A. GIORDAN, J.-L. MARTINAND et D. RAICHVARG, Actes JIES XXVI, 2004 1
CONCEPTIONS D’ÉLÈVES DE COLLÈGE ET DE LYCÉE
SUR L’ATOME
Mustafa ERGUN
LIDSET - Université Joseph Fourier (Grenoble 1)
MOTS-CLÉS : CHIMIE – CONCEPTIONS – ATOME – COLLÈGE – LYCÉE
RÉSUMÉ : Le type de vocabulaire issu de registres variés (quotidien, scientifique…) et les mots choisis par les élèves pour décrire l’atome révèlent des difficultés d’apprentissage de ce concept. L’analyse des réponses d’élèves de niveau collège et lycée (en Turquie, à Izmir) à deux questions a montré que le vocabulaire utilisé ne dépend pas du niveau et qu’il est partiellement influencé par l’enseignement, certaines confusions étant persistantes.
ABSTRACT : The type of vocabulary, extracted from varied registers (daily, scientific…), and the words used by pupils to describe the atom bring to light difficulties for teaching and learning this concept. A questionnaire has been submitted to pupils at different levels of high school. Analysis of the answers has shown that the vocabulary does not depend on the level and that it is influenced to some extent by teaching.
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1. CONTEXTE DE L’ÉTUDE : L’ATOME SUJET D’ENSEIGNEMENT
Divers travaux de didactique des sciences ont eu pour objet les difficultés des élèves dans l’acquisition des concepts de base de la chimie (atome, électron, acide/base, réactions chimiques…). À tous les niveaux, l’« atome » est un sujet d’enseignement d’une grande complexité, exigeant de la part des élèves ou étudiants un lourd travail de conceptualisation.
Carretto (1984) a montré que les élèves de 10 à 12 ans sont très sensibles à la phonétique. Cros (1984) a constaté que si les particules constituantes de l’atome sont bien connues par les étudiants arrivant à l’université, les interactions entre elles le sont très peu. Albanèse (1997) a montré que les élèves attribuent aux atomes et aux molécules toutes les propriétés de la matière. Charlet-Bréhelin (1999) a proposé au niveau du collège, plusieurs origines possibles pour les conceptions des élèves (confusions phonétiques, associations de mots, rattachement à d’autres secteurs…) et a montré que ces conceptions ne dépendent pas de l’âge des élèves.
Nous nous sommes intéressés à deux questions : quels types de vocabulaire les élèves utilisent-ils pour décrire l’atome et pour utiliser ce concept et le vocabulaire concernant le concept d’atome dépend-il du niveau des élèves ? Notre étude (Ergun, 2002) a été réalisée à Izmir, en Turquie et porte sur 230 élèves Turcs de septième classe et de neuvième classe, équivalentes en France pour l’âge des élèves aux classes de cinquième et de seconde.
2. MÉTHODOLOGIE
Une analyse préalable des programmes officiels et des manuels nous a permis de cerner les particularités de présentation du sujet au collège et au lycée. L’approche du concept d’atome va dans le sens du microscopique vers le macroscopique au collège et c’est l’inverse au lycée. Les contenus des manuels ne reflètent pas complètement les directives des programmes, en particulier pour le modèle présenté (le manuel fait appel au modèle de Bohr de manière implicite alors que le programme recommande de parler ni de couches, ni de nuage électronique ni du modèle de Bohr). Nous avons ensuite soumis aux élèves un questionnaire constitué de deux questions ouvertes : Quels sont les mots qui te viennent lorsque l’on te dit « l’atome » ? Comment imagines-tu un atome ? Fais une phrase et dessine un schéma. La seconde question permet d’analyser la cohérence entre le texte écrit et le schéma dessiné, donc la maîtrise acquise. Nous avons effectué deux recueils de donnés en début d’année scolaire puis trois mois après l’enseignement du sujet. Nous avons exploité les questionnaires par analyse comparative des réponses fournies aux deux niveaux et aux deux stades de progression du cours de sciences.
3 3. RESULTATS
3.1 Mots associés à l’atome
Nous avons obtenu des réponses très variées (31 mots différents) que nous avons réparties en quatre registres. Nous avons situé dans un « registre de la taille » les mots « indivisible », « invisible », « particule » et « sphère » ; dans un « registre scientifique » des noms de savants, des mots types des sciences (« vitesse », « cellule ») ; dans un « registre de la structure de l’atome » les noms de particules ; dans un « registre des applications » à la fois des termes liés à des applications du quotidien (« énergie nucléaire ») et à des conséquences historiques (« bombe atomique »). Les mots cités mettent en particulier en évidence l’obstacle épistémologique lié aux qualificatifs « indivisible » et « invisible ». Le tableau suivant présente l’évolution des réponses.
Avant enseignement Après enseignement Registre
Collège % Lycée % Collège % Lycée %
Taille 20,2 22,8 20,2 18,3
Scientifique 16,8 27 25,8 20,2
Structure de l’atome 14 21,3 41,6 42,5
Applications 27 20,2 9,6 14,5
Pas de réponse 22 8,7 2,7 4,5
3.2 Phrases et schémas proposés pour décrire l’atome
Nous avons pu classer les phrases proposées en quatre types : L’atome est trop petit pour être vu ou invisible (A) ; L’atome est constitué de particules (B) ; L’atome a une structure et le noyau lui-même a une structure, protons et neutrons (C) ; L’atome est la particule élémentaire de matière (D). Le nombre de A diminue de manière significative après enseignement, en collège et en lycée. Le nombre de B diminue après enseignement au lycée, ce qui peut révéler une confusion entre les mots « atome » et « molécule », levée durant l’enseignement ; comme attendu, ce nombre augmente après enseignement au collège. Le nombre de C augmente de manière significative après enseignement au collège et au lycée. Le nombre de D diminue après enseignement, au collège et de façon plus déterminante au lycée.
Nous avons pu classer les schémas en cinq catégories : des cercles concentriques centrés au noyau ; un cercle englobant noyau et électrons (représentés par des points) ; un cercle englobant des nucléons et des cercles concentriques avec les électrons ; des cercles concentriques contenant des charges (noyau et électrons) ; un cercle (noyau) et plusieurs orbites (électrons). Le dessin correspondant au modèle de Bohr est majoritaire.
4 4. CONCLUSION
Nous avons constaté que le vocabulaire utilisé ne dépend pas de l’âge des élèves et qu’il est influencé par l’enseignement en collège et en lycée, la cohérence entre le texte et le schéma fournis pour la description de l’atome étant meilleure après enseignement. La maîtrise du modèle devrait permettre son utilisation dans la description de la structure de la matière : nous poursuivrons ainsi notre analyse avec une troisième question aux élèves, portant sur l’utilisation du concept d’atome pour décrire la matière et ses propriétés.
BIBLIOGRAPHIE
ALBANÈSE A., VICENTINI M. (1997). Why do we believe that an atom is colourless ? Reflexions about the teaching of the particle model, Science & Education, 6, 251-261.
BREHELIN D., CROS D., SIVADE A. (1994). Images spontanées et induites par l’enseignement du concept “atome” pour les élèves de collèges, Bulletin de l’Union des Physiciens, 88 (763), 711-729.
CARRETTO J. et coll. (1984). Enquête par questionnaires sur quelques vocables d’orientation scientifique, Revue Française de Pédagogie, 68, 61-71.
CHARLET-BREHELIN D. (1999). Contribution à l’enseignement- apprentissage du concept d’atome au collège, Thèse, Université Montpellier 2.
CROS D. et coll. (1984). Atome, acides-bases, équilibre. Quelles idées s’en font les étudiants arrivant à l’université, Revue Française de Pédagogie, 68, 49-60.
ERGUN M. (2002). Étude des conceptions d’élèves de collège et de lycée sur l’atome et la structure de la matière. DEA Environnements Informatiques d’Apprentissages Humains et Didactique de l’Université Joseph Fourier (Grenoble 1), soutenu le 18 juin 2002.
Mustafa ERGUN remercie le Ministère de l’Éducation Nationale Turc pour son aide financière pendant quatre années de recherche dans le cadre de son DEA puis de son Doctorat à l’Université Joseph Fourier de Grenoble Mustafa. Ergun@ujf-grenoble.fr).
