Theses Year : 2024

Teaching and learning about chemical transformation to understand the carbon cycle. Towards a codisciplinary approach to global warming

Enseigner et apprendre la transformation chimique pour comprendre le cycle du carbone. Vers une approche codisciplinaire du réchauffement climatique

Abstract

The aim of this study is to investigate the conditions under which the chemical transformation concept is taught and learned. The chemical transformation is a central concept of the chemistry curriculum in French-speaking contexts (France and Western-Switzerland) and it can be a key to understand natural/technical phenomenon like the carbon cycle. Thus, this concept is needed to understand complex issues like global warming. The purpose of this work is to explore the potential of the carbon cycle for teaching an environmental issue through chemistry lessons at the lower secondary school (13- to 15-year-old students). This approach is called “codisciplinary”. In French-speaking countries, the curriculum is organised into school disciplines, taught during distinctive time slots by specialised teachers at secondary level. Such an organisation questions the teachability of topics such as environmental issues and sustainable development. The carbon cycle is a common model in biology and geology: its structure in circle allows connecting human activities and their environmental consequences. From a chemical point of view, each arrow on the cycle could be modelled as a chemical reaction (photosynthesis, respiration, combustion, etc.). From our perspective, the integration of the carbon cycle in chemistry teaching could create the conditions for a codisciplinary approach. We study teaching practices by a questionnaire survey and, then by classroom observations. Four chemistry teachers participated in the study (two in each French-speaking context: Montpellier area in France, Geneva District in Western-Switzerland). The data were collected for two consecutive years. The first year, we video-recorded the ordinary teaching practices. The second year we suggested to the teachers to integrate the carbon cycle into their teaching of the chemical reaction. The resulting teaching was also video-recorded. On the basis of our results, we build codisciplinarity indicators. In other words, how chemistry’s specific concepts  chemical reaction and the principle of conservation of the matter — in relation to carbon cycle and greenhouse effect models deepen the understanding of global warming. Also, we discuss the effect on students’ learning. On the one hand, about chemistry concepts learning, on the other hand about understanding the Anthropocene.

Cette thèse propose d’interroger les conditions d’enseignement-apprentissage du concept de transformation chimique par des élèves de 13-15 ans. Ce concept, présent au cœur des enseignements de chimie dès le secondaire I en France et en Suisse romande, participe à la compréhension de nombreux processus naturels et techniques présents dans le cycle du carbone, qui sont au cœur de la compréhension de problèmes environnementaux, tels que le réchauffement climatique. Au-delà de l’enseignement-apprentissage du concept de transformation chimique dans le cadre strictement disciplinaire de la chimie, il s’agit donc de comprendre comment ce concept peut trouver une signification plus large, à même de soutenir l’étude d’autres objets de savoirs qui sont traditionnellement pris en charge par les sciences de la vie et de la Terre en France, la biologie et la géographie dans le canton de Genève (Suisse). L’objectif est de considérer les relations de codisciplinarité qui concernent les objets de savoir de la chimie dans l’enseignement scolaire. Nous menons une étude des pratiques grâce à une enquête par questionnaire, puis à travers quatre études de cas (deux en France, deux dans le canton de Genève). La méthodologie de recueil de données s’organise sur deux années consécutives. Au cours de la première année, nous observons les pratiques ordinaires d’enseignement du concept de transformation chimique. L’année suivante, nous proposons aux mêmes enseignantes et enseignants d’intégrer le cycle du carbone à leur séquence ordinaire. Les données sont analysées grâce aux outils du modèle de l’action didactique conjointe (triplet de genèses). Nos résultats permettent d’établir des indicateurs de codisciplinarité qui nous renseignent sur la collaboration des disciplines scolaires dans l’étude d’un problème complexe en classe de chimie (le réchauffement climatique). Nous discutons également le potentiel et les limites d’une telle séquence codisciplinaire dans le cadre des enseignements de chimie au secondaire, en particulier du point de vue des apprentissages des élèves sur le plan des contenus scientifiques, comme de leur formation citoyenne.

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tel-04867622 , version 1 (14-01-2025)

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Marie Sudriès. Enseigner et apprendre la transformation chimique pour comprendre le cycle du carbone. Vers une approche codisciplinaire du réchauffement climatique. Education. Université de Montpellier; Université de Genève, 2024. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-04867622⟩
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