Thème n° 19. Détermination de la constante dans l’expression de l’énergie potentielle en fonction des choix de l’état de référence et de l’origine des altitudes

Comme le montre le graphique 30, ce thème est le second dans cette sixième séance, il dure 41 minutes environ. Il s’agit d’un exercice d’application qui suit immédiatement le cours magistral sur l’énergie potentielle. Il est composé de 4 sous-thèmes dont l’un a une particularité d’avoir des inclusions multiples (graphique 30 et tableau 52).

Le but de l’exercice est de déterminer la constante (suivant l’état de référence choisi) afin de trouver la valeur de l’énergie potentielle de pesanteur si l’objet se trouve dans différents niveaux (tableau 53)

De haut en bas. Phase didactique (Introduction exercice et écriture exercice, réalisation, correction et clôture) ; Organisation de la classe (CE, Individuel et mixte) ; Thèmes ; Introduction (écriture exercice) et Quatre sous-thèmes et Trois inclusions.

Après avoir écrit l’exercice au tableau, l’enseignant schématise les différents niveaux en utilisant un axe orienté vers le haut. Cette fois-ci il n’utilise pas un dessin pour expliquer la situation de départ. Dans ce schéma l’objet n’est représenté dans aucun niveau.

Après la schématisation de ces niveaux, il commence à circuler dans la salle, mais les élèves l’interpellent sur la position de l’objet sur le schéma. Ils ont l’habitude de voir, après le texte de l’exercice un dessin où figure l’objet, alors que dans ce cas-ci le professeur l’a volontairement omis dans la figure. Une discussion avec l’enseignant s’établit, celui-ci donne comme argument qu’il ne peut pas faire figurer l’objet dans tous les niveaux. A partir de ce moment la réalisation individuelle démarre et l’enseignant recommence à circuler dans les rangs en regardant les productions.

Un élève corrige dans les mêmes conditions que les thèmes précédents les deux premières questions. L’enseignant laisse un peu de temps aux élèves pour qu’ils recopient dans leur cahier. Un élève en profite pour demander des clarifications sur le sens du vecteur poids par rapport aux références choisis (centre de la Terre, surface de la Terre). L’enseignant utilise un dessin représentant la Terre pour lui expliquer ce sens. D’autres élèves se succèdent pour la correction des autres questions. Les difficultés des élèves qui viennent au tableau sont les suivantes : la détermination de la constante, la relation entre la variation de l’énergie potentielle de pesanteur et le travail du poids. Toutes ces difficultés on été expliquées par l’enseignant qui accorde une grande importance (du point de vue durée et des explications) à la procédure de détermination de la constante.

Du point de vue de la topogenèse, au début de la réalisation, nous sommes en présence d’une rupture de contrat didactique. Les élèves ont l’habitude de travailler avec une situation de départ dans laquelle le dessin visualise le système qu’on étudie, alors que dans ce cas l’enseignant a pris volontairement la responsabilité de ne pas faire figurer l’objet dans le schéma. Son argument est que ce n’est pas la peine de mettre l’objet à chaque niveau. Cette discussion au début d’une réalisation d’exercice nous indique que l’organisation de la classe est du type mixte. Une négociation s’installe dans la classe avant le démarrage du travail individuel durant la réalisation. Comme dans tous les thèmes concernant la réalisation d’exercice, les élèves sont responsables de l’avancée du savoir.

Durant la correction, l’enseignant guide l’élève au tableau. Dans ce thème-ci certains élèves ont interpellé l’enseignant pour des clarifications concernant l’unité de la constante, le sens du vecteur poids et la relation entre la variation de l’énergie potentielle de pesanteur et le travail du poids. L’importance accordée par l’enseignant à la détermination de la constante dans cette classe justifie le type d’inclusion montré par le tableau 52 et le graphique 30