SAN-OM-29
Application d’une situation-problème à l’enseignement de la chimie
Quel est le meilleur moment pour introduire la situation-problème ?:
Selon Partoune (Partoune, 2002), la situation-problème peut être intégrée à n’importe quel moment de l’apprentissage comme une étape dans un processus. Elle peut servir de phase de motivation, de construction de concepts, de structuration de connaissances ou même d’évaluation certificative, pour n’en citer que quelques-unes.
Cependant pour qu’une situation-problème apporte tous les bénéfices attendus, il faut que le nouveau concept se situe dans la zone proximale de développement de l’élève (Vygotsky, 1934). C’est-à-dire que le nouveau concept ne doit pas déjà être connu de l’élève, mais ne doit pas être non plus beaucoup trop complexe. En effet, dans le premier cas, l’élève perdrait de sa motivation car la situation est trop simple, il n’a même pas besoin de se creuser un peu la tête. Dans le deuxième cas, il n’a aucune chance de trouver la solution à son problème, ce qui est également une source de démotivation. Il est donc essentiel que le nouveau concept soit atteignable par les élèves en fournissant un raisonnement. Nous pensons donc, que la situation-problème telle que développée ici, devrait être placée en tout début de séquence, c’est-à-dire avant que les élèves n’aient étudié le concept d’équilibre chimique. L’objectif étant de les stimuler à s’immerger dans ce nouveau sujet.
Faisabilité de l’expérience par les élèves:
Dans le cas de la chimie, il est également important que la méthode expérimentale nécessaire à la résolution du problème soit dans les techniques déjà connues de l’élève. Les expériences de laboratoire doivent en effet uniquement constituer un outil permettant l’appropriation du concept et non une nouvelle méthodologie à acquérir. Dans ce TP, les manipulations expérimentales sont plutôt simples. La mesure du pH avec un pH-mètre est une étape facile à exécuter, étant donné qu’il suffit de plonger la sonde dans la solution agitée et lire la valeur sur l’écran. Concernant, les expériences qu’ils doivent mettre en place pour tester leurs hypothèses, ils n’ont pas non plus besoin d’effectuer des expériences compliquées. Le seul moment où ils peuvent éventuellement faire des erreurs de manipulation est lors de l’ajout de la base faible. A cela, il pourrait y avoir deux conséquences possibles :
- s’ils en mettent trop (par rapport à la quantité stoechiométrique), cela engendrerait une plus grande augmentation du pH que celle attendue,
- s’ils n’en mettent pas assez, cela entraînerait une variation du pH qui peut être peu significative.
La première erreur n’est pas du tout problématique pour la compréhension du phénomène d’équilibre. Tant que la quantité qu’ils ont ajoutée est recensée dans leur cahier de laboratoire, ils pourront par la suite expliquer la nouvelle valeur du pH qu’ils ont obtenue. Par contre s’ils sont dans le deuxième cas d’erreur, c’est plus problématique. Mais que se passe-t-il lorsque l’on ne voit pas de changement alors qu’on en attend un ? Le premier réflexe est en général de se dire que l’on n’a pas dû mettre assez de produit, ainsi, à notre avis, les élèves vont immédiatement remettre en cause la quantité ajoutée et y remédier. Cela veut dire que quelles que soient les erreurs que les élèves peuvent faire, le concept ne devrait pas s’en trouver affecté. Les solutions les plus importantes étant celles de départ (les quatre acides à une concentration de 10-3 M) sont de toute façon préparées par l’enseignant, non-seulement pour en assurer la précision mais également car la manipulation d’acide fort par les élèves n’est pas autorisée pour des raisons de sécurité. Nous pensons donc que ce TP est tout à fait faisable par les élèves de niveau 2ème année option spécifique biologie-chimie et que des erreurs de manipulation ne devraient pas constituer un réel problème.
Suivi de la situation-problème:
Avec la stratégie de la situation-problème, les élèves peuvent réaliser par eux-mêmes que le modèle qu’ils connaissent n’est pas suffisant et donc essayer d’en élaborer un nouveau, plus complexe qui se rapproche de la réalité. Le nouveau concept commence ainsi à se construire de lui-même dans la tête des élèves. Dans le cas du concept de l’équilibre chimique, le nouveau modèle incluant une double-flèche entre les réactifs et les produits, devrait s’imposer naturellement si la partie pratique a été bien comprise et assimilée. Mais le travail n’est pas abouti s’il n’est pas accompagné par un bon suivi en classe. Lors du cours théorique, les élèves doivent avoir avec eux leur cahier de laboratoire avec leurs résultats et leurs conclusions. L’enseignant aura gardé des échantillons de solution pour pouvoir remettre les élèves en situation et mettre en évidence les conclusions majeures qui auront été trouvées durant la partie expérimentale. S’ensuit de manière logique la partie théorique en introduisant également les équations (définition de la constante d’équilibre, calcul des concentrations à l’équilibre, etc.) accompagnant le concept. L’étape suivante est de généraliser le concept en montrant qu’il est applicable à toutes les réactions chimiques. Le premier modèle d’une réaction complète a ainsi été remplacé par un nouveau modèle ayant un degré de complexité plus élevé. Cette démarche est récurrente dans l’enseignement de la chimie ; quand nous présentons un modèle il faut définir ses limites pour que plus tard, nous puissions amener les élèves à en adopter un autre.
Les élèves peuvent confronter cette nouvelle théorie aux résultats qu’ils ont obtenus en laboratoire (par exemple, à partir de la quantité de base faible qu’ils ont ajouté dans la solution d’acide chlorhydrique, ils pourront calculer le pH qu’ils étaient censés obtenir et le comparer à ce qu’ils ont mesuré).
Dans la recherche, c’est d’ailleurs ainsi que cela fonctionne, les scientifiques se trouvent face à un résultat inattendu, puis ils formulent des hypothèses qui seront vérifiées afin de les infirmer ou les confirmer. Avec ce travail, les élèves vont ainsi pouvoir se familiariser avec le développement de la démarche scientifique. L’objectif final est que les apports théoriques suivant le travail en laboratoire se mettent en place de manière logique et que les élèves puissent les utiliser de manière naturelle par la suite.
Evaluation d’une situation-problème:
Nous avons de la peine à concevoir une situation-problème dans l’optique d’une évaluation certificative. Nous la considérons comme étant un moyen de s’intéresser à un sujet, d’entrer dans un nouveau concept. Il ne serait donc pas profitable d’ajouter une pression supplémentaire en introduisant une composante certificative. En effet, si une note doit être donnée, les élèves auront tendance à croire qu’il y a des réponses justes et des réponses fausses, ce qui n’est évidemment pas le cas. Le but étant de stimuler la créativité, ce serait contre-opérant de la brider en leur imposant une contrainte évaluative. De plus, l’enseignant est censé soutenir les élèves en tant que personne ressource. Si une évaluation devait être faite, il serait donc plus difficile pour l’enseignant de guider les élèves, sans sentir qu’il fournit les réponses. Cependant, pour accomplir un travail, tout le monde (et c’est bien humain) a besoin d’être valorisé. Pour les élèves, les notes sont en général leur salaire. Le but d’une situation-problème est de déplacer l’intérêt des notes vers la connaissance, le savoir. En se retrouvant devant l’obstacle, l’élève serait censé avoir envie de le surmonter et donc de chercher les solutions pour y arriver. La solution au problème devrait dans l’idéal pouvoir constituer la seule récompense nécessaire à la motivation des élèves.
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Table des matières
1. Introduction
1.1. Partie théorique
1.2. Comment définir un problème dans le contexte de l’enseignement
1.3. Comment définir une situation-problème
1.4. Le rôle de l’élève
1.5. Le rôle de l’enseignant
1.6. Application d’une situation-problème à l’enseignement de la chimie
1.7. Motivations personnelles
2. Méthodologie
3. Réalisation
3.1. Liste d’obstacles, choix et définition du problème
3.2. Protocole TP stoechiométrie vs équilibre chimique (2OS)
4. Discussion et analyse
4.1. Notion d’équilibre et pré-concepts
4.2. Quel est le meilleur moment pour introduire la situation-problème?
4.3. Faisabilité de l’expérience par les élèves
4.4. Suivi de la situation-problème
4.5. Avons-nous réellement créé une situation-problème ?
4.6. Evaluation d’une situation-problème
4.7. Avantages et inconvénients de la situation-problème
5. Conclusion
6. Bibliographie
7. Annexes
7.1. Annexe 1 : Protocole élève TP situation-problème
7.2. Annexe 2 : Valeurs théoriques et expérimentales pour l’enseignant
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