Chapitre I Deux filiations pour deux types de produits : les tuteurs fermés et les
I. 4 Les classifications
Aujourd’hui, lorsqu’un élève travaille avec un ordinateur, il n’est pas vraiment simple de savoir quel qualificatif il faut utiliser. Doit-on parler de TICE ou de TIC, d’EAO ou d’EIAO, de logiciel d’apprentissage, de machine informatique ou informatisée ? L’usage qu’il est fait de ses termes nous renseigne sur le sens que chacun veut donner à l’usage de l’informatique dans l’enseignement. Nous allons exprimer quelques visions prises par le monde de la recherche, le Ministère de l’Éducation Nationale et un auteur américain, Gary Bitter. Ces
différentes vues institutionnelles vont nous permettre de construire notre propre classification qui intègre tous les types de produits informatiques en relation avec l’enseignement.
I.4.1 -
L’Institution scolaire
À travers l’INRP9 et l’Inspection Générale, l’institution scolaire essaie d’analyser les usages réels des technologies dans les classes, en particulier en mathématiques. Chacune de ces institutions officielles nous propose dans plusieurs rapports (INRP, 2001 et IG, 2002 et 2004) un inventaire des usages constatés, puis souhaités, de logiciels utilisables en mathématiques.
L’INRP constate que quatre types de logiciels sont présents dans la vie professionnelle des professeurs de mathématiques pour leurs cours ou pendant leurs cours dans l’enseignement secondaire :
les tableurs-grapheurs sont des logiciels utilisés comme outils de découverte et de calcul ;
les constructeurs géométriques sont des logiciels utilisés comme outils de découverte et de simulation ;
les logiciels de calcul formel commencent à être présents, mais sont encore peu utilisés ;
les outils de remédiation et de soutien.
Dans le cadre de la dernière catégorie, l’étude remarque que « les logiciels traditionnels de soutien n’ont guère évolué » (INRP, 2001, p. 73). Le rapport fait donc état de logiciels, logiciels de remédiation de type exerciseur, qui font maintenant partie de la tradition du soutien. Ces logiciels, dont Smao et LiliMath, sont donc considérés comme pouvant faire partie de l’environnement traditionnel de travail des élèves pour le soutien. L’apparition d’outils d’apprentissage en ligne est soulevée par les auteurs de ce rapport qui remarquent, qu’au moment de l’écriture du rapport en 2001, « l’arrivée d’Internet dans les Collèges n’a pas fondamentalement modifié la situation existante quant à l’utilisation en soutien des logiciels pédagogiques de mathématiques » (Ibid., p. 74).
L’inspection générale nous propose, elle, une typologie des logiciels dont l’usage est recommandé, ou constaté, en mathématiques (IG, 2002, p. 2 et 3). Nous retrouvons, à peu de choses près, la classification proposée dans l’étude de l’INRP :
les tableurs : dans les domaines numériques et de traitement des données ;
les logiciels de géométrie plane dynamique : pour expérimenter à partir de configurations diversifiées et comme une aide à la conjecture ;
les logiciels de géométrie dans l’espace : leur usage est indispensable au collège pour l’étude des solides ;
les calculatrices ou les traceurs de courbes : pour la construction et l’interprétation de représentations graphiques ;
les calculatrices intégrant le calcul formel et les logiciels de calcul formel : des compétences minimales sont requises des élèves en algorithmique élémentaire au lycée ;
des logiciels dits « exerciseurs » : ils servent particulièrement en remédiation ;
les logiciels en ligne.
Dans la dernière catégorie, presque tous les types de logiciels sont cités : les tableurs et imagiciels en réseau, des exerciseurs, des logiciels de remédiation en ligne comme Tdm@ths ou Paraschool, le site LiliMath, les logiciels de géométrie avec leurs versions internet. Sont aussi répertoriés, les sites dédiés à l’apprentissage des mathématiques où de nombreuses ressources, pour l’enseignant, sont téléchargeables.
Les logiciels qui sont présentés comme des exerciseurs sont pris en compte dans le rapport car leur usage est réel, mais l’Inspection Générale propose de ne pas utiliser ces produits en cours de mathématiques :
Par ailleurs, depuis longtemps, sont présents dans les établissements (en particulier au collège) des logiciels dits « exerciseurs » qui servent particulièrement en re-médiation. Ces logiciels, qui peuvent être utilisés en autonomie ou en semi autonomie, comprennent un outil de navigation (par thème, par niveau de difficulté), des exercices, en général sous forme de QCM, et une analyse de réponses, souvent très sommaire. Ils permettent un bilan des réussites. Ils sont parfois accompagnés de résumés de cours. Compte tenu des fonctionnalités qu’ils comprennent, nous considérons leur usage inutile en cours de mathématiques où, dans tous les domaines (navigation et choix de l’exercice, correction, évaluation, re-médiation), la présence du professeur apporte beaucoup plus. (Ibid., p. 3)
Là encore, le constat est fait que ces logiciels sont présents dans l’école « depuis longtemps ». Ils font bien partie du paysage de l’apprentissage des mathématiques à l’école. Même si l’Institution scolaire, à la différence du monde de la recherche, fait état de la place réelle des logiciels qui proviennent directement du monde de l’EAO, des logiciels dits « exerciseurs »,
leur usage n’est pas recommandé. Il est intéressant de remarquer que l’inspection oppose l’usage de ces logiciels à la présence du professeur. Rien n’est dit du professeur qui guide ses élèves pour optimiser ce type d’usage.
Dans le texte de cadrage de l’Inspection Générale de 200410 (IG, 2004) sur les Mathématiques et les TICE, la référence à ces logiciels a totalement disparu. Les outils technologiques que doivent utiliser les professeurs et les élèves sont : les calculatrices, les logiciels de géométrie, les tableurs, les logiciels de calcul symbolique. L’usage d’internet est précisé (Ibid., p. 4) :
• la recherche documentaire ;
• l’usage de sites qui proposent des exercices, des tests, des énigmes parfois sous forme de concours ;
• l’utilisation de logiciels en ligne commence à être proposée grâce au développement de versions Java ou ActiveX de certains logiciels ;
• le courrier électronique.
En dehors des cours de mathématiques, les élèves doivent disposer de laboratoire de mathématiques en libre service, mais pour travailler avec « les logiciels utilisés en mathématiques » (Ibid., p 4).
Nous retrouvons dans les nouveaux programmes de collège les mêmes logiciels qui sont cités dans ce rapport et les « logiciels d’entraînement » des programmes de l’enseignement primaire de 2000 ont disparu des textes du collège. Même si la réalité a été prise en compte par l’Institution scolaire, une opposition entre « le travail mathématique et le travail sur l’ordinateur » (IG, 2004, p. 4), est encore perceptible.
La place qu’ont réussi à prendre ces logiciels « exerciseurs », pour l’entraînement et la remédiation, malgré les volontés des différentes institutions officielles, ne peut pas être négligée, mais elle n’est toujours pas officielle dans le programme d’apprentissage des élèves du secondaire en mathématique. Il faut cependant remarquer qu’en 2009, dans la moitié des académies, ce sont les autorités officielles à travers l’inspection pédagogique régionale de
10 Ce texte est toujours présenté comme la référence de l’inspection générale de mathématiques pour l’utilisation
des TICE sur le site du ministère de l’éducation nationale : http://eduscol.education.fr/D0015/LLPHAG01.htm (consulté en février 2009).
mathématiques, qui gèrent l’usage de Mathenpoche en mettant à disposition de l’association Sesamath des serveurs pour leurs collèges. Par exemple, dans l’académie de Paris :
Depuis plusieurs années, MathenPoche est installé sur le serveur parisien ; 70 professeurs parisiens sont inscrits et utilisent régulièrement Mathenpoche à partir de cette plateforme dont nous récupérons les statistiques. Une liste de diffusion est à leur disposition et le GIPTIC de mathématiques a fait plusieurs animations pour montrer les différents usages possibles avec les élèves. D’autres professeurs l’utilisent directement à partir du site de Sésamath.
Nous pensons que l’action mutualisée sur les exerciseurs nous permettra de faire un bilan des pratiques de Mathenpoche et des autres exerciseurs utilisés par les professeurs, par rapport à l’acquisition des compétences mathématiques et de leur évaluation. Il sera alors intéressant de comparer d'une part les utilisations différentes d'un même exerciseur selon les académies et d'autre part de mettre en évidence les avantages et défauts des exerciseurs pour essayer de préconiser une utilisation la plus efficace possible pour les élèves, en complément des logiciels de géométrie dynamique du tableur et autres didacticiels. (Mazurier, 2008)
Même si l’usage de ce type de logiciel ne fait pas encore l’unanimité, il fait partie du paysage de l’enseignement des mathématiques et fait aussi son entrée dans les laboratoires de recherche. Pour décrire avec plus de précision les logiciels sur lesquels porte notre recherche, nous allons maintenant nous tourner vers des institutions d’autres pays pour compléter la description des différents logiciels, et de leurs usages, réels ou souhaités, que nous trouvons dans l’enseignement et l’apprentissage des mathématiques.
I.4.2 -
TECFA
Le laboratoire TECFA de la faculté de Psychologie et des Sciences de l’Éducation de l’université de Genève propose (TECFA, 2000/2009) une classification basée avant tout sur les fonctions pédagogiques des logiciels.
Cette classification semble partir d’une analyse a priori de différents types de logiciels et veut « mettre en avant les fonctions pédagogiques assignées à différents types d’environnements » (Ibid., Introduction) sans prendre en compte l’usage qui en est fait ou qui peut en être fait par les élèves, d’une part, et par les professeurs, d’autre part.
Le tableau suivant, « Taxonomie schématique des environnements d’apprentissage », nous présente quatre types de logiciels qui sont classés d’une part selon l’environnement informatique, ouvert ou fermé, et, d’autre part, selon l’apprentissage, connaissances
spécifiques et connaissances générales : les progiciels, les micromondes, les didacticiels et les tutoriels.
Figure 6 : Classification TECFA, Suisse
Un logiciel est considéré comme ouvert s’il possède un langage de commande qui permet de programmer le logiciel sans restriction autre que les spécificités du langage.
• Progiciel : c’est un logiciel professionnel standard type tableur, traitement de texte, gestion de base de données, logiciel de calcul formel. Il est ouvert car il possède un langage de commande mais ces logiciels sont spécialisés dans une thématique.
• Micromonde : comme un progiciel, un micromonde est un système informatique ouvert car il possède un langage qui lui est propre et grâce auquel il est possible à l’usager de créer des objets, sans restriction. D’autre part, « l'apprentissage de tels langages est de type "constructiviste" car il s'agit en effet pour l'apprenant de construire des objets de plus en plus complexes à partir de "schèmes élémentaires" appelés "primitives" et d'une grammaire permettant de créer ces assemblages. » (Ibid.)
• Didacticiel : c’est un logiciel d’enseignement assisté par ordinateur. Il est de type fermé car l’utilisateur n’a pas accès au langage de commande du logiciel. Il est basé sur « le dialogue interactif ».
• Tutoriel : Il possède une représentation explicite des connaissances à enseigner. « Le système est capable de résoudre les problèmes soumis à l’apprenant, d’interagir sur les
étapes intermédiaires de la solution, de guider le travail de l’élève et d’intervenir si nécessaire » (Ibid.). Ce type de logiciel est développé en liaison avec la recherche en Intelligence Artificielle pour modéliser la connaissance et les interactions possibles entre l’apprenant et la machine.
En conclusion, le TECFA considère que le concept environnement informatique d’apprentissage
permet de dépasser l'opposition simpliste et manichéenne entre les défenseurs de l'apprentissage par induction (résultant des seules activités exploratoires du sujet) et les partisans des tutoriels inspirés (de près ou de loin) par l'enseignement programmé (caricature de l'apprentissage par enseignement). (Ibid., Conclusion)
Un tel environnement doit réaliser « la synthèse entre, les avantages de l'exploration libre et de la construction progressive des objets de connaissance, et l'intérêt du guidage propre aux systèmes tutoriels. » (Ibid.)
En prenant en compte ce qui existe dans le monde informatique centré sur l’éducation depuis de nombreuses années, le laboratoire TECFA imagine un environnement informatique dédié à l’apprentissage qui intègre toutes les démarches dans un même produit. Nous constatons aujourd’hui qu’un certain nombre de produits essaient de prendre cette direction. Par exemple le micromonde Aplusix essaie maintenant d’intégrer un tuteur qui va prendre en charge, individuellement, le travail de l’élève ; ou encore, le logiciel tuteur en ligne 123maths intègre un petit logiciel de calcul formel qui permet à l’élève de vérifier la résolution de ses équations ; le logiciel tuteur Tdgeométrie intègre un logiciel de géométrie dynamique11.
En pratique, nous n’en sommes pas encore à observer de façon généralisée cette évolution, souhaitée par le laboratoire TECFA, dans le monde de l’éducation et de l’apprentissage et la description qui suit va nous permettre d’appréhender avec précision la réalité des produits informatiques utilisés dans l’école.
I.4.3 -
Une classification développée en marge du système francophone
Les éditions Allyn and Bacon de Boston, aux Etats-Unis, éditent depuis 1984 le livre Using a computer in the classroom dont le titre est devenu Using technology in the classroom à partir de 2002 (Bitter, 2007). Nous en sommes à la septième édition en vingt cinq ans, chaque
nouvelle édition prenant en compte les évolutions des produits informatiques constatées. Ce livre est avant tout dédié aux enseignants pour comprendre le rôle de la technologie dans l’enseignement pour les élèves du primaire et du secondaire, jusqu’au collège en France. Le discours est présenté comme devant être accessible à tous et particulièrement à ceux qui ne sont pas familiers avec l’informatique à l’école. Ce livre essaie de faire le tour de tout ce qui peut être en rapport avec le thème de la technologie dans l’éducation en essayant d’en justifier l’usage12 sans oublier de mentionner quelques risques dont les problèmes de fraudes ou de séquelles physiques dues à un usage immodéré de l’ordinateur (Ibid., p. 318). Les auteurs proposent, au chapitre huit (Ibid., p. 145 à 160), une classification des différents types de logiciels présents dans le monde éducatif.
Type de produit Description du produit
Drill-and-practice Drill-and-practice software allows students to work with information they have previously learned, getting immediate feed-back to assist in skill mastery.
Instructional game software
Instructional games provide practice similar to that found in a drill-and- practice software, but structure it in a game format, with rules and a competitive environment.
Integrated learning systems13
Integrated learning systems offer complete, networked instructional, assessment and management packages.
Problem-solving software
Problem-solving software requires logical thinking on the part of students and assumes that some previous concept development has taken place. Reference software Reference software brings together great amounts of facts and illustrates
them with a variety of media elements, such as graphics, animations, video and audio.
Simulation software Computer simulations allow students to experience real-life events in the safety of the classroom.
Tools software Software tools are not as content specific as other type of software, meaning students and teachers can use them across the curriculum to manage all types of information.
Tutorial software Tutorials attempt to aid concept development by carefully presenting instruction and feedback. This presentation of instruction differs from drill- and-practice software, which provides only practice and assessment. After the tutorial portion of a lesson has been presented, drill-and-practice exercises are offered.
Web-based software The programs are designed to be used entirely online.
Tableau 2 : Classification du livre Using Technology in the Classroom (Bitter, 2005) Tous les types de logiciels sont ici répertoriés sans aucune référence à des théories de l’apprentissage. C’est l’usage que peut faire l’enseignant de ces produits qui est privilégié
12 Bitter cite notamment Mc Coy (1996) pour justifier l’usage de l’informatique en mathématiques. 13 Un exemple à l’adresse : www.wasatchnet.com/welcome.html.
sans proposer d’aller vers tel ou tel type de logiciels en priorité. L’enseignant qui utilise des logiciels dans son enseignement doit être avant tout « an effective facilitator of software use in the classroom » (Bitter, 2002, p. 145). Pour cela, il doit être capable de différencier le plus clairement possible les logiciels présents sur le marché de l’éducation et de donner un sens à tous les termes qui sont utilisés pour décrire les logiciels dans le monde de l’éducation. Les descriptions des types de logiciels ne sont pas exclusives ; elles sont censées décrire la réalité.
Les tableurs, les logiciels de géométrie dynamique, les logiciels de calcul formel sont considérés comme des outils, « tools software », et, selon l’usage, peuvent aussi être vus comme des logiciels pour la résolution de problèmes, « problem-solving software ». Des exemples de résolutions de problèmes sont présentés dans le chapitre quatorze avec LOGO et un tableur (Ibid., p. 238). Les « reference software » sont les encyclopédies et tous les produits qui sont conçus comme des sources d’informations ; les logiciels de simulations, « simulation software », sont, entre autres, les logiciels d’EXAO14. Aujourd’hui, presque tous les logiciels peuvent être utilisés en ligne et peuvent donc être classés dans la catégorie des logiciels en ligne, « web-based software ». Par exemple le logiciel de géométrie dynamique et d’analyse Geogebra15 n’a pas besoin d’être installé sur l’ordinateur de l’usager et peut être utilisé directement en ligne.
Les « drill-and-practice », ou exerciseurs en français, sont des logiciels centrés avant tout sur la correction rapide des activités réalisées par l’élève. Chaque logiciel est conçu autour d’un sujet d’apprentissage et l’élève utilise le logiciel pour s’entraîner sur ce sujet. Ce sont les premiers types de logiciels qui sont apparus sur le marché dès les années 70 et leur origine behavioriste a fait qu’ils étaient aussi connus comme des logiciels « drill and kill » (Ibid., p. 147) ! Certains de ces logiciels ont une forme plus ludique et sont appelés dans ce cas « Instructional game software ».
Les logiciels du type « Integrated learning systems » sont des systèmes complets pour l’ensemble de l’école qui sont basés sur une démarche très linéaire de l’apprentissage de type behavioriste. L’élève travaille par bloc d’activités ; il peut passer à un bloc suivant s’il a validé le bloc sur lequel il travaille. Les tests proposés sont conçus pour être un entraînement aux examens locaux ou nationaux et ces systèmes doivent permettre à l’élève de suivre
14 Expériences Assistées par Ordinateur. 15 www.geogebra.at
l’évolution de son niveau par rapport aux futurs examens. Ces logiciels sont très présents en Amérique du Nord et pratiquement absent en France.
Les logiciels tutoriels ou tuteurs, « tutorial software », diversifient les activités qu’ils proposent : explications, descriptions, cours, problèmes, illustrations graphiques. C’est dans ce sens notamment qu’ils diffèrent des logiciels du type drill-and-practice qui eux sont centrés sur la pratique et la répétition. Dans un logiciel tuteur, après une présentation tutorielle de la connaissance, des exercices sous forme drill-and-practice peuvent être proposés. Les logiciels tutoriels sont de plusieurs types : « basic tutorial », « linear tutorial », « branching tutorial » (Ibid., p. 157). Un logiciel est considéré comme tutoriel s’il permet à l’élève d’avoir accès à la gestion, en partie, de son apprentissage.
Tous les logiciels qui sont présents dans l’école peuvent être considérés comme faisant partie d’une ou plusieurs catégories présentées dans ce livre. Nous remarquons que la place des logiciels qui prennent en charge le travail de l’élève y est assez prédominante dans ce livre. Cette idée de prise en charge du travail de l’élève va maintenant être précisée dans un cadre plus théorique, celui de la recherche sur les Environnements Informatiques pour l’Apprentissage Humain.
I.4.4 -
Les EIAH
La définition générale d’un EIAH provient d’une réflexion et d’un bilan interdisciplinaire rédigé dans le cadre du CNRS :
Un Environnement Informatique pour l’Apprentissage Humain (EIAH) est un environnement informatique conçu dans le but de favoriser l’apprentissage humain, c'est-à-dire la construction de connaissances chez un apprenant. Ce type d’environnement mobilise des agents humains (élève, enseignant, tuteur) et artificiels (agents informatiques, qui peuvent eux aussi tenir différents rôles) et leur offre des situations d’interaction, localement ou à