Inhibition et capacité à surmonter certaines conceptions alternatives en chimie

Malenfant-Robichaud, G. (2018). Inhibition et capacité à surmonter certaines conceptions alternatives en chimie (mémoire, Université du Québec à Montréal, Canada). url: labneuroeducation.org/s/Malenfant2018.pdf

RÉSUMÉ : Les chercheurs en éducation sont conscients des nombreuses difficultés pouvant entraver l’apprentissage des sciences. Parmi celles-ci, la présence de conceptions alternatives dans le raisonnement des élèves occupe une place importante dans les recherches. Il est en effet reconnu que les conceptions alternatives des élèves sont variées et qu’elles peuvent résister aux stratégies d’enseignement traditionnelles (Liu, 2001; Wandersee, Mintzes et Novak, 1994). Les chercheurs ont alors grandement étudié le changement conceptuel qui décrit « les parcours d’apprentissage des élèves de leurs conceptions initiales vers les concepts scientifiques à apprendre. » (Duit, 1999, cité dans Duit et Treagust, 2003, p. 673, traduction libre).

Cependant, aucun modèle ne parvient à faire consensus (diSessa, 2008, 2008; Rusanen, 2014). Qui plus est, plusieurs de ces modèles divergent sur plusieurs considérations importantes telles que l’avenir des conceptions alternatives après le changement conceptuel (Potvin, 2017). Pour certains, un changement conceptuel réussi entraîne le remplacement (p. ex. Posner, Strike, Hewson et Gertzog, 1982) ou la transformation de la conception alternative (p. ex. Vosniadou, 1994; Chi, Slotta et De Leeuw, 1994). Pour d’autres, il s’agit plutôt d’une compétition entre la conception alternative et le concept scientifique (e.g. Mortimer, 1995; Potvin, 2013).

Des études récentes ayant utilisé les temps de réponse semblent toutefois indiquer que les conceptions alternatives ne sont pas effacées après le changement conceptuel et qu’elles coexistent avec les conceptions scientifiques (Babai et Amsterdamer, 2008; Babai, Sekal, et Stavy, 2010; Kelemen, Rottman, et Seston, 2012; Potvin et Cyr, 2017; Shtulman et Harrington, 2015). D’autres études ont renforcé cette hypothèse en analysant l’activité cérébrale associée à l’expertise en physique grâce à l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) (Brault Foisy, Potvin, Riopel et Masson, 2015; Masson, Potvin, Riopel et Brault Foisy, 2014). Leurs résultats ont montré que l’activation dans les régions cérébrales reliées à l’inhibition était significativement plus importante chez les experts que chez les novices. Les auteurs concluent ainsi que les experts doivent inhiber leurs conceptions alternatives pour répondre correctement à des tâches contre-intuitives.

Toutefois, il est encore incertain si l’inhibition contribue aussi à l’expertise en chimie. Pour valider cette hypothèse, une tâche cognitive en chimie a été élaborée et utilisée lors d’une étude en IRMf auprès de 19 enseignants en chimie de niveau collégial et universitaire. Cette tâche consistait en 40 paires de stimuli en lien avec différentes conceptions alternatives en chimie. Chaque paire était formée d’un énoncé congruent avec la conception alternative et d’un énoncé incongruent qui nécessite de surmonter la conception alternative pour répondre correctement.

L’exactitude des réponses, le temps de réponse et l’activité cérébrale ont été mesurés et analysés. Des différences significatives ont été observées dans l’exactitude et les temps de réponse entre les énoncés congruents et incongruents. De plus, l’analyse de l’activité cérébrale lors de l’évaluation des énoncés incongruents révèle une activation plus importante dans le cortex préfrontal dorsolatéral, dans la partie antérieure de l’aire motrice supplémentaire (pré-AMS) et dans le cortex préfrontal ventrolatéral gauche/insula antérieure gauche. Ces trois régions cérébrales sont fréquemment activées dans plusieurs tâches d’inhibition (Laird et al., 2005; Nozari, Mirman et Thompson-Schill, 2016; Simmonds, Pekar et Mostofsky, 2008).

Les résultats viennent donc appuyer l’hypothèse de la coexistence des conceptions et du rôle de l’inhibition dans l’expertise en chimie. Plusieurs modèles de changement conceptuel gagneraient donc à être repensés pour s’harmoniser avec les conséquences de la coexistence des conceptions. L’enseignement des sciences se voit aussi influencé par les résultats de cette étude. En effet, les enseignants devront probablement revoir leurs stratégies d’enseignement afin de favoriser la prévalence de la conception scientifique (Potvin, 2013, 2017). De nouvelles stratégies pourront aussi être proposées afin d’aider les élèves à développer leur capacité à inhiber (Houdé et al., 2000, 2001).

Mots-clés : changement conceptuel, éducation scientifique, chimie, inhibition, IRMf, neuroéducation.