SÉMIOTIQUE ET FABRICATION EN ÉLECTRONIQUE
une formation d'enseignants en technologie au collège
Manuel VALVERDE*, Bachir KESKESSA*, Jacques BAILLÉ*, Colette ARCHER**, Alix GÉRONIMI**, Marie-Noëlle GRIMAULT**, Jean.Luc MOGNARD**, Dominique T1RMAN**
*Équipe DEA CT, Laboratoire de Sciences de j'Éducation, Université Pierre Mendes France, Grenoble 2, **MAFPEN de Grenoble, Groupe Ressource Technologie
MOTSCLÉS: REGISTRE SÉMIOTIQUE SCHÉMA CHAINE DE PRODUCTION -INCIDENT - TRAITEMENT DE L'INFORMATION
RÉSUMÉ: Les travaux présentés traitent de la construction par des élèves des liens entre divers registres sémiotiques et un objetàfabriquer. Ils montrent qlle : a) la mise à disposition de circuits électroniques matériels entraîne de moins bonnes performances dans le repérage d'anomalies lors de la lecture de schémas; b) une production sérielle n'induit pas spontanément une stabilité du traitement graphique de l'information. Ces résultats nOlis fonclentànous interroger sur la nature des facteurs à prendre en compte en formation pour J'organisation de la production en classe.
SUMMARY : This work concerns the manner in which students construct connections between diverse semiotic types and a to fabricate object. This, work demonstrates that a) the availibility of electronic circuits does not aid performance (in locating faults when reading diagrams), and that b) mass production does not necessarily lead to stability in graphic data processing. These results lead to a discussion concerning the relevant factors involved in orgallizing the production of circuits in class. A. GIORDAN, J.-L. MARTTNAND et D. RAICIIVARG, Acles JIES XX, 1998
1.
INTRODUCTIONCette recherche fait partie d'un ensemble de travaux, encore en cours, menés au sein d'une équipe composée d'enseignants-formateurs en technoiogie en collège et de chercheurs universitaires. Ces travaux sont développés selon deux axes. Dans l'un, on aborde l'étude des relations construites par des élèves entre un objet à fabriquer (ici un circuit électronique) et un schématisme propre à le représenter. Dans l'autre axe, c'est entre le processus de production et l'objet à fabriquer que ces relations sont explorées chez des élèves. Elles sont alors recherchées dans la représentation graphique d'informations sur l'objet au cours de sa fabrication.
Ces deux axes permettent deux approches complémentaires et indissociables sur le rôle et l'impact de l'apprentissage scolaire sur la construction par élèves des liens entre divers registres sémiotiques (Duval, 1995) (ici schémas d'implantation, schéma de principe, représentations graphiques) et le réel. Complémentaires car les opérations, en tant que transformations de la matière (Ladrière, 1977), si elles doivent porter sur le produit à fabriquer, doivent aussi être organisées selon des modalités représentées dans un schématisme propre et fixées par le type de production retenu. Indissociables aussi si l'on accepte avec (Eco, 1992) que la construction et l'usage d'un outil s'inscrivent dans une culture. Cette culture, envisagée avec (Shirose, 1994) comme ensemble des attitudes et des comportements faceàun problème technique, est forgée aussi par le mode de productionàl'œuvre.
2. MODALITÉS DE PRODUCTION ET SITUATIONS INCIUENCIELLES
Cela nous amène à distinguer deux modalités de production dans la classe, l'une sera dite "internaliste" et l'autre "externaliste" (Keskessa, 1997). Dans la modalité intemaliste, le processus de production est fondé et déterminé dans les limites de la classe. Dans la modalité externaliste, le système de production est fondé sur la base des échanges qui se réalisent, au moins au niveau du produit à fabriquer, au-delà de la classe. Ces deux modalités peuvent être assez différentes dans la mesure où, contrairement à la modalité internaliste, la modalité externaliste peut concerner deux ou plusieurs enseignants, deux ou plusieurs classes, deux ou plusieurs organisations spécifiques du travail, pour la fabrication d'un même produit.
Un exemple particulièrement intéressant de situations où l'on peut étudier les effets de facteurs sémiotiques sur la réalisation effective d'un dispositif matériel en électronique est donné par les situations incidencielles. En effet, d'une part, le repérage d'anomalies ou de défauts en cours de fabrication lie les divers schémas et modalités graphiques de représentations aux usages qui leurs sont associés ainsi qu'aux savoirs techniques (Rabardel, 1995) ; d'autre part, dans une modalité externaliste de la production, la construction d'une information sur les incidents en tant qu'événements survenus au produit ou au processus, son stockage et sa communication deviennent une nécessité fonctionnelle.
Cependant les situations incidencielles sont données par les enseignants comme peu susceptibles d'être adaptées aux apprentissages en collège. Les raisons invoquées par eux, et longuement
confortées par leurs pratiques dans la classe, sont de deux ordres essentiellement. L'un matériel et revientàla qualité des composants électroniques lltilisés dans la classe: cette qualité laisse peu ou pas de placeàl'apparition de défauts. L'autre cognitif et met en rapport l'âge et le niveau d'étude moins avancés des élèves face à la grande complexité technique des problèmes que peut soulever l'apparition d'une anomalie ou défaut dans un dispositif matériel. On sait que de telles situations incidencielles constituent aujourd'hui des domaines de spécialité (Bertrand & Weill-Fassina, 1993 ; Morvan, 1995 ; Zwingelstein, 1995) et que les classes concernées par notre recherche ne sont pas àfinalité professionnelle (Maninand, 1994).
De ce fait, l'étude des liens entre les divers registres sémiotiques (schémas, graphiques) et la réalité apparaît envisageable aux enseignants de technologie. Par contre elle le devient beaucoup moins dès lors que les situations incidencielles sont évoquées. Nous avons voulu explorer empiriquement la possibilité d'une telle étude en cherchant un double objectif:
- repérer l'effet de la présence matérielle des circuits électroniques sur la lecture de schémas d'implantation en vue de la détection d'anomalies. C'est un premier axe de travail;
- mettreàjour les relations entre la conception qu'à l'élève du type de production et la représentation graphique de l'information. C'est un second axe.
3. LE PREMIER AXE
Danslepremier axe. 297 élèves de se, 4e et 3e, issus de trois collèges, ont été sollicités pour une expérimentation. Ces élèves ont tous bénéficié des cours de technologie dès la classe de sixième. Sept schémas d'implantation ont été retenus, regroupés en deux catégories correspondant chacune à une modalité graphique: quatre schémas proches du schéma de principe et trois éloignés. Chaque catégorie de schémas compone un schéma juste (sans anomalie) et deux sones d'anomalies: une piste en défaut (omise) et un "shunt" erroné croisé avec une piste en défaut; un septième schéma, proche du schéma de principe, comporte un "shunt" erroné. Il s'agissai t pour les élèves de repérer si les liaisons électriques entre les composants étaient assurées par les pistes sachant que ces composants étaient toujours implantés Correctement par rapport au schéma de principe. L'élève donne ses réponses sur un livret où l'ordre des schémas est rendu aléatoire. Pour une moitié de ces élèves les circuits matériels étaient disponibles.
Un premier résultat montre que la réussite dans le repérage des schémas sans anomalie (schémas justes) est peu élevée (environ 24%) et ne dépend pas significativement du fait que le schéma d'implantation soit proche ou éloigné du schéma de principe ou de la présence ou non des circuits. Ce résultat va dans le sens de l'analyse que font Benrand et Weill-Fassina (1993) de la difficulté qu'il y a,ycompris pour un opérateur professionnel,àrepérer une panne dans un dispositif matériel. Par contre, la réussite globale est significativement meilleure (p < .007) avec trois schémas proches du schéma de principe (schéma juste et avec anomalies) contre leurs correspondants éloignés du schéma de principe. Un second résultat, paradoxal en apparence, indique que la miseàdisposition des circuits électroniques entraîne significativement (p <.(02)de moins bonnes performances dans le
repérage d'anomalies. Ces résultats donnent il penser que le circuit électronique pourrait être envisagé comme un autre registre de représentation qui augmenterait les conversions nécessaires d'un registre sémiotiqueà l'autre lors du repérage d'anomalies. L'augmentation de ces conversions se traduirait alors par une augmentation de ce que Sweller et Chandler (1992, 1994) ainsi que Zhang et Nonnan (1994) interprétent comme une prégnance de facteurs externes (ici la forme des pistes, la disposition des composants, la nature graphique ou matérielle des signifiants manipulés) dans une situation problème(icile repérage d'anomalies). Cette prégnance de facteurs externes affecterait la réussite dans le repérage des anomalies.
4. LE DEUXIÈME AXE
Dans le deuxième axe, 48 élèves de 3e issus de quatre classes d'un même collège ont été sollicités. Ces élèves simulent la production à la chaîne d'un variateur de lumière en cinq séries de dix exemplaires chacune. Chaque élève participe à quelques-unes des transformations technologiques au sein d'une petite équipe de trois à quatre élèves. Chaque série passe d'une équipe à une autre et d'une classeàune autre au cours de la fabrication. Il s'agissait pour les élèves de relever, pour chaque série et en cours de fabrication, les éventllels événements (anomalies ou défauts) afin de les analyser et d'en mémoriser, sur un tableau fourniàcet effet, la nature, la ou les causes possibles, les effets ainsi que les actions correctives.
Et si de tels événements étaient relevés, les élèves devaient en donner une mémorisation graphique à partir de deux variables: les événements, leur nombre. Ces deux variables, matérialisées par deux lignes perpendiculaires sur un papier quadrillé, fourni aussi, étaient accompagnées de la consigne: construire un graphique. Chaque série devait être accompagnée de son graphique, à construire au fur et à mesure de la circulation de cette série entre les équipes d'élèves et entre les classes.
Un premier résultat montre qu'à l'issue de douze séances de fabrication, 52 événements ont été repérés par les élèves sur les circuits électroniques. Ces événements ont été analysés et relevés sur les tableaux fournis àcel effet. Ces relevés montrent que 80% de ces événements sont dus à une mauvaise soudure, un mauvais perçage des plaques ou une erreur de contrôle. Ce pourcentage dépasse les 90% si l'on ajoute les erreurs d'implantation de composants. Un premier effet sur les enseignants et les élèves est que si la fréquence des soudures non réussies était plus ou moins perçue intuitivement dans la classe, les effets des autres événements sur la fréquence cumulée apparaissaient surprenants. D'où une première nécessité immédiatement induite par les enseignants et les élèves: la réduction de ces trois sortes d'événements pourrait amener une amélioration des produits de plus de 90%; et cette réduction semble envisageable.
Un deuxième résultat soulève la question de la notion de chaîne de production et de sa stabilité. En effet, si quatre graphiques ont été produits (car très peu de traces ont été laissées pour une des cinq séries), aucun ne l'a été relativement aux deux variables données (événements; nombre). Plusieurs modifications de ces deux variables ainsi que des signifiants graphiques ont été produites. Par exemple, le graphique obtenu pour la série N°l résulte de quatre productions graphiques. La nature de
l'événement (par exemple, soudure mal faite) est associée soit il un nombre sans autre spécification (dans deux cas) soit il des pièces, identifiables dans la série par leurs numéros d'ordre (dans deux cas). Sur un total de 20 productions graphiques, 12 donnent les pièces affectées par les événements ou le nombre de ces pièces, etc. Ces pièces sont traduites aussi par des cases hachurées ou par des croix inscrites dans des cases qui indiquent le numéro d'ordre de la pièce, etc. On obtient ainsi pour chacune des quatre séries une juxtaposition de graphiques différents.
Les difficultés soulevées par le traitement visuel des variables, leur codage et l'analyse de la situation dont on mémorise graphiquement l'infomlation (Baillé, 1991 ; Baillé & Vallerie, 1993) sont d'autant plus flagrantes ici que la simulation effective d'une con.struction commune de l'information, de sa mise en circulation, au sujet d'événements sont matériellement vécues.
L'analyse des graphiques ci-dessus oriente vers deux interprétations, dans l'une tout laisseà penser que la simulation effective d'une production il la chaîne ne suffit pas pour induire chez l'élève la nécessité d'une traduction graphique cohérente et homogène d'une information sur le produit et sur le processus qui le génère. Tout se passe comme si une équipe d'élèves était beaucoup plus centrée sur la traduction graphique d'événements vécus par elle lors d'une étape de transformation sans trop percevoir la nécessité d'une information globale sur l'ensemble des étapes de transformation. L'autre interprétation toucheàla prégnance de certains éléments souvent présents dans les activités de représentation d'objets ou de tâches il exécuter dans la classe de technologie. Il s'agit notamment de toutes les information traduites ou il élaborer au moyen de tables, tableaux et où un ordre de lecture ou de construction ou encore d'exploitation deviennent palfois essentiels. Celte prégnance révèle un trait de culture de la classe de technologie qui semble avoir eu un effet dans la mesure oÜ l'attention semble avoir été portée par l'élève plus sur la pièce que sur le nombre d'événements relevés par exemple.
Le traitement d'une tâche où intervient une modalité graphique de représentation dépend des représentations cognitives de cette représentation (Levelt 1982a, 1982b, 1989).
5. POUR TERMINER
L'ensemble de ces résultats pointent la pertinence des lJuestions suivantes pour la recherche et la formation d'enseignants en technologie:
alÀquoi sert un schéma de principe? Comment utilise-t-on les signes qui composent le schéma de principe?
Proposer des schémas d'implantation très différents pour un même schéma de principe semble approprié pour la construction des savoirs et savoir-faire en électronique. La variabilité des contraintes matérielles permet d'induire la nécessité d'une réorganisation des processus de lecture et des usages des éléments (signes) du schéma de principe et des mises en rapport de ces éléments avec des contenus d'expériences (fonction de ces signes).
b) Comment réduire les effets perturbateurs des· conversions d'une modalité de représentation graphiqueàune autre entre la sixième et la troisième du collège?
Les résultats évoqués plus haut permettent de faire l'hypothèse que la recherche d'anomalies, combinée avec la prise en compte des modalités graphiCJues de représentation, offrent des possibilités pour le développement d'une flexibilité cognitive dans les opérations de conversion d'un schéma à un autre. Le repérage d'une anomalie serait ainsi la manifeswtion d'un niveau d'analyse cognitivement plus élaboré et qui résulterait alors d'une meilleure assimilation de la notion de schéma de principe, intermédiaire incontoumable dans ce domaine technologique.
c) Quelle pertinence didactique accorder aux situations de type incidencielles dans un système de production dédiéàl'enseignement et l'apprentissage?
Ilsemble utile d'amener les enseignants àêtre en mesure de pointer les situations incidencielles. Mieux cerner ces situation et les exploiter pour les analyser éclaireraient les actionsàentreprendre avec les élèves en cours de production.
d) Quelles relations privilégier entre des pratiques à acquérir et la structuration des opérations mentales qui les accompagnent, et le type de production retenu dans la classe?
Ils'agit, en collège, encore d'enseignement général. Lieràun vécu provoqué quelques savoir-faire, même justifiés empiriquement, semble incontournable. Une approche diversifiée sur les types de production, le type d'outils utilisés devraient s'accompagner d'une étude critique des usages.
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