A. GIORDAN, J.-L. MARTINAND et D. RAICHVARG, Actes JIES XXV, 2003
REUSSIR OU COMPRENDRE :
IGNORANCES ET QUESTIONNEMENT SUR LES SIGNIFICATIONS TECHNOLOGIQUES ET MATHEMATIQUES EN ISET.
EXEMPLE DU FILTRE ELECTRIQUE
Adel BOURAS
Institut Supérieur des Etudes Technologiques de Nabeul, Tunisie
MOTS-CLES : TECHNOLOGIE – MATHEMATIQUES – FILTRE ELECTRIQUE
RESUME : Dans un enseignement technologique, quelles significations accordent des étudiants au concept de filtre électrique ? Une formalisation mathématique poussée est-elle un obstacle à la construction d’un sens technologique par les étudiants ?
ABSTRACT : In technological education, what significations students perceive for electrical filters ?
1. L’ENSEIGNEMENT TECHNOLOGIQUE EN ISET EN TUNISIE
Le profond mouvement de rénovation de l’enseignement supérieur en Tunisie, entrepris en particulier dans les Instituts Supérieurs des Etudes Technologiques depuis 1995, s’inscrit dans la logique de répondre à plusieurs critères (technicité, mise à niveau, qualité…), de satisfaire plusieurs demandes et de dépasser plusieurs contraintes telles que le manque de techniciens supérieurs pour assister les ingénieurs. Il s’agit aussi de supporter techniquement le développement des petites et moyennes entreprises et l’augmentation du taux de technicité des emplois générés par la mise à niveau des entreprises tunisiennes (Rapport CIDE-PRO-INVEST 1997). Ce mouvement s’inscrit dans la réforme actuelle du système éducatif où l’importance accordée à la technologie est équivalente à celle accordée aux autres champs de connaissances. Cela signifie que l’enseignement technologique est considéré parmi les composantes principales qui participent à la formation du Tunisien d’aujourd’hui et de demain (loi 65/91, article 8, chapitre 1). Dans ce contexte, les ISET sont destinés à préparer les étudiants à l’exercice des fonctions d’encadrement technique dans les
secteurs de production, des services et de la recherche appliquée (Loi 92-50 du 18/05/1992),
sachant que les programmes de formation sont définis pour 75 % de leur contenu au niveau national et 25 % au niveau local en prenant en compte l’environnement économique et social de la région. Ainsi, comme le souligne Astolfi (1978), la réflexion sur les programmes devrait se caractériser par un déplacement d’une culture des savoirs disciplinaires vers une culture des démarches d’apprentissage qui tient compte de la spécificité des étudiants et de la demande de l’environnement ainsi que de la polyvalence de ses enseignants. Or, dans l’enseignement technologique dans le cadre des ISET, nous supposons que la coutume didactique conduit les enseignants à favoriser une centration sur un savoir savant déconnecté de l’origine et de l’implication de ce savoir. Ceci aboutirait à l’enseignement d’un savoir technologique réduit à celui d’une physique appliquée (Lebeaume, 1999) alors que la prise en compte des situations et des pratiques sociales de référence (Martinand, 1986) conférerait aux enseignements technologiques des caractéristiques spécifiques telles que la référence au travail et l’évolution rapide des technologies.
En effet, l’éducation technologique doit être considérée comme une éducation fondamentale. La technologie se réfère aux machines, aux matériaux, aux outils, aux modes de fabrication utilisés. Elle implique des applications industrielles et commerciales à la fois des objets matériels, des procédés et une organisation sociale (Hostein, 1999).
Selon nous, ni la stricte modélisation mathématique, ni les seules approches scientifiques ne peuvent donner sens au rôle des systèmes technologiques. Dans ce contexte, nous nous sommes intéressés au sens attribué par les étudiants d’ISET aux filtres électriques.
2. QUELS SONT LES SAVOIRS REELLEMENT CONSTRUITS PAR LES ETUDIANTS ?
Le sens attribué par les étudiants au filtrage électrique appartient-il à un “ monde ” technologique ? Physique ? Mathématique ? Ancré dans la vie quotidienne ? Que perçoivent les étudiants du rôle des filtres électriques ?
Nous supposons que l’étudiant, face à une situation technologique, fait appel à un modèle de signification mathématique qui constitue un obstacle à l’apprentissage. De plus, nous faisons l’hypothèse que les étudiants utilisent les mathématiques de manière procédurale (Albe & Venturini, 2001 et 2002). Nous pensons que la résolution des exercices quantitatifs d’électronique, impliquant formules et applications numériques, largement employée dans le mode d’enseignement et d’évaluation utilisé au niveau du baccalauréat et dans les premières années d’enseignement supérieur, “ débouche trop rapidement souvent sur la mise en œuvre d’exercices prototypiques et
sur la capacité à reproduire des formules prêtes à l’emploi ” (Barlet & Mastrot, 2000).
Ainsi, une formalisation mathématique poussée, tant dans l'enseignement supérieur qu'au niveau secondaire constituerait un obstacle à la construction de sens physique et technologique par les étudiants. Dans cette perspective, nous avons conduit une étude selon deux hypothèses de recherche :
- La dominance du traitement procédural empêcherait la conceptualisation de la notion de filtre électrique de la part des étudiants et donc à donner une signification technologique aux concepts de l’électronique.
- La nature des exigences de l’évaluation et la nécessité de s’y conformer pour réussir conduirait les étudiants à privilégier l’apprentissage des méthodes de calcul et l’utilisation des outils mathématiques.
La formulation de nos hypothèses nous a conduits à mener cette étude selon deux orientations : l’une liée à la signification et au sens donné par les étudiants aux concepts utilisés et l’autre à la forme d’évaluation et au type d’examen. Nous avons ainsi utilisé deux méthodes : un questionnaire destiné aux étudiants et une analyse de sujets d’évaluation.
Le questionnaire a été soumis aux 71 étudiants de deuxième année et porte sur la caractérisation du filtre électrique (définitions générales, rôles…), sur les modes de calcul et de représentations graphiques dans différentes situations technologiques élémentaires (Bouras & Albe, 2003). A partir d’un exemple classique de montage d’un filtre passe-bas passif de premier ordre, très utilisé dans l’enseignement, nous avons essayé de dégager les différentes significations construites par les étudiants du point de vue technologique, physique et mathématique.
Par ailleurs, une analyse de contenu thématique a été réalisée à partir de 15 sujets d’évaluation provenant de 4 ISET différents (parus entre 1996 et 2002). Nous nous sommes intéressés aux deux
points suivants : Quels sont les énoncés qui demandent un calcul mathématique ou une représentation graphique ? Quels sont les énoncés qui favorisent la dimension technologique ? 2.1 Le questionnaire
Le filtre est considéré par les étudiants comme un élément qui élimine une partie d’un objet (bloque, enlève, élimine, isole…), faisant référence au monde quotidien. De la même façon, le filtre électrique est considéré comme un montage qui élimine une partie d’un signal (on ne parle pas d’atténuation d’amplitude en fonction de la fréquence).
Lorsque l’on demande aux étudiants de proposer un schéma de montage d’un filtre électrique de type “ actif ” avec une résistance R, une capacité C et un amplificateur linéaire intégré (amplificateur opérationnel), plus de la moitié des étudiants (57,75 %) fournissent un montage correct. En revanche, ils ne sont plus que 8,45 % à fournir un exemple correct de référence d’un amplificateur linéaire intégré (µA741, TL081, LM324). 22,54 % d’entre eux fournissent un exemple incorrect (LM74325, Au = -R2/R1, TBA320, Amplificateur de tension…) et 69 % des étudiants ne répondent pas. Nous considérons alors qu’il y a un effet de reproduction d’un type “ standard ” de schéma, par exemple passe-bas, passe-haut et passe-bande.
Par ailleurs, 63 % des étudiants écrivent correctement l’équation de l’amplification en tension et 76 % des étudiants représentent graphiquement la courbe du gain en fonction de la pulsation ω à partir d’un tableau de valeurs fourni. Mais lorsque l’on demande aux étudiants de fournir une explication à cette représentation graphique, seulement 9,9 % d’entre eux donnent une signification correcte aux différentes parties de la courbe tracée.
Enfin, lorsque l’on demande aux étudiants d’expliquer leur choix des valeurs de R et de C d’un montage non prototypique, 42,3 % ne donnent pas de réponses et les autres donnent des explications erronées, par exemple selon le rôle du montage, selon la tension ou le courant d’entrée, ou fournissent des valeurs de R et C sans explications.
Nous avions également demandé aux étudiants de donner l’équation de l’amplification A = Us / Ue du montage après modification. Aucun étudiant n’a donné l’équation correcte de l’amplification, alors que le montage était légèrement différent de celui présenté au début du questionnaire. 42 % des étudiants n’ont pas fourni de réponses, 58 % ont fourni une équation incorrecte et 18 % des étudiants ont reproduit l’équation demandée lors de la question précédente.
2.2 Les sujets d’évaluation
Cette recherche nous a permis de mettre en évidence la nature et les choix des situations d’évaluations de 4 ISET différents depuis 1996. Il apparaît que les montages proposés sont les mêmes et que les questions aussi se reproduisent. Ainsi, seulement 13 questions sur 95 portent sur
l’aspect technologique des filtres électriques. 63,63 % des montages sont les mêmes. 6 sujets proposent le même montage de filtre passe-bas ; 4 sujets proposent le même montage du filtre passe-haut et 4 sujets proposent le même montage de filtre passe-bande ; 1 seul montage de filtre de type Clapp ; 7 autres montages classiques de filtres. Alors que le schéma de montage électronique, faisant partie d’un système technologique complet avec une finalité bien précise, devrait être un concept important, il n’intervient que comme un préliminaire justifiant le calcul mathématique qui s’ensuit et ne présente pour l’étudiant aucune utilité ; il disparaît rapidement au profit d’une mathématisation semble-t-il nécessaire et suffisante pour réussir.
3. EN GUISE DE CONCLUSION
Les significations spontanées des étudiants font référence au quotidien et si l’aspect technologique des filtres est confus, l’aspect mathématique est prépondérant. Aucun lien ne semble établi entre les différents “ mondes ”. S’il apparaît que le calcul mathématique et les représentations graphiques sont réalisés correctement par une grande majorité des étudiants, le dimensionnement des composants d’un montage semble présenter des difficultés pour tous les étudiants. Ceci demande un raisonnement technologique de la part des étudiants pour justifier le choix des éléments du montage et non pas une application des formules. Peut-on parler alors d’un “ glissement ” de sens dans le contrat didactique ? Les objets d’étude, techniques ou modèles, censés être utiles pour résoudre des problèmes, semblent en fait constituer des situations sans véritable enjeu d’apprentissage technologique, la véritable connaissance à développer étant essentiellement de nature mathématique. Barlet et Mastrot (2000) ont souligné que les étudiants “ contraints de prendre en
charge la compréhension globale des phénomènes ne parviennent pas à lier entre eux les différents concepts et se réfugient dans des procédures algorithmiques ”. Ceci nous amène à nous interroger
sur les procédures privilégiées par les étudiants : s’agit-il d’une mise en conformité avec les exigences institutionnelles ? Un indicateur pouvant être l’évaluation, nous avons constaté que des sujets provenant d’ISET différents depuis 6 ans, sont principalement centrés sur les procédures. Ainsi, ces enseignements technologiques constitueraient une “ fiction didactique ”, les enjeux d’apprentissage consistant pour les étudiants à manipuler des symboles qui n’ont aucune signification, comme dans l’anecdote de “ la chambre chinoise ” de Searle (1992). Searle suppose qu’il est enfermé dans une chambre noire et qu’il peut communiquer avec l’extérieur par l’intermédiaire d’un clavier doté de caractères chinois. Il ne connaît pas le chinois mais dispose d’instructions appropriées, c’est à dire d’un guide lui indiquant les suites d’idéogrammes à donner en réponse à telle ou telle question, également en chinois. Si les instructions sont correctement
établies, il pourra “ répondre ” aux questions mais “ sans avoir compris quoi que ce soit ”. Les étudiants en formation technologique, ne sont-ils pas “ enfermés ” dans une chambre mathématique ? disposant de symboles et de règles mais ignorant le sens et les finalités des questions ? Comme l’indiquent Legardez et Lebatteux (2003), il s’agirait alors d’un travail sur des “ savoirs morts ” consistant en une “ neutralisation scolaire ” des questions, une pseudo-problématisation (pilotée par l’évaluation) où des simulacres et des malentendus peuvent faire que chacun exerce son “ métier ” a minima. Dans ce “ jeu de dupes ”, les étudiants feraient semblant d’apprendre et les enseignants feraient semblant d’enseigner, chacun se satisfaisant de production de codes scolaires routinisés.
BIBLIOGRAPHIE
ALBE V. & VENTURINI P. (2001). Concepts électromagnétiques : absence de sens et manque de structuration chez les étudiants. Skholê, hors série, 241-251.
ASTOLFI J.-P. (1978). Quelle éducation scientifique, pour quelle société ? Paris : PUF.
BARLET R. & MASTROT G. (2000). L’algorithmisation-refuge, obstacle à la conceptualisation L’exemple de la thermochimie en 1er cycle universitaire. Didaskalia, 17, 123-159.
BOURAS A. & ALBE V. (2003). Sens attribué par des étudiants au concept de filtre électrique. In V. Albe, C. Orange et L. Simonneaux (Éds), Recherches en Didactique des Sciences et des
Techniques : Questions en débat. (pp. 191-198). Toulouse : ARDIST & ENFA.
HOSTEIN B. (1999). Sous les technologies, la technologie… une voie de formation humaine ? In A. Giordan, J.-L. Martinand, D. Raichvarg (Éds), Actes des XXIe Journées Internationales sur la
Communication et la Culture Scientifiques et Industrielles, 115-121.
LEBEAUME J. (1999). Perspectives curriculaires en éducation technologique. Mémoire HDR. Université Paris-Sud.
LEGARDEZ A. & LEBATTEUX N. (2003). Enseignement de l’entreprise et représentations sociales en lycée professionnel tertiaire. Aster, 34, 181-211.
MARTINAND J.-L. (1986). Connaître et transformer la matière. Berne : Peter Lang. SEARLE J. (1992). La redécouverte de l’esprit. Paris : Gallimard.
