Un outil pour apprendre : la carte mentale

HAL Id: dumas-02083444

https://dumas.ccsd.cnrs.fr/dumas-02083444

HAL is a multi-disciplinary open access

archive for the deposit and dissemination of sci-entific research documents, whether they are pub-lished or not. The documents may come from

L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignement et de

Un outil pour apprendre : la carte mentale

Emma Gendre

To cite this version:

Année universitaire 2017-2018

Diplôme Universitaire

Métiers de l’enseignement, de l’éducation et de la formation

Mention Second degré

Parcours : Sciences physiques et chimiques (PLC)

Un outil pour apprendre : la carte

mentale

Remerciements

Je remercie ma tutrice, Aude Claret, pour sa disponibilité, son enthousiasme et ses conseils précieux.

Merci à Vincent qui a préparé les concours d’enseignement à mes côtés. Enfin, un grand merci à Paul et à ma famille pour leur soutien.

Echéancier

► Ateliers mémoire avec la responsable de l’UE : 10 octobre et 21 novembre 2017

► Rendez-vous de travail en présentiel avec l’encadrant mémoire :

• 17 janvier • 6 mars • 25 avril

Sommaire

1. Introduction...1

2. Partie théorique...2

2.1. État de l’art...2

2.1.1. Créer des liens pour apprendre...2

2.1.2. A quoi s’applique la construction d’une carte mentale ?...4

2.1.3. Pourquoi utiliser des cartes mentales ?...5

2.1.4. Organisation et modalités de construction de cartes mentales...7

2.2. Problématique...9

3. Méthode...11

3.1. Participants...11

3.2. Choix de la séquence d’étude...11

3.3. Matériel...12

3.3.1. Initiation à l’outil (séance 1)...12

3.3.2. Mesure initiale (séance 2)...13

3.3.3. Réalisation d’une carte mentale (séance 3)...14

3.3.4. Travail sur la carte mentale réalisée (séance 4)...17

3.3.5. Mesure finale (séances 5 et 6)...17

3.4. Procédure...19

3.4.1. Mise à l’épreuve de la première hypothèse...19

3.4.2. Mise à l’épreuve de la deuxième hypothèse...20

3.4.3. Mise à l’épreuve de la troisième hypothèse...20

3.4.4. Problématique générale...21

4. Résultats...22

4.1. Réponse à la problématique générale...22

4.2. Mise à l'épreuve de la première hypothèse...22

4.3. Mise à l'épreuve de la deuxième hypothèse...23

4.4. Mise à l'épreuve de la troisième hypothèse...23

5. Discussion...26

5.1. Première réponse à la problématique générale...26

5.2. Retour sur la première hypothèse...27

5.3. Retour sur la deuxième hypothèse...28

5.4. Retour sur la troisième hypothèse...29

5.5. Limites et perspectives...31

5.6. Intérêt professionnel...32

1.

Introduction

Suite à deux ans de formation mêlant cours universitaires et recherche dans le but de me présenter aux concours de l’enseignement, j’ai pu découvrir le métier d’enseignante de physique-chimie dès la rentrée de l’année scolaire 2017-2018 au lycée polyvalent Gaspard Monge (Chambéry, Savoie), avec en charge deux classes de seconde générale et technologique.

Dès les premiers mois, j’ai pu constater une réelle difficulté des élèves à « apprendre efficacement ». Outre la difficulté à trier les informations utiles, les élèves semblent apprendre les différentes notions qu’ils rencontrent de manière fortement compartimentée, et ce malgré l’organisation spiralaire programmes thématiques de 2010. J’avais déjà pu être familiarisée à cette difficulté des élèves à faire des liens entre les notions : en effet, en plus de la constater chez des lycéens (au cours de séances de soutien dans le cadre d’une association), j’ai pu observer une telle difficulté chez les élèves en classe préparatoire (au cours d’interrogations orales à l’Institut des Chartreux, Lyon). Ainsi, l’importance « d’apprendre aux élèves à apprendre » et notamment d’apprendre à faire des liens entre les notions clefs du programme est un sujet qui m’a rapidement interpellée. La carte mentale, outil schématique de plus en plus utilisé actuellement (que ce soit par les enseignants ou dans les manuels, notamment au collège), m’est rapidement apparue comme une approche intéressante pour aider les élèves à s’approprier les notions du programmes et les liens qui les relient. Enfin, l’intérêt de mettre en place une telle action auprès des élèves est renforcée par les applications transversales qui peuvent en découler lorsque l’élève aura pu s’emparer de l’outil en physique-chimie.

En fin de premier trimestre, l’introduction des cartes mentales auprès d’une de mes deux classes de seconde au cours d’une séance pour préparer un devoir m’a convaincue de tenter cette expérience de manière plus construite et en faire le sujet de cet écrit scientifique réflexif. Ainsi, de nombreux points de questionnement sont apparus : la mise en place des séances, le choix du sujet central, ou encore l’évaluation des progrès dans la maîtrise des notions du programme. L’état de l’art, présenté dans une première partie de cet écrit, a donné des éléments de réponse à ces questions, qui associées aux contraintes de l’enseignement (progression, programme), ont permis de construire la méthodologie, présentée dans une deuxième partie. Les résultats de l’expérimentation sont ensuite présentés et discutés en vue d’apporter des réponses à la problématique de départ.

2.

Partie théorique

2.1. État de l’art

2.1.1. Créer des liens pour apprendre

1.

Mémoire et associations : première approche

Même si l’étude de la mémoire et de son fonctionnement a connu une relance considérable grâce à l’ouverture du champ de recherche que constituent les neurosciences au XXe siècle, l’intérêt porté à cette discipline remonte jusqu’aux premiers écrits grecs. A cette époque, à laquelle les orateurs développent l’art rhétorique, le fonctionnement de la mémoire est étudié dans un but à la fois philosophique et utilitaire. Comme l’indique Lieury (2005), Aristote (384-322 av JC) dégage déjà dans ses travaux l’importance de quelques leviers d’apprentissage « efficace » : l’utilisation d’images, d’associations, et étudie les mécanismes d’associations. Les mécanismes d’association favorisant la mémorisation qui sont présentés par Aristote, permettant de relier le souvenir à « quelque chose de semblable, ou de contraire ou d’étroitement lié », seront repris au XVIIIe siècle par le courant associationniste anglais. Dans ce courant idéologique dont fait partie le philosophe Hume, le fonctionnement de la pensée se fait par association d’idées selon trois lois : la similitude, le contraste, et la contiguïté. Ainsi, se familiariser avec les liens entre les différentes notions rattachées à un concept à mémoriser faciliterait son apprentissage.

2.

Les processus de mémorisation et d’apprentissage

Depuis l’étude de la mémoire par Aristote, différentes théories sur le fonctionnement de la mémoire se sont succédées. Les premières théories sur l’aspect « composite » de la mé-moire sont apparues à la fin du XIXe siècle. L’utilisation des méthodes d’imageries du cer-veau ont ensuite permis, à partir des années 80, d’étudier les zones concernées par les sys-tèmes de mémoire. Comme l’indiquent Gaussel et Reverdy, la mémoire est décrite comme un ensemble de cinq systèmes : « une mémoire à court terme ou de travail, une mémoire à long terme plus complexe comprenant une mémoire procédurale (mémoire des automatismes), une mémoire perceptive (identifie des stimulus), une mémoire sémantique (mémoire des connais-sances générales sur le monde au sens large, sur les concepts), une mémoire épisodique (la

plus sophistiquée, la mémoire des souvenirs) » (2013, p.6). L’apprentissage, quant à lui, ne nécessiterait pas la mise en œuvre d’un mais de plusieurs systèmes de mémoire (dont la mé-moire de travail, la mémé-moire sémantique, et la mémé-moire épisodique) de manière simultanée et complexe. Dans ce modèle, la mémorisation est décrite comme un ensemble de trois étapes : l’encodage, la rétention et la récupération. La première étape, l’encodage, permet de définir « les caractéristiques essentielles des informations à retenir, celles sélectionnées par l’indivi-du » (Gaussel et Reverdy, 2013).

Bien que l’encodage ne soit pas la seule étape proposée pour décrire les mécanismes de mémorisation, différentes méthodes pour optimiser cette étape de la mémorisation ont été explorées. La hiérarchisation des éléments et leur catégorisation, par exemple, semblent avoir une forte influence, facilitant la mémorisation et les apprentissages. L’utilisation de représentations imagées (codage visuel) et de mots concrets facilitant la production d’une image visuelle (codage verbal) permettraient également une meilleure étape d’encodage. On parle alors de double-codage, ou « codage visuel-verbal ». On comprend donc les difficultés d’apprentissage que peut rencontrer un élève si les informations qu’il cherche à mémoriser ne sont pas hiérarchisées ou catégorisées – la première étape de l’encodage étant dès lors caduque.

3.

Apprentissage et mémorisation : difficultés des élèves

Dans les deux derniers paragraphes, on a donc pu présenter différentes théories sur les processus d’apprentissage et les leviers de mémorisation : tout d’abord la nécessité d’une étape « d’encodage » efficace chez l’élève, avec un choix pertinent d’informations à retenir, de mots-clefs et de représentations visuelles. Quant aux théories déjà introduites par les associationnistes fin XIXe, la mémorisation serait facilitée par les mécanismes d’associations d’idées. Cependant, l’observation des élèves (qu’ils soient de collège ou de lycée) montre souvent des difficultés à la fois dans la sélection des données pertinentes à retenir (qu’il s’agisse de mots-clefs ou d’images) ainsi qu’au développement de techniques d’associations et de hiérarchisation des différentes notions rencontrées en cours. Suite à ces différents constats, il apparaît intéressant d’introduire auprès des élèves un outil permettant de réunir à la fois choix de mots-clefs, association et hiérarchisation des idées, et choix d’images mentales. Comme nous le verrons dans la partie qui suit, la carte mentale s’avère être un outil respectant ces différents critères.

2.1.2. A quoi s’applique la construction d’une carte mentale ?

1.

Qu’est-ce qu’une carte mentale ?

La « carte mentale », également appelée « carte (ou schéma) heuristique » (du grec « eurêka ») ou encore « mind map », est un concept qui s’est grandement popularisée ces quarante dernières années. Il s’agit d’un outil permettant de cartographier un réseau d’informations ou d’idées. Tony Buzan, psychologue anglais connu pour ces travaux nombreux sur la carte mentale depuis les années 1970. Selon lui, « c'est une technique

graphique efficace qui fournit un moyen universel de libérer le potentiel du cerveau » (1995).

Plus généralement, il s’agit d’un mode d’organisation fonctionnant par associations d’idées, et qui diffère ainsi par exemple des traditionnelles « fiches de révisions » linéaires portant sur un chapitre donné. Cette association d’idées est construite sur une feuille A4 orientée en format paysage, sur laquelle l’idée centrale de la carte a été placée au milieu. Ce sujet central est ensuite relié par des « branches » à différentes notions secondaires, qui sont elles-mêmes ramifiées de la même manière en différentes sous-notions associées [ANNEXE 1]. Ainsi, la carte finale obtenue constitue un arrangement spatial faisant apparaître à la fois les notions clefs en lien avec le sujet de manière hiérarchisée mais également les liens qui les unissent (Buzan, 1984). On notera que bien que Tony Buzan ait contribué à son développement récent (la carte mentale est utilisée dans ce nombreux domaines, de l’éducation au management), il n’en est pas l’inventeur. Comme l’indique Benz (2011), on peut même voir en les cartes mentales un dérivé de la méthode des locis, technique de rhétorique classique dans la Grèce antique ayant pour but de spatialiser les informations pour mieux les retenir.

2.

Quel sujet pour une carte mentale ?

Les situations et les sujets centraux de construction de carte mentale peuvent être nombreux, et dépassent le seul cadre de l’éducation au lycée. Comme le soulignent Akoun et Pailleau (2013), les cartes mentales peuvent être introduites à l’enfant dès le plus jeune âge pour l’aider à organiser ses tâches quotidiennes, ou pour les plus vieux dans le cadre de l’organisation d’un voyage. En termes de situations d’enseignement, les matières et les thèmes sont très variées comme en témoignent les différents exemples relatés par Philippe Benz dans son livre « Travailler en classe avec les cartes mentales » (2011) : en cours

d’histoire, pour résumer un chapitre, en cours d’anglais, pour construire une liste de vocabulaire ou encore en français, pour construire une méthode (« le commentaire de texte »). En sciences physiques et chimiques, un choix de sujet pertinent peut permettre de faire appel, dans les branches qui vont être construites, à de nombreuses notions clefs apparaissant au fil des années dans les programmes et souvent mélangées par les élèves (Tarride, 2007). Par exemple, la construction d’une carte mentale centrée sur les prérequis de chimie (« La matière ») peut être particulièrement intéressante pour clarifier des bases parfois mal maîtrisées par les élèves à l’entrée du lycée. Le choix du sujet central de la carte est donc primordial, car il doit être suffisamment familier à l’élève pour que des idées lui soient facilement associées, tout en nécessitant une organisation précise de ces idées.

3.

Construction d’une carte mentale

De la même façon que la construction d’une fiche de résumé linéaire suit différentes règles, la construction d’une carte mentale répond à certains codes. Tout d’abord, comme précisé plus haut, elle est construite sur feuille blanche orientée en « paysage », au centre de laquelle est placé le « sujet central ». C’est le niveau 0. Les idées associées au sujet central irradient ensuite à partir de celui-ci de manière hiérarchisée (niveau 1, 2, 3…) grâce à des branches. Ces idées ne doivent être exprimées uniquement par mots-clefs et non par des phrases. Afin de faciliter la lecture, les sujets de niveau 1 sont généralement placés dans le sens horaire, et il est conseillé d’écrire les mots-clefs directement sur les branches, au moins à partir du deuxième niveau. Enfin, pour des raisons qui seront détaillées dans la partie suivante, il est vivement conseillé d’utiliser des couleurs pour les différentes branches et d’ajouter des schémas correspondants aux différents mots-clefs utilisés (Akoun & Pailleau, 2013). Ainsi, on comprend par les différents points qui ont été soulevés dans cet état de l’art la nécessité de la sensibilisation des élèves à ce nouveau mode d’apprentissage et de réflexion.

2.1.3. Pourquoi utiliser des cartes mentales ?

1.

Carte mentale et fonctionnement du cerveau

Comme cela a déjà a été évoqué dans la première partie qui concernait l’étude de la mémoire, l’avènement des méthodes d’imagerie cérébrale ont permis une meilleure

compréhension du fonctionnement du cerveau et notamment des zones impliquées dans les différents processus. L’observation de l’activité cérébrale lors de la réalisation de certaines tâches a permis de déterminer si elles sollicitaient majoritairement un hémisphère du cerveau plutôt que l’autre. Par exemple, il a été observé que dans le cas de lecture et du langage, l’hémisphère gauche « joue un rôle de plus en plus prépondérant au fur et à mesure du développement de l’enfant » (Gaussel & Reverdy, 2013). Jusqu’aux années 1960, les hémisphères du cerveau étaient considérés comme chacun responsables de différentes « tâches ». C’est une théorie que l’on retrouve par exemple chez Buzan (1984), où l’hémisphère droit est présenté comme responsable du rythme, de la musique, des images, de l’imagination, et le gauche des chiffres, des calculs, de la logique, du langage, et de l’analyse. Ainsi, Buzan présente les cartes mentales comme un outils mettant en œuvre les deux hémisphères du cerveau, afin « d’utiliser tout son potentiel » : celles-ci allient effectivement l’imagination, la logique (liens), les couleurs, les mots-clefs, images, chiffres…

On notera que grâce aux recherches de neurosciences, il a été montré que, comme le rapportent Gaussel et Reverdy (2013), « l’ensemble des tâches cognitives est effectué de façon bilatérale et que les deux hémisphères travaillent bien ensemble même s’il existe des asymétries fonctionnelles ». Sans pour autant renier le fait que certaines tâches stimulent plus particulièrement un des hémisphères (et donc la possibilité que les cartes mentales fassent effectivement appel à plus de zones du cerveau), ces études mettent donc fin au « mythe des deux cerveaux », qui réaliseraient de manière séparée un type de tâche qui leur est propre.

2.

La carte mentale : un outil de différenciation

La construction de la carte mentale, qui a été décrite dans une partie précédente, a montré qu’elle nécessite l’utilisation de certains codes. Néanmoins, le respect d’un cadre global n’entrave pas nécessairement l’imagination et même la construction artistique : par exemple, le concept de « forme musicale » comme l’opéra, la valse ou même la fugue nécessitent le respect de règles de construction strictes mais ont donné lieu à des chef-d’œuvre et des renouveaux permanents. Ainsi, le cadre de la carte mentale n’est non pas une limite mais au contraire un point de départ intéressant pour la différenciation des apprentissages. La différenciation peut s’effectuer à différents niveaux : lors du choix des mots-clefs à indiquer sur la carte (mots-clefs qui permettent le meilleur codage verbal pour l’élève), lors de la

hiérarchisation et de la construction des liens entre les notions (qui dépendent de la compréhension et des modes de réflexion de chacun), et enfin lors de l’illustration de la carte par des images (codage visuel). Chacune de ces étapes étant personnelle, le résultat de cette démarche de construction de carte mentale peut donc être plus ou moins différenciée, selon les étapes réalisées conjointement entre le professeur et les élèves (qui seront discutées dans la partie sur les modalités d’organisation de construction des cartes mentales).

3.

Carte mentale et pédagogie positive

Comme le soulignent Akoun et Pailleau (2013), la construction de cartes mentales et la différenciation possible qu’offre cet outil peut être une voie de renforcement positif des élèves. En effet, la construction d’une carte permet, que ce soit à partir d’un cours ou d’une réflexion sur une notion pratique du quotidien, d’aboutir à une production finale personnalisée. Cette « production finale » matérialise de manière visuelle à la fois le travail réalisé (la carte est utilisable suite à sa construction) ainsi que leur implication personnelle dans ce travail (de par la différenciation grâce aux choix ne serait-ce que de couleurs et d’images). Dans son livre, Philippe Benz recueille le témoignage d’une professeure de Français préparant ces élèves au baccalauréat, souvent démunis face à l’apprentissage des textes étudiés pour les oraux. Celle-ci constate que « les élèves sont, dans l’ensemble, satisfaits de ce travail. Ils trouvent que la fiche construite est utile et facilite leur travail de reprise du texte » (Benz, 2011). Faire construire une carte par les élèves (avec aide ou non de l’enseignant) permettrait donc d’agir sur le sentiment d’efficacité personnelle des élèves, encourager une certaine confiance en soi, les émotions et les ressentis des élèves n’étant pas à négliger lorsqu’il en vient à l’étude de l’efficacité de leurs apprentissages (Akoun & Pailleau, 2013).

2.1.4. Organisation et modalités de construction de cartes mentales

1.

Situation de construction

Une fois admis le choix de l’outil que constitue les cartes mentales, la question de l’organisation de la séance de construction de la carte mentale est rapidement posée. Comme cela a été soulevé, les étapes où les élèves ont l’occasion d’être actifs et d’obtenir une carte

différenciée sont variées (choix des mots-clefs, hiérarchisation et construction des liens, utilisation d’images et codage visuel…). Comme le montre Philippe Benz dans son livre où il propose divers types d’utilisations de construction de cartes mentales, les situations de construction peuvent être nombreuses (Benz, 2011). L’enseignant peut proposer une base (mot-clef de niveaux 1), ou participer à un brainstorming collectif visant à lister les mots-clefs à utiliser pour la carte. Une carte à trou avec les liens apparents peut également être proposée. Le choix de la base de départ à fournir aux élèves est donc importante et définit les objectifs d’apprentissage de la carte (trouver les mots-clefs, ou au contraire construire les liens entre les mots-clefs donnés…). On notera que si la construction de la carte par les élèves en autonomie est possible, elle nécessite tout de même une bonne maîtrise de l’outil et du thème par les élèves.

Certaines étapes pouvant être réalisées de manière collaborative (la collaboration entre l’enseignant et les élèves a par exemple été évoquée précédemment), la question de la collaboration entre les élèves lors de la construction d’une carte mentale peut également être discutée. À plusieurs reprises au cours de cet état de l’art, le caractère personnel de la construction d’une carte mentale a été soulevé : la carte a justement été décrite comme un outil de personnalisation. Cependant, la construction de cartes mentales par groupe d’élèves peut être également envisagée – c’est par exemple le cas dans certaines situations d’enseignement décrites par Benz. On notera donc que la mise en place d’une situation de construction de carte mentale par les élèves peut se faire de manières très variées.

2.

Comment « corriger » une carte mentale d’élève ?

Dans la mesure où un nouvel outil de travail est présenté aux élèves dans le but d’améliorer leurs apprentissages, il est nécessaire de pouvoir les accompagner à la fois dans la prise en main de l’outil mais également dans la pertinence des choix de représentation sur la carte. Or, comme cela a été souligné lors des parties précédentes, la carte mentale est une production tout à fait personnelle : peut-on juger de la pertinence d’un lien, d’un choix de mot-clef ou d’image pour le codage visuel ? Pour accompagner les élèves dans la prise en main de l’outil, il est possible de constituer une grille de critères claire pour les élèves permettant d’indiquer à l’élève le respect (ou non) des règles de construction d’une carte mentale. Concernant la correction des choix réalisés par l’élève (contenu de la carte), les

sources étudiées dans la cadre de cet état de l’art font peu mention d’un travail suite à la production de la carte par l’élève si celle-ci révèle de probables erreurs de compréhension. Cette notion d’aiguillage de l’élève grâce à la carte mentale qu’il a produite devra donc être discutée dans cette étude.

2.2. Problématique

Dans le cadre de cet écrit scientifique réflexif, j’ai donc choisi de travailler sur l’accompagnement des élèves dans le but de renforcer leurs apprentissages. Plus particulièrement, je m’intéresserai à l’appropriation des différentes nouvelles grandeurs physiques rencontrées en classe de seconde qui donnent souvent lieu à des confusions (le nom de ces grandeurs physiques ayant même parfois des sonorités proches), ainsi que des liens qui relient ces grandeurs. Comme cela a été développé dans l’état de l’art, l’apprentissage de notions serait favorisé si les informations à mémoriser sont hiérarchisées, catégorisées, voire liées les unes aux autres par des mécanismes associatifs. Pour cela, j’ai donc choisi d’utiliser les cartes mentales, un outil utilisé de manière inégale – tant chez les élèves que chez les enseignants – permettant de matérialiser des liens de manière arborescente entre les différentes notions apparaissant sur la carte.

Pour des raisons pratiques, je m’intéresserai au cours de ce travail uniquement aux liens entre les notions rencontrées. En effet, le but étant de développer une expérimentation permettant d’évaluer les progrès (ou non) des élèves dans l’apprentissage des notions du programme, il semblait important de demander un niveau d’apprentissage suffisamment relevé qui puisse témoigner d’une bonne maîtrise des notions, à savoir plus que d’en connaître la définition (ce qui est souvent maîtrisé par les élèves), maîtriser les liens entre celles-ci. C’est en effet la tendance des élèves à compartimenter les notions rencontrées qui est ciblée par cette étude, afin de pérenniser leurs apprentissages. De plus, le développement de cette aptitude à faire des liens s’ancre non seulement dans l’esprit des programmes actuels, mais constitue aussi un fondement de la démarche de recherche. Il est donc essentiel de sensibiliser les élèves à l’importance d’éviter la compartimentation des savoir-faire qu’ils découvrent, pour demeurer ouverts et performants dans leurs pratiques.

Toutes ces réflexions m’ont amenée à travailler sur la problématique suivante : « En

notions du programme ? ». Pour tenter de répondre à cette question, trois hypothèses ont été

élaborée en tenant compte de l’état de l’art sur le thème :

Hypothèse 1. Matérialiser des liens en réalisant une carte mentale permet aux élèves de

mieux maîtriser les liens entre notions du programme.

Hypothèse 2. Justifier un lien matérialisé sur une carte mentale permet aux élèves de mieux

maîtriser ce lien entre notions du programme.

Hypothèse 3. L’outil en lui-même peut être un frein à l’appropriation des liens par les élèves.

Les expérimentations à mener pour répondre à la problématique ont été orientées pour apporter des éléments de réflexion aux trois hypothèses présentées.

3.

Méthode

3.1. Participants

L’étude a été menée dans le cadre du lycée polyvalent Gaspard Monge, à Chambéry (Savoie). Les élèves participants sont des élèves de seconde générale et technologique. Pour des raisons pratiques, l’expérimentation a été menée uniquement sur une des deux classes dont j’avais la responsabilité, la progression commune suivie par l’ensemble des enseignants de seconde en sciences physiques et chimiques rendant moins aisée la mise en place des séances de réalisation de carte mentale dans une classe que dans l’autre. La classe participant à l’expérimentation est constituée de 34 élèves (dont 21 filles et 13 garçons). Il s’agit d’une classe d’un bon niveau, les élèves ayant en moyenne un profil sérieux et que l’on pourrait qualifier de « scolaire », certains étant déjà suffisamment autonomes pour réaliser des fiches de révisions personnelles. Tous les élèves de la classe font partie de la section européenne anglais du lycée. Certains élèves de la classe demeurent néanmoins en difficultés.

Les expériences ont très majoritairement été conduites dans le cadre de séances en classe entière (6 séances). Deux de ces séances se sont déroulées en demi-groupes : l’initiation à l’outil et la mesure finale de l’avis des élèves (par questionnaire papier).

3.2. Choix de la séquence d’étude

Suite au choix de la problématique, il a été nécessaire de déterminer quelle séquence du programme présentait une quantité importante de notions nouvelles (nouvelles grandeurs physiques) donnant généralement lieu à des confusions pour les élèves, et nécessitant de faire des liens avec d’autres grandeurs rencontrées au préalable dans l’année. C’est la séquence relative aux solutions, qui respecte ces différents critères, sur laquelle s’est porté ce choix. Cette séquence, au cours de laquelle les élèves découvrent les notions de concentration massique et molaire, intervient immédiatement après la séquence sur la quantité de matière, qui a déjà donné lieu à la découverte de notions importantes (quantité de matière, masse molaire...). Il s’agit donc d’un point critique de la chimie de seconde, où la charge importante de nouvelles informations (quantité de matière, masse, masse molaire, concentration massique, concentration molaire et encore masse volumique…) est source de confusions

importantes entre ces notions. La maîtrise de cette séquence est d’autant plus importante qu’elle est à la fois nécessaire à la poursuite d’études en 1ère _{S, mais aussi à la compréhension}

de la vie quotidienne : la lecture des résultats d’analyses de sang ou encore la composition de boissons sont exprimées en concentrations (massiques ou molaires). Ainsi, toutes les expérimentations réalisées dans le cadre de cette étude se rapportent à la séquence relative aux solutions – hormis la séance de découverte de l’outil (première carte mentale), qui a elle été réalisée autour du sujet central « L’ÉLÉMENT CHIMIQUE ».

Plus précisément, l’objectif fixé lors de la construction de la séquence était d’éviter la compartimentation entre la notion de concentration molaire et concentration massique, que l’on peut considérer comme deux facettes d’une même grandeur : la concentration (formules semblables, sens physique semblable). L’expérimentation a donc été basée sur ces notions de concentration massique et molaire, et plus particulièrement sur le lien entre ces deux grandeurs, qui se fait par l’intermédiaire de la masse molaire (grandeur rencontrée dans la séquence précédente, permettant ainsi de décloisonner les différentes séquences de chimie réalisées). La formule faisant intervenir concentration massique, molaire et masse molaire (cm

= M x c) a été présentée lors d’une séance de travaux pratiques faisant intervenir des calculs de concentrations.

3.3. Matériel

L’étude se déroule sur six séances, qui seront détaillées dans la sous-parties suivantes. L’utilisation des cartes mentales au cours de ces séances est variée : construction de carte, utilisation de la carte comme support... Lors de la deuxième et la cinquième séance, la capacité des élèves à relier les notions de concentration massique et molaire est évaluée par l’enseignant. Le travail sur les cartes mentales est proposé aux élèves lors des séances trois et quatre.

3.3.1. Initiation à l’outil (séance 1)

Si l’usage des cartes mentales se répand de plus en plus au sein des établissements scolaires (quels que soient les niveaux), elles demeurent un outil à part comme cela a été souligné dans l’état de l’art. D’une part, le passé scolaire propre à chaque élève fait qu’ils

n’ont pas nécessairement tous été confrontés à l’utilisation d’un tel outil ; d’autre part, les codes et les façons d’utiliser cet outil peut varier selon l’enseignant cadrant la séance. Il est donc apparu nécessaire d’introduire, au cours d’une séance, le principe de la carte mentale, et d’entamer la réalisation d’une première carte pour sensibiliser les élèves à l’utilisation de cet outil avant les expérimentations. Pour cela, une présentation rapide du principe a été réalisée avec une carte mentale pour support (Tarride, 2007), donnant alors un premier exemple. Suite à cette séance, une liste de mots-clefs a été établie en relation avec le sujet central

« L’ÉLÉMENT CHIMIQUE ». Ces mots-clefs ont été proposés par les élèves et certains par

l’enseignant pour que chacun dispose du matériel suffisant pour réaliser sa carte. Le travail (réalisation de la carte) a été poursuivi à la maison et ramassé à la séance qui a suivi. Des commentaires sur le formalisme ou le positionnement de certaines notions ont été suggérées par écrit. Une proposition de carte sur le sujet a été ensuite fournie par l’enseignant.

3.3.2. Mesure initiale (séance 2)

La séance de mesure initiale a pour objectif d’évaluer la capacité des élèves à faire le lien entre concentration massique et molaire. Pour cela, les élèves sont confrontées à une question nécessitant de calculer une concentration molaire à partir d’une concentration massique [Figure 1]. Cette question est volontairement peu guidée afin que les élèves mobilisent d’eux-mêmes le lien entre concentration massique et molaire. L’exercice, issu du manuel de seconde dont disposent les élèves (Physique-Chimie 2nde_{, Hachette), est proposé à}

la fin d’une séance d’exercices d’automatisation en îlots, parmi lesquels figure un exercice portant sur le même thème (relier concentration massique et molaire). L’exercice de mesure est réalisé de manière individuelle. Cette séance d’exercice suit directement la séance de travaux pratiques au cours de laquelle a été présentée la formule reliant concentration massique, molaire et masse molaire.

Figure 1. Énoncé de l’exercice proposé aux élèves et utilisée comme mesure initiale.

L’évaluation de cet exercice qui constitue la mesure est réalisée par l’enseignant. Cette évaluation a été conduite selon les indicateurs suivants, permettant d’associer à chaque travail d’élève un « type de résolution » :

- Utilisation directe de la formule cm = M x c

- Mise en place d’un raisonnement cohérent n’utilisant pas directement la formule (la masse molaire est utilisée comme faisant le lien entre masse et quantité de matière) - Confusions importantes entre les grandeurs (formules de concentrations fausses…)

- Blocage important (absence de raisonnement)

En plus de constituer une mesure initiale concernant la capacité à réaliser le lien entre les deux grandeurs, les résultats de cet exercice vont également permettre de constituer des groupes de travail lors de la séance 3 (groupe témoin et groupe d’étude) équilibrés, dans le but d’obtenir des résultats les plus fiables possibles. La constitution de ces groupes est abordée dans la partie suivante.

3.3.3. Réalisation d’une carte mentale (séance 3)

1.

Objectif de la séance

L’objectif de cette séance est de faire réaliser une carte mentale aux élèves. Afin des tester les hypothèses et étudier l’intérêt de la réalisation d’une carte, il est nécessaire de disposer d’un groupe témoin, ne réalisant pas la carte mentale sur les points servant de mesure lors des expérimentations. Cependant, il m’est paru plus intéressant de demander tout de même la réalisation d’une carte, mon intérêt initial pour ce travail réflexif restant la

sensibilisation des élèves à l’utilisation de cet outil que constituent les cartes mentales. Ainsi, il a été décidé que toute la classe réaliserait bien une carte mentale en rapport avec la séquence « Les solutions », mais que le groupe témoin aurait un sujet central n’amenant pas à s’interroger sur les points ciblés par l’expérimentation. Les sujets ont été choisis de la manière suivante : le groupe d’étude réaliserait une carte « CONCENTRATION » et le groupe témoin une carte « PRÉPARATION », ces deux sujets centraux correspondant à une partie de la séquence sur les solutions. Ce choix permettait alors également de rassembler tout de même les élèves dans une démarche de groupe classe, et non dans la compartimentation de deux groupes travaillant dans des logiques tout à fait différentes.

2.

Constitution des groupes

Comme cela a été évoqué plus haut, les groupes ont été constitués à partir des résultats de la mesure initiale, de sorte à ce que chaque groupe comprenne les mêmes proportions d’élèves ayant résolu l’exercice selon les quatre critères cités. De plus, l’absence de certains élèves pour des raisons de voyages scolaire a nécessité des ajustements. En effet, il n’était pas souhaitable que ces élèves réalisent la carte du groupe témoin car, n’ayant pas abordé la dilution, ceux-ci ne disposaient pas d’éléments suffisant pour tirer profit d’un tel sujet. Deux groupes équilibrés [ANNEXE 2] de 18 et 16 élèves ont donc été constitués.

3.

Déroulement de la séance

La plage horaire prévue pour la réalisation de la carte est de quarante minutes, le principe de la carte mentale étant déjà connu, et les sujets donnés relativement restreints. L’objectif annoncé aux élèves est d’utiliser cette séance comme une mise à plat du vocabulaire rencontré lors du chapitre. Une première partie, commune et guidée par l’enseignant, se déroule en interaction avec la classe entière. Un sujet central « SOLUTION » est proposé au tableau, et les élèves sont invités à proposer des mots-clefs de la même façon que lors de la séance de sensibilisation. Quelques mots-clefs sont écrits aux tableaux (soluté, solvant, concentration, dissolution…) dans le but de définir trois sous-sujets : constitution, concentration, et préparation. Il est donné pour consigne au groupe d’étude de réaliser une

carte avec pour sujet central « CONCENTRATION » et à l’autre « PRÉPARATION ». Les élèves sont amenés à construire individuellement leur carte sur le sujet qui leur a été attribué.

La répartition spatiale des élèves dans la classe est choisie de telle sorte à ce que qu’une table de deux corresponde à un élève du groupe d’étude et un élève du groupe témoin, les deux voisins ne réalisant donc pas la même carte. L’objectif du travail étant d’ « apprendre », les élèves sont amenés à utiliser leur cours, et sont autorisés à poser des questions à l’enseignant en cas de besoin (aucune information sur les liens n’étant donnée afin de ne pas influencer l’élève dans la réalisation de sa carte).

Après un quart d’heure de travail de construction de carte, un mot « contrainte » est imposé par l’enseignant comme devant figurer sur la carte. Dans le cas de la carte

« CONCENTRATION », le mot « contrainte » est masse molaire, et fiole jaugée dans le cas

de la carte « PRÉPARATION ». Dix minutes sont encore accordées aux élèves pour poursuivre leur carte et y intégrer le mot imposé. Les cartes sont ensuite ramassées par l’enseignant.

4.

Mesures effectuées

Au cours de la séance, les élèves sont observés lors de la réalisation de leur carte. Lors de la première phase de travail en autonomie, une attention particulière est portée à la matérialisation du lien entre concentration massique et concentration molaire. Le nombre d’élèves ayant réalisé ce lien sur leur carte avant l’intervention de l’enseignant pour imposer l’utilisation du mot « masse molaire » est mesuré. Suite à la séance, les cartes sont ramassées et les indicateurs suivants recherchés par l’enseignant :

- Matérialisation du lien entre concentration massique et molaire

- Mention du lien sur la carte, mais le lien n’est pas matérialisé (ne relie pas

directement les deux mots massique et molaire)

- Le mot imposé apparaît sur la carte mais ça position ne correspond pas au lien attendu

3.3.4. Travail sur la carte mentale réalisée (séance 4)

L’objectif de cette séance est de travailler non plus à la réalisation de la carte, mais à

partir de la carte réalisée : les élèves sont amenés à justifier, par une phrase d’explication, un

choix qu’ils ont fait lors de la réalisation de leur carte la séance précédente. Le travail demandé est personnalisé puisqu’il dépend de la carte concernée, il est inscrit comme consigne par l’enseignant lorsqu’elle est rendue à l’élève. Il est précisé que la réflexion demandée à l’écrit peut mener à une modification de la carte qui, si elle est faite, doit apparaître d’une couleur différente. De plus, une attention toute particulière est portée au fait d’expliquer aux élèves que le travail d’explication demandé ne correspond pas forcément à une « erreur » réalisée par l’élève, les élèves de la classe ayant depuis le début de l’année un comportement anxieux vis-à-vis des erreurs.

Pour l’enseignant, cette séance donne lieu à l’occasion de nouvelles mesures : la carte est de nouveau ramassée. Tout d’abord, une mesure est réalisée sur le fait que l’élève ait (ou non) modifié sa carte. Ensuite, les explications rédigées de l’élève sont analysées en comparaison avec les mesures prises sur la séance précédente :

- Dans le cas d’un lien mentionné ou matérialisé à la réalisation de la carte, il est vérifié que la justification du lien est cohérente.

- Dans le cas d’un lien non attendu, il est noté si l’élève affirme et justifie ce choix ou prend conscience du lien attendu et remet en question le lien précédent.

- Dans le cas de l’absence du mot imposé, il est vérifié si le mot apparaît finalement sur la carte et la justification est examinée de la même façon que dans les deux cas précédents.

3.3.5. Mesure finale (séances 5 et 6)

1.

Mesure de la capacité à faire des liens (séance 5)

L’objectif de cette séance est de mesurer la capacité des élèves à faire le lien entre concentration molaire et massique selon qu’ils aient (ou non) réalisé le travail préalable à l’aide des cartes mentales sur le sujet. Le support de cette mesure est intégré à l’évaluation sommative de fin de séquence traitant de la quantité de matière et des solutions (une évaluation sur la séquence quantité de matière uniquement avait déjà été réalisée). La question

permettant d’évaluer les progrès des élèves est une question peu guidée, pour les mêmes raisons que ce format avait été choisi dans le cas de la mesure initiale. Dans une première question d’application directe, la concentration massique en principe actif d’un sirop est calculée. Dans une deuxième question (celle support de l’étude), la valeur de la concentration molaire en principe actif est donnée, et il est demandé à l’élève de déterminer si le résultat à la question précédente est cohérent avec cette donnée. La question n’est pas guidée et la masse molaire de l’espèce chimique considérée a été calculée en amont dans l’exercice [Figure 2]. Au sein de l’évaluation sommative, cette question permet d’évaluer la compétence « construire un raisonnement pour une question ouverte », également concernée par une autre question du devoir.

Figure 2. Extrait de l’énoncé de l’évaluation support de la mesure finale.

La mesure est réalisée de manière similaire au traitement proposé pour la mesure initiale : les différents types de résolution (utilisation de la formule, raisonnement cohérent…) sont relevés pour chacun des élèves, qu’ils fassent ou non partie du groupe d’étude. Cette mesure finale permettra de corroborer (ou non) les hypothèses 1 et 2.

2.

Avis des élèves (séance 6)

Lors d’une dernière séance, les élèves sont amenés à partager leurs impressions sur l’utilité de la carte mentale dans leur travail d’apprentissage sur le chapitre par le biais d’un questionnaire papier [ANNEXE 3]. Il s’agit ainsi de déterminer dans quelle mesure les élèves

pensent que relire ou réaliser une carte permettent d’apprendre et de comprendre un cours. De plus, il est également demandé à quel point avoir réalisé une carte mentale leur a permis de faire des liens qui ne leur étaient pas venu à l’esprit lors de la relecture du cours. Enfin, pour évaluer l’intérêt qu’ils portent à cet outil, les élèves sont également amenés à comparer les cartes mentales aux fiches traditionnelles de révisions : contiennent-elles plus ou moins d’informations ? Des informations différentes ? Ces questions ont pour but de déterminer si, du point de vue de l’élève, les hypothèses 1 et 2 sont vérifiées, mais également d’apporter des éléments de réponses à l’hypothèse 3.

Enfin, le passé scolaire concernant les cartes mentales est mesuré de manière plus formelle que la discussion qui avait été menée à l’oral en demi-groupe lors de la séance introductive de découverte de l’outil (séance 1).

3.4. Procédure

Les expérimentations, dont les différentes phases ont été présentées dans la partie précédente, ont pour but d’apporter des éléments afin de corroborer ou non les hypothèses présentées dans la partie 2.2. Les travaux d’élèves permettant les mesures, systématiquement ramassés par l’enseignant et corrigés, ont également été numérisés aux différentes étapes. Certains exemples seront donc présentés à titre illustratif en accompagnement des données de l’ensemble du groupe. Les cartes mentales « PRÉPARATION » des élèves du groupes témoins ne seront pas présentés dans le corps de cet écrit, puisque ne correspondant pas à l’objectif de l’étude. Un exemple de carte est tout de même fourni en annexe [ANNEXE 4].

3.4.1. Mise à l’épreuve de la première hypothèse

Les cartes mentales des élèves du groupe d’étude ont été ramassées à deux reprises (séances 3 et 4) et analysées pour déterminer s’il y avait ou non matérialisation du lien entre les notions de concentration massique et molaire par le biais de la masse molaire. Suite à la séance 5, l’évaluation sommative a été corrigée en catégorisant les types de résolution de la question ouverte proposée.

Afin d’éprouver l’hypothèse « matérialiser les liens entre notions permet aux élèves

le mot imposé masse molaire, la répartition des types de raisonnement lors de la mesure finale (raisonnement correct, confusion entre les grandeurs rencontrées, absence de raisonnement). Enfin, les réponses aux questions du questionnaire par les élèves concernant les liens dans les cartes mentales seront étudiées.

Cette démarche vise donc à se baser uniquement sur l’allure de la carte mentale rendue par les élèves, et ne tient pas compte des justifications qui ont pu être données lors de la deuxième séance mais qui n’ont pas été traduites en modification de la carte. Ces aspects de justification des liens matérialisés sont traités dans le cadre de la deuxième hypothèse.

3.4.2. Mise à l’épreuve de la deuxième hypothèse

Pour la deuxième hypothèse, « justifier des liens… », il faut que l’occasion soit donnée aux élèves de reconsidérer la carte mentale qu’ils ont produite à la séance 3. Pour cette hypothèse, on cherche en effet à vérifier l’utilisation de la carte non plus comme outil de construction mais plutôt comme support permettant aux élèves de se justifier et d’utiliser le vocabulaire. Il s’agit d’un travail de mesure d’autant plus empirique qu’il dépend de très nombreux facteurs : le support que doit commenter l’élève (quel lien a-t-il fait ou non lors de la séance précédente ?) ainsi que les multiplicités de justifications qu’il peut proposer. Afin de faciliter la lecture et le croisement des résultats, les justifications des élèves seront classées dans trois catégories :

- L'élève (ayant réalisé le lien attendu à la séance 3) justifie de manière argumentée - Par une justification argumentée faisant intervenir le lien attendu, l'élève remet en

cause le lien qu'il avait réalisé lors de la séance 3

- L’élève ne justifie pas de manière cohérente ou argumentée (que le lien soit correct ou non)

Un intérêt particulier sera porté aux élèves présentant des difficultés pour justifier le lien qui a été fait sur la carte mentale. Les mesures seront ensuite croisées avec les résultats des élèves concernés à la question ouverte de l’évaluation, afin de corroborer ou non la deuxième hypothèse : pour chacune des trois catégories mentionnées ci-dessus, la répartition des types de résolution lors de la mesure finale seront étudiées.

3.4.3. Mise à l’épreuve de la troisième hypothèse

La troisième hypothèse, « l’outil en lui-même peut être un frein… » présente des difficultés pour être mise à l’épreuve. En effet, elle nécessite de recueillir des données permettant de déterminer si les difficultés rencontrées par les élèves lors de la mesure finale et lors des mesures intermédiaires (représentation du lien) ne sont pas dues à un problème de compréhension des notions mais à une difficulté d’utilisation de l’outil, qui reste utilisé a priori seulement épisodiquement par les élèves. Le choix a été fait, pour répondre à ce questionnement, d’utiliser les avis des élèves lors du questionnaire et notamment les espaces qui leur étaient donnés pour réagir de manière rédigée. Au vu de la méthodologie proposée (et notamment des contraintes de temps associées à un tel écrit scientifique réflexif), la quantité de données récoltée sera assez faible. Cependant, il semblait important de considérer cette hypothèse comme partie intégrante du questionnement lié à la problématique choisie, du fait que les cartes mentales demeurent un outil assez particulier et utilisé à des fréquences différentes par les élèves.

3.4.4. Problématique générale

Bien que les hypothèses permettent bien sûr d’apporter des éléments de réponses en lien avec la problématique, une dernière exploitation de données sera réalisée de sorte à répondre – certes de manière d’autant plus empirique car plus globale – à la question large : les élèves faisant partie du groupe d’étude ayant réalisé la carte mentale

« CONCENTRATION » ont-ils montré une meilleure maîtrise du lien demandé que les

élèves du groupe témoin ? Pour cela, la proportion d’élèves pour chaque type de résolution (utilisation de la formule, raisonnement cohérent…) sera comparée entre le groupe d’étude et le groupe témoin. La comparaison entre la mesure initiale (suite à la séance d’exercice) et la mesure finale n’est pas réalisée. En effet, on pourrait critiquer la pertinence de celle-ci, le contexte de la mesure étant différent : dans un cas, la question est seule et fait suite à une séance d’exercice, la séquence n’étant pas encore terminée (nombre d’informations à disposition moindres) et la durée à accorder à l’exercice étant bien définie, alors que dans le deuxième cas, la question s’intègre dans un devoir surveillé d’une heure en fin de séquence.

4.

Résultats

4.1. Réponse à la problématique générale

Pour répondre dans la globalité à la problématique, le pourcentage d’élèves correspondant à chaque type de raisonnement lors de la mesure finale est comparé avec et sans carte mentale sur le sujet associé. Les résultats sont rassemblés dans l’histogramme ci-dessous [Figure 3].

Figure 3. Comparaison des types de raisonnement avec ou sans carte mentale.

4.2. Mise à l'épreuve de la première hypothèse

Afin de mettre à l’épreuve la première hypothèse (« matérialiser les liens… »), la représentation du lien avec le mot imposé « masse molaire » a été étudié lorsque les cartes mentales ont été ramassées par l'enseignant au cours des séances 3 et 4. L'évolution de cette représentation regroupant les résultats des séances 3 et 4 est illustrée dans l'histogramme ci-dessous [Figure 4]. Des exemples d’extraits de carte pour chacune des catégories sont disponibles en annexe [ANNEXE 5].

On notera également que seule une élève a matérialisé directement le lien faisant apparaître la notion de masse molaire avant la donnée du mot imposé.

Les résultats correspondant à la séance 4 représentés ci-contre (modes de représentation à l'issue des deux séances de travail sur la carte) ont ensuite été croisés avec ceux de la mesure finale présentés dans la sous-partie précédente. Pour chaque mode de représentation du lien sur la carte, la répartition du type de raisonnement des élèves ayant

réalisé la carte est renseignée [Figure 5]. Pour des besoins de lisibilité, les types de raisonnement des élèves ont été simplifiés en trois catégories :

– Raisonnement cohérent (utilisation directe de la formule ou autre raisonnement) – Confusion entre les grandeurs (comparaison directe entre concentrations massique et

molaire)

– Absence de raisonnement (réponse non justifiée, ou aucune réponse)

Pour éprouver la première hypothèse, l'avis des élèves quant à l'utilité de carte pour faire des liens qu'ils n'avaient pas fait dans les cours. A la question « réaliser la carte mentale m'a permis de ... », les élèves ont répondu oui à 59 %.

4.3. Mise à l'épreuve de la deuxième hypothèse

Afin de mettre à l’épreuve la deuxième hypothèse (« justifier les liens… »), les justifications rédigées par les élèves suite à la séance 4 de travail sur la carte mentale ont été analysées. Celles-ci ont été regroupées en trois catégories : celle des justifications correctes du lien matérialisé, des justification erronées ou incomplètes, et enfin les justifications correctes dans lequel l'élève critique le lien matérialisé pendant la séance 3 (« remise en cause justifiée ») [ANNEXE 6].

Pour chacune de ces catégories de justification, les résultats à la mesure finale (types de raisonnement) et été étudiée, de la même façon que lors de la partie précédente lors de la vérification de la première hypothèse [Figure 6].

4.4. Mise à l'épreuve de la troisième hypothèse

Pour mettre à l'épreuve la troisième hypothèse, les résultats du questionnaire distribué aux élèves ont été traités. Il est tout d'abord à noter que la proportion d'élèves n'ayant jamais réalisé de carte mentale avant le travail mis en place cette année en sciences physiques et chimiques est de 3 élèves sur 34 (soit 9% de la classe). La répartition des matières dans lesquelles les élèves avaient déjà réalisé des cartes mentales est disponible en annexe

[ANNEXE 7]. Les réponses concernant l'intérêt de l'utilisation ou de la réalisation d'une carte

Figure 4. Evolution de la représentation du lien avec le mot imposé entre les séances 3 et 4.

Figure 5. Type de raisonnement des élèves lors de la mesure finale selon la représentation du

lien avec le mot imposé « masse molaire » réalisée sur leur carte.

Figure 6. Types de raisonnement des élèves lors de la mesure finale en fonction de la

Figure 7. Avis des élèves quant à l'intérêt des cartes mentales pour apprendre ou comprendre

un cours

Enfin, lorsqu'ils ont été amenés à comparer fiche de révision classique et carte mentale, 20 élèves (59 %) ont déclaré que la carte mentale contenait moins d'informations qu'une fiche de révisions classique. Certains élèves ont argumenté leur réponse – en particulier les 11 élèves (33%) ayant jugé que les informations contenues dans la carte étaient différentes – dans l'espace qui leur était offert. Les raisons avancées sont regroupées dans l'histogramme ci-dessous [Figure 8].

Figure 8. Précisions avancées par les élèves quant aux différences entre les cartes mentales

On notera pour finir que certains élèves se sont montrés rebutés à l'idée d'utiliser un tel outil : autre que certains élèves ayant répondu « non » à tous les items d'intérêt des cartes mentales au questionnaire, on pourra citer cette élève qui, lors de la séance 1, a posé la question suivante : « est-ce qu'on est obligé de faire quand même la carte mentale même si on sait pertinemment que ça ne nous servira à rien ? »

5.

Discussion

Le but de cette partie est d’étudier les résultats de l’expérimentation menée avec les élèves au travers de différentes hypothèses émises dans la première partie. Pour cela, une première discussion sera menée concernant la problématique en elle-même afin de vérifier si, dans l’ensemble, la réalisation de la carte mentale « CONCENTRATION » a permis aux élèves de mieux maîtriser le lien entre concentration molaire et massique. Ensuite, nous reviendrons sur les trois hypothèses pour comprendre plus précisément les effets de l’utilisation de la carte sur la maîtrise du lien visé. Enfin, les limites, les perspectives de développement du travail réalisé dans cet écrit scientifique réflexif, ainsi que son intérêt en termes de développement professionnel personnel seront abordés.

5.1. Première réponse à la problématique générale

Cette partie a pour objectif de déterminer les éléments de réponses à la problématique générale apportés par l’analyse des résultats de l’expérimentation mise en place auprès des élèves. Cette analyse est faite sans considérations des hypothèses 1, 2 et 3 qui correspondent à une étude plus précise de la question. Il s’agit donc d’une tendance globale qui est recherchée dans cette analyse.

La figure 3, qui représente les différents types de résolution lors de la mesure finale, montre que la proportion d’élèves ayant résolu la question de manière cohérente (que ce soit par l’utilisation directe de la formule ou par un raisonnement autre) est plus élevé dans le cas du groupe d’étude que le groupe témoin. En effet, dans le groupe ayant réalisé la carte mentale « CONCENTRATION », 9 élèves sur 18 (50%) ont résolu la question contre 5 élèves sur 16 (33%) dans le cas du groupe témoin n’ayant pas réalisé de carte. On note

également que la proportion d’élèves ayant utilisé directement la formule cm = M x c est plus élevée pour les élèves ayant réalisé la carte (5/18 contre 2/16), la proportion étant même divisée par deux pour le groupe témoin (28 % contre 13%). A l’inverse, 7 des 18 réponses des élèves ayant réalisé la carte (39%) ne laissaient apparaître aucun raisonnement construit (absence de justification ou question non répondue), contre 8 réponses sur 16 dans le groupe témoin (50%). Ainsi, les différences de résultat observées entre les deux groupes sembleraient indiquer que l’utilisation de la carte mentale permet effectivement une meilleure maîtrise du lien entre concentration massique et molaire. Cette conclusion va dans le sens de ce qui avait pu être trouvé dans la littérature comme cela a été présenté dans l’état de l’art, les associations devant permettre une meilleure mémorisation.

Si ces premiers éléments confortent le fait d’avoir réalisé un travail utilisant les cartes mentales, il apparaît nécessaire de croiser les informations de la mesure finale avec l’allure des cartes réalisées et les justifications qui ont été apportées pour répondre véritablement à la problématique posée « en quoi l’utilisation de la carte mentale permet-elle aux élèves de

maîtriser les liens entre les notions du programme ?».

5.2. Retour sur la première hypothèse

Si l’on a pu montrer que l’utilisation de la carte du thème concerné pouvait constituer un critère de réussite des élèves, il nous faut maintenant étudier ce qui, dans la carte mentale, a pu avoir une influence sur la maîtrise du lien attendu. La matérialisation du lien entre concentration massique et molaire a posé problème lors de la réalisation de la carte, puisque seule la moitié des élèves du groupe ont effectivement matérialisé le lien attendu, malgré la possibilité d’utiliser librement les supports de cours et la relation en question figurant dans le dernier TP. Le fait qu’une seule élève ait matérialisé le lien avant la donnée du mot imposé témoigne de la difficulté initiale pour les élèves de réalisation du lien entre concentration massique et molaire. Cette difficulté rencontrée légitime le choix de l’objet d’étude et permet de renforcer l’hypothèse que les progrès entre la première et la dernière mesure sont effectivement dus à l’utilisation des cartes mentales.

Lorsque l’on considère le croisement entre les résultats de la mesure finale et la matérialisation du lien attendu [Figure 5], on note que dans le cas des élèves ayant matérialisé le lien, une majeure partie d’entre eux a su répondre à la question finale (7 élèves sur 9). A

l’inverse, parmi les élèves qui n’ont pas mentionné le lien dans leur carte, aucun n’a résolu la question de l’évaluation (absence de justification ou non répondu). Ces résultats corrèlent de manière significative le fait d’avoir matérialisé le lien sur la carte et la réussite à la question finale. L’importance de la matérialisation apparaît également si l’on s’intéresse aux types des raisonnements des élèves ayant seulement mentionné le lien sur la carte et non matérialisé. En effet, sur les trois élèves concernés, deux élèves ont répondu à la question par un raisonnement cohérent, le dernier faisant preuve d’une absence de raisonnement. Cela semble donc indiquer qu’avoir matérialisé le lien correspondrait plus à un critère de réussite qu’avoir uniquement mentionné le lien.

En conclusion, l’ensemble de ces données semble corroborer l’hypothèse 1, car les élèves ayant matérialisé le lien ont fait preuve d’une meilleure maîtrise des notions lors de l’exercice que les autres. Cependant, ce résultat devra être nuancé du fait de plusieurs questionnement qui peuvent être soulevés :

- le nombre d’élèves constituant le groupe d’étude (18) est assez faible compte-tenu du fait que chacune des catégories de représentation du lien (3) est ensuite croisée avec trois nouvelles catégories de résolution du problème. Cela a pour conséquence un nombre faible d’élèves dans chacune des catégories finales (par exemple, « élèves ayant mentionné le lien et n’ayant pas réussi la question finale ») et donc la difficulté de pouvoir affirmer une tendance nette. Cette catégorie aurait pourtant été très intéressante en plus grands effectifs puisqu’elle permettrait de s’assurer que la matérialisation du lien est plus importante que la mention du lien avec plus de certitude.

- certains élèves n’ont que peu utilisé cet outil. On peut penser que les difficultés comme la création d’un sous-sujet « lien entre c et cm » au lieu de les relier directement s’apparente à un manque d’utilisation de l’outil. Cette question sera rediscutée dans le cadre de l’hypothèse 3.

5.3. Retour sur la deuxième hypothèse

Lors de cet écrit réflexif, la carte est étudiée à la fois comme un support à réaliser mais aussi à utiliser par la suite : c’est l’objet de la deuxième hypothèse, « justifier les liens

matérialisés sur la carte permet aux élèves de mieux le maîtriser ». Lorsque l’on considère le

croisement entre les résultats de la mesure finale et la justification du lien réalisé [Figure 6], on note que tous les élèves ayant justifié de manière cohérente le lien qu’ils ont fait figurer sur

leur carte (9 élèves) ont fait preuve d’un raisonnement correct lors de la mesure finale. A l’inverse, aucun des élèves (sur 6 élèves) ayant donné une justification incomplète ou erronée suite à la séance de travail n’a résolu la question de la mesure finale correctement : deux d’entre eux ont comparé directement concentration massique et molaire, et les quatre autres n’ont construit aucun raisonnement. Pour conclure plus précisément au sujet de l’hypothèse mise à l’épreuve, il est intéressant d’étudier le cas des élèves ayant, suite à la séance de travail, remis en cause le lien qu’ils avaient fait précédemment en proposant une justification cohérente mentionnant le lien entre concentration massique et molaire par le biais de la formule. Parmi ces quatre élèves, seule une des élèves a fait preuve d’un raisonnement cohérent lors de la mesure finale (les trois autres ayant fait preuve d’une absence de raisonnement).

Bien que, comme dans la partie précédente, le nombre faible d’élève dans chacune des catégories finales rende difficile le fait de conclure de manière tranchée, on note tout de même que le manque de remise en cause d’un lien erroné sur la carte lors de la justification est un critère d’échec à la question, et que si la remise en cause du lien réalisé (par une justification cohérente) peut permettre de réussir la question, la justification correcte seule n’est pas un critère de réussite puisque trois des quatre élèves ont échoué à la question. Par les résultats recueillis, on peut conclure que la justification correcte est une condition nécessaire (mais non suffisante) à la maîtrise du lien lors de la mesure finale, ce qui montre tout de même l’intérêt pour l’enseignant de réaliser une telle étape de retour sur la carte réalisée pour accompagner les élèves dans leurs apprentissages.

5.4. Retour sur la troisième hypothèse

Lors de la discussion menée concernant la mise à l’épreuve de la première hypothèse, la nécessité de vérifier la possible influence de la maîtrise de l’outil particulier que constitue les cartes mentales a été renforcée – lorsque l’on constate que certains élèves créent des catégories « lien entre c et cm » au lieu de matérialiser le lien en lui-même. Cependant, dans cette étude, les réponses des élèves au questionnaire montrent que 31 élèves sur 34 avaient déjà réalisé des cartes mentales avant les expérimentations auxquelles ils ont participé. Par ce constat, on pourrait penser que la maîtrise de l’outil en lui-même serait acquise par les élèves. Cependant, on remarque que si l’outil a déjà été « utilisé » par les élèves, plusieurs élèves ne