Conceptions sur la respiration

De WikiPistes

1. Articles de conceptions initiales

1.1 Article de conceptions initiales 1

La respiration est considérée comme l’une des notions biologiques les plus difficiles à assimiler pour les enfants. Le projet de recherche intitulé « Study of students, concept learning » du Conseil National des Sciences de Taiwan, a fait une étude au sujet de la compréhension du concept de respiration chez les enfants. Celle-ci porte tout d’abord sur une analyse concernant les conceptions initiales des enfants à ce sujet pour ensuite en venir à identifier quels sont les facteurs ou les causes qui contribuent à leur élaboration.

L’étude portant sur ces conceptions a été effectuée auprès d’étudiants de 7e, 8e et 9e année provenant de deux écoles différentes du Pingtung district en Taiwan. En fait, on cherche à comprendre les différences de conceptions entre les élèves habitant les villes et les élèves aborigènes. Au total, 300 étudiants ont passé un test écrit comportant des questions sur la respiration pour ensuite ne garder que les élèves qui présentent des tendances différentes dans leurs réponses, soit 140 étudiants. Ceux-ci ont dessiné leurs conceptions initiales sur papier, c’est-à-dire qu’ils ont dessiné par exemple le corps humain et leur façon de comprendre la respiration à travers celui-ci. Enfin, 80 étudiants dont 40 aborigènes et 40 élèves provenant de la ville ont été sélectionnés pour des entrevues individuelles.

L’étude comprend quatre grands thèmes : la définition de la respiration, les échanges gazeux, les mouvements respiratoires et la relation de respiration dans la photosynthèse. D’abord, dans le premier thème, la majorité des étudiants, peu importe le niveau scolaire et l’origine sociale, comprend que l’oxygène est nécessaire à la respiration. Alors que la définition de la respiration est bien comprise chez les élèves, leurs conceptions se compliquent dans le deuxième thème. En fait, plusieurs étudiants, soit 55% des aborigènes et 71% des urbanistes comparent l’échange de gaz au fonctionnement de l’air conditionné. Ces étudiants ont expliqué cette conception par le fait que l’oxygène qui est froid est filtré par les poumons, ce qui produit du gaz carbonique qui devient chaud à sa sortie. Ils pensent aussi que les poumons filtrent l’air pour ne garder que ce qui est pur et propre, tout comme le fait les filtres d’eau.

Dans le thème des mouvements respiratoires, les élèves pensent intuitivement que l’oxygène est propre et que le gaz carbonique est sale. Cette conception est en partie du au fait que les médias ont promu l’idée que l’air pur nous permet d’être plus perspicace et d’avoir les idées claires dans notre tête. Toutefois, cela a contribué à faire comprendre aux étudiants que l’oxygène peut faire expulser le gaz carbonique par le cerveau. En effet, 32% des élèves possèdent ce genre de conception.

Les conceptions initiales des enfants au sujet de la fonction respiratoire dans la photosynthèse sont assez complexes. L’une d’entre elles a été élaborée par 42% des aborigènes et 63% des urbanistes. Ces étudiants croient que les plantes emmagasinent l’oxygène durant la nuit et le fait sortir durant le jour. Ils ont aussi mentionné qu’ils ne pouvaient pas aller dehors la nuit, car il y aurait de la compétition entre les plantes et eux pour obtenir de l’oxygène. Au total, 38% des étudiants vivant en ville ont déterminé leurs parents comme principale source causant cette conception.

Cette étude permet donc de conclure sur le fait que les étudiants en connaissent davantage sur la respiration des humains que sur celle des plantes. Les résultats montrent aussi que les principaux facteurs contribuant à l’élaboration de certaines conceptions considérées comme fausses sont les enseignants, les manuels scolaires, les parents et les médias. On peut aussi affirmer que les élèves se basent principalement sur leur première intuition pour élaborer un concept scientifique ou un phénomène. Ces intuitions peuvent parfois s’avérer inexactes, mais elles exercent certainement une bonne influence dans leurs apprentissages.

Source: KAO, Huey-Lien. A study of Aboriginal and Urban Junior High School Students’ Alternative Conceptions on the Definition of Respiration. International Journal of Science Education, 2007, Vol.29, pp. 517-533.

1.2 Article de conceptions initiales 2

Virginie Lelièvre, une étudiante de l’Institut Universitaire de Formation des Maîtres du Mont Saint Aignan en France, a réalisé en 2000 un mémoire sur les activités de modélisation des enfants. Elle s’est attaquée ici à une classe du troisième cycle du primaire, vingt-quatre enfants, et a fait l’étude sur deux thèmes particuliers, d’abord les phases de la lune puis la respiration.

Madame Lelièvre a découvert un désintérêt pour la science lors de ses derniers stages et souhaitant en connaître la raison, elle a questionné les enfants sur ce que représentait la science pour eux. Elle était déçue de voir que la pédagogie utilisée en sciences était peu intéressante pour les enfants; faire la lecture d’un texte scientifique et répondre à des questions. Ceci semble être une façon de faire bien aliénante pour les enfants qui ne font qu’avaler la matière que l’enseignante donne, sans faire appel à leurs conceptions initiales. En utilisant les conceptions des élèves, cela pourrait être tellement plus intéressant afin de mettre en œuvre une méthode d’apprentissage appropriée en science.

Donc, elle a préparé une activité sur la respiration qui prend en compte les conceptions initiales des enfants dans la classe. Cela permet à chacun d’eux de ne pas être que spectateur, mais aussi acteur de ses connaissances. Elle s’est donc inspirée du modèle d’apprentissage du constructiviste.

Pour débuter, elle croit fondamental qu’il y ait un élément déclencheur qui permet à l’enfant de se poser des questions et de remettre ses conceptions initiales à l’épreuve. Pour ce qui est de la respiration, c’est l’arrivée du poisson dans la classe qui a servi de déclencheur. Les enfants étaient tous d’accord sur le fait que le poisson est vivant et qu’il mange. Pourtant, aucun d’eux n’a fait part de la respiration de celui-ci. Lors du cours de piscine, Lelièvre a demandé aux enfants de prendre une grande respiration et d’expirer à l’intérieur de l’eau. Tous étaient d’accord pour dire qu’il y a des bulles lorsque l’on expire dans l’eau, c’est l’air qui ressort. À partir de ces deux observations, Lelièvre a orienté les enfants vers des réflexions sur le mode de vie du poisson qu’ils ont eux-mêmes observé en classe récemment. Ainsi, elle permet aux enfants de subir un déséquilibre mental pour leurs conceptions initiales. Voici quelques questions obtenues lors de la recherche de Lelièvre :

« - Pourquoi ne fait-il pas de bulles? - Est-ce qu’il respire? - Comment fait-il, puisqu’il ne remonte pas souvent à la surface?»

Les enfants sont rapidement arrivés à la conclusion que le poisson était vivant, alors il devait absolument respirer; « Sinon comment ferait-il pour vivre? » On peut donc constater que la respiration semble être une fonction vitale selon les conceptions des enfants. Ces derniers ont alors observé à nouveau le poisson : « - […] on voit les ‘’côtés’’ qui se soulèvent». Lelièvre leur a demandé comment se manifeste la respiration chez l’humain, deux éléments en sont ressortis ; l’air qui entre et qui sort ainsi que le ventre qui se gonfle. Les enfants approfondissent tranquillement leurs conceptions sur le sujet scientifique que Lelièvre tente d’exploiter avec eux. Ils modifient tranquillement leurs conceptions sur le sujet.

Lelièvre fait dessiner les enfants. Ils doivent représenter leur façon de voir le mode de fonctionnement du système respiratoire de l’humain. Elle remarque trois types de représentations ; un qui représente les poumons qui sont reliés à des tuyaux jusqu’à la bouche et au nez, l’autre qui ajoute des parcelles du système digestif et le dernier qui illustre le cœur qui est relié au système respiratoire.

Selon l’analyse des dessins que Lelièvre a faite, les enfants ont une très bonne idée de l’emplacement des poumons dans le corps humain et semblent comprendre qu’il y a un lien avec la bouche, le nez et les poumons. Par contre, les poumons sur les dessins des enfants sont représentés de grosseurs assez variables, passant de la grosseur d’un poing à l’espace complet du buste. Dans la classe étudiée, un seul élève a relié le système respiratoire avec le cœur, mais l’a ensuite effacé, croyant que ceci était ridicule et impossible. Quelques enfants relient le nez à un poumon et la bouche à l’autre poumon, mais la plupart des élèves interrogés étaient capables de bien représenter la trachée se divisant en deux bronches qui se relient vers chacun un poumon.

Cinq enfants ont représenté les côtes dans leur dessin, mais la seule utilité de celles-ci était, pour les enfants, la protection. Lelièvre a donc, à ce moment, tenté de mener les enfants à faire des liens avec la respiration, le système cardiaque et la respiration de tout le corps, mais en vain.

Elle a alors amené les enfants à réfléchir différemment sur la respiration de l’humain. Elle apporta de l’équipement qui permettrait aux enfants de mieux comprendre la respiration ; une bouteille de cola vide et sans fond, des élastiques, des pailles, de la pâte à modeler et des ballons. Elle leur proposa alors de construire un modèle qui ressemblera le plus possible au système respiratoire chez l’humain.

Encore une fois, trois types de modèles sont construits. D’abord, une équipe (appelons-la l’équipe 1) a construit sa maquette de façon à ce que la bouteille serve de cage thoracique et les deux ballons à l’intérieur de celle-ci correspondants aux poumons. L’enfant doit pousser l’air par les pailles qui se rendent aux ballons. L’équipe 1 a également mis le gant de caoutchouc à l’autre extrémité de la bouteille. La seule explication qu’elle a donnée est que le gant était sur la table, donc il devait bien aller quelque part. L’équipe doutait fort bien de son utilité dans la respiration.

Contrairement à l’équipe 1, l’équipe 2 n’a pas du tout utilisé le gant de caoutchouc qu’elle a laissé sur la table. La maquette de cette équipe était construite de façon à ce que ce soit l’élève qui pose sa bouche directement sur la bouteille (pas du côté goulot). Les ballons sont reliés aux pailles, mais à l’extérieur à l’autre extrémité de la bouteille.


Le modèle construit par l’équipe 3 ressemble beaucoup à celui de l’équipe 1, le gant est lui aussi relié à une paille et fait partie intégralement du système respiratoire. En fait, il a été utilisé comme cœur. Donc, dans aucun cas le gant a été utilisé comme diaphragme.


Par la suite, Lelièvre présente le modèle scientifique aux enfants, mais en tant que modèle possible. Les enfants sont donc amenés à comparer chacun des modèles en notant les ressemblances et les différences. Les enfants devaient ensuite rechercher dans les livres afin de voir quel modèle était le mieux adapté à la réalité. Ils sont venus à la conclusion que le modèle de Lelièvre est le plus représentatif.

Source:LELIÈVRE, Virginie. Les activités de modélisation en science au cycle III. La respiration, Institue Universitaire de Formation des Maîtres, Mont Saint-Aignan, France, 2000, 51 p.

1.3 Article de conceptions initiales 3

Il peut y avoir plusieurs façons de stimuler l’intelligence d’un enfant, le pousser vers l’autonomie est le meilleur moyen d’obtenir un bon résultat. Le thème de la respiration des poissons est un grand sujet de réflexion pour les enfants. Ceux-ci ont plusieurs conceptions différentes à propos de ce thème. Dans l’article : « L’élaboration des connaissances », on retrouve une méthode de travail qui est le questionnement d’un élève. À l’intérieur de cette méthode, l’enseignant pose la question directement ou montre une image à l’enfant et lui demande d’expliquer ce qu’il voit.

Pour préparer l’enfant à l’explication de la respiration du poisson, l’enseignant doit l’amener à formuler une réponse par lui-même. Dans cet article, cinq élèves de dix à douze ans étudient la respiration des animaux aquatiques. L’analyse de leur cahier de science prouve qu’ils ont déjà compris que la respiration du poisson a un rapport direct avec les branchies. Suite à cela, l’enseignant leur demande : « Comment respire le poisson rouge? » Un élève répond que le poisson rouge absorbe l’oxygène qu’il y a dans l’eau, par ses branchies. L’enseignant demande à la classe d’élaborer sur ce sujet, mais les élèves ont de la difficulté à en dire davantage. Ils demandent alors à l’enseignant de disséquer un poisson pour mieux voir où sont situés les poumons. En voyant que les enfants pensent que les poissons ont des poumons, l’enseignant leur propose de dessiner le fonctionnement de la respiration du poisson. La première conception des enfants est que les branchies fonctionnent environ de la même manière que les poumons. Donc, pour eux, les branchies se remplissent et se vident d’eau par un mouvement des muscles. La seconde conception des élèves est que les branchies servent à filtrer l’air. Elles retiennent l’air qu’il y a dans l’eau et l’envoient ensuite aux poumons. Dans cette conception, les enfants pensent que l’air est seulement une substance gazeuse.

Un grand nombre d’élèves croient que la respiration est un nettoyage que tous les êtres humains doivent effectuer pour vivre. Ce nettoyage se fait au niveau des poumons. L’air que l’on respire est de l’oxygène et l’air que l’on expire est du gaz carbonique. Ces enfants ont de la difficulté à comprendre le fonctionnement de la respiration des poissons et ils ne croient même pas que les plantes respirent. Ces enfants ont un blocage au niveau du cadre de référence antérieure, c'est-à-dire qu’ils sont habitués à entendre que la respiration se fait par les poumons et, en leur proposant une autre manière de respirer, ils sont insécurisés. Toute l’information qu’ils possèdent dans leurs connaissances, a été apprise par cœur. Ces enfants peuvent aussi avoir un blocage dû à une absence d’information conceptuelle en raison de la composition de l’air qui est peu connu ou bien d’une confusion entre les termes « gaz », « air » et « oxygène ».

Trois stratégies sont utilisées pour arriver à faire comprendre l’information voulue à l’enfant. Dans la première stratégie, l’enseignant demande aux enfants ce qu’ils savent. Il les informe ensuite avec des informations qui complètent leurs pensées et qui sont nécessaires à leur compréhension. À l’intérieur de la seconde stratégie, le maître intervient seulement pour faire développer leurs conceptions, il n’apporte pas d’informations supplémentaires. Dans la troisième stratégie, qui est la plus efficace, le maître demande aux enfants leurs conceptions. Puis, au fur et à mesure, il apporte des informations en fonction des problèmes que les élèves rencontrent.

Avec ces méthodes, l’enfant comprend que c’est par un mouvement que se fait la respiration. L’air qui est inspiré contient de l’oxygène et elle passe dans le sang pour se rendre aux organes. Puis, l’air expiré est du gaz carbonique. De plus, il comprend qu’on ne peut pas avoir à la fois des poumons et des branchies.

Pour une bonne compréhension de la part des élèves, il doit y avoir une confrontation entre leurs conceptions initiales et la réalité. Cela permet de poser un problème et de faire réfléchir les élèves. Par exemple, les élèves croient que la respiration se fait en même temps que les battements de cœur. Pour leur faire comprendre que ce n’est pas le cas, on peut leur demander d’arrêter de respirer quelques secondes ou bien de compter les mouvements du cœur et le nombre de respirations effectuées. Ils constatent alors par eux-mêmes que ces mouvements ne coïncident pas. Toutes ces méthodes favorisent l’autonomie du jeune. Elles apportent une grande utilité pour la façon dont un enseignant doit montrer son programme aux enfants.

Source: GIORDAN, André. Une didactique pour les sciences expérimentales. Guide Belin de l’enseignement. Tiré du recueil de texte du cours science et technologie pour le préscolaire et le primaire (ENP-19979) de l’Université Laval. Texte 13.