REVUE FRANÇAISE DE PEDAGOGIE

N° 60 juil.-août-sept. 1 982, 43-49

A propos de

quelques expériences sur

les gaz :

ÉTUDE DES SCHEMES MÉCANIQUES MIS EN ŒUVRE PAR DES ENFANTS DE 11 A 13 ANS

par M. G. SÉRÉ

Pour étudier les propriétés physiques des gaz, les élèves de 6e et 5e (1 1 à 13 ans) réalisent et interprètent des expériences où interviennent des mises en mouvement et des équilibres. Ces expériences consistent en effet souvent à montrer les effets de la pression d'un gaz, c'est-à- dire les forces qu'il exerce sur les objets qui sont en contact avec lui.

Les élèves donnent des interprétations variées de ces expériences, parmi lesquelles figurent des mises en relation de grandeurs mécaniques. Ces interprétations sont analysées et comparées à certains résultats obtenus par Piaget à propos d'autres expériences de mécanique. On retrouve par exemple que pour les enfants l'état d'équilibre se caractérise par l'absence de forces, ou encore qu'ils expliquent souvent un mouvement par une action ou une force qui a la même direction.

Le travail que nous présentons fait partie d'une étude de l'apprentissage des propriétés physiques de l'état gazeux (compressibilité, pression atmosphérique, dilatation), par des enfants de 1 1 à 1 3 ans. Cette étude comporte l'observation d'enfants en classe (6e et 5e), ainsi

que 1 7 entretiens individuels réalisés avec des enfants de 6e avant enseignement. Elle consiste en l'analyse des commentaires et réactions d'enfants pendant qu'ils réalisent des expériences au sujet des gaz.

La plupart de ces expériences sont « classiques » : elles sont, sous une forme proche, réalisées dans beaucoup de classes de 6e ou de 5e, puisqu'elles sont décrites dans des manuels scolaires.

Pour interpréter ces expériences, les élèves sont amenés à mettre en œuvre des schemes concernant les concepts de la mécanique. Le but de ce travail est d'analyser quels schemes mettant en relation des mouvements, des équilibres et des grandeurs mécaniques, les enfants que nous avons observés utilisent.

Parmi les auteurs qui ont étudié ces schemes mécaniques, Piaget, dans les « Études épistémologiques », n° XXVII et n° XXIX, est le plus complet. Il analyse précisément à propos de plusieurs expériences de mécanique (chocs de billes, corps pesants effectuant différents trajets, wagonnets sur des plans inclinés, etc.) comment les enfants forment la notion de force. Aucune de ces expériences ne porte sur des quantités de gaz. Nous retrouvons cependant à leur propos des résultats semblables à ceux publiés par Piaget. Le domaine restreint de la mécanique que nos expériences mettent en jeu, ne nous permet pas, comme Piaget, d'attribuer un caractère spatial, temporel, ou spatio-temporel aux grandeurs que les enfants prennent en compte. On verra que ces grandeurs prennent souvent le nom de « poussée », de « force » ou de « pression », ces deux derniers mots pouvant avoir des sens assez différents. Pour dépasser ces imprécisions de langage, nous nous attacherons surtout à déterminer dans quels cas les enfants attribuent à l'air la capacité d'être actif, et quelle est cette action.

I. - Comment les forces, le mouvement et l'équilibre interviennent dans les expériences montrant les propriétés physiques des gaz

Les expériences qui illustrent les leçons sur la pression et la dilatation, mettent en jeu :

— Des mouvements (du piston d'une seringue, de l'eau d'un récipient, etc.).

— Des forces (pour montrer que la pression d'une quantité de gaz varie, on montre que les effets de la pression : les forces pressantes, varient).

— Des équilibres (la fin d'une expérience est toujours marquée par un équilibre de forces antagonistes).

Suivant la façon dont ces éléments interviennent, on peut les ranger en deux catégories :

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