Enseigner la chimie organique

Transcription :

Dans cet épisode, je vais te raconter mes débuts en tant qu'ingénieur pédagogique, entre guillemets, et je vais te raconter comment j'ai fabriqué les premières séquences d'apprentissage que j'ai pu tester auprès de certains élèves.

Alors tout ça, je l'ai fait en réalité avant d'être prof. Après mes études de chimie, je ne me suis pas tout de suite dirigée vers l’enseignement, j'ai d'abord fait une thèse. Mais bien vite, j'ai changé de sujet de thèse pour me diriger vers une thèse sur l'enseignement. Et j'ai choisi le sujet qui me tenait le plus à cœur à ce moment-là : puisque j'étais dans un labo de chimie organique, c'était l'enseignement de la chimie organique. J'avais en plus une directrice de thèse qui donnait les cours de didactique de la chimie et les cours de chimie organique à l'ULB. Du coup c'était tout à fait logique de se lancer dans ce genre de thèse.

C'était une thèse un petit peu inédite à l'ULB, il n'y avait pas encore eu ce genre de thèse de didactique d'une discipline qui était menée dans la faculté de la discipline et pas dans la faculté de didactique, donc ça n'a pas été très bien vu par tout le monde, mais en tout cas moi je me suis beaucoup amusée à faire cette thèse. En tout cas, le début. À la fin, comme toutes les thèses, on s'amuse beaucoup moins, c'est un petit peu pénible et on a très envie que ça finisse.

Mais en tout cas, j'en suis ressortie avec certaines séquences d'apprentissage clé en main sur lesquelles j'avais pu travailler à 100% pendant plusieurs années. J'ai même pu aller les tester dans différentes écoles et donc je me suis dit qu'une des premières séquences que je pouvais te présenter ici, c'était une séquence pour commencer la chimie organique en secondaire.

C'est une séquence qui ne suit pas du tout les programmes classiques, mais qui peut tout à fait s'intégrer normalement dans tes chapitres. C'est juste que tu vas voir, ce n'est pas construit en suivant les unités d'acquis d'apprentissage, et c'est assez différent de ce qui se fait classiquement.

Si je te fais un petit récapitulatif historique, l'enseignement de la chimie organique a un petit peu évolué avec les réformes et l'arrivée des UAA, mais en gros c'est un peu toujours le même style, quels que soient les pays c'est un petit peu toujours le même style aussi. On aborde la chimie organique fonction par fonction. Donc ça veut dire quoi? Ça veut dire que d'abord on va t'expliquer c'est quoi les alcanes, on va te montrer c'est quoi un alcane, on va te montrer la nomenclature d'un alcane, on va te montrer à quoi ça sert un alcane, on va te montrer où il y a des alcanes dans la vie quotidienne. En fonction de jusqu'où on va, on peut te montrer comment ça réagit un alcane.

Puis on va passer aux alcènes et on va te montrer c'est quoi un alcène, comment représenter un alcène, c'est quoi la nomenclature des alcènes, où on trouve des alcènes dans la vie quotidienne et comment réagissent des alcènes. Et on recommence ensuite avec les alcools, avec les amines, etc. etc. T'as un petit peu compris où je veux en venir.

Je sais pas si ça s'entend dans ma voix (ou dans le ton du texte), mais moi je trouve ça particulièrement long et pénible. C'est très très répétitif et je trouve ça très peu intéressant. C'est aussi comme ça que moi j'ai appris la chimie organique et j'étais pas du tout passionnée par la chimie organique au début. Je trouvais ça très répétitif. Pourquoi est-ce qu'on nous donne ce cours de cette façon là? C'est hyper ennuyant.

Au cours de ma thèse, j'ai aussi sondé beaucoup d'élèves et beaucoup d'enseignants de chimie. Et en fait, la chimie organique, c'est quelque chose qui est en général très peu apprécié par les élèves, mais aussi par les professeurs. Et la recherche de par le monde montre également que c'est comme ça dans tous les pays. Il y a très peu de gens qui disent « ouais la chimie organique c'est trop cool, moi j'adore, tous mes élèves adorent et tous les profs qui l'enseignent adorent aussi ». En général c'est pas du tout ça. C'est souvent d'ailleurs la matière qui “tombe” si jamais on n'a pas le temps dans le programme, parce qu'en fait on peut faire la suite de la chimie sans jamais avoir fait de chimie organique, c'est pas très grave, alors qu'on ne peut pas laisser tomber la stoechiométrie, les moles, les quantités de matière, les équilibres et tout ça.

Donc mon point de départ pour concevoir cette séquence d'apprentissage, c'était de partir sur un changement complet. On ne va pas aborder les fonctions organiques une par une, on va aborder toutes les fonctions organiques en même temps et en parallèle. Et on va insister dès le départ sur la place de la chimie organique dans la vie quotidienne et la grande variété de composés organiques qu'il y a autour de nous. Parce qu'en fait si tu regardes autour de toi dans la pièce dans laquelle tu es en ce moment, il y a une grande majorité de choses qui sont autour de toi qui sont de la chimie organique, et sans chimie organique, on n'aurait jamais une vie telle qu'on l'a actuellement. Et c'est surtout ça, moi, le message que je veux faire passer à mes élèves, c'est que la chimie organique, c'est beaucoup de règles de non-clature et de fonctions à apprendre par cœur, mais c'est surtout tout un tas de propriétés et de réactivités intéressantes qui ont permis de faire énormément de composés que l'on retrouve dans notre vie quotidienne. Donc je vais t'expliquer un petit peu comment fonctionne la séquence que j'ai conçue.

Si jamais elle t'intéresse plus en détail, à la fin je te donnerai un lien pour aller la télécharger, telle que je l'ai conçue dans ma thèse. Alors elle a un petit peu évolué depuis, mais comme ça tu as vraiment tout le détail qui est rédigé avec énormément d'explications sur comment il faut faire, quel matériel donner à tes élèves, et si t'as besoin pour toi te remettre à jour un petit peu, tu as toutes des molécules qui sont préparées pour que tu puisses donner la séquence telle quelle, clé en main. Donc je commence ma séquence en posant une petite question à une toute fin de cours à mes élèves, c'est pas obligé d'être le cours juste avant, mais à une fin de cours : "donner 5 exemples qui sont issus de la vie quotidienne et qui pour eux sont de la chimie". Alors c'est pas très français mais j'ai pas trouvé une formulation qui soit plus claire. Je veux pas qu'ils me citent des produits chimiques, je veux vraiment qu'ils donnent des trucs, des choses, des objets qui sont dans leur vie quotidienne et qui pour eux sont de la chimie. En fait l'idée c'est qu'il n'y a pas de mauvaise réponse, tout ce qui est autour d'eux c'est de la chimie. Et j'aimerais bien que cette réflexion leur fasse réaliser ça. Mais surtout je vais récolter leurs 5 idées.

Et pour le cours d'après, je vais extraire de toutes ces idées la molécule qui est la plus importante, qui est la plus significative dans tout ce qu'ils m'ont cité. Donc par exemple, s'ils me citent le plastique, je vais aller chercher un polymère. S'ils me citent l'essence, je vais aller chercher l'octane. S'ils me citent quelque chose à manger, je vais aller chercher une molécule représentative de cette nourriture-là, etc. Et je vais prendre toutes ces molécules et je vais les représenter sur une feuille à quatre. Et cette feuille à quatre, je vais commencer mon chapitre de chimie organique avec ça. Je vais leur redonner cette feuille et j'ai représenté les molécules en structure de l'hébis ou en représentation topologique alors ils savent pas encore ce que c'est mais c'est pas grave, c'est juste comme ça, toi tu sais de quoi je parle donc je remonte ça, je leur distribue et je leur explique ce que j'ai fait voilà, ça c'est toutes les molécules qui se trouvent dans une majorité des produits que vous m'avez donné alors on pratique ici toujours la même chose donc je reprends pratiquement la même feuille tous les ans je fais des petites adaptations en fonction de ce que la classe aurait pu proposer donc je leur demande en observant cette feuille, qu'est-ce qu'ils reconnaissent? c'est vous qui avez cité tous ces composés quelles molécules est-ce que vous reconnaissez? Et là en général, ils reconnaissent tout ce qui n'est pas de la chimie organique. Et il y a en fait très peu de choses qu'ils m'ont cité qui ne sont pas de la chimie organique. Il va y avoir classiquement soit un métal, de l'eau qui cite presque tout le temps, des gaz, mais on a vite fait le tour en fait. Et tout le reste, en général ils ne le reconnaissent pas, ou alors ils ont déjà eu quelques cours de biologie et ils vont reconnaître le glucose ou certaines molécules qu'ils auraient vues au cours de bio, mais pour le reste, ils ne savent pas ce que c'est.

Donc je leur demande “pourquoi vous ne savez pas reconnaître le reste?” En fait c'est un problème d'écriture, ils n'ont jamais écrit une molécule en topologique, donc ils ne savent pas ce que c'est. Et donc je lance ma séquence sur “on va décoder ces molécules”, on va apprendre à écrire une molécule sous forme développée, sous forme semi-développée et sous forme topologique. Donc je fais une petite séance là-dessus et ce n'est pas très compliqué, on part des molécules les plus simples qui sont sur la feuille, donc moi je fais toujours attention à mettre des petites molécules du style l'éthanol, l'acétone, l'octane qui arrive toujours aussi et qui est très facile, et je commence par les représenter en écriture développée. Et je leur dis “ça c'est une molécule qui est sur la feuille”. Est-ce que vous pouvez me trouver cette molécule, c'est laquelle qui est sur la feuille? Et j'ai pratiquement toujours des élèves qui trouvent, même si c'est pas la première réponse.

Au tableau, je fais un grand tableau à trois colonnes avec les trois représentations, et on essaye du coup de faire des liens. Si ça c'est la représentation développée et que ça c'est la représentation qui est sur la feuille, qu'est-ce que ça veut dire en fait ce qui est sur la feuille? Et petit à petit, comme ça, en réfléchissant ensemble, on arrive à pas trouver les différentes règles pour écrire une molécule sous forme développée, sous forme semi-développée et sous forme topologique.

Je sais bien que l'écriture topologique n'est pas toujours enseignée et pas toujours dans les programmes, mais moi je pense que c'est quand même pas très compliqué de leur enseigner ça. Après plusieurs années, je continue à trouver que c'est pas très compliqué de leur enseigner ça, ils comprennent bien ce que ça veut dire. Et surtout, dès qu'ils font la moindre recherche dans des livres de chimie, c'est comme ça que sont représentées les molécules de chimie organique. Sur internet, vous retrouvez aussi des molécules qui sont représentées de cette façon-là. Pour moi c'est super important qu'ils puissent lire des molécules qui soient écrites en représentation topologique. Alors je leur refais quelques petits exercices là-dessus, si besoin ils en ont plus à domicile avec la correction. Et puis on peut enchaîner. Ok maintenant vous savez écrire ces molécules.

C'est le moment en général aussi où on commence à se demander “c'est quoi en fait la chimie organique?” Parce qu'on n’en a toujours pas parlé. La chimie organique, c'est la chimie du carbone. On voit bien dans tous les composés organiques, l'élément qui est le plus présent, c'est le carbone. Alors avec l'hydrogène évidemment, mais l'élément qui n'est plus jamais représenté dans la représentation topologique, c'est le carbone. Pourquoi c'est lui qu'on ne représente pas? Parce que c'est lui qui est le plus présent. Et les chimistes organiciens, ils sont un peu flemmards, donc ils ont décidé de ne pas représenter l'élément qui est le plus courant. Par contre, les autres, on les voit encore, on voit encore de l'oxygène, on voit encore de l'azote, et on voit encore des hydrogènes. Ça me permet d'arriver à ce fameux CHON, qui sont les quatre éléments principaux de la chimie organique.

Cette façon de faire permet aussi d'éviter la préconception qui est très très présente chez les élèves, et parfois aussi chez certains profs, et qui dit que la chimie organique c'est la chimie du vivant, ce qui n'est pas du tout correct. C'est la première définition historique de la chimie organique, mais on sait bien maintenant que ce n'est pas vrai. Il y a tout un tas de composés qui sont organiques, qui contiennent du carbone, de l'hydrogène, mais qui ne font pas partie du vivant. Cette façon de faire a permis de diminuer cette conception que la chimie organique c'est associé à la chimie du vivant.

On continue ensuite en identifiant les différentes fonctions organiques. Je me suis arrangée, sur la feuille A4 avec toutes les molécules de départ, pour placer un peu toutes les fonctions organiques que j'aimerais bien aborder en secondaire. Et je les mets vraiment toutes directement. Je commence pas juste par les simples, je mets des hydrocarbures, je mets des hydrocarbures oxygénés et je mets des hydrocarbures azotés pour qu'on ait tout directement. Et là il y a plusieurs façons de faire, mais en gros j'aimerais bien classer un petit peu toutes ces molécules avec les élèves avant d'arriver à les identifier et je leur demande des idées de classement et ça sort pratiquement toujours.

On va classer les molécules en fonction de est-ce qu'il y a des simples liaisons, des doubles liaisons, des triples liaisons dedans? Est-ce qu'il y a que du carbone et de l'hydrogène? Ou bien est-ce qu'il y a aussi de l'oxygène ou de l'azote? Et de là, on arrive à isoler certains patterns, certains regroupements d'atomes qui sont organisés d'une certaine façon et c'est ça qu'on va nommer des fonctions organiques. Et donc, en parcourant la feuille avec toutes les molécules, j'arrive à montrer tous les patterns, tous les regroupements d'atomes qui existent et donc toutes les fonctions organiques qu'on va étudier.

Il y en a certaines qui sont simplifiées - si vous avez fait de la chimie organique plus tard, j'ai fait des simplifications et je le dis chaque fois aux élèves aussi. J'insiste sur le fait qu'en fait il existe des dizaines, des centaines de fonctions organiques, mais que là on va se limiter à une dizaine de fonctions organiques en secondaire. Et donc certaines sont un peu pas correctes. Par exemple, je ne vais pas leur parler d'imines, je vais juste leur parler d'amines, mais parfois il y a des imines qui sont présentes dans les molécules organiques que je leur montre. Tant pis, je les appelle des amines à ce moment-là et je vais estimer que c'est pas trop grave. À l'époque où j'ai conçu cette séquence, on en a d'ailleurs parlé avec ma directrice de thèse, qui considère que c'est pas un problème si on leur énonce dès le départ qu'on fait certaines simplifications, pour qu'après, s'ils continuent la chimie organique ensuite, ils puissent adapter ce qu'ils ont appris à ce moment-là. Donc, on identifie toutes les fonctions organiques.

Pour s'entraîner, je demande aux élèves à ce moment-là, « Ok, ça c'est une cétone, est-ce que vous pouvez me trouver dans quelle molécule sur la feuille il y a une cétone? » Alors oui, c'est juste, oui c'est juste, et puis ah non, ça c'est pas juste! C’est pas une cétone parce qu'à côté il y a un oxygène et donc c'est un ester. Et donc on s'entraîne comme ça tous ensemble à reconnaître toutes les fonctions organiques directement.

La dernière étape c'est d'identifier les molécules que je leur ai données. Pour ça je leur donne une petite liste d'indices. Et ces indices c'est : la molécule d’octane par exemple, c'est simplement un alcane. Les molécules présentes dans les parfums sont constituées d'ester par exemple, ou le plastique c'est un polymère qui contient des alcènes. Donc ces indices permettent d'identifier clairement toutes les molécules qui sont présentes sur leur feuille. Le but en soi n'est pas vraiment l'identification des composés, c'est bien de les entraîner à la reconnaissance de fonctions organiques.

Ça c'est la fin de la séquence que j'ai préparée pendant ma thèse. Elle a été testée dans plein d'écoles par moi-même et j'en ai discuté avec tout un tas de profs qui m'ont confié leur classe pour tester cette séquence et pour vérifier si elle fonctionne. À la fin on fait une petite évaluation. Si t'es intéressé, cette évaluation est aussi comprise dans la séquence que j'ai écrite et à laquelle je te donne accès si tu veux.

Je continue à utiliser ce début de séquence maintenant quand je donne mes cours, et je l'ai un peu développé plus loin que ça. Je continue à faire ça pour la nomenclature. Par exemple, j'aborde la nomenclature de toutes les fonctions de façon parallèle. Et une fois que toutes ces bases sont comprises et apprises par les élèves, je considère que le langage de base de la chimie organique est là et à partir de ça, on peut construire la suite du cours là-dessus.

Alors ça peut te sembler un petit peu fouilli de faire ça comme ça, mais en fait d'un point de vue des neurosciences, c'est effectivement plus fouilli au départ, que ce soit pour toi ou pour les élèves, ça va être plus fouilli. Mais au final, les élèves vont passer plus de temps à distinguer les fonctions les unes des autres, et c'est la répétition sur un temps qui est espacé qui permet au cerveau d'ancrer des nouvelles connaissances dans la mémoire à long terme. Donc en fait, il y aura une meilleure rétention de l'information sur le long terme, parce que les élèves auront passé plus de temps avec toutes les fonctions. Alors que s'ils commencent par les alcanes, et puis les alcènes, et puis les alcools, et puis les acides carboxyliques, en fait ils passent beaucoup de temps avec les alcanes (et encore, seulement si tu répètes des choses sur les alcanes à chaque cours), et ils passent très peu de temps avec la dernière fonction que tu vas aborder. Donc d'un point de vue des apprentissages, c'est mieux d'aborder dès le départ tout un tas de concepts que de les aborder un par un petit à petit dans le temps et de pouvoir du coup les repasser en mémoire le plus souvent possible. C'est ça en fait le principe de l'apprentissage spiralaire.

Voilà, donc si tu veux un extrait de ma thèse qui développe cette séquence d'apprentissage, je te mets le lien en description de l'épisode. N'hésite pas à me poser des questions si tu veux le tester dans tes classes. Je connais à peu près cette séquence par cœur, ça doit être celle que j'ai le plus donné !

Si jamais ce genre d'épisode te plaît et que t'aimes bien écouter la façon dont j'introduis certains concepts à mes élèves, n'hésite pas à me le dire, là j'essaye de le compresser un maximum pour que ça fasse des petits épisodes, mais si tu préfères que je le développe encore plus et que ce soit des épisodes plus longs, j'attends tes retours avec impatience.

Télécharge la séquence complète en cliquant ici.