RAIFFET 2008 Représentations d’élèves tunisiens de collège à propos des phénomènes faisant intervenir des gaz Henda Romdhani, Chiraz Ben Kilani & Virginie Albe

Représentations d’élèves tunisiens de collège à propos des phénomènes faisant intervenir des gaz
Henda Romdhani, Chiraz Ben Kilani & Virginie Albe

Summary

The gases belong to the programs of scientific teaching. Experiments on gases were proposed in class. In addition, the media also treat situations implying gases, in particular in a social context of environmental concerns. The pupils are informed of these questions, and their knowledge is resulting from various sources, what can pose problem, during the secondary education of the phenomena utilizing gases. In this article, we present a study intended to identify the knowledge mobilized by young pupils, in connection with various scientific questions socially sharp such as the climate changes, the greenhouse effect, ozone, and the dangers of gases in the daily life. The data are collected through the answers written to 14 open-ended questions and 6 semi-directing interviews. The results indicate difficulties of identifying gases concerned in the phenomena, and frequent confusions front to the socio-scientific suggested questions.

Introduction

Notre recherche s’inscrit dans le domaine de la didactique des sciences physiques et dans la perspective socioconstructiviste. Elle est inspirée des travaux de Séré (1985), qui a identifié les conceptions des élèves à propos des gaz, le travail de Simonneaux (2000) qui a montré l’influence des représentations sociales sur l’apprentissage et les recherches de Anderson & Wallin (2000), Boyes & Stanisstreet (1993, 1998), Christidou &  Koulaidis (1996), Jenkins (2003), Khalid (2003) qui ont abordé des questions socialement vives (Legardez et Alpe, 2001) (réduction de l’ozone, effet de serre, pollution de l’air, réchauffement global, changement climatique…). Pour cela, nous avons cherché à identifier les connaissances que des élèves de 7ème de base mobilisent pour interpréter différentes situations faisant intervenir des gaz et à analyser les raisonnements sous-jacents aux représentations des élèves afin d’éclairer des obstacles à l’apprentissage et de cerner la dimension sociale dans ces connaissances.

Des difficultés pour concevoir l’état gazeux de la matière

Les élèves du collège reçoivent une formation sur la matière dont une partie concerne certaines grandeurs physiques : la quantité, le volume, la pression définissant la matière à l’état gazeux, une autre partie concerne l’air (l’atmosphère), sa composition et une dernière partie qui s’intéresse aux questions socialement vives faisant intervenir des gaz telles que la pollution de l’air, l’ozone, réchauffement global, l’effet de serre… Des recherches en didactique de la physique (Séré 1985, Méheut 1990, Brook, Briggs & Driver 1984,…) ont fait émerger un grand nombre de conceptions d’élèves sur les gaz, les chercheurs ont montré que les élèves ont des difficultés à concevoir l’état gazeux de la matière. Généralement cet état est absent dans les interprétations des élèves car il n’est pas perceptible. De plus, des travaux en didactique ont déjà montré que pour les élèves le gaz ou l’air n’a pas une masse et il ne se manifeste que par son mouvement (Séré, 1985). Par ailleurs, les enseignants de physique en collège constatent que leurs élèves mobilisent un amalgame de connaissances venant de plusieurs registres (scientifique, sens commun….) lorsqu’il s’agit de répondre à des questions socialement vives (réduction de l’ozone, pollution de l’air, réchauffement global ou changement climatique…). Dans notre recherche nous avons étudié les représentations d’élèves sur l’état gazeux de la matière lorsqu’ils sont face à des questions d’ordre classique (vues en classe) et des situations de la vie quotidienne.

Questions de recherche

Les questions principales qui orientent ce travail sont : 1- Quelles sont les connaissances que des élèves de collège mobilisent pour interpréter différentes situations faisant intervenir des gaz ? 2- Quels sont leurs raisonnements sous-jacents aux représentations sur les gaz ? Tenant compte du questionnement qui s’en est dégagé, nous formulons les hypothèses suivantes :

Hypothèse 1 : à propos du gaz, les représentations des élèves sont marquées par des connaissances profanes ou quotidiennes, des connaissances scientifiques scolaires, des expériences personnelles, des médiations socioculturelles et des confusions linguistiques.

Hypothèse 2 : les représentations des élèves sur les gaz influencent leur compréhension des phénomènes faisant intervenir les gaz.

Cadre théorique

Notre objet est d’identifier les connaissances que les élèves de 7^e année de base mobilisent pour interpréter différentes situations faisant intervenir des gaz, ainsi que d’analyser les raisonnements sous-jacents à ces représentations. Notre étude s’inscrit alors dans le cadre théorique des représentations et particulièrement dans le cadre des représentations sociales. Cette piste nous parait profitable à suivre, si l’on considère que la situation d’enseignement-apprentissage devient bien un processus d’échanges et d’interactions généralisées. Cette caractéristique est essentielle lorsque nous référons à la conception socioconstructiviste de l’enseignement-apprentissage de savoirs scolaires. La piste de la mobilisation du concept de représentation sociale nous parait profitable à suivre. Jodelet (1989) insiste sur le fait que la représentation sociale est une forme de connaissance. Legardez (2001) lui préfère une définition plus détaillée en termes de processus et qui souligne le caractère de mélange de connaissance-méconnaissance de la représentation sociale. Les élèves de 7^e année de base ont-ils à propos des gaz un complexe de connaissance-méconnaissance ? Leurs représentations sont-elles puisées dans plusieurs domaines ? Telles sont les questions qui sont au cœur de nos préoccupations.

Méthodologie

Notre objectif est de recueillir auprès d’élèves de 7^e année de base des informations pour obtenir à la fin des résultats répondant aux questions de notre recherche. Nous avons construit notre questionnaire en respectant notre cadre théorique et nos hypothèses. Le contexte des questions sur les gaz est à la fois scolaire et extrascolaire. En effet, d’un côté nous nous sommes basées sur le savoir enseigné. D’un autre coté, nous nous sommes inspirées des exemples de la vie quotidienne pour donner une signification sociale aux questions posées. Nous incitons les élèves à raisonner spontanément en les mettant dans un cadre social, c’est-à-dire où les questions relèvent de leurs expériences personnelles, familiales… Le questionnaire définitif est présenté en arabe puisque les élèves de 7^e année de base reçoivent le cours de physique en arabe. Il comporte 14 questions ouvertes. Il s’agit pour le répondant de formuler les réponses avec ses mots à lui. Dans l’étude présente, nous reportons les résultats correspondants à six questions. Pour cerner les raisonnements sous- jacents aux représentations des élèves, nous avons eu recours à un entretien semi-directif.

Nous avons repris les mêmes questions du questionnaire et nous avons insisté sur les explications des réponses ainsi que les sources des connaissances mobilisées. Les 6 interviewés, trois filles et trois garçons, sont choisis parmi les interrogés qui mobilisent essentiellement, soit des connaissances scientifiques, soit des connaissances quotidiennes. Les entretiens individuels se sont déroulés hors du contexte scolaire, c’est-à-dire hors du collège, et ils ont fait l’objet d’enregistrements audio. La transcription est faite en arabe puis elle est traduite en français.

Les questions proposées sont les suivantes. Question 1 : Il a été demandé aux élèves de faire des dessins pour représenter l’air puis le gaz et d’expliquer leurs dessins. Question 2: Il a été demandé aux élèves d’interpréter une situation quotidienne supposée des élèves dans leur contexte familial faisant intervenir les gaz; Il s’agit de décrire ce qui s’est passé à une famille se chauffant au kanoun dans une chambre fermée et qui s’évanouissent après trois heures. Question 3 : Il est présenté aux élèves une photo qui indique une partie d’une usine connue de la ville de (Kairouan ou de Tunis suivant le lieu de vie des élèves interrogés) et il leur est demandé de répondre aux questions suivantes : De quoi sont composées les fumées? Où vont-elles? Qu’est-ce qu’elles peuvent provoquer? Dans cette situation, nous nous attendons à ce que les élèves citent quelques noms des gaz issus des combustions rencontrés lors de la scolarité, leurs directions et leurs effets. Question 4 : Il a été demandé aux élèves d’indiquer la composition de la couche d’ozone, son rôle, les gaz qui la  détruisent et les conséquences de sa destruction. Question 5 : Dans cette question, les élèves sont invités à décrire ce qu’est l’effet de serre et dans quel contexte il intervient. Question 6 : Il a été demandé aux élèves de s’exprimer à propos du réchauffement de la terre.

Résultats et discussion

Notre analyse repose sur une grille qui comporte cinq catégories élaborées selon nos hypothèses : les connaissances profanes, les connaissances scientifiques scolaires, les expériences personnelles, la médiation socioculturelles et les confusions linguistiques.

Connaissances scientifiques

Dans notre étude, nous avons constaté que pour 63% des élèves, l’air ne se manifeste que par son mouvement (le vent, le courant d’air, le ventilateur,…). Cette représentation est comparable à celle constatée par Séré et Tiberghien (1989). Nous avons pu remarquer que pour la majorité des élèves, l’air existe partout et cela confirme les résultats de Séré pour des élèves de 11 à 13 ans (Séré, 1985). Notre recherche, comme celle de Christidou & Koulaidis (2003), a montré que pour les réponses des élèves, il existe une faveur pour le processus de blocage des radiations ultraviolettes plus que le mécanisme de réflexion pour interpréter les phénomènes de l’effet de serre. Nous avons constaté, comme dans l’étude  de Khalid (2003) que les élèves ne différencient pas (conceptuellement) les rayonnements ultraviolets (à courte longueur d’onde et forte activité chimique) et les autres formes de radiations solaires, comme par exemple les infrarouges (à longueur d’onde élevée, reliés à la notion de chaleur) : selon eux, la présence de la couche d’ozone permettrait de limiter le réchauffement terrestre, quand elle protège en réalité la terre de rayonnements nocifs pour la vie (les UV ont en effet une action destructrice sur les tissus mais ne présentent pas de propriété thermique spécifique). Ainsi les élèves assimilent parfois de manière erronée, les rayonnements UV à la lumière du soleil ou à la chaleur. Au contraire de Christidou & Koulaidis (2003) où les jeunes élèves âgés approximativement de 11 et 12 ans se réfèrent à des gaz différents (CFCs, dioxyde de carbone, méthane), les élèves de notre recherche âgés de 12 à 15 ans se réfèrent à des gaz polluants sans préciser lesquels. On considère ici une tendance à se référer à la pollution en général comme facteur qui affecte l’ozone. 17% des élèves enquêtés mobilisent des connaissances scientifiques scolaires en expliquant pourquoi ils ne peuvent pas dessiner l’air ou le gaz. Ils se réfèrent dans ce cas intégralement au cours.

Connaissances profanes

Nous avons aussi constaté qu’environ la moitié des élèves mobilisent des connaissances quotidiennes en indiquant la composition et les effets des fumées émises par une usine. Ils perçoivent que ces fumées sont chaudes et qu’elles vont monter vers le haut. Notre constatation confirme la conception trouvée dans d’autres travaux de recherche (Séré, 1985). Nous avons constaté que pour les questions socialement vives (ozone, réchauffement climatique), à peu prés la moitié des élèves mobilisent des connaissances profanes en interprétant ces situations, en effet, ils font correspondre le changement climatique à un réchauffement global du climat, dont ils ne savent pas expliquer les causes ou qu’ils attribuent à tort à l’amincissement de la couche d’ozone, ils croient qu’il y a une liaison causale entre ces deux phénomènes et à peu prés la moitié ne répond pas à ces questions. Nous avons remarqué, comme dans le travail de Thornber, Stanisstreet et Boyes (1999) où les élèves croient en l’existence des choses extra qui polluent l’air, que les jeunes élèves croient en l’existence de saletés dans l’espace qui provoquent le réchauffement. Notre travail, comme d’autres recherches (Christidou & Koulaidis, 2003), montre que les élèves renvoient le réchauffement de la terre au soleil qu’ils considèrent comme source de chaleur plus qu’une source de lumière. Dans leur travail, Boyes et Stanisstreet (1993) ont constaté que pour des élèves le réchauffement de la terre va causer la formation de plus de déserts. Ce résultat est également présent dans notre travail qui montre que les élèves croient qu’il y a une liaison causale entre ces deux phénomènes (élévation de la température et sécheresse). Nous avons de plus constaté que les élèves perçoivent que le réchauffement de la terre provoque les inondations. Notre étude a montré, comme dans le travail d’Anderson & Wallin (2000), que la majorité des élèves ne connaissent pas l’effet de serre. En interprétant des situations quotidiennes faisant intervenir les gaz, que l’on supposait connues des élèves dans leur contexte familial, de 63% à 75% des élèves mobilisent des connaissances profanes. En effet, la majorité de ces élèves parlent du zanzana, en évoquant le dioxyde de carbone au lieu d’évoquer le monoxyde de carbone (il s’agit d’une combustion incomplète), de la suffocation produite par l’odeur du gaz. L’évocation d’accident par les élèves lors des entretiens, leur interprétation, montre l’importance des connaissances profanes et de l’expérience quotidienne des élèves pour interpréter des situations faisant intervenir des gaz.

Rôle de l’expérience personnelle, du contexte social et médiatique

A peu prés la moitié des élèves (48%) évoquent des représentations marquées par leurs expériences personnelles. Par ailleurs, pour 63% à 75% des élèves, les représentations sont marquées par leur environnement socioculturel et médiatique. Par exemple on retrouve l’idée persistante, et incorrecte, que le trou dans la couche d’ozone conduit au réchauffement de la terre qui peut entraîner l’augmentation des cancers de la peau, et la dégradation des êtres vivants. Cette erreur est peut être induite par les messages médiatiques, largement diffusés pour avertir la population contre les risques d’exposition prolongée au soleil. Ces méprises entre réchauffement et amincissement de la couche d’ozone peuvent se comprendre du fait de la similarité apparente entre ces deux phénomènes environnementaux de dimensions globales et imperceptibles aux individus comme l’ont pointé Boyes et Stanisstreet (1993). Nous avons remarqué aussi, comme dans l’étude d’Andersson & Wallin (2000), que les élèves dans leurs choix du système affecté, concourent vers les humains. Peu d’élèves pensent que les autres êtres vivants peuvent être affectés.

Confusions linguistiques

Notre étude montre que les élèves interprètent différemment l’air et le gaz. Des confusions linguistiques pourraient intervenir dans le mesure ou dans le langage courant le mot gaz est souvent employé pour désigner ce qui peut nuire à la santé alors qu’en classe, le vocabulaire employé désigne l’état gazeux. Notre recherche montre aussi que les élèves interprètent le trou dans la couche d’ozone de façon littérale à partir du vocabulaire comme dans les travaux de Christidou & Koulaidis(1996), Boyes & Sanisstreet (1998), Khalid (2003). En effet, le trou dans la couche d’ozone est perçu par les élèves comme une rupture véritable apparue au sein d’une couche solide, rupture qui permettrait la traversée des rayonnements et non pas en tant que diminution de la concentration en ozone. Nous avons constaté aussi que quelques élèves parmi ceux qui ont répondu à la question relative à l’effet de serre interprètent ce dernier à la lettre. En effet, la traduction de l’effet de serre en arabe est l’enfermement de la chaleur ou le réchauffement naturel.

Conclusion

Nous avons constaté que les réponses aux questions consistent en des agrégats comprenant des résidus d’apprentissages scolaires, des connaissances profanes, et que l’expérience personnelle des élèves, l’environnement social ou les médias y jouent un grand rôle. Des confusions linguistiques y interviennent également. Nous serions tentées de rapprocher ce résultat à la notion d’îlots de savoir proposée par Fourez (1997) dans le cas de thèmes interdisciplinaires. Dans le domaine du réchauffement climatique, nous avons constaté une généralisation abusive qui traduit une confusion. Les élèves semblent en effet incapables de distinguer problèmes, causes et conséquences (qui se chevauchent parfois dans les réponses). Reste à conclure que les savoirs sur ces thèmes (réchauffement climatique, ozone, effet de serre) peuvent être analysés et caractérisés en termes de représentations sociales car ils restent un mixte (Moscovici & Hewstone 1984) entre le sens commun et les savoirs scientifiques diffusés, en situation scolaire, via des discours médiatiques ou socialement construits (Morris et Schagen, 1996).

Bibliographie

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Christidou, V & Koulaidis, V. (1996). Children’s Models of the Ozone Layer and Ozone Depletion.

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Thornber, J., Stanisstreet, M. & Boyes, E. (1999). School students’ ideas about air pollution: hindrance or help for learning? Journal of Science Education and technology, Vol.8, No.1.

Résumé

Les gaz font partie des programmes de l’enseignement scientifique. Des expériences sur les gaz ont été proposées en classe. Par ailleurs, les médias traitent également de situations impliquant des gaz, en particulier dans un contexte social de préoccupations environnementales. Les élèves ont connaissance de ces questions, et leurs connaissances issues de différentes sources peuvent poser problème, lors de l’enseignement scolaire des phénomènes faisant intervenir des gaz. Dans cet article, nous présentons une étude destinée à identifier les connaissances mobilisées par de jeunes élèves, à propos de différentes questions scientifiques socialement vives telles que les changements climatiques, l’effet de serre, l’ozone, les dangers des gaz au quotidien. Les données sont recueillies au travers des réponses écrites à 14 questions ouvertes et 6 interviews semi-directifs. Les résultats indiquent des difficultés à identifier les gaz en jeu dans les phénomènes, et des confusions fréquentes face aux questions socio-scientifiques proposées.