Article 1: Activities to promote conceptual change about the model continental drift 

Titre de l’article 

Misconceptions and conceptual changes concerning continental drift and plate tectonics among Portuguese students aged 16-17

Référence 

Marques L., & Thompson D. (1997). Misconceptions and conceptual changes concerning continental drift and plate tectonics among Portuguese students aged 16-17 . Research in Science & Technological Education. 15(2), 195–222.

Cet article visait à étudier les conceptions alternatives des élèves en relation avec les modèles de dérive continentale et de tectonique des plaques. Également, Marques and Thompson (1997) ont conçu du matériel constructiviste visant à aider les élèves à développer leur compréhension de ces modèles. Ces activités peuvent ainsi être utilisées par les éducateurs scientifiques afin de promouvoir le changement conceptuel chez leurs élèves. Des élèves du secondaire ont été interviewé afin de mettre en évidence leur conception intuitive de la dérive continentale et de la tectonique des plaques.

Les élèves participant à cette étude se sont initialement fait poser différentes questions afin de sonder leurs conceptions. Ensuite, l’utilisation de modèles en trois dimensions a permis de mettre en évidence les différents types de frontières entre les plaques tectoniques. Les élèves ont ensuite été questionnés à propos des phénomènes géologiques pouvant se produire à ces endroits. Lors de ces activités, les discussions étaient principalement orientées sur les conceptions des élèves à propos de la nature des plaques, leur origine, leur position et leur mouvement.

• la possibilité que les plaques externes de la croûte terrestre (la lithosphère) puissent entrer en collision ou glisser au dessus/en dessous les unes des autres

Lors des entrevues, les élèves furent confrontés à plusieurs tâches visant à leur faire construire leurs propres explications pour des phénomènes naturels (comme la structure des bassins océaniques ou les caractéristiques terrestres liées à la dérive continentale) en se basant sur les données qui leur étaient présentées. Par exemple, on pouvait montrer différents diagrammes aux élèves, qui devaient alors discuter des différentes forces potentiellement impliquées dans la formation des montagnes. Parmi les sujets de discussion, on retrouvait également les changements dans la structure de la Terre sur une échelle géologique, les roches, la densité et l’isostasie, les champs magnétiques, les propriétés magnétiques des roches, la tectonique des plaques, etc. De plus, des modèles tridimensionnels étaient utilisés pour expliquer et encourager les discussions sur différents concepts connexes, tels que le mouvement des plaques et ses impacts ainsi que les phénomènes se produisant aux frontières des plaques tectoniques.

Les activités ayant recours à des cartes, des modèles, des globes ainsi qu’à des exercices en laboratoire étaient conçus de façon à permettre aux élèves de collaborer les uns avec les autres afin de résoudre différents problèmes. Par exemple, comment expliquer le faits que les plaques continentales, moins denses, puissent se déplacer à travers les océans, situés sur des plaques plus denses? Quelle est la relation entre les champs gravitationnels et magnétiques? Les étudiants étaient ainsi invités à partager leurs idées lors d’une discussion en plénière.

Suite à ces activités, les élèves étaient démontraient une meilleure compréhension des distinctions entre les continents et les plaques tectoniques. Ils ont également pu développer une certaine compréhension de la distribution des continents et des plaques, ainsi que des couches formant ces dernières. Les élèves ont été évalués à l’aide de trois types d’outils distincts : des questionnaires, des cartes conceptuelles ainsi que des tâches de composition de phrases.

Article 2: Activities to promote conceptual change about the model continental drift

Titre de l’article 

Effects of student-generated diagrams versus student-generated summaries on conceptual understanding of causal and dynamic knowledge in plate tectonics

Référence 

Gobert J., & Clement J. (1999). Effects of student-generated diagrams versus student-generated summaries on conceptual understanding of causal and dynamic knowledge in plate tectonics. Journal of Research in Science Teaching. 36(1), 39–53.

Gobert and Clement (1999) font la comparaison entre les apprentissages de deux groupes d’élèves, l’un devant produire des diagrammes pour accompagner son apprentissage, l’autre devant plutôt produire un ensemble de notes et de résumés. Dans les deux cas, les productions des élèves portaient sur le volcanisme et la formation des montagnes. Les élèves assignés au groupe notes/résumés ont démontré qu’ils entretenaient toujours certaines préconceptions; leurs résumés étaient principalement basés sur la mémorisation « par cœur » des concepts étudiés, en plus de présenter peu de traces de raisonnement et d’utilisation de processus cognitifs de haut niveau. Les étudiants devant produire des diagrammes, quant à eux, présentaient une plus grande compréhension de la tectonique des plaques. Ils n’ont cependant pas développé d’aptitudes menant à la mémorisation d’information.

Les élèves dont la tâche impliquait un diagramme devaient illustrer ou décrire un modèle des couches internes de la Terre, accompagné d’une description de la dynamique des mouvements de ces couches. Les tâches impliquant la production de résumés évaluaient quant à elles les connaissances des élèves par le biais de questions dirigées. Par exemple :

• Qu’est-ce qui cause le mouvement de la croûte terrestre?
• Pourquoi les roches situées au fond de l’Atlantique sont-elles plus jeunes que celles situées au milieu du continent nord-américain?

De plus, les élèves du premier groupe ont également dû produire des diagrammes illustrant la formation des montagnes et le volcanisme. Les élèves du second groupe, quant à eux, ont dû expliquer ces mêmes concepts à l’écrit, sous forme de notes et de résumés. Dans les deux groupes, donc, les élèves ont dû décrire les couches internes de la terre et leurs différents mouvements, ainsi que deux des conséquences de la tectonique des plaques, soient la formation des montagnes et le volcanisme.

Lors de l’évaluation, le groupe des diagrammes a mieux performé que les groupes des résumés et de contrôle (lecture seulement) en ce qui a trait à la compréhension de ces phénomènes ainsi que de leurs éléments dynamiques et des relations causales qui leurs sont associées. Une analyse de variance unidirectionnelle a permis de révéler que le fait de dessiner et de schématiser les évènements et les processus est crucial pour la compréhension des élèves.

Article 3: Activités visant à promouvoir le changement conceptuel par rapport au modèle de la tectonique des plaques

Titre de l’article 

Fostering students’ epistemologies of models via authentic model-based tasks

Référence 

Gobert J., & Pallant A. (2004). Fostering students’ epistemologies of models via authentic model-based tasks. Journal of Science Education and technology.13(1), 7–22.

L’unité « Qu’est-ce qu’il y a sur votre plaque? » (« what’s on your plate? », en anglais), consiste en un environnement de questionnement scientifique basé sur le web (« web-based inquiry science environment [WISE] », en anglais)  incorporant l’apprentissage coopératif et l’apprentissage inquisitif à travers la conception de modèles visuels. L’élève est amené à compléter des tâches de dessin, à concevoir des modèles ainsi qu’à travailler et à discuter sur les modèles en collaboration avec les autres élèves.

Lors de l’implémentation initiale de cette activité, les élèves de « middle school », approximativement de la 5­e année du primaire à la 2e année du secondaire, ont pu concevoir des modèles dynamiques et fonctionnels pour représenter le phénomène de la tectonique des plaques. Leurs prototypes, en plus de faciliter la compréhension générale du phénomène, permettaient également de visualiser les liens causals et temporels entre les différents processus impliqués dans la tectonique des plaques.

Dans le système WISE, les élèves doivent justifier et expliquer tous les changements apportés à leurs modèles. Ces changements peuvent être liés à l’ajout de caractéristiques géologiques ou encore à l’incorporation de différents types de convergence entre les plaques, comme les convergences océaniques-océaniques ou continentale-continentale.

Cinq activités sont proposées par Gobert et Pallant (2004) :

1.     Les élèves construisent des modèles visuels de la tectonique des plaques conformément au système WISE et expliquent leurs modèles. Par exemple, on pourrait demander aux élèves de décrire ce qui arrive aux différentes couches de la Terre lorsqu’un tremblement de terre se produit, qu’une chaîne de montagne est formée ou encore qu’un volcan entre en éruption.

2.     Les élèves critiquent les modèles de leurs partenaires. Pour ce faire, ils lisent deux texte dans WISE qui portent sur les modèles scientifiques. Pour les aider, on peut leur poser des questions telles que :

• Qu’est-ce qu’un modèle scientifique?
• Comment peut-on évaluer la scientificité d’un modèle?
• Est-ce que les principales caractéristiques géologiques des processus impliqués sont présentes sur le modèle?
• Est-ce que ce modèle serait utile pour enseigner à quelqu’un qui n’a jamais étudié la tectonique des plaques auparavant?
• Quelles caractéristiques importantes sont présentes dans le modèle?
• Que devrait-on ajouter à ce modèle pour le rendre plus utile à quelqu’un qui n’a jamais étudier ce phénomène auparavant?

3.     Les étudiants révisent et justifient leurs modèles après avoir lu l’évaluation de leurs partenaires.

4.     Les étudiants parcours le web afin de visiter plusieurs ressources des Services Géologiques américains avant de produire une réflexion sur ce qu’ils ont appris, qu’ils partageront ensuite avec leurs partenaires.

5.     Des modèles dynamiques et fonctionnels sont conçus pour améliorer la visualisation du phénomène et ainsi augmenter la compréhension du phénomène.

Suite à ces activités, le taux de compréhension des concepts était plus élevé chez les élèves ayant été soumis à l’apprentissage à l’aide de modèles. Leur compréhension des contenus scientifiques ainsi que de la nature et du fonctionnement des modèles scientifiques a également été améliorée.