Étude des conditions d`efficacité d`une analogie mécanique

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Etude des conditions d’efficacit´e d’une analogie
m´ecanique instrument´ee pour l’enseignement de
l’´electrocin´etique en terminale scientifique
Clotilde Dequidt
To cite this version:
Clotilde Dequidt. ´ Etude des conditions d’efficacit´e d’une analogie m´ecanique instrument´ee pour
l’enseignement de l’´electrocin´etique en terminale scientifique. ´ Education. Universit´e Blaise
Pascal - Clermont-Ferrand II, 2015. Fran¸cais. .
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CLERMONT UNIVERSITE – UNIVERSITE BLAISE PASCAL
UFR de Psychologie, Sciences Sociales et Sciences de l’éducation
École Doctorale des Lettres, Sciences Humaines et Sociales (ED 370)
THESE de DOCTORAT
Sciences de l'Éducation
Didactique des Sciences Physiques et Chimiques
Étude des conditions d'efficacité d'une analogie
mécanique instrumentée pour l'enseignement de
l'électrocinétique en terminale scientifique
Présentée publiquement à Clermont-Ferrand le 3 décembre 2015 par :
Clotilde MERCIER – DEQUIDT
Laboratoire ACTé (EA n°4281) – Clermont Université
Thèse soutenue devant le jury composé de :
Cécile de HOSSON Université Paris 7 (Rapporteur)
Marisa MICHELINI Université d'Udine, Italie
Ludovic MORGE Université Blaise Pascal – Clermont (Directeur de thèse)
Valérie MUNIER Université de Montpellier
Patrice VENTURINI Université Jean Jaurès – Toulouse (Rapporteur)

La foi n'est qu'une superstition et une folie si elle n'a la raison pour base, et l'on ne peut supposer
ce qu'on ignore que par analogie avec ce qu'on sait. Définir ce qu'on ne sait pas, c'est une
ignorance présomptueuse ; affirmer positivement ce qu'on ignore, c'est mentir.
Éliphas Lévi

Remerciements
Je tiens, en premier lieu, à remercier Ludovic Morge, mon directeur de thèse, chercheur passionné
et toujours curieux. Ses qualités humaines m'ont permis de réaliser ce travail dans d'excellentes
conditions, toujours disponible et compréhensif, des qualités qui n'ont pas de prix pour avancer
sereinement et agréablement.
Mes remerciements s'adressent également à Valérie Munier et Marisa Michelini qui m'ont fait
l'honneur de participer à mon jury de thèse, et tout particulièrement à Patrice Venturini et Cécile de
Hosson qui ont bien voulu en être les rapporteurs.
Je remercie les recteurs de l'académie de Clermont-Ferrand, Gérard Besson et Marie-Danièle
Campion, qui ont accepté que nous réalisions des prises de données dans les établissements de
l'académie.
Je remercie également les deux inspecteurs d'académie-inspecteurs pédagogiques régionaux de
physique-chimie, Mario Taurisano et Josiane Lévy, qui, en plus de m'avoir accordé leur confiance
en tant qu'enseignante de physique-chimie, ont contribué à la diffusion de cette recherche auprès
des enseignants de l'académie.
Je remercie Julie Pironom, statisticienne du laboratoire ACTé, pour la communication de sa bonne
humeur, son soutien, mais aussi pour son aide et ses précieux conseils pour les analyses statistiques
de mes données.
Je voudrais aussi remercier Céline Caillot et Pierre Juillard qui m'ont aidée à réaliser les entretiens
avec les élèves.
J'ai apprécié le concours d'Olivier Piotte pour la conception du guide d'utilisation et je l'en remercie.
Je remercie les enseignants qui ont accepté de participer à cette recherche en utilisant ou non
l'analogie mécanique avec leurs élèves.
Enfin, je remercie infiniment ma famille qui m'a soutenue, a fait preuve de patience et a tout fait
pour m'aider à mener à bien ce projet.
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Table des matières
Introduction..........................................................................................................................................7
Chapitre 1. Cadre théorique..................................................................................................................9
1.1. Les conceptions......................................................................................................................10
1.2. L'analogie...............................................................................................................................14
1.2.1. Les analogies en électrocinétique....................................................................................16
1.3. Cognition incarnée et image mentale.....................................................................................17
1.4. Conception d'un instrument didactique – Point de vue ergonomique....................................18
Chapitre 2. Problématique et questions de recherches.......................................................................22
Chapitre 3. Analyse épistémique et didactique d’une nouvelle analogie pour enseigner
l’électrocinétique................................................................................................................................25
3.1. Analyse épistémique de la nouvelle analogie........................................................................26
3.1.1. Description de l'artefact..................................................................................................26
3.1.2. Analogies entre grandeurs...............................................................................................27
3.1.3. Dipôles électriques et analogues mécaniques.................................................................28
3.1.4. Temps caractéristiques....................................................................................................34
3.2. Limites de l'analogie..............................................................................................................35
3.3. Analyse a priori de l'intérêt didactique de l'analogie à dépasser les conceptions en
électrocinétique : caractères perceptibles des concepts du domaine source.................................36
3.3.1. Le déplacement de la corde : moyen pour travailler les conceptions unifilaire, à
courants antagonistes et usure du courant.................................................................................36
3.3.2. Caractère perceptible d'un phénomène systémique pour lutter contre le raisonnement
séquentiel..................................................................................................................................36
3.3.3. Caractère perceptible des propriétés du générateur de tension pour lutter contre la
conception « la pile délivre toujours la même intensité ».........................................................37
3.3.4. Caractères perceptibles de la tension et de l'intensité pour mieux les différencier.........37
3.3.5. Caractère perceptible de l'échauffement de la corde sur les doigts pour lutter contre la
substantialisation de l'énergie....................................................................................................37
3.4. Conclusion.............................................................................................................................38
Chapitre 4. Méthodologie...................................................................................................................39
4.1. Premier corpus : Questionnaires élèves.................................................................................40
4.1.1. Conception des questionnaires........................................................................................40
4.1.2. Validation des questionnaires..........................................................................................42
4.1.3. Échantillon avec artefact.................................................................................................48
4.1.4. Échantillon sans artefact.................................................................................................50
4.1.5. Conditions de passation des questionnaires....................................................................50
4.2. Deuxième corpus : Recueil auprès des enseignants...............................................................51
4.2.1. Présentation de l'artefact aux enseignants.......................................................................51
4.2.2. Enregistrement de cours..................................................................................................51
4.2.3. Entretien après enseignement avec les enseignants........................................................52
4.3. Troisième corpus : Entretiens élèves.....................................................................................52
Chapitre 5. Quelles sont les connaissances en électricité des élèves de terminale S ?.......................55
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