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Conceptions d’élèves au sujet du cycle de vie des plantes à fleurs : approche comparative franco-allemande

Students conceptions about the flowering plant life cycle: Franco-German comparative approach
Jana Quinte
p. 135-162

Résumés

L’acquisition d’une culture scientifique par les citoyens et surtout par les enfants fait partie des enjeux sociétaux et scolaires. Le concept de cycle de vie, caractérisé par la reproduction sexuée, peut être considéré comme l’un des concepts-clés pour le développement d’une pensée écosystémique. Or plusieurs études pointent le manque d’intérêt des jeunes élèves pour les thématiques botaniques. Dans cet article nous nous intéressons aux conceptions qu’ont les élèves en Alsace (France) et au Bade-Wurtemberg (Allemagne) du cycle de vie des plantes à fleurs. Basée sur le cadre théorique de la transposition didactique et une approche comparative, cette étude interroge 998 élèves de cinquième issus de 18 établissements des deux côtés du Rhin à l’aide d’un questionnaire. Outre la présentation de ces différentes conceptions et l’élaboration des modèles mentaux, cet article décrit les facteurs d’influence identifiés ainsi que les obstacles à l’apprentissage. L’approche comparative a en effet permis de distinguer les conceptions épistémologiques et celles liées au contexte socio-culturel. Les principaux obstacles d’apprentissage semblent être liés, d’une part, à la catégorisation des plantes par les élèves et ainsi à leurs difficultés à généraliser la reproduction sexuée pour l’ensemble des plantes à fleurs et, d’autre part, à une approche anthropocentrée du sujet.

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Texte intégral

Introduction

1L’acquisition d’une culture scientifique par les citoyens et surtout par les jeunes enfants fait partie des enjeux sociétaux et scolaires. Plusieurs études pointent cependant le manque d’intérêt que portent les élèves aux végétaux (Wandersee, 1986 ; Wandersee & Schussler, 1999 ; Lindemann-Matthies, 2005 ; Holstermann & Bögeholz, 2007). Les plantes ont d’ailleurs tendance à être perçues comme « décor » (Schneekloth, 1989 ; Wandersee & Schussler, 1999). D’après l’étude internationale Relevance of Science Education (ROSE) les élèves, entre autres d’Allemagne (Elster, 2007) et de France (Kalali, 2010), s’intéressent peu à la croissance et la reproduction des plantes comme contenu d’apprentissage. Pourtant, le concept de cycle de vie, caractérisé par la reproduction sexuée, peut être considéré comme l’un des concepts-clés pour le développement d’une pensée écologique (Karr, 2002). Il a en effet tout son intérêt au sein de l’éducation au développement durable, puisque sa compréhension est étroitement liée à celle des problèmes environnementaux. Ainsi, la mort des pollinisateurs, l’utilisation massive de produits phytosanitaires ou de semences génétiquement modifiées ont par exemple un impact considérable sur le cycle de vie végétal.

2Plusieurs études évoquent l’importance des conceptions initiales pour la construction des connaissances scientifiques (voir la bibliographie sur les conceptions d’élèves rassemblée en 2009 par Duit1). « Explorer empiriquement et connaître ces conceptions est une condition préalable pour développer des accès prometteurs et méthodiques pour une éducation pour un développement durable »2 (Forschungsprogramm « Bildung für nachhaltige Entwicklung », 2004, p. 12).

3Cet article vise à présenter les conceptions qu’ont les élèves, issus de classes de cinquième d’Alsace et leur équivalent (7. Klasse) du Bade-Wurtemberg, du cycle de vie des plantes à fleurs ainsi que les obstacles à l’apprentissage et les facteurs d’influence liés. Il se base sur un travail de recherche doctoral binational, caractérisé par l’adoption du cadre théorique de la transposition didactique (Chevallard, 1985 ; Clément, 2006) et d’une comparaison binationale et historique (Clément, 2004). Quatre niveaux de transposition sont considérés : les références scientifiques et socioculturelles, le curriculum à enseigner, le curriculum enseigné et les conceptions comportant les connaissances restituées (figure 1).

Fig. 1 : la transposition didactique du cycle de vie végétal (des références scientifiques et socioculturelles aux conceptions d’élèves)

Fig. 1 : la transposition didactique du cycle de vie végétal (des références scientifiques et socioculturelles aux conceptions d’élèves)

4L’approche comparative entre la France (Alsace) et l’Allemagne (Bade-Wurtemberg) à ces différents niveaux de la transposition didactique permet de mieux cibler les facteurs d’influence, d’identifier les conceptions transversales indépendantes des facteurs socioculturels et de mettre en lien les similitudes et différences avec les particularités de chaque pays. La comparaison se fait donc non seulement au niveau des conceptions des élèves, mais également des systèmes, curricula et manuels scolaires.

5Dans le cadre de ce travail, nous nous sommes également appuyés sur les travaux des chercheurs en didactique des sciences de France et d’Allemagne pour préciser nos concepts et cadres théoriques. Dans la partie qui suit, nous définissons les conceptions des apprenants et les obstacles à l’apprentissage.

1. Conceptions des apprenants et obstacles à l’apprentissage

6L’individu construit la compréhension de son environnement et de sa réalité à partir des expériences faites dans le monde qui l’entoure (Krüger, 2007). Selon le courant constructiviste, l’apprentissage est perçu comme un processus constructif dans lequel l’individu, avec son système cognitif et émotionnel, dirige ce processus (Pellaud, Eastes & Giordan, 2005 ; Riemeier, 2007). Dès le plus jeune âge, l’individu construit des conceptions élémentaires qui sont la plupart du temps inconscientes et ne peuvent être abandonnées que difficilement, mais qui influencent l’interprétation d’autres observations, expériences et informations (Vosniadou & Brewer, 1994). En outre, la construction des conceptions se fait dans un contexte social (Duit, 1996).

7En ce sens, une conception est un processus subjectif mental qui peut être plus ou moins complexe (Gropengießer, 1997) et qui se construit par l’interprétation entre un individu et le monde qui l’entoure (Clément, 2010). Ainsi, une conception se réfère au monde de la vie (Lebenswelt) ; elle est véhiculée linguistiquement dans le monde du langage (Sprechwelt) et appartient au monde de la pensée (Denkwelt) (Gropengießer, 1997, 2008).

8Les modèles mentaux sont des conceptions dynamiques (également appelés figures de pensées par Gropengießer) qui permettent d’expliquer des aspects du réel et qui ont un caractère explicatif (Gropengießer, 1997). Vosniadou et Brewer (1994, p. 125) leur attribuent trois caractéristiques : « (1) leur structure correspond à l’état du monde qu’ils représentent ; (2) ils peuvent être manipulés mentalement afin de pouvoir prédire dans des situations concrètes des évènements possibles ; (3) ils proposent des explications pour des phénomènes physiques ». Cette troisième caractéristique sera élargie aux phénomènes des sciences naturelles.

9Recueillir des conceptions d’élèves nécessite ainsi la considération de la situation contextuelle (Orange & Orange Ravachol, 2013). Clément (2010) différencie d’ailleurs les conceptions situées, toujours relatives à une situation précise, des conceptions dégagées par le chercheur à partir de plusieurs conceptions situées. La nature du questionnement est également à considérer pour tout recueil de conceptions. En effet, expliquer plutôt que décrire permet de mieux rendre compte « par un fonctionnement interne non directement accessible » des phénomènes scientifiques (Orange & Orange Ravachol, 2013, p. 53).

10Astolfi, Peterfalvi et Vérin (1998, p. 52) définissent les obstacles comme « une sorte de “noyau dur” » des conceptions qui font « résistance aux apprentissages et aux raisonnements scientifiques, tout en répondant de façon “confortable” aux besoins d’explication des enfants ». L’identification des obstacles sous-jacents permet d’aller au-delà d’un simple inventaire des conceptions et de définir par la suite « des stratégies pédagogiques » (Clément, 1998, p. 60).

2. Cadre contextuel

11Nous présenterons ici les éléments contextuels de cette étude, à savoir : l’ancrage du cycle de vie végétal dans les curricula et manuels scolaires ainsi que les conceptions identifiées par d’autres chercheurs à ce même sujet. Des éléments issus de l’histoire des sciences nous indiquent des obstacles épistémologiques, culturels et religieux à la conceptualisation du cycle de vie végétal. Mais avant cela, faisons un bref rappel sur la notion de cycle de vie des plantes à fleurs.

12En biologie, le cycle de vie, au sens de la perpétuation de l’espèce, est caractérisé par l’alternance de générations. C’est par la reproduction sexuée, processus-clés du cycle de vie, que le brassage génétique et ainsi le maintien de la diversité génétique au sein d’une population sont assurés (Meyer, Reeb & Bosdeveix, 2008). Elle permet la formation d’une nouvelle cellule-œuf qui va se développer et croître en un nouvel individu, jusqu’à ce que celui-ci soit également en mesure de se reproduire. Les mêmes phases de développement se succèdent ainsi sur plusieurs générations (figure 2).

Fig. 2 : cycle de vie du coquelicot (Papaver rhoeas)

Fig. 2 : cycle de vie du coquelicot (Papaver rhoeas)

(Quinte, 2016a)

2.1. Le cycle de vie végétal dans les curricula à enseigner en France et en Allemagne (Bade-Wurtemberg)

13Commençons par préciser quelques différences structurelles entre les systèmes éducatifs. En Allemagne, l’éducation et l’enseignement dispensé sont sous la responsabilité de chaque Land. Il existe ainsi différents Kultusministerien qui élaborent les programmes scolaires propres à chaque Land. Ces Kultusministerien sont cependant soumis à une institution fédérale, la Kultusministerkonferenz (KMK) qui établit un cadre national comportant les Standards ou compétences à atteindre. Depuis la réforme scolaire des années 2000 suite au « choc de PISA », les programmes scolaires allemands se structurent en termes de compétences à acquérir par les élèves et non plus en fonction de ce qui doit être enseigné. Au Bade-Wurtemberg les contenus d’enseignement sont ainsi réduits et peu détaillés. Autre particularité en Allemagne : il existe trois types d’établissements avec des orientations différentes. Le Gymnasium permet l’obtention de l’Abitur et ouvre l’accès aux études supérieures, la Realschule vise des voies professionnelles dans des écoles supérieures professionnelles et la Werkrealschule est à destination des élèves qui s’orientent vers l’apprentissage professionnel. Il existe également la Gesamtschule regroupant ces trois types d’établissements. Les programmes scolaires diffèrent en fonction du type d’établissement. En France, le système éducatif est national et centralisé. C’est le ministère de l’Éducation nationale qui fixe entre autres les programmes scolaires publiés dans les Bulletins officiels. Bien qu’également orientés vers les compétences à acquérir, les programmes scolaires français précisent et définissent davantage les contenus d’enseignement.

14Notons également une différence d’approche de l’éducation scientifique entre la France et le Bade-Wurtemberg, sans doute influencée par le concept allemand de « Bildung ». En France, les programmes mettent en avant les connaissances alors qu’au Bade-Wurtemberg c’est l’individu avec ses dimensions cognitives, affectives et motrices. Cette différence peut être illustrée par le jardinage scolaire. Alors qu’en France il s’agit d’observer, de découvrir et de construire le cycle de vie végétal « de la graine à la graine » (au CE2 notamment), cette pratique a pour objet d’ouvrir aux élèves de la Realschule un accès émotionnel à la nature. À la Grundschule (élémentaire allemand), il s’agit d’acquérir des connaissances pratiques liées à l’entretien, au maniement et à l’utilisation des végétaux.

15L’enseignement de la biologie préconisé par les cadres nationaux tant français qu’allemand se structure en fonction des principes du vivant. Il est organisé de manière holistique pour l’ensemble des êtres vivants. Alors qu’en France cette organisation est reprise par les programmes et les manuels scolaires, qui abordent dans la même unité la reproduction sexuée des végétaux et des animaux, les programmes scolaires du Land Bade-Wurtemberg mettent en avant une approche également atomistique séparant l’étude des végétaux et des animaux. Ainsi, les programmes scolaires français énoncent le « fonctionnement du vivant », le « développement et [la] reproduction des êtres vivants » alors qu’au Bade-Wurtemberg, une distinction est faite entre les plantes et les autres êtres vivants. Cette distinction est encore plus marquée dans les manuels scolaires correspondants, puisque les unités sont structurées en fonction des règnes (figure 3). En outre, la notion de reproduction sexuée, figurant bien dans les index de ces mêmes manuels, renvoie généralement aux chapitres traitant des animaux. Ainsi, les pages correspondant à la formation du fruit sont intitulées « de la fleur au fruit » (ou similaires) et n’utilisent pour la plupart pas les termes de reproduction sexuée (Quinte, 2016a). Une autre distinction est faite entre les plantes « utiles » à l’humain et les plantes sauvages.

Fig. 3 : approche holistique/atomistique des êtres vivants dans les cadres nationaux, les programmes et manuels scolaires de France (2008) et du Bade-Wurtemberg (2004)

Fig. 3 : approche holistique/atomistique des êtres vivants dans les cadres nationaux, les programmes et manuels scolaires de France (2008) et du Bade-Wurtemberg (2004)

TD = transposition didactique

(Quinte, 2016b, p. 10)

16En France, le concept de cycle de vie au sens de la perpétuation des espèces est préconisé par les programmes scolaires dès le CE2 (donc au primaire et au collège) ; au Bade-Wurtemberg seuls ceux pour la Realschule le font (début du secondaire) : les élèves doivent savoir que « la reproduction et l’hérédité sont des conditions nécessaires pour la continuité de la vie ». La notion même de « cycle de vie » n’est employée qu’en France.

2.2. Le cycle de vie végétal : repères historico-épistémologiques et conceptions des élèves

17Le modèle du cycle de vie est une construction mentale qui représente, de manière simplifiée, une suite de phénomènes agissant les uns sur les autres. Sa conceptualisation nécessite la compréhension d’interactions complexes entre les concepts des stades-clés (graine-fleur-fruit) et des processus-clés (pollinisation, fécondation, fructification, formation des graines et dissémination). Ainsi « plusieurs concepts formant système composent le champ conceptuel » du cycle de vie et chacun des concepts « se définit à la fois par rapport à la structure morphologique associée à un vocabulaire et par rapport à son rôle au sein du champ conceptuel » (Boyer, 2000, p. 153).

2.2.1. Repères historico-épistémologiques relatifs au cycle de vie végétal

  • 3 « The static picture of the living world presented by philosophy and religion » (traduction person (...)

18Un raisonnement cyclique concernant les plantes à fleurs a déjà pu être identifié par Théophraste (372-287 av. J.-C.). Pour lui, ce sont les plantes qui développent des graines (Morton, 1981). Aristote (348-322 av. J.-C.) défendait au contraire l’idée de génération spontanée. Différentes théories ont été avancées dans l’histoire des sciences concernant la formation des graines et des fruits ainsi que du lien entre les fleurs et les fruits (pour plus de détails voir Quinte, 2016a). Cependant, ce n’est qu’avec la découverte de la sexualité des plantes en 1694 par Camerarius que la structuration du cycle de vie végétal a pu être précisée et que les notions d’espèce et de génération prennent leur sens. L’attribution de la sexualité à l’ensemble des êtres vivants (animaux comme végétaux) a modifié « l’image statique du monde vivant tel qu’il était présenté par la philosophie et la religion »3 (Morton, 1981, p. 287). En effet, l’un des principaux obstacles épistémologiques fut de comprendre que les fleurs contiennent les organes reproducteurs et que les plantes à fleurs se reproduisent bien de manière sexuée (voir Quinte, 2016a). D’autres obstacles sont d’ordre culturel et religieux, telle l’attribution aux végétaux d’une symbolique de pureté virginale (car n’ayant pas de sexualité) (Daugey, 2015) et d’une causalité divine aux différents processus de développement (Jahn, 1998) ainsi qu’une considération supérieure de l’être humain (Giordan, 2011 ; Kattmann, 1997 ; Petit, 1997). L’approche téléologique avancée par les religions chrétiennes traduit un raisonnement plutôt linéaire avec un début et une fin (Jahn, 1998) ainsi qu’une vision anthropocentrique présentant la nature comme un objet de ressource pour l’humain (voir Quinte, 2016a). Cosnard (2005) décrit une rupture dans la conception du temps entre un temps divin et infini symbolisé par le cycle et le temps humain, fini et linéaire.

2.2.2. Conceptions des élèves relatives aux végétaux

19Plusieurs études ont montré que le cycle de vie n’est pas encore conceptualisé scientifiquement chez les élèves à l’entrée en école élémentaire (Boyer, 2000 ; Cherubini et al., 2002; Nyberg & Andersson, 2004). La compréhension du lien entre une génération et la suivante en conséquence de la reproduction sexuée semble constituer la difficulté principale (Nyberg & Andersson, 2004). Un accroissement de la compréhension du cycle végétal avec l’âge a pu être observé par plusieurs chercheurs (Nyberg & Andersson, 2004 ; Benkowitz & Lehnert, 2009).

20Selon leur âge et leur réseau sémantique, les élèves ne catégorisent pas les plantes uniformément (Meunier & Cordier, 2004). Ainsi les enfants de 5-6 ans ont des difficultés à trouver une dénomination commune pour les fleurs et les arbres ou ne considèrent pas les légumes comme des plantes (Meunier & Cordier, 2004). La plupart des élèves regroupent les plantes selon leur forme biologique (arbre, buisson, herbe, « fleur », etc.) (Krüger & Burmester, 2005). Les enfants de moins de dix ans ont des difficultés à s’engager dans une généralisation, notamment en ce qui concerne le développement de la fleur en fruit, perçu essentiellement pour les arbres fruitiers (Boyer, 2000). Ayant surtout une fonction de décoration et de ressource (pour la plante ou les insectes), les fleurs sont rarement considérées comme organes de reproduction par les élèves de moins de 11 ans (Boyer, 2000 ; Helldén, 2000). Pour quelques élèves, les insectes, notamment les abeilles, peuvent empêcher la pollinisation voire endommager la plante (Nyberg & Andersson, 2004). Helldén (2000) et Nyberg et Andersson (2004) ont par ailleurs observé une confusion faite par des élèves de moins de 15 ans entre pollinisation et dissémination des graines.

21Pour certains élèves de 4-5 ans voire jusqu’à l’âge de 7 ans, le concept de graine est étroitement lié à celui de l’humain. Ainsi, les graines seraient fabriquées, entre autres, par les humains ou disponibles en sachets (Cherubini et al., 2002 ; Benkowitz & Lehnert, 2009). De même, l’ensemencement ainsi que l’arrosage et l’exposition à des endroits bien ensoleillés sont nécessaires à la germination des graines (Barman et al., 2006). De nouvelles plantes ne pourraient ainsi pas pousser sans l’intervention humaine.

3. Questions et hypothèses de recherche

22L’objet principal de cette recherche a été d’étudier les conceptions qu’ont les élèves du cycle de vie des plantes à fleurs, en Alsace et au Bade-Wurtemberg. Il s’agit d’une étude à caractère exploratoire puisque peu d’études ont été réalisées à ce sujet, pourtant intéressant dans le contexte actuel d’éducation au développement durable. Se posent ainsi plusieurs questions :

  • Quelles conceptions ont les élèves du cycle de vie végétal en Alsace et au Bade-Wurtemberg ?
  • À quels moments du cycle peut-on observer une rupture par rapport au modèle botanique ? Ces points de rupture sont-ils les mêmes pour les élèves d’Alsace et ceux du Bade-Wurtemberg ? Sont-ils les mêmes pour tous les types de plantes ?
  • Quels facteurs influencent la construction d’un concept scientifique du cycle de vie végétal ?
  • Quels sont les principaux obstacles à l’apprentissage ? Sont-ils les mêmes dans deux contextes scolaires différents ?

23Les éléments contextuels que nous venons de préciser nous permettent de formuler plusieurs hypothèses :

  • Au vu de la difficulté des élèves à comprendre le passage d’une génération à la suivante, nous supposons qu’ils aient également des difficultés à expliquer l’origine des graines.
  • Meunier et Cordier (2004) ont souligné la catégorisation des plantes par les élèves. Nous supposons ainsi que les élèves expliquent le cycle de vie différemment en fonction du type de plante proposé.
  • Plusieurs chercheurs ont évoqué l’importance de l’intervention humaine pour le développement des végétaux. Nous supposons que cette intervention humaine nécessaire est également présente dans les résultats avec une différence entre les élèves d’Alsace et du Bade-Wurtemberg. Celle-ci peut résulter des programmes et manuels scolaires allemands qui insistent davantage sur les aspects utilitaires.

4. Méthodologie

4.1. Élaboration et cohorte

24Trois éléments structurent cette étude : une enquête exploratoire, une analyse contextuelle et une enquête principale.

25L’enquête exploratoire a été réalisée à l’aide d’entretiens semi-directifs (n = 49), utilisant des supports réels (plantes) et visuels auprès des élèves de CM2, sixième et quatrième d’une école élémentaire, d’un collège en Alsace et d’une Realschule du Bade-Wurtemberg. Des conceptions du cycle de vie ont ainsi pu être recueillies et 11 modèles mentaux élaborés : le modèle botanique ainsi que 10 modèles déviant de celui-ci à différents moments, regroupés en quatre points de rupture : point de rupture intervention humaine ; point de rupture graine ; point de rupture fleur-fruit ; point de rupture graine-fleur-fruit (Quinte, Lindemann-Matthies & Lehnert, 2012). La figure en annexe représente l’ensemble de ces modèles, avec le modèle botanique au centre.

  • 4 L’enquête ayant eu lieu en 2014, ce sont les programmes scolaires français de 2008 et les Bildungs (...)

26Ces résultats provisoires ont été complétés par une analyse contextuelle : 1) analyse historico-épistémologique du cycle de vie relevant les conceptions des scientifiques anciens et l’évolution des connaissances à ce sujet, 2) identification des spécificités socioculturelles (rapport à la nature, développement de la conscience écologique, particularités linguistiques) ainsi que des systèmes scolaires français et allemand en particulier du Bade-Wurtemberg (organisation générale, enseignement scientifique, éducation au développement durable), 3) analyse qualitative des programmes et manuels scolaires (n = 55) du primaire et du collège4.

27L’enquête principale par questionnaires a permis de valider les modèles mentaux élaborés (enquête exploratoire) puis de relever leurs répercussions auprès des élèves de cinquième (n = 998) en Alsace et dans le Bade-Wurtemberg. Neuf collèges et neuf Realschulen ont participé à l’enquête, soit 42 classes. Le choix du niveau (classe de 5e) et du type d’établissement allemand (Realschule), se justifient à partir des éléments relevés lors de l’analyse des programmes et manuels scolaires. En effet, la reproduction sexuée des végétaux est abordée en classe de 6e dans les deux régions. Seuls les programmes scolaires de la Realschule explicitent le concept du cycle de vie. L’Alsace et le Bade-Wurtemberg ont été choisis pour leur proximité culturelle et transfrontalière ainsi que pour leurs systèmes éducatifs différents. Les résultats de l’enquête principale ont ensuite pu être interprétés à la lumière des résultats de l’analyse contextuelle.

28Dans le cadre de cet article, nous présenterons les résultats de l’enquête principale, discutés à partir des éléments de l’analyse contextuelle.

4.2. Recueil et traitement des données (enquête principale)

29Le questionnaire à destination des élèves comporte treize items, répartis en trois parties, abordant : 1) les conceptions du développement de la plante à fleurs, 2) les conceptions de la formation de la graine et du fruit ainsi que de l’intervention humaine et 3) le sens donné aux termes pollinisation, fécondation et dissémination des graines.

30Le questionnaire a été construit à partir des réponses obtenues lors de l’enquête exploratoire. Il se décline en trois versions tenant ainsi compte de la catégorisation des plantes par les élèves évoquée dans le cadre contextuel (Meunier & Cordier, 2004 ; Krüger & Burmester, 2005 ; Quinte et al., 2012). Nous cherchions à savoir si les élèves avaient des conceptions différentes selon le type de plante. Le rosier (n = 466), la plante de poivron (n = 450) et le poirier (n = 472) ont respectivement été choisis pour représenter une « fleur », un « légume » et un « fruit » au sens commun. Nous avons veillé à ne pas utiliser les exemples de plantes représentés dans les programmes et manuels scolaires. Il nous semblait également important d’utiliser des plantes familières aux élèves afin de garantir la comparaison. Ces plantes sont par ailleurs des plantes vivaces avec des fleurs simples sans capitule ni inflorescence.

31Afin d’étudier l’influence du type de plante sur les conceptions des élèves du cycle de vie végétal, 390 élèves (parmi les 998) ont répondu à deux questionnaires portant sur des plantes différentes. Plusieurs combinaisons de questionnaires sont alors possibles : légume + fruit, légume + fleur ou fruit + fleur. La correspondance entre les modèles mentaux du premier et du second questionnaire peut alors être calculée.

32La première et principale partie du questionnaire consiste en un placement de six images prédécoupées (item 1), illustrant les différents stades de développement d’une plante à fleurs. La figure 4 illustre ces stades à l’exemple du rosier :

Fig. 4 : placement considéré comme idéal des stades de développement du rosier

Fig. 4 : placement considéré comme idéal des stades de développement du rosier

33Afin de faciliter l’interprétation du placement, les élèves ont dû donner un titre à chaque image (item 2) et expliquer l’ordre de développement par des flèches annotées (item 4). Enfin, pour déceler les types de raisonnement (cyclique avec une idée de recommencement, linéaire avec le dépérissement de la plante ou du fruit, anthropocentré ou biocentré), une question ouverte interrogeait sur ce qui se passe après la dernière image (item 3). 498 élèves d’Alsace et 452 élèves du Bade-Wurtemberg ont répondu à cette première partie.

34La deuxième partie, constituée de questions à choix multiples et de questions ouvertes, a permis d’obtenir des informations complémentaires sur les processus-clés telles l’origine (items 5 et 7) et la formation des graines (item 6), le lien entre fleurs et fruits (items 9 et 10) ainsi que sur la nécessité d’une intervention humaine pour la dissémination des graines (item 8). Aucune question directe sur la formation du fruit n’a été posée. L’enquête exploratoire a en effet révélé que certains élèves n’identifient pas les fruits de toutes les plantes à fleurs.

35Dans la troisième partie, les élèves ont dû attribuer une définition, parmi les cinq définitions proposées, aux notions de pollinisation (item 11), fécondation (item 12) et dissémination (item 13). Ces cinq définitions proposées ont été élaborées à partir de celles données dans les manuels scolaires. Pour chaque notion les cinq mêmes définitions sont proposées. Connaître le sens donné à ces notions est indispensable pour l’interprétation des réponses utilisant ces termes.

36Les données ainsi recueillies ont été analysées avec le logiciel d’analyse quantitative SPSS. Dans un premier temps une analyse descriptive a été effectuée. Puis, cherchant à faire émerger des différences et des similitudes entre les groupes (sexe, région, types de plante, localisation urbaine ou rurale de l’établissement), d’autres analyses relationnelles ont été réalisées. Parmi elles, le test Khi-carré pour mesurer l’importance de ces différences, et la régression binaire logistique (Backward-Wald) pour calculer les probabilités d’apparition des phénomènes.

4.3. L’élaboration des modèles mentaux (enquête principale)

37Les modèles mentaux ont été élaborés à partir des conceptions identifiées dans l’enquête principale. Dans un premier temps, l’attribution des modèles a été faite pendant la saisie des données, sur la base des points de rupture identifiés dans l’enquête exploratoire. Puis, des critères d’attribution ont été développés afin de garantir une attribution automatique à partir des réponses données aux différents items du questionnaire. Cette attribution automatisée ne permet toutefois pas d’identifier ou de prendre en compte les réponses des élèves déviant de ces critères ou qui sont imprécises voire incomplètes. Ainsi sur 998 questionnaires remplis, nous avons pu attribuer des modèles mentaux à 654 élèves.

5. Résultats

38Les résultats seront présentés en trois temps : 1) les points de rupture et modèles mentaux pour l’ensemble de la population étudiée, 2) les différences entre les régions et le type de plantes et 3) les différences d’approche et de raisonnement entre les élèves d’Alsace et ceux du Bade-Wurtemberg.

5.1. Points de rupture et modèles mentaux

39Présentons tout d’abord le modèle botanique (de référence).

Fig. 5 : modèle B - le cycle de vie au sens botanique (n = 106)

Fig. 5 : modèle B - le cycle de vie au sens botanique (n = 106)

40Deux énonciations types d’élèves illustrent ce modèle :

1. « La graine ; la graine va germer » ; 2. « La graine va germer ; Elle va faire apparaître une pousse » ; 3. « Pousse ; qui va grandir et faire apparaître des fleurs » ; 4. « Les fleurs de poivron ; et les fleurs vont se transformer en poivron » ; 5. « Poivron ; les poivrons vont laisser des graines et l’été prochain elles vont de nouveau pousser » ; 6. / ; Item 3 : « cela va recommencer » (élève d’Alsace).

  • 5 Traduction personnelle : 1. « La graine ; la graine germe ; 2. germination ; elle pousse hors du s (...)

1. « Samen ; der Same keimt » ; 2. « Keimen ; er wächst aus dem Boden und es bilden sich Blätter » ; 3. « Sprößling ; an den Ästen bilden sich Blüten » ; 4. « Blüten ; aus den Blüten werden kleine Früchte, die dann wachsen » ; 5. « Frucht ; aus den Samen der Früchte werden wieder kleine Bäumchen ; Samen » ; Item 3 : « Der Kreislauf beginnt von vorn. Es wachsen neue Bäume »5 (élève du Bade-Wurtemberg).

41Les tableaux suivants présentent et illustrent les différents points de rupture déviant du modèle botanique. Les réponses des élèves sont issues du questionnaire de l’enquête principale ; les items et les numéros des images sont précisés. Ces numéros correspondent aux différents stades de développement décrits dans la partie méthodologie (tableau 1).

42Les fréquences des points de rupture (PR) indiquées en nombre d’élèves dans ce tableau sont issues des 654 questionnaires à partir desquels les modèles mentaux ont pu être élaborés. Quatre points de rupture par rapport au modèle botanique (16,2 %) sont identifiés : le devenir de la graine (25,6 %), l’origine des graines (20,0 %), l’intervention humaine (12,4 %) et le lien entre la fleur et le fruit (2,1 %). 23,7 % des élèves ont présenté des modèles combinant plusieurs points de rupture.

43Les points de rupture identifiés dans l’enquête exploratoire ont pu être validés lors de l’enquête principale. Quelques modifications ont cependant été apportées (Quinte, 2016a). Par exemple, le point de rupture graine a été différencié en « devenir des graines » et « origine des graines ».

5.1.1. PR du devenir de la graine (dG)

44Les conceptions des élèves sur le développement de la graine se distingue des conceptions botaniques. Les élèves indiquent par exemple qu’une graine se multiplie ou se divise, plusieurs graines fusionnent en une ou plusieurs graines et forment une plante.

Tableau 1 : illustration du point de rupture « devenir des graines »

Conceptions liées Énonciations des élèves
dG1 : une graine se multiplie ou se divise (n = 109) Images : 1. Der Samen ; Der Samen vermehrt sich ; 6. Die Samenvermehrung (élève du BW*).
Images : 1. Observation d’une graine ; La graine se sépare en plusieurs graines ; 6. La séparation (élève d’Alsace).
dG2 : plusieurs graines fusionnent (n = 58) Images : 6. graines semées ; les graines se sont rassemblées ; 1. Graine (élève d’Alsace).
Images : 6. 3 Samen ; die drei Samen bilden einen einzigen Samen ; 1. 1 Samen (élève du BW*).
dG3 : plusieurs graines forment une seule plante** (n = 15) Images 6 vers 3 : Les graines donnent naissance à une pousse (élève d’Alsace).
Images 6 vers 3 : Der Samen vermehrt sich und diese verbinden sich dann mit den Wurzeln ; von den Samen wächst eine Pflanze (élève du BW*).

* BW = Bade-Wurtemberg. Traduction personnelle des énonciations : dG1 : « 1. La graine ; la graine se multiplie ; 6. la multiplication de graines » ; dG2 : « 6. Trois graines ; les trois graines forment une seule graine ; 1. une graine » ; dG3 : « la graine de multiplie et celles-ci se lient alors avec les racines ; une plante pousse des graines ».
** Ce modèle est considéré comme étant combiné puisqu’il associe d’une part la multiplication ou division de la graine en plusieurs graines puis le développement de ces graines en une seule plante.

5.1.2. PR de l’origine des graines (oG)

45Les conceptions de la formation des graines ou de leur « provenance » diffèrent de ceux des botanistes. Par exemple pour les élèves les graines sont issues, soit de la fleur, soit des racines ou de la tige, la plante redevient une graine (comme organe assurant la pérennité de la plante).

Tableau 2 : illustration du point de rupture « origine des graines »

Conceptions liées Énonciations des élèves
oG1 : de la fleur (cycle floral) (n = 97) Images : 5. Fleur naissante ; les fleurs éclosent et les graines peuvent être lâchées ; 4. Rosier en fleur (été) ;
Item 3 : Les fleurs meurent puis la plante, mais pas la graine. Puis celle-ci continue son cycle (élève d’Alsace).
Item 3 : Die Blüte lässt ihre Samen von dem Wind wegwehen oder lässt sie auf den Boden fallen. Die Blume geht kaputt und die Samen entwickeln sich erneut weiter (élève du BW*).
oG2 : des racines ou de la tige (n = 30) Item 3 : Le rosier donne des graines qui eux aussi pousseront et seront un beau rosier qui à leur tour donneront des graines et ainsi de suite. Item 7 : Les graines mûres du rosier se trouvent dans la tige (élève d’Alsace).
oG3 : la plante redevient une graine (n = 4) Item 3 : La plante redevient une graine (élève d’Alsace).
Images : 4. Blume. Entwicklung zurück zu Samen ; 6. Samen (élève du BW*).

*BW = Bade-Wurtemberg. Traduction personnelle des énonciations : oG1 : « La fleur laisse le vent emporter ses graines ou les laisse tomber au sol. La fleur se casse et les graines se développent à nouveau » ; oG3 : « 4. Fleur ; Développement « à nouveau » en graines ; 6. graines » 

5.1.3. PR de l’intervention humaine (IH)

46Dans cette conception, éloignée du modèle botanique, l’intervention humaine est nécessaire pour assurer la dissémination des graines et leurs germinations voire le développement des plantes. Dans cette conception, l’origine des graines récoltées peut cependant varier : soit elles proviennent du fruit soit d’une autre partie de la plante.

Tableau 3 : illustration du point de rupture « intervention humaine »

Conceptions liées Exemples
IH : provenance des graines non identifiée (n = 31) Item 3 : La plante fane et meurt. Avant, l’homme récolte les graines et les sème. Item 7 : Les graines mûres se trouvent dans la terre (élève d’Alsace).
IH1 : graines issues du fruit (n = 34) Item 3 : Cela va continuer, les poivrons vont prendre de la couleur et ils vont pouvoir être cueillis et on pourra planter les graines qui sont dans les poivrons et cela va recommencer (élève d’Alsace).
Item 3 : Sie werden geerntet und dann ist die Pflanze kaputt. Die Samen aus der Frucht können wieder eingepflanzt [werden] (élève du BW*).
IH2 : graines issues d’une autre partie de la plante (n = 16) Item 3 : Aus der Blüte kommen neue Samenkörner und dann kann man einen neuen Rosenstock anpflanzen (élève du BW*).
Item 3 : la fleur meurt puis on l’enlève puis on recommence ; Image 1 : Plante les graines ; Item 7 : Les graines de rosier mûres se trouvent dans la fleur (élève d’Alsace).

*BW = Bade-Wurtemberg. Traduction personnelle des exemples : IH1 : « Elles seront récoltées et après la plante est cassée. Les graines du fruit peuvent à nouveau être plantées » ; IH2 : « De la fleur proviennent de nouvelles graines après quoi on peut replanter un nouveau rosier ».

5.1.4. PR du lien entre la fleur et le fruit (FF)

47Dans ce cas, la fleur n’est pas reconnue comme organe de reproduction permettant le développement du fruit. Ainsi, dans cette conception, les fleurs et les fruits croissent indépendamment l’un de l’autre sur la plante ou au contraire, le fruit se développe en fleur.

Tableau 4 : illustration du point de rupture « lien entre fleur et fruit »

Conceptions liées Énonciations des élèves
FF1 : fleur et fruit se succèdent mais n’ont pas de lien (n = 6) Images : 4. Blüten ; dann kommen die Paprikafrüchte ; 5. Paprikafrüchte. Item 9 : Le fruit n’a rien à voir avec la fleur (élève du BW*).
Images : 4. Grande pousse et floraison ; la plante donne des poivrons ; 5. Plante avec des poivrons. Item 9 : Le fruit n’a rien à voir avec la fleur (élève d’Alsace).
FF2 : le fruit se développe en fleur (n = 8) Images : 5. Erntereife Paprikapflanze ; Nach den Paprikas wachsen Blüten an der Pflanze die nun schön blühen ; 4. Blütenbildung und verstreuen der nächsten Samen (élève du BW*).
Images : 5. Formation de la poire ; la fleur apparaît ; 4. Fleur (élève d’Alsace).

*BW Bade-Wurtemberg. Traduction personnelle des énonciations : FF1 : « 4. Fleurs ; après il y a les fruits de poivron ; 5. fruits de poivron » ; FF3 : « 5. Plante de poivron à maturité ; après les poivrons poussent les fleurs sur la plante qui fleurit maintenant joliment ; 4. Formation des fleurs et dissémination des prochaines graines ».

48Les modèles mentaux élaborés peuvent être de différente nature :

  • Des modèles simples (n = 499), comportant aucun ou un seul point de rupture et des modèles combinés (n = 155) associant plusieurs points de rupture ;
  • Des modèles cycliques (n = 235 ; voir exemples du modèle botanique) et des modèles linéaires (n = 419). En effet, la majorité des élèves décrivent le développement de la plante, avec un début et une fin, souvent depuis la graine jusqu’à la mort de plante, la récolte du fruit/de la fleur ou sa dégradation. La nouvelle génération n’est cependant pas évoquée. Voici deux exemples d’élèves décrivant le modèle linéaire :

Images : 6 « La plantation » ; « Il y a que la graine qui peut se développer qui va rester » ; 1 : « La graine » ; « la graine va commencer à faire des pousses » ; 2 : « Le germe » ; « elle va commencer à faire des racines et donner des feuilles » ; 3 : « Le développement » ; « le poirier va fleurir et les abeilles vont venir butiner le pollen » ; 4 : « La floraison » ; « les fleurs ont donné des fruits » ; 5 : « Le fruit ». Item 3 : « Si on ne cueille pas le fruit quand il est mûr le fruit va pourrir et va tomber, puis se dégrader dans le sol » (élève d’Alsace).

  • 6 Images : 6. « Planter ; une seule graine y arrive ; une seule y arrive » ; 1. « il pleut et la gra (...)

Images : 6 : « Einpflanzen » ; « nur 1 Samen schafft es » ; 1 : « Nur einer schafft es » ; « es regnet und der Samen keimt » ; 2 : « Der Samen keimt » ; « aus dem Samen wird ein kleiner Baum » ; 3 : « Ein kleiner Baum wächst » ; « aus dem kleinen Baum wird eine kleine Pflanze mit Blüten » ; 4 : « Blüte » ; « aus der Blüte wird eine Birne » ; 5 : « Birne (Frucht) ». Item 3 : « Die Birne wird geerntet »6 (élève du Bade-Wurtemberg).

49Nous allons maintenant présenter les différences entre les régions puis entre les différents types de plantes.

5.2. Points de rupture les plus fréquents en fonction de la région

50La figure 6 présente les points de rupture les plus fréquents (> 10 élèves) en fonction de la région (Alsace/Bade-Wurtemberg). C’est essentiellement au niveau des graines que les conceptions des élèves devient du modèle botanique. La conceptualisation du devenir/de l’origine de la graine semble difficile.

Fig. 6 : pourcentage des élèves d’Alsace et du Bade-Wurtemberg pour lesquels un modèle mental a pu être élaboré et qui expriment clairement les points de rupture (> 10 élèves)

Fig. 6 : pourcentage des élèves d’Alsace et du Bade-Wurtemberg pour lesquels un modèle mental a pu être élaboré et qui expriment clairement les points de rupture (> 10 élèves)

(Quinte, 2016 a, p. 374)

  • 7 Pour rappel, il s’agit des facteurs : sexe, zone rurale ou urbaine de l’établissement, type de pla (...)

51La conception de la multiplication ou de la division de la graine (avec un placement « une graine puis plusieurs graines ») est observée à la fois chez les élèves d’Alsace et du Bade-Wurtemberg sans différence significative. Aucun des facteurs d’influence testés7 ne semble avoir une influence sur cette conception. Les études de Benkowitz et Lehnert (2010) ont également relevé une telle conception auprès de 70 % des élèves interrogés de 6e année d’enseignement dans le Bade-Wurtemberg, mais peu d’élèves savent justifier leur placement.

52La formation des graines (et ainsi la question de l’origine de celle-ci) est abordée par l’ensemble des enseignants des élèves interrogés. Sa conceptualisation reste cependant difficile pour les élèves. Ces résultats sont d’autant plus étonnants que les programmes et manuels scolaires français (de 2008) abordent directement l’origine des graines.

53Cette difficulté a également été constatée par Jewell (2002). L’analyse historico-épistémologique a mis en évidence les difficultés des savants anciens à conceptualiser la formation des graines. Césalpin (XVIe siècle) par exemple décrit le développement des graines à partir de la tige.

5.3. Points de rupture les plus fréquents en fonction du type de plante

54La figure 7 présente les points de rupture les plus fréquents (> 10 élèves) en fonction du type de plante (rosier, plante de poivron et poirier). Quelques différences entre les conceptions des élèves semblent exister. Ainsi, la plupart des élèves évoquant le point de rupture « origine des graines » ont répondu à un questionnaire portant sur le rosier. À l’inverse, le modèle botanique est davantage décrit dans les questionnaires abordant l’une des plantes de culture alimentaire.

55En effet, la conceptualisation du fruit se fait plus facilement avec des plantes de culture alimentaire qu’avec le rosier pour lequel, le fruit n’est souvent pas identifié. Près de la moitié des élèves répondant à un questionnaire sur le rosier indiquent (à l’item 9) que le rosier n’a pas de fruit. Il n’est que rarement verbalisé dans la première partie du questionnaire. La difficulté principale semble résider dans la conception du fruit au sens commun. Boyer (2000, p. 161) précise en ce sens : « le caractère comestible qui vient du concept quotidien crée une résistance particulière ».

Fig. 7 : pourcentage des élèves pour lesquels un modèle mental a pu être élaboré et qui expriment clairement les points de rupture en fonction du type de plante (> 10 élèves)

Fig. 7 : pourcentage des élèves pour lesquels un modèle mental a pu être élaboré et qui expriment clairement les points de rupture en fonction du type de plante (> 10 élèves)

(Quinte, 2016 a, p. 375)

5.4. Correspondance entre le premier et le second questionnaire

56Des modèles mentaux ont clairement pu être attribués à 206 élèves ayant répondu aux deux questionnaires. La comparaison entre les modèles mentaux s’est cependant avérée difficile en raison du nombre important de modèles combinés différents. Ainsi seul le taux de correspondance indique, qu’effectivement, 126 élèves n’expriment pas les mêmes points de rupture selon la plante abordée dans le questionnaire. Ces résultats confortent notre hypothèse que les conceptions des élèves diffèrent en fonction des plantes.

57Il existe toutefois une différence significative en fonction de la combinaison de plantes (df = 2, x= 7, 41, p = 0,025). Les points de rupture divergent le plus, lorsque les élèves répondent à un questionnaire sur le poirier et le rosier et ce indépendamment de la région, du sexe ou de la zone urbaine ou rurale de l’établissement (figure 8).

Fig. 8 : taux de correspondance entre les points de rupture du premier et du deuxième questionnaire (n = 206) pour chaque combinaison de plantes

Fig. 8 : taux de correspondance entre les points de rupture du premier et du deuxième questionnaire (n = 206) pour chaque combinaison de plantes

(Quinte, 2016 a, p. 376)

58L’ordre dans lequel les élèves répondent aux différents questionnaires a cependant une certaine influence sur l’expression des points de rupture « origine des graines » et « intervention humaine ». Ainsi, le point de rupture « oG » est davantage exprimé dans un questionnaire sur le poirier, si l’élève a d’abord répondu à un questionnaire sur le rosier. Le point de rupture « IH » est davantage exprimé dans un questionnaire sur le poirier, si l’élève répond en premier à celui-ci puis à celui du rosier.

5.5. Raisonnements et approches des élèves

59Outre l’élaboration des modèles mentaux et l’identification des points de rupture, nous avons constaté deux différences significatives entre les élèves : un raisonnement cyclique vs linéaire et une approche biocentrée vs anthropocentrée. Ces deux aspects seront présentés par la suite en fonction de la région et du type de plante.

5.5.1. Raisonnement cyclique vs linéaire

60Parmi les 950 élèves qui ont renseigné la première partie du questionnaire, 59 % décrivent le développement de manière linéaire (figure 9) ; 3 % évoquent la formation d’une nouvelle génération sans préciser ce qui se passe avec cette dernière.

Fig. 9 : pourcentage des élèves d’Alsace et du Bade-Wurtemberg décrivant le développement de la plante sous forme cyclique avec l’idée d’un recommencement ou de manière linéaire avec un début et une fin, en fonction de la région

Fig. 9 : pourcentage des élèves d’Alsace et du Bade-Wurtemberg décrivant le développement de la plante sous forme cyclique avec l’idée d’un recommencement ou de manière linéaire avec un début et une fin, en fonction de la région

(Quinte, 2016 a, p. 326)

61La régression binaire logistique Backward-Wald a montré que la probabilité de décrire le développement de la plante de manière cyclique est significativement plus élevée pour les élèves d’Alsace (B = 0,72, df = 1, valeur-Wald = 27,01, p < 0,001) ainsi que pour ceux répondant à un questionnaire sur le rosier (B = 0,35, df = 1, valeur-Wald =5, 68, p = 0,017). Le sexe et la zone urbaine ou rurale de l’établissement n’ont pas d’influence sur une telle description. Les différents types de cycle relevés (par exemple cycle saisonnier, cycle avec dissémination animale, cycle floral, etc.) ne correspondent cependant pas tous aux conceptions botaniques actuelles.

62Ainsi, la probabilité de décrire le cycle de vie (au sens botanique) est plus importante pour les plantes de culture alimentaire (B = 0,57, df = 1, valeur-Wald = 4,84, p = 0,028, figure 10). À l’inverse, la probabilité de décrire le cycle floral (graines issues de la fleur) est plus importante pour le rosier (B=3,10, df=1, valeur-Wald= 73,76, p < 0,001, figure 11).

Fig. 10 : pourcentage des élèves décrivant le cycle de vie en fonction du type de plante et de la région

Fig. 10 : pourcentage des élèves décrivant le cycle de vie en fonction du type de plante et de la région

(Quinte, 2016 a, p. 331)

Fig. 11 : pourcentage des élèves décrivant le cycle floral en fonction du type de plante et de la région

Fig. 11 : pourcentage des élèves décrivant le cycle floral en fonction du type de plante et de la région

(Quinte, 2016 a, p. 332)

63Notons que l’identification du fruit dépend du type de plante décrit. En effet, parmi les 645 élèves qui ont répondu à l’item 9 d’un questionnaire portant sur le poirier ou la plante de poivron, plus de 70 % considèrent que les fruits se développent à partir de leur fleur respective. À l’inverse, pour près de la moitié des élèves répondant à un questionnaire sur le rosier (n = 286), celui-ci n’a pas de fruit.

64Cette différence entre les plantes de culture alimentaire et le rosier s’exprime aussi par l’ordre de placement des images ainsi que par les explications données par les élèves. Sur les 950 élèves ayant répondu à la première partie du questionnaire, 356 placent d’abord l’image du fruit puis celle de la fleur. La probabilité d’un tel placement est importante pour un questionnaire portant sur le rosier (B = 4,86, df = 1, valeur-Wald = 248, 18, p<0,001) et faible pour celui du poirier (B = -0,60, df = 1, valeur-Wald = 4,56, p = 0,033).

65Parmi les 268 élèves qui donnent une explication à leur placement « image fruit puis fleur », 231 décrivent l’image du fruit comme un élément floral (bourgeon, future fleur, etc., figure 12) et ce essentiellement avec le rosier (221 élèves). En outre, les élèves répondant à un questionnaire sur le rosier et décrivant l’image 5 de la figure 4 (plante avec les fruits) comme élément floral avancent à 51,6 % que cette plante n’a pas de fruit à l’item 9 (df = 1, x= 8,15, p = 0,004). Cette difficulté à identifier les fruits pour des plantes tel que le rosier (fleur au sens commun) pourrait expliquer l’origine de la description du cycle floral pour ce type de plante.

Fig. 12 : pourcentage des élèves donnant une explication du placement fruit puis fleur en fonction du type de plante

Fig. 12 : pourcentage des élèves donnant une explication du placement fruit puis fleur en fonction du type de plante

(Quinte, 2016 a, p. 322)

66En outre, seuls 57 élèves (dont 82,5 % d’Alsace), parmi les 950 qui ont répondu à la première partie du questionnaire, placent les images sous forme cyclique. La probabilité d’utiliser l’expression « cycle » ou « cycle de vie » pour décrire le développement de la plante est plus importante pour les élèves d’Alsace (B = 1,66, valeur-Wald = 28,40, p < 0,001).

5.5.2. Raisonnement biocentré vs anthropocentré

67Comme l’indiquent (Bautier et al., 2000), le placement des différentes images peut donner des indications quant à la nature du raisonnement et de l’approche adoptée. En effet, la probabilité de placer l’image avec plusieurs graines en dernier est plus élevée pour les élèves d’Alsace (B = 0,83, df = 1, valeur-Wald = 20,64, p<0,001), les garçons (B = 0,49, df = 1, valeur-Wald = 7,73, p = 0,038) ainsi que pour ceux répondant à un questionnaire sur le rosier (B = 0,37, df = 1, valeur-Wald = 4,30, p = 0,038). Commencer et terminer par respectivement une et plusieurs graines peut indiquer une vision centrée sur la perpétuation de l’espèce. Au contraire, terminer avec le fruit est plutôt caractéristique d’une vision utilitariste. La probabilité d’un tel placement est plus importante pour les élèves du Bade-Wurtemberg (B = 1,00, valeur-Wald = 26,64, p ≥ 0,001) ainsi que pour ceux répondant à un questionnaire sur l’une des deux plantes de culture alimentaire (B = 5,87, df = 1, valeur-Wald = 98,22, p ≥ 0,001).

68En outre, plus d’un tiers des élèves mentionnent l’utilisation de certaines parties végétales à des fins culinaires, commerciales ou décoratives, tels « la poire est récoltée », « la rose est cueillie et vendue dans un magasin de fleurs » ou encore « l’homme cueille le poivron pour le cuisiner ». Il s’agit notamment de 47,3 % des élèves du Bade-Wurtemberg (n = 452) contre 24,9 % de ceux d’Alsace (n = 498) (df = 1, x= 52,08, p <0,001). Cette intervention humaine utilitaire est également davantage évoquée par les élèves répondant à un questionnaire sur l’une des plantes alimentaires (figure 13).

Fig. 13 : pourcentage des élèves décrivant l’intervention humaine utilitaire en fonction de la région et du type de plante

Fig. 13 : pourcentage des élèves décrivant l’intervention humaine utilitaire en fonction de la région et du type de plante

69Comme le montre la figure 9, plus de la moitié des élèves décrivent le développement de la plante sous forme linéaire (68,7 % des élèves du Bade-Wurtemberg et 51 % de ceux d’Alsace). Toutefois, les explications données et le point de vue adopté par ces élèves diffèrent d’une région à l’autre. Contrairement aux élèves du Bade-Wurtemberg, les élèves d’Alsace (61,9 %, df = 1, x= 12, 90, p <0,001) décrivent plutôt le devenir de la plante (croissance, mort de la plante, apparition de nouveaux fruits, etc.) et placent en ce sens la plante au centre de leur raisonnement. C’est ce que nous appelons l’approche biocentrée. Les élèves du Bade-Wurtemberg mettent davantage l’intérêt de la plante pour l’humain en avant en décrivant notamment la récolte des fruits (67 %, df = 1, x= 29, 43, p <0,001) et s’inscrivent ainsi dans une vision anthropocentrée.

70Le tableau suivant récapitule les résultats significatifs évoqués ci-dessus.

Tableau 5 : principales différences significatives entre régions et types de plante en fonction des réponses données par les élèves lors de l’enquête principale

Données Tests effectués Facteurs d’influence
Région Type de plante
Placement des images Cyclique Rbl *** Alsace
5-4 Rbl *** rosier
Dernier stade placé Graines Rbl *** Alsace
Fruit Rbl *** BW *** plantes de culture
Fleur Rbl *** rosier
Description Cycle de vie Rbl *** plantes de culture
Cycle floral Rbl *** rosier
Raisonnement Cyclique Rbl *** Alsace
Intervention humaine Utilitaire x2 *** BW
Rbl *** plantes de culture
Récolte des fruits Rbl *** BW
Notions utilisées Cycle Rbl *** Alsace

Tests effectués : rbl : régression binaire logistique (Backward-Wald) ; x2 : khi-deux ; ** : p≤ 0,01 ; *** p≤ 0,001 ; BW : Bade-Wurtemberg

5.6. Les obstacles à l’apprentissage

71À partir des résultats de l’enquête principale, trois principaux obstacles ont pu être identifiés :

  • La discordance entre le langage commun et le langage botanique ;
  • La catégorisation des plantes ;
  • Le raisonnement anthropocentré.

72Il existe une différence sémantique entre les différents types de langage, notamment concernant les termes « fruit » et « fleur ». Ainsi, la fleur peut désigner dans le langage commun à la fois la plante à fleurs et la partie florale. Cette dernière est généralement identifiée voire représentée par son « cœur jaune » et ses pétales. Au quotidien, la fleur renvoie à une symbolique particulière et a trait à l’ornementation. En botanique, la fleur assure la reproduction sexuée et comporte de ce fait les organes reproducteurs de la plante à fleurs. Quant au fruit, celui-ci est communément associé à un organe végétal charnu, sucré et juteux, généralement consommé en dessert. Boyer (2000, p. 161-162) précise à ce propos que c’est « le caractère comestible qui vient du concept quotidien [qui] crée une résistance particulière ». En outre, d’un point de vue diététique, une distinction est faite entre le fruit et le légume alors qu’en botanique, le fruit est l’organe qui résulte du développement de la fleur après fécondation. Ainsi un légume, tels par exemple la courgette ou le poivron, est un fruit au sens botanique. Ces différences peuvent prêter à confusion, or la compréhension de la reproduction sexuée végétale nécessite la conceptualisation des concepts-clés fleur, fruit et graine.

73La catégorisation des plantes semble être un obstacle important pour la généralisation de la reproduction sexuée des plantes à fleurs. Outre les fonctions (décorative, commerciale, alimentaire, médicale, etc.) attribuées aux plantes à fleurs et aux éléments les constituant, leurs variations morphologiques (fleur : inflorescence, sycone du figuier, etc. ; fruits/graines : akènes, amande, etc.) peuvent en effet rendre la généralisation difficile. Il paraît pourtant essentiel de prendre en compte cette catégorisation pour favoriser la conceptualisation de la reproduction sexuée, plus précisément d’identifier les similitudes au-delà des différences.

74Un raisonnement centré sur l’intérêt et l’utilité de la plante pour l’humain renvoie à l’idée de rendement et de produit final. L’accent est mis sur l’intervention humaine et son efficacité, peut-être au détriment d’une perception des processus naturels.

6. Discussion

75Les résultats de cette étude ont montré d’une part des similitudes existant entre les élèves d’Alsace et ceux du Bade-Wurtemberg, telles la catégorisation des plantes et les difficultés de généralisation de la reproduction sexuée à l’ensemble des plantes à fleurs. Cette difficulté a également été soulignée par Boyer (2000) ainsi que Nyberg et Andersson (2004). D’autre part nous avons pu constater des différences de raisonnement (cyclique vs linéaire) et d’approche (plutôt biocentrée vs plutôt anthropocentrée) selon les régions et le type de plantes. Cette différenciation d’approche a également été relevée par Kahn et Kellert (2002) lors de leurs études interrogeant des enfants du Brésil, du Portugal et des États-Unis, sur la valeur attribuée à la nature. Selon eux, les enfants raisonnant de manière biocentrée attribuent une valeur intrinsèque à la nature alors que les enfants raisonnant de manière anthropocentrée jugent la nature en fonction de son apport utilitaire et bénéfique pour l’humain. Bien que la présente étude n’interroge pas la valeur attribuée aux plantes, cette différence d’approche a une conséquence sur la façon de décrire leur développement. Se pose alors la question de leur répercussion sur d’autres apprentissages notamment dans le cadre de l’éducation au développement durable et la compréhension de certaines thématiques environnementales qui mobilisent le modèle du cycle de vie telle la mort des pollinisateurs ou l’utilisation des OGM.

76À partir du cadre théorique de la transposition didactique, quelques éléments de réponse quant à ces divergences ont pu être identifiés. Outre l’approche atomistique relevée dans les programmes et manuels scolaires du Bade-Wurtemberg, ces derniers véhiculent certains aspects utilitaires quant à l’intérêt des végétaux pour l’humain. Ainsi, par exemple, une différenciation est faite entre les plantes utiles à l’humain ou les plantes de culture et les plantes sauvages. Les pratiques agricoles sont également axées sur l’intérêt des végétaux pour la société moins sur la pratique elle-même comme c’est le cas en France.

77Deux particularités allemandes du domaine de la didactique de la biologie pourraient expliquer ces aspects anthropocentrés. D’une part, le choix des contenus d’enseignement se fait selon leur pertinence scientifique, sociétale et pour les élèves (Eschenhagen, Kattmann & Rodi, 2006) et d’autre part, le principe d’exemplarité, introduit par Martin Wagenschein dans les années 1960 pour palier l’ampleur croissante des contenus à enseigner. Sur la base de ce principe, la reproduction sexuée et plus précisément la formation des fruits est illustrée dans l’ensemble des manuels scolaires du Bade-Wurtemberg par l’exemple du cerisier et la germination par le haricot. L’inconvénient de ce principe d’exemplarité est que les principes généraux et leurs liens peuvent passer inaperçus (Gropengießer, Kattmann & Krüger, 2010) et le choix des exemples peut avoir une influence sur le raisonnement des élèves. La difficulté de conceptualisation, ici de la formation du fruit et de la graine ainsi que du devenir de cette dernière, pourraient être prise en compte en démultipliant les exemples de plantes utilisés en cours. « C’est à partir des nombreux cas particuliers, relevant de différentes classes de situations auxquelles l’élève est confronté, que s’instaure la rupture » (Boyer, 2000, p. 168).

Conclusion et perspectives

78Cet article a eu pour objectifs de présenter les conceptions qu’ont les élèves du cycle de vie des plantes à fleurs et d’identifier les facteurs d’influence ainsi que les obstacles à l’apprentissage. L’approche comparative a permis de soulever, d’une part, les conceptions épistémologiques, liées à l’objet d’étude et, d’autre part, celles liées au contexte socio-culturel et éducatif des élèves.

79Au vu des résultats et du lien manquant dans les programmes et manuels scolaires du Bade-Wurtemberg, une modélisation du cycle de vie pourrait aider les apprenants à mieux comprendre la perpétuation des espèces. Axée sur la reproduction sexuée, une telle modélisation permet de représenter la dynamique des processus (pollinisation, fécondation, formation des graines et des fruits, dissémination, germination) et de mettre en avant les principales caractéristiques.

80Dans le cadre de notre projet EcoDiPlant (Études comparatives en Didactique de la biologie des Plantes) nous poursuivons les investigations dans d’autres régions de France et d’Allemagne, en étudiant l’intérêt et les représentations sociales et individuelles des apprenants, les pratiques enseignantes au sujet des plantes en France et en Allemagne, ainsi que leurs répercussions sur la compréhension des thématiques liées à l’environnement.

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Annexe

Ensemble des modèles mentaux regroupés en fonction de leur point de rupture autour du modèle botanique actuel (au centre), issus de l’enquête exploratoire

Ensemble des modèles mentaux regroupés en fonction de leur point de rupture autour du modèle botanique actuel (au centre), issus de l’enquête exploratoire

(Quinte, 2016 a, p. 74)

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Notes

1 En ligne : <http://archiv.ipn.uni-kiel.de/stcse/stcse.html> (consulté le 26 avril 2018).

2 « Diese Theorien empirisch zu erforschen und sie zu kennen, ist eine Voraussetzung, um erfolgversprechende methodische Zugänge für Bildung für nachhaltige Entwicklung zu entwickeln, zu erproben und zu implementieren » (traduction personnelle).

3 « The static picture of the living world presented by philosophy and religion » (traduction personnelle).

4 L’enquête ayant eu lieu en 2014, ce sont les programmes scolaires français de 2008 et les Bildungspläne du Bade-Wurtemberg de 2004 ainsi que les manuels scolaires correspondants qui ont été considérés.

5 Traduction personnelle : 1. « La graine ; la graine germe ; 2. germination ; elle pousse hors du sol et des feuilles se forment ; 3. plantule ; des fleurs se forment aux branches ; 4. fleurs ; les fleurs deviennent de petits fruits, qui grandissent alors ; 5. fruit ; les graines des fruits forment à nouveau de petits arbres ; 6. graines. Le cycle recommence au début ; de nouveaux arbres se forment ».

6 Images : 6. « Planter ; une seule graine y arrive ; une seule y arrive » ; 1. « il pleut et la graine germe » ; 2. « la graine germe ; de la graine pousse un petit arbre » ; 3. « un petit arbre pousse ; le petit arbre devient une petite plante avec des fleurs » ; 4. « fleur ; la fleur devient une poire » ; 5. « poire (fruit) ». Item 3 : « la poire est récoltée » (traduction personnelle).

7 Pour rappel, il s’agit des facteurs : sexe, zone rurale ou urbaine de l’établissement, type de plante, région.

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Table des illustrations

Titre Fig. 1 : la transposition didactique du cycle de vie végétal (des références scientifiques et socioculturelles aux conceptions d’élèves)
URL http://journals.openedition.org/rdst/docannexe/image/3103/img-1.jpg
Fichier image/jpeg, 311k
Titre Fig. 2 : cycle de vie du coquelicot (Papaver rhoeas)
Crédits (Quinte, 2016a)
URL http://journals.openedition.org/rdst/docannexe/image/3103/img-2.jpg
Fichier image/jpeg, 281k
Titre Fig. 3 : approche holistique/atomistique des êtres vivants dans les cadres nationaux, les programmes et manuels scolaires de France (2008) et du Bade-Wurtemberg (2004)
Légende TD = transposition didactique
Crédits (Quinte, 2016b, p. 10)
URL http://journals.openedition.org/rdst/docannexe/image/3103/img-3.jpg
Fichier image/jpeg, 328k
Titre Fig. 4 : placement considéré comme idéal des stades de développement du rosier
URL http://journals.openedition.org/rdst/docannexe/image/3103/img-4.jpg
Fichier image/jpeg, 86k
Titre Fig. 5 : modèle B - le cycle de vie au sens botanique (n = 106)
URL http://journals.openedition.org/rdst/docannexe/image/3103/img-5.jpg
Fichier image/jpeg, 138k
Titre Fig. 6 : pourcentage des élèves d’Alsace et du Bade-Wurtemberg pour lesquels un modèle mental a pu être élaboré et qui expriment clairement les points de rupture (> 10 élèves)
Crédits (Quinte, 2016 a, p. 374)
URL http://journals.openedition.org/rdst/docannexe/image/3103/img-6.jpg
Fichier image/jpeg, 127k
Titre Fig. 7 : pourcentage des élèves pour lesquels un modèle mental a pu être élaboré et qui expriment clairement les points de rupture en fonction du type de plante (> 10 élèves)
Crédits (Quinte, 2016 a, p. 375)
URL http://journals.openedition.org/rdst/docannexe/image/3103/img-7.jpg
Fichier image/jpeg, 132k
Titre Fig. 8 : taux de correspondance entre les points de rupture du premier et du deuxième questionnaire (n = 206) pour chaque combinaison de plantes
Crédits (Quinte, 2016 a, p. 376)
URL http://journals.openedition.org/rdst/docannexe/image/3103/img-8.jpg
Fichier image/jpeg, 92k
Titre Fig. 9 : pourcentage des élèves d’Alsace et du Bade-Wurtemberg décrivant le développement de la plante sous forme cyclique avec l’idée d’un recommencement ou de manière linéaire avec un début et une fin, en fonction de la région
Crédits (Quinte, 2016 a, p. 326)
URL http://journals.openedition.org/rdst/docannexe/image/3103/img-9.jpg
Fichier image/jpeg, 81k
Titre Fig. 10 : pourcentage des élèves décrivant le cycle de vie en fonction du type de plante et de la région
Crédits (Quinte, 2016 a, p. 331)
URL http://journals.openedition.org/rdst/docannexe/image/3103/img-10.jpg
Fichier image/jpeg, 91k
Titre Fig. 11 : pourcentage des élèves décrivant le cycle floral en fonction du type de plante et de la région
Crédits (Quinte, 2016 a, p. 332)
URL http://journals.openedition.org/rdst/docannexe/image/3103/img-11.jpg
Fichier image/jpeg, 79k
Titre Fig. 12 : pourcentage des élèves donnant une explication du placement fruit puis fleur en fonction du type de plante
Crédits (Quinte, 2016 a, p. 322)
URL http://journals.openedition.org/rdst/docannexe/image/3103/img-12.jpg
Fichier image/jpeg, 78k
Titre Fig. 13 : pourcentage des élèves décrivant l’intervention humaine utilitaire en fonction de la région et du type de plante
URL http://journals.openedition.org/rdst/docannexe/image/3103/img-13.jpg
Fichier image/jpeg, 91k
Titre Ensemble des modèles mentaux regroupés en fonction de leur point de rupture autour du modèle botanique actuel (au centre), issus de l’enquête exploratoire
Crédits (Quinte, 2016 a, p. 74)
URL http://journals.openedition.org/rdst/docannexe/image/3103/img-14.jpg
Fichier image/jpeg, 473k
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Pour citer cet article

Référence papier

Jana Quinte, « Conceptions d’élèves au sujet du cycle de vie des plantes à fleurs : approche comparative franco-allemande »RDST, 21 | 2020, 135-162.

Référence électronique

Jana Quinte, « Conceptions d’élèves au sujet du cycle de vie des plantes à fleurs : approche comparative franco-allemande »RDST [En ligne], 21 | 2020, mis en ligne le 12 octobre 2020, consulté le 12 juin 2026. URL : http://journals.openedition.org/rdst/3103 ; DOI : https://doi.org/10.4000/rdst.3103

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Auteur

Jana Quinte

Université de Haute-Alsace, université de Strasbourg, université de Lorraine, LISEC EA 2310

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Droits d’auteur

CC-BY-NC-ND-4.0

Le texte seul est utilisable sous licence CC BY-NC-ND 4.0. Les autres éléments (illustrations, fichiers annexes importés) sont susceptibles d’être soumis à des autorisations d’usage spécifiques.

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