Comment les étudiants de L1 de physique tracent-ils les vecteurs en cinématique?
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- Eugénie Émond
- il y a 6 ans
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1 Enseigner la physique à l université Comment les étudiants de L1 de physique tracent-ils les vecteurs en cinématique? Dans le cadre des travaux de thèse Directeurs : C. de Hosson & N. Décamp Alice Di Fabio 12 juillet 2017
2 Le contexte : la chute libre Au lycée : programmes de la série scientifique Années 2000 Années 2010 Vecteur vitesse V G du centre d inertie et sa variation (1S) Mouvements de projectiles dans un champ de pesanteur uniforme (TS) Description du mouvement d un point au cours du temps ; lois de Newton ; étudier des mouvements dans le champ de pesanteur uniforme (TS)
3 La question posée aux étudiants Niveau L1, après enseignement de mécanique. Question posée : «Faire un schéma donnant une allure de la trajectoire du point M. Pour un instant t choisi un peu après le départ faire apparaître les vecteurs position, vitesse et accélération.»
4 La question posée aux étudiants : réponse attendue
5 Analyse des réponses des étudiants Nombre de vecteurs tracés Nombre de copies recueillies : 460 Nombre de copies dans lesquelles la question est traitée : 421 Vecteur ####### OM Vecteur v# Vecteur a# Nombre % tracé ,3 non tracé ,7 correct ,3 tracé ,3 non tracé 45 10,7 correct ,2 tracé ,6 non tracé 86 20,4 correct ,1 52% des OM tracés 61% des v tracés 58% des a tracés
6 Exemple d erreur sur le vecteur position
7 Exemple d erreur sur le vecteur vitesse
8 Exemple d erreur sur le vecteur accélération
9 Exemple d erreur sur le vecteur accélération
10 Analyse des réponses des étudiants Profils de réponses Outil statistique : HClust Grande dispersion des réponses
11 Analyse des réponses des étudiants Profils de réponses Profils de réponses regroupés :
12 Analyse des réponses des étudiants Profils de réponses 137 OM est tracé. 20% 9% 29 v correct 8% 5% 201 OM n est pas tracé. 39 v correct a quelconque 12 v incorrect a correct
13 Analyse des réponses des étudiants Profils de réponses Profils de réponses regroupés :
14 Analyse des réponses des étudiants Quelques éléments de conclusion : Tracer les vecteurs OM, v et a est une difficulté. Savoir tracer un vecteur ne signifie pas savoir tracer les autres. Connaissance erronée du vecteur position.
15 Perspectives La représentation vectorielle : les étudiants ne se l approprient pas complètement. La relation n estpaspriseencompte. - L accélération n est pas mise en relation avec la force. - L accélération est mise en relation avec le mouvement. Deux approches de l accélération - une approche dynamique - une approche cinématique mobilisées dans des contextes différents.
16 Merci!
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20 Nombre % Trois vecteurs tracés ,4 Aucun vecteur tracé 37 8,8 Un seul vecteur tracé Deux vecteurs tracés OM ###### 3 9,0 v 38 0,7 a 4 1,0 v et a ,0 v et OM ###### 8 1,9 a et OM ###### 1 0,2 Réponses majoritaires : vecteurs vitesse et accélération tracés.
21 2. Analyse par profils de réponses Traitement statistique des données Chaque réponse contient une indication par vecteur. L indication correspond à une catégorie : le vecteur est correct l erreur sur le vecteur est identifiée de type 1 l erreur sur le vecteur est identifiée de type 2 etc. l erreur n est pas identifiée (erreur «autre») le vecteur n est pas tracé
22 2. Analyse par profils de réponses Traitement statistique des données Exemple sur le vecteur vitesse. Deux types d erreurs ciblées : - la direction s écarte de celle de la tangente à la trajectoire ; - c est le vecteur vitesse initiale qui est tracé. Catégories et effectifs : correct erreur t erreur v0 erreur autre non tracé
23 3. Analyse par types de vecteurs Erreurs spécifiques Vecteur position : C est le vecteur qui pose le plus de difficultés. Erreur la plus fréquente : 15% des 421 réponses La direction privilégiée est la tangente à la trajectoire, c est le vecteur déplacement qui est tracé.
24 3. Analyse par types de vecteurs Erreurs spécifiques Vecteur vitesse : C est le vecteur qui pose le moins de difficultés. Erreur la plus fréquente : 17% des 421 réponses Confusion avec le vecteurvitesse initiale.
25 3. Analyse par types de vecteurs Erreurs spécifiques Vecteur accélération : Confusion avec le vecteur champ de pesanteur 9% des 421 réponses Erreurs sur la direction : - vecteur colinéaire au vecteur vitesse 11% - vecteur perpendiculaire au vecteur vitesse 6% - directionhorizontale 3% Erreur sur le sens : vecteur vertical vers le haut 3% Conceptions : force vers le haut, notion de capital de force Viennot 1978 / McCloskey 1983
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