ARTheque - STEF - ENS Cachan | Analogies, schèmes d'action, schèmes opératoires et appropriation d'un objet technique

ANALOGIES, SCHÈMES OPÉRATOIRES, SCHÈMES

D'ACTION ET APPROPRIATION D'UN OBJET TECHNIQUE

Pascal MARQUET, Bachir KESKESSA, Jacques BAILLÉ Équipe DEAcr - Laboratoire des Sciences de l'éducation

Université Pierre Mendès France de Grenoble

MOTS-CLÉS: MAÎTRISE STATISTIQUE DES PROCESSUS - BUREAUTIQUE-REPRÉSENTATIONS GRAPHIQUES - FILIATION TECHNIQUE

RÉSUMÉ: L'informatisation des modes de production impose d'initier les élèves aux systèmes informatiques dédiésàla conception d'objets quasi-industriels ouàl'amélioration de la productivité des services. Les travaux présentés soulignent l'ampleur des problèmes cognitifs posés par l'appropriation de tels objets techniques à travers deux exemples d'analogies dans l'acquisition de compétences: celui des représentations graphiques où s'exprime l'analogie entre un système technique de production et certaines formes numériques et celui des fonctionnalités par lesquelles des opérations analogues s'exécutent avec un objet mécanique et un système informatique.

SUMMARY : Computerization of industrial methods requires to train students into using computerized systems, principally in the field of industrial production and office productivity. This paper focuses on the cognitive difficulties in appropriating these systems. It presents examples of analogies: one deals with graphie representations used to monitor the evolution of a production, the other one with the process afrecalling typing or printing procedures in order ta leam editian skills.

1. INTRODUCTION

Les travaux que nous présentons s'intéressent à la production en milieu automatisé et à la productivité des services en tant que savoir scolaire. Nos investigations portent sur les modalités cognitives de leur appropriation, et plus particulièrement sur le rôle joué par certaines analogies au cours de leur apprentissage.

Le postulat implicite qui justifie le recours à des analogies pour apprendre est quele transfert d'une connaissance acquise dans un domaine vers un autre domaine évite la multitude de confrontations qui a initialement abouti à sa construction. Au-delà de l'économie cognitive visée, le pouvoir supposé d'apprentissage des analogies que nous allons détailler tient aussi dans la réduction opératoire qu'elles offrent entre les fomles numériques d'une représentation graphique et la surveillance d'un processus de production d'une part, et la persistance d'actions de base sur des objets communsàun dispositif mécanique et un système infomlatique d'autre part. Par les liensàla fois abstraits et concrets qui sont ainsi établis, ces analogies renvoient à la notion de schème (Vergnaud, 1992) en tant qu'entité cognitive qui est composée de plusieurs sortes d'éléments: des buts, des anticipations, des règles d'action, des invariants opératoires et des inférences.

Nous présenterons d'abord une étude relative aux systèmes de production en milieu automatisé, dans laquelle certains schèmes opératoires dans le domaine des nombres semblent avoir une incidence sur la conceptualisation du système. Nous verrons que dans cette conceptualisation, les opérations du sujet sont portées sur deux plans, l'un orienté vers le savoir-faire, l'autre vers le savoir, et que l'outil graphique apparaît comme un des moyens permettant une structuration opératoire de ces savoir et savoir-faire. Il est le lieu d'une interaction entre deux registres, celui de l'action sur des objets du système de production et celui de la représentation de cette action dans des systèmes de signifiants. Il ressort que certains objets se prêtent plus ou moins facilement àcette structuration, tandis que d'autres résistent et qu'ainsi la forme des opérations ne saurait être dissociée des contenus sur lesquels elles portent.

Nous aborderons ensuite la question de la persistance, dans les logiciels de traitement de texte, de fonctionnalités héritées de leurs ancêtres techniques, mais surtout de leur valeur explicative pour la compréhension des effets des commandes élémentaires. Des opérations manuelles sur des objets similaires sont évoquées afin de permettre au sujet de s'approprier plus rapidement le logiciel. Il semble cependant que la réactivation de schèmes d'actions référés à ces fonctionnalités bénéficient autant au savoir sur l'objet technique d'origine qu'à la construction des nouveaux savoir-faire visés.

2. SCHÈMES OPÉRATOIRES ET CONCEPTUALISATION D'UN SYSTÈME DE PRODUCTION EN MILIEU AUTOMATISÉ

2.1 Cadre de l'étude

2.1.1 Quelques conséquences didactiques de la conception systémique de la production

L'une des hypothèses en matière d'enseignement et d'apprentissage de la production en milieu automatisé consisteà penser qu'une approche systémique permet d'envisager une reconstruction de l'idée de production, et notamment de sa maîtrise et de sa qualité. Les techniques sont alors appréhendées en opérant dans la classe une réduction d'un système entier de production.

Qu'elle soit réelle ou redimentionnée à l'échelle d'une classe, une production est par nature changeante et insaisissable: deux objets produits par un même processus sont nécessairement différents, hétérogènes (Géminard, 1970 ; Zaïdi, 1989). Pour appréhender et maîtriser cette hétérogénéité nos sens ne suffisent plus: il faut une technique expérimentale et cette technique expérimentale elle même ne suffit pas. Quand on a observé, enregistré avec précision l'évolution d'une production il faut encorel'analyser.Bien loin de s'imposer à nos sens, les lois auxquelles obéit cette évolution ne peuvent être décelées que par une technique expérimentale et une technique mathématique déjà savantes. Une réorganisation cognitive liée aux opérations élaborées que nécessite la conduite d'un système de production devient incontournable. Nous faisons l'hypothèse que la réduction des organisations réelles de production introduit dans le système d'enseignement des classes de situations pour lesquelles l'élève ne dispose pas fondamentalement des compétences nécessaires pour le traitement de ces situations (Vergnaud, 1991). Et que si nous nous en tenons aux mathématiques par exemple, cette réorganisation cognitive ne se réduit pas uniquement à une application des savoirs et savoir-faire mathématiques supposés déjà acquis par l'élève au domaine de la production.

Ces quelques considérations suffisent à faire concevoir la spécificité dans laquelle l'idée de produc-tion devra être reconstruite et la difficultéà élaborer des systèmes de production aussi complexes que ceux de la réalité industrielle dans un système d'enseignement en vue d'un apprentissage. S'y ajoutent, comme nous allons le voir, des difficultés qui ont trait àlaconceptualisation d'un système de production en fonctionnement, en particulier lorsqu'une représentation graphique sert de médiation.

2.1.2 Les représentations graphiques dans la Maîtrise Statistique des Processus (M.S.P.)

Nombreux sont les concepts, les outils et les méthodes qui peuvent être explorés et analysés dans le domaine de la production. Les représentations graphiques constituent une partie du champ des objets avec lesquels l'élève est appelé à interagir dans ce contexte technique (Baillé et Maury, 1993; Fanchon, 1994). Dans les lieux de production où l'activité est intense, par exemple les données doivent être rassemblées de manière simple, faute de quoi leur traitement sera retardé et l'action surle

informations doit aussi être examiné. Par ailleurs il est essentiel de réunir et de traiter des données même pour des opérations simples.

Une production peut ainsi être pilotée en temps réel. Des décisions et des actions sur le processus et son produit peuvent être associées à des graphiques caractéristiques comme les cartes de contrôle relevant de la M.S.P. Nous retenons avec Zaïdi (1989) que la M.S.P. est d'abord une idée ensuite une démarche, un outil et un concept. Et l'une de ses spécificités est l'unicité de son outil qui en est aussi la partie «visible» : la carte de contrôle. Cette «visibilité» constitue un des liens majeurs entre la réalité d'une production entrain de se faire et sa leclUre, son interprétation et sa reconstruction de façon opératoire.

2.2 Les difficultés opératoires liées à l'élaboration des cartes de contrôle

L'élaboration d'une carte de contrôle fait intervenir, entre autres, la notion d'ordre sur les nombres et leur représentation géométrique sur un axe. Dans de nombreux cas cet ordre pone sur les nombres décimaux. Plusieurs recherches ont déjà mis en évidence des difficultés voire des obstacles chez des élèves du collège et du lycée face à des tâches de comparaisons de décimaux positifs (Léonard et Grisvard, 1981 ; Grisvard et Léonard, 1983 ; Brousseau et Brousseau, 1987). Une autre élUde (Keskessa, 1993) montre que certaines de ces difficultés se retrouvent dans un contexte technique chez des élèves de seconde de Technologie des Systèmes Automatisés (T.S.A.) de lycée d'enseignement professionnel et technique. Les élèves observés ici utilisent des machines outils à commandes numériques dans la production et manipulent des cartes de contrôle ainsi que des listes de 10 à 20 nombres décimaux (par exemple: liste issue de la mesure du diamètre de chaque boîtier d'une série de 10 boîtiers usinés). Sur les 38 élèves observés, 14 éprouvent des difficultés dans le rangement de telles listes de décimaux. Ce qui d'un stricte point de vue mathématique soulève la question de la maîtrise des schèmes opératoires en jeu, se double dans un contexte de suivi de production de deux autres types de difficultés:

- l a première relativeà la représentation géométrique de valeurs décimales sur un graphique; - la seconde en liaison avec la décision à prendre sur la conduite du processus et sur la conception attenanteà ce dernier.

2.3 Répercussions

L'observation de divers rangements erronés d'une même liste de décimaux en seconde T.S.A. suggère que cela n'induit pas nécessairement l'élaboration des mêmes cartes de contrôle. La réalité d'une production pourrait donc être reconstruite différemment. On peut penser, en outre, que les modèles explicités sur les décimaux interagissent avec des modèles de représentation des cartes de contrôle. C'est toU! j'intérêt que peut revêtir ce type d'étude, dans un contexte scolaire où l'outil graphique est ici un instrument simplificateur d'un vaste ensemble d'éléments en interaction: un système de production.

3. QUELQUES SCHÈMES D'ACTION EN JEU DANS L'UTILISATION D'UN TRAITEMENT DE TEXTE

3.1 La persistance d'actions élémentaires à travers l'évolution des dispositifs d'écriture

Panni les manières de concevoir la formation aux logiciels de bureautique, l'une consiste à mettre l'accent sur les différences entre un nouveau procédé et l'ancien en soulignant la puissance d'action accrue ainsi obtenue sur les objets. Si, effectivement, l'infonnatisation d'un procédé introduit des fonctionnalités, qui, en accroissant les possibilités d'action, modifient aussi profondément la manière d'agir, en s'attachant principalement à la nouveauté, on perd aussi de vue tout ce qui reste similaire entre deux dispositifs qui se succèdent. Le parti pris, ici, est de traquer les ressemblances, dans le but de permettre à celui qui s'approprie un nouveau dispositif technique de s'en construire une connaissance à partir de ce qu'il sait déjà de ce que le dispositif pennet de faire. En l'occurrence de la première machineà écrire de Remington en 1876aux plus récents et plus élaborés des logiciels de traitement de texte grand public d'aujourd'hui, on constate qu'un certain nombre d'opérations ont très peu évolué. Ce sont les opérations élémentaires de disposition (agissant sur la forme d'un document) dont les objets transformés et les buts poursuivis sont restés quasi-identiques dans la lignée des instruments dédiés à l'écriture dactylographiée. Ce qui n'est pas le cas des opérations d'organisation (agissant sur le fond) qui, elles, sont étrangèresà la dactylographie, et qui proviennent des éditeurs de texte présents dans les langages de programmation infonnatique depuis les années1960.

Nous faisons l'hypothèse que du point de vue de l'utilisateur, le traitement de texte mobilise des schèmes d'action hérités de la dactylographie classique et de l'édition de programmes informatiques. S'agissant des schèmes propresàl'édition de texte, il est intéressant de constater qu'ils sont la réplique d'autres schèmes d'action exercés dans l'imprimerie typographique. Les objets manipulés (caractères organisés en chaînes) subissent des transformations semblables : suppressions, déplacements, mise en relief. Ce détour par l'imprimerie typographique se justifie d'autant plus qu'il permet de rapprocher le traitement de texte de deux dispositifs techniquesàla physique familière, fondée sur des mécanismes perceptibles. Une expérimentation a consistéà mettre l'accent sur les schèmes d'action associés aux expressions les plus simples de ces deux machines mécaniques et à faire varier les modalités de leur mobilisation.

3.2 Effets de la mobilisation des schèmes d'action d'un univers mécanique

Il s'agit de faire varier la manière de présenter les opérations équivalentes aux commandes élémentaires du traitement de texte qui existaient déjà sur ses prédécesseurs techniques. Des utilisateurs débutants lisent un manuel dans lequel les commandes de disposition sont présentées par analogie avec la machine à écrire et les commandes d'organisation par analogie avec la machineà imprimer. Le plan expérimental prévoit de manipuler deux facteurs sur six groupes:

Les acquisitions des sujets sont mesurées par trois tâches de modification de document impliquant l'ensemble des commandes apprises. L'enregistrement des procéduresà l'aide d'un logiciel-espion permet de mesurer avec précision la durée de réalisation. Les sujets sont aussi interrogés sur les commandes qui correspondent aux différentes transformations possibles d'un document et sur le résultat que chaque commande permet d'obtenir, ce qui permet d'établir un score révélateur du nombre de buts et d'effets connus. La connaissance des dispositifs mécaniques évoqués est elle aussi contrôlée, au moyen d'une épreuve passée deux fois, une première fois avant l'entraînement dans le souci d'équilibrer les groupes expérimentaux et une seconde fois après l'entraînement, pour apprécier d'éventuelles différences. Dans cette épreuve, il est demandé de porter le nom des différents éléments constituant l'objetàpartir d'une image.

La manière de présenter les analogies influence la durée de réalisation de l'ensemble des tâches d'édition (F (2,48) = 2,96 ; P<.10), àla faveur des sujets qui ont eu l'occasion d'éprouver des opérations analogues, qui se distinguent significativement des sujets qui se sont vus présenter des figures (F(Scheffé) =2,48 ; P<.10). La comparaisons des scores constitués par la somme des buts qu'il est possible d'atteindre et des effets des commandes connus révèle que le contrôle de la lecture intervient sur la connaissance des commandes de disposition (F(l, 53)=4,65 ; P<.05). Les sujets pour lesquels ce contrôle a été exercé en ont une connaissance significativement meilleure. Le type d'accompagnement des analogies, quantàlui, joue un rôle sur la connaissance des commandes d'organisation (F(2, 53) =2,60 ; P <.10). Ces deux effets s'annulent lorsque l'on considère la connaissance globale des commandes. Les progrès dans la désignation des éléments des deux machines semblent dépendre de la manière d'en mobiliser les schèmes d'action (F(2, 55)=4,46; p<05) et c'est la machine la moins familière qui bénéficie des améliorations les plus sensibles. Les meilleures performances émanent des sujets qui ont simulé les effets des commandes pendant l'entraînement.

3.3 Interprétation

Ces résultats suggèrent que la manière d'évoquer des schèmes d'action licites sur les ancêtres techniques du traitement de texte influence la réalisation immédiate de tâches complexes d'édition, probablement en raison d'une meilleure connaissance des effets des commandes d'organisation, la simulation jouant, ici, un rôle facilitateur. Toutefois, les schèmes d'action mobilisés semblent ne profiter à l'utilisation du traitement de texte qu'en stimulant l'appropriation d'une partie seulement des commandes disponibles. L'influence de ces schèmes réactivés s'exerce aussi, et c'est inattendu, sur l'évolution des scores entre les deux passations. L'hypothèse explicative que nous formulonsàcet égard est que l'exécution de gestes connus sur la machine à écrire et de gestes nouveaux sur la machineàimprimer agit sur la conceptualisation de ces machines. Cette conceptualisation, en termes d'objets, de conditions d'action et de buts possibles amorce probablement la conceptualisation du traitement de texte.

4. DISCUSSION

Les modèles dominants du raisonnement par analogie décrivent l'existence de transferts comme résultant de l'évocation d'une situation connue, de laquelle serait extrait un système de règles transposables à la situation àtraiter (Gentner, 1983 ; Holyoack, 1984). Le bon déroulement du raisonnement par analogie semble essentiellement liéà la présence de similarités dites de structure qui peuvent prendre deux formes; les relations en jeu entre les concepts constituant deux domaines de connaissance qui se recouvrent plus ou moins complètement; l'ordre des sous-butsàatteindre et les contraintes d'application des opérations entre deux problèmes qui sont apparentés. C'est précisément cette idée d'analogie de structure qui fonctionne dans ce que nous venons de voir. Lorsqu'il s'agit de production en milieu automatisé, les variations de disposition des points sur le graphique sont analogues aux variations du processus de fabrication. Nous avons observé que les erreurs de conceptualisation de la source se reportent sur la conceptualisation de la cible, ce qui en fait un objet d'étude tout à fait intéressant compte tenu des orientations ministérielles actuelles.

Lorsque les effets des commandes élémentaires d'un traitement de texte sont expliqués en évoquant des opérations structurellement analogues sur des dispositifs mécaniques, les objets évoqués sont soumis aux mêmes contraintes et les buts poursuivis sont identiques. Cependant, la mobilisation de ces actions sertàla fois la connaissance de la source et de la cible, et les transferts vers la cible ont un caractère sélectif.

Rapportés àla problématique plus large de l'apprentissage par analogie, nos résultats semblent indiquer que les schèmes opératoires se présentent comme de meilleurs supports analogiques que les schèmes d'action, probablement en raison des inférences dont ils ont déjà fait l'objet au cours de leur élaboration.

BIBLIOGRAPHIE

BAILLEJ.,MAURY S., Les représentations graphiques dans l'enseignement et la formation,Les Sciences de l'éducation, 1993, 1-3.

BROUSSEAU N., BROUSSEAU G., Rationnels et décimaux dans la scolarité obligatoire,

Bordeaux; I.R.E.M./Université1,1987.

FANCHONl-L., Guide des sciences et technologies industrielles, Paris: AFNOR - Nathan, 1994. GÉMINARDL.,Logique et technologie,Paris: Dunod, 1970.

GENTNER D., Structure-mapping : a theorical framework for analogy,Cognitive Science, 1983,7, 2, 155-170.

GRISVARD C., LÉONARDF.,Résurgence de règles implicites dans la comparaison des nombres décimaux,Bulletin de l'APMEP,1983,340,450-459.

KESKESSA B., Représentations graphiques et Productique en Seconde T.S.A., Mémoire de D.E.A., Grenoble: Université Pierre Mendès-France, 1993.

LÉONARD F., GRISVARD

c.,

VERGNAUD G., La théorie des champs conceptuels, Recherches en Didactique des Mathématiques, 1991,JO,2-3,133-170.

- Qu'est-ce que la didactique? En quoi peut-elle intéresser la formation des adultes peu qualifiés?

Éducation permanente, 1992,Ill, 19-31.

ZAÏDI A., SP.c. : concepts, méthodologies et outils, Paris: Technique et Documentation, Lavoisier, 1989.