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LA CLASSE DE SCIENCES, MATHÉMATIQUES ET TECHNOLOGIES COMME OBJET D’ÉTUDE : QUEL

LA CLASSE DE SCIENCES, MATHÉMATIQUES ET TECHNOLOGIES COMME OBJET D’ÉTUDE : QUELLES PROBLÉMATIQUES, CADRES DE RÉFÉRENCES ET MÉTHODOLOGIES ET POUR QUELS RÉSULTATS? Actes de colloque Troisièmes Journées Sherbrooke-Montpellier 6 au 8 octobre 2010 Sous la direction de Abdelkrim Hasni et Hassane Squalli, CREAS, Université de Sherbrooke Alain Bronner et Marie-Thérèse Nicolas, Université Montpellier 2 Mise en pages Caroline Fortin, CREAS, Université de Sherbrooke © CREAS (Université de Sherbrooke) – LIRDEF (Université Montpellier 2), 2011 TABLE DES MATIÈRES L’ENSEIGNEMENT ET L’APPRENTISSAGE DE LA DIFFUSION ET DE L’OSMOSE AU SECONDAIRE : ÉTUDE DE CAS ___ 4 ABDELKRIM HASNI, PATRICK ROY, SERGE FRANC ET NANCY DUMAIS UN CADRE THÉORIQUE ET MÉTHODOLOGIQUE POUR ANALYSER LE TRAVAIL DU PROFESSEUR DE MATHÉMATIQUES DANS LA CLASSE ______________________________________________________________ 26 ALAIN BRONNER ANALYSE DE PRATIQUES D’ENSEIGNANTS : EXEMPLE DE LA MESURE ___________________________________ 42 PATRICIA MARCHAND ET MARIE-PIER MORIN UN MODÈLE POUR L'ÉDUCATION À LA BIODIVERSITÉ À L'ÉCOLE PRIMAIRE : LES RELATIONS AFFECTS/SAVOIRS SCIENTIFIQUES CONCERNANT LES ARTHROPODES TERRESTRES ________________________________________ 58 SERGE FRANC, MARIE-THÉRÈSE NICOLAS ET ABDELKRIM HASNI LES DÉCALAGES ENTRE LE POTENTIEL DE LA TÂCHE MATHÉMATIQUE ET LES ATTENTES DE L’ENSEIGNANT : DES IMPLICITES À DÉCODER POUR L’ÉLÈVE ____________________________________________________________ 75 LAURENT THEIS ET CLAUDINE MARY LA PRISE EN COMPTE DES ÉMOTIONS ET COMPÉTENCES ÉMOTIONNELLES EN CLASSE DE MATHÉMATIQUES __ 90 BÉNÉDICTE GENDRON ÉTUDE CLINIQUE DE LA CLASSE DE MATHÉMATIQUES EN FRANCE : UNE POSTURE PARTICULIÈRE DU CHERCHEUR POUR IDENTIFIER DES « PROBLÈMES DE LA PROFESSION ». __________________________________________ 108 MIRÈNE LARGUIER L’ENSEIGNEMENT DE LA TECHNOLOGIE AU SECONDAIRE : ANALYSE D’UN COURS SUR L’APPRENTISSAGE DU SCHÉMA DE PRINCIPE _________________________________________________________________________ 131 FATIMA BOUSADRA, ABDELKRIM HASNI, DOMINIQUE LEFEBVRE ET JEAN-MARC DROUET L’ENSEIGNEMENT DE L’ESPACE DANS DEUX CONTEXTES DIFFÉRENTS D’APPRENTISSAGE : EN CLASSES DE SCIENCES ET DE MATHÉMATIQUES ______________________________________________________________ 159 VALÉRIE MUNIER, PATRICIA MARCHAND ET HÉLÈNE MERLE ENSEIGNEMENT DE LA MÉDECINE ET PENSÉE COMPLEXE. L’EXEMPLE DE SOWA RIGPA (MÉDECINE TIBÉTAINE OU MÉDECINE AMCHI) ___________________________________________________________________________ 174 MARIE-THÉRÈSE NICOLAS, CLAUDE CAUSSIDIER, CHRISTIAN REYNAUD ET DANIEL FAVRE ANALYSE DU POTENTIEL INTERDISCIPLINAIRE DE SITUATIONS D’APPRENTISSAGE CONÇUES PAR DES ENSEIGNANTS DE MATHÉMATIQUES ET DE SCIENCE ________________________________________________ 194 HASSANE SQUALLI ET GENEVIÈVE BARABÉ Rencontres scientifiques universitaires Sherbrooke – Montpellier | 6 au 8 octobre 2010 4 L’ENSEIGNEMENT ET L’APPRENTISSAGE DE LA DIFFUSION ET DE L’OSMOSE AU SECONDAIRE : ÉTUDE DE CAS Abdelkrim Hasni, Patrick Roy, Serge Franc et Nancy Dumais CREAS, Université de Sherbrooke Introduction Au Québec, comme c’est le cas d’autres programmes ailleurs, la diffusion et l’osmose font partie des phénomènes biologiques à faire apprendre aux élèves. Ce contenu est prescrit particulièrement au premier cycle du secondaire1 Plusieurs recherches montrent cependant que l’apprentissage de ces phénomènes pose de grands défis à l’école. La plupart de celles-ci s’inscrivent dans deux principales orientations : a) l’étude des conceptions que les élèves ont de ces phénomènes; b) la proposition de modes d’intervention visant à favoriser le changement de ces conceptions. (MELS, 2004). Les études portant sur les conceptions des élèves et la compréhension qu’ils ont des phénomènes de la diffusion et de l’osmose sont de loin celles qui prédominent (Exemples : Cooke, Carter et Wiebe, 2008; Friedler, Amir et Tamir, 1985, 1987; Market, Cowan et Cavallo, 1994; Johnstone et Mahmoud, 1980; Kelly et Odom, 1997; Marek, 1986; Odom, 1995; Odom et Barrow, 1995; Odom et Settlage, 1994; Rundgren et Tibell, 2010; Simson et Marek, 1988; Westbrook et Marek, 1991; Zukerman, 1993, 1994). Dans ces recherches, on souligne qu’à plusieurs niveaux scolaires, les élèves ont des difficultés importantes à comprendre ces phénomènes ou ont des conceptions inadéquates2 1 Enfants d’âge de 12 à 14 ans. à leur égard. À titre d’exemple, l’étude réalisée par Friedler et al. (1987) montre que les élèves du secondaire ont de la difficulté à comprendre la relation entre l’équilibre dynamique (avec des concentrations différentes de part et d’autre de la membrane) et l’osmose dans les cellules des plantes ainsi que la relation entre les quantités du solvant et du soluté, d’une part, et la concentration, d’autre part. Odom (1995) fait des constats comparables auprès d’étudiants universitaires. Son étude, basée sur le développement et l’administration d’un outil diagnostic, le DODT (The diffusion and Osmosis Dioagnostic Test), a permis d’identifier cinq principaux domaines dans lesquels se classent une vingtaine de conceptions inadéquates sur l’osmose et la diffusion : 1) les particules et la nature aléatoire de leur mouvement; 2) la concentration et la tonicité; 3) l’influence des forces vitales; 4) le processus de diffusion; 5) le processus d’osmose en tant que tel. Pour interpréter les résultats obtenus dans 2 Dans cet article, l’expression « conceptions inadéquates » renvoie aux idées des élèves qui diffèrent de celles qui sont généralement acceptées par la communauté scientifique. Selon les auteurs, on les désigne par “misconceptions” (Fisher, 1985; Odom, 1995), “alternative conceptions” (Arnaudin et Mintzes, 1985), “preconceptions” (Gallegos, Jerezano et Flores, 1994), etc. Rencontres scientifiques universitaires Sherbrooke – Montpellier | 6 au 8 octobre 2010 5 cette étude, l’auteur pointe du doigt l’accent mis dans l’enseignement non pas sur la compréhension des concepts de diffusion et d’osmose, mais plutôt sur l’acquisition des faits. D’une manière générale, plusieurs conceptions inadéquates de ces deux phénomènes et des concepts qui leur sont associés ont été identifiées par les études des auteurs cités (Friedler et al., 1987); Market et al.,1994; Odom, 1995; Odom et Barrow, 1995; Rundgren et Tibell, 2010; Westbrook et Marek, 1991). Parmi ces conceptions, nous pouvons citer les suivantes : • Lors de la diffusion, les molécules (d’un colorant, par exemple) arrêtent de se déplacer lorsque l’équilibre de concentration est atteint. Il en est de même entre deux milieux de concentrations différentes jusqu’à l’obtention de l’isotonie; • La diffusion est associée à la volonté des molécules du soluté d’occuper l’espace libre (vision anthropomorphique); • C’est la quantité d’eau des deux côtés de la membrane et non pas la concentration qui est responsable de l’osmose; • L’eau se déplace pour égaliser les concentrations des deux côtés de la membrane (vision anthropomorphique); • La pression hydrostatique doit être égale des deux côtés de la membrane une fois l’équilibre atteint; • La quantité de l’eau doit être égale de part et d’autre de la membrane à l’équilibre; • L’eau ne peut pas traverser dans le sens inverse du gradient de la pression; En outre, la structure de la membrane en bicouche lipidique, sa fluidité et son rôle dans les phénomènes de diffusion et d’osmose et sont peu comprises. Par ailleurs, ces études démontrent aussi à quel point les étudiants n’arrivent pas à comprendre et à apprécier la signification contextuelle de ces phénomènes en biologie (Johnston et Mahmoud, 1980; Murray, 1983; Friedler et al., 1987; Westbrook et Marek, 1991; Zuckerman, 1993; Marek et al., 1994; Odom et Settlage, 1994, Odom et Barrow, 1995, Zuckerman, 1995). Toujours en lien avec cette orientation de recherche, certains auteurs ont voulu démontrer que les élèves qui ont une meilleure compréhension des deux concepts sont capables de faire de meilleures explications des phénomènes observés qui leur sont rattachés. Ainsi, l’étude de Cooke et al. (2008) a permis de conclure que les élèves qui ont un niveau d’acquisition élevé du phénomène du transport cellulaire (incluant le transport transmembranaire) interprètent mieux les graphiques qui représentent ce phénomène. Zuckerman (1994) a montré que les élèves qui ont une meilleure compréhension de l’osmose parviennent mieux à résoudre des problèmes scientifiques associés au phénomène. La deuxième orientation dans laquelle s’inscrivent les recherches sur la diffusion et l’osmose est en lien avec la proposition de modes d’intervention visant à changer les conceptions des élèves (Christianson et Fisher, 1999; Concannon et Brown, 2008; Lawson, 2000; Market et al., 1994; Hohenshell et Hand, 2006; Matoussi et Simonneaux, 2007; Odom et Kelly, 2001; Rundgren et Tibell, 2010; Sanger, Brecheisen et Hynek, 2001; Tekkaya, 2003). Ces études traitent majoritairement de l’effet de la modélisation physique (la visualisation) des phénomènes sur l’apprentissage des élèves. C’est le cas de l’étude de Rundgren et Tibell Rencontres scientifiques universitaires Sherbrooke – Montpellier | 6 au 8 octobre 2010 6 (2010) qui considèrent que les images, les diagrammes et les autres formes de visualisation comme les animations jouent un rôle important dans les apprentissages en biologie moléculaire et, par conséquent, des phénomènes considérés. En recourant à une recherche auprès d’élèves de secondaire et d’université, ils ont montré que l’utilisation de ces outils permet aux élèves une meilleure appropriation des savoirs en lien, entre autres, avec la structure de la membrane et son caractère sélectif ainsi que le comportement des molécules lors des échanges transmembranaires. Sanger et al. (2001), comme la plupart des auteurs qui se sont intéressés à cette question, ont considéré le rôle de l’animation informatique dans la compréhension de la diffusion et de l’osmose. Après avoir été exposés à ces animations, les élèves qui ont participé à l’étude étaient moins nombreux à penser que les molécules arrêtent de bouger lorsque l’équilibre est atteint. Certaines de ces études, comme celle de Sanger et al. (Ibid.), soulignent cependant que l’animation risque de renforcer certaines conceptions inadéquates chez les élèves. Dans le même sens, la recherche de Matoussi et Simonneaux (2007) a permis de rappeler que, malgré son intérêt, l’utilisation d’un uploads/Philosophie/ 2011-actes-sherb-montp.pdf