LA CONSTRUCTION DE MODELES SPONTANES
CHEZ L'ENFANT ET LE ROLE DE LA
SIMULATION
Alex BLANCHET
Université de Genève
t10TS CLEF: Développement, Résolution de problèmes, modèle, simulotion. RESUt1E_
Juste oprès llvoir résolu un problème difficile, on se re-présente III solution ofin de mieux III comprendre. Cette simullltion peut ovoir cinq fonctions différentes qui correspondent
il
cinq étllpes de 10 construction d'un modèle de III situlltion. les résultots observés permettent de distinguer un modèle protique, centré sur l'oction propre, d'un modèle conceptuel qui représente les trllnsformlltions propres ou réel. lo construction des modèles spontllnés met en évidence des difficultés Qui pourrllient se retrouver lorsque des modèles et des simulations sont proposés oux enfants.SUt1t1ARY
Just lifter succeeding in solving Ilproblem, we re-present the solution in order to understond it better. This simulation clin hove five different functions, corresponding to five levels in the construction of 0 mentol model of the situation. The results lelld us
ta
moking lin importllnt distinction between procticlll models, bosed on the subjecl's own llctions, ond conceptual models which represent the transformlltlons of the situation itself. The difficullies whlch occur during the construction of spontaneous models could 11150 arise in educationol contexts ln which adults present models ond simulations to children.1.Introduction,
L'action n'est pas seulement Indlspenseble à la réussite proprement dite, eUe est lI.1SSi nécessaire Il l'élaboration ultérieure d\me représentation qui permet à l'eltCant de comprendre ce qu'illll8it.Lerot de~pagea est de montrer lea différents rôlea jœésJl8I' l'action. quand celle-CI ne vise plus le rot extérieur donné. mais quand elle aide
à
la pœrsuite d'un rot intérieur: comprendre. construire un modèle. Le rôle de l'action est alon de re"p~nterla solution, de la simuler pœr mieux en dégager lea relations pertinentes. Ce trfMlil permet de préciser le modèle. de le 'lérifter et de l'llbstrelre progres:livement dea conditionspartiOJ.lièreade la situation.Onpeut donc considérer la s1mulatlon comme une mantère de représenter un modèle par l'action,d8IlSun universsymbolique.Peurqu'onFUisseparlerdesimulation,ilfalt que. dans cet univers. tou.s les éléments d'une situation soient représentés, conformémentli leur importance et lileur rôle dans la situation réelle. Cette représentation comporte une part d'implicite dans lam~
œ
la coordination des actions n'estpas exprimée. mais simplement exercée sur les éléments symboliques. L'llCtion doit li. la fois être IldaptéellLI contexte symbolique et être bien maîtrisée plisque le réel n'est plus présentpœrservir de feed-back.n
ftut donc 8O.1llgner qu'ily
a de multiples types de simulations. defAl1S celles qui ne simulent que des actions spécifiques jusqu'à cellBS qui simulent de la manière la plus ab3traite lea opérations proprea à un modèle. fiexiste en fut tœs lea intermédillire3 entre l'exercice d'llCtions appropriées li un contexte symbolique, comme la maftr1se d'unJeu
vidéo (un simulateur de conduite parexemple), et la représentation de transformations ehstraitesJl8I'symboles, l'expression mathématique d'un prOOlème. par exemple. Différentstypesde simulation vont être décritsIIIcœrsdudéveloppement. 2. Les situations de résolutionsde problèmes
Ocm:! une :!ltulltion d'en:Jeignement. on propo:se de:J modèle:J à l'enfant et on ob3ern: dans quelle mesure il parvientliles maitr1ser. Poor comprendre comment se fbrment les modèles spontanés de l'enfant. il est préférable de créer une situation dans lequelleildevra éleborer lui-même un modèle. Il fl'I.It donc proJX>S6r une tâche suffisamment complexe pœr qu'un tfllV8il de coordination soit nécessaire. mais bUftiS8IDment simple pœr que le rot plisseêtref8cilement llCCepté par le sujet. Certaines situations de résolution de prOOlèmes répondent li ces critéres. On pœrralt penser cependilDt que des situations IIlssi partiœhères ne sont pas pertinentes poor étudier les ectivités de modélisation. Bien entendu, il ne fwtpasespérer pœvoir observer la construction de connaissances générales dans de tels contextes. Mais de fiUt, peut-on construire une connaissance générale sans d'tibord l'élaborer plusiw.rs fois dans des contextes précis? Ne nœs fwt-ilpastœjœrs un
exemplepclll" comprendre un élément llbstrait.un contexte pCAll' comprendre comment fonctionne une ncuvelle notion?
2.1.
Le
train et la plaque tournante.Le
plÙllème qui Ilété proposé8lXenftmts est le suiv8nt: on place deY'llIlt eux une plaque twrnante reliée à trois voles. &r la voie la plus proche d'eux se trcuve un train formé d'une locomotive et de deux wagons, un W8@on de pass8@ers et un wagon de marchandises. Les deux voies restantes se font t8œ. de part et d'œ.1tre de la phque tournante.Onpropose8lXsujets le bJt siVllIlt: le tre1n aimerait continuer son chemin sur la \IOie de gœ.1che. li fllIlt JXW'cela lefaire pessar al moyen de la plaque tcurnante. On peut décrocher et lICCrocher les wagons comme on le désire, 8Y8Ilcer, reculer, etc. la seule chose qui n'estpas permise est de pcw;ser les wagons8Y'eC la maina l de les filire voler. C'est donc tœjcurs la locomotive qui fait bœger les wegons.Dansun premier temps. on ne précise pasdans quel ordre les éléments doivent être pl8Cés. Dans un second temps, on exige que l'ordre des wagons œ.1 départ soit conservéà
l'arrivée.De:;répétitions et des générll1iso.tions (faire llITiver le trllin surIII voie de droite) sont demandéespa1l'chaque situation.
TOlte la difficulté vient du fuit que la plaque tœrnante n'a de place que poo.r deux éléments: la locomotive et un seul des Wllions.
Lorsqu'alCUll ordre précis n'est exigé (si ce n'est que la locomotive soit en tête du trainàl'errivée), la solution consiste simplementlilaisser un wagon sur la voie de départ,li
déposer l'lI.ltre sur la voie qui faitfllceà la voie d'errivée, p.1ls à recherchersurla voie de départ le premier wagon décroché.line reste plus qu'à reformer le train en lICCrochant al wagon de marchandises, qui se trœve maintenant derrière la locomotive, le wagon de passagers déposé temporairement sur la voie de parking,
9land un ordre précis est exigé, la solution est unpeuplus compliquée. Pœr éviter l'inversion des wagons.ilfiut inverser la. pose temporaire de ceux-ci. lllWt donc d'abord poser le wegon de possegers surIII voie d'lll'riYée (2), temporllirement, rechercher le wegon de marchandises et le poser sur la voie qui fait t8ce à l'arrivée (3). Il suffit a.lors, pœr
refurmer le train, de reprendre le wagon de passegers plis le wagon de marchandises al moyen de deux demi-tOlrs (4 et 6).
Cette llOlution n'est p8S beeucoup plus longue. mais elle comporte deux noovelles difficultés: la première consiste è. déposer un wagon ~r la vote d'arrivée. ce qui pareit contraire eu lut poor~. Ce wagon semble en eflèt bloquer la rœte que le traindoit prendre. Le deuxième p1Ùllème consiste à envisager les deux demi -rotations qui permettent de reformer letrain.
La
première difficulté est la plus difficile à dépesser: elle implique de donner à la voie d'arrivée une double ronction. celle de voie de parkinget celle de voie d'arrivée.2.2.Lestâchea de repré8entation.
A la~te de la résolution de chacun des items. on demande lIlX ~jetsdifferentes tâches qui vont le forcerliexprimer etliélaborer la solutionlilaque1leilssont parvenus.
1. Laconceptualisation
Ondemande twt d'abord eu sujet de f8ire le récit de ses lICtions.Le récit est une pemière rorme de représentation qui reste trè3 proche de l'lICtion pau une raison essentielle: elle conserve la même structure séquentielle. Les lICtiOns peuvent être exprimées l\me aprèsl'eutre. dans l'ordre même cil eUes ont été exéaltêes. Il s'agit bien cependant d\me première représentation. p.1isque le récit Implique de décwper l'lICtion en unités. de décrire des états, de privilégier des éléments, etc.
2. Le dessin
Ondemande ensuite eu sujet de fllire un dessin qui poorrait indiquerliun camarade la manière de réussir le p1Ùllème ("qu'il n'ait qu'à regarder le dessinpwrréussir, sans avoir à rétléchir"). LeslICtiOns peuvent être notéespardes tlèches. des pointillés w des états alccessifs. En générai, les lICtions alccessives sont notées~le même dessin. ce qui oblige le sujet à les organiser, comme si elles étaient simultanées. IIestcependant difficile.~le dessin, de parvenirliune représentation bien organisée.
3. Leschéma
Onproposelil'enfunt de f8ire le même exercice qu'avec le dessin. mais en se servant de flèches en carton de différentes longueurs. Ces tlèches, une rois pœées.peuvent être déplllCées00modifiées et permettent une réorganisation plus fucile des notations.Onoffre lI..lSSi des jetons de cwleurs et des numéros pror représenter des éléments 00 la succession des lICtions.
Chaque type de représentation révèle des aspects differents des représentations internes des sujets. llllut cependant sooligner que l'lICtion est le moyen le plus important utilisé par les sujets. Ade nombreuses reprises, et quel que soit le m0f8n utilisé. ils
lllisser un messege pwrun camllnlde, On constate ainsi, en dlservant les enfimts, que l'ection est étroitement liée
six
possibilités de représentation et ne s'en détllChe que progressiwment, La formation des modèles naturels ne se tndutt que mel en mou et ce n'est que tardivement qu'il est possible de troo.ver une formulation cllllre de la connllissance, Comme checun SlIit. ce n'est bien sœvent que lorsqu'on estooligé
de communiquerlI1X IIltresou d'enseigner une connaissance quese. représentation se précise. 3. RéRIltab: l aétape:lde la ibrmatioD d'un modèle3,1.L'lICtion: le statut de la répétition,
La condition nécessaire à la furmatlon d\m mooèle est une ectlon stable,Senselle. le sujet n'apasla matière mêmepa.trélaborer une représentation.
Si on demmde III sujet de repré3enter des ection3 qu'il n'Il. pas mClÎtri~,on constatequ'ûen profitepeurreprendre son lICtivité. en commentantllIlfur età mesure les lICtions qu'il exéœte.
Larépétition.sielle n'apporte plus rien d\m point de we pratique, est fundamentele
peuridentifier les ections ou les transformations pertinentes et pour identifier les étepes principales de la 3Olution.
Le recœrs à la répéUtion est fréquent chez les Jeunes enfants (7-8 ans) qui ne peuvent se rappeler de la suite des lICtiOns sans les infOrmations en retour du réel.
La
répétition est wssi fréquente chez 163 ennmts de 10 ms qui présentent des comportemenu trèsllborieux et un scuvenir très fragile. nous en verrons la rlI1son plus loin,
3.2,
La
représentation séquentiellel!llcoors de la deuxième étape l'enfant est capeble d'identifier les lICtions pertinentes et les c1rconstances dans lesquelles 11 fuut les appliquer.La reprèsentaUon se Um1te à une suite d'actions, chaque action étant liée
à
une configuration d'indices qui indique le moment oùil filut l'effi:ctuer. A cette étope. un récit complet de 10. 3Olution e:lIt ~ible. mllis l'organisation de cette représentation reste dépendante du souvenir des états successifS de la 3Olution. L'lICtion directe ou simulée est nécessaire pour confurter cette représentation, I.e récit est donc le moyen le plus edéquat pa.tr exprimer une représentation séquentielle. <;,\land ils ess8ient de faire un dessin. les sujets accompegnent leur récit de notatioD:l et de flèches qu'ib ont de la peineàrelire (voirfigure 28.)3.3.La représentation simultanée
l!ll coors de cette étape (vers 9 ans), l'enfant va rendre simultanée cette suite séquentielle. il va l'inscrire dans l'espace plutôt que dans le temps. I.e moyen le plus simple est de laisser une trece de chaque lICtion sur la représentation du matériel (voir
figure 2b).Lamultiplicité des notations pose un prd:llème de lisibilité. cependwt les sujets parviennentè. se relire. Mais sutwt. ils pemennent è. mettre en correspondance d8D8 le déte11les actions et les représentations.
La
simulation de l'action all10rs poor bIt de vérUler l'exactitude de la représentation.Un nw'ftlall prd:llème apparaît: falt-il exprimer per une flèche le cerectère général de l'action (poser un wagon sur la vole de droite. par exemple),alhlt-il représenter chllCUIle des ections élémentaires ( twrner la plaque tournwte d\mquartde toor. per exemple) ? Le proolème est crucial.parceque la flèche exprimant le carectère général de l'action sera de sens contraire è. la flèche spècifique. On observe de fréquentea confusions entre ces dEAlx nivealx de représentation. Néenmoins. les sujets arri'Y8nt. grâce à la vérification. à élaborer des représentations adéquates.
Figure2.
a) Enfant de 8 ws 10 mois: Notations difficilesàrelire
b) Enfant de 9 ws 2 mols: recherche de compromis entre ections gld:lales et locales 3.4. Recherche d'identification des transfOrmationsduréel.
Cette quatrième étape (10 ws environ) est très Importante. Elle ne se traduit généralementp8Spar une améliorationducomJX>rtement. ni dans l'action. très hésitante et confuse, ni dans la représentation. Pwr l'enflmt. il ne s'oglt plus de décrire le :solution en termes d'action propres. mals d'Identifier les transfurmations propresàla situation.Le rot n'est plus de représenter
lA
solution décalverte par un sujet, mais une solution quis'impose en fonction des propriétés particulièresduréel.
Ce chwgement de point de vue radical s'accompagne de nombreuses confusions entre propriétés de l'action, propriétés de l'objet et propriétès de la représentation.On observe. dans les tâches de représentation. l'œbli de contre1ntesdu réel. l'1nvention d'actions non etœctuées w des simulations d'actions qui ont poor bIt de représenterlasolution. mais qui ne laissent bien évidemment lI.lcune trece.Le sujet cherche â simuler le
réel.
me1s l'adulte. lui. ny
voit qu'une simple simulation d'actions.observe cependant quelques éléments nœvelll1Xquiattestent d\rn changement fondamental de point de vue. Par exemple, une flèche peut représenter plusieurs actions semblfbles exéœtée3 en des temps diffi!lrents, les flèches n'ontpasbesoin de suivre le contœr des actions, deux flèches peuvent représenter la même transfurmation, etc.
Figure 3
a) Enfilnt de 10 ans 5 mois: regrœpe-ment de translbrmations
!Il
b)Enfimt de 11ens5mois: recherche de concision et légendes
3.6.
Coordination et communication.JIu. cœrs de cette dernière étape (11 ans), les transformations du réel lV8Ilt été identifiées, le trlMlil consiste à ép.1rer et à organiser la représentation. Il s'agit de coordonner l'expression des ét6f'e3 principale:! de la solution lMlC les tnmsrormations spécifiques 1Il matériel de telle mllllière que la solution représentée soit lisible et
communiCflblelilllltroi.LesSljets n'ont plus besoin de simuler la solution. Quand ils le ront, ils simulent en
mit
la lecture de celle-cipar1Iltru1de manièreàéviter les redondances00lesm~sesinterprétations. 4.ConclusiOB
JIu.coo.rs de ces cinq étapes, l'action jooe un rôle rondamental.Poorréussir la tâche, bien sûr, mais lIlSsi po.1r éltborer sa représentation. Q.,land le b.1t n'est plus de réussir. le sujet observe sa propre action, il la re-présente en la simulant. Selon les étapes. cette simulation a po.1r rot (1) d'assurer la compréhension de la solution, (2) d'llCCOmp8gner la verbalisation. (3) de vérifier la représentation, (4) d'identifier les transformations du réel et (6) d'asSlrer la cohérence et la lisibilité de la représentation po.1r <roi.
Le.slmulauon est 8.Insl nécessaireàla constrocUon de représentations plus fbstraltes qui ne se dégagent que progressivement de l'action. furant cette construction, de sériaJ.x problème3 peuvent Slrgir quantlila :lignification des éléments représentés. Même dans le
cas cil c'est le sujetquidéfinit sa représentation, il peut confundre les propriétés du réel et les propriété3 du média qu'il utilise pour cette représentation. Noos avons vu par ailleurs qu'Il falt distinguer la représentation de:ll a::tlons propres (étapes 2 et 3), de la représentation de transfOrmations plus ebstraites qui s'élaborent plus tardivement (étapes 4 et 6).!IJ prix de nœvelle3 difficultés. ltJ modèle ·pratique" des première3 étepe3 S'oppo3C le modèle conceptuel des dernières étapes.Lepassage d\m modèleàl'llltre s'accompagne srovent de confusions et les comportements à:lservés ne présentent pas un progrès contiJlu en fonction de l'âge.
Ces résultats nws conduisent li furmuler quelques remarques concernant la présentation de modèles de connllissances et de simulationslil'enf8nt,
II
La
compréhension d\m modèle èt1"81t dépend des œtils, généreux et spéciftques. quel'enf8ntIlélllborés: ses possibilités de représentatiOD sont limitéesparsonni'Yea.lde développement. IMmt 10 8IU (mais ce peut être bien plu3 tard selon le domaine). un modèle lIl:lstreit sera rlllDenélisa dimension pratique,n
n'estpasftlcile de diflërencier les interprétations pratiques et conceptuelles d'un modèle.21
Le prœlème ~encore plus aigü dans le=
cil l'on propose une simulation à l'enfant Jllisque celle-ci comporte une part pratique plus import8llte, L'enfant peut apprendre les lIChons edéquates pour f&ire functionner une simulation. Cette compréhension pratique doit bien être distinguée de la compréhension de la théorie que la simulation synthétise.La
simulation propose une lICtivité liéeàune théorie.La
meitrise de cette a::tivité ne se dœblepasrorœment d'une meitrise de la connaissance.3/ Par contre, la simulation peut otfrlr li l'enfant une série d'lICtiv1tés qu'il serait impossible de développer lI.ltrement (en astronomie, par exemple), et l'importance de l'a::tion peur la construction de modèles a bien été mise en évidence plus hSlt. Il ~e cependant que l'lICtion dans le contexte d'une simulation (le contexte infurmatique notamment) est bien éloignée de l'lICtion dllD.ll le réel.Le.simulation 8Jœte des contraintes pratiques qut devront être dlflërenclées des propriétés de la théorie qu'on veut représen ter.
Toos ces point:J méritent d'être pris en considération, fWte de quoi on risque de ne donnerlil'enfant que des savoirs locaux qui donneront l'illusion du général.Labea.tté de la simulation et de ses figures pœrrait laisser loin derrière des modèles bien moins élégllI:lts,
