Un modèle didactique - La réalisation d’instruments de mesure électroniques : une intervention

En nous inspirant du triangle didactique (Chevallard, 1985) et du carré pédagogique de Rézeau (2001), nous avons élaboré un modèle didactique pour notre recherche, que nous avons appelé le carré didactique. Ce modèle explicite la relation entre le chercheur, l’apprenant, l’environnement d’apprentissage et les savoirs qui constituent les quatre sommets de ce carré. L’originalité de ce modèle est d’attribuer une place importante au milieu, c’est-à-dire à l’environnement en ExAO qui constitue le moyen d’apprentissage privilégié de notre intervention didactique. Ce modèle est représenté à la figure 12.

Démarche de résolution de problème qui mène à

l’apprentissage interdisciplinaire

Interactions avec le logiciel, les instruments de mesure, les protocoles

et le matériel de laboratoire Organisation et amélioration, gestion de la part de l’imprévu durant l’intervention Transposition didactique par l’instrumentalisation de l’environnement d’apprentissage

Apprenant

Savoirs

Environnement

d’apprentissage

en ExAO

Enseignant -

Chercheur

Situation-problème à résoudre Dévo lu tion

61 Cette figure contient plusieurs nouvelles informations. Tout d’abord, dans notre intervention didactique, l’élève construira son savoir par ses interactions avec l’environnement d’apprentissage par un processus nommé instrumentation. Rézeau (2002) définit celle-ci comme un processus par lequel l’apprenant utilise des instruments pour faciliter provisoirement son appropriation du savoir. Nous dirons que l’instrumentation est le processus de construction du savoir par l’élève en interaction avec les instruments de notre environnement d’apprentissage, soit le logiciel, les protocoles, le matériel de laboratoire et les instruments de mesure.

Ensuite, le processus d’instrumentation par l’élève n’est possible qu’après un processus d’instrumentalisation par l’enseignant-chercheur qui consiste à concevoir et réaliser les instruments qui seront utilisés. Rézeau (2002) définit l’instrumentalisation comme étant une opération consistant à sélectionner, transformer, transposer des savoirs culturels ou scientifiques pour les rendre appréhendables par l’élève à travers l’utilisation d’instruments. Nous dirons que l’instrumentalisation consiste ainsi à adapter, développer et améliorer le logiciel, les protocoles, le matériel de laboratoire et les instruments de mesure pour que l’élève puisse construire ses savoirs dans l’environnement MicrolabExAO. Ainsi, l’instrumentalisation est un cas particulier de transposition didactique qui rend le savoir accessible à l’élève par l’utilisation d’instruments.

Dans notre recherche, les processus d’instrumentation et d’instrumentalisation seront particulièrement importants. En effet, par un processus d’instrumentalisation, nous adapterons, en développant entre autres de nouveaux protocoles, l’environnement d’apprentissage MicrolabExAO permettant à l’apprenant de construire ses propres instruments de mesure. Nous mettrons ensuite à l’essai cet environnement avec des apprenants. Par le processus d’instrumentation, ces apprenants pourront construire leurs savoirs en réalisant différents instruments de mesure jusqu’à être capable de mobiliser dans une démarche interdisciplinaire leurs savoirs et savoir-faire en situation adidactique lors de la construction d’un nouvel instrument. En considérant les résultats de cette mise à l’essai, nous améliorerons l’environnement d’apprentissage en agissant sur ses différents composants. Ce modèle d’apprentissage, qui demande au chercheur la conception et la réalisation d’instruments, appelle une méthodologie de recherche de développement.

3.2. La recherche de développement en éducation

Dans notre recherche, nous souhaitons utiliser une méthodologie de recherche de développement pour élaborer notre intervention didactique. Thouin mentionne que la recherche de développement est l'un des types de recherche les plus importants en didactique. Il en donne la définition suivante :

La recherche de développement consiste à concevoir, mettre à l'essai et à améliorer une séquence didactique, un manuel scolaire, un didacticiel, une méthode d'enseignement, un programme d'études, un test ou tout autre matériel didactique au sens large du terme. Elle peut comporter des volets qui s'inspirent d'autres types de recherche (exemples : un volet théorique et un volet expérimental) (Thouin, 2014,

p.74-75).

Ainsi, avec le développement d’une intervention didactique, ainsi que l’adaptation et l’amélioration de l’environnement d’apprentissage des systèmes MicrolabExAO, notre recherche s’inscrit bel et bien dans cette méthodologie.

Thouin (2014) de même que Loiselle et Harvey (2007) soulignent le fait qu'en sciences de l'éducation cette méthodologie de recherche reste encore marginale. Ceci se constate par le peu d'ouvrages méthodologiques qui en traitent. Il nous semble que la perception de la recherche de développement qu'ont parfois les chercheurs pourrait expliquer en partie cette marginalisation. En effet, nous pensons que ce type de recherche s'apparente à un processus d'ingénierie que Tchounikine définit comme « l'ensemble des activités nécessaires à la définition, la conception et la réalisation de projets centrés sur la conception d'artefact » (2009, p. 21). Tchounikine s'intéresse à l'ingénierie pédagogique. Pourtant, une perception pourrait opposer la recherche et l'ingénierie :

Dans une certaine acception, la notion d'ingénierie se définit par opposition à la recherche : la recherche a vocation à comprendre les phénomènes, l'ingénierie a vocation à appliquer cette compréhension des phénomènes à la réalisation de projets

(Tchounikine, 2009, p.21).

Cette opposition pourrait décourager les chercheurs à s'engager dans une recherche de développement qui, dans ce cas, n'est pas considérée comme scientifique, mais comme une application technique des connaissances de la recherche fondamentale. Plusieurs auteurs s'opposent à cette perception (Nonnon, 1993 ; Fournier, 2001 ; Loiselle et Harvey, 2007 ;

63 Tchounikine, 2009). Ceci nous amène à traiter de l'origine d'une recherche de développement.

Il existe au moins deux postures épistémologiques quant à la façon d’amorcer une recherche de développement. La première serait de la considérer dans une logique séquentielle où son objectif serait de trouver des applications pratiques pour résoudre une situation problématique mise en lumière par les connaissances scientifiques de la recherche fondamentale (Van der Maren, 1996 ; De Landsheere, 1982). Par exemple, en recherche fondamentale, il serait envisageable de démontrer que certains élèves ne comprennent pas les applications d'une loi physique particulière lorsqu'ils sont placés en situation d'enseignement magistral. La recherche de développement pourrait consister, dans ce cas, à élaborer une intervention didactique qui placerait l'élève en laboratoire pour expérimenter concrètement les applications de cette loi physique et à mettre en lumière les conditions optimales d'une telle intervention didactique. Par contre, en sciences, cette logique séquentielle n’est pas toujours valide. Par exemple, c’est en inventant le microscope (recherche de développement) qu’on a observé les micro-organismes (recherche fondamentale). Le chercheur qui effectue un développement dans ce paradigme doit s'inscrire dans le cadre conceptuel de la recherche fondamentale de laquelle découle le développement et respecter ses postulats ou ses hypothèses. Il doit faire émerger son développement d'une analyse déductive initiée par la situation problème. Cette contrainte peut limiter la créativité du chercheur dans la mesure où celui-ci ne se penche pas sur certains aspects qui, dépassant le cadre conceptuel, auraient toutefois pu être intéressants.

Par opposition à ce paradigme, Loiselle et Harvey soutiennent que

les recherches centrées vers l’action n’ont pas pour but premier de vérifier l’applicabilité d’éléments théoriques à un contexteparticulier. En effet, elles peuvent très bien étudier une expérience vécue dansun contexte particulier, permettant ainsi de soulever des questions spécifiqueset de conduire à des résultats qui ont également une incidence sur l’évolution du corpus théorique associé à une discipline (Loiselle et Harvey, 2007, p.46).

Dans la même optique, Tchounikine présente l'ingénierie comme une science de l'artificiel, au sens de Herbert A. Simon, qui met

en évidence que la conception d'objets artificiels complexes ne relève pas simplement de l'application de connaissances (...) il s'agit de s'intéresser aux choses telles qu'elles pourraient être, de s'intéresser à des buts et aux moyens de les atteindre. Les

problèmes de conception d'artefacts complexes (...) ne requièrent pas uniquement des travaux de recherche et des connaissances élaborées par ailleurs, mais également des travaux et des connaissances spécifiques (Tchounikine, 2009).

Basque ajoute que « des connaissances théoriques sont développées et des recherches empiriques sont menées dans cette science de l'ingénierie : il ne s'agit donc pas seulement d'un domaine d'application, mais également d'un domaine scientifique de recherche » (Basque, 2010).

Nonnon (1993) présente un modèle de recherche de développement pour l'éducation qui va dans le sens de cette science de l'ingénierie. Cette deuxième posture épistémologique ne considère pas la recherche de développement comme une recherche appliquée découlant de la recherche fondamentale. L'origine d'une telle recherche serait alors une idée de départ innovante (Harvey et Loiselle, 2009 ; Nonnon, 1993). Dans cette logique, le chercheur reste libre des contraintes théoriques durant la conception et met sa créativité au service du développement de son idée d’innovation. Cependant, suite à la proposition de son idée, celle-ci doit être confrontée à des considérations théoriques et pratiques « pour s'inscrire à l'intérieur d'une recherche scientifique » (Harvey et Loiselle, 2009, p.102). En effet, ces différentes considérations permettront d'appuyer, d'enrichir ou même de rejeter l'idée d'innovation. Nonnon soutient que cette étape

prospective et théorique est très importante, elle doit être pour la recherche- développement ce qu’est le contexte théorique pour la recherche expérimentale, et c’est principalement par l’ampleur et la qualité de cette étape de considérations et de justifications théoriques qu’on va pouvoir distinguer une recherche-développement universitaire d’une recherche-développement industrielle(Nonnon, 1993).

Par exemple, le chercheur pourra amorcer son travail de recherche en proposant une idée d’innovation, comme la mise au point d'un dispositif permettant tel apprentissage, avant d'aller consulter la théorie pour soutenir ou abandonner son idée. Ainsi, il pourrait imaginer un prototype n'étant pas supporté ou dérivé de connaissances issues de la recherche fondamentale parce qu'il juge que son idée est intéressante et qu'il peut en démontrer la pertinence pour l’apprentissage.

3.3. Le modèle de recherche-développement technologique de Nonnon

et le modèle de recherche-développement en éducation de Harvey et

Loiselle

Le modèle de Nonnon (1993) est particulièrement conçu pour les chercheurs qui veulent concevoir de nouveaux outils technologiques en technologie éducative et en robotique pédagogique. Les étapes de ce modèle sont représentées à la figure 13.

Le modèle de Nonnon rappelle les deux points de départ d’une recherche de développement. D’une part, il pose un problème à résoudre qui sera suivi d’une analyse de type déductive des connaissances et des faits de la théorie. C'est en s'appuyant sur cette analyse que l'idée de développement sera présentée.

D'autre part, il suggère d’amorcer la recherche à partir d’une idée de départ, sans analyse déductive préalable. Cette idée devra ensuite être soutenue par des considérations théoriques démontrant sa pertinence pour le domaine de l'éducation pour pouvoir être élaborée. Ces considérations peuvent permettre d'appuyer l'idée de développement, de l'enrichir, ou de la rejeter.

Ces deux points de départ de la recherche se rejoignent à l’étape de l’élaboration de l’idée dans laquelle le chercheur amorce la conception de l’objet en explicitant certains aspects de l'outil qu’il souhaite mettre au point selon les aspects théoriques et pratiques qu’il a mis de l’avant dans les étapes précédentes. La conception continue avec le modèle qui opérationnalise le développement en décrivant les fonctionnalités du prototype ainsi que les actions que pourrait poser l'élève en utilisant le dispositif. Par la suite, le chercheur Figure 13 : Modèle de recherche-développement technologique (Nonnon, 1993)

Validation

Révision Révision Révision Révision IDÉE DE DÉPART PROBLÈME À RÉSOUDRE Analyse de type déductive Élaboration de L’IDÉE MODÈLE (opérationnalisation de l’idée) Considérations théoriques PROTOTYPE (concrétisation de l’idée) MISE À L’ESSAI fonctionnelle MISE À L’ESSAI systématique MISE À L’ESSAI empirique

66 réalise le prototype qui sera testé avec trois types de mises à l’essai. En fonction de l’évaluation faite à la suite de chacune de ces mises à l’essai, il peut modifier le prototype ou le modèle.

La mise à l’essai fonctionnelle permet d’abord de tester le prototype auprès d’experts comme des technologues, des didacticiens ou des enseignants. L'objectif est de tester l’utilisation, l’ergonomie et le caractère pédagogique de l'outil technologique développé. Ensuite, la mise à l’essai empirique consiste à tester le prototype avec un petit groupe d’élèves. À cette étape, les interactions entre l’élève, l'outil développé, les savoirs et l'enseignant ou le chercheur sont observées et analysées. Durant cette mise à l'essai,

le chercheur n’impose pas d’emblée les objectifs ni les variables à considérer, les données réelles et leur modélisation devant apparaître au fur et à mesure de la mise à l’essai. (…) Il s’agit ici de provoquer des interactions entre les élèves, le chercheur et le prototype de manière à induire des activités structurantes (Nonnon, 1993).

Pour provoquer ces interactions, Nonnon propose d’utiliser la méthode dialectique entre l’élève et le « professeur-chercheur » pour faire ressortir les interventions pédagogiques qui permettent de faire apparaître

d’une part chez l’élève, des explications sur le phénomène expérimenté. Celui-ci doit alors anticiper ce qui va se passer, le vérifier ensuite, et comparer son anticipation à la vérification subséquente. D’autre part, chez le professeur, nous allons évaluer les attitudes et les suggestions utiles à guider l’élève dans sa démarche (Nonnon, 1993).

Le chercheur pourra comparer les actions de l’élève avec celles attendues dans le modèle et pourra distinguer quelles sont les interventions de l'enseignant ou du chercheur qui permettaient de guider l'élève utilisant l'outil technologique développé. Nonnon précise que, suite à cette mise à l'essai, une des améliorations apportées pourrait être de diminuer le nombre d'interventions de l'enseignant pour augmenter l'autonomie de l'élève. Toutefois, il mentionne aussi que

il faut se garder de trop minimiser des interventions pédagogiques cruciales et créatives. Au contraire, si le besoin se fait sentir de soutenir, voire provoquer un dialogue avec le professeur, nous provoquerons des situations cognitives conflictuelles de façon à maintenir un contact pédagogique sain et valorisant entre tous les intervenants (Nonnon, 1993).

La mise à l'essai empirique est cruciale dans le modèle de Nonnon étant donné qu'elle devrait permettre de cerner concrètement l'utilisation par l'élève de l'outil développé en

67 relation avec l'enseignant. Elle devrait aussi amener le chercheur à constater si l'outil permet effectivement de résoudre le problème initial ou d'appuyer l'idée de départ et ses considérations théoriques. Finalement, la mise à l’essai systématique consiste à tester le prototype auprès d’un grand nombre d’élèves pour valider ou rejeter le modèle. Il s'agit en quelque sorte de l'évaluation sommative du développement. Cette mise à l’essai est pertinente si l’on envisage la mise en marché à grande échelle du dispositif.

Chacune des mises à l’essai peut être réalisée à plusieurs reprises si le chercheur le juge pertinent. De plus, il faut noter que les mises à l’essai fonctionnelle et empirique servent plutôt à améliorer le prototype jusqu'à satisfaction tandis que la mise à l’essai systématique vise plutôt à valider le modèle pour une mise en marché. Comme représenté à la figure 13, ces mises à l’essai sont itératives. Une boucle de rétroaction permet au chercheur de réviser et d’améliorer le prototype ou le modèle en fonction des résultats de chacun des tests effectués. En proposant son modèle de recherche-développement technologique, Nonnon veut proposer au chercheur une méthodologie qui valorise la conception et la mise à l'essai de technologies éducatives sans négliger les aspects théoriques qui mènent à l'élaboration du développement.

Nous pensons que le modèle de recherche-développement de Nonnon est intéressant pour plusieurs raisons. Tout d’abord, le fait de proposer au chercheur d'amorcer la recherche par une idée de départ nous paraît original. En effet, nous pensons que la créativité du chercheur est valorisée, ce dernier peut proposer une idée de développement qu’il juge intéressante pour l’apprentissage. Malgré tout, il devra appuyer cette idée par des considérations théoriques et pratiques permettant de montrer, par exemple, qu’elle s’inscrit dans un courant pédagogique, qu’elle est réalisable ou qu’elle viendra répondre à un besoin de la pratique enseignante. De plus, ce modèle est opportuniste, c’est-à-dire qu’il part des nouvelles innovations technologiques pour inventer des innovations didactiques. La métaphore de la lunette cognitive en est un exemple, en ce sens où le développement de l’ordinateur a rendu possible l’idée de l’expérimentation assistée par ordinateur pour favoriser l’apprentissage des sciences expérimentales et du langage graphique.

Les différents types de mises à l’essai obligent le chercheur à porter une attention particulière à l’amélioration du matériel qu’il conçoit en vérifiant son utilisation avec des

68 experts et des apprenants. Nous croyons que ces mises à l’essai offrent au chercheur une méthode efficace pour tester le prototype. Par exemple, lors de la mise à l’essai fonctionnelle, un expert en informatique pourrait détecter un problème dans le logiciel avant que les élèves ne l’utilisent dans la mise à l’essai empirique. Aussi, nous trouvons intéressant que Nonnon ait traité dans son modèle de la méthode dialectique. Celle-ci devient un outil permettant de mettre en évidence des données issues de l’interaction entre le chercheur et l’élève. Nous pourrions comparer cette méthode aux interactions verbales didactiques de Zaragova (2005), présentées précédemment (voir section 2.2.2).

Le modèle de Nonnon a été repris et amélioré par d’autres chercheurs en éducation. En effet, Harvey et Loiselle ont proposé un modèle de recherche-développement en éducation en s'inspirant de la « vision de Nonnon (1993) à laquelle ont été intégrées certaines étapes » (Harvey et Loiselle, 2009, p. 110). Ce modèle a été développé suite à l’analyse, d'une part, de différentes démarches de développement comme le design et l'ingénierie pédagogique et, d'autre part, de différentes méthodologies de recherche de développement. Il comporte cinq phases macroscopiques pour lesquelles plusieurs étapes microscopiques ont été élaborées. La figure 14 représente ce modèle.

Il y a quelques différences que nous avons relevées entre ce modèle et celui de Nonnon (1993). Tout d’abord, Harvey et Loiselle (2009) ont détaillé le contenu de la recension des écrits, qui correspond grosso modo à l’étape des considérations théoriques et pratiques de Nonnon. Ils soulignent que ce référentiel de connaissances n'est pas définitif, qu'il peut continuer à être élaboré tout au long de la recherche pour tenir compte des orientations et décisions du chercheur durant le développement.

Ensuite, Harvey et Loiselle ont ajouté les phases Méthodologie et Résultats qui ne sont pas décrites dans le modèle de Nonnon, bien que présentes dans le travail de recherche du chercheur. La phase Méthodologie permet de mieux cerner le cadre méthodologique dans lequel s'effectue la recherche en présentant les méthodes et les outils utilisés. Comme indiqué à la figure 14, le chercheur présente sa position épistémologique, le modèle d’action qu'il propose, les outils de collecte de données, les outils d’analyse de données ainsi que l'éthique de sa recherche.

69 Le modèle d’action comprend certains des éléments retrouvés dans plusieurs méthodes de développement, comme la Méthode d’ingénierie des systèmes d’apprentissage (Paquette et al., 2011), soit l’analyse de la demande, le cahier des charges, le devis des connaissances et les stratégies d’évaluation. De plus, Harvey et Loiselle soulignent que durant cette phase, les devis pédagogique et médiatique ainsi que le plan de diffusion sont aussi élaborés (2009, p.112). Ils définissent le devis des connaissances comme permettant « d’identifier les connaissances à acquérir ou à enseigner, de même que les compétences à développer » et le devis pédagogique comme regroupant «kl’ensemble des phases prévues pour l’enseignement-apprentissage » et présentant « les Figure 14 : Modèle de recherche-développement en éducation (Harvey et Loiselle, 2009)

70 spécifications du produit afin de permettre l’atteinte des objectifs (résultats attendus) » (Harvey et Loiselle, 2009, p. 112). Le devis médiatique et le plan de diffusion correspondent à la livraison du produit, aux échéances, au budget, aux normes de qualité et au format des différents matériels qui composeront le développement.

La phase Résultats comprend l’analyse des résultats, la mise à jour des principes et la rédaction et diffusion des rapports. À cette étape, le chercheur analyse les données recueillies durant la démarche pour justifier les décisions modifiant le développement. L'analyse permet de

dégager de l’expérience de développement un ensemble de principes émergeant de la démarche. Ces principes font ressortir les caractéristiques essentielles du produit réalisé et constituent un élément important des résultats de la recherche. Les principes dégagés de la démarche de recherche développement sont alors confrontés aux corpus

Dans le document La réalisation d’instruments de mesure électroniques : une intervention didactique pour l’apprentissage interdisciplinaire en science expérimentale, en mathématique et en technologie (Page 71-81)