Introduction

Nous nous proposons dans ce chapitre d’étudier les modèles et les systèmes explicatifs des étudiants quand il s’agit de prédire l’évolution d’un système oxydoréducteur.

Plusieurs auteurs se sont penchés sur l’étude des modèles (Harisson & Treagust, 2001 ; Coll & Treagust, 2003) . Harisson & Treagust ont parlé de modèles analogiques dans le cas des molécules, des atomes et des liaisons chimiques pour des élèves du secondaire. Leur recherche a été focalisée sur la manière avec laquelle les élèves interprètent et utilisent les différents modèles analogiques des atomes, des molécules et des liaisons chimiques. Ils se sont aussi intéressés à l’apport de l’usage des modèles analogiques et d’autres différents modèles, systématiquement présentés aux élèves, à la compréhension des concepts et au développement intellectuel .

Coll & Treagust (2003) se sont principalement intéressés aux modèles d’enseignement et les ont décrits comme étant des modèles spécialement construits pour être utilisé par les enseignants afin de faciliter la compréhension des modèles scientifiques . Ces auteurs ont souligné que depuis que les modèles d’enseignement sont conçus pour être appropriés au niveau de compréhension des apprenants, ils sont souvent moins sophistiqués que les modèles scientifiques mais ils jouent un rôle similaire et ont les mêmes caractéristiques.

Les deux fonctions principales des modèles sont leurs rôles descriptif et prédictif, le rôle descriptif étant plus observable que le rôle prédictif. Un modèle descriptif permet de montrer comment une entité apparaît, à quelle autre entité elle ressemble et il permet aussi de montrer comment l’entité se comporte. Tandis qu’un modèle prédictif est utilisé pour effectuer et tester une prédiction, pour résoudre des problèmes intellectuels et aussi pour tester des idées.

L’objectif de Coll & Treagust est d’explorer l’usage que font les étudiants des modèles et particulièrement l’usage de différents modèles d’enseignement de la chimie organique ; ce qui peut mener à une application plus large.

En nous référons à Coll & Treagust (2003) et à Harisson & Treagust (1998) qui parlent de modèle d’enseignement, nous nous intéressons au modèle de Nernst, que nous allons considérer comme un modèle prédictif et mathématique, alors que le modèle des potentiels de référence comme un modèle typique d’enseignement.

En effet le modèle des potentiels de référence est conçu pour être enseigné au niveau du lycée et ne peut être appliqué que dans des conditions bien précises.

La simplicité du modèle des potentiels de référence a fait que les apprenants l’appliquent d’une manière abusive, en dehors de son domaine de validité. Alors que le modèle de Nernst qui permet la prédiction de l’évolution d’un système oxydoréducteur, se trouve constamment substitué par le modèle des potentiels de référence qui ne permet pas de faire la bonne prédiction.

Nous rappelons que dans le cadre de la prévision de l’évolution d’un système oxydoréducteur, nous avons construit un questionnaire et trois situations expérimentales.

Le questionnaire a été construit dans l’objectif de chercher les modèles mobilisés par les apprenants lorsqu’il s’agit de prévoir l’évolution d’un système chimique. Il a été construit dans l’objectif de retrouver des traces de l’enseignement du modèle de Nernst et aussi de se donner une idée sur les différents autres modèles que peuvent mobiliser les apprenants quand il s’agit de prévoir l’évolution d’un système chimique.

L’objectif de l’analyse des copies des étudiants est de répondre aux questions suivantes :

Est ce que les étudiants ont eu un enseignement du modèle de Nernst ?

Quels sont les modèles que mobilisent les étudiants pour prévoir l’évolution d’un système oxydoréducteur ?

Les situations expérimentales ont été construites d’une manière analogue au questionnaire afin de confronter une prédiction, concernant l’évolution d’un système oxydoréducteur, à une observation. Cette confrontation se passe, selon les situations, soit dans le cas d’inversion d’une réaction chimique (situation A1), soit dans le cas d’évolution du système chimique dans le sens contraire de la prévision avec le modèle des potentiels de référence (situation A2), ou bien dans le cas d’évolution du système chimique suite à une perturbation apportée à ce système (situation B).

Concernant l’usage de la confrontation et des conflits, et examinant les principaux types de stratégies pour l’enseignement des sciences, Scott, Asoko, et Driver (1991) ont indiqué que le conflit cognitif est largement utilisé dans l’objectif de promouvoir l’apprentissage des concepts scientifiques. Stavy et Berkovitz (1980) ont identifié l’usage de deux types de conflits :

• le conflit entre les conceptions des étudiants et le fait ou l’événement,
• le conflit entre deux différentes structures cognitives concernant le même événement.

Pour les situations qui nous intéressent, ces deux types de conflits se trouvent simultanés; en effet le milieu est rétroactif à travers les évènements qu’il fournit, il renvoie l’apprenant à revoir ses conceptions quand la rétroaction est négative. Les événements, en désaccord avec la prédiction de l’apprenant, contribuent à créer un conflit entre ses différentes structures cognitives et à faire évoluer ces conceptions.

Aussi l’objectif de ces situations, c’est d’amener l’étudiant à revoir son modèle prédictif qui est dans la plupart du temps le modèle des potentiels de référence. Quand la prédiction n’est pas bonne, c’est alors que peut surgir le conflit entre le modèle des potentiels de référence et le modèle de Nernst.

Pour toutes ces situations expérimentales nous nous attendons à ce que les apprenants prennent en compte des objets et des évènements perceptibles qu’ils traduisent en objets reconstruits. Pour que ces apprenants interprètent l’observation à l’aide d’une réaction, ils doivent mobiliser un modèle. Selon le modèle appliqué les apprenants font appels à différents niveaux et peuvent établir différentes relations entre ces niveaux.

A travers l’étude des niveaux mobilisés par les apprenants, des liens qu’ils font entre ces différents niveaux et des stratégies qu’ils adoptent, nous nous proposons de voir ce qui incite ces apprenants à choisir entre un modèle et un autre lors de la prédiction de l’évolution d’un système oxydoréducteur.

Donc l’objectif de notre analyse est de répondre aux questions :

Quelles connaissances (modèles, systèmes explicatifs, notions diverses…) les apprenants mettent-ils en jeu quand ils rencontrent une réaction chimique dans le sens contraire par rapport à ce qu’ils ont prévu ?

Quelles sont les conditions qui favorisent l’apparition d’un modèle ou d’un autre ?

Est-ce que les connaissances de base telles que la concentration sont-elles utilisées pour interpréter l’évolution d’un système chimique?

Pour répondre à ces questions, l’analyse des situations expérimentales a été conduite d’après la transcription de dialogues. Nous avons transcrit quatre dialogues ; la transcription de ces dialogues est donnée en annexes (Annexes C). Ces dialogues ont été analysés en faisant référence au modèle des deux mondes. Nous considérerons au cours de l’analyse des différentes situations expérimentales pour les quatre binômes, que si ces derniers prennent conscience que la réaction évolue dans un sens contraire à celui prévu alors ils cherchent à traduire l’évolution inattendue du système avec les éléments de la situation, soit en se référant aux observations, soit en réalisant d’autres expérimentations qui ne sont pas demandées dans la tâche…

Nous analysons la réalisation des activités successivement en comparant les résultats avec l’analyse à priori.