Chapitre 8 : Plan expérimental de la première expérimentation : mise à l’épreuve
2.2. Elaboration du test
L’élaboration du test s’est faite en plusieurs étapes. Nous présentons tout d’abord
la méthodologie utilisée pour son élaboration puis le résultat.
2.2.1 Méthodologie
Etape 1 :
Nous avons sélectionné des concepts en jeu dans la situation, à l’origine de
difficultés, pour lesquels nous avons proposé des étayages dans les situations
(chapitre 7). Nous les présentons dans le tableau ci-dessous qui met en lien les
concepts en jeu, les difficultés relatives identifiées a priori, et leur catégorisation
(chapitre 3).
Tableau 15 : concepts en jeu et difficultés relatives identifiées a priori
Etape 2 :
Nous avons élaboré les questions du test à partir des types des tâches de la
praxéologie de référence. A partir des concepts en jeu à l’origine de difficultés
sélectionnées, nous avons extrait les types de tâches ou tâches correspondantes.
Etape 3 :
Nous avons choisi de proposer plusieurs questions pour un même concept,
lorsqu’il est objectif d’apprentissage afin d’élaborer par la suite un diagnostic des
erreurs le plus fin possible. Pour cela, nous avons défini les questions selon les
Concepts en jeu Difficultés identifiées et catégorisationFermentation alcoolique (mise en anaérobie)
Concept de biologie
Confusion respiration/fermentation (Songer et Mintzes, 1994 ; Flores & al., 2003)
Caractéristiques du vivant (microorganisme,
fermentation alcoolique)
Concept de biologie
Difficulté à associer levure/vivant (Schneeberger & Rodriguez, 1999 ; Songer & Mintzes, 1994)
Difficulté à différencier les microorganismes (Schneeberger & Rodriguez, 1999)
Réaction chimique (vitesse, température, réaction dynamique)
Concept de chimie
Difficultés liées à l’intégration de la dynamique d’une réaction chimique qui commence par l’initiation de la réaction. (Carretto & Viovy, 1994)
Equation de réaction (réactifs, produits de la fermentation alcoolique)
Concept de chimie
Difficultés à donner du sens au concept de réaction chimique dynamique qui se traduit par une équation de réaction statique (Barlet & Plouin, 1994)
Mise en évidence du CO2
Mise en évidence de l’éthanol
Technique de laboratoire
Recherche d’une technique (réinvestissement d’une technique ou technique nouvelle)
Mobilisation de la matrice cognitive (Coquidé & al., 2009) Anticipation et planification
des mesures
Méthode expérimentale
Contraintes biologique, temporelle, liée à l’utilisation du vivant (Schneeberger & Rodriguez, 1999)
Chapitre 8 : Plan expérimental de la première expérimentation : mise à l’épreuve des trois types de pré structuration
trois catégories de difficultés identifiées a priori (chapitre 3), puis nous avons
regroupé les questions en fonction.
Nous avons proposé cette méthodologie axée sur la sélection de types de tâches ou
tâches à l’origine de difficultés en utilisant la praxéologie de référence. Ceci nous
permet de suivre l’évolution des erreurs des élèves pour un même type de tâches
entre le pré test, le protocole produit et le post test, et d’identifier une possible
technologie erronée.
2.2.2 Résultat
Le test (annexe 4) regroupe douze questions de nature différente.
trois questions ouvertes (Q1, Q2, Q3). Les questions 1 et 2, de nature
ouverte, ont été posées afin d’établir un état des lieux des connaissances
des élèves sur le métabolisme en général (question 1) et plus précisément
sur celui de la fermentation alcoolique (question 2). Il s’agit ainsi d’un
recueil de conceptions qui sera analysé en tant que tel. La question 3,
également de nature ouverte, fait appel à des techniques de laboratoire
connues que les élèves doivent mobiliser. En effet, la mise en évidence du
CO
2dans une solution fait intervenir différentes techniques connues qui ne
sont pas des objectifs d’apprentissage. Le choix des techniques proposées
par les élèves dans cette question peut être sous influence du matériel
précédemment utilisé en classe ou bien sous l’influence du matériel
disponible.
neuf questions à choix multiples (Q4 à Q12) pour lesquelles une ou
plusieurs réponses sont possibles.
Le tableau 16 permet de catégoriser les questions par concept à l’origine de
difficultés. Les réponses attendues des questions à choix multiples sont en italique.
Méthodologie
Questions Catégories de difficultés
Q1 : A partir de tes connaissances, donne une définition et un
exemple de métabolisme cellulaire.
Concept de biologie : métabolismes
Q2 : Donne les 4 mots ou groupes de mots, qui définissent
selon toi la fermentation alcoolique.
Concept de biologie : fermentation alcoolique, microorganismes
Concepts de chimie : réaction chimique
Q3 : A ton avis, comment peut-on mettre en évidence
expérimentalement la présence de CO2 dans une solution ?
Technique de laboratoire : recherche
d’une technique (réinvestissement)
Adéquation de la technique avec le paramètre à mesurer.
Q4 : Selon toi, la fermentation alcoolique c’est :
Un métabolisme réalisé par un microorganisme mort.
Un métabolisme réalisé par un microorganisme vivant.
Un métabolisme réalisé en l’absence de microorganismes.
Je ne sais pas.
Concept de biologie : microorganismes, vivant
Q5 : Selon toi, la fermentation alcoolique c’est :
Un métabolisme réalisé dans un milieu sans oxygène. Un métabolisme réalisé dans un milieu avec oxygène.
Un métabolisme qui produit du dioxyde de carbone.
Un métabolisme qui produit de l’éthanol. Je ne sais pas.
Concept de biologie : fermentation alcoolique (anaérobie, produits)
Q6 : Selon toi, la température optimale d’une réaction c’est :
La température pour laquelle la vitesse de réaction est maximale.
La température pour laquelle la vitesse de réaction est ralentie.
La température pour laquelle la vitesse de réaction s’arrête.
Je ne sais pas.
Concept de chimie : réaction chimique
Q7 : Selon toi, dans une suspension de levures affamées (en
absence de glucides) réalisant la fermentation alcoolique, l’ajout d’un glucide (réactif) permet :
De stopper la réaction.
De démarrer la réaction. De ralentir la réaction. Je ne sais pas
Concept de chimie : réaction chimique Concept de biologie : le vivant
Q8 : Choisis, parmi les schémas ci-dessous le dispositif
expérimental qui permet à des microorganismes de réaliser le métabolisme de la fermentation alcoolique dans les
conditions optimales. Réponse b
Concept de biologie : fermentation alcoolique (anaérobie)
Concept de chimie : gaz, dissolution
Q9 : Choisis, parmi le/les dispositifs suivants, celui/ceux qui
permet(tent) de mettre en évidence la présence d’éthanol dans une solution :
L’alcootest.
La sonde à éthanol.
La liqueur de Fehling.
L’eau de chaux.
Je ne sais pas.
Technique de laboratoire : recherche
d’une technique de labo.
Adéquation de la technique avec le paramètre à mesurer.
Q10 : Choisis, parmi les affirmations suivantes, celle(s) qui
selon toi, décrit(-vent) l’équation de réaction suivante :
C6H12O6 2 CO2 + 2 C2H5OH (éthanol)
Concept de chimie : équation de réaction
Chapitre 8 : Plan expérimental de la première expérimentation : mise à l’épreuve des trois types de pré structuration
Le réactif, ici le glucose, va être consommé, ce qui va conduire
à la formation de deux produits, le dioxyde de carbone et l’éthanol.
Les réactifs, ici le dioxyde de carbone et l’éthanol, vont être
consommés, ce qui va conduire à la formation d’un produit, le
glucose.
Le réactif, ici le glucose, va être consommé, ce qui va conduire à
la formation de deux produits, le dioxygène et l’éthanol.
Les réactifs, ici le dioxygène et l’éthanol, vont être consommés, ce
qui va conduire à la formation d’un produit, le glucose.
Je ne sais pas.
Q11 : Tu disposes de 60 ml de suspension de levures dans un
contenant de 100 ml. Tu souhaites placer les levures dans les conditions optimales pour qu’elles réalisent la fermentation alcoolique. Que fais-tu ?
Je place un bouchon hermétique.
Je place un bulleur (pour oxygéner la suspension).
Je rajoute une certaine quantité de suspension de levures dans le contenant.
J’enlève une certaine quantité de suspension de levures du
contenant. Je ne sais pas.
Concept de biologie : fermentation alcoolique (anaérobie)
Concept de chimie : gaz, dissolution Concept de Mathématiques : volumes
Q12 : Combien de mesures, au minimum, sont nécessaires,
pour mettre en évidence la consommation d’un réactif ? Aucune mesure. 1 mesure. 2 mesures. Plus de 2 mesures. Je ne sais pas. Technique de laboratoire : connaissance du matériel
Démarche expérimentale : anticipation Concept de chimie : réaction chimique
Tableau 16 : catégorisation des questions du test
Les questions reprennent l’ensemble des trois catégories de difficultés identifiées a
priori : les concepts fondamentaux, les techniques de laboratoires et la méthode
expérimentale.
Le concept de mise en anaérobie qui est un objectif d’apprentissage et à l’origine
de difficultés est repris par trois questions. En effet, dans la question 5 il s’agit
d’une condition de la fermentation alcoolique proposée dans un des choix. Dans la
question 8, ce concept est présenté sous la forme d’un schéma qui utilise de la
verrerie connue des élèves qui pourrait selon des études précédemment menées
les influencer. Il y a à la fois la nécessité de mettre un bouchon mais également de
choisir un volume adéquat pour une mise en anaérobie stricte. La question 11
reprend ces deux nécessités mais sous la forme d’un texte et de propositions à
choisir. La notion de volume est abordée du côté des mathématiques, mais fait
également référence à un concept de chimie sur la matérialité et la dissolution des
gaz, ce qui peut être également à l’origine de difficultés. Le recoupement des
réponses des élèves dans le test et le protocole permettra d’affiner le diagnostic
Méthodologie