La chimie comme discipline scolaire

La chimie comme discipline scolaire

Savoirs, connaissances et difficultés d’apprentissage en chimie

Avant de parler des difficultés d’apprentissage en chimie, dont certaines feront l’objet de la présente recherche, cette section présente ce que sont les savoirs et les connaissances qui constituent la chimie comme discipline scientifique et comme discipline enseignée. Même si dans le langage de tous les jours, « savoirs » et « connaissances » peuvent paraître synonymes, la distinction entre ces concepts est importante. Reuter, Cohen-Azria, Daunay, Delcambre, et Lahanier-Reuter (2013) la précisent bien : « D’un point de vue épistémologique, on distingue généralement savoirs et connaissances. Avec la notion de savoirs, est visé le caractère à la fois institué (construit socialement et historiquement), objectivé (construction d’un système théorique, formalisation, etc.), dépersonnalisé et décontextualisé de la connaissance. Avec la notion de connaissances, c’est un point de vue subjectif qui est envisagé : les connaissances d’un sujet sont le résultat intériorisé de son expérience, qui repose sur une recomposition à usage personnel des expériences et des savoirs » (Reuter et coll., 2013, p. 43). Ainsi, les savoirs sont ce qui constitue la discipline, et les connaissances sont les portions du savoir que possède un individu. La définition de Reuter et de ses collaborateurs est résolument constructiviste : les savoirs sont construits, ils n’existent pas en tant que tel. Le constructivisme en enseignement présuppose la même construction, cette fois au niveau des connaissances : les connaissances sont construites, c’est l’apprentissage. Le constructivisme dans l’apprentissage ne sous-entend pas un relativisme des connaissances, comme on lui reproche parfois. Il ne signifie pas non plus que les enfants sont laissés à eux-mêmes, à leurs intérêts et à ses besoins. Il ne s’oppose en fait qu’à la pédagogie de la transmission du savoir où le rôle de l’enfant n’est que passif. Le constructivisme, comme paradigme de l’enseignement-apprentissage, prévoit que l’apprenant « construit son savoir à partir d’une investigation du réel, ce réel comprenant aussi le savoir constitué sous ses différentes formes (magistrale, médiatisée, documentaire…) » (Astolfi et coll., 2008, p. 46). Ainsi, la construction du savoir passe aussi par des situations de classe collectives, où le travail de construction se fait, individuellement, par chaque membre de la classe. En psychologie cognitive, on a tendance à parler de « connaissances objectivées » comme étant les constituantes du savoir, et de « connaissances individuelles » comme étant les constituantes de la cognition (Raynal & Rieunier, 1997, éd. 2005). Dans les deux cas, ces connaissances sont vues comme des savoirs, preuve que la distinction de Reuter et ses collaborateurs trace une ligne pour séparer deux construits véritablement interreliés. Les connaissances, dans les écrits pédagogiques, font référence tour à tour aux connaissances que possèdent les individus, soit les représentations adéquates et vraies faisant partie de leurs structures cognitives, et aux connaissances extra-individuelles, soit les énoncés constituants la discipline de laquelle ils constituent la somme de savoirs (Raynal & Rieunier, 1997, éd. 2005). Lorsqu’elles sont intériorisées, les connaissances deviennent des savoirs détenus. Elles passent par un processus de transformation interne, parfois de déformation, et ne se retrouvent pas intactes dans la tête des individus. Plusieurs facteurs affectent le processus de la cognition, comme des facteurs d’habileté de traitement, des facteurs socioaffectifs et des facteurs environnementaux. C’est à la suite de ces transformations plus ou moins réussies que les énoncés deviennent des savoirs détenus.

C’est aussi par ce processus qu’on peut expliquer la présence d’artéfacts inattendus dans les structures cognitives d’étudiants dans une classe, puisque l’enseignant ne contrôle que jusqu’à un certain niveau le processus de construction des connaissances, qui relève avant tout d’une opération personnelle et individuelle des étudiants. Les savoirs sont de nature variée. On parle de savoir savant, de savoir à enseigner et de savoir enseigné dans la transposition didactique, qui sera traitée plus loin, à la section 2.4. On parle aussi de savoir, savoir-faire et savoir-être dans le cadre conceptuel de l’approche par compétences. Ces différents types de savoirs correspondent approximativement aux connaissances déclaratives (« savoir que) et procédurales (« savoir comment ») du champ sémantique du cognitivisme (Raynal & Rieunier, 1997, éd. 2005) : les connaissances déclaratives sont un savoir, et les connaissances procédurales sont un savoir-faire. Le savoir être relève quant à lui du domaine affectif et se détache du domaine cognitif. On ajoute généralement les connaissances conditionnelles au trio des connaissances, celles-ci étant les connaissances à mettre en action pour choisir quand appliquer quelles connaissances déclaratives ou procédurales (Tardif, 1992). Les difficultés que rencontrent les étudiants de Sciences de la nature sont de plusieurs ordres. D’abord, il est largement reconnu que les outils mathématiques nécessaires pour appréhender plusieurs domaines scientifiques représentent un obstacle, sinon un filtre, décourageant même certains étudiants de tenter leur chance en sciences au niveau collégial (Driver & Easley, 1978). De plus, la façon même dont la science est constituée fait d’elle un sujet aride. En décrivant le monde, la science est construite d’énoncés, qui sont des énoncés d’observation, des lois, des modèles.
Ces énoncés peuvent avoir l’air d’une description sans nuance du monde matériel, mais ils sont construits à partir d’observations humaines, avec toutes les imprécisions et les erreurs d’interprétation que cela peut entraîner. Toutefois, on rapporte que plusieurs apprenants ont tendance à confondre les modèles scientifiques et le monde réel (Astolfi et coll., 2008). Cette vision positiviste du monde les empêche de comprendre que les énoncés du modèle scientifique ne sont pas applicables dans tous les contextes. « […] La fonction essentielle des énoncés scientifiques est d’être utilisables comme outils intellectuels » (Astolfi et coll., 2008); or, lorsque les étudiants sont incapables de remettre en question l’apparent dogmatisme de ces énoncés, ils ont tendance à essayer de faire entrer leurs propres observations dans le modèle, plutôt que de choisir le modèle expliquant le mieux leurs observations

Table des matières

Table des matières Introduction
1 Problématique
1.1 L’enseignement des sciences
1.2 La chimie comme discipline scolaire
1.3 Domaines multiples du savoir en chimie
1.4 Les conceptions alternatives
1.4.1 Les conceptions alternatives : obstacles à l’apprentissage
1.4.2 Conceptions alternatives : leurs origines, leur résistance au changement
1.4.3 De nombreuses conceptions trouvées
1.4.4 Nécessité d’aller au-delà des inventaires de conceptions
1.4.5 Contexte éducatif postsecondaire québécois
1.4.6 Taxonomie basée sur le raisonnement
1.5 Question générale de la recherche
2 Cadre conceptuel
2.1 Savoirs, connaissances et difficultés d’apprentissage en chimie
2.2 Analyse didactique du contenu
2.2.1 Grandes idées en chimie choisies pour cette recherche
2.2.2 Les énoncés propositionnels à travers la transposition didactique
2.3 Conceptions alternatives
2.3.1 Conceptions sur la nature corpusculaire de la matière
2.3.2 Conceptions sur la liaison chimique
2.3.3 Conceptions sur la forme des molécules
2.3.4 Conceptions sur les phénomènes macroscopiques
2.4 L’apprentissage est le changement conceptuel
2.4.1 Tenir compte des conceptions dans l’enseignement
2.4.2 Changement conceptuel à travers le temps
2.5 Raisonnement : des idées tacites aux réponses manifestes
2.5.1 Obstacles à l’apprentissage : en sciences, en chimie
2.5.2 Quatre types de raisonnement en chimie
2.5.3 Autre façon de concevoir le raisonnement : les heuristiques
2.5.4 Lorsque c’est l’agencement des concepts qui fait défaut
2.6 Sommaire du cadre conceptuel
3 Questions de recherche
4 Cadre méthodologique
4.1 Repérer et comprendre les conceptions alternatives
4.1.1 Définir le contenu
4.1.2 S’enquérir des conceptions alternatives des étudiants
4.1.3 Développer le test pour les conception
4.1.4 Précaution pour le développement d’items à deux paliers
4.2 L’inférence des processus du raisonnement (modèles mentaux  réponse)
4.3 Rappel des objectifs de la recherche
4.4 Échantillon
4.4.1 Phase préliminaire : exploration des conceptions et choix de l’échantillon
4.4.2 Phase pilote : design de l’outil et modes de raisonnement
4.4.3 Phase principale : détermination des conceptions répandues
4.4.4 Note sur l’éthique de la recherche
4.5 Outils de collecte de données
4.5.1 Phase préliminaire : entrevues
4.5.2 Phase pilote : questionnaire à justifications ouvertes
4.5.3 Phase principale : le questionnaire « Molécules, polarité et phénomènes » 100
4.6 Traitement et analyse des données
4.6.1 Phase préliminaire
4.6.2 Phase pilote
4.6.3 Phase principale
5 Résultats
5.1 Phase préliminaire
5.2 Phase pilote
5.2.1 Taux de succès au premier palier .
5.2.2 Justifications au deuxième palier
5.2.3 Typologie des causes menant des modèles mentaux aux mauvaises réponses
5.2.4 Sommaire de la phase pilote de la recherche
5.3 Phase principale
5.3.1 Score pondéré pour chaque item
5.3.2 Difficultés conceptuelles relevées
5.3.3 Corrélations entre les difficultés conceptuelles
5.4 Difficultés conceptuelles changeant dans le temps… ou non
5.4.1 Difficultés conceptuelles résistantes au changement
5.4.2 Difficultés conceptuelles dont la fréquence diminue à travers les études
5.4.3 Difficultés conceptuelles dont la fréquence augmente à travers les études
5.4.4 Sommaire de la phase principale de la recherche
6 Discussion
6.1 La définition de la molécule : un problème criant
6.2 Les atomes ont les propriétés des substances, les éléments ont celles de leurs composés 203 6.3 Trois items caractéristiques pour les étudiants ayant le plus de difficulté
6.3.1 Polarité des molécules : la base pose encore problème
6.3.2 Évaporation de l’eau : ne donne pas de l’eau pour plusieurs étudiants
6.3.3 Où est la liaison hydrogène? Partout!
6.4 Habiletés de raisonnement : apprendre à expliquer
6.5 Une difficulté propre au programme
6.6 Retour sur les questions de recherche
7 Conclusion
7.1 Rappel de la recherche
7.2 Limites de la recherche
7.3 Quelques outils pour les enseignants
7.4 Pistes à explorer
Bibliographie Annexe A : Notions de chimie
A.1 Analyse didactique du contenu
A.1.1 Mise en garde : le niveau de formulation de cette section
A.1.2 Le comportement et la structure de la matière
A.1.3 Substances pures : quatre catégories du domaine macroscopique
A.1.4 Quelques notions sur la liaison chimique
A.1.5 La polarité : principe explicatif important, mais équivoque
A.1.6 Nature sous-microscopique pour expliquer les phénomènes macroscopiques
A.1.7 Nature corpusculaire, polarité et état de la matière : un résumé
Annexe B : Énoncés propositionnels
Annexe C : Carte conceptuelle
Annexe D : Principales conceptions répertoriées dans les écrits scientifiques
Annexe E : Questionnaire MPP et grille de pointage pour le score pondéré de chaque item xxvii Annexe F : Difficultés conceptuelles trouvées par le MPP
Annexe G : Certificats d’éthique ..

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