Superposition des champs électriques et causalité : étude de raisonnements,élaboration et évaluation d’une intervention pédagogique en classe de Mathématiques Spéciales Technologiques.

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