Étude des raisonnements d'étudiants sur la mesure en TP de physique de première année universitaire : influence du contexte et effet de rétroaction

• Auteur / Autrice : Clément Maisch
• Direction : Nicolas Balacheff, Muriel Ney
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Ingénierie de l'interaction, de la cognition, de l'apprentissage et de la création
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Grenoble
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale ingénierie pour la santé, la cognition, l'environnement (Grenoble1995-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Physique

Sciences -- Étude et enseignement

Résumé

L'étude de l'apprentissage de la mesure montre que les étudiants rencontrent de nombreuses difficultés dans l'acquisition de l'acte de mesurage. Trois enjeux constituant cet enseignement ont été décrits: le savoir-mesurer, l'utilisation de la mesure, le traitement de la mesure. La majorité de ces études ont décrit les problèmes et les idées des étudiants dans des contextes n'impliquant pas la mesure sous son aspect manipulatoire. Nous nous sommes interrogés sur le type de raisonnement utilisé par les étudiants, d'une part lorsqu'ils élaborent un protocole de mesure en manipulant les instruments, et d'autre part lorsqu'ils ne font que répondre à des questions. Pour cela, une première expérimentation a été conçue faisant intervenir des étudiants de L1 dans l'un de leur TP de physique. Ainsi nous avons pu établir que les étudiants utilisent des raisonnements plus proches des raisonnements communs lorsqu'ils doivent élaborer un protocole de mesure. A l'opposé, lorsqu'ils répondent à un questionnaire sur la mesure, ils utilisent des raisonnements proches des raisonnements experts. Dans un deuxième temps, nous nous sommes centrés sur les améliorations possibles des raisonnements des étudiants lors d'un travail d'élaboration de protocole de mesure. Pour cela, nous avons élaboré deux rétroactions spécifiques, intégrées dans une nouvelle expérimentation basée sur l'élaboration de protocoles de mesure. Une liste de résultats concerne l'enjeu du traitement des mesures. Alors qu'un protocole de mesure de qualité moyenne touche les trois enjeux de l'enseignement de la mesure. Les raisonnements, développés par chacun des groupes d'étudiants, nous ont permis de déterminer que ceux ayant reçu la liste de résultats possibles ont réutilisé très partiellement leurs raisonnements dans une situation légèrement différente. Alors qu'un groupe contrôle ainsi que le groupe ayant reçu le protocole de qualité moyenne n'ont pas réutilisé leur raisonnement dans cette nouvelle situation. Un troisième thème de notre étude a porté sur la manière dont les étudiants perçoivent et traitent les différents enjeux de la mesure lors de leur élaboration de protocole. Pour éclairer ce problème, nous avons analysé les étapes de l'acte de mesurage les plus traitées et les thèmes de réponses utilisées pour compléter ces étapes. Nous avons montré ainsi que les étudiants se focalisent sur les enjeux du traitement de la mesure et non sur les enjeux du savoir-mesurer et de l'utilisation de la mesure.

The study of the measurement acquisition shows several students' difficulties in the learning of the measuring acts. For example: the meaning given to the collected data to the issue of the measurement accuracy, or in the use of the measuring act. Typical reasoning was described, as well as three stakes defining this learning: measuring know-how, using of the measurement, and measurement processing. Majority of those studies outlines difficulties and reasoning of the students in the context including no handling of the measurement. We wondered about the kind of reasoning used by the students when they design a measuring procedure and handling devices, and, in another way, when they answer to the questions. Thus, the first experiment was designed with the first-year university students in one of their physics laboratories. This experiment allowed us to observe students' reasoning in both cases and to compare it. Thus, we established that students use reasoning near from common reasoning when they have to design a measurement procedure and handling devices. On the other hand, they use reasoning near from expert reasoning when they answer to the questions without handling devices. Next, we focused on possible improvements of students' reasoning with a work of measurement procedure design. Therefore, we worked out two specific feedbacks inserted in a new experiment, based on the measurement procedure design. One of these two feedbacks deals with the stake of the measurement process and takes the shape of a result list. The other one takes the form of a middle quality measurement procedure and relates it to the three stakes of the measurement learning. The reasoning developed by each student group allowed us to obtain that those receiving the result list reuse partially their reasoning in a slightly different situation. Control group (receiving no specific feedback) along with the group receiving the middle quality procedure didn't reuse their reasoning in this new situation. Lastly, the third issue of our study dealt how students comprehend and process the different measurement stakes during the measurement procedure design. To throw light on this issue, we used the answers given by the students during our second experiment and we analysed the most discussed steps of the measuring act and the topics they used to complete these steps. Thus, we observed that students focus on the measurement processing stake and not on the stakes of the measuring know-how and on the frame.