ARTheque - STEF - ENS Cachan | Présentation d'une épreuve initiale de chimie générale de première année de pharmacie

PRESENTATION D'UNE EPREUVE INITIALE

DE CHIMIE GENERALE

EN 1ère ANNEE DE PHARMACIE

Anne HESSEL UNIVERSITE PARIS XI

MOTS CLES : Docimologie, Chimie, Examen, Réussite.

RESUME : Une épreuve de Chimie constituée de 36 QROC (question à réponse ouverte et courte) a été proposée avant le commencement des cours à 196 étudiants inscrits pour la première fois en 1ère année à la Faculté de Pharmacie de Tours. L'opération avait pour but de prendre connaissance aussi précisément que possible du niveau réel en Chimie de bacheliers récents. Les résultats s'adressaient aux trois partenaires de l'épreuve:

· les candidats: recevaient leur score réalisé.cequi devait leur permettre de se situer d'emblée panni les futurs concurrent'i,

· le professeur: pouvait envisager une modification de la répartition des heures de cours en tenant compte des points forts et des points faibles constatés, mesurés parR =réussite aux questions.

· le docimologue: en présence des valeurs de R, certaines conclusions s'imposent. Toutefois une analyse spécifique les modifie.

AU TOTAL: les outils quantitatifs d'analyse d'une épreuve ne sont opérationnels que jusqu'à un certain point; au delà, ils devient nécessaire d'analyser le questionnaire lui-même.

ABSTRACT : A test in chemistry composed of 36 QOSA (Questions with Open and Short Answers) was proposed prior to the beginning of courses for 196students entering for the first time their first term at the Pharmaceutical Faculty of Tours. The object of the exercise was to assess as accurately as possible the exact level in chemistry of recent high-school graduates . The results were of interest to the three partners of the test:

A. GIORDAN, JL MARTINAND, Actes JES X, 1988

• the student-candidates: they were infomled of their actual performance, which enabled them to situate themselves straightaway among their future competitors;

• the professor: he was able to envisage changing the distribution and timing of the course taking into account the strong and the weak points shown by the test, as measured by R= Success to questions (index of correct answers for each question); • the docimologist: given the values of R, certain conclusions seem obvious. However a more specific analysis may modify them.

ln conclusion: the quantitative tools of analysis of a testare only operational up to a point; beyond that, the questionnaire of the test itself has to be looked into.

1. L'EPREUVE

Elle s'est déroulée en tout début d'année universitaire et s'adressait exclusivement à des étudiants primants c'est à dire n'ayant reçu antérieurement aucun enseignement post-baccalauréat. L'opération avait pour but de prendre connaissance du niveau réel en Chimie de bacheliers récents qui souhaitaient aborder des études de Pharmacie où la place de la Chimie ne pouvait constituer une surprise. L'épreuve est constituée de 36 questions de forme QROC (questionàréponse ouverte et courte) qui sera la forme de l'épreuve terminale de Chimie entrant dans un concours pluridisciplinaire de fin de 1ère année (voir le Texte de l'épreuve en annexe). Une épreuve par QROC, bien que suscitant des réponses spontanées, est une épreuve par item où chaque réponse àune question est corrigée de manière binaire: la réponse est acceptable, oui ou non. L'ensemble des corrections aboutit au score des candidats (score= nombre de bonnes réponses fournies par le candidat) età la réussite de l'item (réussite, R= pourcentage de bonnes réponses faites àla question).

2. LES CANDIDATS

196 candidats primants se sont présentés à cette épreuve. Ils attendaient une familiarisation avec la forme de l'épreuve et un aperçu sur leur niveau initial individuel. Ils constituent une population très dispersée composée d'individus àtrès faible réussite aussi bien qu'à très forte réussite: leur score brut varie de 1à35 sur 36 questions. En moyenne, 21 questions sur 36 ont été réussies. L'histogramme des scores montre une répartition à l'aspect quasi tri modal qui évoque une population de premier cycle d'Université: hétérogène. Or cette épreuve s'est tenue au commencement de l'année universitaire et concernait une population qu'on aurait pu croire homogène parce qu'en fin de curriculum secondaire. Une telle hétérogénéité initiale n'a presque jamais été constatée faute de mesure. Si elle devait se confimler par d'autres observations, on pourrait penser que l'homogénéité constatée dans le deuxième cycle s'expliquerait largement par l'élimination des sujets non conformes et non par l'effet

D'autre part. d'un point de vue docimologique, l'examen de l'histogramme des scores

révèle une classe faiblement occupée, cel1e des scores égauxà25 bonnes réponses, qui

permet de réaliser une coupure entre deux groupes de candidats avec le minimum d'aléas. Finalement, deux groupes de candidats ont été constitués: les "bons" (symbolisés par "b") qui ont réussi au moins 26 questions, soit 72 p. cent du questionnaire: ils sont 35 et représentent 18 p.cent de la population. Les autres seront appelés "non bons" et symbolisés par "nb".

3. LES QUESTIONS

Les réussites aux différentes questions sont el1es aussi très dispersées: de 5 p.centà97

p.cent. Il apparaît trois groupes de questions selon leur réussite: les questions

difficiles, qui sont réussies par moins de 35 p.cent des candidats; les questions faciles, qui sont réussies par plus de 80 p.cent des candidats; et les questions intermédiaires dont la réussite varie entre ces valeurs. Ces trois groupes de questions sont fortuitement égaux dans leur nombre (12 questions par groupes). Mais el1es ne recouvrent pas le même champ de connaissance en Chimie. Ainsi, le groupe des questions difficiles est constitué uniquement de questions de Chimie Minérale et de nomenclature alors que les questions qui correspondent à des calculs physico-chimiques se retrouvent presque toutes dans le groupe des questions faciles.

Si l'on compare pour les différentes questions, la réussite des "bons" (Rb) et celle des "non bons" (Rnb), on constate en règle que les valeurs Rb et Rnb sont d'autant plus différentes que la réussite globale, R, est faible. Mais si l'on examine par exemple les questions n012 (écrire le symbole chimique du mercure) et n031 (écrire la relation exprimant la vitesse instantanée d'une réaction en fonction de la concentration C, d'un réactif c, et du temps t), on constate des différences significatives:

Question

12

31 R% Rb % Rnb%

46

89

37

58

63 57

Ces deux questions sont sues par la moitié de la population. Mais la question n031 n'est pas mieux sue par ceux qui savent répondre à au moins 72 p.cent du questionnaire que par les autres. Alors que ceux qui connaissent le symbole du mercure, question n012, savent sûrement beaucoup plus de Chimie que ceux qui l'ignorent. Voilà l'exemple d'une question dont le caractère prédictif des connaissances

en Chimie ne pouvait pas êtreprévu, et qui éclaire sur la nature des lacunes ou des

compétences. On a l'impression de se trouver devant une population qui après avoir étudié une langue connaîtrait de la grammaire mais pas de vocabulaire.

4. INFORMATIONS FOURNIES GRACE A LA FORME QROC

Les réponses attendues s'expriment sous forme ouverte, et l'étude des mauvaises réponses permet de se faire une idée de la nature et éventuellement des causes de l'ignorance. Ces mauvaises réponses étant libres expriment la pensée des candidats et non comme dans la forme QCM, la doctrine de l'examinateur qui a l'initiative des mauvaises réponses (distracteurs) qu'il croit significative. Par ailleurs, la brièveté des réponses facilite l'analyse.

Ainsi peut-on s'apercevoir que la question n018 (R = 42 p.cent) est ratée pour quatre

raisons essentielles: deux auxquelles on pouvait s'attendre (absence de réponse et erreur de valence) et d'autres moins attendues et presque aussi fréquentes: le corps oxydé n'est pas un métal (S03, H202, CO) ou le métal choisi n'est pas oxydé (Zn, Cu, Fe).

L'étude comparée des questions n03 (R =79 p.cent) et n023 (R=48 p.cent) permet de

savoir s'il arrive que des candidats pour qui l'ammoniac a pour formule NH4 ou NH4+ sont capables d'écrire correctement la réaction d'ionisation de l'ammoniaque: on en trouve 34 p.cent. Trois candidats sur quatre, parmi ceux qui présentent de manière acceptable l'ionisation de l'ammoniaque, confondent anunoniaque et ammoniac.

L'analyse de la formule chimique du chlorure de magnésium (question nO 2, R = 25

p.cent) permet de comparer les résultats avec ceux de la question 1 (formule du

chlorure de potassium, R = 83 p.cent). Si l'on avait admis MgCl, les résultats

auraient été à peu près les mêmes pour les deux questions. Si le "potassium" est

mieux réussi c'est grâce à la chance qui l'a fait monovalent!

5. ETUDE D'UN COUPLE DE QUESTIONS

La question nOl9 (équilibrer la réaction chimique suivante: AgN03 + ZnCl2 --->

Zn(N03)2 + AgCl) est réussie par 97 p.cent des candidats. Elle est réussie par la

même proportion de candidats parmi les "bons" et les "non bons": R= Rb = Rnb =

97 p.cent. On peut conclure que les candidats, bacheliers récents, savent tous équilibrer une réaction chimique. C'est même ce qu'ils savent le mieux faire car la question n019 est la plus réussie de tout le questionnaire.

Malheureusement pour nos belles certitudes concernant la conservation de la masse, elle est immédiatement suivie dans le questionnaire par la question n020. Et, si le fait que les numéros des questions se suivent n'est sûrement pas un hasard., la proximité de leur contenu l'est. La question n020 est la suivante: écrire les formules chimiques des substances apparaissant dans la réaction suivante:

2HCI +Zn ---> + ..

Cette question est peu réussie (R = 22 p.cent) et même les "bons" la réussissent mal

(Rb = 40 p.cent) eux qui réussissent au moins 72 p.cent du questionnaire! Quant aux

"non bons": Rnb= 18 p.cent.

La forme QROC nous permet d'entrer plus finement dans l'an lyse des réponses

grande imagination puisque nous avons pu dénombrer 56 réponses différentes exprimées par les 175 candidats qui ont répondu quelque chose. Cet aspect prolifique et bavard n'aurait pas pu être perçu par une autre forme de questionnaire.

Que penser maintenant des différentes réponses fournies et comment les ranger pour s'y retrouver? Nous sommes partis de l'hypothèse que tout le monde (97 p.cent) ayant réussi la question n019 qui était sous les yeux des candidal", une ligne au-dessus, lorsqu'ils répondaient à la question n020, on devait mesurer ce qui restait de cette lecture immédiate.

1) La question n019 faisait intervenir du chlorure de zinc (ZnCI2) dont il était nécessaire de remarquer le caractère divalent du zinc pour pouvoir équilibrer la réaction. Or, avec du zinc et de l'acide chlorhydrique, seuls 78 candidats (40 p.cent de la population) ont fabriqué du ZnCI2. Les 27 candidats (14 p.cent) qui ont fabriqué du ZnCl ont, soit oublié la question n019, soit considéré que le zinc possédait des valences variables selon le numéro de la question. Enfin 70 candidats (36 p.cent) n'ont pas fabriqué de chlorure de zinc mais des corps extrêmement variés, très souvent ionisés et comportant souvent des hydrures de zinc: ceux-là, qui représentent un gros tiers de la population, ont une vision magique d'une chimie qui aboutitàla formation de substances si variées qu'elles sont imprévisibles.

2) La question n019 portait sur l'équilibre d'une réaction chimique: tout le monde sait le faire (97 p.cent). Combien l'ont fait en répondant à la question n0207 74 candidats sur 196 soit 38 p.cent. Alors que 101 candidats (52 p.cent) ont écrit une réaction non équilibrée, soit en masse, soit en charge, soit les deux. Si l'on demandeà

un étudiant (bachelier récent) d'équilibrer une réaction, il sait le faire. Mais s'il invente une réaction chimique, il oublie la nécessité de son équilibre.

Autrement dit, la conservation de la masse est une lubie des enseignantsàlaquelle on sacrifie volontiers (R= 97 p.cent) mais pas un principe régissant la matière (sauf pour au mieux, 38 p.cent des candidals).

3) Au total, et en précisant que le chlorure de zinc avait une formule dé-finie (ZnCI2), que l'équilibre d'une réaction est une technique maîtrisée (R = 97 p.cent) et que le

libellé de la question n020 incitait à l'équilibration puisqu'il pré-cisait 2 HCl + Zn, examinons ceux qui se sont servis de toutes ces informations:

Candidats Nbre p.cent

Ayant fabriqué du ZnCl2 78 40

Ayant équilibré la réaction 74 38

Ayant fabriqué du ZnCl2 avec une réaction équilibrée... 56 29

Moins d'un tiers des candidats sait se servir du questionnaire lui-même pour répondre. N'est-ce pas là, le premier apprentissage qui devra être faitàl'Université par ceux qui y réussiront 7 Avant de savoir de la Chimie, il faudra savoir lire!

6. REMARQUES DOCIMOLOGIQUES SUR LE CHLORURE DE ZINC

Quand on souhaite un regard sur les connaissances propres des étudiants, il est nécessaire de donner au questionnaire une forme suffisamment ouverte pour que les candidats puissent s'exprimer. Une question comme la n020, n'aurait rien apporté en QCM. Mais le risque d'une question ouverte est que la multiplicité des réponses en rende l'analyse impossible. Pour réaliser une numération sensée, il est indispensable alors de définir des "non réussites" attendues (même si elles ne sont définies qu'a posteriori) c'est à dire de fermer les réponses en un certain nombre de catégories rigoureusement définies. Ce travail de fermeture des réponses à un questionnaire suppose toujours le recours à des hypothèses. Ici, elles étaient suggérées par la proximité de la question n019. Mais on imagine la question n020 dans un autre questionnaire où il y aurait eu une autre question n019 et où les mêmes réponses à la question n020 auraient pu être analysées avec des hypothèses tout à fait différentes.

La grande supériorité des QROC dans une telle analyse est que le nombre et la nature des "non réussites" qui supporteront l'analyse peuvent n'être définis qu'à l'issue de l'épreuve, alors qu'avec une forme QCM d'emblée, la définition des distracteurs se fait avant l'épreuve et ressort de la seule imagination de l'examinateur qui en a beaucoup moins que les candidats.

Cependant, on ne peut éluder le passage à la fermeture si l'on souhaite saisir un message simple. Il faut assumer les risques d'une distorsion de la représentation d'une population pour. pouvoir rendre cette représentation transmissible et donc utile.

BIBLIOGRAPHIE :

Utilisation des QROC dans les examens de Médecine. G. Barrès et RJ. Risse.

Revue Française d'Education Médicale:

1. Pédagogie par objectifs. Tome 3, n03, p. 4-9, Juin 1980.

II. Les questionsàréponse ouverte et courtes. Tome3, n04, p. 3-8, Octobre 1980. III. Organisation matérielle d'une épreuve par QROC. Tome 3, n05, p.17-22, Janvier 1981.

IV. Pondération dans un concours. Tome 4, n01, p. 5-14, Janvier-Février 1981. V. Pondération dans un examen. Tome 4, n02, p.5-8, Mars.

_ tcrlre la toraule a6v«lopple du radlcal carboxyl1.que @

(jj)

• ::crire 1. relat10n exprimant la vltesse lnstantanée d'une réact10n en t'onc:Uon de la eoncentrat1on C d'un réacUt c et du temps t. _ to. f)ka de l'aclde ac6t1que a pour valeyr 4,8. Ecrire la valeur numérlque de •• constante d'acld1t6: RépOlae!J Rb Rnb K Cl 81

.,

'0 1'18 Cil

"

'J 21 NU)

"

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CH, 91 100

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"tb+ (f':ll)

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Hg++ (lU)

"

91 19 AI+++(f':ll)

"

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S04--(n) 22

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J1 l) LI 61

..

60 14 Sul rate ferrl!uJ: 17 J1 Il l> Sul rat,. fll!rrl'lu,," li 4,

"

l' 010llyde de carboof':

"

100

"

17 AcJ.d. hypo<:hlQuuJ:

,

20 2 18 MgO (u)

"

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2 AgNOJ + 1 lu C12 ---t 1 Zn(NO)2 + 2 Alel

.,

.,

97 20 lHCl + Zn --i> lnC12 .. H2 Il J 4O 18 II Atote

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'"

40 Il Oxygl!ne

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2) NH40H ~ NH4 + +

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;~ ~:: ~~~C~O~~(~I~) ou (11)0+) X (OH-) 81 91

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n

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eCII)COOW) 2' pH • -log (l~)

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"

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"

JI VI .. de/dt

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"

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vlCl .. V2C2 ; "2 .. 20 86

"

87 lb pli .. 1 '0 '0

"

@ ) V;

~

1 • l.'aclde tenzolque • pour forMUle C, H,'OOH. Ecr1r' la formule d ••• b .. e conJuau'e: ~I---- ) 1 @ _ terlre 1. no. donn' au.x •• .1.. de l'AC ide sulfurlque 1 1

~

~ .Ecrire le nOll donn' auX .ele de l'acide fluorhydrique 1 1

®

• Quel voluae v~ ( en c. 1) (l'une .olut1on d'hydrOltyce de sodium de eoncentraUon C~. 1.S . 10-.1-mol. 1"''' faut ... ll aJouter à un volUllle Vi • 30 c.' d'une aolut1on d'acide chlorhyorlque de coneentraUon Ca • lO·~ .01.1-1 pour atte1ndre le point do' 'qutvalence? 1

V~=

1 @ _ tcrlre la valeur nwa6r1que du pH de la solut1on alns1 obtenue.

j

1

®

J

_ Equilibrez la r-éacti.on chimique suivante: OAil N03 -O<:n Cl~_

0

ZnINO.l._OAil CI c!}1 -Ecrire les formules chimiqlles des substance. apparaissant dans la réaction suivant,,: Ecrite telS noms des d6UX inz les plus abondants dans l'air umosphérlque, en écrivant dlabord le nom du Kaz le çlus abondan [ : _ ~c:-1re la formule ch1mique de: chlorure de potassium cnlorure de lllagnésÎ um ammonlac mê thane

ê2J

0)

CD

CD

CI) 2 Hel + Zn \ + \ ( -Ec:-ire l'équation de la ré lctton d'ionisation de l 1 ammoniaque ; -Ec:-ire 1~9 symboles chimiques de un cation monovalent un cation div.lent cation trivalent an10n l!lonovalent anion divalent

~=J(J)

r----1

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1==-1

~

I~~Œ

premier Bal; deuxième gaz

\

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@ @ fran.;als des substances sulvant.es: 1

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~cr1:-e le sy:nbole <:hlm1que de rez (50')3

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@ @ @ ;:-_ Ecriro le nom donn~ à une subtiitance qu1. retrouvée intacte en fl.n de réaction, Cavori$e cette réactton.

E-1

\K,:

r-\

_Ecrire l.'expre!3sion du produit tonique de l'eau. Ke _ Ecril-e la rolation qui expr1me 1. pH d'une solution aqueuse ronction ok la concentrat1on, notée !H+I. des protons. -L'acide acHlque, CHJCOOH, est un acide Catble (peu 10n1s6 en solution dans l'e3.u). Ec-ri:-e l'expr'ession de sa (~onstante a l a.c1dité Ka.

c=J@

~@ 11 thlum mer::\1re

~

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CJ.:) @ @ chImIque d'un oxyde'o'talll @ Que de votre choix: HelO co. Fe SO~ lode

RC0

cuivre

I@

forlllule _ E.crlre le _ Ecrlre La

QUESTION 20 2 HCl + Zn ~ .... + •... Blanc : 21 (11 %) ZnC12 : 78 (40 %) ZnCl : 27 (14 % divers : 70 (36 % Réaction équilibrée ZnC12 + H2 41 ZnCl + H2 Cl 1 ZnH2 +C12 7 Zn+2Cl-+2K+ 5 74 (38 %) ZnC12+2~+2e- 3 Zn(Cr)z+2~ 3 Zn+++2C1-+H2 2 ZnC12 + 2H 12 56 -1 17 Réaction ZnC12+2~ 19 ZnCl + H2 5 Zn 2+ + 2 Cl- 14 non équilibrée ZZnG1+ H2 5 ZnH+++ 2 Cl- 2 ZnC12 + ZnCl + 2K+ 5 ZnH2+2Cl- 2 101 (52 %) 2H20) ZnCl + 2H 2 ZnCl-+2~ 2 2H2 ) 3 ZnCl + HCl + ~2 ZnH + C12 2 ~) ZnCl + ) ZnH + Cl- 2 2H++2e- ) Zn2++2CC+2~ 2 H20 ) znu+t+2Cl- 2 1/2 H2 ) Zn +2(W.Cl-) 2 H ) 7 H+ ) nnCl + 2W ) Di vers 23 + H30+ ) 22 26 53 1

__________---1-Tableau donnant l'inventaire des différentes réponses faites par les candidats

àla question n'20: 2 HO +Zn ---> + .

En ligne: les réponses sont rangées selon que la réaction est équilibrée ou non. En colonne: les réponses sont rangées selon l'apparition dans le second membre de:

1) chlorure de zinc: ZnCI2. 2) chlorure de zinc: ZnCl. 3) pas de chlorure de zinc: divers.