La place de l'expérimental dans l'enseignement de la Chimie au Lycée. Cas des réactions chimiques

ECOLE NORMALE SUPERIEURE

Chaire UNESCO en sciences de L'éducation pour l'Afrique Centrale

Formation Doctorale en Didactique des disciplines et Évaluation

PROJET DE THESE DE DOCTORAT

Le rôle de l'expérimentation dans l'enseignement de la Chimie au Lycée : cas des réactions chimiques.

Titre :

Présenté par : Pacôme BABELA KOUELA

Année Académique 2012-2013

I) Introduction

Une des finalités de la recherche en didactique est de produire des connaissances utiles pour comprendre les phénomènes d'apprentissage et pour améliorer l'enseignement. Du point de vue de la pratique, il est important de faire fonctionner les théories et les outils de description et d'analyse développés par la recherche et de formuler de nouveaux questionnements. C'est ainsi l'appui sur la conduite d'expériences et la manipulation de dispositifs par les élèves lors des travaux pratiques est une nécessité affirmée depuis longtemps pour l'enseignement des sciences physiques : « la physique et la chimie sont des sciences expérimentales, ils doivent être enseignées comme telles ».

Notre recherche s'inscrit dans le champ de la didactique de la chimie. Elle se propose d'étudier les aspects portant l'enseignement expérimental.

Par ailleurs, en plus de leur côté attractif pour les élèves, les activités expérimentales présentent des moments privilégiés permettant, à l'apprenant, de s'exercer à la démarche expérimentale, à la critique, à l'émission des hypothèses, à la conception des expériences, à l'interprétation des résultats. Nous considérons que l'expérimentation aide à une bonne compréhension des notions en chimie ou engage une construction du savoir scolaire chez les élèves. Le profil de l'apprenant définit par le programme exige que l'apprenant doit pouvoir procéder à des expériences scientifiques simples susceptibles de mettre en évidence certains faits et de déceler les causes. L'apprenant doit donc manipuler, observer.

Cependant les premières observations montrent que le système éducatif congolais notamment dans l'enseignement secondaire, l'enseignement de la chimie demeure théorique et traditionnel.

C'est ainsi, notre étude sur les problèmes de l'enseignement expérimental en chimie va s'appuyer sur une thématique bien précise qui est celle de la réaction chimique. Cette thématique est enseignée au collège comme au lycée, mais nous avons choisi d'étudier le problème au niveau du Lycée.

II) Problématique

L'enseignement des sciences physiques, comme l'indiquent les principes généraux de l'enseignement de la chimie au lycée repose sur la conduite d'expériences : « au travers de la démarche expérimentale, il l'enseignement de la chimie doit former les esprits à la rigueur, à la méthode scientifique, à la critique, à l'honnêteté intellectuelle » et, ainsi, « il doit montrer que cette représentation cohérente (de l'univers) est enracinée dans l'expérience : les activités expérimentales ont une place essentielle ».

Or, d'après les travaux menés par Ntila, Massamba, Kama-Niamayoua et Silou (2000), le rapport d'inspection pédagogique et les conclusions des colloques, séminaires nationaux sur l'enseignement des sciences physiques depuis quelques années, au Congo, font état d'un enseignement "illustratif". Au Lycée, la plupart des activités proposées sont, si elles existent sont des expériences de "monstration" ou de "démonstrations". Ceci serait dû à la pérennisation d'un système éducatif traditionnel qui insiste plus sur l'acquisition des connaissances théoriques que sur le travail expérimental, développe plus la mémoire que les habiletés manipulatoires et la capacité constructive de l'apprenant. Il faut ajouter à cela la compétence des enseignants dans la réalisation des protocoles et démarches expérimentaux dans la réalisation des activités.

Il ressort aussi de ces travaux, que les enseignements de sciences physiques sont plus théoriques parce que les enseignants accusent des faiblesses provenant de leur formation initiale. Nous allons donc cherché à étudier les problèmes relatifs à l'enseignement expérimental en chimie. Dans cette perspective, nous allons mener une étude sur la place de l'expérimental dans l'enseignement de la chimie au secondaire. Le problème que nous étudions ici est la place, l'intérêt voir même l'impact des activités expérimentales dans l'enseignement/apprentissage de la chimie. Nous avons choisi notamment la notion de réaction chimique comme thématique

Notre problématique est structurée autour de la question principale suivante :

> Les activités expérimentales ont-elles un impact réel dans la conceptualisation des notions de réaction chimique ?

A cette question principale suit une question secondaire que nous avons articulée de la manière suivante :

> Les enseignants présentent-ils des obstacles pour élaborer les démarches expérimentales des activités en réaction chimique ?

III) Hypothèse de recherche

Nous supposons que les activités expérimentales (séances de TP) intégrées au cours peuvent aider l'élève à découvrir et à observer les phénomènes en jeu afin de construire les concepts et comprendre les lois étudiées. Bon nombre de difficultés de compréhension résulte du fait que les enseignants manipulent des concepts, sans pour autant chercher à les concrétiser à travers notamment des activités expérimentales. L'enseignement est purement théorique et que l'élève manque souvent d'un référent empirique susceptible de l'aider à mieux conceptualiser les notions.

L'objectif du travail est donc de concevoir des activités expérimentales dans un domaine précis de la chimie et d'étudier leur impact sur l'apprentissage des notions y relative par les élèves afin de :

> former les apprenants à la rigueur scientifique, à l'esprit critique et à la démarche scientifique,

> susciter la curiosité chez l'apprenant, pour l'amélioration des apprentissages des contenus de cette discipline par les élèves.

Par ces activités expérimentales il s'agit également de contribuer à la réalisation d'une « banque des activités expérimentales » au service de l'enseignant pour l'accompagner dans son travail.

IV) Le cadre conceptuel et théorique

1) Les auteurs ou acteurs de la littérature

Dans le cadre de notre étude, plusieurs auteurs ont parlé et étudié les différents
aspects et courant des sciences expérimentales (physique chimie) on peut citer :

JOHSUA, S., GIORDAN, A., DEVELAY, M., COQUIDÉ, M., ASTOLFI, J.-P., BEAUFILS, D. , MARTINAND J-L. , RICHOUX, H. , ...

2) Instrumentation, réfèrent empirique

Une expérimentation représente un ensemble complexe de mises au point de protocoles, de procédures, de recours à des instruments (matériels et théoriques)... Lors d'une investigation empirique, la résistance du réel, dans son aspect de matérialité, s'éprouve sous de multiples formes. Il peut s'agir de contingences strictement matérielles (disponibilité d'outils et de matériaux, performances des instruments...). Du côté du sujet expérimentateur, il s'agit de mobiliser des performances sensori-motrices, de maîtriser des gestes indispensables, de constituer et de mettre en oeuvre les schèmes d'utilisation des instruments ("instrumentation du sujet" selon l'expression de Rabardel, 1988) et de solliciter un réfèrent empirique. Il s'agit également d'utiliser des instruments théoriques, des éléments épistémiques indispensables à la mise en oeuvre concrète de procédures expérimentales, et constituant la matrice cognitive.

3) L'expérience et la démarche expérimentation en chimie

Les discours à propos de l'expérience et la démarche expérimentale sont très variables et reflètent un vrai problème de définitions des concepts véhiculés par les orientations officielles dans le secondaire. Nous passerons brièvement en revue, à la lumière des théories récentes quelles-uns des concepts les plus importants dans notre domaine : l'expérience, l'expérimentation et la démarche expérimentale.

4) Définition de la démarche expérimentale.

Selon le dictionnaire Grand Larousse(1961), il s'agit de «l'ensemble des moyens mis en oeuvre pour atteindre un but fondé sur l'expérimentation scientifique »

Les spécialistes distinguent de manière générale deux types de démarches : la démarche expérimentale du chercheur (ou savante) et la démarche expérimentale scolaire. La première d'entre elles (celle savante) qui sous-tend l'élaboration des concepts physiques peut être résumée en six étapes :

( Formulation d'un problème de recherche ;

( Formulation des hypothèses ;

( Élaboration d'un protocole expérimental ;

( Réalisation pratique et résultats des mesures ; ( Analyse et interprétation des résultats ;

V' Conclusion

Notons que cette démarche n'est pas séquentielle et linéaire.

5) Les activités expérimentales

· Les modes didactiques des activités expérimentales

Nous nous référons ici aux travaux en didactique des sciences expérimentales menés par Coquidé (1998). Elle a analysé les textes officiels français, des guides d'enseignants et a recueilli des opinions d'enseignants concernant l'intérêt et la mise en oeuvre d'une pratique expérimentale. Les pratiques expérimentales, que ce soit dans l'enseignement de la biologie ou de la physique-chimie, contribuent à la constitution d'un référent empirique pour les élaborations conceptuelles ou modélisantes, et à l'apprentissage de compétences à travers trois modes didactiques d'activités. Nous en résumons les principales caractéristiques cidessous.

> Mode d'expérience-action ou d'expérienciation (familiarisation pratique) > Mode d'expérience-objet ou d'expérimentation (investigation empirique). > Mode d'expérience-outil ou d'expérience-validation (élaboration théorique).

· Rôles des travaux pratiques en sciences expérimentales.

Les activités expérimentales des élèves dans leurs apprentissages en sciences physiques et chimiques sont primordiales.

Grâce aux travaux pratiques, les sciences expérimentales doivent en principe stimuler des qualités particulières chez les élèves :

> la curiosité : observer, se poser des questions

> esprit d'initiative et ténacité : concevoir et réaliser des expériences > sens critique : construire sa connaissance

La démarche expérimentale, en effet, aide à :

> maîtriser les concepts qui gèrent le fonctionnement d'un dispositif

> articuler pratiques expérimentales et appropriation de
connaissances plus théoriques.

> mémoriser (car on retient mieux lorsque l'on fait).

Dès lors, la réponse à la question "Des TP : Pourquoi ?" Devient évidente.

6) Quelques théories sur l'expérimentation

Parmi les différentes théorise sur l'expérimentation nous allons dans le cadre de notre recherche aborder les courants suivant : - La théorie de situation de milieu - la transposition didactique -le socioconstructivisme.

7) Evaluation

Dans le domaine éducatif il existe de nombreuses définitions du mot « évaluer ». Mais nous retiendrons ici une vision beaucoup plus pragmatique en rapport avec une situation concrète de l'enseignement. C'est ainsi nous définissons le concept évaluation comme un processus qui permet d'examiner le degré d'adéquation entre un ensemble d'information et un ensemble de critères adéquats à l'objectif fixé en vu de prendre une décision.

Ainsi pour la collecte de donnée nous allons procéder à l'évaluation suivante : > Evaluation diagnostique

> Evaluation formative

> Evaluation sommative

V) Méthodologie

+ Méthodologie générale

Pour étudier notre problème, et donc chercher à valider ou à invalider nos hypothèses, nous allons réaliser nos activités dans trois (3) classes, dont une classe témoin et deux classes expérimentales.

Dans la classe témoin, nous allons réaliser une évaluation diagnostique pour connaître le niveau de connaissance initial des apprenants. Par la suite l'enseignant va présenter le cours théorique sans activité expérimentale, qui sera sanctionné par une évaluation sommative à la fin du cours à l'aide d'un questionnaire.

Dans les deux classes expérimentales nous allons également effectuer une évaluation diagnostique, suivi de l'élaboration du cours avec activités expérimentales. Enfin nous allons réaliser une évaluation sommative.

Il faut souligner que nous travaillant sur l'ensemble de département du Congo particulièrement dans quatre département où nous allons appliquer la méthode définie précédemment (une classe témoin et deux classe expérimentale dans chaque département).

Le cours avec activités expérimentales met l'accent sur la place de la démarche expérimentale dans le processus d'apprentissage des concepts scientifiques. Ces activités expérimentales seront conçues avec les enseignants titulaires des classes.

Le champ d'investigation de notre étude concerne l'établissement d'enseignement général du deuxième cycle secondaire (Lycée). Notre population concerne ici les élèves du secondaire et comme échantillon les élèves de la Seconde scientifique.

En ce qui concerne la deuxième question de notre étude portant sur les compétences des enseignants, nous allons, grâce aux questionnaires, interroger les enseignants pour voir les différentes conceptions qu'ils ont à propos des travaux pratiques. Et enfin les aider à concevoir les activités expérimentales suivant un protocole ou démarche.

+ Les types d'activités expérimentales.

Classiquement, les activités expérimentales ont lieu sous trois formes :

( la première forme appelée « Travaux pratiques » (TP) est une séance consacrée exclusivement à des manipulations faites par les élèves en petits groupes en dehors du cours et sous la supervision du professeur en relation avec un thème du programme : vérification d'une loi, détermination d'une grandeur physique, préparations de solutions ou de substances chimiques...;

( les deux autres sont constituées par des activités intégrées au cours :

· En « expériences de cours », les manipulations sont faites prioritairement par le professeur mais celui-ci offre parfois aux élèves la possibilité de manipuler ;

· En TP - cours les manipulations son faites prioritairement par les élèves.

Ces séances intégrées au cours sont destinées à aider l'élève à découvrir et observer les phénomènes en jeu afin de construire les concepts et comprendre les lois étudiées.

VI) Calendrier des travaux et coûts

Les travaux	Date		Couts	Recherche bibliographique sur les grands noms de la didactique de Chimie
Novembre 2012	100.000FCFA		Faire des recherches dans un laboratoire pour l'élaboration des différentes TP qui fera l'objet de notre recueil des données
Mars 2013 plus Début 2014	Bourse de Mundus Erasmus ACP		Phase d'expérimentation et recueil des données dans le département du Pool
Début 2014	250.000FCFA		Phase d'expérimentation et recueil des données dans le département du Niari
Avril 2014	300.000FCFA		Phase d'expérimentation et recueil des données dans le département de la Cuvette Ouest
Octobre 2014	200.000FCFA		Phase d'expérimentation et recueil des données dans le département de Brazzaville
Janvier 2015	250.000FCFA		Analyse et Interprétation des résultats
Février 2015	50.000FCFA		Impression et multiplication du Document
Mai 2015	150.00FCFA

Dans le cadre de la bourse d'étude de Moundus ACP 2

les différentes activités que nous souhaitons entreprendre sont les suivantes :

· Recherche dans les différentes bibliothèques de l'institution ;

· Élaboration des différents TP sur la réaction chimique du Secondaire (test d'identification des ions , oxydoréduction , le PH...) ;

· Expérimentation en situation d'apprentissage, les différentes activités réalisées à l'aide d'un protocole expérimental avec les apprenants ;

· Autres activités où je peux participer ( colloque , séminaire ...) et être membre d'un groupe de recherche dans un laboratoire donné de l'institution.

VII) La bibliographie

· ASTOLFI Jean-Pierre et al. (1985). Procédures d'apprentissage en sciences expérimentales. Paris : INRP.

· ASTOLFI, J.-P. & PETERFALVI, B. (1993). Obstacles et construction de
situations didactiques en sciences expérimentales. Aster, 16, 103-142.

· BABELA K.P. (2012). La place de l'expérimental dans l'enseignement de la chimie au secondaire. Mémoire de DEA Université Marien Ngouabi ENS, Chaire UNESCO, 75p.

· COQUIDÉ, M. (1998). Les pratiques expérimentales : propos d'enseignants et conceptions officielles. Aster, 26, 109-132.

· DEVELAY, M. (1989). Sur la méthode expérimentale. Aster, 8, 1-16.

· GIORDAN, A. (1978). Une pédagogie pour les sciences expérimentales. Pans : Centurion.

· JOHSUA, S. (1989). Le rapport à l'expérimental dans la physique de l'enseignement secondaire. Aster, 8, 29-54.

· NTSILA, A., MASSAMBA, A., KAMA-NIAMAYOUA, R., & SILOU, T. La pratique expérimentale en sciences physiques à travers les conceptions des enseignants Congolais. Annales de l'université Marien Ngouabi, vol 1, 2000, 91p-102p.

· RICHOUX, H. & BEAUFILS, D. « Conception de travaux pratiques par les enseignants : analyse de quelques exemples de physique en termes de transposition didactique ». Didaskalia, n°27, 2005, 11p-39p