Concepts cinématiques et raisonnements naturels : étude de la compréhension des changements de référentiels galiléens par les étudiants en sciences.

Résumé :
Nous décrivons, dans le premier chapitre, l’enquête préliminaire qui nous a permis de mieux définir notre programme de travail mais aussi d’affiner nos outils de recherches. Grâce à cette enquête, nous avons constaté que les étudiants admettent difficilement la relativité des vitesses et des distances parcourues, que les réponses fournies sont spécifiques de la situation physique étudiée et enfin qu’ils attribuent les mêmes propriétés, vis-à-vis des changements de référentiels, aux longueurs et aux trajets tout en reconnaissant que ces deux grandeurs sont de nature très différente. Nous avons donc bâti trois expériences qui ont pour mission de nous informer sur ces points. Le deuxième chapitre rend compte de la description de l’ensemble du matériel expérimental : procédures méthodologiques et description des trois expériences qui constituent le support de ce travail. Chaque expérience est suivie de ses principaux résultats et de ses conclusions propres, avec un minimum d’interprétation. C’est au cours du troisième chapitre que l’ensemble des résultats est analysé et interprété. La partie I rappelle les principaux résultats du modèle cinématique : le modèle estudiantin de la cinématique, que nous appelons naturel afin d’indiquer par ce terme qu’il ne correspond pas forcément à un acquis scolaire, est explicité dans la partie II. Nous montrons que ce modèle est double à la fois descriptif, comme celui de la cinématique, et explicatif. La partie III est consacrée à comparer les deux modèles afin de dégager les principales divergences et contradictions. Nous en profiterons pour montrer que ce modèle n’est pas spécifique de nos expériences et qu’on le retrouve à l’occasion d’activités non construites comme outil de recherche (analyse de copies d’examen, discussions entre étudiants). Cette dernière analyse confirme et valide le modèle explicité plus haut. Dans la partie IV, nous nous sommes intéressés aux comportements des enfants. Nous nous sommes appuyés sur les travaux de l’école piagétienne et nous analysons une expérience que nous avons réalisée avec des enfants. Les résultats confirment notre hypothèse : le modèle naturel est déjà présent à un âge précoce. Dans la partie V, nous nous tournons vers l’histoire afin de comparer certains aspects des différents modèles historiques à ceux du modèle naturel. Nous retrouverons, là encore, de nombreuses similitudes. Dans la partie VI, nous essayons de montrer que l’enseignement et les manuels ne permettent aucunement de remettre en cause le modèle naturel et participent très souvent à le renforcer. Nous terminerons enfin par quelques suggestions susceptibles de modifier la situation actuelle.