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Apprentissage comparé de la notion de réaction chimique en ... - Icar

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1<br />

<strong>Appr<strong>en</strong>tissage</strong> comparé <strong>de</strong> <strong>la</strong> <strong>notion</strong> <strong>de</strong> réaction <strong>chimique</strong> <strong>en</strong> TP ou à l’ai<strong>de</strong> d’une vidéo : rôle<br />

<strong>de</strong>s observations faites par les élèves<br />

Bul<strong>en</strong>t PEKDAG, Jean-François LE MARECHAL 1 ,<br />

UMR GRIC-COAST, Université Lyon-2.<br />

Introduction et questions <strong>de</strong> recherches<br />

L’appr<strong>en</strong>tissage <strong>de</strong> <strong>la</strong> réaction <strong>chimique</strong> passe par <strong>de</strong>s sta<strong>de</strong>s successifs (Solomonidou, 1994) au cours<br />

<strong>de</strong>squels l’élève s’approprie progressivem<strong>en</strong>t différ<strong>en</strong>ts aspects du concept. Un point au moins n’a, à<br />

notre connaissance, pas été étudié dans cet appr<strong>en</strong>tissage, il concerne les argum<strong>en</strong>ts utilisés par les<br />

élèves pour déci<strong>de</strong>r qu’un événem<strong>en</strong>t observé peut s’interpréter par une réaction <strong>chimique</strong>. Ce point<br />

nous a semblé suffisamm<strong>en</strong>t important dans l’évolution <strong>de</strong>s connaissances sur ce concept pour<br />

<strong>en</strong>trepr<strong>en</strong>dre une étu<strong>de</strong> spécifique. En effet, un professeur qui étudie une réaction <strong>chimique</strong> considère<br />

assez facilem<strong>en</strong>t que son objet d’étu<strong>de</strong> est pour tout le mon<strong>de</strong> (et <strong>en</strong> particulier pour ses élèves) une<br />

réaction <strong>chimique</strong>. Nous avons remarqué que ce n’était pas aussi évi<strong>de</strong>nt pour les élèves, <strong>en</strong><br />

particulier <strong>en</strong> c<strong>la</strong>sse <strong>de</strong> Secon<strong>de</strong> et à plus forte raison au collège, et nous avons cherché à compr<strong>en</strong>dre<br />

ce qui permettait aux élèves <strong>de</strong> p<strong>en</strong>ser qu’il <strong>en</strong> était ainsi.<br />

Dans le prés<strong>en</strong>t travail, nous nous préoccupons égalem<strong>en</strong>t <strong>de</strong> <strong>la</strong> situation utilisée pour mettre <strong>en</strong> scène<br />

<strong>la</strong> réaction <strong>chimique</strong>. Quelle différ<strong>en</strong>ce <strong>de</strong> comportem<strong>en</strong>t les élèves ont-ils face à une réaction<br />

<strong>chimique</strong> si celle-ci est l’objet d’une séance <strong>de</strong> travaux pratiques, au cours <strong>de</strong> <strong>la</strong>quelle ils manipul<strong>en</strong>t<br />

eux-mêmes <strong>la</strong> verrerie et les produits <strong>chimique</strong>s ou si, lors d’une séance hors <strong>la</strong>boratoire, <strong>la</strong> réaction<br />

<strong>chimique</strong> est seulem<strong>en</strong>t montrée au moy<strong>en</strong> d’une vidéo ?<br />

Cadre théorique<br />

Les argum<strong>en</strong>ts utilisés par les élèves pour déci<strong>de</strong>r si un événem<strong>en</strong>t est ou non une réaction <strong>chimique</strong><br />

ont été catégorisés <strong>en</strong> adaptant <strong>de</strong>s travaux effectués <strong>en</strong> didactique <strong>de</strong> <strong>la</strong> physique (Tiberghi<strong>en</strong>, 1994).<br />

Tiberghi<strong>en</strong> catégorise le fonctionnem<strong>en</strong>t <strong>de</strong>s élèves <strong>en</strong> analysant leur activité <strong>de</strong> modélisation. Pour<br />

ce<strong>la</strong>, elle distingue un niveau d’objets et d’événem<strong>en</strong>ts d’une part, et un niveau <strong>de</strong> théories et <strong>de</strong><br />

modèles d’autre part, puis situe les productions <strong>de</strong>s élèves dans l'un ou l'autre <strong>de</strong> ces niveaux ou <strong>en</strong><br />

termes <strong>de</strong> li<strong>en</strong>s <strong>en</strong>tre ces <strong>de</strong>ux niveaux.<br />

Pour traiter <strong>de</strong>s problèmes relevant <strong>de</strong> <strong>la</strong> chimie, <strong>de</strong>ux adaptations <strong>de</strong> ce cadre ont été faites (Le<br />

Maréchal, 1999a) :<br />

a) Nous subdivisons le niveau <strong>de</strong>s objets et <strong>de</strong>s événem<strong>en</strong>ts <strong>de</strong> Tiberghi<strong>en</strong> <strong>en</strong> trois sous-domaines, le<br />

sous-domaine (O) <strong>de</strong>s objets, celui (E) <strong>de</strong>s événem<strong>en</strong>ts et celui (P) <strong>de</strong>s propriétés <strong>de</strong> ces objets ou<br />

<strong>de</strong> ces événem<strong>en</strong>ts, pour autant que (O), (E) ou (P) soi<strong>en</strong>t perceptibles. Ces trois sous-domaines<br />

font partie du mon<strong>de</strong> que nous appelons mon<strong>de</strong> perceptible. Par exemple : un échantillon <strong>de</strong><br />

p<strong>en</strong>tanol (O), le fait que le cont<strong>en</strong>u d’un tube à essais change d’aspect (E), le fait que le sulfate <strong>de</strong><br />

cuivre hydraté soit bleu (P). Comme pour le modèle <strong>de</strong> Tiberghi<strong>en</strong>, un niveau <strong>de</strong> théorie et <strong>de</strong><br />

modèle s’oppose à ce niveau d’objets, d’événem<strong>en</strong>ts et <strong>de</strong> propriétés perceptibles.<br />

b) Nous décidons d’appeler mon<strong>de</strong> reconstruit, un mon<strong>de</strong> constitué <strong>de</strong>s objets conceptuels, appelés<br />

ici objets reconstruits (o), que le chimiste manipule (molécule <strong>de</strong> p<strong>en</strong>tanol, espèce <strong>chimique</strong> 2<br />

p<strong>en</strong>tanol, l’eau cont<strong>en</strong>ue dans un mé<strong>la</strong>nge homogène d’eau et d’alcool). De tels objets peuv<strong>en</strong>t<br />

subir <strong>de</strong>s événem<strong>en</strong>ts (é) que nous appelons événem<strong>en</strong>t reconstruit (par exemple <strong>de</strong>s réactions<br />

<strong>chimique</strong>s 3 ). Ces objets et ces événem<strong>en</strong>ts ont <strong>de</strong>s propriétés (p), comme le fait que l’aci<strong>de</strong><br />

éthanoïque puisse libérer <strong>de</strong>s ions H + par exemple. Un niveau <strong>de</strong> théorie et <strong>de</strong> modèle concerne<br />

1<br />

jflm@<strong>en</strong>s-lyon.fr<br />

2<br />

L’espèce <strong>chimique</strong> p<strong>en</strong>tanol est par définition un échantillon qui ne serait constitué que <strong>de</strong> molécules <strong>de</strong> p<strong>en</strong>tanol : C<strong>la</strong>vel-<br />

Monin et al. Physique chimie 2<strong>de</strong>, Hatier, 2000 p.12. Les chimistes distingu<strong>en</strong>t l’espèce <strong>chimique</strong> p<strong>en</strong>tanol (objet<br />

conceptuel) <strong>de</strong> l’échantillon p<strong>en</strong>tanol (objet concret). « Espèce <strong>chimique</strong> » est le terme utilisé dans les programmes sco<strong>la</strong>ires<br />

pour désigner génériquem<strong>en</strong>t corps composés et corps simples.<br />

3<br />

Les programmes applicables <strong>en</strong> Secon<strong>de</strong> à <strong>la</strong> r<strong>en</strong>trée 2000 s’attach<strong>en</strong>t à différ<strong>en</strong>cier une transformation <strong>chimique</strong> (ex. le jus<br />

<strong>de</strong> raisin qui ferm<strong>en</strong>te), qui est pour nous un événem<strong>en</strong>t perceptible (on voit <strong>de</strong>s bulles, ça s<strong>en</strong>t l’alcool, ça a un nouveau<br />

goût), d’une réaction <strong>chimique</strong> (ex. le glucose qui <strong>de</strong>vi<strong>en</strong>t <strong>de</strong> l’éthanol et du dioxy<strong>de</strong> <strong>de</strong> carbone lors <strong>de</strong> <strong>la</strong> ferm<strong>en</strong>tation).


2<br />

égalem<strong>en</strong>t ce mon<strong>de</strong> reconstruit. Ainsi, nous distinguons un peu formellem<strong>en</strong>t les théories qui<br />

gèr<strong>en</strong>t <strong>de</strong>s objets perceptibles <strong>de</strong> celle qui concerne <strong>de</strong>s objets reconstruits 4 .<br />

Ce<strong>la</strong> peut se schématiser avec le schéma.1.<br />

théories + modèles<br />

théories + modèles<br />

(O) (E) (P) (o) (é) (p)<br />

mon<strong>de</strong> perceptible mon<strong>de</strong> reconstruit<br />

schéma.1. Représ<strong>en</strong>tation schématique <strong>de</strong>s catégories issues du cadre théorique.<br />

Le prés<strong>en</strong>t travail, situé au niveau <strong>de</strong>s c<strong>la</strong>sses <strong>de</strong> Troisième et <strong>de</strong> Secon<strong>de</strong> n’utilise pas <strong>de</strong> niveau<br />

théorique et l’activité <strong>de</strong> l’élève que nous allons décrire va se limiter aux sous-domaines (O), (E), (P)<br />

et (o), (é), (p).<br />

Nous analyserons donc l’activité <strong>de</strong>s élèves à l’ai<strong>de</strong> <strong>de</strong> <strong>de</strong>ux mon<strong>de</strong>s, l’un perceptible et l’autre<br />

reconstruit, structurés <strong>de</strong> façon i<strong>de</strong>ntique <strong>en</strong> sous-domaines <strong>de</strong>s objets, <strong>de</strong>s événem<strong>en</strong>ts et <strong>de</strong>s<br />

propriétés. Par rapport à d’autres travaux <strong>en</strong> didactique <strong>de</strong> <strong>la</strong> chimie (Johnstone, 1993 ; Laugier,<br />

2000), nous ne cherchons pas à opposer le mon<strong>de</strong> microscopique et microscopique puisque, dans le<br />

niveau reconstruit, on trouve aussi bi<strong>en</strong> les niveaux microscopique (atomes, ions, molécules) que<br />

macroscopique (composés <strong>chimique</strong>s).<br />

Avec ce cadre théorique, les produits <strong>chimique</strong>s ont <strong>de</strong>ux statuts possibles, soit comme objets<br />

perceptibles (quand ils sont les objets manipulés) soit comme objets reconstruits quand ils ne sont pas<br />

perceptibles. Ainsi, quand un élève parle <strong>de</strong> l’eau cont<strong>en</strong>ue dans un mé<strong>la</strong>nge, l’eau n’est pas<br />

perceptible. C’est un objet reconstruit. A l’opposé, quand il parle <strong>de</strong> l’aci<strong>de</strong> qui est dans le tube, ou<br />

sur lequel un test est effectué, il s’agit bi<strong>en</strong> évi<strong>de</strong>mm<strong>en</strong>t d’un objet perceptible. Il y a <strong>de</strong>s cas où le<br />

contexte ne permet pas <strong>de</strong> déterminer si l’élève fait allusion à l’objet perceptible ou à l’objet<br />

reconstruit. Cette possible double appart<strong>en</strong>ance du produit <strong>chimique</strong> aux <strong>de</strong>ux mon<strong>de</strong>s constitue un<br />

li<strong>en</strong> privilégié pour que l’élève mette <strong>en</strong> re<strong>la</strong>tion les <strong>de</strong>ux mon<strong>de</strong>s.<br />

Méthodologie<br />

Nous avons cherché à analyser les argum<strong>en</strong>ts utilisés par les élèves à propos d’une réaction<br />

d’estérification pour situer leur interprétation re<strong>la</strong>tive aux réactions <strong>chimique</strong>s <strong>en</strong> les catégorisant soit<br />

dans le mon<strong>de</strong> perceptible soit dans le mon<strong>de</strong> reconstruit et <strong>en</strong> repérant les li<strong>en</strong>s qu'ils établiss<strong>en</strong>t<br />

<strong>en</strong>tre les catégories utilisées.<br />

Nous avons développé une méthodologie autour <strong>de</strong> <strong>de</strong>ux étu<strong>de</strong>s <strong>de</strong> cas.<br />

1) La première concerne une étu<strong>de</strong> hors c<strong>la</strong>sse <strong>de</strong> huit élèves <strong>de</strong> fin <strong>de</strong> Troisième appart<strong>en</strong>ant à <strong>de</strong>ux<br />

collèges différ<strong>en</strong>ts <strong>de</strong> <strong>la</strong> région lyonnaise. Lors <strong>de</strong> notre étu<strong>de</strong>, les élèves ont travaillé à partir <strong>de</strong><br />

<strong>la</strong> vidéo, réalisée par nous-mêmes, d’une réaction d’estérification <strong>de</strong> l’aci<strong>de</strong> éthanoïque 5 avec le<br />

p<strong>en</strong>tanol. Les élèves pouvai<strong>en</strong>t voir et revoir à leur conv<strong>en</strong>ance un film d’une durée <strong>de</strong> 1 min. 43 s<br />

alors qu’ils <strong>de</strong>vai<strong>en</strong>t débattre 6 , par binôme, sur six questions soumises par écrit. Ces élèves<br />

n’avai<strong>en</strong>t pas eu d’<strong>en</strong>seignem<strong>en</strong>t spécifique aux espèces <strong>chimique</strong>s. Ils étai<strong>en</strong>t <strong>en</strong>registrés (audio)<br />

p<strong>en</strong>dant toute <strong>la</strong> séance.<br />

2) La secon<strong>de</strong> concerne une étu<strong>de</strong> <strong>en</strong> c<strong>la</strong>sse <strong>de</strong> TP <strong>en</strong> Secon<strong>de</strong> égalem<strong>en</strong>t basée sur <strong>la</strong> synthèse <strong>de</strong><br />

l’éthanoate <strong>de</strong> p<strong>en</strong>tyle (nouveaux programmes, <strong>en</strong> vigueur <strong>en</strong> septembre 2000). Trois c<strong>la</strong>sses <strong>de</strong><br />

trois lycées différ<strong>en</strong>ts (notés La, Lf et Lc) ont été suivies p<strong>en</strong>dant l’étu<strong>de</strong> <strong>de</strong> <strong>la</strong> réaction <strong>chimique</strong>,<br />

4<br />

La chaleur Q apportée à un échantillon d’eau est un concept d’une théorie re<strong>la</strong>tive à (O) et (E) et <strong>la</strong> vibration <strong>de</strong>s liaisons<br />

O–H est un concept d’une théorie re<strong>la</strong>tive à (o) et (é). La chaleur et les vibrations molécu<strong>la</strong>ires sont intimem<strong>en</strong>t liées, mais<br />

modélis<strong>en</strong>t <strong>de</strong>s événem<strong>en</strong>ts <strong>de</strong> différ<strong>en</strong>tes natures.<br />

5<br />

Ce que l’on donnait aux élèves sous le nom <strong>de</strong> « Aci<strong>de</strong> » était <strong>en</strong> fait un mé<strong>la</strong>nge d’aci<strong>de</strong> éthanoïque et d’aci<strong>de</strong> sulfurique,<br />

ce <strong>de</strong>rnier étant le catalyseur <strong>de</strong> <strong>la</strong> réaction. Ce niveau <strong>de</strong> précision n’a pas été indiqué aux élèves.<br />

6<br />

Le débat, non limité dans le temps, a duré <strong>en</strong>tre 15 et 20 minutes.


3<br />

ce qui correspond au quatrième TP <strong>de</strong> chimie <strong>de</strong> l’année. Il s’est trouvé qu’une <strong>de</strong> ces trois c<strong>la</strong>sses<br />

était une bonne c<strong>la</strong>sse. Les TP avai<strong>en</strong>t été é<strong>la</strong>borés <strong>en</strong> col<strong>la</strong>boration avec les trois <strong>en</strong>seignants et<br />

testés l’année précé<strong>de</strong>nte.<br />

a) Un binôme d’élèves a été <strong>en</strong>registré et filmé p<strong>en</strong>dant ce TP.<br />

b) La totalité (soit 42) <strong>de</strong>s comptes r<strong>en</strong>dus <strong>de</strong> TP <strong>de</strong>s élèves <strong>de</strong>s trois c<strong>la</strong>sses a été relevée.<br />

Le choix <strong>de</strong> l’estérification comme base <strong>de</strong> l’expéri<strong>en</strong>ce fut influ<strong>en</strong>cé par les contraintes<br />

pédagogiques <strong>de</strong>s programmes <strong>de</strong> Secon<strong>de</strong>, puisque l’expérim<strong>en</strong>tation <strong>de</strong>vait pouvoir être m<strong>en</strong>ée <strong>en</strong><br />

c<strong>la</strong>sse, à ce niveau. Nous avons par ailleurs m<strong>en</strong>é l'étu<strong>de</strong> d'une part <strong>en</strong> situation <strong>de</strong> TP, d'autre part <strong>en</strong><br />

situation d'observation d'une ban<strong>de</strong> vidéo.<br />

En TP, les élèves étai<strong>en</strong>t invités par le protocole à constater trois effets directs <strong>de</strong> <strong>la</strong> modification du<br />

système <strong>chimique</strong> : le passage d’un état homogène à un état hétérogène, <strong>la</strong> prés<strong>en</strong>ce d’eau <strong>en</strong> fin <strong>de</strong><br />

réaction alors qu’elle avait été testée comme abs<strong>en</strong>te au début et, <strong>en</strong>fin, le changem<strong>en</strong>t d’o<strong>de</strong>ur<br />

marqué du système 7 .<br />

Cette même expéri<strong>en</strong>ce a été adaptée et filmée <strong>en</strong> vue <strong>de</strong> sa prés<strong>en</strong>tation <strong>en</strong> vidéo. Mais dans ce cas,<br />

seul le test <strong>de</strong> l’abs<strong>en</strong>ce puis <strong>de</strong> <strong>la</strong> prés<strong>en</strong>ce d’eau a été utilisé.<br />

Dans cette expéri<strong>en</strong>ce <strong>de</strong>ux réactions <strong>chimique</strong>s sont <strong>en</strong> jeu, l’estérification et le test au sulfate <strong>de</strong><br />

cuivre quand il est positif.<br />

Pour l'une (test au sulfate <strong>de</strong> cuivre) seul un changem<strong>en</strong>t <strong>de</strong> couleur indique au chimiste <strong>la</strong> prés<strong>en</strong>ce<br />

d’une réaction <strong>chimique</strong>. Cette observation est c<strong>la</strong>ssée comme événem<strong>en</strong>t du mon<strong>de</strong> perceptible.<br />

Pour l'autre réaction (l’estérification), les argum<strong>en</strong>ts, utilisables a priori pour affirmer qu’il s’agit<br />

effectivem<strong>en</strong>t d’une réaction <strong>chimique</strong>, peuv<strong>en</strong>t être <strong>de</strong> différ<strong>en</strong>tes natures :<br />

- La prés<strong>en</strong>ce d’eau au sein d’un mé<strong>la</strong>nge dont les constituants ont été testés initialem<strong>en</strong>t comme ne<br />

compr<strong>en</strong>ant pas d’eau. Cet argum<strong>en</strong>t apparti<strong>en</strong>t au mon<strong>de</strong> reconstruit et est utilisable aussi bi<strong>en</strong> à<br />

partir <strong>de</strong> <strong>la</strong> vidéo qu'<strong>en</strong> situation <strong>de</strong> TP.<br />

- Le passage du système d'un état homogène à un état hétérogène et le changem<strong>en</strong>t <strong>de</strong> l'o<strong>de</strong>ur. Ces<br />

argum<strong>en</strong>ts s'inscriv<strong>en</strong>t dans le mon<strong>de</strong> perceptible (catégorie propriété perceptible) et ne peuv<strong>en</strong>t être<br />

utilisés qu'<strong>en</strong> situation <strong>de</strong> TP.<br />

Un autre argum<strong>en</strong>t (incorrect) était supposé apparaître : le chauffage du mé<strong>la</strong>nge, argum<strong>en</strong>t catégorisé<br />

comme événem<strong>en</strong>t perceptible<br />

Résultats et discussion<br />

1) Première étu<strong>de</strong> <strong>de</strong> cas : analyse du travail hors c<strong>la</strong>sse avec vidéo.<br />

L’analyse <strong>de</strong>s transcriptions <strong>de</strong>s élèves ayant travaillé avec <strong>la</strong> vidéo a montré que les élèves utilis<strong>en</strong>t<br />

trois types d’argum<strong>en</strong>ts :<br />

En gran<strong>de</strong> majorité, on trouve <strong>de</strong>s argum<strong>en</strong>ts du type "événem<strong>en</strong>t perceptible" : le changem<strong>en</strong>t <strong>de</strong><br />

couleur (3 fois), l’abs<strong>en</strong>ce <strong>de</strong> changem<strong>en</strong>t <strong>de</strong> couleur (5 fois), le chauffage (4 fois).<br />

Par quatre fois, les élèves ont utilisé un argum<strong>en</strong>t <strong>de</strong> type "propriété perceptible":<br />

C’est homogène donc il n’y a pas <strong>de</strong> réaction (1 fois) :<br />

J : ça fait aucune réaction<br />

S : si<br />

J : c’est truc homogène<br />

S : si si / c’est une réaction<br />

C’est bleu donc il y a réaction (3 fois), que l’on pourrait associer au changem<strong>en</strong>t <strong>de</strong> couleur :<br />

A : réaction <strong>chimique</strong> y <strong>en</strong> a une / là au bleu<br />

Nous avons observé par trois fois qu’un élève pr<strong>en</strong>ait comme argum<strong>en</strong>t une "propriété<br />

reconstruite" :<br />

La (prét<strong>en</strong>due) irréversibilité d’une réaction <strong>chimique</strong> :<br />

7<br />

De l’o<strong>de</strong>ur âcre <strong>de</strong> vinaigre due à l’aci<strong>de</strong> éthanoïque, on passe à une o<strong>de</strong>ur <strong>de</strong> bonbon ang<strong>la</strong>is <strong>de</strong> l’ester.


4<br />

C : une réaction <strong>chimique</strong> c’est c’est quelque chose qui est irréversible 8<br />

Le fait qu’une réaction doive produire quelque chose :<br />

L : parce que celle là elle [<strong>la</strong> réaction <strong>chimique</strong>] donne ri<strong>en</strong><br />

Une propriété <strong>de</strong>s objets reconstruits :<br />

Ch : je crois quand il y a <strong>de</strong> l’eau / c’est pas impossible c’est mé<strong>la</strong>nge par exemple dans<br />

l’alcool / y a <strong>de</strong> y a <strong>de</strong> l’oxygène par exemple / dans le dans le l’aci<strong>de</strong> il y a l’hydrogène 9 /<br />

quand ça se mé<strong>la</strong>nge / ça fait <strong>de</strong> l’eau…<br />

Un argum<strong>en</strong>t issu du mon<strong>de</strong> perceptible (ici changem<strong>en</strong>t <strong>de</strong> couleur, exist<strong>en</strong>ce d’un chauffage, ailleurs<br />

ce pourrait être <strong>la</strong> formation d’un précipité, une effervesc<strong>en</strong>ce…) semble donc plus pertin<strong>en</strong>t qu’un<br />

argum<strong>en</strong>t issu du mon<strong>de</strong> reconstruit (<strong>la</strong> formation d’une nouvelle espèce <strong>chimique</strong>) pour <strong>de</strong>s élèves <strong>de</strong><br />

fin <strong>de</strong> Troisième.<br />

Ce<strong>la</strong> apparaît égalem<strong>en</strong>t à d’autres occasions dans notre corpus <strong>de</strong> données, avec parfois <strong>de</strong>s effets<br />

pervers. Ainsi alors que les élèves avai<strong>en</strong>t tout <strong>en</strong> main pour conclure à <strong>la</strong> prés<strong>en</strong>ce d’une réaction<br />

<strong>chimique</strong> avec l'argum<strong>en</strong>t <strong>de</strong> <strong>la</strong> prés<strong>en</strong>ce d’eau, cet argum<strong>en</strong>t, inscrit dans le mon<strong>de</strong> reconstruit, s'est<br />

retourné <strong>en</strong> une conclusion dans le mon<strong>de</strong> perceptible : « <strong>de</strong> l’aci<strong>de</strong> et <strong>de</strong> l’alcool ça fait <strong>de</strong> l’eau<br />

c’est pas normal ». De l’aci<strong>de</strong> et <strong>de</strong> l’alcool ça fait <strong>de</strong> l’eau est un événem<strong>en</strong>t reconstruit qui suffit à<br />

tout chimiste pour conclure qu’il y a eu une réaction <strong>chimique</strong> ; mais pour les élèves, l'événem<strong>en</strong>t<br />

n'est pas normal (c’est un événem<strong>en</strong>t pas normal pour nos observations quotidi<strong>en</strong>nes).<br />

Ce type d’observation nous a am<strong>en</strong>és à affiner notre analyse et à considérer que le mé<strong>la</strong>nge <strong>de</strong>s <strong>de</strong>ux<br />

réactifs était un objet perceptible qui correspond à <strong>de</strong>ux objets reconstruits : le mé<strong>la</strong>nge avant<br />

chauffage et le mé<strong>la</strong>nge après chauffage. C’est une difficulté pour les élèves quand ils ne peuv<strong>en</strong>t pas<br />

transposer une structure du mon<strong>de</strong> perceptible dans le mon<strong>de</strong> reconstruit, ce qui est le cas ici<br />

puisqu’un objet perceptible ne correspond pas à un mais à <strong>de</strong>ux objets reconstruits (Le Maréchal,<br />

1999b).<br />

2) Deuxième étu<strong>de</strong> <strong>de</strong> cas : analyse du TP :<br />

a) L’étu<strong>de</strong> d'un binôme dont <strong>la</strong> production a été complètem<strong>en</strong>t suivie p<strong>en</strong>dant un TP a montré que <strong>la</strong><br />

transformation <strong>chimique</strong> est pour eux :<br />

Avant tout un changem<strong>en</strong>t propriété perceptible : « faire passer une espèce <strong>chimique</strong> homogène<br />

<strong>en</strong> une espèce <strong>chimique</strong> hétérogène ».<br />

Ce changem<strong>en</strong>t s’accompagne d’un moy<strong>en</strong> « … <strong>en</strong> chauffant » qui est un événem<strong>en</strong>t perceptible.<br />

Enfin, <strong>la</strong> transformation résulte d’un mécanisme : « le mé<strong>la</strong>nge / est <strong>de</strong>v<strong>en</strong>u hétérogène grâce à<br />

l'eau qui est app[arue] qui s'est (…) con<strong>de</strong>nsée dans <strong>la</strong> / dans <strong>la</strong> colonne <strong>de</strong> Vigreux [à partir <strong>de</strong><br />

<strong>la</strong> ‘fumée’ que les élèves ont vue p<strong>en</strong>dant <strong>la</strong> réaction] ». Ce mécanisme est exprimé <strong>en</strong> termes<br />

d’objets et d’événem<strong>en</strong>ts perceptibles.<br />

Ainsi, bi<strong>en</strong> que p<strong>en</strong>dant le TP, il apparaisse c<strong>la</strong>irem<strong>en</strong>t que ce binôme d’élèves pr<strong>en</strong>d consci<strong>en</strong>ce que<br />

<strong>de</strong> l’eau est formée, que cette eau est détectée par un test <strong>chimique</strong> 10 , <strong>la</strong> réaction <strong>chimique</strong> est, pour<br />

eux, basée sur l’aspect purem<strong>en</strong>t perceptible <strong>de</strong> l’expéri<strong>en</strong>ce et non sur son aspect reconstruit.<br />

b) Analyse <strong>de</strong>s comptes r<strong>en</strong>dus <strong>de</strong> TP<br />

Nous nous limitons ici à prés<strong>en</strong>ter <strong>de</strong> l’analyse <strong>de</strong> <strong>la</strong> partie <strong>de</strong>s comptes r<strong>en</strong>dus <strong>en</strong> rapport avec nos<br />

questions <strong>de</strong> recherche.<br />

Question c.2 : Comm<strong>en</strong>t peut-on <strong>en</strong> être sûr ?<br />

8<br />

C’est inexact, mais ce critère est souv<strong>en</strong>t donné à tord par les professeurs <strong>de</strong> collège pour différ<strong>en</strong>cier les transformations<br />

physiques (solidification / fusion) qui sont « réversibles » et les transformations <strong>chimique</strong>s qui ne le serai<strong>en</strong>t pas !<br />

9<br />

C’est une propriété reconstruite <strong>de</strong> l’espèce <strong>chimique</strong> « aci<strong>de</strong> » <strong>de</strong> possé<strong>de</strong>r un hydrogène.<br />

10<br />

Comme nous l’avons précisé précé<strong>de</strong>mm<strong>en</strong>t, <strong>de</strong> l’eau au sein d’un mé<strong>la</strong>nge est, dans notre métho<strong>de</strong> <strong>de</strong> catégorisation, un<br />

objet reconstruit car l’eau n’est pas vue, elle est seulem<strong>en</strong>t mise <strong>en</strong> évi<strong>de</strong>nce.


5<br />

On <strong>de</strong>mandait aux élèves comm<strong>en</strong>t ils pouvai<strong>en</strong>t être sûrs d’avoir effectivem<strong>en</strong>t utilisé <strong>de</strong> l’aci<strong>de</strong> et <strong>de</strong><br />

l’alcool pour effectuer leur expéri<strong>en</strong>ce. Les résultats sont rassemblés dans le tableau suivant 11 montre<br />

que dans 70% <strong>de</strong>s cas, les élèves font appel au mon<strong>de</strong> perceptible pour quand on leur <strong>de</strong>man<strong>de</strong><br />

comm<strong>en</strong>t il i<strong>de</strong>ntifie les échantillons qu’ils utilis<strong>en</strong>t dans leur expéri<strong>en</strong>ce. On remarque que 20 <strong>de</strong>s<br />

30% restant utilise une réponse conjoncturelle puisqu’il s’agit <strong>de</strong> <strong>la</strong> chromatographie, utilisée dans <strong>la</strong><br />

séance <strong>de</strong> TP précé<strong>de</strong>nte. Cette réponse n’avait pas été prévue lors <strong>de</strong> notre analyse a priori.<br />

La (N=18) 12 Lf (N=10 ) Lc (N=14)<br />

mon<strong>de</strong> perceptible 14<br />

8 (O), 1 (E) et 5 (P)<br />

9<br />

3 (E), 6 (P)<br />

10<br />

4 (O), 4 (E), 1 (P),<br />

1 [(E),(P)]<br />

mon<strong>de</strong> reconstruit 2<br />

3<br />

re<strong>la</strong>tions <strong>en</strong>tre les <strong>de</strong>ux<br />

mon<strong>de</strong>s<br />

fusion <strong>de</strong> niveaux 13 1<br />

2 (p)<br />

5 [(E),(é)]<br />

chromatographie, test<br />

pH<br />

1 (o), 2 (p)<br />

4 [(E),(é)]<br />

chromatographie, test<br />

pH<br />

Exemple 14 <strong>de</strong> productions d’élèves suivant les catégories :<br />

(O) : AR a<br />

15<br />

: « <strong>en</strong> regardant sur les boîtes ».<br />

(E) : LD a : « car on a fait nous même ce mé<strong>la</strong>nge ». E : JP F : « car on les a i<strong>de</strong>ntifiés au départ ».<br />

(P) : NM a : « le mé<strong>la</strong>nge qui était homogène ». P : JA F : « grâce à l’o<strong>de</strong>ur et à l’appar<strong>en</strong>ce ».<br />

[(E),(P)] : SS c : « puisqu’on a versé le mé<strong>la</strong>nge homogène cont<strong>en</strong>ant l’aci<strong>de</strong> + l’alcool ».<br />

(p) : CP c : « car on a testé que ces <strong>de</strong>ux espèces <strong>chimique</strong>s ne cont<strong>en</strong>ai<strong>en</strong>t pas d’eau ».<br />

<br />

Question c.3 : Que peut-on dire <strong>de</strong>s espèces <strong>chimique</strong>s dans le tube après qu’il a été chauffé puis<br />

refroidi ?<br />

La (N=18) 16 Lf (N=10 ) Lc (N=14)<br />

mon<strong>de</strong> perceptible 2<br />

2 (P)<br />

10<br />

6 (O), 4 (P)<br />

mon<strong>de</strong> reconstruit 14<br />

13 (o), 1 (é)<br />

8<br />

8 (o)<br />

5<br />

2 (o), 1 (é), 2 (p)<br />

re<strong>la</strong>tions <strong>en</strong>tre les <strong>de</strong>ux<br />

mon<strong>de</strong>s<br />

1<br />

1 [(O),(o)]<br />

Sur 40 réponses, on <strong>en</strong> a 30 (75%) qui utilis<strong>en</strong>t les objets ((o) ou (O) ou [(O),(o)]).<br />

Par exemple : (O) : NY c : « il y a <strong>de</strong>ux phases ».<br />

(o) : LR a : « l’eau est une <strong>de</strong>s espèces <strong>chimique</strong>s prés<strong>en</strong>tes dans le tube ».<br />

[(O),(o)] : VK c : « il y a toujours les <strong>de</strong>ux mêmes espèces <strong>chimique</strong>s (o) mais <strong>de</strong>ux phases (O) ».<br />

11<br />

Dans tous les tableaux <strong>de</strong> résultats, les co<strong>de</strong>s suivants sont utilisés : (O) = objet perceptible, (E) = événem<strong>en</strong>t perceptible,<br />

(P) = propriété d’un objet ou d’un événem<strong>en</strong>t perceptible, (o) = objet reconstruit, (é) = événem<strong>en</strong>t reconstruit, (p) = propriété<br />

d’un objet ou d’un événem<strong>en</strong>t reconstruit. On note <strong>en</strong>tre crochets les re<strong>la</strong>tions <strong>en</strong>tre <strong>de</strong>ux sous domaines, par exemple [(E),<br />

(P)] signifie une re<strong>la</strong>tion <strong>en</strong>tre un événem<strong>en</strong>t perceptible et une propriété perceptible. On utilise <strong>la</strong> notation [(M),(m)] quand<br />

<strong>la</strong> re<strong>la</strong>tion <strong>en</strong>tre les <strong>de</strong>ux mon<strong>de</strong>s fait interv<strong>en</strong>ir plus <strong>de</strong> <strong>de</strong>ux sous-domaines.<br />

12<br />

N est le nombre <strong>de</strong> comptes r<strong>en</strong>dus récupérés, qui correspond approximativem<strong>en</strong>t à <strong>la</strong> moitié du nombre d’élèves <strong>de</strong> <strong>la</strong><br />

c<strong>la</strong>sse, les élèves travail<strong>la</strong>nt <strong>en</strong> binôme et ne remplissant qu’un compte r<strong>en</strong>du pour <strong>de</strong>ux. Les nombres dans le tableau<br />

correspon<strong>de</strong>nt aux nombres d’occurr<strong>en</strong>ces <strong>de</strong> chaque catégorie repérée dans le compte r<strong>en</strong>du. Il peut dépasser le nombre <strong>de</strong><br />

comptes r<strong>en</strong>dus, car <strong>la</strong> réponse d’un élève peut fournir <strong>de</strong>s informations qui apparti<strong>en</strong>n<strong>en</strong>t à plusieurs catégories.<br />

13<br />

Nous analysons comme fusion <strong>de</strong> niveaux <strong>la</strong> réponse : « l’aci<strong>de</strong> a brûlé les molécules d’alcool » pour <strong>la</strong>quelle il est donné à<br />

un objet reconstruit (les molécules d’alcool) une propriété (pouvoir brûler) qui n’est définie que pour <strong>de</strong>s objets perceptibles.<br />

14<br />

(O) : AR a signifie qu’il s’agit d’un exemple trouvé sur le compte r<strong>en</strong>du <strong>de</strong>s élèves A et R du lycée Aragon.<br />

15<br />

On note AR a le binôme AR du lycée La.<br />

16<br />

N est le nombre <strong>de</strong> comptes r<strong>en</strong>dus récupérés, qui correspond approximativem<strong>en</strong>t à <strong>la</strong> moitié du nombre d’élèves <strong>de</strong> <strong>la</strong><br />

c<strong>la</strong>sse, les élèves travail<strong>la</strong>nt <strong>en</strong> binôme et ne remplissant qu’un compte r<strong>en</strong>du pour <strong>de</strong>ux. Les nombres dans le tableau<br />

correspon<strong>de</strong>nt aux nombres d’occurr<strong>en</strong>ces <strong>de</strong> chaque catégorie repérée dans le compte r<strong>en</strong>du. Il peut dépasser le nombre <strong>de</strong><br />

comptes r<strong>en</strong>dus, car <strong>la</strong> réponse d’un élève peut fournir <strong>de</strong>s informations qui apparti<strong>en</strong>n<strong>en</strong>t à plusieurs catégories.


6<br />

Question c.4 ; Comm<strong>en</strong>t peut-on expliquer ce<strong>la</strong> ?<br />

La (N=18) 17 Lf (N=10 ) Lc (N=14)<br />

mon<strong>de</strong> perceptible 3<br />

2 (E), 1 (P)<br />

3<br />

1 (E), 2 (P)<br />

8<br />

5 (E), 3 [(O),(E)]<br />

mon<strong>de</strong> reconstruit 18<br />

2 (o), 12 (é), 4 (p)<br />

7<br />

1 (o), 3 (é), 2 (p),<br />

10<br />

4 (o), 2 (é), 3 (p),<br />

re<strong>la</strong>tions <strong>en</strong>tre les <strong>de</strong>ux<br />

mon<strong>de</strong>s<br />

6<br />

3 [(E),(é)], 1[(P),(p)],<br />

1[(M),(m)], 1 [(P),(o)]<br />

1 [(o),(é)]<br />

8<br />

6 [(E),(é)], 1 [(M),(m)]<br />

1 [(P),(é)]<br />

1 [(o),(p)]<br />

7<br />

4 [(E),(é)], 1 [(M),(m)],<br />

1 [(E),(o)], 1 [(P),(p)]<br />

On constate que sur les 70 réponses, 14 (20%) se situ<strong>en</strong>t dans le mon<strong>de</strong> perceptible, 35 (50%) dans le<br />

mon<strong>de</strong> reconstruit et 21 (30%) établiss<strong>en</strong>t une re<strong>la</strong>tion <strong>en</strong>tre les <strong>de</strong>ux mon<strong>de</strong>s. Bi<strong>en</strong> que <strong>la</strong> « bonne »<br />

c<strong>la</strong>sse utilise à elle seule le mon<strong>de</strong> reconstruit plus que les <strong>de</strong>ux autres c<strong>la</strong>sses réunies, tous les types<br />

<strong>de</strong> réponses apparaiss<strong>en</strong>t dans les trois c<strong>la</strong>sses.<br />

Exemples :<br />

[(E),(é)] : TV C : « lorsque l’on chauffe, on obti<strong>en</strong>t <strong>de</strong> <strong>la</strong> vapeur d’eau ». On doit effectivem<strong>en</strong>t<br />

catégoriser une telle production [(E),(é)] car l’élève chauffe un mé<strong>la</strong>nge d’alcool et d’aci<strong>de</strong>, ce qui<br />

est un événem<strong>en</strong>t perceptible (E), concernant les objets perceptibles que sont les liqui<strong>de</strong>s i<strong>de</strong>ntifiés<br />

comme alcool et aci<strong>de</strong> par les étiquettes apposées sur les f<strong>la</strong>cons. Les élèves reli<strong>en</strong>t ce chauffage à<br />

l’obt<strong>en</strong>tion <strong>de</strong> vapeur d’eau, ce qui correspond à une reconstruction qui les conduit à déci<strong>de</strong>r que le<br />

petit brouil<strong>la</strong>rd observés dans <strong>la</strong> colonne <strong>de</strong> Vigreux est, <strong>de</strong> leur point <strong>de</strong> vue, <strong>de</strong> <strong>la</strong> vapeur d’eau 18 .<br />

[(é)] : r<strong>en</strong>contré plusieurs fois « …une réaction <strong>en</strong>tre l’aci<strong>de</strong> et l’alcool qui a donné une nouvelle<br />

espèce <strong>chimique</strong> synthétique ».<br />

[(P),(o)] : CG a « le sulfate <strong>de</strong> cuivre est bleu donc il y a <strong>de</strong> l’eau » ; « être bleu » est une propriété<br />

perceptible du sulfate <strong>de</strong> cuivre et « il y a <strong>de</strong> l’eau », sachant qu’il s’agit <strong>de</strong> l’eau cont<strong>en</strong>ue dans un<br />

mé<strong>la</strong>nge, est donc non perceptible c’est-à-dire reconstruite. Nous avons constaté dans ce travail et<br />

dans d’autres travaux que les élèves qui établiss<strong>en</strong>t <strong>de</strong>s re<strong>la</strong>tions <strong>en</strong>tre les <strong>de</strong>ux mon<strong>de</strong>s utilis<strong>en</strong>t<br />

presque toujours <strong>de</strong>ux sous-domaines <strong>de</strong> même nature. Ce<strong>la</strong> se traduit dans les tableaux par [(O),(o)],<br />

[(P),(p)] ou [(E),(é)]. Ce cas [(P),(o)] est rare.<br />

Conclusion<br />

Ces résultats montr<strong>en</strong>t que lors <strong>de</strong> <strong>la</strong> réflexion organisée p<strong>en</strong>dant un TP, les élèves mett<strong>en</strong>t <strong>en</strong> jeu une<br />

variété plus gran<strong>de</strong> d’argum<strong>en</strong>ts que lors d’une vidéo. Cette variété peut être due à <strong>de</strong>ux principales<br />

causes : le temps dont dispose l’élève pour développer son argum<strong>en</strong>tation, et <strong>la</strong> richesse du contact<br />

avec les véritables objets <strong>de</strong> <strong>la</strong> chimie, comparé à l’utilisation <strong>de</strong> <strong>la</strong> seule vidéo.<br />

Dans le cas <strong>de</strong> <strong>la</strong> vidéo, l’argum<strong>en</strong>t reconstruit <strong>de</strong> l’apparition d’une nouvelle espèce <strong>chimique</strong> pour<br />

évoquer <strong>la</strong> prés<strong>en</strong>ce <strong>de</strong> <strong>la</strong> réaction <strong>chimique</strong> est peu utilisé. Il l’est un peu plus lors du TP. Les élèves<br />

fourniss<strong>en</strong>t surtout <strong>de</strong>s argum<strong>en</strong>ts <strong>de</strong> type perceptible, qu’ils soi<strong>en</strong>t ou non acceptables d’un pur point<br />

<strong>de</strong> vue <strong>de</strong> <strong>la</strong> chimie.<br />

Référ<strong>en</strong>ces<br />

17<br />

N est le nombre <strong>de</strong> comptes r<strong>en</strong>dus récupérés, qui correspond approximativem<strong>en</strong>t à <strong>la</strong> moitié du nombre d’élèves <strong>de</strong> <strong>la</strong><br />

c<strong>la</strong>sse, les élèves travail<strong>la</strong>nt <strong>en</strong> binôme et ne remplissant qu’un compte r<strong>en</strong>du pour <strong>de</strong>ux. Les nombres dans le tableau<br />

correspon<strong>de</strong>nt aux nombres d’occurr<strong>en</strong>ces <strong>de</strong> chaque catégorie repérée dans le compte r<strong>en</strong>du. Il peut dépasser le nombre <strong>de</strong><br />

comptes r<strong>en</strong>dus, car <strong>la</strong> réponse d’un élève peut fournir <strong>de</strong>s informations qui apparti<strong>en</strong>n<strong>en</strong>t à plusieurs catégories.<br />

18<br />

Ce petit brouil<strong>la</strong>rd n’est bi<strong>en</strong> évi<strong>de</strong>mm<strong>en</strong>t pas <strong>de</strong> l’eau mais un mé<strong>la</strong>nge <strong>de</strong>s différ<strong>en</strong>ts constituants du liqui<strong>de</strong> (loi <strong>de</strong><br />

Raoult). Dire que c’est <strong>de</strong> l’eau est une reconstruction au s<strong>en</strong>s <strong>de</strong> notre cadre théorique.


7<br />

Johnstone A.H. (1993) The <strong>de</strong>velopm<strong>en</strong>t of Chemistry Teaching, a Changing Response to Change<br />

Demand. J. Chem. Educ. 70 , p.701-705.<br />

Laugier A ., Dumon A. (2000) Travaux pratiques <strong>en</strong> chimie et représ<strong>en</strong>tation <strong>de</strong> <strong>la</strong> réaction <strong>chimique</strong><br />

par l’équation-bi<strong>la</strong>n dans les registres macroscopique et microscopique : une étu<strong>de</strong> <strong>en</strong> c<strong>la</strong>sse <strong>de</strong><br />

secon<strong>de</strong> (15 – 16 ans). Chemistry Edcation Research and Practice in Europe , 1, p.61-75.<br />

Le Maréchal J.-F. (1999a) Mo<strong>de</strong>ling Stu<strong>de</strong>nt’s Cognitive Activity During The Resolution of Problems<br />

Based on Experim<strong>en</strong>tal Facts in Chemical Education. Practical Work in Sci<strong>en</strong>ce Education,<br />

Copp<strong>en</strong>hag<strong>en</strong>, p. 195-209.<br />

Le Maréchal J.-F. (1999b) Design of Chemistry Labwork Activities Aiming at Teaching Basic<br />

Chemical Concepts. Fourth European Sci<strong>en</strong>ce Education Summer School. Marly le Roi, 1998<br />

p.68-80.<br />

Tiberghi<strong>en</strong> A. (1994) Mo<strong>de</strong>ling as a basis for analyzing teaching – learning situations. Learning and<br />

Instruction 4 , p.71-87.<br />

Solomonidou C., Stavridou H. (1994) Les transformations <strong>de</strong>s substances, <strong>en</strong>jeu <strong>de</strong> l’<strong>en</strong>seignem<strong>en</strong>t <strong>de</strong><br />

<strong>la</strong> réaction <strong>chimique</strong>. » Aster 18 , p.75-95.<br />

Annexe<br />

(Questionnaire donné aux élèves <strong>de</strong> collège comme base du débat re<strong>la</strong>tif à <strong>la</strong> vidéo.)<br />

1) a) Combi<strong>en</strong> <strong>de</strong> composés <strong>chimique</strong>s intervi<strong>en</strong>n<strong>en</strong>t-ils au cours <strong>de</strong> cette vidéo ?<br />

b) Donner leur nom.<br />

2) Quelques goutt<strong>en</strong>t du cont<strong>en</strong>u du tube <strong>de</strong> gauche (l’aci<strong>de</strong>) ont été mises sur du sulfate <strong>de</strong> cuivre<br />

anhydre.<br />

a) Qu’avez-vous constaté ?<br />

b) Que pouvez-vous <strong>en</strong> déduire ?<br />

3) On a effectué <strong>de</strong> même pour le cont<strong>en</strong>u du tube <strong>de</strong> droite (l’alcool).<br />

a) Qu’avez-vous constaté ?<br />

b) Que pouvez-vous <strong>en</strong> déduire ?<br />

4) Lors du mé<strong>la</strong>nge du cont<strong>en</strong>u <strong>de</strong>s <strong>de</strong>ux tubes, c’est-à-dire l’aci<strong>de</strong> et l’alcool, le mé<strong>la</strong>nge reste<br />

homogène. Expliquer ce que ce<strong>la</strong> veut dire.<br />

5) Décrire ce que l’on a fait <strong>en</strong>suite.<br />

a) Qu’avez-vous constaté ?<br />

b) Que pouvez-vous <strong>en</strong> déduire ?<br />

6) a) Combi<strong>en</strong> <strong>de</strong> réactions <strong>chimique</strong>s ont été mises <strong>en</strong> jeu au cours <strong>de</strong> cette vidéo ?<br />

b) Les décrire le plus simplem<strong>en</strong>t possible.

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