historique_1

L'expérience de Teresa montre que les élèves de collège de première année ont des difficultés avec le formalisme vectoriel des forces, particulièrement avec la représentation des forces subies par un corps en différent situations (par exemple posé sur un plan incliné). Dans les cours habituels de physique l'enseignement de la statique des forces se fait avec des dessins/schémas statiques. On se pose la question si l'utilisation des artefacts animés et interactives peuvent aider les élèves à mieux repérer les forces en jeu, s'approprier le concept de vecteur force et apprendre à schématiser la situation.

Artefacts considérés à ce stage :

Un artefact pourrait être bien adapté à ce problème:

http://tfleisch.ep.profweb.qc.ca/exercice--relevez-et-placez-correctement-les-forces.html

Cet artefact pourrait présenter plusieurs avantages:

il permet aux élèves de trouver les forces en présence dans des cas de plus en plus complexes, cela peut peut-être représenter un défi pour eux
l'élève doit choisir parmi une liste de forces celles qui lui semblent adaptées pour décrire la situation, cela peut permettre à l'élève d'avoir une certaine marge de manœuvre (sentiment de contrôlabilité)
Il permet à l'élève d'avancer à son rythme et on peut lui laisser le temps nécessaire pour l'activité
il donne des feedback immédiats qui sont encourageants quand le résultat est juste
Les élèves peuvent recommencer plusieurs fois un exercice sans être jugés par un humain
Une réponse est considérée comme juste si toutes les forces extérieures qui s'appliquent sont données par l'élève et si le point d'application et le sens de chaque force sont corrects. Par contre l'intensité de chaque force n'est pas pris en compte. Ce défaut de l'artéfact doit pouvoir être exploité en faisant rechercher aux élèves les limites de cet artefact.

Par contre, l'artefact ne permet pas d'enregistrer ce que font les élèves, il faudrait trouver un moyen de savoir qui a fait quoi.

Scénario possible:

donner aux élèves les caractéristiques d'une force (point d'application, sens, direction, intensité)
leur demander de faire par écrit des prévisions sur les caractéristiques de différentes forces qui vont apparaitre dans l'artefact (force de pesanteur, force de soutien ou réaction du support, tension, force de frottement)
leur présenter l'artefact et leur demander de trouver les caractéristiques des différentes forces présentes dans l'artefact en leur laissant suffisamment de temps pour faire les exercices proposés
puis peut-être utiliser dans un 2ème temps le diagramme des forces de l'artefact pour leur faire comprendre que l'on choisit pour simplifier le problème de déplacer le point d'application de toutes les forces sur le centre de gravité de l'objet.
Utiliser le cas simple d'un objet posé sur une surface plane et leur demander quel lien il y a entre les intensités de la force de pesanteur et de la réaction du support en utilisant l'artefact qui présente un défaut sur ce point et qui va peut-être questionner les élèves.

Logiciel Algodoo

http://www.algodoo.com/

Simulations de PhET Interactive Simulations, University of Colorado, Boulder :

http://phet.colorado.edu/fr/simulation/forces-and-motion-basics

http://phet.colorado.edu/fr/simulation/forces-and-motion

http://phet.colorado.edu/fr/simulation/the-ramp

http://phet.colorado.edu/fr/simulation/ramp-forces-and-motion

préconceptions/difficultés sur:

- formalisme vectoriel des forces

- La force qui agisse sur un objet: une flèche qui part de l'objet (d'habitude ils font une flèche qui part "de la personne" qui fait la force et finisse sur l'objet sur lequel la force agisse)

- Somme des forces: somme vectorielle vs. somme scalaire (ils apprennent à faire la somme vectorielle de manière graphique mais continuent à faire la somme des intensités de toutes les forces pour trouver l'intensité de la force résultante)

- La longueur du vecteur est l'intensité de la force: cas d'un objet suspendu du plafond par deux cordes qui forment un angle (pas droite), ils vont souvent considérer que l'intensité de la force "est la distance de l'objet au plafond"

- Décomposition des forces: une force peut être équivalente à la somme de deux ou plusieurs forces dans différentes directions

- statique sur le plan incliné

- La force de friction sur le même plan incliné peut être différente pour le même objet (dépendance avec l'angle). La force de friction ne vas pas faire "remonter" l'objet vers le haut.

- force de gravitation

- L'intensité de la force avec laquelle nous attirons à la Terre est la même que celle de la force avec laquelle la Terre nous attire à nous

- force de friction

- ressorts

Voici d'autres préconceptions sur le principe d'inertie, je ne sais pas si cela sera utile

Préconceptions en mécanique :

Exemple 1: Le concept d’inertie (1^ère loi de Newton)

Préconceptions:

– il faut une force dans la direction du mouvement!!!!

– une force de contact continue d’agir même lorsqu’il n’y a plus contact!!!!

– adhérence entre les notions de vitesse et de force!!!!

– Les forces sont une propriété de l’objet!!!!

La notion d’inertie exprimée par la 1^ère loi de Newton n’est donc pas mobilisée par les élèves.

Origine:

– observations de la vie courante: si le cheval cesse de tirer la charrette, celle-ci s’arrête!

– le rôle primordial des forces de frottement dans les mouvements usuels n’est pas perçu.

– il a fallu de nombreux siècles (Galilée) pour abandonner cette préconception qu’ont la plupart des élèves.

Le seul mouvement naturel d'un objet est de ne pas bouger.

• Lorsqu'un objet est en mouvement continu, même à vitesse constante, une force agit sur lui dans le sens du mouvement.

• Cette force inventée est surtout présente lorsque la force est opposée au sens du mouvement. Le mouvement est alors expliqué par le fait que la force imaginée est plus grande que la force réelle.

• Tous les objets peuvent être arrêtés en enlevant la force qui agit sur eux.

• La masse de l'objet fait que celui-ci s'arrête.

• L'inertie est une force qui garde les objets en mouvement.