EFFET DU DÉBAT SCIENTIFIQUE SUR L’ÉVOLUTION
DES CONCEPTIONS DES ÉLÈVES TUNISIENS DE 8
eANNÉE
DE BASE À PROPOS DES ÉCHANGES GAZEUX
CHEZ LES PLANTES VERTES
Hamida RAYOUF ISEFC de Tunis
MOTS-CLÉS : CONCEPTIONS – DÉBATS – PHOTOSYNTHÈSE – RESPIRATION – PHOTORESPIRATION – CHANGEMENT CONCEPTUEL.
RÉSUMÉ : Dans ce travail, nous nous sommes intéressés à l’identification des conceptions des élèves de 8e année de base (13 à 14 ans) à propos des échanges gazeux, respiratoires et
photosynthétiques, chez les plantes vertes. En vue d’aboutir à un éventuel changement conceptuel, nous expérimentons une stratégie didactique (le débat scientifique) impliquant les élèves dans l’acquisition de ce savoir et nous tenterons de présenter l'intérêt de cette stratégie de remédiation en matière d'enseignement- apprentissage.
ABSTRACT : In this work, we were interested in the identification of the designs of the pupils of 8th basic year (13 to 14 years) in connection with the gaseous exchange, respiratory and photosynthetic, at the green plants. In order to lead to a possible conceptual change, we have experienced a didactic strategy (the scientific debate) implying the pupils in the acquisition this knowledge and we will try to be of interest of this teaching training.
1. INTRODUCTION
La respiration et la photosynthèse sont deux phénomènes physiologiquement et symboliquement liés, au point que la majorité des élèves risquent de les confondre entre eux. L'objectif de cette recherche est de focaliser l’attention sur les conceptions des élèves à propos de l'aspect « gazeux » de ces deux phénomènes et l’évolution possible de celles-ci suite à une stratégie didactique : le débat scientifique en classe.
2. MÉTHODOLOGIE
Afin de relever les conceptions des élèves relatives aux échanges gazeux et d’étudier l’impact du débat scientifique sur celles-ci, nous avons choisi au hasard une classe parmi une population de cinq classes de 8e année. Cette classe est répartie en deux groupes : un groupe témoin et un groupe expérimental. Le groupe témoin a suivi un enseignement classique et nous avons par la suite mené un débat scientifique en classe avec le groupe expérimental.
Une analyse des réponses des élèves suite à un entretien avant et après débat nous a permis de mettre en évidence l’impact de la stratégie didactique mise en œuvre.
Nous traitons dans ce travail les deux questions suivantes :
• Quels échanges gazeux fait la plante verte pendant le jour ? justifiez votre réponse ? • Quels échanges gazeux fait-elle pendant la nuit ? justifiez votre réponse ?
3. ANALYSE DES RÉSULTATS
3.1. Analyse des réponses des élèves lors du pré-test :
Le tableau 1 récapitule les réponses des élèves à ces deux questions.
Question 1 : Les réponses à cette question montrent différentes confusions que font les élèves entre respiration et photosynthèse.
- 74 % des élèves répondent que la plante « respire » pendant le jour : en prenant le dioxyde de carbone et en rejetant l'oxygène, ainsi, ils rejoignent l'idée ancienne de Priestley et d’autres (respiration diurne et respiration nocturne). Mais les élèves pensent qu'elle « respire » de cette façon pour nous donner de l'oxygène (idée finaliste).
- 26 % des élèves suggèrent que même pendant le jour la plante verte absorbe de l'oxygène et rejette du dioxyde de carbone sans plus.
Nombre d’élèves
Que fait la plante verte ? Pendant le jour Pendant la nuit Absorbe l'O2 et rejette le CO2 (respire) 10/38 (26%) 27/38 (71%)
Absorbe le CO2 etrejette l'O2 (respire) 28/38 (74%) 8/38 (21%)
Pas d’idée 0 3/38 (8%)
Tableau 1 :
Conceptions des élèves à propos des échanges gazeux pendant le jour et pendant la nuit.
Dans tous les cas le mot « photosynthèse » n'est pas du tout évoqué, même s'il est mentionné comme explication (le fait que la plante absorbe du CO2 et rejette de l'oxygène).
Ceci n'est pas expliqué par les élèves, de même la justification n'est pas bien mise en cause. En effet, un seul élève parmi le groupe parle de la bougie qui reste allumée et de l'eau de chaux qui ne se trouble pas pendant le jour auprès d’une plante verte à la lumière.
Question 2 : Que font les plantes vertes pendant la nuit ? Justifiez votre réponse.
- 71 % des élèves sont d'accord sur les échanges gazeux nocturnes à savoir l'absorption de l'oxygène et le rejet de dioxyde de carbone : nous voyons ici que le social influence beaucoup les conceptions des élèves à savoir que la plante verte nous prend l'oxygène quand elle est avec nous dans la chambre à coucher.
- 21 % des élèves pensent que la plante verte respire la nuit en absorbant le dioxyde de carbone et en rejetant l'oxygène (confusion entre respiration et photosynthèse).
- 8 % des élèves n'ont pas d'explication sur la nature et le moment des échanges gazeux.
Ici, les confusions sont de plus en plus flagrantes. La majorité des réponses : « La plante verte fait le contraire ». Qu’est-ce que le contraire ? Ou contraire à quoi ?
Nous trouvons dans les réponses des élèves une mosaïque de réponses : les échanges existent mais tous les sens sont bons, peu importe que l’oxygène entre ou sort de la feuille, l’essentiel est l’entrée et la sortie des deux gaz.
Autres conceptions des élèves : « le dioxyde de carbone est nocif », donc comment accepter que la plante l’absorbe pendant toute la journée et le rejette la nuit ce qui est invraisemblable.
Les élèves n’admettent pas facilement que la plante nous donne l’oxygène pendant le jour seulement, alors que pendant la nuit, elle nous l’enlève.
Deux autres conceptions font exception (tableau 2) :
- 2 élèves pensent que la plante dort la nuit et ferme ses feuilles (idée anthropomorphique). - 1 seul élève a suggéré la coexistence de la respiration et de la photosynthèse pendant le jour.
Nous remarquons que les élèves optent beaucoup plus pour la conception « prendre l’oxygène jour et nuit » que « prendre le gaz carbonique et rejeter de l’oxygène ».
3.2. Analyse du post-test après enseignement classique :
Pendant le jour Pendant la nuit Respiration et photosynthèse 07/19 (37%)
Photosynthèse seule 10/19 (53%)
Autres 02/19 (10%)
Respiration seule 19/19 (100%)
Tableau 2 : Réponses post-test pendant le jour et pendant la nuit
- 37 % des élèves ont bien conçu la simultanéité des deux phénomènes (la respiration et la photosynthèse), il y a eu donc une évolution des conceptions des élèves, mais qui n’a touché que moins de la moitié.
- 53 % c’est-à-dire plus que la moitié des élèves n’arrivent pas encore à concevoir les deux processus en même temps et pensent que pendant le jour la plante ne fait qu’une seule fonction qui est la photosynthèse : ceci nous permet de conclure que leurs conceptions initiales ont persisté.
- Deux élèves n’ont pas du tout compris la photosynthèse et ont donné des réponses fausses. Suite à cette question, nous pouvons dire que l’enseignement tel qu’il est pratiqué actuellement n’a touché que moins de la moitié des élèves, le résultat n’est pas très encourageant, puisque 12/19 c’est-à-dire (63 %) n’ont pas subi d’évolution conceptuelle.
Tous les élèves sont d’accord sur la respiration nocturne. Le vécu ou le social a une grande influence sur la pensée de l’élève, car, ce dernier présente une information dont il est sûr : nous respirons en prenant de l’oxygène et en rejetant du dioxyde de carbone et la plante le fait aussi comme nous pendant la nuit (pas de plante verte dans la chambre à coucher la nuit).
3.3. Analyse du post-test après le débat scientifique en classe :
Jour Nuit
Respiration/photosynthèse 16/19 (84,2 %) Photosynthèse 3/19 (15,8%)
Respiration 19/19 (100 %)
Tableau 3 : Réponses post-test après débat scientifique en classe
85 % des élèves ont subi une évolution conceptuelle : ils répondent par l’association des deux phénomènes chez la plante au cours de la journée, chose qui n’était pas du tout évidente avant l’apprentissage et même après un enseignement classique.
Néanmoins, cette évolution des conceptions n’est pas totale, puisque nous remarquons que trois élèves sur dix-neuf continuent à penser que la plante verte, à la lumière, photosynthétise seulement. Les réponses de tous les élèves sont conformes aux connaissances scientifiques.
Une élève a même suggéré : « Les plantes vertes respirent, absorbent l’oxygène et rejettent le dioxyde de carbone, c’est pourquoi nous ne les laissons pas la nuit dans la chambre à coucher ».
4. DISCUSSION ET CONCLUSION
Nous remarquons que la confusion des élèves se localise surtout à propos de la première question, la dispersion des conceptions des élèves est nettement visible :
• Esprit finaliste : par exemple certains élèves pensent que le bon dieu a créé les végétaux juste pour notre bien (nous donner de l’oxygène).
• Esprit tautologique : la plante absorbe l’oxygène et rejette le dioxyde de carbone sans explication.
• Esprit vitaliste : La plante fait ces échanges gazeux pour vivre.
• Esprit anthropomorphique : quelques élèves assimilent la plante à l’homme, par exemple, ils pensent que la plante inspire et expire et que la nuit elle dort et le matin elle se réveille comme nous.
Pré-test Post-test EC Post-test DS
Photosynthèse 74 % 53 % 16 %
Respiration Nocturne seule 26 % 10 % 0 %
Simultanéité 00 % 37 % 84 %
Tableau récapitulatif (Tr) : Résumé des réponses des élèves à la première question, en pré-test, en post-test enseignement classique (EC) et post-test débat scientifique (DS)
Les résultats nous montrent que le débat scientifique a une influence sur le changement des conceptions des élèves. En effet, avant l’apprentissage, les élèves ignorent la simultanéité des deux fonctions (respiration/photosynthèse) et considèrent que la photosynthèse se fait toute seule pendant le jour.
Après un enseignement traditionnel, la moitié des élèves continue à proposer cette conception et très peu d’élèves montrent une évolution de leurs conceptions. Par contre, après le débat scientifique, nous remarquons une persistance très faible de cette conception.
L’assimilation de la respiration diurne semble être très difficile pour les élèves qui ont reçu un enseignement classique, à l’opposé de ceux qui ont suivi un débat scientifique. Ceci nous permet de
conclure que la simultanéité est mieux assimilée par les élèves du groupe expérimental. Le pourcentage d’élèves qui ne conçoivent pas la simultanéité peut être expliqué par l’absence de toute notion scientifique à propos des deux fonctions (la respiration et la photosynthèse), ce qui représente un obstacle didactique et permet de comprendre pourquoi ils parlent de respiration contraire pendant le jour.
En conclusion, suite à l’analyse du pré-test, nous avons remarqué que les élèves mobilisent des conceptions non scientifiques qui persistent après un enseignement classique ; par contre, nous avons noté une nette évolution de ces conceptions après débat scientifique.
Nous remarquons que le message de la photosynthèse est brouillé par un autre message, celui de la respiration. De même, les élèves ne pensent pas naturellement que les plantes respirent vraiment ; pour eux, la respiration renvoie plutôt à la ventilation. Nous pouvons localiser les conceptions des élèves à l’échelle historique : nous apercevons qu’ils sont situés à l’époque de Priestley en 1771 et de celle de Lavoisier avec une « respiration diurne pour les végétaux contraire à une respiration nocturne similaire à celle des animaux ». Il semblerait que les conceptions des élèves au 21e siècle restent semblables à celles des savants du 18e siècle.
L’enseignement de la respiration/photosynthèse tel qu’il est pratiqué actuellement en 8e année de
base n’a pas abouti à un changement conceptuel des conceptions initiales des élèves. Nous constatons que l’obstacle est surtout didactique, puisque les deux phénomènes n’ont pas été étudiés par les élèves au cours de leurs études antérieures. Les élèves ont mobilisé le sens commun pour expliquer des phénomènes biologiques. Ces explications persistent même après enseignement classique. Cette résistance du sens commun chez les élèves se retrouve également dans d’autres études (Clément, 1991) d’où la nécessité d’une stratégie de remédiation (le débat scientifique en classe).
Grâce à la construction de problème par les élèves et la création des espaces de contraintes, le débat a permis de changer leurs conceptions.
Après débat, les élèves conçoivent mieux la respiration en tant que phénomène vital aussi bien pour l'animal que pour le végétal ; il en est de même pour la photosynthèse chez le végétal ; nous remarquons également la présence de la simultanéité des deux phénomènes chez (84 %) des élèves, bien que 16 % des élèves gardent leurs conceptions initiales (photosynthèse seulement à lumière). Nous constatons que tous les élèves se sont mis d'accord sur la continuité vitale (jour et nuit) de la respiration de la plante verte, ce qui, nous conduit à poser la question suivante : pourrait-t-on parler de changement conceptuel ?
BIBLIOGRAPHIE
ASTOLFI J.-P. (1992). L’école pour apprendre. Paris : ESF.
ASTOLFI J.-P., PETERFALVI B. (1993). Obstacles et construction de situations didactique en sciences expérimentales. Aster, 16, 13-142.
ASTOLFI J.-P. (1993). Trois paradigmes pour les recherches en didactique. Revue française de pédagogie, 103, 5-18.
ASTOLFI J.-P. (1997). Mots-clés pour la didactique des sciences. Bruxelles : De Bœck.
CLÉMENT P., GIORDAN A., GIRAULT Y. (Dirs.) (1994). Conceptions et Connaissances. Berne : Peter Lang.
CLÉMENT P. (1998). La biologie et sa didactique, dix ans de recherche. Aster, 27, 57-93.
CLÉMENT P. (1991). Sur la persistance d’une conception : la tuyauterie continue digestion-excétion. Aster, 13, 133-155.
CLÉMENT P. (2001). La recherche en didactique de la biologie. In Didactique de la biologie. Recherches, Innovations, Formations. Alger : ANEP, 11-28.
FABRE M., ORANGE C. (1997). Construction des problèmes et franchissement d’obstacles. Aster, 24, 38-57.
GOIX M. (1997). Grandir : oui, mais comment ? Aster, 24, 141-170.
KASSOU S., SOUCHON C. (1992). Utilisation des aspects historiques dans l'enseignement de la photosynthèse. Aster, 15, 54-71.
ORANGE C. (1997). Problèmes et modélisation en biologie. Paris. PUF. Coll. L'éducateur.
ORANGE C. (2000) Investigations empiriques, construction de problèmes et savoirs scientifiques. In Larcher (coord). La pratique expérimentale dans la classe. Paris, INRP.
SIMMONNEAUX L. (2003). L'argumentation dans les débats en classe sur une technoscience controversée. Aster, 37, Paris, INRP.
