SPECIFICITE DES
AIDES
DIDACTIQUES
DANS
LA
RECONSTRUCTION COGNITIVE DE LA COMPLEXITE
Maria ARCA' et Paolo GUIDO NI·Centro Acidi Nucleici -Dip. di Fisiologia Generale Rome, Italie
*Seminario Didactico della Facoltà di Science Naple, Italie
MOTS-CLES COMPLEXITE REPRESENTATIONS - MEDIA - ENSEIGNEMENT
CONNAISSANCE.
RESUME: La dynamique systémique des processus naturels peut être mieux saisie dans l'enseignement scientifique grâce à l'aide de représentations multimédias: chacune étant capable d'activer, par sa spécificité, une dynamique cognitive particulière.
Expositions verbales et écrites, esquisses et dessins, représentations graphiques, mimiques et gestes, maquettes, simulations d'élaborateur... construisent tous des "images" de la complexité. Il est donc nécessaire, et possible, d'intégrer les potentialités des représentations suggérées par les différentes aides didactiques ; mais on doit en même temps mettre au clair chaque fois, avec les élèves, les aspects du processus, les corrélations entre variables, les sous-structurations spatiales ou temporelles auxquelles la représentation même se rapporte.
SUMMARY : Our research effort was directed towards developing an efficient fit between i) selected reality aspects,ii) spontaneous, conventional and formai representations, iii) cognitive strategies used by children in their understanding processes. Integration between representations offered by different media must he developed at school in the cognitive reconstruction of the complexity of real world. A crucial step in children's representations of complexity is the developing of analogical thought, by which they become able to see the fundamental relationships hetween the "forrn of change" of a specifie variable, and the correspondant "forrn of change"ofthe related system.
1. FORMES DES FAITS ET FORMES DE REPRESENTATION
La construction dela pensée scientifique se développe dans le temps grâce à la sélection d'expériences phénoménologiques continuelles, qui sont systématiquement réorganisées (souvent hors contexte) par les représentations et interprétations correspon dantes (théories). On a, perceptivement et culturellement, le besoin de donner des formes explicites aux images mentales construites par rappon aux faits d'expérience; et on trouve souvent, dans l'histoire de la Science, des formes de représen tation du réel qui ressemblent par certains caractèresà celles que construisent les enfants pendant leur apprentissage.
Leprocessus de construction scientifique (individuel autant que social) consiste pourtant à apprendre àvoir et à sélectionner, à partir de la complexité des phénomènes concrets, des formes sché matiques (abstraites) d'être et de devenir: des structures de rela tion qu'on apprend à interpréter comme sousjacentes aux faits. Toutefois formes et structures sont caractérisées par des logiques propres, qui renvoient le plus souventà des catégories d'organisa tion cognitive avec un statut hétérogène par rapport aux phénomènes en question. Au cours du processus de schématisation on doit pourtant abstraire et organiser une multiplicité d'aspects qui carac térisent la situation particulière, en remarquant les corrélations qui la rendent semblable à d'autres situations: des stratégies de pensée analogique doivent être activées pour reconnaître les ressemblances et les isomorphismes (statiques et dynamiques) sur lesquels se base la formalisation.
La culture humaine, d'autre part metà la disposition de l'individu des formes abstraites assez générales, parmi lesquelles il lui est possible (et nécessaire) de choisir les plus adéquatesàla variété des événements qui se présentent. Il s'agit de formes de langage (grammaticales et syntallciques) en premier lieu, mais aussi de formes logiques ou mathématiques qui souvent se transposent en formes spatiales, parallèles et correspondantes. Formes abstraites d'organisation du réel qu'on peut voir concrètement représentées (écrites ou dessinées) comme des formes d'organisation de l'espace.
Pour la schématisation et la formalisation proprement scientifique chez les enfants, les problèmes cognitifs les plus importants sont situésàdeux niveaux. En premier lieu, au niveau du choix des critères par lesquels on sélectionne cenains aspects des faits pour construire les représentations mentales et matérielles qui leur correspondent. En second lieu, mais sur un registre différent, au niveau de la mise en correspondance des aspects individuellement choisis et représentés avec les interprétations culturellement données. Et on ne peut pas contrôler a priori, pendant le processus d'apprentissage, si ces correspondances se réalisent, ou pas. A l'école, l'éducation scientifique conduit donc les enfantsàréfléchir sur la variété des phénomènes et sur la recherche des représentations correspondantes; et elle suggère,à ce propos, des fonnes signifiantes, vides de contenus spécifiques, à côté de situa tions emblématiques qui peuvent être organisées par ces fonnes. Mais la constructionco~nitjyede la correspondance exige des stratégies mentales spécifiques, et beaucoup d'exemples, de temps, d'attention.
On parle d'ailleurs souvent de la nécessité d'introduire précocement,àl'école, l'emploi de différents lan~a~es de représentatjon, et de devélopper une maîtrise progressive de leurs potentialités. Et on peut
commencerà faire une première analyse des caractéristiques d'une REPRESENTATION ANALOGIQUE, en tant qu'opposée et à une REPRESENTATION DIGITALE ou SYMBOLIQUE, et à une REPRESENTATION ICONIQUE.
Les situations statiques, les objets, les CONFIGURATIONS SYSTE MIQUES sont facilement représentées par les enfants lorsqu'ils dessinent des images iconiques, presque toujours très schématisées et souvent assez conventionnelles. Parfois certains objets sont tout simplement symbolisés, et le langage iconique devient alors contigu à un langage digital. D'autre fois, dans la représentation des VARIABLES, les aspects statiques et dynamiques d'un événement peuvent être mis en évidence par un langage analogique. Detoute façon, la maîtrise deJacorrespondance entre les variations des variables et leurs représentations analogiques se construit avec beaucoup de difficulté chez l'enfant, soutenue par la lecture d'images et de dessins, ou par des mouvements appropriés des mains, ou encore par des actions mimiques complexes. 2. LES ANALOGIES SPATIALES
Un premier exemple d'expérience de formalisation est assez commun et expérimenté à l'école. Lorsque les enfants de six ans commencent leur travail de classification en rassemblant des objets concrets dans un même groupe, la forme spatiale de représentation correspondante à cette organisation logique est souvent le dessin de "cercles" qui renferment les représentations (iconiques ou symboli ques) des objets.Le cercle devient ainsi, culturellement et per ceptivement, la représentation abstraite d'une forme universelle de pensée,si~nifiantl'opération de classification de n'importe quel objet spécifique. Et l'espace de la feuille se remplit de formes signifiantes, communesà une pluralité de situations, capables de rendre explicite la pluralité des formes de relation logique.
Mais souvent le sens de la représentation n'est pas directement compris par l'enfant, même s'il a concrètement dessiné les cercles: ilarrive à comprendre le sens "abstrait" des formes dessinées quand le cercle n'est plus pour lui simplement un cercle mais le correspondant spatial d'une forme de pensée (tant évoquée que représentée) qu'il peut chaque fois remplir de contenus différents. Et ce n'est qu'à la fin d'un parcours cognitif complexe que l'enfant devient capable de voir et d'exploiter la correspondance sélectionnée qui lie les formes concrètes des faits aux formes lo~jques de la classification et aux représentations ~hjques. Il reconstruit en effet, de cette façon, la hiérarchie abstraite entre des typologies logiques différentes, en identifiant le type "classe" par rapport au type "élément", ou au type "relation"; en même temps, il devient capable également d'organiser chaquetypedans une structure cohérente d'images spatiales. 3. LES ANALOGIES DYNAMIQUES
Mais ilya des processus de formalisation bien plus complexes que ceux de la classification. Notre recherche sur la conceptualisation du changement nous a amenéàétudier les différents types de représentations enfantines: tant des SYSTEMES qui sont en mouvement (ou qui se transforment et évoluent dans le temps), que des VARIABLES DE SYSTEME qui changent, en corrélation avec d'autres variables, pendant le mouvement ou la transformation. Dans les représentations les plus communes d'objets en mouvement ou en changement dessinées par les enfants, on peut aisément attribuer une valeur symbolique aux lignes représentant la trajectoire, aux flèches indiquant direction ou déplacement; comme on peut
interpréter en tennes de succession temporelle la répétition de figures (plus ou moins modifiées) dans l'espace. Cependant il est extrêmement important d'amener les enfants eux mêmes à construire des représentations duchan~ement des VARIABLES qui contrôlent la dynamique d'un processus. Mais la «:présentation du chan~ement d'une variable définie est quelque chose de bien plus complexe qu'une séquence figurale. Elle exige en effet, dès le début, la maîtrise d'une pensée analogique, abstraite "au deuxième ordre", nécessaire à la construction d'une fonne spatiale (ou spatio-temporelle) vue comme analogue à la fonne du changement (spatiale ou spatio- temporelle) de la variable déterminée.Lechangement d'une variable dans le temps peut ainsi être transduite dans la fonne de changement d'une dimension spatiale, par exemple d'une "hauteur" qui varie spatialement d'une façon isomorpheàla variation temporelle de la variable. En effet, par cetypede transduction, la variation même prend une fonne: c'est là la seule "chose" à laquelle on peut cogni tivement donner une forme, une forme qui peut être dessinée. La fonne du chan~ementreste, plus que jamais, une forme prégnante mais vide de spécificité. Bien sÛT, elle ne décrit pas la variable: dans sa généralité abstraite la fonne qu'on peut dessiner pourrait être référéeàn'importe quelle variable.
4. LES DIFFERENTS MEDIA
Pour les représentations du changement, comme pour la classification, les diagrammes de flux, ou toute autre représentation de structure formelle, l'enjeu est celui de mettre en évidence la spécificité de l'organisation cognitive choisie: en identifiant une fonne définie, exigée par certains aspects de la réalité, adaptée à la construction mentale qu'elle supporte.
Construction et interprétation des représentations analogiques, recherche des isomorphismes structurels, étude élémentaire de transduction de variables et de changement de variables... toutes ces activités peuvent soutenir et orienter chez les enfants une dynamique cognitive capable de voir et de maîtriser, de plus en plus aisément, les fonnes synchroniques et diacroniques des processus de la réalité.
Dans le travail cognitif nécessaire à la recherche d'une représentation appropriée, plusieurs media technologiques associésàplusieurs stratégies et fonnes de médiation didactique s'interposentàdifférents niveaux, avec une spécificité différente, entre la structure des faits et l'abstraction fonnelle.
Dans cette perspective, l'ordinateur lui aussi peut aider les enfantsàmaîtriser les corrélations entre les différents types de représentations: même dans le LOGO les aspects symboliques et digitaux et les aspects analogiques interfèrent et se composent réciproquement Par exemple, avec des enfants de six-sept ans, on a construit des procédures qui correspondent à des dessins simples, et que l'enfant peut rappeler, dès le début, par une seule touche. L'organisation d'un dessin plus complexe exige donc que l'enfant apprenne à accoupler les dessins simples aux lettres sur les touches (aspect symbolique et digital), et à les placer sur l'écran en positions définies par les déplacements de la tortue (aspect analo gique). Avec des enfants plus âgés on essaye de visualiser tout directement les formes schématiques de processus particuliers suffi samment bien compris d'un point de vue phénoménologique: des systèmes de transduction on-line du changement d'une variable (vi tesse, température, pression... ) permettent alors de voir sur l'écran la construction des formes graphiques isomorphesàla varia tion de la variable, et coordonnéesàl'évolution d'ensemble du système. La capacité
de lire et d'interpréter les modalités du changement représentées de cette façon sur l'écran se développe en même temps (mais par des stratégies cognitives partiellement diffé rentes) quelecontrôle sur la construction manuelle de graphiques papier-crayon, qui exigent des opérations concrètes sur le système, des mesures, une élaboration algébrique et numérique des données.
L'attention explicite portée au rôle et au sens de l'activité de formalisation, développée à des niveaux différents, permet donc aux enfants de reconnaître dans les événements de la réalité des formes abstraites de changement, déjà connues grâceà d'autres phénomènes, et d'imposer ainsi à la variété désordonnée des événements mêmes l'ordre des corrélations cognitives qui les interprètent.
5. BIBLIOGRAPHIE
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