Conception, expérimentation de logiciels d’enseignement et théorie didactique.
Joël Briand M.C.Mathématiques
IUFM d’Aquitaine
Laboratoire DAEST université Bordeaux 2
Dès 1985, les recherches en didactique des mathématiques conduites au LADIST de Bordeaux 1 puis, plus tard, au DAEST de Bordeaux 2 ont pris en compte le logiciel dans l’acte d’enseignement. Les équipes de recherche ont été amenées à concevoir, réaliser, puis faire réaliser ces logiciels.
L’objectif de cette communication est de :
Mettre en perspective, à l’aide d’un exemple, les résultats de recherches en didactique des mathématiques, les logiciels qui en émanent, et les logiciels de grande diffusion,
Mettre en évidence un exemple de « régression » lors de la mise en place de situations d’enseignement utilisant un logiciel,
Réfléchir à la place des logiciels dans une situation d’enseignement, Etudier leur influence sur la négociation didactique,
Etudier les critères dominants qui président à la fabrication de logiciels, Pointer l’intérêt de logiciels d’enseignement en formation des enseignants.
Evoquer brièvement les contraintes de réalisation d’un produit multi-média en France.
Préambule : le didacticiel: sa place dans une situation d'enseignement:
Une définition
J’ai déjà proposé une définition du terme didacticiel en le rapprochant de celui de situation :
« Un didacticiel est un logiciel dont le déroulement du (d'un) scénario qui y est proposé contribue à établir un ensemble de rapports explicites et/ou implicites entre un élève ou un groupe d'élève(s), un certain milieu (comprenant le logiciel et son scénario) et un système éducatif (le professeur) aux fins de leur faire approprier un savoir constitué ou en voie de constitution ». En général, le didacticiel est souvent plongé dans une situation d'enseignement plus complexe, sauf s’il fonctionne comme un tutoriel dans une relation duelle, élève-ordinateur. Une première remarque : dès qu'il est utilisé dans une classe, le logiciel d'enseignement n’est pas, à lui seul, la situation didactique du moment. Il concourt à l'organisation et à la caractérisation de cette situation, mais il en est seulement une des composantes.
La difficulté à organiser une situation et l’apport possible de logiciels
Une situation didactique conduit le professeur à prendre de nombreuses décisions, à en voir les conséquences, à prévoir les effets de certaines de ses décisions, pour permettre l'adaptation aux élèves. Elle doit autoriser diverses stratégies, correspondant aux différents points de vue, pertinents ou non, que les enfants peuvent avoir sur le sujet et répondre à ces comportements par des réactions appropriées. Elle doit exiger de l'élève un projet personnel et des relations sociales variées communications débats ou négociations, etc. Ces situations qui satisfont ces conditions sont donc très complexes et difficiles à gérer. C’est pourquoi on les trouve rarement dans l'enseignement classique. De plus, à supposer que les professeurs travaillent dans ce sens, encore s'agit-il d'avoir repéré ces situations et leurs variables au regard de l'apprentissage visé. Il est bien difficile de se les approprier, de les reproduire et de les utiliser facilement en classe. Un logiciel ouvre, dans ce domaine, de grandes possibilités : la partie de ces situations complexes qui consiste à prendre en compte de nombreuses stratégies d’élèves et à leur appliquer des rétro- actions diversifiés peut, le plus souvent être confiée à un logiciel, de sorte que leur présentation aux élèves va s’en trouver considérablement simplifiée.
Une étude de logiciels autour de la construction des premiers nombres :
Type d’apprentissage :
Pour cet exposé, nous nous placerons dans les conditions de fonctionnement de situations d’enseignement en milieu scolaire. (appelées situations adidactiques [Brousseau 1986]) permettant l’acquisition de savoirs dans des conditions d’apprentissage par adaptation. En référence à la théorie piagétienne, on fait l’hypothèse psychologique suivante : le sujet apprend en s’adaptant (assimilation ou adaptation) à un milieu [Brousseau, Margolinas 1999] qui est producteur de contradictions, de déséquilibres. Cette hypothèse nous conduit à construire des situations dans lesquelles le sujet peut apprendre en s’adaptant à un milieu. Dans cette perspective, le professeur est l’organisateur des activités de l’élève avec le milieu. C’est lui qui doit choisir les situations les mieux adaptées. Le milieu est alors un système antagoniste du système enseigné. [Frégona 1995]
Nous avons dit que l’outil informatique est un auxiliaire privilégié pour mettre en scène, simuler, donc pour créer un milieu propre à la construction de situation d’apprentissage. Pour autant, les logiciels diffusés actuellement prennent rarement ce parti :
Un exemple de construction des premiers nombres chez de jeunes enfants Voici un extrait d’un logiciel vendu, il y a quelques années, dans le commerce :
Jouons à combien j’ai d’objets (musique) : « salut, je m’appelle rosalie, jouons à combien j’ai d’objets : peux-tu mettre le même nombre d’objets ?» (l’élève pose, à l’aide d’un clic de souris sur les nuages, des animaux).
Analysons le type d’apprentissage :
- La solution est dans la consigne alors que le logiciel annonce une situation d’apprentissage du nombre. Le terme apprentissage n’est donc pas utilisé dans une approche constructiviste.
- L’élève ne peut répondre juste s’il ne dispose pas du savoir « déjà là ».
- Il ne s’agit pas uniquement d’être capable de contrôler le nombre d’éléments d’une collection, mais de savoir lire une écriture experte : « 2 » en l’occurrence
- L’erreur produit des effets qui ne sont pas internes à la situation, donc des effets qui entretiennent une relation de dépendance (ici à « Rosalie »).
- La confrontation avec le milieu matériel (même virtuel) comme moyen de vérifier est conçue comme une récompense (en cas de réussite seulement)…
Tous les logiciels ne sont pas aussi caricaturaux, mais les nouvelles technologies peuvent facilement remettre en scène les méthodes d’enseignement les plus éculées.
La situation fondamentale du nombre
La situation fondamentale du nombre, c’est à dire un ensemble de situations qui produisent les nombres comme savoir, a été modélisée à partir de travaux en didactique des mathématiques [C.Meljac1970, G.Brousseau et coll.1980-90, El Bouazzaoui 1980, B.Villegas 1986] : Il
Si réussite , alors : « c’est bien 2 ». Si échec, « eh ! c’est pas pareil (rire) » ou « tu t’es trompé ». Le rideau de droite reste tiré.
s’agissait d’élaborer un milieu (même si ce terme n’était pas mis en avant à l’époque) dans lequel l’élève a à produire une collection d’objets équipotente à une collection de référence, hors la présence de cette dernière : le nombre est la solution. Cette situation évoluera durant tout le cycle 2.
Reprenons l’exemple connu d’une réalisation de la situation fondamentale en classe de grande section, donc dans le domaine des premiers nombres :
Différentes variantes : autocommunication (avec possibilité d’écrire ou non), autocommunication différée dans le temps ; communications écrite ou orale.
Dans le cas de communications, il y a un émetteur et un récepteur ; l’enseignant peut parfois être le récepteur : la gestion est plus simple, et le traitement des erreurs plus facile ; mais la prise en charge du problème par les élèves est moins importante.
On peut faire varier :
le nombre d’objets bien sûr, la taille des objets ( arbres de la cour, ou gommettes…), première collection dessinée ou avec de vrais objets, objets identiques ou induisant une partition de la collection ; collection organisée en paquets (quelconques ou « égaux », de dix) ou bien en
« rectangle », etc. Pour la deuxième collection : on peut avoir à choisir parmi des collections déjà préparées. Enfin, selon la nature des objets, la correspondance terme à terme lors de la vérification a-t-elle un sens ?
La question qui nous préoccupe est alors : comment se servir de l’outil informatique pour contribuer à une utilisation plus aisée de la situation fondamentale du nombre, tout en étudiant l’effet des modifications du milieu créées par le logiciel ?
Modélisation sur ordinateur
Reprenons le travail effectué en 1985-1992 sur les logiciels « A nous les nombres », « A nous les décimaux ». Au cours de ces années de recherche, nous avons mis au point un ensemble de six logiciels. Prenons l’exemple du deuxième logiciel qui propose un milieu proche de celui proposé dans les situations vues ci-dessus :
Une page écran constitue le tableau de bord du professeur : il pourra modifier la valeur des variables didactiques :
Les élèves, quant à eux travaillent sur une page écran qui leur est propre :
Le scénario, est en bref, le suivant : il s’agit de produire, par un clic clavier, les barques qu’il faut pour que les lapins puissent avoir chacun leur barque. Les oiseaux et les papillons sont ici des informations à écarter. Dans l’exemple, il y a 10 lapins et l’enfant vient d’appeler 7 barques. Bien sûr, la consigne ne consiste pas à dire « compte les lapins… », puisqu’il s’agit d’une méthode de résolution attendue.
Les effets positifs et les erreurs de conception
Lors de ces travaux, nous avions observé :
- Un grand intérêt des enfants pour le « passage à l’ordinateur »,
- Une réduction du temps didactique (mise en scène, deuxième essai facile à remettre en scène),
- mais aussi des situations de blocage séparant les élèves qui savaient « dire » les nombres, de ceux qui n’en étaient pas capables : les premières versions du logiciel n’envisageaient pas la possibilité de produire de l’écrit, et, qui plus est, un écrit évolutif, c’est à dire un écrit lui-même lieu de production du savoir. Or les travaux sur lesquels nous nous basions [Pérès 1985-88]
avaient montré l’importance du travail sémiotique dans la construction du nombre. Cette option fut négligée en début de recherche : il s’agissait donc d’une régression dans la qualité de conception de la situation. Il fallait réintroduire l’écrit dans la situation utilisant l’ordinateur comme milieu objectif : cette modification de la situation nécessite une modification mineure du point de vue informatique. Elle se règle dans la classe à condition que le logiciel s’y prête. Elle
est vitale du point de vue enseignement. Il a donc fallu modifier le scénario de l’utilisation du logiciel : un enfant, devant l’ordinateur, écrit à un autre, qui viendra devant la machine une fois les lapins partis. A la vue du message écrit, il appellera les barques qui conviennent. Ecrivain et lecteur constateront ensemble si la communication écrite a bien fonctionné en plaçant les lapins dans les barques :
Voici quelques réalisation issues d’un tel scénario en début de grande section : (remarque : les élèves ne dessinent pas ce qu’ils voient, mais ce qu’ils anticipent)
Les élèves retrouvent alors un milieu propice au débat (grâce à un travail réflexif sur leurs écrits), débat qui va permettre, dialectiquement, de :
- concevoir, petit à petit le nombre, en travaillant l’écrit,
- progresser vers l’écriture conventionnelle des premiers nombres
Dès lors nous pouvions à nouveau travailler, à l’aide des logiciels, en retrouvant le milieu des écritures propres à la construction des premiers nombres.
La transposition en milieu commercial :
D’autres logiciels du commerce, en faisant (allusivement) référence à nos travaux mirent ces situations en scène : prenons l’exemple d’Adibou :
On voit ici que, pour organiser l’activité, des variantes ont été ajoutées qui n’ont pas à voir avec l’apprentissage visé. En particulier, le contrôle des collections est brouillé. On retrouve les effets classiques de l’enseignement en ostension : on demande de compter lorsque la collection de référence est absente. Les niveaux de difficulté du jeu ne prennent pas en compte cette présence, puis cette absence de la collection de référence ! Dans ce logiciel, la complexité du niveau 3 est plus faible que celle du niveau 2. Et, bien sûr, il n’est pas question d’écrit, puisque cela suppose une organisation « autour du logiciel » dans un milieu scolaire.
Plus généralement, à cause de contraintes commerciales, les éditeurs s’adressent autant aux parents et aux enfants, qu’aux enseignants et aux élèves. D’où des approches de type jeux vidéo : -Ecrans saturés en effets, en motifs,
-Erreur signalée,
-Standard culturels contestables (musique grave pour l’erreur, etc.), -Niveau de jeu fantaisistes,
-Pas de scénario adaptable par l’enseignant.
-Pas d’allers et retours possibles entre écran et d’autres milieux matériels.
Rôles repérés du logiciel :
Le didacticiel, élément du Processus
Les apports de la didactique ne se réduisent pas à ce qui peut se mettre dans l'ordinateur, et l'usage de l'appareil n’est qu'un moment du processus. Nous l’avons vu pour l’organisation de travaux écrits. Mais l'apprentissage se poursuit aussi entre deux passages à l'ordinateur, par exemple en :
-cherchant à comprendre la situation -élaborant des stratégies
-débattant avec d'autres élèves des questions soulevées -communiquant les solutions
-mémorisant certaines procédures
-faisant des exercices d'entraînements (activités qui occupent la majeure partie du temps1).
Le didacticiel : influe sur la négociation didactique:
C'est en prenant en compte les concepts de contrat didactique que l'on a pu montrer qu'un logiciel d'enseignement pouvait influer sur la négociation de ce contrat:
En particulier, il permet de mettre une distance entre le problème posé et l'enseignant. Or nous savons qu'un obstacle important dans une action d'enseignement est la difficulté pour l’enfant d'expliciter les connaissances indépendamment de la personne qui l'organise afin de s’approprier le problème. (cf.dévolution d'un problème). Toutefois, les premiers travaux ont montré que
1De cette façon, un seul appareil dans une classe peut suffire pour améliorer considérablement le rapport des élèves avec le savoir, avec son apprentissage et avec son professeur.
l'enseignant étant déchargé d'une partie de la mise en scène de la situation, avait tendance à moins bien accepter la nécessaire phase de désappointement de l’élève devant une situation proposée par l’ordinateur, ce qui peut constituer alors un obstacle à la dévolution de cette situation. [Briand 1985 "situation didactique et logiciel d'enseignement" ]. L'enseignant doit être sensible à ce problème et agir en professionnel afin de ne pas perdre le bénéfice que peut apporter le logiciel.
Le didacticiel: facilite la communication, aux professeurs, de nouvelles situations didactiques:
Nous avons souvent utilisé le didacticiel, destiné d'abord aux élèves, afin de décrire les situations aux professeurs. Le fait que le didacticiel mette en scène cette situation facilite grandement le travail du formateur de professeurs.
Le professeur peut découvrir une situation comme le fera l'élève sans qu'il soit nécessaire de la décrire, de l’expliquer, de la justifier pour qu'il puisse la concevoir. Il peut à volonté examiner les effets du choix des valeurs des variables à la lumière de son expérience antérieure. Ainsi, le savoir visé s'en trouve beaucoup mieux défini et les rôles des élèves et du professeur dans son acquisition, mieux connus. On voit tous les avantages de l'utilisation de tels logiciels en formation des professeurs.
Le didacticiel : réalisation, évaluation.
Réalisation:
Les logiciels d'enseignement participent à la caractérisation des situations didactiques. Réduire la réalisation des logiciels à une négociation entre des informaticiens et des praticiens pourrait, à terme, conduire à la simple (re)-production de situations d'enseignement déjà existante. Bien sûr, il est très utile de développer des logiciels qui apporteront de façon indiscutable, des "plus" dans des pratiques connues, mais si l'on se contente de cette approche, il n'y aura pas d'évolution décisive autre que celle de la technologie même du logiciel. J'utiliserai une, comparaison avec le monde de la construction automobile : un constructeur automobile ne fonde pas la réalisation de ses futurs modèles sur une seule collaboration avec des automobilistes. D'autre part, il ne naît pas tous les jours un Monsieur Diesel, ou Dunlop, qui, de façon isolée, produit des concepts remettant profondément en cause en l'améliorant, celui de l'automobile. Un constructeur possède donc un bureau d'étude dont la fonction est de faire ce "pas de côté", de prendre le recul nécessaire qui le mettra, par exemple, en rapport avec d'autres bureaux d'études dans des secteurs a priori plus éloignés du secteur de l'automobile, d'élaborer des produits nouveaux qui ne soient pas seulement une amélioration des produits déjà existants. Le bureau d'étude n’est pas assujetti à la production immédiate, mais il rend des comptes à la production. Il n'est pas d'une rentabilité immédiate, mais les constructeurs qui ont misés sur des bureaux d'études importants ont fait avancer le concept de l'automobile.
La recherche de situations d'enseignement nouvelles, permettant de vaincre des obstacles d'apprentissages, passe de la même façon par cette cohabitation entre la production en cours et la recherche type bureau d'études.
Ainsi, les didacticiels, en ce qu'ils sont une situation d'enseignement ne devraient pas échapper à la règle. La réalisation d'un didacticiel devrait donc s'effectuer à l'intérieur d'une recherche. La conception du didacticiel resterait liée aux travaux des chercheurs en didactique, l'étude des
conditions de mise en oeuvre dans la classe et l'influence sur la situation didactique étant une partie essentielle de la recherche. Bien sûr, cette démarche est coûteuse en temps, en énergie et suppose une méthodologie rigoureuse.
Evaluation:
Le didacticiel apporte une nouveauté importante: il contient, dans sa conception, une partie de la mise en scène, donc du déroulement de la leçon. Cette nouveauté a maintenu l'ambiguïté qui consiste à croire qu'il est TOUTE la situation d'enseignement. Or, comme nous l'avons dit, le didacticiel n'est pas la seule composante de la situation d'enseignement. Ainsi, vouloir évaluer le logiciel d'enseignement, en ayant comme objectif son "intérêt pour la classe" révèle une naïveté.
Pour le didacticien, il sera plus utile et pertinent d'évaluer la situation complète que le logiciel lui- même. Bien sûr, tout comme un livre, il est naturel de vouloir faire une évaluation du logiciel seul, mais cela ne saurait être suffisant. Cela conduit aussi à la question : Qui évalue un logiciel?
Un didacticiel est un produit qui va circuler, dès sa naissance dans "plusieurs mains". Le concepteur, le réalisateur, le diffuseur, le grand public, les enseignants, les utilisateurs (les enfants), les parents, les décideurs du ministère.
Chacune de ces classes a son mot à dire dans l'évaluation. Il faudrait analyser de près les intérêts et les sensibilités parfois opposés de chacun de ces partenaires pour pouvoir mieux décrypter l'histoire des typologies d'évaluation des didacticiels. Nous ne le ferons pas ici. Nous donnerons seulement l'exemple de notre expérience lorsqu'il s'est agit de construire 6 logiciels pour la construction du nombre:
La seule évaluation que nous retenons, lors de nos travaux, est celle du logiciel en situation d'enseignement, C’est à dire que nous évaluons la situation d'enseignement elle-même. Sans détailler, ici, cette évaluation nous pouvons évoquer les points que nous avons constamment en vue:
-La situation est elle productrice de connaissances?
-La situation est elle un simple contrôle de connaissances ? -Etait-ce le but?
-L'enfant s'approprie-t-il la situation pour en faire SON problème?
-L'enfant répond-il aux sollicitations parce qu'il veut faire plaisir au professeur?
Cela nous a permis de modifier profondément certaines parties des logiciels, modifications qui n'auraient pas été conduites si une équipe de chercheurs n'avait continué à évaluer la situation d'enseignement, indépendamment du logiciel lui-même.
Pour autant, je propose en annexe, une grille d’analyse de logiciels, espèce de compromis entre l’évaluation technique et l’acte pédagogique en classe.
GRILLE D’ANALYSE DES LOGICIELS
1) Aspects didactiques
1.1 Quelles sont les notions mathématiques visées ?
1.2 Quelles sont les connaissances nécessaires pour comprendre la consigne ?
1.3 La ou les notions visées sont-elles nécessaires pour réussir la tâche ?
1.4 Comment l’élève sait-il qu’il a réussi ou échoué ?
1.5 Y a-t-il des rétroactions ? Qui les construit ? (L’élève, l’enseignant, le logiciel, ...)
1.6 Quelle est la fonction de l’aide ? ( rappel des consignes, ergonomie, propositions de
rétroactions,...)
2) Aspects Pédagogiques
2.1 Clarté et modalités des consignes ? (Orales , écrites , ...)
2.2 Quelles sont les modalités de validation ? 2.3 Qui détermine les variables des situations ? (L’enseignant, l’élève, le logiciel,...)
2.4 Existe-t-il des niveaux différents ? Qu’est-ce qui les différencie ?
2.5 Plusieurs essais sont-ils possibles ? 2.6 Existe-t-il une mémoire des essais, une évaluation globale ?
2.7 Existe-t-il des « parasites » ? Sont-ils une variable maîtrisable de situation ?
2.8 Adaptation à l’âge des enfants 3) Aspects Ergonomiques 3.1 Lisibilité des icônes
3.2 Nécessité de revenir à la notice ?
3.3 Niveau de registre des indications données 3.4 Ton de la voix
3.5 Possibilité pour l’élève de se corriger en cours de réalisation ?
3.6 Facilité de changement de jeu, de niveau
