Les travaux de recherche sur l’activité de modélisation

Vue leur importance centrale en chimie, il y a eu beaucoup de recherches sur la nature et l'utilisation des modèles dans le domaine des sciences et de l'éducation. Ce qui fait qu’au cours des dernières années les modèles et la modélisation sont devenus essentielles dans la recherche en chimie (Francoeur, 1997 ; Gilbert, Boulter, Ruthford, 1998 ; Rouse et Morris, 1986). Pourquoi ? « Chemistry is essentially a science of abstractions » (Justi and Gilbert, 2006). Et comme conséquence les chimistes cherchent à représenter les phénomènes qu’ils observent (niveau macroscopique), à expliquer les idées comme des événements (niveau microscopique). Pour cela et en accord avec de nombreux physiciens, épistémologues (Bunge, 1975 ; Wallisser, 1977 ; Bachelard, 1979) et didacticiens (Méheut et al, 1990 et 1994 ; Méheut 96 et 97 ; Larcher et al, 1990 ; Martinand, 1992, Tiberghien, 1994-2005), nous considérons que la modélisation est un processus essentiel du fonctionnement des sciences.

La description ou l’interprétation d’un phénomène en physique nécessite un modèle qui, en général, dépend d’une théorie physique (Bunge, 1975). La notion de modèle n’a pas une définition unique, cette définition varie suivant la discipline scientifique et le terme de modèle est utilisé par de nombreux auteurs avec des contenus forts divers (Johsua et Dupin 1993, p.15). Mais nous pouvons dire que le modèle est peut-être l’intermédiaire entre ce qui est observable (le monde des objets et les événements) et le monde de la théorie que l’on convoque pour donner une interprétation ou une prédiction (figure 11). Des didacticiens ont utilisé différents modèles pour expliquer des phénomènes que les sujets (élèves ou étudiants) ne peuvent pas appréhender dans le savoir scolaire : le modèle particulaire des gaz (Meheut, 1990), le modèle des mondes des objets/événements et de la théorie/modèles (Tiberghien, 1994-2005) (voir figure 11) etc.

Une approche constructiviste largement partagée sur l’apprentissage d’un concept en physique ou en chimie formule l’hypothèse que les élèves apprennent lors d’une activité de modélisation, c’est-à-dire s’ils mettent en relation différents types de connaissances (Tiberghien, 1994a). L’intérêt de cette approche est qu’elle permet aux élèves de mieux comprendre le fonctionnement de la physique et de pouvoir interpréter ou prédire les phénomènes en utilisant un modèle adéquat.

Certains didacticiens utilisent les niveaux microscopique et macroscopique pour catégoriser les conceptions des élèves relatives à un concept ou un phénomène chimique (Ben-Zvi et al., 1990 ; Johnstone, 1993 et 2000). Divers recherches ont été faites sur l’intérêt de l’activité de modélisation et la capacité des élèves de faire le lien entre les niveaux de connaissances en présence d’un simulateur (Beaufils et al., 1987 ; El Bilani, 2007), sur le processus de pensée selon Ohlson et leur lien avec la modélisation (Malkoun, 2007), sur le fonctionnement du savoir du point de vue de la modélisation (Seck, 2007) et sur les connaissances mises en jeu dans un film regardé par les élèves en terme de modélisation (Pekdağ, 2005).