Comme nous l’avons vu en explorant la littérature, il existe plusieurs méthodes permettant de mettre en avant les conceptions alternatives présentes chez les élèves. Nous avons fait le choix de combiner trois méthodes :
- Un questionnaire à réponses ouvertes, portant sur l’entièreté du référentiel de chimie organique.
- Un questionnaire à choix multiples, portant sur certains points particuliers du référentiel de chimie organique.
- Des entretiens semi-dirigés permettant une approche qualitative, portant sur d’autres points particuliers du référentiel.
L’utilisation de ces différentes méthodes nous permettra de répondre à notre première question de recherche, que nous rappelons brièvement :
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QR1 « Quelles sont les conceptions alternatives présentes chez les apprenants en ce qui concerne
l’apprentissage de la chimie organique au niveau secondaire ? »
Nous détaillons dans ce chapitre les différentes méthodologies suivies afin de déterminer les questions composant ces trois outils ainsi que la méthode de passation des différents questionnaires aux échantillons d’élèves concernés. Les réponses des élèves sont présentées en détail dans les trois chapitres suivants, accompagnées d’une première analyse. Enfin, nous fournirons dans le chapitre V une analyse plus globale afin de mettre en évidence les conceptions alternatives mises à jour par les trois outils utilisés.
Questionnaire à réponses ouvertes
Élaboration du questionnaire
Notre point de départ pour la mise au point de ce premier questionnaire est l’analyse des différents programmes d’enseignement en Belgique francophone. Étant donné l’absence d’étude sur le contenu enseigné en Belgique, nous voulons tout d’abord établir un diagnostic général de l’état des connaissances des élèves sur la totalité de la chimie organique enseignée au niveau du secondaire. Pour ce faire, notre questionnaire parcourt une très large part du savoir enseigné à ce niveau. Nous avons tenté d’être le plus complet possible afin de déterminer quels thèmes posent les problèmes d’apprentissage les plus importants.
Certains enseignants avec lesquels nous collaborons ont relu le questionnaire et nous ont conseillé de changer certaines formulations ou d’ajouter l’une ou l’autre question afin de le compléter. Une première version a été testée auprès de 158 étudiants suivant les cours de propédeutique à l’ULB et venant d’un large panel d’écoles. Après ce premier test, nous avons effectué de légères modifications et nous sommes parvenus à la version finale du questionnaire.
Au vu du grand nombre de questions composant le questionnaire (32 questions), nous avons décidé de le diviser en cinq grands thèmes. Voici les différents thèmes et les questions reprises sous chacun d’entre eux.
Thème 1 : Questions d’ordre général sur la chimie organique (6 questions) Q1 – Qu’est-ce que la chimie organique ?
Q2 – Parmi ces différentes molécules, entourez les molécules organiques
Q3 – Citez quelques produits de la vie de tous les jours se rapportant à la chimie organique Q4 – Donner un exemple de produit quotidien correspondant à chaque fonction
Q5 – Citez un polymère naturel
Q6 – Expliquez le principe de la distillation du pétrole
Thème 2 : Questions se rapportant à la structure des molécules organiques (6 questions) Q7 – Qu’est-ce qu’un isomère ?
Q8 – Reliez les différents isomères entre eux Q9 – Dessinez tous les isomères de l’hexane (C6H14)
Q10 – Dessinez la ou les molécule(s) dont la formule brute est C4H8 Q11 – Donnez un exemple d’alcool primaire, secondaire et tertiaire Q12 – Identifiez les différentes fonctions présentes dans ces molécules
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Thème 3 : Questions sur les propriétés des molécules - notions de chimie générale (4 questions) Q13 – Classez les alcanes suivants par ordre croissant de température d’ébullition
Q14 – Laquelle de ces molécules a la température d’ébullition la plus élevée ? Q15 – Parmi les fonctions suivantes, entourez celles qui sont polaires.
Q16 – Parmi les molécules suivantes, entourez celles qui peuvent faire des liens H. Thème 4 : Questions se rapportant aux réactions organiques (14 questions)
Catégorie A : Restitution
Q17 – Écrivez l’équation de combustion complète du C6H14. Q18 – Comment fabrique-t-on des alcools ?
Q19 – Quel est le produit de l’oxydation d’un alcool primaire ?
Q20 – Par quel type de réaction peut-on synthétiser un acide carboxylique ? Q21 – Comment s’appelle la réaction qui permet d’obtenir un ester ?
Q22a – Nommez les différentes réactions permettant de passer d’une fonction à l’autre. Catégorie B : Application
Q23 – Les réactions suivantes sont-elles des réactions d’addition ? Q24 – Écrivez le(s) produit(s) de ces réactions.
Q25 – Quel est le produit majoritaire de cette réaction ?
Q26 – Au départ du propylène, dessinez la structure du polymère correspondant. Q27 – Écrivez la réaction permettant d’obtenir du propanoate d’éthyle.
Q28 – Écrivez une réaction de saponification. Catégorie C : Transfert
Q22b – Nommez les différentes réactions permettant de passer d’une fonction à l’autre. Q29 – Quelle réaction dois-je faire pour préparer de l’hexane ?
Q30 – Quelle réaction dois-je faire pour préparer du butène ? Thème 5 : Questions de nomenclature organique (2 questions) Q31 – Nomenclature et représentation des alcanes
Q32 – Nomenclature des fonctions organiques
Méthodologie de passation du questionnaire
Une fois le questionnaire mis au point, nous avons pu nous rendre directement dans les écoles secondaires afin de le soumettre aux élèves.
Échantillon
Afin de rendre notre étude la plus complète possible, nous nous sommes rendus dans des écoles appartenant aux quatre réseaux de l’enseignement francophone de Belgique. Notre échantillon se compose de 14 écoles de Bruxelles et du Brabant Wallon, appartenant à ces réseaux selon la répartition suivante :
- 6 écoles appartenant à la Fédération Wallonie-Bruxelles ; - 4 écoles appartenant à l’enseignement catholique (SeGEC) ; - 3 écoles appartenant à la Ville de Bruxelles (CPEONS) ; - 1 école appartenant à la Felsi.
Nous avons pu collaborer avec 20 enseignants et interroger 694 élèves au total. Nous avons proposé le même questionnaire à des élèves de Sciences Générales (2 à 3 heures de chimie par semaine) et à des élèves de Sciences de Base (1 heure de chimie par semaine). En option Sciences Générales, nous
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avons interrogé 460 élèves et en option Sciences de Base, nous avons interrogé 234 élèves. La répartition des élèves en fonction de leur option et de leur réseau est reprise dans le tableau 3.1.
Sciences Générales Sciences de Base Total
Écoles Élèves Écoles Élèves Écoles Élèves
Fédération Wallonie-Bruxelles 5 209 1 50 6 259
Enseignement catholique (SeGEC)
4 113 1 26 4 139
Ville de Bruxelles (CPEONS) 2 103 3 79 3 182
Felsi 1 35 1 79 1 114
Total 12 460 6 234 14 694
Tableau 3.1 : Répartition des écoles et des élèves ayant participé au questionnaire en fonction de l’option de l’élève
Conditions de passation du questionnaire
Le questionnaire est proposé aux élèves sous forme de « sondage » et non pas comme une interrogation. Le questionnaire tel que présenté aux élèves est disponible dans l’Annexe 1. Les élèves ne sont pas prévenus et n’ont donc pas étudié spécifiquement pour le jour où nous venons. Cependant, ils ont déjà étudié la matière auparavant, que ce soit pour une interrogation ou un examen. La totalité du questionnaire peut être remplie en deux périodes de cours.
Au vu de la diversité des programmes d’une école à l’autre, nous avons décidé d’adapter notre questionnaire en fonction de la matière effectivement abordée avec les élèves. Avec l’aide de l’enseignant, nous avons éliminé les questions portant sur de la matière non vue - ceci explique donc les disparités quant au nombre de réponses en fonction de la question. Le temps imparti aux élèves pour remplir le questionnaire est adapté en fonction du nombre de questions auxquelles ils doivent répondre.
Méthode d’analyse du questionnaire
Les questionnaires ont été encodés manuellement. Un encodage qualitatif a été effectué sur les premiers questionnaires récoltés (en l’occurrence les étudiants de propédeutique ainsi que les trois premières écoles visitées), ce qui a permis de créer un « code book » pour l’ensemble du questionnaire. Par la suite, l’intégralité des questionnaires a été encodée selon ce code book. L’analyse des réponses des étudiants a été effectuée grâce au logiciel Excel.
Les questionnaires ont été présentés à des élèves de Sciences de Base et de Sciences Générales. Nous ne présenterons ici que les résultats pour les élèves de Sciences Générales. Les résultats des élèves de Sciences de Base leur sont similaires quant au type d’erreur effectué malgré un pourcentage d’erreur plus important. Nous faisons donc le choix de nous concentrer uniquement sur les élèves de Sciences Générales jusqu’à la fin de notre travail de recherche. En effet, nous supposons que si nous pouvons mettre en évidence des conceptions alternatives chez les élèves de Sciences Générales, celles-ci seront très probablement présentes également chez les élèves de Sciences de Base. Les résultats des élèves de Sciences de base sont disponibles dans l’Annexe 2.
106 Questionnaire à choix multiples (QCM)
Mise au point du questionnaire
Ce second questionnaire a été élaboré à la suite de celui à réponses ouvertes. Nous n’avons en effet pas réussi à obtenir l’information voulue sur certains sujets car les réponses, ou plus souvent l’absence de réponse, ne nous permettaient aucune analyse. Nous avons donc proposé un second questionnaire à un nombre plus restreint d’élèves (201 participants). Les questions y sont revues sous forme de choix multiples ou de tableaux à choix multiples. Les élèves ne doivent plus répondre de façon ouverte et l’analyse de leurs réponses est donc facilitée.
Pour chacune des questions, les réponses proposées aux élèves sont imaginées à partir des réponses les plus fréquemment proposées par les élèves lors du précédent questionnaire à réponses ouvertes, ou encore inspirées des conceptions alternatives déjà identifiées dans la littérature, ceci afin de proposer des distracteurs plausibles aux élèves.
Le questionnaire est divisé en deux parties :
- Une première partie de questions à choix multiples, avec une seule réponse possible.
- Une deuxième partie contenant divers tableaux à compléter, appelant toujours néanmoins une réponse fermée.
Les différentes questions sont présentées ci-après. Les réponses proposées aux élèves ainsi que le détail des tableaux contenant les molécules proposées aux élèves sont indiqués lors de l’analyse des résultats.
Questions à choix multiples : Q1) La chimie organique est : Q2) Un polymère est : Q3) Un alcool primaire est :
Q4) Parmi les molécules suivantes, laquelle est un alcool secondaire ? Q5) Un isomère est :
Q6) Pour faire passer une molécule de la phase liquide à la phase gazeuse, il faut chauffer la molécule afin de :
Q7) Pour qu’une molécule soit polaire, il faut : Q8) Qu’est-ce qu’une liaison hydrogène (ou lien H) ? Complète les différents tableaux et pointillés :
T1) Voici une liste de produits de la vie quotidienne. Est-ce qu’ils font partie de la chimie organique ? Si oui, quelle est la fonction principale qui les compose ?
T2) Les molécules suivantes sont-elles des polymères ? Si oui, sont-ils des polymères de synthèse ou des polymères naturels ?
T3) Voici plusieurs paires de molécules. Déterminez si les deux molécules représentées sont identiques, isomères, ou ni l’un ni l’autre.
T4) Les chimistes organiciens utilisent le plus souvent l’écriture topologique pour représenter les molécules organiques. Cette écriture ne représente pas les carbones ni les hydrogènes liés aux carbones, elle ne montre que les liaisons entre carbones, et les autres éléments. Sachant que :
107 = Complète le tableau de représentations suivant.
T5) Voici une molécule organique. Identifie les différentes fonctions qui ont été entourées.
T6) Voici différentes molécules. Pour chaque molécule, détermine si elle est polaire ou non polaire, et si elle peut faire des liaisons hydrogène ou non.
Méthodologie de passation du questionnaire
Une fois ce deuxième questionnaire mis au point, nous nous sommes rendus dans les écoles secondaires afin de le soumettre aux élèves. Le questionnaire tel que présenté aux élèves est disponible dans l’Annexe 3.
Échantillon
Afin de rendre l’étude la plus complète possible, nous nous sommes rendus dans des écoles appartenant aux quatre réseaux de l’enseignement francophone de Belgique. Notre échantillon se compose de 6 écoles de Bruxelles et du Brabant Wallon, appartenant à ces réseaux selon la répartition suivante :
- 2 écoles appartenant à la Fédération Wallonie-Bruxelles ; - 2 écoles appartenant à l’enseignement catholique (SeGEC) ; - 1 école appartenant à la Ville de Bruxelles (CPEONS) ; - 1 école appartenant à la Felsi.
Nous avons pu collaborer avec 6 enseignants et interroger 201 élèves de Sciences Générales au total. La répartition des élèves en fonction de leur école est reprise dans le tableau 3.2.
Sciences Générales Écoles Élèves Fédération Wallonie-Bruxelles 2 96 Enseignement catholique (SeGEC) 2 37
Ville de Bruxelles (CPEONS) 1 27
Felsi 1 41
Total 6 201
Tableau 3.2 : Répartition des écoles et des élèves ayant participé au QCM
Conditions de passation du questionnaire
Les conditions sont exactement les mêmes que lors du questionnaire précédent. Le questionnaire est proposé aux élèves sous forme de « sondage » et non pas comme une interrogation. Les élèves ne sont pas prévenus et n’ont donc pas étudié spécifiquement pour le jour où nous venons. Cependant, ils ont déjà étudié la matière auparavant, que ce soit pour une interrogation ou un examen. Le questionnaire peut être rempli en 45 minutes.
108 Méthode d’analyse du questionnaire
Les questionnaires ont été encodés manuellement. L’analyse des réponses des étudiants a été effectuée grâce au logiciel Excel.
Entretiens semi-dirigés
Mise au point du guide des entretiens semi-dirigés
Le but premier de ces entretiens semi-dirigés est d’essayer de mettre en évidence les problèmes de compréhension liés aux réactions organiques. Les questions choisies portent donc principalement sur les réactions. Nous avons ajouté quelques questions supplémentaires, liées à la place de la chimie organique dans la vie quotidienne, que nous avons posées aux élèves si le temps imparti à notre entretien le permettait encore. Ces questions supplémentaires ont été élaborées afin de voir si l’un des buts du programme de secondaire, à savoir faire des élèves les citoyens de demain, était effectivement rempli.
Voici les différentes questions posées oralement aux élèves : Questions à propos des réactions :
- Qu’est-ce qu’une réaction chimique ?
- Peux-tu donner un exemple de réaction chimique ? - Peux-tu expliquer comment se déroule cette réaction ?
o Comment les réactifs deviennent-ils les produits ? o Quelles liaisons sont cassées ?
o A-t-on besoin de quelque chose pour que la réaction fonctionne ?
- Si la réaction proposée ne contient pas de composé organique, poser la même question pour une réaction qui en contient.
Questions supplémentaires à propos de la place de la chimie organique : - Qu’est-ce que la chimie organique ?
- Peux-tu donner des exemples de choses organiques dans la vie quotidienne ? o Comment déterminer si quelque chose est organique ou non ? - Les médicaments font-ils partie de la chimie organique ?
o Quelle est la différence entre un médicament issu de la nature et fabriqué par l’homme ?
o Lequel choisirais-tu et pourquoi ?
Méthodologie de passation des entretiens
Chaque entretien a été effectué en tête à tête avec un élève de 5ème ou de 6ème année du secondaire, dans un local à l’écart de leurs camarades ; ils se sont portés volontaires et n’ont donc pas été désignés par leur enseignant. Le cadre de cet entretien leur a été expliqué avant de démarrer l’enregistrement, en leur précisant que ce qu’ils diraient ne serait pas communiqué à leur enseignant et que leur identité resterait anonyme. La transcription des différents entretiens est disponible dans l’Annexe 4.
109 Échantillon
L’échantillon se compose de 15 élèves de 5ème et 6ème année du secondaire, venant de trois écoles appartenant à des réseaux différents (Enseignement catholique, Fédération Wallonie-Bruxelles et Felsi).
Méthode d’analyse des entretiens
Tous les entretiens ont été enregistrés et retranscris manuellement ensuite. Les différents élèves interviewés sont identifiés par un numéro allant de « E01 » à « E15 ».
L’analyse des entretiens est effectuée question par question. Les citations reprises directement des entretiens sont indiquées entre guillemets et en italique, suivies du numéro correspondant à l’élève.
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