un modele d'enseignement genératif de la photosynthèse

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  • UN MODELE D'ENSEIGNEMENT GENRATIF DE LA PHOTOSYNTHSE

    Miles Barker Malcolm Carr

    L'analyse de trois stratgies d'enseignement et d'apprentissage de la photosynthse montre qu'aucune d'entre elles ne favorise la comprhension de la photosynthse en tant que processus producteur d'hydrates de carbone, d'une faon qui soit relie aux connaissances pralables des lves. Les auteurs prsentent une nouvelle stratgie labore en rfrence au modle d'apprentissage gnratif d'Osborne et Wittrock (1985). L'article dcrit les activits proposes aux lves dans un module intitul "D'o vient le bois ?", expriment auprs d'une classe de 26 lves de 14 ans. L'valuation montre que sept lves sur dix ont construit une comprhension satisfaisante de la photosynthse. Des modifications du modle d'apprentissage gnratif sont suggres, en particulier quant sa prsentation squentielle.

    Peu de gens contrediront Arnon (1982) quand il dit que "la photosynthse (...) est le processus biochimique le plus important sur la terre". En consquence de quoi la photo-synthse figure dans la plupart des programmes scolaires. Cependant, la recherche laisse apparatre que c*est un sujet relativement difficile pour les lves (Johnstone et Mahmood 1980, Finley, Stewart et Yarroch 1982). Cet article (1) examine dans une premire partie trois strat-gies d'enseignement de la photosynthse, avant d'en propo-ser une nouvelle, de la dcrire et d'en valuer les rsultats dans une seconde partie.

    1. TROIS STRATGIES D'ENSEIGNEMENT gU I NE PRENNENT PAS SUFFISAMMENT EN COMPTE LES REPRESENTATIONS DES LVES

    Les manuels et documents usage des lves ainsi que les trois stratgies observations de classes indiquent que la pdagogie de la d'enseignement dcouverte guide est trs gnralement pratique. La stra-

    fai) Cet article reprend, sous une forme modifie et ractualise, le contenu de deux articles : 'Teaching and learning about photosyn-thesis. Part 1 : An assessment in terms of students'prior know-ledge", in : International Journal of Science Education, 1989, vol 11, 1, 49-56, et 'Teaching and learning about photosynthesis. Part 2 : A generative learning strategy", in : International Journal of Science Education, 1989, vol 11,2,141-152.

    ASTER N 15. 1992. Lumires sur les vgtaux verts, INRP. 29. rue dTJlm, 75230 Paris Cedex 05

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    tgie centre su r l'analyse des lments est une au t re approche possible drive de la dcouverte historique de la photosynthse. Enfin des chercheurs en sciences de l'du-cation ont propos la stratgie centre sur la signification de la nourriture de la plante. Chacune de ces stratgies sera examine du double point de vue de sa cohrence avec la formulation scientifique actuelle, et de l'importance de la prise en compte des connaissances pralables des lves.

    de nombreuses reprsentations

    sur les activits des plantes

    sur les matriaux

    sur l'nergie

    1.1. Les connaissances pralables des enfants

    Un ensemble considrable de recherches se rattachant la tradition appele constructiviste ont montr l'importance des connaissances pralables comme facteurs dterminants des rsultats de l'apprentissage (Kelly 1955, Driver 1982, Gilbert, Osborne et Fensham 1982). Dans le cas de la photosynthse, la recherche indique que, bien que les enfants ne disposent pas de connaissances pralables en relation directe avec la photosynthse elle-mme (Barker 1985i), ils ont cependant un grand nombre de reprsentations non cohrentes mais pertinentes sur les activits et les matriaux de la plante (Wood-Robinson 1991). Ils considrent l'eau comme essentielle pour les plantes mais font rarement la relation directe avec leur croissance (Barker 1985a). Les enfants ont frquemment des ides propos de l'effet rciproque des plantes et des animaux sur la composition de l'air (Barker 1985b). Ils attribuent diverses fonctions aux feuilles, par exemple une fonction d'absorption de l'eau et du rayonnement solaire, ou une fonction dcorative (Barker 1985c). Ils ont des ides sur l'importance des engrais, la croissance de la plante, les pro-ductions vgtales comme le bois, bien qu'ils aient du mal expliquer l'origine du bois (Barker 1985d).

    Ils ont galement des ides sur les multiples sources d'ner-gie des plantes et pensent parfois qu'elles utilisent directe-ment l'nergie solaire dans leurs processus vitaux (Barker 1985e). Ils pensent en gnral que la nourriture de la plante est absorbe (Barker 1985 g). Ces connaissances pralables peuvent influencer de manire significative l'apprentissage ultrieur en classe (Simpson et Arnold 1982, Driver et al. 1983, Wandersee 1983, Bell et Brook 1984, Anderson Sheldon et DuBay 1990).

    des travaux pratiques

    1.2. Stratgie de la dcouverte guide

    Dans l'enseignement secondaire, les travaux pratiques sur la photosynthse consistent essentiellement demander aux lves de faire la recherche de l'amidon dans les feuilles par l'eau iode. Dans les expriences de contrle, les condi-tions et matriaux ncessaires manquent. Sur les 48 exer-cices pratiques reprs dans les dix manuels scolaires ana-lyss par Barker (1985A, 47 proposent des tests chimiques. Dans 33 cas c'est le test amidon-eau iode qui est utilis.

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    pour rechercher l'amidon

    des pseudo-questions

    recherche de la "bonne rponse"

    une tude evaluative

    L'utilisation de ces exercices rappelle la description de la dcouverte guide faite par Claxton (1984) : "elle consiste gnralement conduire les gens vers un concept prdter-min en leur proposant une succession dexpriences pla-nifies". Un ensemble important de travaux mettent en vidence des problmes importants lis l 'utilisation scolaire de la dcouver te guide (Hermann 1969 , Solomon 1980, Zylbersztajn et Gilbert 1981, Wellington 1981, Rowell et Dawson 1983, Osborne 1984). Ausubel (1968, p. 529) a choisi la photosynthse comme exemple d'une mauvaise application de la pdagogie de la dcouverte guide. Barnes, Britton et Rosen (1969), obser-vant une leon sur l'extraction de la chlorophylle, ont constat que le professeur posait des "pseudo-questions" et ne russissait pas mettre en discussion les reprsenta-tions des lves, malgr des indices trs clairs de l'existence de conceptions errones. Bell (1985), dans son analyse trs complte de deux sries de cours comportant des exercices pratiques sur la photo-synthse, a rapport un grand nombre d'exemples de confu-sions faites par les lves, de recherches de la "bonne" rponse et de conclusions inattendues. En dsespoir de cause, les enseignants recouraient des arguments d'auto-rit pour essayer de sauver la situation et de faire admettre aux lves que "la photosynthse, c'est la manire qu'ont les plantes de fabriquer de la nourriture". Pour rsumer, en se centrant sur l'amidon qui, selon les scientifiques, n'est qu'une production mineure de la photo-synthse par rapport aux sucres solubles et la cellulose (Barker 1985d), la stratgie de la dcouverte guide met l'accent sur une substance peu connue des enfants sans mettre en jeu ce qu'ils connaissent dj des plantes. De plus les aspects manipulatoires tendent monopoliser l'attention des lves et les dtourner de la comprhension du pro-cessus. Quels rsultats obtient-on lorsque la photosynthse est pr-sente aux lves des coles secondaires avec cette strat-gie, trs rpandue dans l'enseignement ? Barker (1985 h) a conduit une tude auprs d'lves de 13 18 ans suivant un enseignement scientifique dans sept ta-blissements secondaires et une universit de l'le du Nord de la Nouvelle-Zlande. Les tablissements secondaires utili-saient tous la stratgie de la dcouverte guide pour aborder l'enseignement de la photosynthse en classe 3 (13 ans). On demandait aux lves d'crire un paragraphe sur le sujet : "qu'est-ce que la photosynthse" ? Les rponses ont t classes en fonction de leur rfrence la photosynthse en tant que mcanisme de production d'hydrates de carbone (par exemple l'amidon), de stockage d'nergie, ou de fabrica-tion de nourriture.

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    un lve sur cinq seulement donne la rponse attendue

    la rponse la plus frquente est "production de nourriture"

    Les rsultats montrent que seulement 19% des lves de 13 ans ayant bnfici de la pdagogie de la dcouverte guide ont donn une rponse qui pouvait correspondre aux rsul-tats des expriences, la production de carbo-hydrates. Par contre 54% de ces lves associent la photosynthse la fabrication de nourriture, mais sans identifier cette nourri-ture (12% de ceux-ci donnent galement une rponse d'un autre type). La notion que la photosynthse est le processus qui permet aux plantes de produire des hydrates de carbone et celle de stockage de l'nergie, augmentent progressivement avec l'ge des lves, cependant que l'ide de production de nour-riture atteint son plus fort pourcentage 16 ans (6me classe) pour diminuer ensuite. Au total, ces rsultats montrent que la pdagogie de la dcouverte se montre largement inoprante pour aider les lves dcouvrir que la photosynthse produit les sub-stances spcifiques des plantes. Le point de vue de la pro-duction de nourriture qui prdomine sera examin plus loin.

    une dmarche intressante du point de vue des connaissances scientifiques

    mais difficilement compatible avec les possibilits conceptuelles des lves

    1.3. Stratgie centre sur l'analyse chimique des lments

    Une tape historiquement dcisive dans la comprhen-sion de la photosynthse fut franchie lorsqu'en 1804 De Saussure appliqua la physiologie des plantes le nou-veau systme des lments chimiques de Lavoisier. Bien que les aspects qualitatifs essentiels de la photosynthse aient t connus ds 1782 grce aux nombreuses expriences menes par Priestley, Ingen-Housz et Senebier, ce fut De Saussure qui "termina le travail de recherche fondamentale et fournit une interprtation thorique convaincante de l'ensemble" (Nash 1984). Une approche de la photosynthse fonde sur l'analyse chi-mique de la matire, du sol, de l'air