Systèmes sémiotiques et modèles moléculaires en stéréochimie

Les développements rapides de la recherche en didactique des disciplines scientifiques en général, et de la chimie en particulier, ont permis de susciter diverses réflexions sur la nature des obstacles à l’acquisition de connaissances par les élèves, et comme le soulignent Raynal et Rieunier (1998, p. 109), « de dénouer le fil de ces savoirs qui, de connaissance scientifique en transposition didactique, et de transposition didactique en enseignement, ont peut-être perdu un peu de leur identité originelle ». Les recherches en didactique des sciences ouvrent des perspectives, apportent des informations sur la faisabilité et les effets de différents types de démarches d’enseignement (Méheut, 2006). Par le biais de ces recherches, les conditions d’apprentissage pour les élèves sont améliorées, des connaissances nouvelles sur le système d’enseignement des séances, sur les modalités et les conditions de son fonctionnement sont produites; les résultats et les acquis de la didactique des sciences sont également utilisés à des fins formatives : ils sont des composantes de la formation initiale et continue des enseignants (Astolfi et al., 2008).

Alors que le bien-fondé des recherches en didactique des sciences est reconnu de façon évidente dans la plupart des pays, y compris au Bénin, on constate qu’à ce jour, des études didactiques sur l’enseignement des disciplines scientifiques en général, et sur la chimie en particulier au Benin, sont quasi-inexistantes. Par conséquent, la conception des programmes de formation initiale et continue des enseignants, des programmes d’études dans l’enseignement primaire, secondaire et supérieur, le choix des stratégies d’enseignement et d’apprentissage… sont fortement influencés par les résultats des études en didactique des sciences réalisés dans des pays, autres que le Bénin, plus particulièrement ceux de l’espace francophone dit développé (France, Belgique, Canada, Suisse). Il sied de rappeler que les conclusions ou les solutions dérivant des recherches menées dans un pays ne sont pas forcément les mêmes que celles menées dans un autre pays. En France par exemple, le nombre d’élèves dans les classes n’est pas pléthorique, les laboratoires de travaux pratiques sont également assez bien équipés, ce qui n’est pas le cas au BENIN : classe pléthorique en nombre d’élèves (plus de 50), laboratoires de travaux pratiques rarement équipés, voire inexistants… Par conséquent, transposer au Bénin des contraintes didactiques rencontrées en France, est plus ou moins absurde, d’autant plus que les programmes de formation initiale et continue, les pratiques des enseignants ou leurs connaissances professionnelles ne sont pas toujours les mêmes. On peut simplement s’inspirer des résultats des recherches menées en France pour orienter de nouvelles recherches dans un contexte purement béninois. Une recherche didactique en chimie au Bénin s’avère nécessaire. Cette étude vise à faire un état des lieux de l’enseignement/apprentissage, au Bénin, à propos d’un aspect de la chimie organique en terminale D: la stéréochimie. Nous cherchons par-là à :
– mettre en évidence les capacités, les conceptions et les difficultés des élèves ;
– reconstituer certains composants des connaissances pédagogiques du contenu (Pedagogical Content Knowledge, PCK, Shulman, 1986a, 1986b, 1987, Magnusson et al., 1999) mobilisées par les enseignants pour enseigner le cours de stéréochimie;
– inférer les connaissances disciplinaires des enseignants sur le contenu de stéréochimie. Les résultats obtenus nous permettront de proposer des pistes de solutions susceptibles de résoudre les problèmes rencontrés par les enseignants et les élèves pendant l’enseignement et l’apprentissage de la stéréochimie.

Le programme de chimie en terminale D comprend trois parties: la chimie générale, la chimie organique et la cinétique chimique. La partie chimie organique exige un plus grand nombre de travaux pratiques et un temps d’enseignement plus important que les deux autres. Le savoir à enseigner de chimie organique en terminale D est plus vaste que celui des autres classes de l’enseignement secondaire général (terminale C, premières C et D, troisième). Il permet de couvrir la plupart des savoirs enseignés en chimie organique dans les classes de l’enseignement secondaire général. Le savoir de chimie organique enseigné en terminale C par exemple, est inclus dans celui de la terminale D (la réciproque n’étant pas vraie). Or, d’une manière générale, la chimie organique est reconnue comme difficile à enseigner et à apprendre (Lafarge, 2010, Loumouamou, 1998). Une grande partie de l’enseignement introductif de cette discipline repose sur la stéréochimie, c’est-à-dire l’étude de l’arrangement spatial des atomes dans une molécule, car l’étude de la réactivité des molécules organiques dans toute séquence pédagogique est conditionnée par la connaissance préalable de la géométrie de la molécule (Pellegrin et al., 2003), et de la stéréoisomérie de conformation (Barlet & Plouin, 1997) ou de configuration. Cette place introductive qu’occupe la stéréochimie dans l’enseignement de la chimie organique implique, en cas d’échec dans son apprentissage, que l’élève soit freiné tout au long de l’étude de la chimie organique. Ceci est l’une des raisons pour lesquelles nous avons choisi la stéréochimie.

➤ Raisonnements et difficultés des élèves en stéréochimie
L’étude de la stéréochimie en terminale D repose principalement sur l’utilisation et l’interprétation des représentations sémiotiques de Cram et de Newman, et des modèles moléculaires. Les questions principales de recherche qui se dégagent s’organisent autour de ces deux systèmes de représentations des structures géométriques de molécules (systèmes sémiotiques et modèles moléculaires) :
– quels raisonnements utilisent les élèves béninois de terminale D pour résoudre les problèmes de stéréochimie ?
– quelles sont les difficultés rencontrées par les élèves béninois de terminale D lors de l’utilisation et l’interprétation des représentations sémiotiques et des modèles moléculaires en stéréochimie ?

Les représentations sémiotiques sont au cœur du processus d’enseignement/apprentissage de la science en général, et de la Chimie en particulier (Gilbert, 2010). Les chimistes les utilisent pour comprendre les propriétés moléculaires et les processus chimiques, les molécules et leurs propriétés n’étant pas disponibles à la perception directe (Kozma et al., 2000). Les représentations sémiotiques permettent de présenter des informations, qui ne pourraient être facilement comprises autrement (Larkin & Simon, 1987; Kozma et al., 2000; Wu & Shah, 2004), en l’occurrence les notions de stéréoisomérie conformationnelle et de stéréoisomérie configurationnelle en stéréochimie. Outre les représentations sémiotiques, l’enseignement/apprentissage de la stéréochimie s’appuie également sur des objets matériels qui permettent des activités cognitives presque similaires : les modèles moléculaires.

Table des matières

Introduction
I. Contexte de l’étude et objectifs
II. Pourquoi la stéréochimie en terminale D ?
III. Questions principales de recherche
IV. Organisation de la thèse
Chapitre 1 : Systèmes sémiotiques et modèles moléculaires en stéréochimie
I. Systèmes sémiotiques
I.1. Définition
I.2. Exemples de systèmes sémiotiques
I.2.1. Systèmes de formules
I.2.1.1. Système de formule brute
I.2.1.2. Système des formules développées
I.2.1.3. Système des formules semi-développées
I.2.2. Systèmes de projection
I.2.2.1. Système de Cram
I.2.2.2. Système de la perspective
I.2.2.3.Système de Newman
I.3. Chaîne de conversion inter système
I.4. Coordination des registres sémiotiques
II. Système de modèles moléculaires
III. Conclusion
Chapitre 2 : Analyse de programmes et du manuel
I. Cadre d’analyse
I.1. Objectifs pédagogiques
I.2. Compétence et capacité
II. Analyse du manuel scolaire
II.1. Présentation et structuration du manuel scolaire
II.2. Place des systèmes sémiotiques et des modèles moléculaires dans le manuel
III. Analyse du programme par objectifs (1995)
III.1. Présentation du programme et son commentaire
III.2. Place des systèmes sémiotiques et des modèles moléculaires dans le programme
IV. Programme et manuel : quelques points de repère
V. Programme par objectifs (1995) et programme par compétences (2011), quel lien?
V.1. Présentation du programme par compétences et du guide d’accompagnement
V.2. Lien entre programme par objectifs et programme par compétences
VI. Conclusion
Conclusion

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