Superposition des champs électriques et causalité : étude de raisonnements, élaboration et évaluation d'une intervention pédagogique en classe de mathématiques spéciales technologiques

Superposition of electric fields and causality : a study about reasonings, a development and a valuation of a pedagogical intervention in a technological second-year maths class...

• Auteur / Autrice : Sylvie Rainson
• Direction : Laurence Viennot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Didactique de la physique
• Date : Soutenance en 1995
• Etablissement(s) : Paris 7

Mots clés

Mots clés contrôlés

Étude et enseignement (supérieur)

Physique

Champs électriques

Résumé

Cette recherche porte sur: - l'étude des raisonnements des étudiants à propos de la superposition des champs électriques - la mise au point et l'évaluation d'une séquence sur ce thème. Le principe de superposition, qui stipule que toutes les charges électriques présentes dans un système contribuent au champ total selon la loi de Coulomb, est essentiel pour aboutir à une compréhension unifiée de l'électrostatique et de l'électrocinétique. Notre hypothèse est qu'au cours de l'utilisation de ce principe apparaissent des difficultés liées à une conception étroite de la causalité. Cette hypothèse détermine l'étude de raisonnements préalable et certains des leviers de la séquence. Après une enquête préliminaire, les outils de la recherche ont été principalement des questionnaires papier-crayon. Deux obstacles ont été mis en évidence: - les étudiants ont souvent des difficultés à envisager l'existence d'un champ électrique dans un milieu où les charges sont immobiles. - de nombreux étudiants attribuent un contenu causal abusif aux relations littérales entre grandeurs physiques, ils oublient les sources du champ qui ne figurent pas explicitement dans son expression. Une analyse de manuels scolaires indique que ces difficultés ne sont pas prises en compte habituellement dans l'enseignement. L'intervention pédagogique construite et affinée progressivement au cours de trois années d'expérimentation est destinée à une classe de mathématiques spéciales technologiques, dont les fortes contraintes ont été respectées. Pour tenter de s'appuyer sur l'aspect causal du raisonnement tout en maitrisant ses limitations habituelles, l'accent a été mis sur les changements de grandeurs physiques dans des modifications de situations.

The subject of this research is: - the study of students' reasonings about the superposition of electric fields - the designing and the assessment of a sequence on this thele. The superposition principle stirulates, according coulomb's law, that all the present electric charges contribute to the total field. It is essential to lead to an unified understanding of electrostatics and electric circuits. Our hypothesis is that, in applying this principle, some difficulties appear, which are linked to a narrow conception of causality. This hypothesis determines the study of common ways of reasoning and some of the levers of the sequence. After a preliminary inquiry, the research's tools have principally been questionnaires. Two obstacles have been identified.