European Journal of Education Studies
ISSN: 2501 - 1111
ISSN-L: 2501 - 1111
Available on-line at: www.oapub.org/edu
Volume 3 │Issue 4│2017
doi: 10.5281/zenodo.375671
UNE APPROCHE DES REPRÉSENTATIONS DES ENFANTS DE 5 À 14
ANS SUR LA FUSION ET LA SOLIDIFICATION DU SELi
Konstantinos Ravanisii
Department of Educational Sciences and Early Childhood Education,
University of Patras, Greece
Résumé:
La représentation des propriétés et des phénomènes du monde physique existe dès le
début de la vie, comme une donnée première de la réalité. Dans plusieurs recherches
centrées sur les représentations des enfants on trouve que ces représentations jouent un
rôle décisif à l’enseignement et sont souvent incompatibles au modèle scientifique. Cet
article présente les résultats d’une recherche empirique sur les représentations des
petits enfants pour la fusion et la solidification du sel. L’échantillon de l'étude est
composé de
élèves grecs de
à
ans, partagés en quatre groupes d’âge. Les
données ont été recueillies dans le cadre élargi, de type ouvert, semi-structurés
conversations individuelles entre d’enfants de l'échantillon et d'un chercheur. Les
résultats des entretiens montrent que ces enfants utilisent différentes catégories des
représentations, dominées pour la majorité par la nature de la substance que nous
étudions.
Mots-clés: représentations, enseignement de la physique, phénomènes thermiques,
fusion, solidification
Abstract:
The representation of the properties and phenomena of the physical world exists from
the beginning of life, as a first datum of reality. In several studies focused on children's
representations, we find that these representations are critical to education and are
often incompatible with the scientific model. This article presents the results of an
empirical research on the representations of children for melting and solidification of
AN APPROACH TO THE REPRESENTATIONS OF CHILDREN FROM 5 TO 14 YEARS ON THE
FUSION AND SOLIDIFICATION OF SALT
i
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Konstantinos Ravanis
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LA FUSION ET LA SOLIDIFICATION DU SEL
salt. The research sample consisted of 359 Greek students 5 to 14 years, divided into
four age groups. Data were collected through expanded, open type, semi-structured
individual conversations between a child of the sample and one researcher. The results
of the interviews show that these children use different types of representations, the
majority dominated by the nature of the substance under study.
Keywords: representations, teaching physics, thermal phenomena, melting, congelation
1. Introduction
Dans le champ scientifique de la Didactique de la Physique, le
problème de la
construction des représentations mentales du monde physique dans la pensée chez
l’enfant occupe une place primordiale. L’ensemble des didacticiens des sciences
contemporains considèrent qu’un apprentissage réussi suppose une transformation des
représentations de l’élève Driver, Guesne & Tiberghien,
Johsua & Dupin, 1993;
Ravanis, 2010; Kambouri, 2011; Boilevin, 2013; Delserieys, Jégou & Givry, 2014). Bien
entendu, pendant les quarante dernières années plusieurs recherches effectuées portent
sur l’étude des représentations spontanées des élèves de différents âges pour divers
concepts et phénomènes. Dans plusieurs recherches qualitatives et quantitatives,
souvent dirigées par des points de vue épistémologiques, psychologiques et didactiques
différents, nous pouvons constater que, les enfants approchent le monde physique,
formulent certaines représentations qu’elles se trouvent en distance ou en contradiction
avec les concepts, le modèles et les théories scientifiques.
Néanmoins il est aujourd’hui acquis, dans le cadre de la communauté des
didacticiens de la Physique, que
a les représentations mentales des enfants s’avèrent
résistantes à l’enseignement scientifique tel qu’il se pratique à l’école et b étant le
produit de l’histoire individuelle et sociale de l’enfant présentent un caractère
dynamique et évolutif mais en même temps, peuvent-être d’obstacle à l’appropriation
des concepts scientifiques.
2. Problématique Théorique
L’étude des représentations mentales des élèves sur les notions et les phénomènes
thermiques est l’objet des nombreuses recherches qualitatives et quantitatives. Selon les
chercheurs qui ont étudié ces questions avec les enfants de moins de 14 ans nous
pouvons distinguer une série des difficultés et des obstacles persistants aux
raisonnements des élèves (Tiberghien, 1983, 1985; Andersson, 1990; Kesidou, Duit &
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LA FUSION ET LA SOLIDIFICATION DU SEL
Glynn 1995; Harrison, Grayson & Treagust, 1999; Tytler, 2000; Ravanis, Papandreou,
Kampeza & Vellopoulou, 2013; Rodriguez & Castro, 2014; Kampeza, Vellopoulou,
Fragkiadaki & Ravanis,
Skoumios & Moutzouri,
Il n’y a pas de distinction
entre la chaleur et la température et souvent les enfants pensent que la température
mesure la chaleur, la température est une propriété intrinsèque de la matière et/ou des
objets, il existe des objets chauds et froids par nature, le chaud et le froid sont deux
entités distinctes, les relations thermiques entre un objet et son environnement sont
ambiguës. Dans ce cadre de recherche un champ particulier est l’indentification des
représentations des enfants sur le changement d’état. Ce changement, c’est-à-dire le
passage d'un état de la matière à un autre, est un phénomène crucial pour la physique
étant donné qu’on peut l'observer dans les laboratoires dans diverses situations
expérimentales mais surtout dans la nature où, sous différentes formes, il influence les
conditions de vie.
La plupart des recherches réalisées sur les changements d’état, pour les élèves
jusqu’à
ans, touchent une transition de phase lors du passage d'un état de la matière
à un autre, les changements visibles de l'eau ou des substances surtout dans des
conditions de la vie quotidienne et/ou la vie humaine sur terre: la fusion des glaces de
mer en “rctique, l’ébullition et l’évaporation de l’eau dans la cuisine, le cycle de l'eau
dans la nature etc. Ces recherches ont constaté que la majorité d’enfants pensent que
plus on fait chauffer de l’eau qui bout plus sa température augmente, la température
d’une substance ne peut pas dépasser son point d’ébullition, la glace ne change pas de
température, la condensation, l’évaporation, la liquéfaction, la solidification et la fusion
sont des termes uniquement reliés à l’eau, à
°C tout gèle et à
°C tout bout, pendant
la transition de phase la température ne reste pas invariante, l’équilibre thermique n’est
pas reconnu.
En tentant estimer l’ensemble de ces représentations mentales nous pouvons
distinguer l’insistance et éventuellement l’influence du contenu empirique des tâches
réelles proposées, étant donné que les représentations se forment à partir des situations
de l’environnement physique et social, c’est-à-dire d'éléments extérieurs retenus de
façon sélective, dissociés de la condition de départ et utilisés pour une construction
cognitive originale Giordan & De Vecchi,
. En réalité les représentations n’existent
pas telles quelles avant la condition qui conduit les enfants à les organise au niveau de
l’activité mentale en réalisant une production. C’est-à-dire qu’avec le travail sur les
représentations dans l’élaboration de leur pensée on ne peut pas négliger le problème
qu’on soumet aux élèves et la grande importance de la production sollicitée. C’est pour
cette raison que nous trouvons intéressant d’étudier et classifier les représentations des
élèves en leur proposant un problème de changement d’état qui n’est pas habituel dans
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la vie quotidienne. Donc nous avons choisi le phénomène de fusion et de solidification
du sel, un sujet inconnu pour les élèves qui savent ceci sous forme solide et non sous
forme liquide.
Après deux approches avec les élèves de 5-6 et de 10-11 ans (Ravanis, 2013,
2014a, 2014b), dans cet article notre question de recherche porterait sur les différences et
les similitudes des représentations des enfants âgés de 5 à 14 ans sur la fusion et la
solidification du sel, avant de prendre part à des cours organisés sur les changements
d’état de la matière, afin de repérer les difficultés et les obstacles que nous
rencontrerons au cours de l’enseignement de ces savoirs.
3. Méthodologie
3.1 L’échantillon et le recueil de données
À cette recherche ont participé
sujets de
à
élèves, partagés en quatre groupes d’âge groupe “
ans moyenne d’âge
maternelle grande section , groupe ”
mois, S.D.
mois , groupe C
sujets de
ans et
mois, S.D.
sujets de
à
à
ans moyenne d’âge
ans moyenne d’âge
S.D. 3 mois) provenant de l’école primaire et groupe D
moyenne d’âge
ans et
mois, S.D.
mois provenant de la
ans et
ans et 7
mois,
85 sujets de 13 à 14 ans
mois provenant de l’école secondaire. La
population provient de classes d’écoles maternelles, primaires situées et secondaires au
centre de Patras ville de la Grèce . Il s’agit d’enfants dont les parents ne disposent pas
de connaissances particulières en Sciences Physiques puisqu’ils n’ont pas fait d’études
universitaires niveau d’étude compris entre la fin du primaire et la fin du secondaire .
Les sujets de 5-6 et 8- ans de l’échantillon de cette recherche, n’ont pas reçu avant
d’enseignement systématique organisée sur les notions de fusion et de congélation des
solides. Pourtant les enfants de 10-11 et 13-14 ans dans les classes précédentes ils
avaient travaillé dans la classe sur le phénomène du changement d’état de la glace. Les
curriculums de Sciences Physiques pour l’école en Grèce sont des programmes du type
« traditionnel », c’est-à-dire basés uniquement sur le contenu scientifique ; ils ont été
élaborés sans que des études méthodiques au niveau pédagogiques et psychologiques
soient prises en considération.
3.2 La procédure
L’approche des représentations des enfants a été effectuée au moyen d’entretiens
individuels directifs. Chaque entretien a duré environ 10 à 15 minutes et elle a eu lieu
dans une salle spécialement aménagée à cet effet dans chaque école. Aux enfants ont été
proposées trois tâches possibles et réalisables, mais non vraiment réalisées. Les
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discussions avec les enfants dans les cadres de ces tâches concernaient l’exploration de
l’échauffement et de la congélation d’une quantité du sel sur un camping-gaz.
3.3 Les tâches utilisées
La compréhension par l´élève du rapport de cause à effet qui rend compte du
phénomène de changement d’état du sel a été testée à travers les tâches suivantes
Tâche 1. Avec la première question, nous essayons d'étudier si les enfants ont une idée
exacte sur la conséquence de l’échauffement du sel. À chaque enfant, nous posons la
question : « Je vais allumer un camping-gaz et puis je vais mettre sur le gaz le récipient
qui a du sel dedans. Qu’est-ce qui va se passer? ».
Tâche 2. Quelle sera le résultat d'un échauffement continu du sel ? À chaque enfant,
nous posons la question : « Supposes que on laisse le récipient plein de sel sur le
camping-gaz et qu’on revient demain matin. Qu’est-ce qui se passerait? ».
Tâche 3. Enfin, quelles qu'elles soient leurs représentations sur l'état de sel, si nous nous
arrêtons le chauffage continu qu’est-ce qui va arriver? Ainsi, nous demandons aux
enfants de prévoir « si on arrête le fonctionnement du camping-gaz et puis on revient
demain matin qu’est-ce qui va se passer pour le sel ? ».
4. Résultats
La compréhension par l´élève du rapport de cause à effet qui rend compte du
phénomène de changement d’état a été testée à travers les tâches suivantes
Tâche 1. À la première tâche les réponses des enfants à quatre groupes différents, ont
été catégorisées de la manière suivante :
a) De réponses estimées comme suffisantes qui prévoient clairement la liquéfaction
du sel. Par exemple : Sujet 21, Groupe A (S21-G“
c’est
. l’eau
comme
. ». Chercheur (C) : « Et la couleur du sel sera la même avec de
l'eau ? ». S21-G“ «
sel sera chaud
« Le sel sera
.. sa couleur sera blanc
. comme le sel
. », S
-GB: « Le
c’est tout ». C. « Qu’est ce qui pourrait lui arriver d’autre que
chauffer ? ». S32-GC «
.. il pourrait
. il pourrait se transformer en liquide
et puis en gaz si on chauffait ça encore
fondre de la chaleur du camping-gaz
. ». S
.
-GD : « Je pense que le sel va
.. ».
b) Réponses intermédiaires. Les enfants dans ce cas, en faisant des efforts à décrire
le phénomène, ne sont pas en mesure de fournir une prévision stable bien qu’ils
se réfèrent à une idée vaste de la fusion. P. ex. S79-G“
comme le café qui fait mon papa
. ». C « Comme le café
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« Le sel va fondre .
.. ». S
-G“ «
.
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Mais dans le pot
. on met de l’eau
ne sais pas .. », S
fondre
. elle pense
. Non je pense
-G” « Le sel va chauffer mais pas beaucoup
je
il ne va pas
. ». C « Il peut fondre ou il ne peut pas fondre sur le camping-gaz ? ».
S14-G” «Oui il peut fondre
. Non je ne pense pas parce que ce n’est pas
ce
n’est pas .. ça chauffe pas assez fort » C « Si nous avions un feu très, très fort ?
». S14-G” «
Je sais pas
Je ne suis pas sûre », S
.Je pense que
-GC : «
ce serait fondre ....... mais je ne suis pas sûr si le sel fond ...... je ne sais pas ..».
c) Réponses insuffisantes. Sont regroupées ici les réponses qui n’évoquent pas la
relation entre l’échauffement et le changement d’état ou ne se référent pas
directement à l’augmentation de la température du sel. P. ex. S
être
. la poudre va être plus chaud », S
-GC «
Je ne suis pas sûr
Peut-
. Je ne sais pas ». C « Et si
tu touches le sel qu’est-ce que tu vas sentir ? ». S61-GC «
plus chaud », S12-GD : «
-G“ «
Peut-être
. y va être
. Je ne sais pas ».
Tâche 2. À la deuxième tâche les réponses prises ont été classées en trois catégories :
a) Réponses suffisantes. Nous considérons que des réponses suffisantes, donnent
les enfants qui arrivent à expliquer que le chauffage continu va conduire à la
fusion du sel. Les raisonnements qui exposent les enfants ne sont pas absolument
stables à cause de l’estimation de la puissance de la flamme du camping-gaz,
mais en général ils reconnaissent une relation qualitative échauffement-passage
du sel à l’état liquide. P. ex. S
fondue
», S -GC « Il va fondre
-GA : « Le sel sera comme de la poudre
. Il sera liquide », .S
Je pense que lorsque nous réchauffons de sel
-GD : « Le sel va fondre.
. il sera comme la crème .... Je ne
sais pas si elle est de la même couleur .... mais il est certainement devenu
liquide ».
b) Réponses intermédiaires. Ces réponses font une liaison du chauffage, de
l’augmentation de la température et du changement d’état mais elles restent
incertaines et/ou incorrectes. P. ex. S66-G“ « .... Si on chauffe
brûler.
alors le sel va
.. mais comment cela se fait ..... Je ne sais pas ce qui se passe ....... », S
-
GB : « Le sel chaufferait trop ........ mais je ne sais pas ce qui se passera après
...... », S.60-GC « .... Le sel est comme
pas sûr
.. est comme une poudre
.. Je ne suis
. mais il va peut-être s’évaporer ».
c) Réponses insuffisantes dans lesquelles les enfants ne reconnaissent pas que le sel
augmente la température quand il est chauffé ou ils n’arrivent pas jusqu’à une
liaison du chauffage au changement d’état. P. ex. S71-G“
métal
. », C « Et le sel ? » S
«
-G“ « On n'a pas chauffé le sel
.Ça brûle
. le
on brûle le
récipient». S53-GΒ «Faire chauffer la casserole? Le sel qui touche le métal va se
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chauffer ....», C. : «Et le sel qui est au centre du pot?», S.
S11-GC «
.«
. Je ne sais pas »,
.Le récipient rougirait et puis le sel il resterait normal
C’est-à-dire ? » ? S11-GC « Il resterait
. un peu plus chaud mais
. ». C «
normal ».
Tâche 3. À la troisième tâche nous demandons aux enfants de prévoir « si on arrête le
fonctionnement du camping-gaz et puis on revient demain matin qu’est-ce qui va se
passer pour le sel ? ». À cette question on attend des réponses qui correspondent aux
différentes représentations exprimées aux deux tâches précédentes. Nous avons obtenu
des réponses que nous avons classées aussi en trois catégories :
a) Réponses suffisantes qui prévoient clairement aux tâches 1 et 2 la fusion du sel et
maintenant la solidification du sel liées à l’équilibre thermique. P. ex. S
«
Il se refroidir à nouveau et
-GB :
. devenir le sel ». Un élève (S32-GC qu’il
reconnait que plusieurs objets dans une pièce sont à la même température
répond directement : « Le sel sera refroidi . comme le récipient et la pièce ». Un
autre élève (S41-GD) explique : « Il va être solide. Il va être refroidi
. en raison
de l'air ... arrivera à la température ambiante».
b) Réponses intermédiaires. Dans ces réponses les élèves se référent à l’échange de
chaleur et à la relation liquéfaction–solidification du sel mais ils n’arrivent pas à
comprendre clairement à l’équilibre thermique. P. ex. S
refroidir
si nous ne chauffons le sel va refroidir ..... ce serait comme avant ....
», S27-GC « Ça va refroidir
ça va refroidir d’abord ça va se refroidir le haut
et petit à petit ça va aller vers la bas
l’air
-GA : « Ça va
parce que c’est la partie qui est la plus à
Demain matin il serait à la température de l’air de la pièce (C : Mais
pourquoi ?
.. je ne sais pas exactement », S
-GD : « Si nous ne chauffons pas
le sel refroidir ..... c’est un phénomène physique
.. un objet chaud est refroidi
dans l'environnement ».
c) Réponses insuffisantes. Dans les réponses de cette catégorie on voit que les
élèves n’utilisent pas la notion d’échange de chaleur et d’équilibre thermique. P.
ex. S82-G“ « Le sel
.. il va se refroidir un peu ...... mais il sera toujours plus
chaud .... il a réchauffé beaucoup à cause de la flamme .... ». C. « Le sel sera plus
chaude que quoi? ». S82-G“ «
plus chaud que tout », S
-GB : « Je crois
qu'il va refroidir ..... mais je ne sais pas combien de degrés ..... comme le sel est
très chaud ..... Je ne sais pas à quelle température deviendra », S40-GC: «
L’indication du thermomètre va commencer par descendre et si on revenait
demain matin.... le sel sera à la température première.... le récipient sera à la
même température que le sel... le récipient sera plus froid que l’air de la
chambre... parce que les casseroles sont toujours plus froides ».
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Dans le tableau sont présentées les répartitions des réponses des sujets aux trois
tâches proposées.
Tableau : Fréquences des réponses des élèves aux trois tâches
10-11 ans
13-14 ans
5-6 ans
8-9 ans
10-11 ans
13-14 ans
5-6 ans
8-9 ans
10-11 ans
13-14 ans
Tâche 3
8-9 ans
Tâche 2
5-6 ans
Tâche 1
Réponses suffisantes
3
3
5
7
3
5
10
13
0
1
4
9
Réponses intermédiaires
24
31
33
42
29
38
37
37
21
25
24
25
Réponses insuffisantes
62
61
51
36
57
52
42
35
68
69
61
51
5. Conclusion et Discussion
L’analyse présentée dans cet article se structure autour
représentations mentales des enfants de
à
a
de l’examen des
ans et b de l’indentification des
dissemblances éventuelles au sein des quatre groupes d'âge différents. Cet examen est
basé sur les verbalisations des élèves à propos dans trois tâches liées au phénomène de
changement d’état du sel, c’est-à-dire d’un changement non familière. Selon le modèle
scientifique transposée à l’enseignement, le problème fondamental en ce qui concerne la
structure d’un raisonnement sur le changement d’état est le passage de la
reconnaissance simple de la matière avec propriétés intrinsèques au concept abstrait de
transformation durant des échanges thermiques.
La présentation des données a remarqué des difficultés et nous a conduit à la
formulation des cadres représentatifs des enfants sur la notion de changement d’état.
Les résultats obtenus aux deux premières tâches indiquent que majoritairement le sel
n’est pas une substance qui passe de l’état solide à l’état liquide et ceci est produit par
une interprétation centrée sur les aspects perceptifs, basées sur les expériences de la vie
quotidienne. En étudiant les résultats dans leur intégralité, nous pouvons observer que,
en commençant par les enfants de 5 ans et en se déplaçant vers les enfants de 14 ans, il y
a une amélioration nette des représentations mais pas statistiquement significative. Les
résultats obtenus à la troisième tâche confirment les données recueillies aux deux
premières tâches mais aussi constatent que plus d’enfants ont du mal à admettre la
transformation inverse c’est-à-dire la solidification du sel liquide.
Les données analysées sont semblables avec les résultats des recherches pareilles
(Zimmermann-Asta, 1990; Skoumios & Hatzinikita, 2010; Ravanis, 2013, 2014b;
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Rodriguez & Castro, 2014). En réalité, les trois tâches virtuelles proposées, non réalisées
et basées à une simple discussion avec les enfants, ont permis l’émergence d’un certain
nombre des obstacles reconnues dans ces études antérieures. De la même façon, dans le
cadre des perspectives didactiques, les résultats de notre recherche (Jones, 1984; Tytler,
Gönen & Kocakaya,
moins jusqu’à l’âge de
-
, permettent d’identifier que la difficulté essentiel au
ans, n’est pas simplement celui d’admettre le changement
d’état. La difficulté primordiale est associée à l’obstacle de la procédure des échanges de
chaleur entre les objets dans un système et dans notre cas entre le sel liquide ou solide
et l’air, c’est-à-dire au principe de l’équilibre thermique.
Ainsi, pour valoriser nos résultats, les difficultés principales pour les enfants de
ce spectre d’âges à la compréhension du changement d’état est l’adhésion aux
propriétés perceptibles de substances qui sont communs dans la vie quotidienne et
estimés comme indépendants des échanges thermiques entre les objets d’un système
(Laval, 1985; Jones & Lynch, 1989; Baser, 2006; Ravanis, 2014a).
Dans le cadre de la recherche de la Didactique des Sciences Physiques, nous
connaissons qu’un guidage méthodique peut modifier les schèmes explicatifs et
l’argumentation des enfants. La question proprement didactique qui se pose alors est
comment l’enseignement systématique peut créer des dispositifs de travail didactique
pour aider l’élève à réorganiser et modifier ses représentations spontanées du monde
naturel (Kampeza & Ravanis, 2009; Fragkiadaki & Ravanis, 2014; Kambouri &
Michaelides, 2014, 2015). Cette question renvoie au problème encore ouvert et
exploitable concernant l’efficacité de différentes procédures didactiques permettant
d’arriver à une interprétation au niveau qualitatif et/ou quantitatif pour les enfants les
plus âgés basée sur l’idée de la transformation réversible des substances et à la
distinction de la stabilité de la matière mais aussi à la relativité de son état, liée à la
température.
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