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ARTheque - STEF - ENS Cachan | Instabilité des conceptions alternatives des élèves du primaire et du secondaire sur le gaz

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(1)

INSTABILITE DES CONCEPTIONS

ALTERNATIVES DES ELEVES DU PRIMAIRE

ET DU SECONDAIRE SUR LES GAZ

Caries FU RIO-MAS

Juan HERNANDEZ-PEREZ

Servel de Formaclo Permanent Université de

Valence Espagne

MOTS CLÊS: conceptions alternatives, secondaire, gaz, instabilité

Dans ce travail nous analysons les modèles de gaz utilisé par les élèves quand ils répondent séquentiellement

a

de diverses questions sur les proprietés physiques des gaz et quel est le degré de stabilité des conceptions employées.

(2)

INTRODUCTION ET EXPOS~ DU PROBLEME

Le problème t:1es schèmas alternatifs et des err-eurs conceptuelles est. depuis plllS lFune dizaine d'ann~es, une ligne priarit.aire de l'~dttratiorl sClcldjfiqltP. Dans le domAine des conceptions ~ur la

Ilatllr-e des g;\z. J' Illvestigatioll t-écente montre qu"il y a unp diversit~

d'jtl~e; p~HWt les élpves; ain~,i chez quelques uns i l e>:iste l'id~e

d'une r",présentation continll" de la matièr .. (Pfundt. 1981). chez

rJ~alltr-p.s on t'--OtlvP. le r-efus ~ }'el'<istence du vide (Meheut, 1982). II y

~ a u s s i ] 'ic1ée d~L1np tendence IInaturelle" dp.s gaz ~ occupe,- la pa.rtie

hallte du rPc:i piP.f1t- qlli les contient pt .. en conséquence, on att:.ribue

ries caraLtéric:;tiqlte~ fluasi~immiitlt_é,--iel]e'S à ("es substances CFuriô et

ilJ, J985). Ffi rp QI" r.nnr-pr-ne Jps moriptes rie 927. sttr-~ (1985) indiquE? qlle dps ~]p.vps pntre 11 pt 1::') ans tendF?flt à les ronsi.d~r'"·E3r snit comme un moyen rC1l1tinu dnnt les com["1osants -particules gClzellses- sont

immobilps, soit comme un ensemhle discontinu des particules ~n

mOllvpmeflt.

t1;.:ds. 11 f""llt faire d~flS l~~turte dps conceptions alternatives une différ'"entiatior"l Plltreo celles qui r1ilrivent rte l~e}:périE"ncesensible et celles tr-~rlsmises A tr~vpr-s l~ langage. l_es pr-emières commp par

e"emplE' CE'llps qui rl"rivent la force en tant que la caLlse des mouv ..mE'nts. Sf'nt b-"s en,-acin"es et l'on a v"r-ifi" leur s t a b i l i t " et

leur- grande per-sistance malgr~ un enseignement. reit~ratif des conceptions sClE'ntifique~ arcppt~es. Par contre, il e>:i5te d"autr~s

conceptions, comme c?est le cas des id~~s sur 1~ nature des gaz

assimil"es I,-"s faiblement à la structure cognitive, vu qu"ll .. s

provi~nnent r:t"ulle t,.-anc;mission linguistiql1f? et!" en cnns~qLlence, ce

salit des irl"es he,,"cCl"p plus fJexibles et idiosyncratiques (Driver et Erickson. 198,).

Dans ces der"niers schf!.mas .=.lternatifs. i l faut s?attendre à ce que leur conslc.t.ance nu leur stabilit~ soit assez basse au niveilll individuel et rHpende, ..n general. des cont .."tes des Ulches auxquell .. s font face les "tudiant.s. Par contre, quand Ips "lèves ont int"rioris" Ips ic1~es acceflt~P.'s sr.ientifiqupmpnt, on rhrait qu?ils sont plus

consistants qUE' In,s'l,,'ils r"pondent avec des sch"mas alternatifs (C 1 ouy" et DriVP'-. 1986).

Dans CP sens--Ià. les questions all}:quelles on sOllhaitait r~pondre

dal1s CP travail r " l a t i f ~ la st .. b i l i t " - i n s t a b i l i t " des jd~es qUE'

poss~dE'nt 1PS {>I èves Sllr 1 es gaz sont les sui vantes:

al Dans 'luell .. mesure un mod~le de g .. z choisi initiellement par lE's "tlldiants SE' maintient apr"s de., activit"s d'inter-pr"tation dE's p.--opri"t"s physiques de r .. llIi-ci 7

bl Quand l'''I~'/E' part du mod~lE' du gaz scientifiquE'ment accept~,

s" s t a b i l i t " , e s t - e l l e plus grande que quand il le fait "vec un sch"ma altE'rnati f7

cl I.' .."pl ic"tioll divis"e par 1'''Ii>ve de ces propri"t"s lui pE'rmpt-il d'êt.re plus coh"rent dans ses r"pons .. s en c .. Qu'il

~onCE'rnE' le mod~le de gaz employ~7

La r~porlSp ~ r~s questions a une certaine importance pour met.tr-e

en dn"te l ' i d l p .,io1lrl", pt 9I'n"r,,11.,I .. d'aprE'S laqu",lle l",s conc ..ptions

des ~l~ves snllt .. toujollrs. universelles et persistante-:; tout au long de lplIr- vie scolaire.

(3)

7.EMISSIDN D'HYPOTHESES ET SA FONDAMENTATION

Une foi S posé 1 e probl~ml" à trai ter nous emet tOIlS la slOi vantp hypothése quI" nOliS e"s"yerons de vérifier:

"Les schémas cnncE'pb.els alt.E'rnatifs rll"S élf>ves qui ont ;<tudié le

sujet de la natu,.-e cor-pusf:tllair-e dp. la matièr"e ga2el.l5E" ~pront

asse? instables au moml"nt d"interpréter une séquence de propriét{>s physiques des gaz"

I l e s t 1 Dg i que de supposer que 1 es idée,; e>:istentes chez 1 es

él~ves ~,i commencent I"étude des gaz se trouveront lIées faiblement à

lellr'" str"ur:turp cognitive pt pour-ront changer C\vec aisance de mDd~lp

selon le contexte

a

expliquer. Ainsi, i l s se trouveront hésitants et inst"bles far", à la présentation d"une diversité de madéle,.; pnur

qu~jls ciloisic;sF?nt celui qll?jls crnjrnt rprr~sE'ntpr- symholirl'.lement Je

mlell~~ lin gr';'~ f?t flui e>:pljque ses pr()p,.--i~t.(.s.. Quanrl on par] e de

5tabi 1 i té et cohérence de l ' él~ve on veut di rI" par

J'"

sa tendenre à ne pas changer ,lE' morl~1e par rapport Il lin spul préal abl ement choisi quand il ",st i nvi t.é i nrii vi duell ement à l ' i nt erp,·ét at i on dl" plusi eurs propriétés.

DJ?lrl15 ] p ras d~~tlldiant.squi aient reçu rfes F?nseignpment.5 sur ce

sujet il est logiQue de trouver ries grarl"tions dans leur st .. b i l i t é

d~r-iv~ps du succ.~c:; pllls ou moins grand dans leur appr-entis15~ge.

Aprenti'5'5age '1";, du point de vue di dacti QUI", ne dev,~"it pas @tre

partir:uli~rf?ment d i f f i c i l e dans CP cas, vu qu'il n"e~:ist.epas, à notre avis, dE' gcands obstacles épistémologiques qui s"opposent Il

l'insE'rtion du mnd~le dans le"r structure cognitiv... Si cel~ pst ainsi il se prodltir.::J: drtns ce contexte que~

"1"'5 j riéE's des él~ves 'lui parI ent du mot1~1 E' de gaz acrepté srientifiQ"ement seront plus stahles Qlle relIes de ceux q.'; le

fac:;spnt. avec une conception alternat.ive

Nous croyons Que ni les idées assumées par les él~ves snr la nature des gaz ~er·ont trés fermes, ni l'enseignement reçu sera tnut :J fait inefficace. Nous partons des rE'sultats de notre études longitudinales 511'· les différenres dans la persistance des erTeurs conreptuels dans le dnmaine de la dynamiquE' (concept de force> et dans relui de la ct.imie (matérialité des gap et changements subst .. ntiels en réactions chimiques) (Gil et Carrascosa. 1986) (Carbnnell et Furia, 1987>.

rependan t, il e5t 1 og i que que des si tua t ions d" appr",n tissage

fondf!lec;; 51lr le t,..-an'5mission verbale des connai5sance15 ne favori!Sent

P""

l·"ssimil .. tion d" marléle et qUE' le rhangemr>nt didactique qlle

suppose le fait de proposer à l"étudiant cies activités centrées dans

le choix d'un mod~le parmi plusieurs -ou, encore mieux, sa

c,.-eation-dans le but de j n s t i f i e r les propriétés macroscopiques des gaz, leur fairnnt poser des conflicts cognoscitifs, surtout chez ceux qui

poss~dent des schémas alternatifs assep instables et en essayant d'expliqllPr l'existence de creux et la mobilité du gaz, i l s seront à la fin enclins à des mod~les cinétiques. De tout celà on déduit une nOllvelle conséquence contrastahle:

"Ces étudiants avec des conceptions alternatives i n i t i e l l e s , Quand on. leur propose une série succesive d'activités pour qu'ils e>:pliQ"ent les car .. ctéristiques de.. gaz, changeront~

conceptuel 1 ement et tendront vers d'autres plus convaincants comme le mod~le cinéti~œ acrepté"

(4)

3.DESSINS EXP~RIMENTAUX

que celles dec;

d"entretiens

av~ient reçu

1 e secnnd ai,·e

I~a contrastation de l'hypothèse 'noncée ainsi

cOllséq'IE?llces d~r-j'#'ées se sont ri>dlisés à trë"vers st,"ct", ' e s ~ dp pf>tiles ép,ellVF>S de J('~~t5 étlldiants 'lui

lin E'IISPlQlh~rlIPltt Sllt Jes gaz d2HIS ] e rH-jmair-E? et dans

ât) é5 de J~ ~ J;' aIl~ •

les entrpliefls rfuralPfd environ 30 mil"Ultes et avaient pour-objectif f?sSF'lltipl r-eltl) de CElltr·er- ]~ë'ttention ~"r ]:"e:.:istence des

gaz cnmmp sllhst~ncps mat~rjE"lles et se terminaient avec l'~lectiDn pa.r l·él~ve d · l t f l modéle parmi cin~ présent~s p~r l'interviewer; on lui

lajsr;~it-, ë't1s~i l·nption à en dessiner un nouveau s ' i l n'etait pas

d'accord avec les préc'dants (figure II. les cinq

modèles qui étaient présentés comme

distracteurs avaient été indiqués en une

échelle plus ou moins petite par

quelques uns des auteurs cités dans

cptte introduction.Dans la deuxième

pllase, l'interviewer indiquait la possibi l i t é ou pas de comprimer de l ' a i r "... moyen d'une ser i ngue et il demandai t

à l'étudiant de pr.dire le résultat. Par

1 a sui te, l ' e>:pèri ence étai t r ' a l i sée et 1'etudi~nt l ' i n t e r p r f t a i t avec un

nOLlv~all choix de mod~le. Dans une

troisi~me et unE' quatrième phase on f a i s " i t la m~me chose avec la dilatation

the,-mi que et 1 a di ffusi on

resper:tivempnt; et dans la der-ni~re

phase l'on procfdait à l'eJection finale

d"un mod~]e qui rOllr ....~it justifier tŒJtes les p r o p i . t . s observfes,

4. RÉSULTATS ET ANALYSES

1 es ,esllltats r e l a t i f s à l'évollltion ùes décisions prises par le

groupe dl'? ~o "tllùiants (12::t3, 12>:14, 15>:15, tlxl6, 9::17 ~Ièves,':~ge)

qllant -311 m,,""le r1e gaz, ù"ns chacune des phases est d é t a i l l é dans le

tabl pail 1. 1 e pOllrcelltage d' fI~ves qui ont mai ntenu leur modèle

ini t i al dans tOlite les phases de l'entrevue eo;t prfsenté dans le

tab 1 eau II.

Dans ce dernier tableau nnt peut apprécier qu'il n'y a que 19

élèves rie la t n t a l i t é (";37.1 qui ont ét .. fidfles à la structure du gaz

q u ' i l s av"ient choisie <'u dfbut, ce llui confirme notre hypothèse

g'n"rale vu que del'" sur troi s étudiants sont instables. Mais ala, s,

si l"on c-nmpAre le nnmhre rl"~]~ves avec des conceptions alternatives

qui ont " t f stables en permèlnence (tahleau 11) avec ceu" qui ont

pmplnyé 1 .. mor1èl .. cin.Hique, on observe 'lu" seulement t r o i s Sur 27

<117.) nrd crJntinué tnut le temps avec l .. s modèles A, C et E. tandis

(5)

T ab lf?.=\U I. - EvalLIt-jon du POtIr-cent~ge d"é]èves Cl'li ont chnisi chrt'lUP mndèlp <tJ~ 59)

t10dH E> NombrE> et pourcentage r1'él~vE>s

choisi Initi,,) Compression Dilatation Diffusion Final

N (7. ) N CO N (7. ) N (%) N (7. ) A 13 (22) 4 (6.6) 9 (15.:': ) 0 - 2 <3. ,,) B :;:' (3.3) lB (30) 6 (10) 0

-

0 -C 7 (12 ) 4 «(-,.6) 3 (5.1) ()

-

2 (3.3) D 26 (44) 25 (41. 6) 27 (45.7) 4n (67.7) 41 (69.5) E

.,

( 8 . 4 ) 2 (3.3) 8 (13.2) 12 (20.3) h (10) Pl .. " d'lIr 6 (1n ) 2 (3.3) 3 (5.1) 1 (1.6) 7 <12) Atlcun ~ 4 (6.6) 3 (5.1) 6 ( If') 1 (1.6) AlJtre mDe

.

~ -

-

-

-Tabl eau 1I. - PourcentagE' d' él~ves avec stabi 1 i té pE>rmanpnte à chaque mod!>le (N= 59)

Nombre et pourcentage d'élo'>ves Mod!>le I n i t i a l e Sans ch<>ngpment N C~) N (ï.) A 13 (72i 1 (1.7) B 2 (3.3)

-

-C 7 l i 2) 1 (1.7) D 26 (44) 16 (27) E d (8.4) 1 (1.7> AlItrl" morl. -- ~

C'est-a clin., la s t a b i l i t é ri" re dernier groupe r1'él~ves a été pllls dE cinq fois sllp"riellr" à c e l l e de c:eu:·, qui ont employé dps concpptîonts l='lte-rn~tives~ et a ...pc ceci la premi~rp impJicë'tion ql1e

1'011 f a i s a i t de notre hypothèse est ré[1ondue affirmativement.

OOlant à cela, .. ne analyse plus apflrofondue du tableau nous

confirme la p.llIs grande s t a h i l i t é de cew' Qui ont employé le mod!>lE'

cinétique f~r:t? ~'I restant.. Et bien quPjl y ~it des r:nnte~:tes conrrF-"t.s,

comnle celui rie la compression OI~1 le mod~]e de particlIles statiques

(6)

l'evoluci6 dels d' Investigaci6

1986, Dife~~ncies en

Quimica, II Jornades

lelui de diffu~.;iu[l Oi, le morlèle de p e t i t s groupment de par"ticules avec

mouvement dirigP. (E) a aussi une valeur ma~·:imale, ce qui est bien vrai

est q l P Je mnd~Je cinétique semble quantitativement plus stable

jUSqll'"~ la fin. Il f~lIt souligne .... aussi que c"'est celui de

l··e~:p~riencp ete diffllsion celui qui f~it pencher major·itairement ] ~C1pirljurl des étlldiaflts envers]'acceptation des modèles D et E qui, sa'lS =-IIClln dCllltp. se carilcl~r-ispflt par ] p mouvement des particules.

EII ce 'JII' IOlllel~lle les changements globau" en passant du modèle

cllulsi ~ J3 firl. dl.le:; au gerue d'"interar::tinn que suppose l:"entretien, 1'011 (ollfirme III lE' Je mod~]e cinétiQlle a une variation positive, puisque d~lll' li., /. qlti ]'acceptaient ~n clébltt, l'"nn a passé au 69 % de cette éprell'.E'. taltdJs qHe Je morl~lp E a maintenll san bas pourcentage et JE' rp~·tal~t des modèles alt:~r'·nat:ifs a di spart. p ....ati q'lement dë\ns )'~prell....p fJllEde. C·°E'st ~ dire, la pr[lposition divis~e d~ ce~ activjt~~ a pruvoqlll! un c o n f l i r t c:ognoscitif continu chez ces él~ves avec des conceptions alte~natives et i l s les ont abandonnées sans b~aucoup de difficultl, ~n acceptant, ce modèle là dont les caractéristiques etaient plus rl'acco~d avec une interp~étation cohl.entp des faits ohs~~vés.

5.CONCLUSIONS ET IMPLICATIONS DIDACTIQUES

En résumé~ dans ce travail nOLIS ~ssayons de montrer que pas toutes les Etr .... et.lrS conceptuelles des ~lèves se doivent à l"'e~:istence de fortes conceptions alternativ~s et dans le cas concret des idles

flue les ~tudiants ont sur 1 a structurE" intE'r ne etes gaz, 1"on a vu

qu'elles sont assez instables et faciles à remplace~ pa~ les id.es scientifiqupment acceptées sans l'intervention de l'interviewer. Cependant, la facilité pour int~oduire cognitivement ces idées a hesoin de st,atlgips appropriées à l'enseignement qui incluent comme nécessité didactique l'exposé du p~oblèmepar l'~tudiant lui-m@me. RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES

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Figure

tabl pail 1. 1 e pOllrcelltage d' fI ~ves qui ont mai ntenu leur modèle
Tabl eau 1 I. - PourcentagE' d' él ~ves avec stabi 1 i té pE&gt;rmanpnte à chaque mod!&gt;le (N= 59)

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