La relation entre la situation de classification et le type de réponses dans un registre explicitement écologique puis phylogénétique (QR2a)

Pour chaque question 3 et 4, nous analyserons les réponses des étudiants dans le registre considéré (écologique ou phylogénétique) puis, ensuite, nous les comparerons avec celles avancées dans le cadre de la situation ouverte, ceci dans le but d’identifier les cohérences de réponses ou d’éventuelles dissonances.

• Étude des réponses dans le cadre d’une situation écologique

Ø Analyse des réponses à la troisième question écologique

La troisième question porte sur le registre écologique : « Quelle est l’importance fonctionnelle des végétaux dans les écosystèmes ? ». Il s’agit d’une question ouverte. Seuls cinq étudiants, soit 1,7 %, ne se prononcent pas sur cette question. La liste des arguments avancés par les étudiants est présentée dans le tableau 13 de façon codée, chacun de ceux-ci se trouve explicité dans le tableau 14. Dans ce dernier, nous n’avons consigné que les arguments avancés par plus de 5% des questionnés.

E2 E1 E10 M6 M1 E8 E4 M2 E7 E9 U1 E11 E6 E23 M7 E18 E5 N 220 180 114 91 88 60 51 49 48 28 24 22 21 18 18 16 16 % 74,6 61 38,6 30,8 29,8 20,3 17,3 16,6 16,3 9,5 8,1 7,5 7,1 6.1 6.1 5,4 5,4

Tableau 13 : arguments codés présentés par ordre décroissant. N : nombre et % : pourcentage calculé sur l’effectif de 295 étudiants « non indécis »36

Base des chaînes alimentaires / réseaux trophiques E2

Producteur primaire E1

Renouvellement de l'O2 atmosphérique; oxygénation de l'atmosphère primitive E10 Transformation de matière minérale en matière organique M6 Photosynthèse oxygénique

(ou photosynthèse ou phototrophie)

M1 Structurent les paysages / Constituent l’habitat d’autres EV / Biotopes / Biomes E8

Rôle dans les cycles biogéochimiques (C, N...) E4

Autotrophie (au C, à N, etc.) M2

Participation à la formation et évolution du sol (origine importante de la MO des sols, altération de la R. mère, échanges hydro-minéraux)

E7

Limitent l'érosion des sols, rôle mécanique E9

Ressource pour l'Homme U1

Organismes pionniers; "sortie" des eaux E11

Relations interspécifiques (autre que prédation) comme la symbiose… E6

36 _{Tous les pourcentages indiqués par la suite, sauf indication contraire, sont calculés sur la base du jeu de} données restreint aux 295 étudiants « non indécis ».

4.2. Résultats concernant la relation entre les logiques de réponses et les situations de classification (QR2)

Rôle d'épurateur (des sols, de l'air), anti-pollution, anti-réchauffement climatique (effet de serre) / action climatique

E23

Conversion énergie lumineuse en énergie chimique M7

Importance dans la biodiversité dépendante des végétaux E18 Entrée d’énergie dans les cycles biogéochimiques

et peut se fossiliser : ressources énergétiques fossiles : charbon...

E5

Tableau 14 : liste des arguments pour chaque code, par importance quantitative décroissante

Les deux réponses les plus communes qui arrivent très largement devant les autres arguments, sont :

- les végétaux qui sont à la base des chaînes alimentaires et des réseaux trophiques pour 220 étudiants, soit 74,6 %,

- les végétaux qui sont des producteurs primaires pour 180 étudiants, soit 61 %.

Certains étudiants ont schématisé les relations trophiques au sein d’un écosystème. Ils y placent les végétaux en tant que producteurs primaires. La figure 27 en présente un exemple.

Ø Comparaison avec les arguments du registre écologique avancés en question 1 : une conception centrée sur l’échelle individuelle et non écosystémique

L’analyse de la première question ouverte montre que les étudiants ne définissent pas spontanément les végétaux à l’échelle écosystémique, mais à celle de l’organisme. En effet, 224 de ceux-ci, soit 76 %, n’avancent pas d'arguments du registre écologique en question 1, alors qu’ils manifestent des connaissances écologiques en question 3.

L’échelle écosystémique ne correspond pas au premier niveau d’intégration du vivant mobilisé pour définir les végétaux dans la situation ouverte. En première approche, les étudiants raisonnent sur les végétaux en tant qu’individus et lorsque cela ne leur semble pas suffisant, ils envisagent d’autres types de relations. Ils passent alors du niveau objectal au niveau inter-objectal, en référence aux travaux de Piaget & Garcia (1983). En effet, ces auteurs montrèrent, sur le plan psychogénétique qu’il y a d’abord centration sur le niveau de l’objet étudié, appelé niveau objectal, avant de passer au niveau des relations entre l’objet et son milieu : niveau inter-objectal, puis au niveau trans-objectal, ce qui a permis de dégager des « lois » générales.

Pour les conceptions fonctionnelles (s. l.) que nous avons caractérisées dans une situation ouverte de classification, le problème mobilisé apparaît être davantage physiologique (nutrition de l’individu) qu’ écologique (relations entres individus et avec leur milieu).

• Étude des réponses dans le cadre d’une situation phylogénétique

Ø Analyse des réponses à la quatrième question phylogénétique

La grande majorité des étudiants : 208, soit 70,5 %, répond à la dernière question relative à la classification phylogénétique actuelle que les végétaux ne constituent pas un groupe monophylétique. Une part non négligeable des étudiants ne se prononce pas : 52 étudiants, soit 17,6 %, et une dernière répond que les végétaux constituent un groupe systématique actuellement valide (35 étudiants soit 11,9 %). Ce résultat est à mettre en relation avec le programme du concours préparé par ces étudiants de CAPES SVT, dans lequel figure la classification phylogénétique.

• Argumentation concernant la non-monophylie des végétaux

Parmi les 208 étudiants concernés, les arguments les plus fréquents utilisés les suivants : - ils ne partagent pas d’ancêtre commun exclusif : 54 étudiants ;

- ils forment un groupe polyphylétique : 40 étudiants ;

4.2. Résultats concernant la relation entre les logiques de réponses et les situations de classification (QR2)

- l’origine des plastes et de la photosynthèse est multiple. Il s’agit d’une homoplasie : 20 étudiants ;

- ils forment un groupe paraphylétique : 18 étudiants ;

- ils correspondent à des organismes ayant des caractéristiques différentes et sans caractères propres : 15 étudiants.

Un quart de ces étudiants : 54 sur 208, n’a pas justifié la réponse ou a répondu de façon décalée.

Le tableau 15 montre quatre exemples d’arbres phylogénétiques, schématisés spontanément par des étudiants pour justifier leur réponse.

Étudiant 188 Étudiant 266

Étudiant 41 Étudiant 238

Tableau 15 : arbres phylogénétiques représentés par des étudiants en question 4 pour justifier la non-monophylie des végétaux

• Argumentation concernant la monophylie des végétaux

Parmi les 35 étudiants affirmant que les végétaux constituent un groupe valide dans la classification phylogénétique actuelle, les arguments les plus fréquents sont les suivants :

- ils partagent des caractères spécifiques : 10 étudiants ; - ils partagent un ancêtre commun : 7 étudiants ;

- ils possèdent des caractéristiques partagées comme des plastes : 7 étudiants, une paroi : 5 étudiants, la photosynthèse : 3 étudiants, la cellulose : 2 étudiants, et la chlorophylle : 2 étudiants.

Notons que 9 de ceux-ci, répondant que les végétaux sont monophylétiques, n’ont pas justifié leur réponse ou ont répondu de façon décalée.

Par ailleurs, les étudiants ayant répondu que les végétaux sont monophylétiques n’ont pas pour autant tous défini ce groupe de façon phylogénétique dans la situation ouverte.

• Argumentation des étudiants ne se prononçant pas (NSP)

52 étudiants ne se prononcent pas et, pour la très grande majorité : les trois quarts ne se justifient pas, ou de façon décalée, et n’argumentent pas leur hésitation.

Ø Comparaison de la réponse à la question phylogénétique avec les conceptions distinguées dans la situation ouverte

• La conception CFM2 est-elle mue par un problème phylogénétique ?

Avant d’étudier la relation entre les cinq types de conception et les réponses à la question 4, nous revenons sur le cas spécifique de la conception fonctionnelle macrocentrée 2 (CFM2) qui définit les végétaux comme les plantes terrestres. Nous avons eu l’occasion de nous interroger sur un éventuel fondement phylogénétique de cette conception, sachant que les Embryophytes forment un groupe monophylétique

Sur ces 9 étudiants CFM2, 2 seulement répondent que les végétaux sont monophylétiques lors de la question 4. Le premier ne justifie pas sa réponse et le second affirme que les végétaux ont un ancêtre commun. Ainsi cette faible proportion de 2 étudiants sur 9 ne permet pas de dire que cette conception CFM2 est mue par un problème phylogénétique.

• Relation entre les cinq conceptions et la réponse à la question phylogénétique ?

Existe-t-il une relation entre le type de conception mobilisée lors de la situation ouverte : questions 1 et 2, et les connaissances phylogénétiques des étudiants : réponses à la question 4 ? Pour répondre à cette dernière, nous chercherons si les deux variables : type de conception et réponse à la question 4, sont ou non indépendantes.

4.2. Résultats concernant la relation entre les logiques de réponses et les situations de classification (QR2) Végétaux : groupe monophylétique Végétaux : groupe non monophylétique Ne sait pas

Conception par opposition (CPO) 2 8 1

Conception fonctionnelle (CF) 1 23 3

Conception fonctionnelle et cellulaire (CFC) 13 85 23

Conception fonctionnelle macrocentrée (CFM) 3 24 4

Conception phylogénétique réduite (CPR) 4 2 2

Tableau 16 :réponses à la question 4 selon la conception des végétaux

Le test exact de Fisher est adapté à notre jeu de données dans lequel certaines classes comprennent des effectifs inférieurs à 5. Elles ne permettent pas d’utiliser le test du Chi2. La p-value étant légèrement supérieure à 0,05, nous pouvons affirmer, au risque de 5 %, que la conception des étudiants n’a pas d’incidence significative sur leur réponse à la quatrième question. Ainsi, la grande majorité, 70,5 %, a connaissance que les végétaux ne constituent pas un groupe monophylétique dans la classification phylogénétique. Cela n’influence pas leurs réponses aux deux premières questions, à partir desquelles nous avons inféré leurs conceptions des végétaux. Cependant, la conception phylogénétique réduite : CPR, attire notre attention puisque les étudiants mobilisant cette conception sont plus nombreux à penser que les végétaux sont monophylétiques, contrairement aux autres conceptions (cf. tableau 16). Nous décidons donc de regrouper les quatre conceptions : CPO, CF, CFC et CFM, non définies par rapport à un problème phylogénétique, contrairement à la CPR.

Végétaux : groupe monophylétique

Végétaux : groupe non monophylétique

Ne sait pas

Conceptions non phylogénétiques

(CPO, CF, CFC et CFM) 19 140 31

Conception phylogénétique réduite

(CPR) 4 2 2

Tableau 17 : réponses à la question 4 en distinguant la conception phylogénétique réduite des quatre autres

Le test exact de Fisher est alors fortement significatif (valeur p = 0.002<0,05), ce qui permet d’affirmer que la réponse à la question 4 sur la monophylie des végétaux serait bien dépendante du traitement d’un problème phylogénétique pour définir le concept de végétal, même si cela ne concerne qu’un petit nombre d’étudiants.

Nous souhaitons étudier le cas particulier de deux étudiants CPR qui ont répondu que les végétaux ne sont pas monophylétiques. Cette réponse nous paraît contradictoire. Il s’agit des étudiants 204 et 235. Commençons l’analyse avec l’étudiant 234. Ses réponses aux questions 1 et 4 sont les suivantes :

Étudiant 204 : Question 1 : « Les végétaux forment un groupe non monophylétique car leur autotrophie liée aux chloroplastes est issue d'endosymbioses successives dans différents groupes. La présence de chloroplastes n'est donc pas un caractère adéquat. On distingue la lignée verte (chloroplastes issus d'endosymbiose primaire) chez les végétaux contenant Ulvophytes et Embryophytes (ex-Bryophyte, ex-ptéridophytes et Angiosperme). Question 2 Euglena : non végétal car « appartient aux Euglénobiontes donc pas à la lignée verte donc c'est un végétal au sens large (non monophylétique) car réalise la photosynthèse… mais pas au sens strict car pas de chloroplastes issus d'endosymbiose primaire », c’est nous qui soulignons.

Q4 : « Car comme expliqué dans la question 1, la présence de chloroplastes n'est pas un caractère homologue dérivé car il est issu d'endosymbiose d'organismes procaryotes photosynthétiques pour endosymbiose Iaire _{et d'algue rouge pour endosymbiose II}aire _{(chez algue brune...) qui ont eu lieu à} différents moments dans l'évolution... Le groupe des végétaux ne comprend pas un ancêtre commun et tous ses descendants (lignée verte + algue rouge...) »

Cet étudiant distingue deux conceptions des végétaux : les végétaux au sens large (i.e. conception fonctionnelle), et les végétaux aux sens strict (i.e. la lignée verte, CPR). Il a compris la question 4 comme : « les végétaux au sens large forment-ils un groupe monophylétique dans la classification phylogénétique et non les végétaux tels que vous les

avez défini à travers vos réponses précédentes » ?

Le second étudiant CPR (235), répondant que les végétaux ne sont pas monophylétiques, justifie ainsi sa réponse à la question 4 :

Étudiant 235 : « Tout dépend de la définition du mot végétal ».

Il semble donc mobiliser le même type d’argumentation que l’étudiant précédent mais de façon moins développée. A savoir : il existe une multiplicité de définitions des végétaux et la réponse à la question 4 dépend de la définition retenue pour les végétaux.

Ces deux exemples ne remettent pas en cause le fait que ces étudiants ont bien mobilisé une conception phylogénétique réduite. Ce paradoxe apparent nous montre que la formulation de la question 4 offre plusieurs interprétations possibles. Elle mériterait d’être clarifiée si le questionnaire devait être modifié pour une nouvelle enquête.

Cette analyse montre que les étudiants présentent une cohérence globale de réponses. Ils considérent davantage que les végétaux ne sont pas monophylétiques après avoir mobilisé une

4.2. Résultats concernant la relation entre les logiques de réponses et les situations de classification (QR2)

conception non basée sur un problème phylogénétique et, à l’inverse, pour les étudiants mobilisant une conception phylogénétique.

À l’occasion de l’étude du raisonnement classificatoire, l’étude didactique exploratoire avait révélé le caractère fécond d’une plante à fleur non chlorophyllienne. À présent, nous souhaitons analyser les réponses des étudiants concernant la treizième espèce : une orobanche, et les mettre en parallèle de la conception mobilisée et de la réponse à la question phylogénétique.

4.2.2. La difficulté à articuler les logiques fonctionnelle et phylogénétique dans le