Résumé : Orientée vers la didactique de chimie, cette étude a consisté à l’évaluation du niveau d’acquis des relations mathématiques en notion de concentration de 5
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PUPN, 060b (2014), MARTYR A.                                     NIVEAU DE MAITRISE DES RELATIONS MATHEMATIQUES EN NOTION DE CONCENTRATION DES SOLUTIONS. (CAS DES ELEVES DES 5èmes ANNEES SECONDAIRES : BIOCHIMIE, AGRICOLE ET VETERINAIRE DE LA CITE D’ARU) MARTYR A.* Résumé : Orientée vers la didactique de chimie, cette étude a consisté à l’évaluation du niveau d’acquis des relations mathématiques en notion de concentration de 5èmes années secondaires de la Cité d’Aru. De ce fait, 94 élèves ont été soumis à une épreuve. Il était question de savoir, d’une part, si les élèves maitrisent bien cette notion et d’autre part, d’identifier leur capacité à la memorisation et à la déduction. A cet effet, la pré-enquête, l’échantillonnage, le test d’évaluation et la méthode statistique par le test chi-deux ont été utilisés comme méthodes. Les résultats issus de test d’évaluation et analysés statistiquement indiquent que les élèves ne maitrisent pas les relations mathématiques en notion de concentration. Ils présentent donc d’énormes lacunes tant à la mémorisation qu’à la déduction. Mots clés : Acquis -Relations-mathématiques – Concentration – Elèves – Aru. Abstract The present study focuses on the chemistry didactics. It consists in the assessment of pupils levels of acquisition of the mathematical relations in concentration notion of the 5th form pupils of secondary schools in Aru municipality. As another of fact, 94 pupils were submitted to a test. It aimed at assessing the pupils’ level of understanding on the one hand, and in identifying their capacity of memorization and deduction, on the other hand. Hence, the pre-investigation, sampling, the test of assessment and the statistical method through chi- test has been used. The results obtained from this assessment and the statistical analysis indicates that the pupils do not master the mathematical relations in concentration notions. Therefore, they present enormous matures in memorization than in deduction. Key words: Acquired –Mathematical Relations – Concentration - Pupils - Aru.
Après avoir parcouru le contenu et le fond de la chimie analytique, nous avons constaté que la notion de concentration des solutions constitue sa « pierre angulaire ». La concentration d’une solution est le rapport entre la quantité d’un soluté et celle du solvant ou celle de la solution (KANDOLO, M., 1987, p.2). Il existe plusieurs modes d’expression de cette concentration qui sont définis par des relations mathématiques. Cependant, ces relations ne sont pas toujours bien assimilées par les élèves, ce qui a souvent des répercussions sur la compréhension des matières prévues en 6ème année secondaire en chimie analytique. Ainsi, nous sommes-nous posé les questions de savoir si les élèves des 5èmes années secondaires des options biochimie, agricole et vétérinaire de la Cité d’Aru maîtrisent bien les relations mathématiques en chimie analytique. Et s’ils capables de mémoriser ces relations par cœur et d’en déduire. La plupart des épreuves pédagogiques réalisées en République Démocratique du Congo font état d’une baisse de qualité de l’enseignement secondaire, se traduisant par des résultats médiocres aux tests d’évaluation. En outre, le taux d’échec scolaire semble être particulièrement élevé dans les disciplines scientifiques (ADIRODU, A. et al., 2008, p125). Dans cette optique, nous pouvons considérer que les élèves des 5èmes années secondaires des options précitées ne maitrisent pas les relations mathématiques en notion de concentration. Etant donné que les élèves ne peuvent pas toujours être à la base de leur propre échec, nous estimons aussi qu’une part de responsabilité reviendrait aux enseignants, compte tenu de leur qualification et compétence. Toutes les bibliothèques de la cité d’Aru ont été vainement fouillées en vue d’identifier les travaux réalisés dans le domaine abordé. C’est pour quoi, l’étude que nous menons risque d’être la première à son genre et vise à évaluer l’acquis des élèves des 5èmes années secondaires des options biochimiques, agricoles et vétérinaires de la Cité d’Aru, sur les relations mathématiques en notion de concentration ,ensuite proposer une méthode adaptée à l’enseignement de cette notion. 2. MATERIEL ET METHODES 2.1. Matériel. Sans usage d’une technique probabiliste d’échantillonnage, 94 élèves des options biochimie, agricoles et vétérinaire présents en Cité d’Aru et repartis au tableau I ont constitué notre matériel d’étude. Tableau I : Répartition des élèves par école et option.
Etant donné l’effectif moins élevé des élèves dans les options précitées, notre échantillon se constitue de l’ensemble de la population qui s’élève à 94. 2.2. Méthodes Pour nous permettre d’apprécier l’acquis des élèves, les méthodes suivantes ont été utilisées : la pré-enquête, l’échantillonnage, le test d’évaluation et la méthode statistique de chi deux. 2.2.1. La pré-enquête. Entre la mémorisation et la déduction d’un mode d’expression d’une concentration en chimie analytique, se quoi vos élèves sont-ils capables ? Cette question nous a permis de récolter des informations auprès de 27 élèves et cinq enseignants titulaires de chimie en 5èmes secondaires des écoles ciblées. Ces élèves et enseignants repartis aux tableaux I et II ont été choisis aléatoirement. Tableau II : Répartition des enseignants selon leur grade et qualification.
Ce tableau révèle qu’un seul enseignant sur six est qualifié. 2.2.2. L’échantillonnage Nous avons choisi les écoles et options qui bénéficient de l’enseignement de chimie analytique. Il s’agit de 5èmes années scientifiques Biochimie et Techniques Vétérinaires et Agricoles (EPSP, 2005, p. 45) .Etant donné que le nombre de ces options dans la Cité d’Aru est minimal, soit cinq, nous étions obligé de les prendre toutes pour permettre d’obtenir un résultat acceptable. La liste complète de ces écoles et options se trouve consignée dans le tableau I. 2.2.3. Le test d’évaluation Il y a lieu d’affirmer qu’un test est une épreuve déterminée, impliquant une tâche à remplir, identique pour tous les sujets examinés avec une technique précise pour l’appréciation du succès ou de l’échec ou pour la notation numérique de la réussite (KANDOLO, M., 1992, p. 85). Est-il facile ou difficile aux élèves d’établir les relations mathématiques entre les modes d’expression de concentration d’une solution en chimie analytique ? Le test auquel 94 élèves ont été soumis a consisté en l’évaluation du niveau de maîtrise des relations mathématiques en notion de concentration des solutions. En dehors de la maîtrise de ces relations dans sa globalité, nous avons également cherché à mesurer la capacité de ces élèves à la mémorisation et à la déduction desdites relations. La mémorisation est le fait de conserver les connaissances acquises. Elle fait revivre, elle reproduit les pensées, les images, les faits antérieurement acquis, tandis que la déduction est un procédé qui part du général pour aboutir au particulier. Elle convient surtout aux leçons de mathématiques et des sciences physiques et chimiques (MACAIRE, F. et RAYMOND, P., 1964, pp145 et 147). Ainsi, les 94 élèves ont été soumis au questionnaire de test d’évaluation ci-après : 1. Donnez la formule de base et celle en fonction de la masse de :
2. Etablissez la relation mathématique qui donne :
CORRIGE 1. a. M= et M = b. N = c. M’ = et M’ = 2. a. M = M = C = M. Mm b. N = N = c. N = N = d . % = W ⇒ % = W. 100 et W = En cherchant à mesurer ces deux facultés, notre souci était de savoir si les élèves étaient capables seulement de la rétention par cœur des formules ou s’ils l’étaient également dans leur démonstration. Pour cela, le test soumis a été corrigé sur un maximum de 20 points dont 10 points pour la déduction et 10 points pour la mémorisation et, la réussite a été fixée à au moins 50% de la moyenne des points obtenus tant à la mémorisation qu’à la déduction comme à la moyenne globale. 2.2.4. Méthode statistique En vue de prouver la validité de notre test, les statistiques suivantes ont été utilisées : la somme (∑), la moyenne ( X ), la taille de l’échantillon (N), le nombre de degré de liberté (dl), la fréquence observée (fo), la fréquence théorique (ft), le pourcentage (%).Et le test d’hypothèse statistique utilisé est le chi-deux (χ2) appliqué sous un modèle multidimensionnel. Le chi deux se calcule par la relation : χ² =. Etant donné que nos données ont été rangées dans un tableau à double entrée du type l �� c où l=2 lignes et c=5 colonnes, le nombre de degré de liberté est donné par dl = (l-1)(c-1) (RIDARD, A., 2013, p22). 3. RESULTATS Nous présentons ici, les résultats de nos recherches en trois volets :
3.1. Résultats détaillés de test d’évaluation Ces résultats sont présentés sur base de deux critères permettant de mesurer la capacité de l’élève à la mémorisation et à la déduction. Tableau III : Résultats de la mémorisation
Légendes : Eff. = Effectif Nixi = Fréquence des valeurs des données = Moyenne par option ou par groupe. Le tableau III reprend les cotes obtenues par élève à la mémorisation. D’après lui, les moyennes des cotes sur 10 sont comprises entre 0,58 et 4. Tableau IV : Résultats de la déduction
Le tableau IV reprend les cotes obtenues par élève à la déduction. D’après lui, les moyennes des cotes sur 10 sont comprises entre 0 et 3,72. 3.2. Résultats synthétiques de test d’évaluation Les résultats que nous présentons dans le tableau V concernent les moyennes des cotes obtenues par école et par option en rapport avec la mémorisation et la déduction des relations mathématiques en notion de concentration des solutions. Tableau V : Moyennes des cotes par option.
Légendes : x : Somme des moyennes des groupes. Ҳ : Moyenne globale. Du tableau V ci-dessus, il ressort que la moyenne de la mémorisation est légèrement supérieure à celle de la déduction. Pour cela, peut-on dire que les élèves mémorisent mieux qu’ils déduisent les relations mathématiques en notion de concentration des solutions? Pour répondre à cette question, considérons les moyennes inscrites dans le tableau V comme des fréquences observées (fo). Les fréquences théoriques (ft) seront données par le tableau VI. Tableau VI : Fréquences théoriques (ft).
A partir des fréquences théoriques obtenues, le chi carré calculé sera : χ² = χ2 = + + + + + + + + χ2 calculé = 0,823 ddl = (l-1) (c-1) = (2-1) (5-1) = 4 Lu dans la table statistique, χ2 0,01 =13,28 et χ2 0,05 = 9,49. Cela veut dire qu’au seuil de 1% et de 5%, χ2 calculé reste inférieur à χ2 tabulaire. Il y a non rejet de l’hypothèse nulle. Autrement dit qu’il n’y a pas de différence significative entre les moyennes observées. Donc, les élèves mémorisent les relations mathématiques en notion de concentration des solutions comme ils les déduisent. 3.3. Résultats de réussite par rapport à l’échec Ces résultats sont consignés dans les tableaux VII et VIII ci-dessous : Tableau VII : Résultats de réussite pour la mémorisation
Nous constatons que sur un total de 94 participants, il y a 31 réussites, soit 32,98% et 63 échecs, soit 67,02%. Tableau VIII : Résultats de réussite pour la déduction
Le tableau VIII nous montre que sur un total de 94 participants, il y a 21 réussites, soit 22,34% et 73 échecs, soit 77,66%. 4. DISCUSSION Le tableau V nous montre que pour la mémorisation, les options Agricoles de l’Institut Technique Agricole de Toongu, Biochimie et Vétérinaire de l’Institut Technique Vétérinaire d’Ania ont réalisé successivement les moyennes de 0,58 ; 2,14 ; et 3,22 sur 10. Les Options Biochimies de l’Institut Monseigneur Emile AITI et de l’Institut d’ Aru ont réalisé les moyennes de 3,6 et 4 sur 10. A la déduction, les options Agricoles de l’Institut Technique Agricole de Toongu, Vétérinaire et Biochimie de l’Institut Technique Vétérinaire d’Ania ont réalisé respectivement les moyennes de 0 ; 1,88 et 2,43 sur 10. Tandis que les options Biochimies de l’Institut Monseigneur Emile AITI et de l’Institut d’Aru ont réalisé respectivement les moyennes de 3,52 et 3,72 sur 10. De ces deux méthodes, on remarque qu’aucune école n’a atteint la moitié des points. La moyenne globale réalisée par toutes les options à la mémorisation s’élève à 2,71 sur 10 et, à la déduction, elle s’élève à 2,31 sur 10. Nous constatons qu’aucune de ces moyennes n’a atteint non plus la moitié et sont même inferieures à celle-ci. La somme de ces deux moyennes donne une valeur de 5,02 sur 20. Au vu de ces deux résultats, toutes les options ont échoué au test d’évaluation. Le tableau VII nous renseigne qu’il y a eu 31 réussites sur 94, soit 32,98% et 63 échecs sur 94, soit 67,02% à la mémorisation. Tandis que le tableau VIII nous indique qu’il y a 21 réussites sur 94, soit 22,34% et 73 échecs sur 94, soit 77,66%pour la déduction. Ces résultats nous montrent aussi qu’au niveau même des élèves, il y a plus d’échecs que de réussites. Selon le tableau II, les principales causes de l’échec existent au niveau de la qualification et de la compétence des enseignants. Car, on ne s’improvise pas éducateur mais on le devient. Cela demande une formation continue et, il vaut mieux ne pas donner des leçons de sciences que de mal les donner. Pour cela, l’enseignant doit préparer, consulter les livres et des personnes, il doit savoir plus que ce qu’il doit dire, il doit être compétent et consciencieux (SCAILLET, S., 1988, pp. 33 et 213). Cependant, s’il n’y a que l’enseignant de l’Institut d’Aru qui est qualifié, mais le résultat réalisé dans son école accuse sa conscience, car dit-on : «science sans conscience n’est que ruine de l’âme». Tout de même, ce résultat reste supérieur à d’autres. D’autres causes de l’échec seraient liées à l’enseignement théorique, lequel ne concilie pas la théorie à la pratique en laboratoire et à la notion de mathématique mal maitrisée. Quant au laboratoire, les investigations menées dans les écoles concernées par nos recherches ont prouvé qu’aucune d’elles ne dispose de laboratoire, pourtant obligatoire pour ces options. CONCLUSION Portée sur l’évaluation du niveau de maitrise des relations mathématiques en notion de concentration des solutions chez les élèves de 5èmes années du secondaire, cette étude a opposé deux critères dont la mémorisation et la déduction mathématique des formules. Pour y arriver, la pré-enquête, l’échantillonnage, le test d’évaluation et la méthode statistique ont été utilisées comme méthodes. Le traitement statistique des résultats par comparaison des moyennes des notes 2,71 sur 10 au test de mémorisation et 2,31 sur 10 au test de déduction, nous a révélé que l’hypothèse nulle est acceptée. C’est-à-dire qu’il n’y a pas de différence significative entre ces moyennes, ce qui signifie que les élèves de la Cité d’Aru ne sont pas capables de mémoriser les relations mathématiques en notion de concentration des solutions ni de les déduire à partir d’une autre qui existe déjà. La moyenne globale de 5,02 sur 20 pour les deux critères comparés affirme également que ces élèves ne maitrisent pas les relations mathématiques en notion de concentration des solutions en chimie. Les résultats de traitement statistique et ceux des proportions de réussite par rapport à l’échec des tableaux VII et VIII nous amènent à confirmer définitivement que les élèves des 5emes années secondaires des options Biochimiques, Agricoles et Vétérinaires la Cité d’Aru ne maitrisent pas les relations mathématiques en notion de concentration des solutions. Ce qui pourrait être l’une des causes majeures des échecs massifs enregistrés en 6èmes années aux Examens de l’Etablissement et à l’Examen d’Etat. En vue de résoudre ce problème, les enseignants devront utiliser des méthodes appropriées et appliquer la pédagogie d’intégration, pour amener les élèves, par la découverte et redécouverte enseignées ou orientées, à constituer et à organiser leur savoir pour un savoir faire et un savoir être responsable. Pour cela, l’enseignement de la chimie comme science expérimentale doit être basé sur l’usage des « méthodes actives et participatives ». L’enseignant du cours de chimie devra axer son enseignement non seulement sur les descriptions théoriques dénuées de sens pour l’élève, mais il devra surtout insister sur les exercices concrets et des travaux pratiques en rapport avec le vécu quotidien de l’élève (EPSP, 2005 pp3 et 4). La méthode active et participative est donc une nouvelle méthode de l’éducation basée sur la confiance et la liberté. Elle établit dans la classe, un climat de confiance qui incite l’enfant à s’exprimer spontanément, à formuler ses observations, à donner ses impressions à poser librement des questions (MACAIRE, F. et RAYMOND, P., 1964, p135). BIBLIOGRAPHIE
** Assistant à l’ISP d’Aru – Province Orientale – R.D.Congo. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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