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Relation entre le contrôle inhibiteur et
les difficultés des élèves à mobiliser
les conceptions scientifiques
Geneviève Allaire-Duquette
Université du Québec à Montréal (UQAM)
Sous la direction de Steve Masson (Université du Québec à Montréal) et la codirection de Michel Bélanger (Université du Québec à Rimouski) 1
Problématique
Cadre théorique
Difficultés d’apprentissage des concepts scientifiques
- Les adultes ayant pourtant réussi un cours secondaire
échouent à un test de culture scientifique portant sur des
concepts fondamentaux CST (2002); Miller (2012); NSF& NCSES (2010);
European Commission (2001).
- L’enquête^ TIMMS^ révèle que plus de 35^ % des
adolescents éprouvent des difficultés à faire usage des
concepts scientifiques (Martin et al., 2016).
3 3 Conceptions spontanées
- Conceptions : manières d’envisager ou de se
représenter des phénomènes naturels.
- Conceptions spontanées : conceptions mobilisées
spontanément ou de manière automatique et qui sont
incompatibles avec les conceptions scientifiques
enseignées (Driver, 1989).
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Difficultés à faire coexister les
conceptions spontanées et scientifiques
Congruent :
la conception spontanée* mène à une
réponse scientifiquement appropriée.
Ex : Le Soleil renferme de la chaleur. (Shtulman & Valcarcel, 2012) Valeur de la bonne réponse Vrai Faux Temps de réponse moyen (s)
Incongruent:
la conception spontanée* mène à une
réponse scientifiquement inappropriée.
Ex : Un glaçon renferme de la chaleur. *la chaleur est la sensation que donne un corps chaud 7 7
Contrôle de représentations
mentales à l’égard
de phénomènes.
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Le contrôle inhibiteur
Niveau cognitif
Diamond (2013) Mémoire de travail Inhibition de la réponse Flexibilité cognitive Inhibition cognitive Contrôle de l’interférence
Diminution de l’activité d’une région spécifique du cerveau
due au contrôle exercé par une autre région (Ward, 2010;2015).
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Le contrôle inhibiteur
Niveau cérébral
10
Le contrôle inhibiteur
Niveau cérébral
Cortex préfrontal dorsolatéral BA 9/ (Blumenfeld et al., 2011) Cortex cingulaire antérieur BA 24/ Botvinik et al. (2007) Cortex préfrontal ventrolatéral BA 47/45/ (Aron et al., 2014) Mirabella (2014)
Lacunes dans les
connaissances actuelles
• Niveau de formation scientifique non équivalent^ (Dunbar^ et^ al.,
2007; Nelson et al., 2007; Masson et al., 2014; Brault Foisy et al., 2015).
• Nombre restreint de concepts^ (Dunbar^ et^ al., 2007; Nelson et al., 2007;
Masson et al., 2014; Brault Foisy et al., 2015).
• Mesure différée du contrôle inhibiteur^ (Kwon^ et^ Lawson, 2000).
13 13
Problème de recherche
Aucune recherche ne s’est intéressée au lien entre le
contrôle inhibiteur et les difficultés des élèves à mobiliser
les conceptions scientifiques.
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Objectif de recherche
Vérifier si les élèves ayant plus de difficulté à mobiliser les
conceptions scientifiques activent moins le contrôle
inhibiteur par rapport à d’autres ayant plus de facilité.
15 15 16
Hypothèse
Cortex préfrontal dorsolatéral
Cortex cingulaire antérieur
Cortex préfrontal ventrolatéral
Mirabella
Il est attendu que les élèves ayant plus de difficulté à mobiliser
les conceptions spontanées démontrent une sous-activation des
régions cérébrales associées au contrôle inhibiteur.
Méthodologie
Tâche cognitive
19 64 paires
• Lisibilité^ (Kandel & Moles, 1958)
• Nombre de mots
• Type de réponse
• Niveau d’analyse
Concept scientifique Conception spontanée Conception scientifique Énoncé incongruent Énoncé congruent Ondes radio sonores électro- magnétiques Les ondes radio sont audibles. (F) Les ondes radio sont visibles. (F) La réponse scientifiquement appropriée est incompatible avec la conception spontanée. La réponse scientifiquement appropriée est compatible avec la conception spontanée.
Méthodologie
Instrumentation
20 Imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (Ogawa et al., 1992) Siemens TIM 3,0 T
• Non-invasive
• Mesure l’activation du cortex cingulaire antérieur
unf-montreal.ca
Expérimentation
21 21
Résultats
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Résultats comportementaux
Temps de réponse (ms) Les élèves ayant de la facilité ont ralenti les réponses aux énoncés incongruents deux fois plus que les élèves ayant des difficultés 25
400 ms
12 %
200 ms 5 % Condition GrD GrF Différence Mann- Min Max Moy. É.T. Min Max Moy. É.T. Whitney Congruent 2861 5085 4120 720 2461 4524 3298 594 p < 0, η 2 = 0, Incongruent 2873 5468 4321 810 2813 5021 3707 648 p < 0, η 2 = 0, Différence 25
Résultats
cérébraux
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Traitement statistique
Comparer comment l’activité cérébrale des deux groupes
diffère lorsque qu’ils répondent à des énoncés
incongruents par rapport à congruents
Functional Imaging Laboratory (2017) 27 27
Traitement statistique
28 Prétraitements Analyses à effets aléatoires Analyse de variance Effet d’interaction groupe x congruence Tests-t Effets simples Sens de l’interaction observée
Interprétation
• Les élèves ayant des difficultés semblent réaliser un travail
cérébral similaire lorsqu’ils évaluent des énoncés
congruents ou incongruents.
• Les élèves ayant plus de facilité semblent réaliser une
transition d’une mobilisation plus automatique (énoncés
congruents) vers une mobilisation plus contrôlée (énoncés
incongruents) des conceptions.
31 31
Interprétation
• contrôler l’activité dans les réseaux de neurones rattachés
aux conceptions spontanées (CPVL).
• réaliser un travail de comparaison des conceptions
rattachées à des réseaux de neurones en partie distincts
(CPVL).
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Limites
• Exclusion des^ élèves ayant les plus grandes difficultés
• Formation scientifique comparable
• Prévalence des conceptions spontanées
33 33
Discussion
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• Interventions éducatives
• Mécanismes de mobilisation des conceptions
• Facteurs affectifs
• «^ Écosystème^ » des difficultés conceptuelles
37
Discussion
Perspectives de recherche
Conclusion
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Thèse défendue
Les difficultés que certains élèves éprouvent à mobiliser
les conceptions scientifiques sont en partie associées à
une sous-activation du contrôle inhibiteur.
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Merci
40
