Types de connaissances et évaluation
Types de connaissance encouragées par le jeu
Le fait d’utiliser Chemicastle a une incidence non seulement sur le fait d’apprendre ou non, la « quantité » d’apprentissage réalisé en un temps donné, mais également sur la nature de ces apprentissages, la « qualité » de l’apprentissage de la chimie, c’est-à-dire sur les types de connaissance.
Ce point est très important pour les compétences des élèves en chimie sur le long terme: en effet, trop souvent les savoirs acquis à l’école se limitent à des connaissances apprises par coeur (dénommé ici connaissances prédicatives), à un vocabulaire ou des procédures précises (des schèmes) que les élèves savent devoir réciter ou utiliser pour un type d’exercice bien précis. Or, ces connaissances prédicatives ne sont pas suffisantes pour permettre aux élèves de produire un raisonnement, une analyse ou d’autres actions autonomes en chimie. Elles ne se transfèrent pas à l’action ou à la réflexion, qui requièrent respectivement d’acquérir des opérations et des concepts.
Bien entendu, dans ce chapitre fondamental de la chimie, les élèves sont obligés d’acquérir un vocabulaire nouveau et bien fourni: l’exercice du jeu peut déjà contribuer à les familiariser avec ces termes, représentations symboliques et imagées. L’enjeu est important, car l’acquisition des concepts passe aussi par le(s) langage(s), et il n’est guère réaliste de vouloir apprendre la chimie sans en maîtriser le vocabulaire et les nombreuses formes de représentations symboliques. Or, il y a souvent plusieurs termes ou manières de représenter les mêmes référents, en chimie, ce qui augmente cette charge de travail mnésique. L’usage d’un jeu repose sur l’apprentissage incident: celui qui se fait sans effort, par familiarisation.
L’utilisation d’un jeu où les apprenants peuvent progresser dans un domaine très abstrait et symbolique, comme la chimie, constitue potentiellement une solution, au moins partielle, à ce problème classique de l’enseignement en milieu scolaire: le fait de construire ces connaissances à partir de leur action propre - en jouant ! - leur offre davantage d'opportunités de procéder eux-mêmes à des inférences, à construire des liens et à utiliser diverses modalités de représentation des savoirs enseignés, de manière à ne pas en rester à des connaissances prédicatives, mais plutôt à développer des concepts et connaissances opératoires.
Plus précisément, voici les principaux enjeux conceptuels et opératoires des liaisons intra et intermoléculaires:
- Distinguer les divers concepts catégoriels de la typologie des éléments, et ses cas limites : métaux, non-métaux, gaz, éventuellement gaz parfait.
- Distinguer les divers concepts catégoriels de la typologie des liaisons intramoléculaires ou entre les atomes, et ses cas limites: ionique, covalente et métallique.
- Distinguer les divers concepts catégoriels de la typologie des liaisons intermoléculaires, et ses cas limites: forces de London, dipôle-dipôle, liaison hydrogène.
- Acquérir les concepts relationnels entre ces concepts catégoriels, en particulier le lien nécessaire entre liaisons métalliques et réseau 3D, l’électronégativité, etc.
- Acquérir les concepts relationnels permettant de faire le lien entre une représentation sub-moléculaires de la matière et ses propriétés macromoléculaires, quel que soit le langage symbolique utilisé pour les représenter: l’électronégativité, notamment, mais aussi son lien à la chaleur en tant qu’agitation moléculaire, points de fusion, etc.
- Acquérir l’opération du transfert d'un électron, quel que soit le langage symbolique utilisé, p.ex. entre métal et non-métal à l’aide d’une liaison ionique. L’invariant de cette opération est la règle de l'octet.
- Acquérir l’opération de traduction de la représentation d’une molécule d’un langage symbolique à un autre (nom commun, formule brute, modèle de Lewis, VSEPR, etc.).
Évaluation
Pour évaluer l’acquisition et la compréhension du vocabulaire, qu’il soit verbal ou sous une autre forme symbolique (formule brute, notation de Lewis, images, etc.) les techniques scolaires habituelles consistant à poser des questions fonctionnent raisonnablement bien. Elles ne permettent cependant pas, en général, à distinguer l’acquisition des connaissances prédicatives et des schèmes de résolution d’exercices spécifiques, des connaissances conceptuelles et opératoires que les apprenant peuvent généraliser pour une réflexion autonome en chimie.
Pour évaluer plus spécifiquement les connaissances conceptuelles et opératoires, la chimie offre une opportunité intéressante grâce à la multiplicité des langages symboliques utilisés: faire usage d’une multimodalité de représentation d’un même référent constitue souvent une manière efficace de mettre en évidence si l’apprenant a, effectivement, construit un concept, ou répond plutôt aux questions en jonglant avec des symboles sans les comprendre. Dans ce but, nous recommandons d’utiliser plusieurs modes de représentations. Le jeu ChemiCastle contribue à introduire cette multimodalité. Par exemple, si les élèves arrivent à la fois à utiliser le triangle de Van Arkel-Ketelaar et un arbre décisionnel catégoriel qui distingue a) métallique b) ionique et c) covalent, les probabilités sont plus élevées qu’ils disposent d’une forme de conceptualisation du problème du choix. S’ils acceptent la possibilité de (rares) cas limites où ces distinctions ne fonctionnent pas si bien, la probabilité est encore plus élevées qu’ils aient bien compris qu’il s’agit en fait d’un outil intellectuel construit par les chimistes au fil des recherches pour appréhender une complexité de la nature, que notre science n’expliquera jamais complètement… Là, on sait qu’ils ont un concept, voire même qu’ils ont compris ce qu’est un concept en science.
Pour entraîner, et évaluer, les connaissances opératoires, la tâche doit être une transformation; ici aussi, les multiples modes de représentation peuvent être utilisés, pour leur demander une « traduction » d’un référent identique dans une autre représentation, leur permettant ainsi de maîtriser le langage acquis - et arbitraire ! - tout en le distinguant de la réalité dont on parle - puisque nous disposons de plusieurs langages pour en parler. Pour les processus étudiés, comme la liaison des atomes, les opérations portent sur une transformation de la matière. La compréhension est plus délicate à évaluer, et le recours au monde phénoménal et au langage naturel est sans doute une bonne piste: le « miracle » de l’eau qui se divise en deux gaz, se comprend sans doute au mieux dans le rapport à l’eau telle que les élèves la connaissent dans leur quotidien.