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Dossier

Repérer des conceptions d'étudiants : un pas vers l'enrichissement des connaissances professionnelles didactiques d'enseignants-chercheurs de physique

Identifying students’ conceptions: a step towards the enrichment of professional knowledge on teaching of physics lecturers
Nathalie Lebrun et Cécile de Hosson
p. 59-96

Résumés

La recherche en didactique de la physique s’est longtemps préoccupée des raisons permettant d’expliquer des difficultés récurrentes d’étudiants. Elle a développé à ce titre de nombreux travaux visant la mise au jour de « conceptions ». Ces travaux ont conduit au développement de ressources pédagogiques pour sonder les conceptions et améliorer la compréhension des concepts physiques auprès des élèves/étudiants. Cependant, ces ressources sont rarement utilisées dans l'enseignement supérieur. Nous nous intéressons dans cette étude au degré d’appropriation d'enseignants chercheurs de physique face à un test conceptuel de type questions à choix multiples (QCM) développé par des chercheurs en physics education en dynamique élémentaire. Neuf enseignants-chercheurs enseignant la mécanique en première année d'université ont été interrogés sur dix QCM et sur les réponses produites par des étudiants à ces questions. Une analyse des verbatim, collectés lors d’interviews semi-directifs, indique que les enseignants-chercheurs interrogés adhèrent globalement à la fois à l’existence de l’idée de « conception » et au travail de conjecture qui conduit à leur identification même si certaines réserves sont exprimées notamment sur le faible échantillonnage travaillé. Malgré ces freins, nous avons constaté lors des entretiens une acculturation aux conceptions et des signes d'intégration de l'outil didactique dans les pratiques enseignantes déclarées des interviewés. Ces résultats prometteurs devraient nous permettre de construire des actions de formations futures.

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Texte intégral

Introduction

  • 1 Nous préciserons plus avant le sens que nous adoptons pour ces deux termes.
  • 2 L'usage de ces deux dénominations renvoie à la manière dont ces communautés de chercheurs se désig (...)

1Depuis plusieurs décennies, de nombreux travaux de recherche en didactique de la physique ont pris pour cible les difficultés récurrentes rencontrées par les étudiants à l’université pour tenter d’en comprendre la nature, parfois l’origine, en proposant des cadres d’explication qui dépassent le simple constat d’inadéquation avec les savoirs de la physique académique. La convergence et la stabilité des résultats de ces recherches, conduites à la fois en France et dans la grande majorité des pays du monde, avant et après enseignement, constituent des révélateurs fiables du caractère à la fois robuste et universel de grandes familles de raisonnements, de conceptions1, activées par les étudiants en réponse à des questions qui pourtant ne présentent pas toujours de difficultés conceptuelles ou formelles particulières. Si ces raisonnements (et les situations qui les déclenchent) font désormais partie du patrimoine culturel et professionnel des chercheurs en didactique de la physique ou en physics education research2, ils semblent encore mal connus et/ou peu mobilisés par les enseignants universitaires de physique (Mellado, 2003 ; Poteaux, 2013). Malgré tout, des efforts importants ont été faits par la communauté des chercheurs en didactique pour mettre à disposition de la communauté enseignante un certain nombre d’outils (ouvrages, sites web) pour déceler, comprendre et travailler les raisonnements à l’origine de certaines difficultés régulièrement constatées (Artigue, Ménigaux & Viennot, 1989 ; Halloun & Hestenes, 1985a, 1985b ; Thornton & Solokoff , 1998 ; Viennot, 1996, 2002, 2011).

2Cette difficile pénétration des résultats produits par la recherche en didactique de la physique nous interpelle et motive l’étude que nous présentons ici. Les connaissances dont nous disposons actuellement sur les pratiques et les connaissances professionnelles des enseignants du supérieur en physique, même si elles sont encore peu nombreuses, nous permettent de formuler quelques hypothèses possibles pour interpréter la distance qui demeure entre l’existence d’une documentation portant sur les raisonnements susceptibles de faire obstacle à l’apprentissage de la physique d’une part, et les pratiques pédagogiques des enseignants universitaires de physique d’autre part. Si l’on reprend les propos de Prosser et ses collaborateurs (1994), de nombreux enseignants du supérieur favorisent dans leurs pratiques effectives la dimension « enseignement » au détriment de la dimension « apprentissage » créant ainsi « un gap » entre ce qui se voit enseigné et ce que les étudiants comprennent (McDermott, 1991). Cette difficulté explique sans doute que l’« on observe le recours prononcé à des stratégies d’enseignement qui sont largement dominées par le dire et le montrer et, en règle générale, peu enclines à accorder au savoir d’expérience des élèves une quelconque pertinence » (Désautels, Larochelle & Pépin, 1994). À ceci pourrait s’ajouter l’existence d’une forme de « résistance », les enseignants du supérieur étant peu enclins à inclure dans leur pratique les apports des recherches en éducation (Becerra et al., 2012). Certains considèrent que leur expérience en tant qu’enseignant, leur expertise disciplinaire et leur statut de chercheurs (et donc de communicants) sont des qualités nécessaires et suffisantes pour « bien enseigner » (Endrizzi, 2011). Pour d’autres, les contraintes institutionnelles (modalités d’organisations pratiques, d’évaluation, temps, programmes) sont perçues comme incompatibles avec des possibilités de changements y compris chez les enseignants conscients de la nécessité d’utiliser des méthodes pédagogiques issues de la recherche en éducation et désireux de le faire (Henderson & Dancy, 2007).

  • 3 Le lecteur peut par exemple se référer aux supports proposés par l'American Association of Physics (...)

3Une autre raison de cette distance est sans doute à rechercher du côté du manque d’accompagnement des ressources disponibles y compris lorsqu’elles sont mises en forme pour être diffusées auprès des enseignants3. Comme le rappellent Désautels et ses collaborateurs (1993), « composer avec le savoir des étudiants n’est pas une tâche de tout repos, donner une forme pédagogique exemplaire et cohérente à cette intention ne l’est guère plus » (Désautels et al., 1993). Autrement dit, il ne suffit pas de connaître les raisonnements susceptibles d’entraver l’acquisition des savoirs de la physique, encore faut-il savoir quoi en faire. On peut enfin supposer qu’il existe, de la part des enseignants du supérieur, une forme de scepticisme vis-à-vis des méthodes mobilisées pour mettre au jour ces raisonnements : la plupart des enseignants à l’université sont également chercheurs et l’on peut supposer que cette facette de leur identité professionnelle (voir à ce sujet de Hosson et al., 2015) les porte à questionner, voire à remettre en cause, des résultats sous-tendus par des méthodes avec lesquelles ils sont peu familiers.

4En résumé, plusieurs hypothèses semblent pouvoir éclairer le fait que les résultats issus de la recherche en didactique de la physique (en termes de conceptions) pénètrent encore peu la sphère de l’enseignement supérieur et celle des pratiques d’enseignement. D’abord, il est possible que les résultats de la recherche en didactique se heurtent à une forme d’impensé de l’enseignant-chercheur physicien : soit parce qu’il ignore l’existence même de l’idée de conception (hypothèse 1), soit parce qu’il ne connaît pas les outils (tests, questionnaires, etc.) qui en permettent l’identification (hypothèse 2). Le fait que ces résultats ne soient pas directement transformables en activités (hypothèse 3) ou encore que les fondements méthodologiques des recherches soient susceptibles d’être remis en cause (hypothèse 4) forment autant d’autres raisons possibles à la distance qui existe encore entre la disponibilité des résultats de la recherche en didactique de la physique et l’usage de ces résultats dans la sphère de l’enseignement supérieur (cette liste n’est évidemment pas exhaustive).

5Dans ce travail, nous proposons d’étudier la robustesse de ces hypothèses non seulement en validant leur pertinence, mais également en identifiant celles qui, parmi elles, contribuent le plus à cette mise à distance, par la communauté universitaire enseignante, des résultats de la recherche en didactique de la physique. Dans un premier temps, nous rappellerons que l’enseignement gagne à s’enrichir des connaissances des difficultés des étudiants en nous appuyant sur des éléments bibliographiques, puis nous présenterons quelques études dans lesquelles des enseignants ont été mis en situation de travailler des situations de « détection » des raisonnements. Cette revue de littérature ciblée nous conduira à préciser la modalité que nous avons choisi de mettre en place afin d’acculturer des enseignants-chercheurs physiciens aux résultats de la recherche en didactique (en termes de conception) et à quelques aspects méthodologiques du travail du chercheur en didactique de la physique. L’analyse de cette activité d’acculturation nous permettra d’évaluer quelles hypothèses (parmi les quatre formulées ci-dessus) constituent les obstacles les plus résistants ou au contraire les plus faciles à lever pour favoriser un rapprochement effectif de certains résultats de la recherche en didactique de la physique avec des enseignants-chercheurs physiciens.

1. Ancrage théorique : les connaissances professionnelles didactiques des enseignants

6Les connaissances mobilisées par les enseignants lorsqu’ils enseignent sont de nature variée. Reprenant les travaux de Durand (1996), Gauthier et al. (1997) et ceux de Tardif et Lessard (1999), Morge (2009) précise que ces connaissances (professionnelles car activées en situation de travail) portent sur différents domaines parmi lesquels : les savoirs de la discipline enseignée, la façon de les transmettre, les grands principes pédagogiques, éducatifs, didactiques, la planification d’un cours et son organisation, le système d’enseignement, l’organisation de l’école, les programmes, les manuels, les origines socio-économiques du public, etc.

7Accéder à ces connaissances demeure un enjeu important pour la recherche en didactique qui en fait un levier fécond pour l’élaboration d’actions de formation et de développement professionnel (Morge, 2009 ; Ria, 2009 ; Hammoud, 2012). Ainsi, plusieurs cadres ont été élaborés pour saisir les types de connaissances dont les enseignants disposent et la manière dont ils les mobilisent en amont et pendant la classe (Jameau, 2012). Parmi celles-ci, certaines apparaissent largement dépendantes des contenus disciplinaires à enseigner ; ce sont celles-ci que nous qualifions de « professionnelles didactiques » ; il s’agit des connaissances que l’enseignant a de ce qui doit être enseigné, de la difficulté ou au contraire du caractère simple d’un enseignement, des difficultés possibles des élèves (au-delà d’une connaissance de leurs acquis) et que Shulman, cité par Cross (2010, p. 41) considère comme « un amalgame entre des connaissances pédagogiques et des connaissances disciplinaires ».

8En s’intéressant à ces connaissances professionnelles didactiques dans le contexte d’une séquence d’enseignement visant l’apprentissage d’un contenu de savoir particulier – l’enseignement du modèle particulaire, Morge (2003) montre qu’une connaissance préalable des difficultés possibles des élèves et des raisonnements à l’origine de ces difficultés permet aux enseignants de mieux anticiper des productions ou des réponses inattendues et par voie de conséquences, « de réellement les prendre en compte au lieu de les éviter » (p. 119). Mais il ajoute que pour que cette connaissance soit opérationnelle, il est nécessaire que l’enseignant sache sous quelles formes les conceptions des élèves peuvent s’exprimer, ce qui implique de lui présenter, et d’analyser avec lui, des productions d’élèves relatives à des contenus de savoirs spécifiques (Morge, 2003).

9Notre travail s’inscrit dans les pas des recherches précédentes et cible l’une des dimensions de ces connaissances professionnelles didactiques : celle liée à la connaissance des modes de raisonnement des étudiants qui entravent ou au contraire facilitent l’apprentissage des savoirs de la physique. Il semble d’ailleurs que l’enseignement supérieur constitue un terrain propice à ce type de travail : quelques études pointent en effet un intérêt déclaré des enseignants de physique en premier cycle universitaire pour des apports d’information concernant les types de raisonnements possiblement générateurs d’erreurs (Henderson & Dancy, 2007 ; de Hosson et al. 2015) et évoquent un lien possible entre nature des stratégies d’enseignement et degré de connaissance des conceptions des étudiants. Dans leur étude de 1994 que nous évoquions en introduction, Prosser et ses collaborateurs ont cherché à spécifier des « types » d’enseignants universitaires de physique en explorant leurs représentations à propos de l’enseignement. Ils montrent, par exemple, que les enseignants dont les représentations sur l’enseignement s’inscrivent en contre point d’une vision transmissive du savoir (ie : en contre point du « type » majoritaire) associent étroitement enseignement et apprentissage ; ils font du « changement conceptuel » le cœur de leurs orientations pédagogiques déclarées et posent la connaissance des « conceptions » des étudiants comme une nécessité.

2. Les enseignants et les conceptions des élèves/des étudiants, le point de vue de la recherche

10À cette étape de notre propos, il nous semble nécessaire de préciser ce que nous entendons par « mode de raisonnement » ou « conception ». Nous nous appuierons pour cela sur les travaux de Coquin-Viennot et Gaonac’h (1995), Viennot (1996), Tiberghien et Vince (2005). Ce choix est volontairement restreint mais il nous semble suffisant pour positionner clairement notre travail.

11Selon Tiberghien et Vince (2005), « une conception est un ensemble de connaissances ou de procédures hypothétiques que le chercheur attribue à l’élève dans le but de rendre compte des conduites de l’élève dans un ensemble de situations données. Cet ensemble de connaissances ou procédures hypothétiques doit aussi être trouvé chez plusieurs élèves pour constituer une conception » (p. 1). Nous retenons, d’une part, que loin d’être un élément intrinsèque de l’individu, une conception résulte d’un travail de reconstruction du chercheur en didactique et, d’autre part, que ce travail de reconstruction s’opère à partir du repérage de réponses identiques ou proches données par un grand nombre d’élèves à des questions comparables du point de vue de la conception conjecturable et donc du type de réponses produit. Coquin-Viennot et Gaonac’h (1995) parlent de « communauté de pensée » pour désigner les individus dont les conduites cognitives engagées dans des situations comparables s’avèrent proches les unes des autres. Ils ajoutent que ces conceptions permettent aux élèves de résoudre différents problèmes, qu’elles sont donc « efficaces » parce qu’auto-cohérentes, et également stables.

  • 4 Nous rapprochons ici « conjecture » (Viennot, 1996) et « procédures hypothétiques » (Tiberghien &  (...)

12D’un point de vue méthodologique, cela signifie qu’une conception peut se voir inférée, non pas à partir d’une réponse à une question unique, mais bien à partir d’un ensemble de questions. Ainsi, la réponse d’un individu à une question unique (ou à une situation de questionnement) fournit-elle une information très ponctuelle, difficilement interprétable et faiblement heuristique. En revanche, « une conjecture4 mise à l’épreuve sur un grand nombre de situations d’interrogation peut, si elle résiste, prétendre à une utilité plus grande [pour le chercheur, NDLR] : d’une part son caractère prédictif s’en trouve accru, d’autre part, appartenant à un corpus nécessairement restreint de résultats “de grande taille”, elle est aisément mémorisable et manipulable » (Viennot, 1996, p. 18). À titre d’exemple, un raisonnement de nature séquentielle peut être conjecturé à partir de la cohérence des réponses d’élèves ou d’étudiants à travers plusieurs situations engageant des dipôles différents, placés à différents endroits d’un circuit électrique (Closset, 1989), et peut également être éprouvé dans des situations de thermodynamique (Rozier & Viennot, 1991). Examiner des réponses d’élèves ou d’étudiants à la lumière de raisonnements globaux, au-delà du « catalogue de paraphrases d’erreurs » (Viennot, 1996, op. cit.) conduit à une compréhension plus profonde des raisons de la résistance de certaines difficultés de conceptualisation.

13Du point de vue de la recherche en didactique, la mise au jour de conceptions engage la création de situations variées mais, comme nous le mentionnions plus haut, comparables. Nous regroupons ces situations au sein d’un ensemble dont la structure est proche de celle d’une classe d’équivalence dans la mesure où les situations d’une classe donnée sont reliées par une même propriété : on peut les considérer comme isomorphes à la fois du point de vue de la structure du savoir scientifique visé et du point de vue de la conception conjecturée. Selon Smith (2005), « chaque question dans un cluster [classe de situations] évalue les mêmes connaissances et déclenche les mêmes modes de raisonnement » (p. 47, notre traduction). Si une conception est pressentie par le chercheur, alors elle doit conduire à des réponses à la fois prévisibles et cohérentes pour l’ensemble des situations de la classe. Autrement dit, la conjecture sur les raisonnements mobilisés s’opère à partir de la cohérence des réponses des élèves ou des étudiants à l’ensemble des situations de la classe. En réalité, ceci est un idéal difficilement tenable dans la mesure où il apparaît difficile d’échapper aux effets de contexte (voir ci-dessus). Malgré tout, la recherche en didactique a permis la production de ce qui ressemble à une cartographie des conceptions dans différents domaines de la physique.

14En outre, plusieurs recherches ont pris pour objet la confrontation des enseignants, notamment dans l’enseignement secondaire avec ces conceptions et avec le travail de conjecture lui-même.

15Le travail de Coppens et ses collaborateurs (2009) s’inscrit dans cette perspective et se voit motivé par les deux hypothèses suivantes : 1/le suivi individuel des conceptions des élèves est important « pour développer des stratégies d’enseignement efficaces », 2/les enseignants de sciences physiques n’ont « ni le temps, ni les compétences didactiques nécessaires pour détecter ces conceptions » (Coppens, Rebman & Munier, 2009, p. 37-38). Ce double constat a conduit les auteurs à développer des exercices informatisés détectant automatiquement des conceptions mobilisées par les élèves afin d’aider les enseignants lors de l’enseignement de la mécanique au lycée. L’utilisabilité et l’acceptabilité de l’outil ont ensuite été étudiées via un suivi d’usage par une dizaine d’enseignants. Il résulte que si la forme sous laquelle se présente l’outil (exerciseur informatique) facilite l’utilisation de l’outil en classe, le degré d’acceptabilité apparaît lui largement dépendant des enseignants et notamment de leur rapport aux conceptions des élèves, certains d’entre eux se déclarant « réticents pour intégrer les conceptions de leurs élèves dans l’enseignement » (Coppens, Rebman & Munier, 2009, p. 55), ce qui n’est pas sans rappeler les propos de Désautels et ses collaborateurs (1993, 1994) que nous citions plus avant. Il est intéressant de noter que dans le travail de Coppens et de ses collaborateurs (2009), le travail de conjecture n’était pas dévolu aux enseignants mais automatisé : la conception était affichée en fonction des types de réponses produites par l’élève à un ensemble de questions portant sur des situations variées mais là encore, comparables. De manière complémentaire, d’autres recherches ont placé les enseignants en situation de produire des conjectures.

16À titre d’exemple, Mathé et ses collaboratrices (2012) ont cherché à sensibiliser les enseignants de physique-chimie à la notion de « conception » qui allait prendre une place institutionnelle importante dans les programmes français de collège de 2006 : les auteurs des programmes en faisaient le cœur de la mise en place des démarches d’investigation (les enseignants devaient connaître les conceptions initiales des élèves pour concevoir des situations-problèmes adaptées). Dans ce contexte, les auteures ont cherché à évaluer l’impact d’une mise en contact d’enseignants à des productions d’élèves qu’un chercheur en didactique aurait utilisées pour conjecturer des conceptions à propos de certaines transformations chimiques (notamment, la conception « agent-patient », voir Solomonidou & Stavridou, 1994). Plus précisément, il s’agissait de voir dans quelle mesure des enseignants étaient capables de repérer des manifestations de conceptions dans des productions d’élèves et de mesurer leur degré d’interprétation des réponses des élèves en termes de conceptions. Trois niveaux d’interprétation ont ainsi été spécifiés (voir tableau 1) correspondant à des niveaux croissants de généralisation (de l’énonciation d’un « catalogue d’erreurs » – niveau 1, à la qualification de raisonnements génériques – niveau 3).

Tableau 1 : niveaux d’interprétation des réponses des élèves par des enseignants de collège (Mathé, de Hosson & Méheut, 2012)

Niveau 1 Niveau 2 Niveau 3
L’élément de réponse de l’enseignant porte sur les lacunes ou les incompréhensions de l’élève quant au concept qui lui aurait permis de répondre correctement. L’élément de réponse de l’enseignant montre un repérage de similitudes pertinentes dans les réponses des élèves. Ces dernières sont citées ou paraphrasées mais pas interprétées. Les enseignants ont repéré, à partir des similitudes dans les réponses des élèves, une tendance de raisonnement sous-jacente.

17Dans une visée assez proche, Alonzo et Kim (2016) ont cherché à apprécier le rapport de six enseignants de physique aux « conceptions » de lycéens en mécanique, en les mettant face à des vidéos d’élèves dans lesquelles des réponses inappropriées sont clairement explicites (sur les notions de force et de mouvement). Une échelle d’interprétation à trois niveaux a été établie par les chercheurs à partir du degré de généralité des commentaires produits par les enseignants confrontés à certaines réponses d’élèves. Le premier niveau inclut des commentaires décrivant des raisonnements d’élèves, le deuxième niveau renvoie à des commentaires expliquant l’origine possible de ces raisonnements ; lorsque ceux-ci sont mis en relation avec des stratégies d’enseignement explicitement décrites par les enseignants, ils entrent dans le troisième niveau. Ces niveaux et ceux créés par Mathé et ses collaboratrices (2012) différent légèrement : pour Mathé et ses collaboratrices c’est le repérage de similitudes et la montée en généralisation qui structure l’échelle de mesure de la capacité d’interprétation de réponses d’élèves par des enseignants ; dans le cas d’Alonzo et Kim (2016), la capacité d’interprétation est pondérée par la pertinence des descriptions d’activités d’enseignement possibles, faites par les enseignants interrogés. Notons que dans les deux cas, les chercheurs soulignent qu’un travail d’interprétation de réponses d’élèves en termes de conception, supervisé par un chercheur (en didactique), est perçu de manière très favorable par les enseignants ; ce travail semble, en outre, contribuer à enrichir leurs connaissances professionnelles didactiques.

18Il apparaît donc fructueux de placer des enseignants en situation d’inférer des conceptions à partir d’outils spécifiquement utilisés par les chercheurs en didactique (notamment, des réponses d’étudiants à des QCM ou à des questions plus ponctuelles). Il semble également possible d’évaluer leur capacité à interpréter ces réponses d’une part, et à en faire des leviers d’actions pédagogiques et didactiques d’autre part.

3. Problématique

19Nous avons formulé quatre hypothèses susceptibles d’expliquer l’existence d’une distance entre la disponibilité des résultats de la recherche en didactique de la physique et les pratiques d’enseignement à l’université. Dans notre travail, ces hypothèses deviennent des éléments de structuration d’un outil d’enquête au travers duquel nous mettons explicitement en contact des enseignants-chercheurs physiciens avec quelques résultats et certains aspects méthodologiques des recherches en didactique de la physique (spécifiquement celles tournées vers la mise au jour de conceptions). Nous attendons de cette mise en contact qu’elle permette d’éprouver les hypothèses formulées, peut-être également de mieux les spécifier, tout en identifiant celles qui contribuent le plus à la mise à distance. Par exemple, nous faisons l’hypothèse que la défiance des enseignants-chercheurs vis-à-vis de certaines méthodologies mobilisées par les chercheurs en didactique explique pour partie la distance entre les deux espaces (pratiques des enseignants-chercheurs d’une part, résultats de la recherche en didactique d’autre part). Cette hypothèse posée nous confrontons des enseignants-chercheurs physiciens à quelques aspects méthodologiques (QCM, tris à plat et pourcentages de réponses d’étudiants) afin de voir dans quelle mesure ces aspects suscitent la défiance ou au contraire l’adhésion.

20Plus généralement, nous choisissons d’acculturer des enseignants-chercheurs physiciens au travail d’inférence qui constitue une partie de l’activité du chercheur en didactique, et d’évaluer l’impact de cette acculturation sur l’intérêt pour quelques résultats et méthodes de la recherche en didactique de la physique. Nous abordons ce point en nous appuyant sur le fait que le rapport à la recherche des enseignants-chercheurs est une dimension essentielle de leur métier d’enseignant (de Hosson et al., 2015). Ainsi, plutôt que d’exhiber des résultats analysés par la communauté des chercheurs en didactique, nous choisissons de placer les enseignants-chercheurs de physique dans une posture de chercheur en didactique et de les amener à conjecturer des raisonnements d’étudiant liés à des situations physiques particulières. Leurs commentaires au fil de ce travail de conjecture devraient nous permettre de qualifier la manière dont les enseignants-chercheurs reçoivent cette mise en contact avec certains résultats et quelques aspects méthodologiques du travail de chercheur en didactique. Ce choix fait également écho à la recherche conduite par Mathé et ses collaboratrices (2012) : l’activité de conjecture, laissée à la charge exclusive des enseignants formés, a été considérée par ces enseignants comme un moteur de l’appropriation de la notion même de conception, particulièrement par ceux ayant atteint le niveau 3 de généralisation. C’est ce caractère « moteur » que nous entendons investir ici auprès d’un public par ailleurs enclin à adopter une posture de chercheur.

21Finalement, notre travail entend éclairer les trois questions de recherche (QR) suivantes. La première (QRhyp) engage la nature de chacune des hypothèses sur la défiance ou l’adhésion des enseignants-chercheurs aux résultats et aux méthodologies de la recherche en didactique : quel est le degré de défiance ou au contraire d’adhésion suscité par certains aspects de la recherche en didactique de la physique ? Les aspects dont il est question ici opérationnalisent les hypothèses sur lesquelles se construit notre travail. De manière plus spécifique cette première question de recherche se décline en trois sous-questions : quel est le degré de défiance ou au contraire d’adhésion des enseignants-chercheurs vis-à-vis 1/ de l’existence de raisonnements génériques (conceptions) permettant d’expliquer des erreurs fréquentes d’étudiants (QRhyp-existence) ? 2/ de l’existence d’outils (tests, questionnaires, etc.) qui en permettent l’identification (QRhyp-test) ? 3/ des méthodologies propres à la recherche en didactique (QRhyp-méthodo) ? Une deuxième question de recherche (QRconj) engage l’acculturation avec le travail du chercheur en didactique : comment le travail de conjecture est-il réalisé par les enseignants-chercheurs ? La troisième question de recherche explore la dimension « usage » des informations relatives aux conceptions des étudiants : celles-ci sont-elles transformables en activités (QRhyp-usage) ? On examinera enfin s’il n’existe pas un lien entre le succès au travail de conjecture et le degré d’adhésion à ce travail (et plus généralement à certains aspects de la recherche en didactique de la physique).

4. Méthodologie de recueil et d’analyse des données

22Nos données sont des transcriptions d’entretiens semi-directifs conduits avec des enseignants-chercheurs à qui l’on soumet un outil de diagnostic utilisé par des chercheurs en didactique pour identifier des conceptions d’étudiants en mécanique élémentaire. Le guide d’entretien et l’outil diagnostic forment notre outil d’enquête.

4.1. Choix de la mécanique élémentaire et de l’outil de diagnostic

23Nous avons choisi de confronter les enseignants-chercheurs à des contenus relevant de la mécanique élémentaire, et ce, pour plusieurs raisons. De nombreux travaux de recherche ont été consacrés à l’identification des modes de raisonnement des étudiants (Altes & Cataloglu, 2007 ; Brooke & Etkina, 2009 ; McDermott & Redish, 1999 ; Viennot, 1996, 2002, 2011). Nous disposons donc d’un panel de situations exploitées par les chercheurs en didactique dans des contextes géographiques et culturels différents et dont les résultats, en termes de conceptions, s’avèrent convergents. De plus, la mécanique étant largement enseignée en première année à l’université, les enseignants-chercheurs interviewés devraient être particulièrement sensibles aux difficultés de compréhension des concepts de mécanique et accueillir favorablement les outils de diagnostic associés.

24L’outil diagnostic que nous avons proposé est issu d’un test conceptuel de type QCM (questions à choix multiple) conçu par des chercheurs en didactique de la physique à partir de résultats des travaux de recherche portant sur la qualification des modes de raisonnement des étudiants en mécanique. Nous avons choisi ce type d’outil car le principe du questionnaire est largement connu au sein de la communauté universitaire et est parfois utilisé pour contrôler, dans un temps limité, les connaissances des étudiants. Les enseignants-chercheurs interviewés ont été invités à inférer des formes de raisonnement à partir des réponses produites par des étudiants à ce test.

25Ce test de 10 QCM est extrait du test d’évaluation conceptuelle FMCE (Force and Motion Conceptual Evaluation, Thornton & Solokoff, 1998). Il est utilisé par la communauté des chercheurs en didactique de la physique pour sonder les modes de raisonnement sur le concept de force tandis que les enseignants l’utilisent pour mesurer l’efficacité de leurs activités d’enseignement (Adam & Wieman, 2011 ; Fulmer, Liang & Liu, 2014 ; Rudolph et al., 2014).

26Dans ce test, nous nous sommes limitées à des situations qui font émerger chez les étudiants : une relation linéaire entre la force et la vitesse (Champagne, Klopfer & Anderson, 1980 ; Halloun & Hestenes, 1985b ; Viennot, 1979, 2002) ou une prédominance d’un objet par rapport à un autre lorsqu’ils sont en interaction (Smith & Wittmann, 2008). En nous appuyant sur les travaux de Smith et Wittmann (2008), nous avons construit deux classes d’équivalence, chacune de ces classes comportant 5 situations différentes.

27Les cinq premières questions (QCM1A à QCM5A, cf. annexe 2) portent sur le concept de force dans le cadre d’actions réciproques (troisième loi de Newton). Chaque question met en jeu un camion et une voiture soit en situation de poussée (QCM1A) soit en situation de collision. Pour les questions mettant en jeu une collision, on considère quatre situations :
– (i) la voiture et le camion ont la même vitesse au moment de la collision ; la voiture a une masse plus faible que le camion (QCM2A) ;
– (ii) la voiture est plus rapide que le camion ; la voiture a une masse plus faible que le camion (QCM3A) ;
– (iii) la voiture entre en collision avec le camion à l’arrêt avant la collision ; la voiture a une masse plus faible que le camion (QCM4A) ;
– (iv) la voiture et le camion de même masse rentrent en collision, mais l’un des deux véhicules est à l’arrêt avant la collision (MCQ5A).

28La réponse exacte attendue de la part des étudiants est que la norme de la force exercée par le camion sur la voiture est identique à celle de la force exercée par la voiture sur le camion.

29Smith et Wittmann (2008) montrent que ces situations déclenchent chez les étudiants des modes de raisonnement de type « action dépendance » et/ou « masse dépendance ». Le modèle « action dépendance » (ou « masse dépendance ») est repéré lorsque c’est le véhicule le plus rapide (ou le plus lourd) qui exerce sur l’autre une force d’intensité plus grande. Les étudiants peuvent également faire appel aux deux modèles en même temps, l’un compensant l’autre, et produire, dans ce cas, une réponse « correcte » (QCM3A et QCM4A) alors que la troisième loi de Newton n’est pas comprise. En effet, dans les questions QCM3A et QCM4A, l’étudiant peut dire que la masse du camion compense la vitesse de la voiture car le camion est plus lourd que la voiture mais la voiture va plus vite. L’intérêt de considérer un ensemble de situations au sein d’une même classe d’équivalence réside dans le fait qu’elle permet de repérer d’éventuels faux positifs (Smith & Wittmann, 2008).

30Les cinq autres questions (QCM1B à QCM5B, cf. annexe 2) portent sur le concept de force dans le cadre du principe fondamental de la dynamique. Les trois premières questions, tirées du cluster « inversion du mouvement » de Smith et Wittmann (2008) interrogent sur la force totale agissant sur une pièce de monnaie lors de sa montée après lancer (QCM1B), au point le plus haut de sa trajectoire (QCM2B) et lors de sa descente (MCQ3B). La réponse exacte attendue de la part des étudiants est que la pièce est soumise à une force constante dirigée vers le bas (force gravitationnelle) si l’on néglige l’action de l’air. Smith et Wittmann (2008) montrent que ces trois situations déclenchent chez certains étudiants un modèle de raisonnement de type « F α V », c’est-à-dire qu’il existe une relation linéaire entre la force et la vitesse. Ce qui conduit les étudiants à penser qu’un objet en mouvement rectiligne et uniforme dans un référentiel galiléen donné est soumis à une force constante (Clément, 1982 ; Enderstein & Spargo, 1996 ; Viennot, 1979). Les étudiants peuvent également utiliser un autre mode de raisonnement plus large sans forcément faire appel au modèle « F α V » : la force est dans le sens du mouvement. Il est donc nécessaire de combiner ces trois situations pour détecter les modes de raisonnement utilisés par les étudiants. Les mêmes modes de raisonnement sont activés à partir des deux autres questions (QCM4B et QCM5B) où les étudiants doivent déterminer la force exercée par une personne sur un traîneau pour que ce dernier ait une vitesse ou une accélération constante.

4.2. Collecte des données

31Des entretiens exploratoires semi-directifs ont été menés avec neuf enseignants-chercheurs physiciens (désignés dans la suite par les lettres A à I), de deux universités françaises, universités de rattachement des auteures de cette recherche. Chaque enseignant-chercheur interrogé a reçu le test trois semaines avant l’interview, les QCM étant accompagnés des pourcentages de réponses des étudiants aux questions que nous avons sélectionnées. Ce choix d’adjoindre des pourcentages a été motivé par le fait que les distributions des réponses des étudiants montrent des tendances assez marquées de leurs modes de raisonnement, que les pourcentages de réponse soient élevés ou faibles. Les seuls travaux que nous avons trouvés comportant des pourcentages de réponses sont ceux de Schwagle (2004) qui concernent 19 étudiants de niveau lycée. En fait, très peu de travaux de recherche présentent à la fois des questionnaires complets et les pourcentages de réponses des étudiants pour chaque question. En plus de cette difficulté, le choix a été d’autant plus restreint que seul le test FMCE est diffusable sans droits d’auteurs dans le domaine de la mécanique. Les interviewés ont été choisis parmi des enseignants-chercheurs directement concernés (à l’époque de l’étude) par l’enseignement de la mécanique classique en première année universitaire. Les enseignants-chercheurs retenus sont les neuf premiers à avoir répondu positivement à notre sollicitation. Ils avaient (toujours à l’époque de l’étude) une expérience d’enseignement universitaire plus ou moins longue allant de 3 à 20 ans, et n’avaient aucun contact avec la recherche en didactique de la physique. L’entretien de recherche était systématiquement précédé d’une partie précisant les objectifs poursuivis : mesurer le degré de réceptivité des enseignants-chercheurs de physique face à des tests produits par les chercheurs en didactique de la physique. Les enseignants-chercheurs ont été informés que l’ensemble des propos tenus ferait l’objet d’une transcription et serait anonymé.

32Les entretiens ont duré entre 45 et 90 minutes. Le guide d’entretien, dont les questions majeures sont reportées dans le tableau 2, est organisé en quatre phases au cours desquelles les enseignants sont confrontés à des questions en lien avec l’outil diagnostic présenté plus haut et d’autres questions plus ouvertes. La plupart des questions du guide renvoient à nos questions de recherche.

Tableau 2 : guide d’entretien

En lien avec le test Ouverture vers les pratiques enseignantes
PHASE 1
Q1 : Quelles sont selon vous les difficultés mises en avant par ces QCM ? (QRconj)
Q2 : Est-ce qu’un seul QCM permet de détecter le raisonnement de l’étudiant et de le comprendre ? (QRhyp-méthodo)
Q3 : Est-ce que ces difficultés vous intéressent ? (QRhyp-existence)
Q4 : Vous paraissent-elles essentielles ? (QRhyp-existence)
PHASE 2
  Q5 : Avez-vous déjà rencontré ces difficultés chez vos étudiants ? (QRhyp-existence)
Q5a : Comment avez-vous surmonté ces difficultés ? Quelles solutions pédagogiques avez-vous proposées ? (QRhyp-usage)
Q5b : Si vos étudiants étaient confrontés à ces difficultés, quelles solutions pédagogiques leur proposeriez-vous pour les surmonter ? (QRhyp-usage)
PHASE 3
Q6 : Est-ce que vous utiliseriez dans votre enseignement l’outil proposé ? (QRhyp_test) Q7 : Par quels autres outils seriez-vous intéressé pour détecter ces difficultés de raisonnement ? (QRhyp-test)
PHASE 4
  Q8 : Au vu de ce que nous avons discuté, est-ce que vous pensez faire évoluer votre pratique enseignante ? (QRhyp-usage)

4.3. Analyse des données et présentation des catégories émergentes et des sous-catégories associées

  • 5 ICS : identification d'un manque de connaissances scientifiques ; MDR : mode de raisonnement ; SAO (...)

33L’analyse des transcriptions des entretiens s’inscrit dans une démarche de catégorisation empirique pilotée par la recherche de marqueurs sémantiques liés à plusieurs dimensions à explorer, définies a priori. De manière opérationnelle, la première étape de l’analyse a consisté à repérer des extraits de verbatim qui nous semblaient pertinents pour notre recherche et à les coder à l’aide d’un terme ou d’une expression significative de ces extraits. Nous considérons un extrait de verbatim comme une unité de signification (Bardin, 1977). Nous avons pu ainsi faire émerger six catégories principales, certaines d’entre elles associant des sous-catégories (cf. tableau 3, annexe 1). Un extrait de verbatim peut relever de plusieurs catégories principales ou sous-catégories émergentes car il peut contenir plus d’une information pouvant être classées dans des catégories principales ou sous-catégories différentes. Les catégories ICS, MDR et SAO du tableau 3 renvoient au travail de conjecture et permettent de mesurer la capacité des enseignants-chercheurs à identifier des conceptions d’étudiants. Elles correspondent en fait aux niveaux 1, 2 et 3 du tableau 1 et permettent d’éclairer la question QRconj. Les catégories SMD et SDA5 définissent deux niveaux d’échelle allant de la défiance à l’adhésion et renvoient aux sous-questions QRhyp-existence, QRhyp-test et QRhyp-méthodo. La catégorie SPE permet quant à elle d’éclairer la manière dont les enseignants-chercheurs transforment les informations sur les conceptions des étudiants en activités d’enseignement (question QRhyp-usage) et renvoie au troisième niveau de l’échelle d’interprétation de réponses d’élèves proposée par Alonzo et Kim (2016) qui inclut l’énoncé de stratégies d’enseignement directement liées à l’interprétation de ces réponses.

5. Résultats

34Cette section consiste en une synthèse des entretiens, organisée de manière à éclairer nos questions de recherche. Nous pointons, dans les propos des enseignants-chercheurs interrogés, des phrases et des éléments de langage qui nous semblent pouvoir structurer les réponses à ces questions. Sont relevés en particulier, des signes de défiance et des signes d’adhésion vis-à-vis des différents aspects de la recherche en didactique de la physique mobilisés dans notre outil d’enquête (réponse à QRhyp). Est également qualifiée, la capacité des enseignants-chercheurs physiciens à interpréter les réponses des étudiants aux QCM au regard des niveaux de Mathé et ses collègues (réponse à QRconj). À noter, le nombre d’enseignants interrogés ne nous permet pas de présenter des résultats sous forme quantitative. Nous indiquerons donc des tendances et soulignerons les variabilités interindividuelles.

5.1. Une adhésion forte à l’idée de conception (réponse à QRhyp-existence) et à l’existence des tests d’inférence - QCM (QRhyp-test)

35L’adhésion des enseignants-chercheurs à l’idée de conception et à l’existence des QCM s’est vue appréciée 1/ à la lumière des qualificatifs utilisés lorsqu’ils convoquaient de manière explicite l’idée de conception ou de mode de raisonnement, 2/ via des déclarations d’intention d’usage ou de non usage.

36La plupart des enseignants-chercheurs interrogés expriment un intérêt marqué pour les conceptions abordées dans les entretiens. Avoir connaissance de ces conceptions est pour eux « intéressant », « essentiel », « important », « troublant » même :

« Il y a toujours entre 10 et 15 % de bonnes réponses [QCM1A, A ; QCM2A, E] des gens qui apparemment ont bien intégré le cours et savent l’appliquer / c’est quand même rassurant […] il y a quelque 5 % là [QCM2A, B] la voiture exerce une plus grande force sur le camion donc là c’est l’inverse alors je ne sais pas ce qu’il se passe dans la tête des étudiants à ce moment-là […] c’est assez mystérieux ça […] et ça [QCM2A, C] c’est amusant comme réponse c’est assez troublant » (interviewé F).

37Au-delà de la connaissance même de ces conceptions, et conformément aux résultats des études de Mathé et ses collaboratrices (2012) et par Alonzo et Kim (2016), les échanges avec l’interviewer sont pointés comme des éléments moteurs de l’adhésion. Pour la plupart d’entre eux (7 sur 9), les discussions au cours de l’entretien sont « utiles », « positives » et conduisent à faire évoluer leur perception sur les difficultés de compréhension des étudiants. Ils trouvent intéressant de se remettre en question (4 sur 9) et de davantage réfléchir à leurs pratiques d’enseignement (4 sur 9) :

Interviewer : « Est-ce que vous prendriez en compte / alors bon bien sûr peut être avec d’autres questions parce que là on a vu qu’il y avait des petits soucis notamment dans la collision / mais de ce qu’on a discuté là / est-ce que vous vous dites à ben tiens là maintenant je prendrais bien en compte ça ou ça // ».

Interviewé D : « Oui oui tout à fait si j’ai besoin de leur parler de la force enfin je veux dire de / sur la force j’y pensais un petit peu mais effectivement les conceptions qui sont erronées / enfin rien que d’en discuter avec vous ça me fait progresser // dans les différentes idées que j’ai pour mieux faire comprendre les choses / aux étudiants [silence] mais // oui oui non je pense que / non mais c’est extrêmement positif ».

38Signalons enfin qu’un enseignant a eu du mal à se départir des raisons qui semblaient expliquer pour lui la réussite ou l’échec aux QCM et liées selon lui « au manque de travail » des étudiants. Il semble ici y avoir un lien entre la manière dont cet enseignant interprète les réponses des étudiants et sa perception des facteurs de réussite liés essentiellement au travail personnel de l’étudiant. Cette perception a agi comme un filtre empêchant à toute autre interprétation de faire sens.

39Quant à l’existence des tests mêmes, tous les enseignants-chercheurs déclarent en ignorer l’existence. Certains expriment le souhait d’avoir à disposition des banques de données de QCM qu’ils puissent utiliser à leur convenance, et la plupart en apprécient la forme et le contenu :

« c’est vrai que la didactique moi je ne connais pas bien maintenant si la didactique c’est voilà ces QCM là heu c’est plutôt plaisant quoi / c’est vrai que ce n’est pas désagréable // et je pense que / je pense que des étudiants heu / trouveraient pas ça trop rébarbatif d’essayer de répondre à des questions comme ça hein » (interviewé G).

5.2. Des propositions d’usage valorisant l’auto-évaluation (réponse à QRhyp-usage)

40Les discussions ont également permis aux interviewés de faire émerger de nouvelles idées (4 sur 9). Certains expriment clairement la volonté d’utiliser ce type de test (4 sur 9) :

« je vais peut-être leur proposer le test […] tu vois ça je veux bien une photocopie » (interviewé G).

« je pense que je vais essayer d’y travailler je vais faire des propositions pour l’année prochaine [au sein de l’équipe pédagogique] parce que je pense que ça c’est très utile beaucoup plus utile que parfois les exercices que l’on peut faire » (interviewé E).

41En conséquence, plusieurs possibilités d’intégration ont été avancées lors des interviews. La majorité des interviewés souhaite utiliser ce type de test dans le cadre d’un auto-diagnostic en cours ou en travaux dirigés en les incluant par exemple dans les fiches de TD. Cela permettrait aux étudiants (dans une sorte de démarche « méta ») de prendre conscience de leurs propres difficultés via des discussions entre eux après avoir réfléchi en individuel ou en petits groupes en utilisant, par exemple, l’usage des boîtiers de vote interactifs (Lasry, 2008) comme suggéré dans l’extrait de verbatim suivant :

« le peu de ce que j’ai lu là-dessus c’est quelque chose qui a l’air de fonctionner ces clickers plus buzz groupes quoi / c’est-à-dire par exemple en cours on pose un petit questionnaire comme ça les gens cliquent après / on donne la bonne réponse // voilà et ou alors on dit voilà on ne vous donne pas la bonne réponse mais on dit que la bonne réponse n’est pas la réponse majoritaire ou quelque chose comme ça et on redemande aux étudiants de faire des mini-buzz groupes [groupes de discussion] à deux ou trois / de discuter avec leurs voisins d’essayer de voir ce qu’ils peuvent dire ou simplement de repasser ou de redire voilà puis de revoter des choses comme ça / où ensuite on redonne des explications puis on redemande un vote / sur un autre éventuellement un autre exercice de ce type-là pour voir si dans une autre situation pour voir si c’est compris, etc. / et avancer comme ça et je pense qu’en 10 minutes on peut faire des choses très très bien » (interviewé D).

42Presque la moitié des interviewés souhaite également utiliser ce type de test en diagnostic de manière formative. Il s’agit dans ce cas de détecter les conceptions de leurs étudiants et, ensuite, de rétroagir sur le contenu de leur enseignement pour les surmonter. Certains soulignent que ce type de test permet de mettre en avant des formes de raisonnement non détectables à travers des exercices traditionnels. Ils considèrent ce type de test comme un apport supplémentaire aux exercices traditionnels avec comme objectif d’avoir une compréhension plus approfondie des concepts de physique, alors que les exercices traditionnels sont plutôt axés sur la compréhension analytique des lois et leur utilisation pour résoudre un problème.

5.3. Des signes de défiance vis-à-vis de certaines dimensions méthodologiques

43La nature des situations proposées dans le test fait l’objet de plusieurs propos réservés. L’ensemble des enseignants-chercheurs interrogés pointe, à un moment ou à un autre de l’entretien, des formulations qui leur semblent maladroites ou des situations susceptibles d’induire les étudiants en erreur :

« Je reproche un peu au problème unidimensionnel [...] parce que tout est toujours colinéaire et donc c’est parfois moins facile pour les étudiants de se rendre compte que en effet la force et la vitesse peuvent vraiment avoir des directions différentes » (interviewé A).

44Deux interviewés mettent en avant la nature trop qualitative des questions proposées et l’usage nécessaire de l’outil mathématique, qui participe également à la conceptualisation, comme si la physique demeurait incomplète si elle n’était pas accompagnée du formalisme mathématique :

« j’ai l’impression quand même ça souligne les difficultés de faire des QCM à questions-réponses écrites seulement // et le fait de ne pas mettre de maths en physique en fait / c’est un peu le danger qu’on peut dire quand on écrit ça on voit que l’absence de maths parler enfin mettre des mots uniquement sur les principes physiques ça peut mener à des faux amis » (interviewé C).

45Les mathématiques permettraient ainsi d’éviter les confusions, ce qui est plus difficile avec des mots, et d’être plus rigoureux.

46Bien que les pourcentages fournis avec le test aient été d’une grande aide dans la détection des modes de raisonnement, ces données ont été jugées insuffisantes chez deux interviewés. L’un d’eux suggère d’augmenter le nombre d’individus interrogés :

«  ça va être intéressant lorsque vous ne le faites pas à 20 étudiants mais à 2 000 étudiants [...] quand on a des réponses sur 2 000 étudiants on peut s’attendre [à de meilleures statistiques] // si on suppose notre population standard » (interviewé B).

47L’autre interviewé additionne les pourcentages pour accroître leur crédibilité :

« si on dit que toutes ces propositions [de la QCM4A] ne sont pas correctes / si on traduit ça signifie que la force / exercée par le camion sur la voiture est nulle alors que la force exercée par la voiture sur le camion n’est pas nulle / et ça c’est finalement c’est cohérent avec la réponse B / la voiture exerce une plus grande force sur le camion // que le camion n’exerce sur la voiture [silence] d’accord // et donc finalement puisque c’est cohérent on pourrait éventuellement ajouter ces deux statistiques là [QCM4A, B et J] et donc ça ferait en tout 63 % de réponse en faveur donc de / d’une plus grande force pour la voiture // que pour le camion » (interviewé F).

48On retrouve ici un autre comportement marqué par l’identité professionnelle des enseignants-chercheurs de physique : la nécessité d’avoir un nombre élevé de données expérimentales.

5.4. Un travail de conjecture plutôt performant mais contexte-dépendant (réponse à QRconj)

5.4.1. Un travail de conjecture fondé sur des associations de réponses

49Si l’on exclut les analyses produites pour les réponses aux situations QCM2A à QCM5A (collisions) sur lesquelles nous reviendrons, la majorité des enseignants-chercheurs interrogés (6 sur 9) se prend au jeu de la reconstruction des raisonnements mobilisés par les étudiants. Ils recherchent des cohérences et des corrélations positives dans les réponses des étudiants entre les différentes situations du test. Leur travail va au-delà de la simple identification des difficultés des étudiants puisqu’ils reconstruisent des modes de raisonnement plus globaux réalisant un travail de conjecture que l’on pourrait situer directement au niveau 3 des niveaux de Mathé, de Hosson & Méheut (2012) (voir tableau 1) :

« c’est ça qui m’étonne toujours c’est que / le pourcentage de bonnes réponses évolue sur une question de / même type [QCM4B et QCM5B] […] d’où l’intérêt d’associer / effectivement des questions comme celles-là parce que si on se base sur celle-là on a 16 % [QCM4B] de bonnes réponses on croit que les étudiants en question ont bien intégré les lois de Newton / alors qu’ici on se rend compte que finalement il y en a quand même 10 % [QCM 5B] sur ces 16 % qui n’ont pas tout compris // voilà » (interviewé F).

«  [QCM1B] ils confondent clairement la vitesse / et la force / parce que ils croient que le mouvement est / comment dire // caractérisé par la force / alors que c’est enfin c’est plutôt la vitesse qui donne la trajectoire du mouvement la direction le sens [de la pièce de monnaie] // alors que là pour eux c’est la force donc je pense qu’ils confondent ces deux notions-là » (interviewé E).

50C’est également l’examen des réponses des étudiants à une association de situations qui permet à 5 interviewés sur 9 de remarquer que certains étudiants peuvent choisir une réponse correcte sans forcément avoir compris le sens des lois et des concepts physiques en jeu :

« il y en a qui se disent la vitesse est vers le bas donc la force va vers le bas aussi / donc voilà ils confondent / ceux-là enfin auparavant ce qu’on voit c’est que le taux de réponse est de 5 % [QCM1B] […] malgré le fait que la vitesse est dirigée vers le haut / donc ceux-là on peut se dire qu’ils ont compris ce qu’est la gravité / et d’autres ah la force la vitesse est cette fois-ci vers le bas c’est un objet qui tombe [QCM3B] et le pourcentage augmente donc ça veut dire que dans ce pourcentage des gens qui augmente il y en a encore qui font le mélange force et vitesse / donc à mon avis là il y a des faux positifs il y a des gens qui répondent correctement en faisant une erreur / probablement / enfin voilà c’est comme ça que je comprends le résultat » (interviewé C).

51Pour ces mêmes situations (questions de type B et QCM1A), 3 des 9 enseignants-chercheurs interrogés attribuent les réponses incorrectes des étudiants à des connaissances approximatives (1 sur 9) ou à un manque de travail (1 sur 9), ou produisent une analyse que l’on pourrait qualifier de niveau 1 si l’on reprend l’échelle du tableau 1 (1 sur 9).

« La QCM1A [...] la majorité d’entre eux répond la force // avec laquelle la voiture pousse le camion est plus grande que la force du camion sur la voiture / donc apparemment le principe la troisième loi de Newton n’a pas été intégrée c’est-à-dire que le principe / c’est le principe même d’action-réaction qui a pas été acquis » (interviewé F).

52Ici, la loi engagée est bien identifiée, mais l’interviewé ne parvient pas à en faire l’élément d’une construction plus générale qui lui permettrait d’expliquer les erreurs produites par les étudiants à l’ensemble des questions portant sur les situations de type A.

53Si l’on s’intéresse maintenant au travail de conjecture produit par les enseignants-chercheurs aux réponses correspondant aux situations « collisions » (QCM2A à QCM5A), on constate un taux de succès moindre (seuls 3 des 9 enseignants-chercheurs interviewés parviennent à proposer une interprétation de niveau 3 (voir tableau 1). Nous interprétons cette différence de performance à la nature des situations engagées.

5.4.2. Des situations plus ou moins propices au travail de conjecture

54Il semble donc que certaines situations ne contribuent pas chez les interviewés à l’émergence spontanée de modes de raisonnement généraux. Alors que certaines recherches en didactique de la physique utilisent les situations de collision pour éprouver la robustesse de la troisième loi de Newton et l’importance de l’idée de « système », les enseignants interrogés y voient eux l’occasion de questionner la compréhension du concept de quantité de mouvement. En effet, seuls quelques interviewés (3 sur 9) expriment les conceptions de type « action dépendance » et « masse dépendance » relevées par Smith et Wittmann (2008). Et un enseignant fait un lien explicite entre cette situation et le raisonnement « adhérence force-vitesse » en contextualisant néanmoins la situation à l’enseignement de la quantité de mouvement :

« c’est plutôt justement cette confusion [de la force] avec la quantité de mouvement en fait / parce que là dans les trois questions suivantes [QCM3A à QCM5A] systématiquement la réponse la plus probable c’est de dire que la force la plus grande est associée à l’objet qui a la plus grande quantité de mouvement / enfin à la vitesse / ou voilà / peut être que ce n’est pas très clair la quantité de mouvement dans l’esprit des étudiants » (interviewé A).

55Ce résultat s’expliquerait par le fait que le contexte d’enseignement de ces situations diffère comme le montre l’extrait de verbatim suivant :

« Dans ce problème qui est présenté plutôt comme un problème de collision / voilà on aurait tendance spontanément plutôt à raisonner en terme de quantité de mouvement » (interviewé A).

56Comme il n’est pas usuel de traiter les situations de collision via la troisième loi de Newton, la plupart des enseignants-chercheurs interrogés ne voient pas d’emblée que ces situations peuvent être abordées en traitant chacun des véhicules en tant que système. En revanche, comme nous l’avons indiqué plus haut, les autres situations (mouvement vertical de la pièce de monnaie, poussée d’un camion par une voiture, poussée d’un traîneau par une personne) sont plus propices à l’identification des modes de raisonnement tels que définis par les chercheurs en didactique de la physique (principe de dominance, adhérence force-vitesse). Les problèmes de poussée et de mouvement vertical sont souvent abordés lors de l’apprentissage du concept de force et des lois de Newton. Nous en concluons que les situations proposées dans le test sont lues à la lumière des pratiques d’enseignement usuelles avec une résistance à l’identification des modes de raisonnement. Si une situation du test mobilise dans les habitudes d’enseignement un concept ou une loi donnée (situation de collision pour la quantité de mouvement), alors les enseignants-chercheurs semblent moins performants dans l’identification des difficultés explorées (situation de collision et application de la 3e loi de Newton). Ils sont en revanche plus performants lorsque les raisonnements à identifier engagent des concepts habituellement travaillés dans les situations du test (lancer d’une pièce de monnaie pour l’association des concepts de force et de vitesse, par exemple). Nous constatons donc un poids très important des rituels pédagogiques qui peut faire écran à la construction des modes de raisonnement génériques chez les interviewés. En cela nous rejoignons les propos de Viennot (2006) qui souligne que « des rituels incrustés depuis longtemps dans nos pratiques semblent bloquer à la fois la réflexion critique spontanée des étudiants et celles des enseignants » (p. 407).

57À l’inverse, les situations de mouvement vertical d’une pièce de monnaie (QCM1B à QCM3B), de poussée de la voiture sur le camion (QCM1A) ou d’une personne sur un traîneau (QCM4B, QCM5B) favorisent l’émergence des modes de raisonnement conformes à ceux conjecturés par les chercheurs en didactique de la physique. Par exemple, la situation de poussée de la voiture sur le camion semble propice à détecter chez les étudiants une tendance à adopter un mode de raisonnement gouverné par le principe de dominance comme le montrent les extraits de verbatim suivants :

« pour mettre en mouvement le camion il faut bien que la voiture pousse plus fort / dessus / que le camion sur la voiture » (interviewé A).

« on voit que c’est à chaque fois ce qui domine c’est ce qui est plus gros soit ce qui est plus rapide » (interviewé B).

58Nous avons également relevé dans les propos des interviewés des allusions à l’adhérence force-vitesse pour les situations de la pièce de monnaie, de la poussée de la voiture sur le camion et de la personne sur le traîneau :

« c’est à nouveau une confusion entre la force et la vitesse // puisqu’ils donnent la même orientation entre la vitesse [du traîneau, QCM4B et QCM5B] et la force [exercée par la personne] » (interviewé C).

5.4.3. Travail de conjecture et tentative d’interprétation

594 des 9 enseignants-chercheurs interviewés ont non seulement produit des analyses de niveau 3 (voir tableau 1) pour les situations de type B et la situation QCM1A mais ils ont également pointé le fait que les modes de raisonnement identifiés apparaissent d’autant plus que les situations proposées sont proches de la vie courante :

« quand on leur donne / des vrais problèmes concrets ils reviennent à une espèce de raisonnement intuitif où ils retombent dans ces erreurs-là et puis ils ne séparent pas ils n’analysent pas les choses de manière rationnelle » (interviewé H).

60Les propos de l’interviewé G s’inscrivent dans cette même ligne :

« je pense qu’il y a une expérience quotidienne mais qui n’est pas analysée du point de vue de la physique / et qu’il faut justement les [étudiants] aider […] à faire une analyse de la physique des choses […]. Si on ne réfléchit pas / avec les outils de la physique / on se trompe / même des physiciens / des gens qui ont fait de la physique s’ils ne le mettent pas en œuvre / dans leur tête / c’est-à-dire que s’ils répondent spontanément sur les pièges / ils peuvent aussi se tromper ça arrive à des gens qui ont eu un enseignement de physique // et donc la physique c’est une discipline où on met en œuvre des concepts des modèles qui ont une définition propre et donc du coup on a un vocabulaire qui se distingue du vocabulaire de la vie courante [...] quand on est en physique qu’on fait un raisonnement de physicien on est dans un monde où on manipule des outils et on a des [silence] on met en œuvre des lois qui bien souvent / enfin / qui peuvent être en contradiction avec le sens commun » (interviewé G).

61Les questions proposées semblent conduire certains interviewés à établir un lien entre un certain degré de proximité des situations avec la vie courante et la mobilisation, par les étudiants, de raisonnements « de sens commun ». L’explicitation de ce lien nous apparaît comme un résultat positif et non anticipé de la démarche de conjecture.

5.4.4. Travail de conjecture et adhésion

62Enfin, nous avons constaté que les enseignants-chercheurs dont le travail de conjecture relève du niveau 3 expriment des avis positifs sur l’existence des conceptions et des tests et projettent dans leurs pratiques futures certains enseignements du travail qu’ils ont réalisé sur le questionnaire (avant et pendant l’entretien).

63Spécifiquement, les enseignants-chercheurs qui émettent l’idée que les situations de la « vie courante » semblent propices à l’apparition de raisonnement « de sens commun », valorisent, pendant l’entretien, « l’aide » qu’il faut apporter aux étudiants pour « faire une analyse de la physique des choses » et semblent prendre conscience du caractère contradictoire des lois « avec le sens commun ». Au-delà d’un impact possible sur la pratique d’enseignement, nous voyons là un indice de l’exercice de la pratique du chercheur soucieux d’identifier des causes possibles (caractère « courant » des situations) d’un effet (mobilisation du sens commun). Ce dernier point (que nous posons avec prudence) conforterait notre choix de placer les enseignants-chercheurs dans une démarche de conjecture et de reconstruction.

6. Discussion et conclusion

64Ce travail trouve son origine dans un constat de faible mobilisation, dans la sphère de l’enseignement supérieur, des résultats produits par la recherche en didactique de la physique, spécifiquement ceux concernant les conceptions des étudiants en physique. Il vise la mise à l’épreuve d’un certain nombre d’hypothèses susceptibles d’expliquer cette faible mobilisation et engage une modalité d’acculturation d’enseignants-chercheurs physiciens à quelques aspects du travail du chercheur en didactique.

65Les travaux de recherche qui prennent pour objet les pratiques des enseignants (de sciences, notamment) indiquent de manière assez consensuelle qu’une connaissance effective des conceptions des étudiants contribue à un enseignement davantage tourné vers l’apprentissage, c’est-à-dire, prenant pour cibles prioritaires la conceptualisation et la compréhension : les pratiques d’enseignement se modifient lorsque les connaissances professionnelles didactiques (qui incluent la connaissance des idées des élèves) s’enrichit. Ceci étant posé, nous nous sommes demandé comment contribuer favorablement à cet enrichissement en formulant un certain nombre d’hypothèses susceptibles d’expliquer que la prise en compte des conceptions par les enseignants du supérieur soit si peu effective. Nous rappelons ici celles qui sont à l’origine de la démarche que nous avons suivie.

66D’abord, il est possible que les résultats de la recherche en didactique se heurtent à une forme d’impensé de l’enseignant-chercheur physicien : soit parce qu’il ignore l’existence même de l’idée de conception (hypothèse 1), soit parce qu’il ne connaît pas les outils (tests, questionnaires, etc.) qui en permettent l’identification (hypothèse 2). Le fait que ces résultats ne soient pas directement transformables en activités (hypothèse 3) ou encore que les fondements méthodologiques des recherches soient susceptibles d’être remis en cause (hypothèse 4) forment autant d’autres raisons possibles à la distance qui existe encore entre la disponibilité des résultats de la recherche en didactique de la physique et l’usage de ces résultats dans la sphère de l’enseignement supérieur.

67Ces quatre hypothèses sont devenues des éléments de structuration d’un outil d’enquête au travers duquel nous avons explicitement mis des enseignants-chercheurs physiciens en contact avec quelques résultats et certains aspects méthodologiques des recherches en didactique de la physique (spécifiquement celles tournées vers la mise au jour de conceptions). Nous attendions de cette mise en contact qu’elle permette d’éprouver les hypothèses formulées, peut-être également de mieux les spécifier, tout en identifiant celles qui contribuent le plus à la mise à distance. D’un point de vue méthodologique, cette manière d’opérer oblitère la possibilité de mettre au jour d’autres raisons susceptibles d’expliquer le fait que les enseignants universitaires physiciens mobilisent peu ou pas les résultats de la recherche en didactique dans leurs pratiques. Cela permet néanmoins de confirmer certaines présomptions et de préciser ce qui est exactement en jeu pour chacune des hypothèses formulées.

68Nous avons donc choisi de placer des enseignants-chercheurs en situation de conjecturer des conceptions à partir d’un certain nombre de situations « didactiques » mobilisées dans des recherches en didactique de la physique. Il s’agissait ensuite d’analyser la nature des éléments favorisant l’adhésion ou provoquant au contraire la défiance tout en caractérisant la capacité des enseignants-chercheurs à réaliser le travail de conjecture propre au chercheur en didactique de la physique.

69Le nombre d’enseignants-chercheurs interrogés (neuf) peut paraître faible et donc les résultats de notre recherche peuvent prêter à caution. Cependant, cette étude nous a permis de construire une grille d’analyse à valeur heuristique qui nous permet d’accéder aux éléments d’adhésion et de défiance suivants :

70Si le travail de conjecture (hypothèse 4) et l’existence des conceptions et tests en permettant l’identification (hypothèses 1 et 2) sont perçus globalement de manière positive par les enseignants-chercheurs cibles de notre étude, les projections mobilisées engagent davantage un usage à la charge autonome des étudiants. En effet, les enseignants-chercheurs valorisent un usage des QCM en tant qu’outil d’auto-diagnostic et outil formatif pour détecter les conceptions de leurs étudiants et rétroagir en conséquence sur le contenu de leur cours. Ils évoquent également la possibilité d’ajouter ces QCM dans des fiches de TD car ils considèrent que cet outil est complémentaire aux exercices traditionnels, ces derniers étant plus axés sur l’usage des lois que la compréhension des concepts. Par contre, ils évoquent peu (voire pas du tout) la manière dont leurs scénarios d’enseignement pourraient se voir modifiés (hypothèse 3). L’usage du QCM est donc considéré comme un outil parmi d’autres pour les aider (ou aider les étudiants) à détecter les difficultés conceptuelles. Cela dit, ce signe d’adhésion donne à penser que les activités que nous avons proposées ont probablement contribué à enrichir les connaissances professionnelles didactiques des enseignants-chercheurs que nous avons interrogés. Malgré tout, les QCM ne se laissent pas toujours interpréter sans médiation effective (de la part du chercheur) surtout lorsque les situations sont habituellement mobilisées dans des contextes thématiques différents des thématiques visées par les QCM. Mais l’on notera toutefois que le travail de conjecture conduit la plupart des enseignants-chercheurs à énoncer des conceptions de niveau de généralité élevé (celui correspondant au niveau 3 du travail de Mathé et ses collaboratrices [2012]) plutôt que des erreurs locales (de niveau 1) et faiblement généralisatrices. Cet élément est sans doute à retenir pour une utilisation ultérieure de ce type d’outil et de travail en situation de développement professionnel. Toutefois, il convient de souligner que la faiblesse des échantillons a certainement constitué un facteur de défiance pour certains enseignants-chercheurs. Dans ce contexte, et compte tenu des résultats de notre analyse, il serait sans doute souhaitable d’augmenter les effectifs des répondants aux QCM (hypothèse 4). D’autant plus que ces données ont joué un rôle important dans l’acceptation des résultats du travail de conjecture conduit par les enseignants-chercheurs interrogés dont certains sont allés jusqu’à construire des classes d’équivalence pour mieux cerner les difficultés conceptuelles mises en jeu dans les QCM et atteindre le niveau de conjecture indiqué plus haut.

71En résumé, l’analyse du travail de conjecture réalisé par des enseignants-chercheurs physiciens nous a permis de constater que ceux-ci ignorent qu’il existe de grandes tendances de raisonnement et ne connaissent pas non plus les tests qui en permettent l’identification. Ils reconnaissent l’intérêt qu’il peut y avoir à en connaître l’existence sans pour autant être en capacité de penser leur enseignement autrement, au-delà d’une mobilisation des tests en tant qu’outil d’auto-diagnostic. Ce point est certainement le plus critique et pourrait constituer le frein majeur à un rapprochement effectif des résultats de la recherche en didactique avec les pratiques des enseignants-chercheurs physiciens. En outre, certains enseignants-chercheurs demeurent réservés quant au caractère généralisable des résultats compte tenu du nombre relativement faible d’étudiants concernés par les tests présentés. Ce point nous apparaît moins critique dans la mesure où la stabilité des conceptions, dans l’espace et dans le temps pourrait être aisément mise en avant. D’autres remettent en cause la validité des tests à cause de la nature trop « qualitative » des questions posées. Quant au travail de conjecture lui-même, il est réalisé avec succès dans la plupart des cas et s’il ne l’est pas, c’est soit parce que les erreurs sont interprétées comme un manque de travail de la part de l’étudiant, soit parce que les conceptions visées dans certaines situations mises en scène dans les questions du test réfèrent à un contenu de savoir non travaillé habituellement par les enseignants-chercheurs via ces mêmes situations. D’ailleurs, l’adhésion positive des enseignants-chercheurs au travail de conjecture va de pair avec un enthousiasme explicite pour l’idée même de conception et avec une volonté d’usage déclaré des tests.

72Ces résultats, même s’ils concernent un échantillon faible d’enseignants-chercheurs, nous permettent de penser que la communauté universitaire apparaît plutôt encline à découvrir les conceptions des étudiants et les méthodes qui en permettent l’identification. Toutefois, la question de la transformation des pratiques d’enseignement à partir d’une connaissance effective des conceptions et des outils qui en permettent l’identification reste un enjeu de travail à la fois pour le chercheur en didactique et pour la formation. Deux options s’offrent à nous pour entrer dans cette démarche : observer les enseignants ayant participé à notre étude, sans leur fournir de pistes de transformation, mais la possibilité est grande de voir les pratiques finalement peu modifiées, ou au contraire, poursuivre le travail de familiarisation en proposant des outils de remédiation produits par la recherche en didactique. On peut penser, par exemple, aux stratégies de résolution par « schémas éclatés » (Viennot, 1996) pour l’enseignement de la troisième loi de Newton dans le cas des collisions. Ces nouvelles pistes de recherche devraient ensuite nous amener à construire des actions de formation plaçant les enseignants-chercheurs dans une démarche de construction de scénarios pédagogiques prenant en compte les résultats de la recherche en didactique.

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Annexe

Annexe 1

Tableau 3 : description des catégories émergentes et des sous catégories associées - Exemples d'extraits

Catégorie principale / Sous-catégories Description Nbre d’enseignants
Exemple d'extraits de verbatim
Identification d'un manque de connaissances scientifiques (ICS) ICS inclut des verbatim où les interviewés attribuent les difficultés des étudiants à un manque de connaissances scientifiques. 9
La QCM1A [...] la majorité d'entre eux répond la force // avec laquelle la voiture pousse le camion est plus grande que la force du camion sur la voiture / donc apparemment le principe la troisième loi de Newton n'a pas été intégrée c'est-à-dire que le principe / c'est le principe même d'action-réaction qui a pas été acquis (interviewé F)
Mode de raisonnement (MDR)
Identification (ide-MDR)
Qualification (qua-MDR)
MDR regroupe les verbatim où l'interviewé exprime les modes de raisonnement à partir du test. Nous distinguons les verbatim qui se rapportent à l'identification des modes de raisonnement (ide-MDR) de ceux qui se réfèrent à leur qualification (qua-MDR). Ide-MDR : 9
Qua-MDR : 8
Interviewé B : il y a le premier [QCM1B] qui semble être lié à la confusion entre force et condition initiale [silence] oui voilà les conditions initiales si l'intensité décroît donc ça c'est la vision de proportionnalité entre vitesse et force // oui ça c'est très commun par contre // la vitesse elle est proportionnelle à la force [silence]
Interviewer : Et vous pouvez l'expliquer pourquoi les étudiants pensent ça // la force est proportionnelle à la vitesse ?
Interviewé B : [silence] Ça correspond à // à l'expérience quotidienne qui était aussi celle de l'antiquité des mouvements qui sont toujours heu // toujours freinés avec frottement et que pour avoir le mouvement il faut qu'il y ai un moteur en permanence
Signes d'appropriation de l'outil didactique (SAO) L'interviewé montre des signes d'appropriations des modes de fonctionnement du test (classe d'équivalence, croisement des questions, etc.). 6
C'est ça qui m'étonne toujours c'est que le pourcentage de bonnes réponses évolue sur une question de même type [QCM4B, QCM5B] […] intérêt d'associer effectivement des questions […] parce que […] on croit que les étudiants en question ont bien intégré les lois de Newton alors qu'ici on se rend compte que finalement il y en a quand même 10 % sur ces 16 % qui n'ont pas tout compris. (interviewé F)
Signes de mise à distance (SMD) SMD contient les verbatim dans lesquels l'interviewé émet un avis réservé sur l'outil didactique proposé (test) et son contenu. Cette catégorie est subdivisée en 5 sous-catégories :  
Situations non usuelles (snu-SMD) L'interviewé émet des réserves sur certains situations proposées dans le test car elles sont traitées de manière différente dans sa pratique enseignante. 7
On n'a pas besoin de la force quand on fait des collisions comme ça élastiques ou inélastiques / on fait le bilan de quantité de mouvement avant et après on a la réponse donc on n'a pas besoin du concept de force [...] c'est pas important. (interviewé D)
Mode de raisonnement au second plan (msp-SMD) L'interviewé indique que la détection des modes de raisonnement des étudiants n'est pas une priorité dans sa pratique enseignante. 2
C'est des erreurs qu'on n'a pas l'idée vraiment de vérifier en cours [...] on reste très formel en résolution d'exercice on part des équations qu'on a vu en cours et puis on applique […] mais c'est vrai qu'on vérifie pas forcément ce genre de chose. (interviewé H)
Réserve sur les situations du test (rsi-SMD) L'interviewé exprime une mise à distance vis-à-vis des situations présentées dans le test. 9
Je reproche un peu au problème unidimensionnel [...] parce que tout est toujours colinéaire et donc c'est parfois moins facile pour les étudiants de se rendre compte que en effet la force et la vitesse peuvent vraiment avoir des directions différente. (interviewé A)
Réserve sur l'outil didactique (rod-SMD) L'interviewé émet des réserves vis à vis du principe du test. 5
Il peut y avoir des faux positifs j'avais pas trop réfléchis […] ça souligne les difficultés de faire des QCM à questions-réponses écrites seulement […] on voit que l'absence de maths parler mettre des mots uniquement sur les principes physiques ça peut mener à des faux amis. (interviewé C)
Réserve sur la représentativité des pourcentages (rst-SMD) L'interviewé émet un jugement sur le nombre d'individus interrogés. 3
Ça va être intéressant lorsque vous ne le faites pas à 20 étudiants mais à 2000 étudiants […] quand on a des réponses sur 2000 étudiants on peut s'attendre // si on suppose notre population standard. (interviewé B)
Signes d'adhésion (SDA) SDA regroupe les verbatim où l'interviewé exprime un intérêt vis-à-vis du test et son contenu. Cette catégorie est subdivisée en 2 sous-catégories :  
Régularité des modes de raisonnement (rmr-SDA) L'interviewé souligne la régularité des modes de raisonnement des étudiants. 8
Ils ont toujours tendance à penser comme ça [lien entre F et v] 00 c'est un peu récurrent […] c'est vraiment une constante. (interviewé I)
Adhésion aux modes de raisonnement (amr-SDA) L'interviewé exprime sa réceptivité envers les modes de raisonnement des étudiants. 9
Ça m'intéresse parce que je pense que ce genre d'erreur je peux l'avoir aussi avec des étudiants de première année. (Interviewé E)
Signes d'intégration dans la pratique enseignante (SPE) Les extraits de verbatim classés dans SPE font référence aux propos des interviewés dans lesquels des propositions d'intégration dans la pratique émergent. Cette catégorie est subdivisée en 2 sous-catégories :  
Signes de changement (sdc-SPE) L'interviewé exprime une volonté plus ou moins forte de faire évoluer ses pratiques. Cette volonté se mesure à la lumière de l'usage déclaré, c'est-à-dire la réceptivité des interviewés à intégrer l'outil didactique proposé et à faire émerger d'autres propositions. Nous distinguerons la réceptivité globale et l'usage du test. 9
Oui oui tout à fait [...] rien que d'en discuter avec vous ça me fait progresser dans les différentes idées que j'ai pour mieux faire comprendre les choses aux étudiants […] c'est extrêmement positif. (Interviewé D)
Signe et proposition d'intégration (sint-SDA) L'interviewé évoque un usage des tests par les étudiants eux mêmes. 4
Ce serait bien de le [test] faire avant et après pour leur montrer qu'ils [les étudiants] ont évolué […] c'est encourageant c'est satisfaisant pour eux. (Interviewé G)

Annexe 2 : questions issues du test conceptuel FMCE

Nous proposons ci-après une série de questions conçues pour détecter deux difficultés de raisonnement en mécanique élémentaire. Chaque QCM comprend un énoncé et une série de suggestions. Ces questions (QCM, questions à choix multiples) ont été proposées à des étudiants de lycée. Ils avaient pour consigne de choisir la suggestion qui leur semble la plus appropriée à la question posée. Nous avons reporté dans les tableaux le taux de réponse des étudiants ayant choisi les suggestions proposées.

1. QCM 1A : « Un camion poussé par une voiture » (source FMCE Q36)

QCM 1A (source : Thornton & Sokoloff, 1998 ; notre traduction)

Un gros camion tombe en panne sur une route. Pour retourner à la ville, le camion se fait pousser par une voiture compacte (voir figure 1). La voiture, qui pousse toujours le camion, augmente sa vitesse pour atteindre sa vitesse de croisière. On néglige les frottements.

Fig. 1 : voiture qui pousse un camion

Fig. 1 : voiture qui pousse un camion

Choisir une des propositions qui décrit correctement les forces en jeu entre le camion et la voiture.

Tableau I : distracteurs (source : Thornton & Sokoloff, 1998 ; notre traduction) et résultats de réponses étudiants (source : Schwagle, 2004)

Propositions Taux réponses étudiants (%)
A – La force avec laquelle la voiture pousse le camion est aussi grande que la force du camion sur la voiture. 10,5 (PC*)
B – La force avec laquelle la voiture pousse le camion est plus petite que la force du camion sur la voiture. 5,3
C - La force avec laquelle la voiture pousse le camion est plus grande que la force du camion sur la voiture. 68,4
D – Le moteur de la voiture est en marche, alors la voiture pousse le camion mais le moteur du camion est à l’arrêt. Le camion ne peut donc pas exercer une force sur la voiture. 10,5
E – Ni la voiture, ni le camion n’exercent de forces l’un sur l’autre. Le camion est poussé vers l’avant que parce qu’il est sur le chemin de la voiture. 0,0
J – Aucune de ces propositions ci-dessus n’est correcte. 5,3

* PC = proposition correcte

2. QCM 2A à QCM 5A : « Collision entre un camion et une voiture » (source FMCE Q30, Q31, Q32 & Q34)

Dans toutes les situations décrites ci-dessous, on néglige les frottements et les déformations induits par la collision.

Fig. 2 : collision entre un camion et une voiture

Fig. 2 : collision entre un camion et une voiture

QCM 2A (source : Thornton & Sokolff, 1998, notre traduction)

Le camion est plus lourd que la voiture. Le camion et la voiture se déplacent à la même vitesse quand ils entrent en collision (voir figure 2)

Choisir une des propositions (A à J) qui décrit le mieux les forces en jeu entre la voiture et le camion.

Tableau II : distracteurs (source : Thornton & Sokoloff, 1998 ; notre traduction) et résultats de réponses étudiants (source : Schwagle, 2004)

Propositions Taux réponses étudiants (%)
A – Le camion exerce une plus grande force sur la voiture que la voiture n’exerce sur le camion. 68,4
B – La voiture exerce une plus grande force sur le camion que le camion n’exerce sur la voiture. 5,3
C – Aucun des deux n’exerce de force l’un sur l’autre. La voiture est simplement détruite puisqu’elle se trouve sur le trajet du camion. 5,3
D – Le camion exerce une force sur la voiture mais la voiture n’exerce pas de force sur le camion. 0,0
E – Le camion exerce une force sur la voiture identique à celle qu’exerce la voiture sur le camion. 15,7 (PC*)
F – Il n’y a pas assez d’information donnée dans l’énoncé pour choisir une des propositions ci-dessus. 5,3
J – Aucune des propositions ci-dessus ne décrit correctement la situation. 0,0

* PC = proposition correcte

QCM 3A (source : Thornton & Sokoloff, 1998, notre traduction)

Le camion est plus lourd que la voiture. La voiture va plus vite que le camion quand ils entrent en collision. Choisir une des propositions (A à J) qui décrit le mieux les forces en jeu entre la voiture et le camion (voir figure  2).

Tableau III : distracteurs (source : Thornton & Sokoloff, 1998 ; notre traduction) et résultats de réponses étudiants (source : Schwagle, 2004)

Propositions Taux réponses étudiants (%)
A – Le camion exerce une plus grande force sur la voiture que la voiture n’exerce sur le camion. 0,0
B – La voiture exerce une plus grande force sur le camion que le camion n’exerce sur la voiture. 52,6
C – Aucun des deux n’exerce de force l’un sur l’autre. La voiture est simplement détruite puisqu’elle se trouve sur le trajet du camion. 0,0
D – Le camion exerce une force sur la voiture mais la voiture n’exerce pas de force sur le camion. 0,0
E – Le camion exerce une force sur la voiture identique à celle qu’exerce la voiture sur le camion. 10,5 (PC*)
F – Il n’y a pas assez d’information donnée dans l’énoncé pour choisir une des propositions ci-dessus. 31,7
J – Aucune des propositions ci-dessus ne décrit correctement la situation. 5,2

* PC = proposition correcte

QCM 4A (source : Thornton & Sokoloff, 1998, notre traduction)

Le camion est plus lourd que la voiture. Le camion est à l’arrêt quand la voiture le percute. Choisir une des propositions (A à J) qui décrit le mieux les forces en jeu entre la voiture et le camion (voir figure 2).

Tableau IV : distracteurs (source : Thornton & Sokoloff, 1998, notre traduction)

Propositions Taux réponses étudiants (%)
A – Le camion exerce une plus grande force sur la voiture que la voiture n’exerce sur le camion. 0,0
B – La voiture exerce une plus grande force sur le camion que le camion n’exerce sur la voiture. 42,1
C – Aucun des deux n’exerce de force l’un sur l’autre. La voiture est simplement détruite puisqu’elle se trouve sur le trajet du camion. 5,3
D – Le camion exerce une force sur la voiture mais la voiture n’exerce pas de force sur le camion. 5,3
E – Le camion exerce une force sur la voiture identique à celle qu’exerce la voiture sur le camion. 15,8 (PC*)
F – Il n’y a pas assez d’information donnée dans l’énoncé pour choisir une des propositions ci-dessus. 10,5
J – Aucune des propositions ci-dessus ne décrit correctement la situation. 21,0

* PC = proposition correcte

QCM 5A (source : Thornton & Sokoloff, 1998, notre traduction)

Fig. 3 : collision entre un pick-up et une voiture

Fig. 3 : collision entre un pick-up et une voiture

Le camion est un petit pick-up et a la même même masse que la voiture. Le camion est à l’arrêt quand la voiture le percute. Choisir une des propositions (A à J) qui décrit le mieux les forces en jeu entre la voiture et le camion (voir figure 3).

Tableau V : distracteurs (source : Thornton & Sokoloff, 1998 ; notre traduction) et résultats de réponses étudiants (source : Schwagle, 2004)

Propositions Taux réponses étudiants (%)
A – Le camion exerce une plus grande force sur la voiture que la voiture n’exerce sur le camion. 0,0
B – La voiture exerce une plus grande force sur le camion que le camion n’exerce sur la voiture. 84,1
C – Aucun des deux n’exerce de force l’un sur l’autre. La voiture est simplement détruite puisqu’elle se trouve sur le trajet du camion. 0,0
D – Le camion exerce une force sur la voiture mais la voiture n’exerce pas de force sur le camion. 0,0
E – Le camion exerce une force sur la voiture identique à celle qu’exerce la voiture sur le camion. 5,3 (PC*)
F – Il n’y a pas assez d’information donnée dans l’énoncé pour choisir une des propositions ci-dessus. 5,3
J – Aucune des propositions ci-dessus ne décrit correctement la situation. 5,3

* PC = proposition correcte

3. QCM 1B à QCM 3B : « Mouvement vertical d'une pièce de monnaie » (source FMCE Q11, Q12 & Q13)

Soit une pièce de monnaie jetée en l'air à la verticale. Après avoir été lâchée, la pièce monte, atteint son point le plus haut et retombe ensuite. On néglige la résistance de l'air dans les trois situations suivantes :

QCM 1B : la pièce de monnaie va vers le haut après avoir été lancée.

Choisir une des propositions suivantes (A à J) pour indiquer la force agissant sur la pièce de monnaie.

Tableau VI : Distracteurs (source : Thornton & Sokoloff, 1998 ; notre traduction) et résultats de réponses étudiants (source : Schwagle, 2004)

Propositions Taux réponses étudiants (%)
A – La force est dirigée vers le bas et son intensité est constante. 5,3 (PC*)
B – La force est dirigée vers le bas et son intensité augmente. 0,0
C – La force est dirigée vers le bas et son intensité décroît. 0,0
D – La force est nulle. 0,0
E – La force est dirigée vers le haut et son intensité est constante. 10,5
F – La force est dirigée vers le haut et son intensité augmente. 31,6
G – La force est dirigée vers le haut et son intensité décroît. 52,6
J - Aucune de ces propositions est correcte. 0,0

* PC = proposition correcte

QCM 2B : la pièce de monnaie est à son point le plus haut.

Choisir une des propositions suivantes (A à J) pour indiquer la force agissant sur la pièce de monnaie.

Tableau VII : distracteurs (source : Thornton & Sokoloff, 1998 ; notre traduction) et résultats de réponses étudiants (source : Schwagle, 2004)

Propositions Taux réponses étudiants (%)
A – La force est dirigée vers le bas et son intensité est constante. 5,3 (PC*)
B – La force est dirigée vers le bas et son intensité augmente. 0,0
C – La force est dirigée vers le bas et son intensité décroit. 0,0
D – La force est nulle. 89,4
E – La force est dirigée vers le haut et son intensité est constante. 5,3
F – La force est dirigée vers le haut et son intensité augmente. 0,0
G – La force est dirigée vers le haut et son intensité décroit. 0,0
J - Aucune de ces propositions est correcte. 0,0

* PC = proposition correcte

QCM 3B : la pièce de monnaie se déplace vers le bas.

Choisir une des propositions suivantes (A à J) pour indiquer la force agissant sur la pièce de monnaie.

Tableau VIII : Distracteurs (source : Thornton & Sokoloff, 1998 ; notre traduction) et résultats de réponses étudiants (source : Schwagle, 2004)

Propositions Taux réponses étudiants (%)
A – La force est dirigée vers le bas et son intensité est constante. 21,0 (PC*)
B – La force est dirigée vers le bas et son intensité augmente. 73,7
C – La force est dirigée vers le bas et son intensité décroît. 0,0
D – La force est nulle. 5,3
E – La force est dirigée vers le haut et son intensité est constante. 0,0
F – La force est dirigée vers le haut et son intensité augmente. 0,0
G – La force est dirigée vers le haut et son intensité décroît. 0,0
J - Aucune de ces propositions est correcte. 0,0

* PC = proposition correcte

4. QCM 4B à QCM 5B « Mouvement horizontal d'un traîneau sur la glace » (source FMCE Q1 & Q2)

Une personne, munie de chaussures à clous et debout sur la glace, peut appliquer une force sur le traîneau et le pousser sur la glace. Les frottements sont très faibles et sont donc négligés.

QCM 4B : quelle force permettrait de garder le traîneau en mouvement vers la droite avec une vitesse constante ?

Parmi les propositions ci-dessous (A à J), choisir la force qui permette de garder le traîneau en mouvement.

Tableau IX : Distracteurs (source : Thornton & Sokoloff, 1998 ; notre traduction) et résultats de réponses étudiants (source : Schwagle, 2004)

Propositions Taux réponses étudiants (%)
A – La force est dirigée vers la droite et son intensité augmente. 0,0
B – La force est dirigée vers la droite et son intensité est constante. 84,2
C – La force est dirigée vers la droite et son intensité décroît. 0,0
D – Aucune force est nécessaire. 15,8 (PC*)
E – La force est dirigée vers la gauche et son intensité décroît. 0,0
F – La force est dirigée vers la gauche et son intensité est constante. 0,0
G – La force est dirigée vers la gauche et son intensité augmente. 0,0
J - Aucune de ces propositions est correcte. 0,0

* PC = proposition correcte

QCM 5B : quelle force permettrait de garder le traîneau en mouvement vers la droite et de l'accélérer jusqu'à obtenir une accélération constante ?

Parmi les propositions ci-dessous (A à J), choisir la force qui permette de garder le traîneau en mouvement.

Tableau X : distracteurs (source : Thornton & Sokoloff, 1998 ; notre traduction) et résultats de réponses étudiants (source : Schwagle, 2004)

Propositions Taux réponses étudiants (%)
A – La force est dirigée vers la droite et son intensité augmente. 94,7
B – La force est dirigée vers la droite et son intensité est constante. 5,3 (PC*)
C – La force est dirigée vers la droite et son intensité décroît. 0,0
D – Aucune force est nécessaire. 0,0
E – La force est dirigée vers la gauche et son intensité décroît. 0,0
F – La force est dirigée vers la gauche et son intensité est constante. 0,0
G – La force est dirigée vers la gauche et son intensité augmente. 0,0
J - Aucune de ces propositions est correcte. 0,0

PC = proposition correcte

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Notes

1 Nous préciserons plus avant le sens que nous adoptons pour ces deux termes.

2 L'usage de ces deux dénominations renvoie à la manière dont ces communautés de chercheurs se désignent selon les aires géographiques considérées (par exemple, la communauté nord-américaine parle de physics education research lorsqu'elle désigne les chercheurs sur l'enseignement de la physique). Pour autant et dans la mesure où les deux communautés se rejoignent sur des problématiques identiques et partagent une grande part de leurs productions dans des colloques et revues communes, nous les considérons comme équivalentes du point de vue de cette étude.

3 Le lecteur peut par exemple se référer aux supports proposés par l'American Association of Physics Teachers (http://www.physport.org/assessments) créés par des chercheurs en physics education research et assez communément utilisés dans la sphère anglophone.

4 Nous rapprochons ici « conjecture » (Viennot, 1996) et « procédures hypothétiques » (Tiberghien & Vince, 2005).

5 ICS : identification d'un manque de connaissances scientifiques ; MDR : mode de raisonnement ; SAO : signes d'appropriation de l'outil didactique ; SMD : signes de mise à distance ; SDA : signes d'adhésion ; SPE : signes d'intégration dans la pratique enseignante.

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Table des illustrations

Titre Fig. 1 : voiture qui pousse un camion
URL http://journals.openedition.org/rdst/docannexe/image/1489/img-1.jpg
Fichier image/jpeg, 52k
Titre Fig. 2 : collision entre un camion et une voiture
URL http://journals.openedition.org/rdst/docannexe/image/1489/img-2.jpg
Fichier image/jpeg, 43k
Titre Fig. 3 : collision entre un pick-up et une voiture
URL http://journals.openedition.org/rdst/docannexe/image/1489/img-3.jpg
Fichier image/jpeg, 45k
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Pour citer cet article

Référence papier

Nathalie Lebrun et Cécile de Hosson, « Repérer des conceptions d'étudiants : un pas vers l'enrichissement des connaissances professionnelles didactiques d'enseignants-chercheurs de physique »RDST, 15 | 2017, 59-96.

Référence électronique

Nathalie Lebrun et Cécile de Hosson, « Repérer des conceptions d'étudiants : un pas vers l'enrichissement des connaissances professionnelles didactiques d'enseignants-chercheurs de physique »RDST [En ligne], 15 | 2017, mis en ligne le 01 janvier 2019, consulté le 20 octobre 2021. URL : http://journals.openedition.org/rdst/1489 ; DOI : https://doi.org/10.4000/rdst.1489

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Auteurs

Nathalie Lebrun

Université de Lille 1, LDAR (universités Paris Diderot, Cergy-Pontoise, Rouen, Artois et Paris Est-Créteil) – nathalie.lebrun@univ-lille1.fr

Cécile de Hosson

Université Paris-Diderot, LDAR (universités Paris Diderot, Cergy-Pontoise, Rouen, Artois et Paris Est-Créteil) – cecile.dehosson@univ-paris-diderot.fr

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