Une reconstruction conjointe de la dynamique et de la gravitation newtoniennes. Conception et évaluation d’une séquence d’enseignement inspirée par l’histoire et l’épistémologie de la physique - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2015

A Joint Reconstruction of Newtonian Dynamics and Gravitation. Design and Evaluation of a Teaching Sequence Inspired by History and Epistemology of Physics

Une reconstruction conjointe de la dynamique et de la gravitation newtoniennes. Conception et évaluation d’une séquence d’enseignement inspirée par l’histoire et l’épistémologie de la physique

Valentin Maron

Résumé

This work proposes a teaching approach of the Newtonian theory. One of the central intentions is to justify the concepts and formulae which constitute it, via a progressive pathway enabling to reconstruct them. In particular one of the conceptual target is the notion of terrestrial attraction, which is most of the time asserted, although it is not self-evident. The interpretation of free fall as a natural motion - in Antiquity and still to Galileo – is used to question the Newtonian concept of force. The purpose is to introduce it by showing its dependency to a natural motion of reference, redefined by the first law of motion, justifying then its relation to acceleration. This formulation aims at insisting on the specific concept definition of the theory, in order to foster its distinction from the common sense ideas about force and motion. Following this formulation of dynamics, is presented the reasoning - inspired by Newton’s one - leading to the relationship between the revolution of planets, of the Moon, and free fall on Earth. This pathway enables to justify that the force associated to free fall acceleration can be associated to the presence of the Earth. It leads furthermore to the justification of the idea of universal attraction, as well as to the construction of the gravitational force expression. At the epistemological level, the pathway leading to relate these various phenomena highlights the role of unification of a physical theory. A teaching sequence has been developed on the basis of this approach and experimented with high school and first year university students. One of the results observed is a strong interest of students for the justification of concepts definitions and formulae.
Ce travail propose une approche d’enseignement de la théorie newtonienne. L’une des intentions centrales est de justifier les concepts et formules qui la constituent, via un cheminement progressif permettant de les reconstruire. En particulier est visée la notion d’attraction terrestre, très souvent admise, bien qu’elle ne soit pas évidente par elle-même. L’interprétation de la chute libre comme un mouvement naturel - dans l’Antiquité et encore chez Galilée - est utilisée pour questionner la définition du concept newtonien de force. Il s’agit de mettre en évidence sa dépendance à un mouvement naturel de référence, redéfini par la première loi du mouvement, justifiant ainsi son lien à l’accélération. Cette formulation a pour but d’insister sur la définition spécifique du concept dans la théorie, afin de favoriser sa distinction des idées du sens commun sur les forces et le mouvement. D’autre part, une explicitation du raisonnement menant à relier la révolution des planètes, de la Lune, et la chute sur Terre - inspiré du cheminement de Newton - permet de justifier que la force associée à l’accélération de chute soit liée à la présence de la Terre. Elle permet de plus d’aboutir à l’idée d’attraction universelle, ainsi qu’à la formule de la force qui la quantifie. Au niveau épistémologique, le cheminement menant à relier ces différents phénomènes permet de mettre en avant le rôle d’unification d’une théorie physique. Une séquence d’enseignement a été développée sur la base de cette approche et expérimentée avec des élèves de lycée et des étudiants en première année à l’université. L’un des résultats majeurs obtenus est un intérêt très marqué pour la démarche de justification des définitions et formules.
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Dates et versions

tel-01279581 , version 1 (07-03-2016)

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  • HAL Id : tel-01279581 , version 1

Citer

Valentin Maron. Une reconstruction conjointe de la dynamique et de la gravitation newtoniennes. Conception et évaluation d’une séquence d’enseignement inspirée par l’histoire et l’épistémologie de la physique. Enseignement de la physique [physics.ed-ph]. Université Paris 7 - Denis Diderot, 2015. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01279581⟩
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