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See discussions, stats, and author profiles for this publication at: https://www.researchgate.net/publication/267268012 Histoire des Sciences et modélisation de la transformation chimique Article · January 2000 CITATIONS 15 READS 2,172 2 authors, including: Some of the authors of this publication are also working on these related projects: Histoire de la cinétique chimique View project Alain Dumon ESPE d’Aquitaine Ecole Supérieure du Professorat et de l’Éducation 69 PUBLICATIONS 374 CITATIONS SEE PROFILE All content following this page was uploaded by Alain Dumon on 23 October 2014. The user has requested enhancement of the downloaded file. N° 826 Histoire des sciences et modélisation de la transformation chimique en classe de seconde par André LAUGIER et Alain DUMON IUFM d’Aquitaine Laboratoire de Didactique et Anthropologie des Enseignements Scientifiques et Technologiques Université de Bordeaux II RÉSUMÉ Les principes directeurs de l’enseignement des sciences au lycée insistent sur l’importance de l’activité de modélisation et sur l’intérêt de restituer la dimension his- torique du développement des sciences. Cet article présente une séquence de classe de chimie en seconde centrée sur la modélisation de la transformation chimique à partir de l’étude de textes historiques. Après avoir précisé le statut épistémologique du modèle, les éléments caractéristiques de l’activité de modélisation ont été utilisés pour construire la grille d’analyse de ces textes fournie aux élèves. Au cours de la séquence les élèves ont découvert les caractères essentiels de l’activité de modélisation et ont construit des questions, dont ils ne soupçonnaient pas l’existence, sur la modélisation de la transformation chimique. 1. INTRODUCTION Les références au débat concernant le recours à des éléments d’histoire des scien- ces dans l’enseignement scientifique ne manquent pas. Un article récent de M. MURIEL et J.-M. DUSSEAU [1] paru dans le BUP en faisait un rapide historique. Les auteurs s’accordent sur la nécessité de distinguer l’utilisation de l’histoire des sciences selon qu’elle est destinée à la formation des enseignants de sciences physiques ou qu’elle est destinée à l’enseignement en direction des élèves. Dans ce travail c’est la deuxième alternative, et plus particulièrement l’utilisation de textes historiques en classe de seconde dans le cadre d’une activité de modélisation pour représenter et expliquer les transformations de la matière, qui est prise en compte. 1.1. Le contexte institutionnel Le profond mouvement de rénovation de l’enseignement de la chimie, au collège et au lycée, entrepris avec les programmes de 1992 [2-3], se poursuit aujourd’hui avec Vol. 94 - Juillet - Août - Septembre 2000 A. LAUGIER... BULLETIN DE L'UNION DES PHYSICIENS 1261 la publication d’un nouveau programme applicable en classe de seconde à compter de l’année scolaire 2000-2001 [4]. Les Instructions Officielles insistent à la fois sur l’importance du champ expéri- mental de référence des transformations de la matière ainsi que sur la pratique effective de l’expérimental par les élèves dans la construction d’une phénoménologie macrosco- pique. Mais cette pratique expérimentale ne se suffit pas à elle-même. Elle «ne favorise la formation de l’esprit scientifique que si elle est accompagnée d’une pratique du questionnement et de la modélisation». Concernant la modélisation, l’enseignement de chimie doit permettre à l’élève de seconde de comprendre qu’il s’agit de «l’élaboration d’une représentation abstraite simplifiée d’un phénomène» et que cette élaboration «nécessite d’identifier les paramè- tres pertinents et ceux qui sont négligeables dans la situation donnée». A ces condi- tions seulement «cette activité peut fournir une compréhension qualitative du phéno- mène et déboucher éventuellement sur une mise en équation dont la résolution fournira des évaluations quantitatives». En d’autres termes, pour les transformations de la matière, seule une parfaite compréhension de ce que veut dire modéliser permettra à l’élève de donner tout son sens à l’équation-bilan. Si le nouveau programme en vigueur à compter de la rentrée 2000 reprend ces objectifs il insiste également sur le fait que la classe de seconde s’adresse à tous les élè- ves et que l’enseignement dans cette classe doit «faire sens par lui-même» et ne plus se fixer comme seul objectif de fournir aux quelques élèves qui poursuivront leurs études scientifiques les connaissances dont ils auront besoin en terminale. Il s’agit de fournir une véritable culture scientifique aux futurs citoyens et dans cette perspective «la cul- ture scientifique ne se définit pas seulement en termes de contenus mais également en terme d’élaboration de ces contenus». Cette orientation nouvelle conduit à affirmer que «l’enseignement scientifique doit montrer comment ces contenus sont élaborés». Pour répondre à cette question du comment l’enseignement va devoir «restituer la dimension historique du développement des sciences». Cette incitation à recourir à l’histoire des sciences nous paraît extrêmement inté- ressante : il ne s’agit plus d’instiller dans le cours de chimie quelques anecdotes histori- ques comme s’il s’agissait d’une simple «cerise d’épistémologie et d’histoire des scien- ces sur le gâteau de l’enseignement»1,ou pire, comme s’il s’agissait de conférer à l’enseignement scientifique une dimension culturelle dont il serait par nature dépourvu. Histoire des sciences et modélisation... BUP n° 826 1262 BULLETIN DE L'UNION DES PHYSICIENS 1. MURIEL et DUSSEAU [1] soulignent que ce point de vue va de pair chez les enseignants avec une certaine conception inductiviste de l’enseignement et un point de vue traditionnel sur le fonctionnement de la science. Cette dimension historique de l’enseignement est maintenant conçue dans une perspec- tive didactique2, il s’agit de donner à nos élèves le moyen de comprendre comment fonctionne la science, à quelles questions répondent les concepts. En un mot il s’agit de donner du sens aux connaissances scientifiques. 1.2. Le contexte épistémologique Derrière les objectifs assignés à l’enseignement de la chimie, c’est toute l’activité des philosophes et des scientifiques depuis deux mille ans, autour de la matière et de ses transformations, qui se trouve concernée. Le champ conceptuel de la réaction chimique s’est lentement structuré au cours des siècles, en même temps que de nombreux concepts se formaient (substance chimique, corps pur, élément, atome, changement d’état, ...). Nous venons de rappeler au début de cet article l’importance que les IO accordent à l’activité de modélisation dans l’interprétation des activités expérimentales. Dans le cas de la transformation chimique cette modélisation est une exigence. Les observables du niveau macroscopique (changements de couleur, d’état, d’aspect, mesure de quanti- tés) sont le résultat d’interactions entre des nombres gigantesques d’entités, qui appar- tiennent au niveau microscopique. Il s’agit de concilier les données de l’observation de la phénoménologie macroscopique avec le fonctionnement d’une phénoménologie microscopique qui, échappant à l’observation directe car elle est invisible, ne pourra pas être déduite logiquement de l’observation. Cette phénoménologie microscopique devra être inventée et c’est l’activité de modélisation qui le permettra. Sur la définition du mot modèle les scientifiques ne sont pas toujours d’accord entre eux. WALLISER (1977) proposait de distinguer les modèles physiques (type boules colorées liées par des tiges) des modèles symboliques (formels ou numériques) qui font largement appel au langage mathématique. Mais s’il y a toujours débat sur les différen- tes sortes de modèles, un consensus existe sur la fonction du modèle, une fonction de représentation, avec pour finalité expliquer et prédire (WALLISER [5], HALBWACHS [6-7]). Le scientifique travaille sur un réel auquel il va se référer et qu’il va chercher à rendre intelligible. En fait, le scientifique ne se propose pas d’expliquer le réel, mais l’idée qu’il se fait du réel. Sa description est une construction mentale, conditionnée par la problématique adoptée. Vol. 94 - Juillet - Août - Septembre 2000 A. LAUGIER... BULLETIN DE L'UNION DES PHYSICIENS 1263 2. N’en déplaise à Gilles de GENNES qui dans son ouvrage Les objets fragiles édité chez Plon écrit : «la liste est longue des modes qui ont débouché dans l’enseignement sur des catastro- phes : de mon temps, le marxisme, la psychanalyse, les mathématiques modernes… la plus récente chez nous, c’est le didactisme». Martinand [8] a développé l’idée d’un référent empirique, constitué d’objets du réel et de phénomènes, mais aussi de pratiques sur ces objets et ces phénomènes. Figure 1 Le questionnement retenu par le scientifique lui permet de définir, dans le référent, la situation physique qu’il se propose d’expliquer. A une situation physique déterminée, le modèle fait correspondre une représenta- tion de cette situation, entièrement construite et située dans le domaine théorique. La situation physique possède une structure praxéologique (ensemble des propriétés et des relations entre les objets physiques et expérimentaux). Ces relations praxéologiques concernent la validité de la situation physique par rapport au référent. A cette structure praxéologique observée va correspondre, dans le modèle, une structure théorique inventée. Chacune de ces deux structures possède ses propres objets et sa propre syntaxe. Il existe une syntaxe descriptive qui désigne les particularités empiriques (pro- priétés et relations) des entités du réel et il existe une syntaxe pure, «librement inventée»3 [9], qui définit les propriétés et les relations des objets du modèle, telles que le scientifique les imagine. Histoire des sciences et modélisation... BUP n° 826 1264 BULLETIN DE L'UNION DES PHYSICIENS 3. Rappelons ce qu’écrivait Einstein à ce propos : «Les concepts et théories doivent être libre- ment inventés. Il n’y a pas de pont logique entre les phénomènes et les principes chargés de les expliquer». Cette activité de modélisation uploads/Science et Technologie/ buphistoireetmodlisation 1 .pdf