Chapitre 9 : Résultats de la première expérimentation
1.1. Evolution des représentations des élèves sur le métabolisme cellulaire
1.2.2 Résultats : représentations après la mise en situation (post test 1)
Ci-dessous, nous présentons les résultats des réponses des élèves selon les
catégories de réponses proposées a priori et attendues par l’institution, afin de les
classer selon les groupes de niveau.
Les résultats obtenus répartissent les élèves dans les quatre groupes pré définis :
2/56 élèves se placent dans le groupe « débutant », c’est à dire qu’ils n’ont
donné aucune réponse attendue par l’institution
16/56 élèves se placent dans le groupe « apprenti », c’est à dire qu’ils ont
donné 1 réponse attendue par l’institution
11/56 élèves se placent dans le groupe « confirmé », c’est à dire qu’ils ont
donné 2 ou 3 réponses attendues par l’institution
L’analyse des représentations des élèves lors du pré test confirme des difficultés
identifiées a priori dans la littérature comme l’association de la fermentation
alcoolique avec l’idée d’un processus de décomposition qui prend du temps. Ce
processus implique des réactions chimiques qu’ils définissent comme étant des
transformations de molécules. Nous avons également mis en évidence dans les
termes proposés une confusion entre les métabolismes de respiration et
fermentation cellulaires ce que nous avons précédemment relevé dans l’analyse
de la question 1.
Evolution des représentations des élèves sur le métabolisme et la fermentation alcoolique
27/56 élèves se place dans le groupe « expert », c’est à dire qu’il a donné 4,
5 ou 6 réponses attendues par l’institution
La répartition des élèves dans ces groupes de niveaux est assez hétérogène.
Néanmoins on retrouve la moitié des élèves (27/56) dans le groupe « expert » et
seulement 2 élèves n’ont donnée aucune réponse classée dans les catégories
proposées.
Analyse détaillée des réponses des élèves
Voyons à présent dans le détail la répartition des réponses des élèves classées
dans les six catégories de réponses attendues par l’institution, auxquelles
s’ajoutent celles classées dans la catégorie « autre ».
Figure 48 : répartition des réponses du post test par catégorie (question 2)
Nous remarquons une répartition assez homogène entre les catégories avec le
réactif et le produit commun à le respiration cellulaires qui sont majoritairement
cités (respectivement 19% et 21%). Le deuxième produit spécifique de la
fermentation alcoolique est également cité (15% des réponses). Notons
effectivement que la température est un concept très peu associé à la fermentation
alcoolique alors qu’il s’agit d’une des conditions nécessaires à sa réalisation
optimale (2%). A l’inverse le concept d’anaérobie qui est la condition nécessaire à
la réalisation par les levures du métabolisme de la fermentation alcoolique est
davantage cité (10%).
Enfin, les réponses classées dans la catégorie « autre » (18% des réponses) sont
toujours bien présentes. Nous les développons dans le paragraphe suivant.
Analyse des réponses des élèves classées dans la catégorie « autres »
L’analyse quantitative des termes classés « autres » est représentée par le nuage
de mots ci-dessous.
Chapitre 9 : Résultats de la première expérimentation
Figure 49 : représentation en nuage de mots des termes relevés dans la catégorie « autre » de la question 2 (MO pour microorganismes)
Nous remarquons que le terme « énergie » apparaît cinq fois dans cette catégorie.
Nous avions fait le même constat lors de l’analyse du post test 1 de la question 1
sur la définition du métabolisme.
Cependant nous retrouvons toujours les microorganismes dont la bactérie (4).
Le tableau ci-dessous présente ainsi les résultats de l’analyse qualitative et
quantitative des réponses « autres » proposées par les élèves. Nous utilisons les
domaines et sous catégories proposées dans l’analyse des réponses « autres » des
élèves du pré test.
Domaine Catégories
Biologie (23) 9 Les êtres vivants micro et macro organismes
10 La cellule et son fonctionnement
4 Transformation des aliments
Chimie (17) 14 Réactions chimiques
3 Aspect moléculaire
Temps (4) 4
Total « autres » 44
Tableau 32 : représentation des concepts de la catégorie « autre » par domaine (question 2)
Ce tableau nous montre un total de 44 termes classés dans la catégorie « autre »,
soit en moyenne 0,8 mots par élèves sur les 4 mots demandés dans la question.
Nous retrouvons majoritairement des concepts du domaine de la biologie (23
termes cités) avec cependant 14 termes liés au concept de réaction chimique.
La figure 50 suivante, nous permet de visualiser l’apparition et la disparition des
termes ainsi proposés par les élèves, et fera l’objet d’une analyse comparative
(paragraphe 1.2.3).
Evolution des représentations des élèves sur le métabolisme et la fermentation alcoolique
Figure 50 : représentation et classification des concepts de la catégorie « autre » (question 2)
Nous remarquons la présence de termes nouveaux repérés par une *, comme
certaines molécules de la glycolyse, quelques types de fermentations, et le terme
de dégazage. Cependant il s’agit de termes proposés par 1 ou 2 élèves ce qui reste
peu représentatif.
L’apparition de termes spécifiques ou communs au métabolisme de la respiration
cellulaire peut s’expliquer par la place de la situation proposée dans la progression
des enseignants. En effet, le thème de la fermentation alcoolique fait suite à celui
de la respiration cellulaire sur lequel certains élèves ont travaillé juste avant notre
mise en situation.
Cela peut également s’expliquer en reprenant des travaux de recherche précédents
sur le concept de respiration (Guyon, 1987), qui mettent en avant la place
importante de ce concept chez les élèves. Un concept à l’origine de conceptions
tenaces comme le fait que « l’oxygène est associé à la vie » et donc que la respiration
« …est un phénomène naturel, indispensable à la vie, l’oxygène sert à faire vivre les
cellules ».
1.2.3 Analyse comparative des représentations des élèves entre le pré test et le
post test 1
Dans cette partie nous allons comparer les résultats obtenus entre le pré test et le
post test 1 pour le concept de fermentation alcoolique, afin de suivre l’évolution
des représentations des élèves après la mise en situation.
Chapitre 9 : Résultats de la première expérimentation
Evolution de la répartition des élèves selon les « niveaux » de réponse
Dans un premier temps, nous représentons par la figure 51 ci-dessous l’évolution
de la répartition des élèves par « niveau de réponse ». Puis nous regardons
l’évolution de la répartition de leur réponse par concept, et enfin nous suivons
l’évolution des « autres » réponses proposées en dehors des catégories proposées
a priori.
Figure 51 : évolution de la répartition des élèves par groupe de niveau entre le pré test et le post test 1 (question 2)
On remarque que les résultats diffèrent nettement entre le pré test et le post test 1.
En effet, nous constatons que la répartition des élèves évolue vers les niveaux
confirmé (+8), et expert (+27), de même qu’une diminution du nombre d’élèves
des groupes débutant (-20) et apprenti (-15).
Ceci nous montre une progression dans les réponses données par les élèves vers
les catégories proposées a priori qui reprennent les concepts attendus en classe de
terminale S de spécialité sur la fermentation alcoolique.
L’analyse des concepts en jeu (conditions du milieu, réactifs et produits de la
fermentation alcoolique, microorganismes impliqués) dans les réponses des élèves
nous permet de suivre l’évolution des représentations entre les deux tests.
Evolution des réponses des élèves classées dans les catégories de
réponses attendues par l’institution
La figure 52 ci-dessous reprend l’évolution de la répartition des réponses des
élèves par catégories a priori afin de voir quels sont les concepts qui évoluent
après la mise en situation.
Ainsi, on peut supposer que la situation proposée fait évoluer les concepts des
élèves vers ceux attendus par l’institution.
Evolution des représentations des élèves sur le métabolisme et la fermentation alcoolique
Figure 52 : évolution de la répartition des réponses des élèves pour chaque catégorie a priori entre le pré test et le post test 1 (question 2)
On remarque une augmentation pour chaque catégorie avec un maximal pour les
« glucides » (+36 élèves) suivi des « levures » (+28 élèves) et une stabilité pour la
« température » qui reste à 3 élèves.
Si on regarde dans le détail les réponses proposées par les élèves, on remarque de
nouveaux concepts liés aux réactifs et aux produits de la fermentation alcoolique.
De même le terme de levure est bien plus présent, ce qui laisserait supposer une
diminution du terme « bactérie ou microorganisme » dans la catégorie « autre », ce
qui correspondrait à une levée de la confusion entre les microorganismes qui
amènerait les élèves à les spécifier.
Concernant l’analyse de la répartition des réponses dans les différentes catégories
proposées a priori, nous notons que l’éthanol est majoritairement représenté à la
fois dans le pré test, mais également dans le post test 1. Il s’agit là d’un concept
stabilisé, à la fois par l’activité proposée, mais également par les connaissances
personnelles de l’élève. Il s’agit d’un terme utilisé dans la vie courante, mais qui
n’est pas, selon les résultats, à l’origine de conceptions erronées.
Par contre l’idée que la fermentation alcoolique se réalise dans des conditions
spécifiques du milieu est peu présente. La nécessité d’une température du milieu
adaptée, pour placer les organismes dans des conditions compatibles avec le
vivant, est un concept très peu associé à la fermentation alcoolique alors qu’il s’agit
d’une des conditions nécessaires à la réaction. Cela pourrait s’expliquer par le fait
qu’il ne s’agit pas d’un objectif d’apprentissage, et que nous avons proposé un
étayage fixe en donnant directement la valeur de la température du milieu. Ce
constat rejoint les difficultés identifiées dans les travaux de Schneeberger &
Rodriguez (1999), quant à la prise en compte par les élèves des contraintes liées à
l’utilisation d’organismes vivants, ce dont, pour certains élèves, la levure ne fait pas
partie. Peut-être aussi, est ce que l’association de concepts de biologie comme
l’utilisation de la levure (vivant) et de concepts de chimie comme les facteurs qui
influencent la vitesse de réaction, est aussi à l’origine de difficultés. La nouvelle
contextualisation du concept de chimie semble être, selon Fortin (2004), à l’origine
de difficultés.
Chapitre 9 : Résultats de la première expérimentation
Evolution des réponses des élèves classées dans la catégorie « autre »
L’évolution des représentations des élèves vers les catégories proposées a priori
implique ainsi une diminution des termes classés dans la catégorie « autre » (-83).
En effet, on passe d’une fréquence de 2,26 mots en moyenne par élève à 0,8, avec
néanmoins une répartition identique entre les domaines de la biologie et de la
chimie.
La figure ci-dessous nous permet de visualiser la répartition des termes « autres »
classés selon les 6 sous catégories définies, entre le pré test et le post test 1.
Même si la levure est davantage représentée, nous retrouvons toujours les termes
de « microorganismes » dont la « bactérie ». La confusion entre les différents
microorganismes semble être une difficulté tenace. Néanmoins, le document
ressource 2, met en avant différents microorganismes associés à un type de
fermentation. Il est donc difficile d’interpréter ces réponses car la situation
proposée a pu, à travers ce document, induire ou conforter cette erreur.
De plus, nous avons mis en évidence l’apparition de nouveaux termes. Pour
certains, ils font référence aux réactions de la respiration cellulaire. Cela peut
s’expliquer à la fois par le cours mené en parallèle sur la respiration cellulaire pour
trois des cinq classes.
Pour d’autres termes, comme celui de « dégazage », leur apparition peut
s’expliquer par l’activité de conception de protocole qui présente notamment dans
les documents ressources, les différents métabolismes fermentaires associés à des
utilisations industrielles de la vie courante comme la panification. Cette idée est
mise en évidence dans les travaux de Songer & Mintzes (1994), dans lesquels les
Ainsi, la situation proposée dans la plateforme LabBook, semble favoriser
l’acquisition de certains concepts attendus par l’institution, ce qui impliquerait
une levée de certaines conceptions erronées.
Evolution des représentations des élèves sur le métabolisme et la fermentation alcoolique
élèves expliquent la levée de la pâte à pain par le dégazage de dioxyde de carbone
des microorganismes impliqués.
Concernant le domaine de la chimie, le temps de réaction, est toujours présent
dans les termes « autre », ce qui s’explique peut-être par le fait que les activités de
mise en évidence des métabolismes tels que la photosynthèse et la respiration
cellulaire, sont des activités qui prennent du temps, pendant lequel les élèves sont
souvent passifs dans l’attente de leurs résultats.
Enfin nous notons la disparition de certains termes appartenant à des sous
catégories comme la transformation des aliments (putréfaction, odeur, goût…), ou
bien certains aspects généraux de la réaction chimique (oxydation, réduction
synthèse…).
Conclusion
1.3. Conclusions
L’analyse des questions 1 et 2 nous a permis d’identifier les représentations
initiales des élèves sur les concepts de métabolisme et de fermentation alcoolique.
Nous avons fait ainsi l’hypothèse que nous allions dégager certaines difficultés à
l’origine de conceptions erronées dans l’analyse des questions 1 et 2 des tests,
difficultés que nous avons identifiées a priori dans l’analyse épistémologique
précédemment réalisée.
De plus, nous avons fait l’hypothèse que la situation proposée de conception
expérimentale sur la mise en évidence de la fermentation alcoolique ferait évoluer
les représentations initiales des élèves vers celles attendues par l’institution.
Concernant la question 1, identifiant les représentations des élèves sur le concept
de métabolisme, nous avons mis en évidence des représentations qui évoluent peu
entre les deux tests. En effet, nous avons montré :
des difficultés à dégager des caractéristiques communes aux différents
métabolismes étudiés et à proposer ainsi une définition qui se rapproche de
celle attendue par l’institution en classe de terminale scientifique de
spécialité.
une confusion entre les différents métabolismes cellulaires (Flores & al.
2003)
des difficultés à distinguer la structure et les fonctions cellulaires, ce qui a
été mis en évidence dans de précédents travaux (Songer & Mintzes, 1994)
L’ensemble de ces résultats concernant le concept de fermentation alcoolique
nous permet de conclure sur les points suivants. La situation que nous proposons
de conception expérimentale sur la plateforme informatique fait évoluer les
représentations des élèves sur la fermentation alcoolique vers celles attendues
par l’institution.
Néanmoins certaines conceptions erronées identifiées dans la littérature sont
présentes de façon globale et semblent être tenaces comme la confusion entre la
fermentation et la respiration, la confusion entre les différents microorganismes
et leur appartenance au vivant.
Chapitre 9 : Résultats de la première expérimentation
La situation de conception expérimentale proposée dans LabBook semble ne pas
aider les élèves à définir de façon générale le concept de métabolisme cellulaire,
car leurs représentations n’évoluent pas vers celles attendues par l’institution.
Concernant la question 2, identifiant les représentations des élèves sur le concept
de fermentation alcoolique, nous avons montré une évolution des réponses des
élèves vers celles attendues par l’institution. Ainsi, l’activité de conception
expérimentale sur la mise en évidence de la fermentation alcoolique a permis de
faire évoluer certaines représentations chez les élèves.
Cependant, certaines difficultés identifiées dans la littérature sont présentes et
semblent pour certaines tenaces comme la confusion entre les métabolismes de la
fermentation alcoolique et celui de la respiration cellulaire identifiées dans les
travaux de Flores & al., (2003), Songer & Mintzes (1994), Guyon (1987), et
Schneeberger & Rodriguez (1999). De même on a relevé une difficulté liée à la
confusion entre les différents microorganismes et leur appartenance au vivant
Songer & Mintzes (1994), Guyon (1987), et Schneeberger & Rodriguez (1999).
Evolution des apprentissages