ORDINATEUR POUR L'APPRENTISSAGE DANS
L'EDUCATION SCIENTIFIQUE A L'ECOLE MOYENNE
Giuseppe MARUCCI
Ministère de l'Education Nationale - Rome
MOTS-CLES: INFORMATIQUE - APPRENTISSAGE - SIMULATION· COLLEGE.
RESUME : La recherche montre commentilest possible d'utiliser la simulation et la représentation graphique sur ordinateur pour améliorer l'apprentissage de compétence de caractère abstrait
SUMMARY : The researches carried-out showed how simulation and graphies at computers wouId improve abstraet proficiency leaming.
1. INTRODUCTION
Intégrer l'ordinateur dans le domaine de la didactique est un des aspects importants de la formation. Pour réaliser cette intégration,ilfaut former les enseignants, disposer de logiciels de qualité. A cette fin, il est nécessaire d'intégrer l'ordinateur et, en particulier le logiciel, dans un projet didactique et d'expérimenter et de valider les propositions avant de les faire circuler.
Cequiposeune série de questions:
- A quelles théories d'enseignement et de conception d'apprentissage se référer?
- Quel "continuum" de stratégies didactiques et d'utilisation de logiciel a-t-on l'intention de créer? - Jusqu'à quel point le logiciel simplifie-t-illa complexité du processus didactique?
- Commentdécrirele "valeur ajoutée" obtenue par intégration de l'ordinateur en didactique?
Dans le société actuelle, un des principaux objectifs de l'école pourrait être de développer les capacités suivantes : auto-information, communication, résolution des problèmes et abstraction. Atteindre ces objectifs, grâce à une action éducative, devient particulièrement important au niveau de l'école obligatoire, ceci par rapport au développement psychologique des élèves.
La technologie informatique peut-elle contribuer, de façon déterminante, au développement de ces capacités, ainsi qu'il en ressort des travaux de nombreux chercheurs? Les recherches conduites parS. PAPERTsuggèrent par exemple l'idée que l'ordinateur n'est pas un instrument restrictif par rapport aux expériences des enfants, dans le cadre d'apprentissage de compétences complexes. Au contraire, l'ordinateur permet des parcours plus originaux que la didactique traditionnelle, stimulant la créativité individuelle et le développement des compétences de caractère abstrait.
L'infonnatique favorise, en particulier, l'" abstraction réflexive" où les idées naissent chez les individus à partir d'une réflexion sur les résultats de son activité intellectuelle antérieure. Tout cela met donc en cause les caractéristiques et surtout la qualité du logiciel éventuellement employé.
Dans l'état actuel des choses, d'ailleurs, il n'existe pas de standard d'évaluation de logiciel reconnu universellement. Il existe seulement différentes grilles qui permettent l'examen général d'un didacticiel, comme celles conçues par A. GIORDAN (1986) dans le cadre des travaux du L.D.E.S.
Aujourd'hui, à l'école, ilfaudrait développer davantage l'aptitude à intégrer et àutiliser les instruments graphiques comme support d'une approche scientifique de la réalité.
Un objectif tout particulier de notre expérimentation est d'utiliser des graphiquesàla place d'autres instruments mathématiques, pour représenter des phénomènes, les interpréter et faire des prévisions.
2. LA SIMULATION ET LA REPRESENTATION GRAPHIQUE
L'attention croissante portéeàla simulation en didactique est aussi due aux énormes avantages que celle-ci offre (Simuler signifie créer ou utiliser des modèles de références, en particulier des modèles mathématiques de phénomènes réels.) :
- Onpeut accéder à l'inf'miment petit comme l'infiniment grand ;
-Lasimulation complète les exercices en laboratoire quand les expériences sont dangereuses ou impossibles à concevoir ;
- En général. elle permet l'analyse et l'étude du réel par l'intermédiaire d'un modèle.
En particulier, les différents paramètres peuvent être modifiés au choix de l'élève, des hypothèses formulées et des expériences réalisées et ainsi lui permettre de corroborer ses prédictions. de prendre conscience de leurs importances respectives ou synergétiques. des facteurs intervenus; et par là. de mieux appréhender le modèle. d'en dégager son champ d'application et ses limites (A.GIORDAN, 1983). C'est pourquoi, la simulation convient particulièrement bien à l'analyse des phénomènes physiques qui constituent la discipline objet de notre recherche.
Dans la simulation par ordinateur, c'est la représentation iconique qui est essentielle et qui, plus généralement. jour un rôle très important au niveau de l'apprentissage.Legraphique est un cas particulier de représentation iconique; qu'ils soient cartésiens ou non, nous utilisons ces graphiques dans le cadre de notre recherche.
3. DELIMITATION DE CHAMP
Notre expérimentation se propose d'évaluer des didacticiels utilisés pour l'apprentissage afin de fournir des critères de références qui puissent éventuellement être standardisés et inclus dans une grille plus générale d'évaluation et de donner des indications sur la typologie du logiciel à réaliser.
Parmi les différents types de didacticiels : E.A.O.• de simulation, tutoriel. d'exercices d'entraînement. ludique, problem-solving, etc.... nous avons choisi le didacticiel de simulation.
Afin de mener cette étude, nous avons sélectionné quelques concepts scientifiques qui sont généralement au programme, en sciences dans le cycle secondaire (posant beaucoup de difficultés aux professeurs qui se replient souvent sur des exposés "livresques").
En expérimentant des programmes de simulation intégrés en didactique. nous voulons vérifier une première hypothèseàla base de tout notre travail.Lasimulation peut-elle être un instrument important pour l'acquisition de cette "valeur ajoutée" dans le développement de la capacité d'intuition et de compréhension profonde. dans la résolution des problèmes, en particulier de caractère scientifiques?
En expérimentant des programmes de simulation intégrée en didactique. nous voulons vérifier une première hypothèseàla base de tout notre travail.Lasimulation peut-elle être un instrument important pour l'acquisition de cette "valeur ajoutée" dans le développement de la capacité d'intuition et de compréhension profonde. dans la résolution des problèmes, en particulier de caractère scientifique?
Passer du concret à un certain niveau d'abstraction et vice-versa est inhérent à la démarche des sciences expérimentales. C'est exactement ce que permet la simulation (KARPLUS. 1971; VIOVY, 1986). L'ordinateur permet de concrétiser le domaine formel(GIORDAN, 1983).
On connaît bien le rôle des modèles dans le processus de connaissance de la réalité. La simulation permet une modalité de travail sur un modèle matériel ou mathématiques.
Dès lors, dans certains cas. peut-on accélérer les processus d'acquisition, les développer ou seulement les rendre possibles.
SCHEMA 1
HYPOTHESE 1 A P EXPERIENCE P ABSTRAITE _...---~
--...
EXPERIENCE REELLE N EXPERIENCE REELLE
(NIVEAU 1) _ _ _ _ 1T (NIVEAU 2) S S A G E
SCHEMA II
UYrOTHESE 2 CONNAISSANCE CONCRETE CONNAISSANCE ABSTRAITEREPRESENTATION
GRAPHIQUE CONNAISSANCE COMMUNE/
CONNAISSANCE SCIENTIFIQUEPour vérifier cette seconde hypothèse, nous nous centrerons sur la représentation graphique cartésienne comme représentation du lien qui existe entre les grandeurs variables décrites dans un phénomène physique.
En particulier, nous souhaitons vérifier que la représentation graphique des phénomènes est bien l'instrument qui convient pour lier l'expérience réelle commune et, donc, la connaissance concrète, à la connaissance scolaire et, plus généralementàla connaissance scientifique qui privilégie souvent la connaissance abstraite (schéma 1).
II est en effet démontré que l'on obtient plus de succès - intuition plus grande, meilleure compréhension des phénomènes - grâce aux représentations graphiques plutôt que par des suites équivalentes de nombres (BORK, 1981).
4. METHODOLOGIE
Pour mettre au point la méthodologie, nous avons prévu deux phases dans l'expérimentation (durée totale: 2 ans).
Dans la première phase, nous nous proposons de mesurer l'importance des hypothèses formulées, sur un échantillon limité d'élèves (20 élèves).
Dans la deuxième phase, nous pensons étendre les résultatsàun groupe plus important (100 élèves), en cherchant des confirmations et des développements.
Au cours de notre recherche et expérimentation, nous choisirons des didacticiels de simulation et des classes familiarisées avec l'ordinateur. cette étude se feraàl'école secondaire (collège d'orientation). Pour la première année, nous choisirons une classe de "terza" (14 ans). Pour la deuxième année, une classe de "prima" (12 ans) avec le même professeur ayant participéàla première classe.
Dans les deux cas, nous ferons appelàun groupe de contrôle dans la même école (caractéristiques identiques).
Les phénomènes physiques objets de simulation seront présentés d'une manière très simple. La première année, ce sera la lumière; la deuxième année, température et chaleur.
Les élèves réaliseront aussi bien l'expérience réelle que l'expérience simulées d'un même phénomène physique. Ces expériences seront réalisées en petits groupes, afin de pennettre une participation "active"àla saisie des données et à leur élaboration.
considéré
TRAVAUX EXPERIMENTAUX
1ère Année : REFRACTION DE LA LUMIEREa) Situationdedépart
/lumière 3 tests à réponses multiples sur :-angles
"graphiques b) Expérience réelle (groupede5 élèves)
Sur les angles d'incidence etderéfraction. c) Elaborationàl'ordinateur des données
- Calculer les rapports Y
IX
=ilr=K - Représenter les graphiques correspondants d) Simulation de l'expérience à l'ordinateur- Vérifier (x) r en correspondance de (y) i
- Faire des interpolations et des extrapolations graphiques e) Situation d'arrivée
Testàréponses multiples sur les graphiques
2ème Année : lEMPERAlURE ET CHALEUR a) Situationdedépart
graphique 2 testsàréponses mu1tiples<
température et chaleur b) Expérience réelle sur : température-chaleur/système en équilibre
Description des variables et des échanges de chaleur entre les divers éléments du sytème
c) Simulation de l'expérience à l'ordinateur
- Mise en évidence des éléments du systèmeàconsidérer - Analyse des graphiques correspondants aux divers paramètres
- Généraliser untypede graphique pour décrire le phénomène (formule correspondante)
d) Situation d'arrivée
",graphique 2 tests à réponses mu1ùiples sur
