des réponses à la question 3.4 donnant la compensation des forces selon les deux directions, verticale et horizontale. V= compensation verticale, H= compensation horizontale , Non V = pas de compensation verticale , Non H = pas de compensation horizontale
Tableau 91. Pourcentage des réponses à la question 3.4 donnant la compensation des forces selon les deux directions, verticale et horizontale. V= compensation verticale, H= compensation horizontale , Non V = pas de compensation verticale , Non H = pas de compensation horizontale

Les résultats sont mauvais pour les 3 classes (tableau 91). La classe 2 est la meilleure avec une évolution de +27% pour la bonne réponse, contre 22% pour la classe 1 et 8% pour la classe 3, et un pourcentage final de 37% de bonnes réponses contre 26% pour la classe 1 et 17% pour la classe 3.

Les résultats des classes 1 et 2 sont proches de ceux leurs groupes respectifs et les résultats des deux groupes sont presque identiques.

Avant l'enseignement, une majorité des pourcentages des trois classes (et des 2 groupes) correspondent à des schémas sans compensation ni horizontale ni verticale, alors qu'après enseignement les pourcentages de la classe 1 (ainsi que son groupe) sont partagés entre les quatre possibilités ; la majorité de ceux de la classe 2 (ainsi que son groupe) correspondent à une compensation "verticale et horizontale" et ensuite à des compensations "verticale et non horizontale" et "ni verticale ni horizontale", alors que pour la classe 3 la plus grande majorité (74%) va pour une compensation "verticale et non horizontale".

Tableau 92. Pourcentage des réponses croisées aux questions Q3.3 (item : force dans la direction du mouvement) et Q3.4 (compensation ou non des forces représentées)
Tableau 92. Pourcentage des réponses croisées aux questions Q3.3 (item : force dans la direction du mouvement) et Q3.4 (compensation ou non des forces représentées)

Le croisement entre l'existence de la force dans le sens du mouvement (dans le schéma de la Q3) et la compensation des forces sur ce schéma montre que la majorité des élèves qui représentent cette force dans ces 3 classes n'obtiennent pas une compensation des forces et parmi eux il y en a qui obtiennent une compensation verticale mais pas horizontale. On peut donc considérer que la non compensation des forces dans cette question est en partie liée à la présence de cette force dans la direction du mouvement.

Tableau 93. Pourcentage des réponses à la question 7.B, donnant la compensation des forces selon les deux directions, verticale et horizontale.
Tableau 93. Pourcentage des réponses à la question 7.B, donnant la compensation des forces selon les deux directions, verticale et horizontale.

Les résultats sont mauvais et presque identiques pour les 3 classes. Les pourcentages varient autour de 10% pour les 3 classes.

Les résultats des classes 1 et 2 sont proches de leurs groupes respectifs et les résultats des deux groupes sont presque identiques.

La majorité des élèves de la classe 1 (48%) (ainsi que ceux de son groupe) représentent un schéma sans compensation horizontale ni verticale et 28% un schéma à compensation verticale mais pas horizontale. La majorité de ceux de la classe 2 (ainsi que ceux de son groupe) et de la classe 3 représentent un schéma à compensation verticale mais pas horizontale. Il est important de noter cependant que la moitié des élèves de la classe 3 ne font pas de schéma des forces.

Tableau 94. Pourcentage des réponses croisées entre sens de la force exercée par le fil (Q7.B) et compensation ou non des forces représentées (Q7.B)
Tableau 94. Pourcentage des réponses croisées entre sens de la force exercée par le fil (Q7.B) et compensation ou non des forces représentées (Q7.B)

Le croisement entre le sens de la force exercée par le fil et la compensation des forces dans la question 7 montre que la majorité des élèves qui mettent cette force verticale vers le haut obtiennent des forces qui ne se compensent pas ou des forces qui se compensent juste verticalement. Nous supposons donc que le sens de cette force joue un grand rôle dans la non compensation des forces dans cette question.

En conclusion :

1- Bien que la nature du mouvement soit déterminée dans les énoncés des deux questions ("mouvement rectiligne uniforme" pour la question 3 et "équilibre" pour la question 7), les élèves des trois classes (ainsi que ceux des 2 groupes) ont du mal à traduire cette nature du mouvement en un schéma où les forces se compensent. Cette équivalence entre "mouvement rectiligne uniforme" ou "immobilité" et compensation des forces, qui paraissait mobilisée par la majorité d'entre eux dans les questions précédentes, semble trouver un obstacle à sa mobilisation dans cette question. Ceci peut s'expliquer par la complexité des étapes à franchir pour arriver au schéma final : les élèves doivent faire le bilan des forces correctement, représenter correctement chaque force et tenir compte de la nature du mouvement pour arriver finalement à la compensation. Une erreur dans ces étapes conduirait à une non compensation des forces. De plus il y a la gestion du schéma vectoriel sur les deux dimensions horizontale et verticale.

2- La conception de la force dans le sens du mouvement semble jouer un rôle aussi puisque une grande partie des élèves des 3 classes arrivent à avoir une compensation verticale mais pas horizontale dans la question 3.

3- Le sens et la direction de la force exercée par le fil dans la question 7 semblent jouer un rôle dans le fait que les forces ne se compensent pas. Une représentation verticale de la force exercée par le fil par certains élèves peut avoir conduit à une compensation verticale mais pas horizontale chez eux : la force qui serait verticale pour certains compenserait le poids vertical et il n’y aurait rien qui compenserait la force exercée par l’aimant horizontalement, ce sui conduit à schéma des forces qui ne se compensent pas.