Conception des environnements d’apprentissage

La théorie de la conception des environnements d’apprentissage doit proposer un ensemble de principes et de modèles conceptuels pour aider les enseignants et les concepteurs à concevoir et créer de tels environnements. Wilson (1996) définit un environnement d'apprentissage constructiviste comme un espace où les apprenants peuvent utiliser des outils et des mécanismes pour construire leurs propres connaissances et développer des compétences pour résoudre des problèmes. Selon Perkins (1991), ces environnements d’apprentissage peuvent être considérés comme des sources d'informations diverses, des moyens techniques de représenter l'information, des espaces où on peut présenter, observer et manipuler des phénomènes (réels ou simulés), des kits de construction facilement manipulables et un gestionnaire de tâches.

Les environnements d'apprentissage constructiviste, d’après Honebein (1996), doivent favoriser l'expérimentation par l’apprenant lui-même afin de lui permettre de prendre conscience du fait qu'il existe plusieurs points de vue valides; intégrer l'apprentissage dans des contextes réalistes et pertinents aussi bien dans une expérience sociale par le biais du dialogue et de la conversation (socioconstructivisme); encourager l'appropriation du processus d'apprentissage par l'apprenant, de façon autonome, l'expression de ses intérêts personnels, l'utilisation de plusieurs modes de représentation et cela de manière à faciliter son éventuelle prise de conscience de son mode de construction des savoirs. Vosniadou, dans ce même cadre, laisse penser que les environnements d'apprentissage devraient soutenir l'apprentissage actif et guider les étudiants vers l'acquisition des processus autorégulés. Il y a donc un accord général sur certains principes de conception pour la construction des environnements d'apprentissage qui ont émergé des recherches de base et appliquées de la science cognitive.

Vosniadou et al. (2001) propose des recommandations pour la conception d'un environnement d'apprentissage en enseignement des sciences :

• Prendre en compte l’ordre d’acquisition des concepts d'un domaine. Il est important pour fournir l'enseignement qui rend les différences claires.

• Prendre en compte des conceptions antérieures des étudiants. Les étudiants arrivent en classe avec des connaissances antérieures difficiles à déloger. Des séquences d’apprentissage doivent être conçues pour informer les étudiants de leurs représentations implicites, aussi bien que de la croyance et des présuppositions qui les contraignent. Il est important de fournir des expériences significatives qui amènent les étudiants à comprendre les limites de leurs explications et à les motiver pour les changer.

• Faciliter la conscience métaconceptuelle. Les étudiants ne se rendent pas compte des cadres explicatifs qu'ils ont construits et des présuppositions qui les contraignent. Le manque de conscience métaconceptuelle empêche les étudiants de remettre en cause leurs connaissances antérieures et facilite l'assimilation de nouvelle information dans les structures conceptuelles existantes. Vosniadou précise que pour aider les étudiants à augmenter leur conscience métaconceptuelle, il est nécessaire de créer les environnements d’apprentissage qui permettent aux apprenants d’exprimer leurs représentations et leurs croyances. Ceci peut être fait dans les environnements qui facilitent la discussion en groupe et l'expression verbale des idées. Il est également important de créer les environnements d’apprentissage qui permettent aux étudiants d’exprimer leurs représentations internes des phénomènes, pour les comparer à celles des autres. De telles activités peuvent prendre du temps, mais elles sont importantes pour s'assurer que les étudiants se rendent compte de ce qu'ils savent et de ce qu'ils doivent apprendre.

• Dresser le profil des conceptions antérieures des étudiants. Selon Vosniadou, il est important dans l'enseignement de distinguer la nouvelle information qui est conforme à la connaissance antérieure de celle qui fonctionne contrairement à la connaissance antérieure. Quand la nouvelle information est conforme à la

connaissance antérieure, elle peut être facilement incorporée aux structures conceptuelles existantes. Cependant, lorsque la nouvelle information fonctionne contrairement aux structures conceptuelles existantes, la présentation simple de la nouvelle information comme un fait peut être inadéquate. Pour que l'information contre-intuitive soit comprise, les étudiants doivent remodeler les structures conceptuelles qu'ils ont pour les rendre conformes à la nouvelle information. C'est un travail difficile et dur; les étudiants doivent être assez motivés pour l'entreprendre. • Motiver pour le changement conceptuel. Les étudiants ne voient pas souvent la

raison de changer leur croyance et leurs présuppositions parce qu'elles permettent de bonnes explications de leurs expériences quotidiennes, qu’elles fonctionnent adéquatement dans la vie quotidienne et sont attachées à des années de confirmation. Les enseignants doivent leur fournir un environnement qui peut motiver un changement conceptuel et les relier à l'environnement social et culturel en dehors du contexte scolaire étroit. Les étudiants ont besoin d’expériences significatives qui leur prouvent que les explications qu’ils ont construites ont besoin de révision.

• Favoriser un conflit cognitif. Bien que nous croyons que le conflit cognitif peut être utile dans l’apprentissage des sciences, nous pensons également qu'il devrait être employé soigneusement. Vosniadou précise que le changement conceptuel est un processus difficile qui implique la réorganisation non seulement d'une fausse conception ou d’une croyance, mais aussi tout un système en corrélation de la croyance et des présuppositions qui prend du temps à se construire. Ainsi, le changement conceptuel est une affaire graduelle, qui exige l'utilisation des différentes interventions d'enseignement, alors que le conflit cognitif ne représente qu’une seule intervention parmi les autres.

• Fournir des modèles et des représentations externes. Si les étudiants pensent en termes de modèles et que l’enseignement est basé sur un modèle, plutôt que donné d’une manière linguistique et/ou mathématique, l’apprentissage peut avoir une meilleure chance de produire un changement conceptuel. Les modèles et les représentations externes peuvent être employés pour clarifier les aspects d'une

explication scientifique qui ne sont pas évidents lorsque l’explication est donnée d'une manière linguistique ou mathématique. Les qualités visuelles d'un modèle sont utiles pour qu’une explication soit mieux comprise et plus facilement mémorisée (Mayer, 1993).

• Encourager la discussion et les interactions sociales des apprenants notamment

les interactions face à face. La conception des environnements d’apprentissage par

les pairs inclut le développement cognitif, la façon de s'entendre avec les pairs, le renforcement des relations intergroupes, des compétences de travail en équipe et la responsabilité dans les relations sociales (Jonassen et al. 1999; Rogoff, 1990). Dans une perspective socioconstructiviste, les deux résultats principaux sont donc d’encourager la construction de la connaissance partagée et de permettre aux étudiants formés de se joindre à des communautés instruites de discours (Wegerif et Mercer, 1996). L'apprentissage par les pairs aide les étudiants à construire des connaissances par l’élaboration commune des connaissances au moyen de la conversation. Ainsi, cet apprentissage devient une introduction au langage scientifique, à des valeurs et à des modes de connaissance associée à la discipline de la science (Blumenfeld et al., 1996)

Puisque le changement conceptuel passe obligatoirement par l’identification des conceptions des apprenants, nous tentons de présenter dans la partie suivante les différentes conceptions des apprenants au sujet du phénomène photoélectrique et au sujet de la lumière.

4. Conceptions des étudiants au sujet du phénomène

photoélectrique et de concepts connexes

Le but principal de l’enseignement de l’effet photoélectrique est de montrer la nature quantique de la lumière. Les préconceptions sur la nature de la lumière ont un impact important sur l’apprentissage de l’effet photoélectrique. Nous présenterons les principaux

modèles scientifiques de la lumière et un aperçu des conceptions au sujet de la lumière, avant de nous concentrer sur les différentes conceptions de l’effet photoélectrique.