Étude des pratiques enseignantes pour la transformation de savoirs scientifiques et leur enseignement en vue d’un changement des conceptions des étudiants

L’enseignement des sciences dans le contexte de l’approche par compétences comporte des défis pédagogiques et didactiques. Les enseignants ont, entre autres, à faire des choix relativement à l’étendue des contenus enseignés et à favoriser des méthodes d’enseignement qui favoriseront le développement des compétences ciblées dans les cours de sciences. Par ailleurs, la chimie est une discipline complexe que certains étudiants ont de la difficulté à appréhender. Cela s’explique par le fait que les savoirs qu’elle sous-tend sont abstraits, souvent invisibles à l’œil nu et qu’ils s’incarnent dans plusieurs niveaux de représentation (microscopique, macroscopique et symbolique). Ces particularités justifient la nécessité que les enseignants transforment les savoirs de cette discipline en des formes plus faciles à apprendre par les étudiants. Notre étude s’est penchée sur l’enseignement d’un thème précis soit l’enseignement du modèle probabiliste de l’atome, modèle qui stipule que les électrons sont retrouvés dans des orbitales décrivant des régions de l’atome où la probabilité de trouver un électron est élevée, puisqu’il est reconnu dans la littérature qu’il présente des obstacles à l’apprentissage particuliers. Certaines études ont montré que les difficultés sont notamment dues au fait que les apprentissages réalisés au secondaire sur les modèles atomiques précédents semblent persister et nuire aux nouveaux apprentissages ou qu’elles sont liées à la nature abstraite des concepts relatifs à la mécanique ondulatoire. Notre recherche vise à mieux comprendre les pratiques enseignantes de transformation des savoirs liés au modèle probabiliste de l’atome durant la planification ainsi que les pratiques d’enseignement en lien avec les savoirs appris par les étudiants dans le cadre du cours « Chimie générale : la matière » du programme Sciences de la nature.  Le processus de transformation du modèle de raisonnement et d’action pédagogique de Shulman (1987) issu des travaux portant sur le pedagogical content knowledge a été utilisé pour l’étude des pratiques enseignantes de transformation des savoirs. Pour l’étude des pratiques effectives lors de la phase interactive de l’enseignement, les concepts de réflexion dans l’action et de réflexion sur l’action issus des travaux de Schön (1994) et un modèle intégré de pensée interactive des enseignants (Wanlin et Crahay, 2012) sont mobilisés. Les savoirs appris par les étudiants ont été abordés en lien avec le concept de conceptions (aussi nommé représentations) décrivant ces idées, ces connaissances que les étudiants ont déjà au moment d’apprendre. Nous avons fait le choix d’interpréter ces conceptions et le changement de celles-ci avec la notion de niveaux de formulation.  Une étude multicas a été réalisée auprès de six enseignants de chimie expérimentés en ayant recours à des entrevues semi-dirigées et des entrevues de rappel stimulé, ce qui a permis de comparer les pratiques déclarées et effectives. Des schémas contenant des explications écrites ont été réalisés par leurs 163 étudiants avant et après l’enseignement de la séquence et nous ont permis de mettre en évidence les changements dans leur façon de concevoir la structure de l’atome. Enfin, des entrevues ont été réalisées avec 10 étudiants afin de mettre en évidence certaines pratiques ayant contribué au changement de leurs conceptions. Une analyse qualitative a été réalisée sur les données recueillies. Les résultats montrent une diversité dans les pratiques enseignantes de transformation des savoirs, bien que plusieurs de celles-ci soient partagées par plusieurs enseignants. Pour la préparation de la leçon et le choix des contenus essentiels, les enseignants consultent essentiellement les mêmes sources (manuel, documents du programme, collègues) alors que critères sur lesquels ils se basent pour le choix des contenus essentiels diffèrent. Différentes formes de représentation des contenus sont utilisées dans le but, principalement, de susciter l’intérêt des étudiants ou d’expliquer ou d’illustrer certains concepts. Même si l’exposé magistral demeure largement utilisé, les enseignants planifient des activités d’apprentissage où les étudiants sont plus actifs dans le but de faire pratiquer les étudiants, de leur permettre de faire eux-mêmes certains liens, de leur faire découvrir certains concepts par eux-mêmes en s’entraidant et afin de vérifier leur compréhension. Enfin, les enseignants adaptent davantage leur planification aux caractéristiques cognitives de leurs étudiants, aux connaissances antérieures qu’ils possèdent sur les modèles atomiques dans le cas qui nous concerne et les stratégies prévues diffèrent selon les enseignants. Les pratiques effectives observées en classe correspondent généralement à ce qui a été planifié pour la majorité des enseignants. Toutefois, ceux-ci sont appelés à prendre des décisions dans l’action qui les conduisent, dans certains cas, à apporter des modifications à leur plan sur le vif. Ces décisions émergent d’une réflexion dans l’action initiée par des indices perçus principalement chez les étudiants. Nous avons aussi observé certaines réflexions sur l’action alors que les enseignants ont émis, a posteriori, des commentaires critiques sur leur enseignement.  Ces diverses réflexions amènent les enseignants à apporter des modifications à leur plan au fil des années, celui-ci devenant toujours mieux adapté aux contraintes de la situation. Cela peut expliquer que nous ayons observé peu de différences entre les pratiques planifiées déclarées et celles effectivement observées. Enfin, la recherche nous a permis de mettre en évidence certaines pratiques enseignantes visant à changer les conceptions des étudiants. La grande majorité des étudiants conçoivent la structure de l’atome à la manière du modèle « Rutherford-Bohr », le dernier modèle enseigné au secondaire, en arrivant à leur premier cours de chimie au cégep . Des recherches ont montré que cette conception est difficile à changer pour différentes raisons. Nos résultats montrent que les enseignants sont conscients de ce fait et que certaines pratiques semblent avoir contribué au changement observé dans la façon de concevoir l’atome. On pense par exemple, à l’utilisation de formes de représentation des contenus visuelles ainsi que la mise en œuvre de certaines activités d’apprentissage en classe. Nous avons observé qu’à la fin de la session, la majorité des étudiants avaient vu leurs conceptions évoluer de manière importante en se représentant l’atome selon les concepts entourant le modèle probabiliste même si leurs représentations pouvaient contenir plusieurs erreurs.

Keyphrases: Pratiques enseignantes, Transformation des savoirs, Enseignement des sciences, Étude de cas, Modèles atomiques