Module de didactique : initiation

01/01/2020

Module de didactique : initiation

Cycle de qualification des professeurs de l’enseignement secondaire

EDDAHBY MOHAMED

FILIERE PHYSIQUE CHIMIE CASABLANCA

AVANT–PROPOS

Ce cours de didactique des sciences est issu de l’enseignement que je dispense depuis 2011. Il est destiné à être un support pédagogique pour les professeurs stagiaires de l’enseignement secondaire. Il n’est pas nécessaire de souligner l’intérêt que peuvent trouver les professeures dans un polycopié consacré uniquement aux notions de didactique en relation avec programme des sciences physiques.

Généralités sur la didactique 1. La didactique

2. La pédagogie

3. La différence entre la didactique et la pédagogie 4. Le triangle didactique

5. The didactic triangle : theoretical framing 6. Les objectifs

Dispositif conceptuel

I. Contrat didactique

II. Les effets du contrat didactique III. La situation problème

IV. La transposition didactique V. La notion d'objectif-obstacle VI. Conflit cognitif.

VII. Conflit sociocognitif

Les obstacles et le changement conceptuel I. Les représentations

II. La représentation en Psychologie.

III. Les Conceptions

IV. Les obstacles et leurs origines

V. Les manières de traiter les conflits cognitifs VI. Les types d’obstacles

VII. Exemples d’obstacles épistémologiques sur le concept de masse VIII. Changement conceptuel

IX. Conceptual Change La théorie des situations I. Généralités

II. Situation adidactique

III. Les fondements constructivistes de l’enseignement des sciences basé sur l’investigation IV. La démarche d’investigation : Exemples

Références :

Généralités sur la didactique

1.

La didactique est la science humaine qui a pour objet l’étude des méthodes d'enseignement et d'apprentissage.

C'est aussi l’étude des techniques qui y sont associés.

La didactique étudie les interactions qui peuvent s’établir dans une situation d’enseignement/apprentissage entre un savoir identifié, un enseignant dispensateur de ce savoir et un élève censé apprendre celui-ci. Elle pose comme condition nécessaire la réflexion épistémologique de l’enseignant sur la nature des savoirs qu’il aura à enseigner et la prise en compte des représentations de l’apprenant par rapport à ce savoir.

2.

La pédagogie désigne toute activité déployée par une personne pour développer des apprentissages chez autrui.

Le terme rassemble les méthodes et pratiques d'enseignement requises pour transmettre des compétences, c'est-à-dire un savoir (connaissances), un savoir-faire (capacités) ou un savoir-être (attitudes).

3.

Ces deux disciplines s’intéressent aux trois pôles du triangle didactique. Mais ils se distinguent par la place qu’ils réservent à ces trois pôles et les relations qui les lient.

A. Rôle du pédagogue

Le pédagogue cherche à répondre à des questions intéressant directement son action éducative : que savons-nous de l’apprentissage humain qui nous permette de construire des stratégies d’enseignement efficaces ? Quelle serait la méthode d’enseignement la plus efficace pour tel type d’apprentissage ? Il apparaît comme un praticien qui se préoccupe de l’efficacité de son action. Cʹ est un homme de terrain, et à ce titre il résout en permanence des problèmes concrets d’enseignement/apprentissage ʺ

B. Rôle du didacticien

Le didacticien est avant tout un spécialiste de l’enseignement de sa discipline. Il s’interroge surtout sur les notions, les concepts et les principes qui dans sa discipline devront se transformer en contenus à enseigner.

Son rôle ne se limite pas à un travail de traitement de l’information : identifier et transformer le savoir savant (le savoir de référence) en savoir à enseigner. Son travail consiste aussi à chercher les moyens d’enseignement des concepts scolaires et les stratégies de leurs acquisitions en prenant en considération le

déjà là des sujets apprenants.

4.

La didactique étudie les processus d’élaboration d’un savoir à connaître, sa transmission (par le professeur) et son acquisition (par les apprenants) pour une discipline donnée. Elle étudie donc les interactions entre les trois pôles de la situation

D’enseignement apprentissage à savoir : - Le professeur : avec son idéologie privée.

- Le savoir : soumis à la transposition didactique.

- L’élève(s) : avec une structure cognitive particulière.

Ce triplet s’appelle le triangle didactique. En fait, le triangle didactique n’est pas un concept mais un dessin symbolique. Il précise les termes en relation dans une situation d’apprentissage et définit implicitement les tâches de chaque pôle. On parle parfois de tétraèdre (prise en compte d’un quatrième terme : l’environnement social ou le milieu).

On peut schématiser la situation pédagogique par le triangle suivant : Savoir

Champ didactique champ d’apprentissage Enseignant Elève Champ relationnel

5.

There is a certain face validity to the ‘‘classic’’ version of the didactic triangle, one version of which may be found in Fig. 1.

MATHEMATICS

TEACHER LEARNER

Fig. 1 Didactic triangle (Straesser, 2007, p. 165)

It is clear that each of the entities in the figure, each of the arrows, and the triad itself denote something of importance:

• What is mathematics, and what version of it is the focus of classroom activities?

• Who is the teacher, what does he or she bring to the classroom?

• Who is the learner, what does he or she bring to the classroom?

• What is the teacher’s understanding (in a broad sense) of mathematics?

• What is the learner’s emerging understanding of mathematics?

• What is the relationship between learner and teacher?

• How does the teacher mediate between the learner and mathematics, shaping the learner’s d eveloping under-standing of mathematics?

6.

Énoncé d'intention décrivant le résultat attendu à la suite d'une action. En pédagogie, un objectif est un énoncé d'intention décrivant ce que l'apprenant saura (ou saura faire) après apprentissage. Les objectifs sont normalement dérivés des finalités de l'Éducation et des objectifs généraux de formation, lesquels se décomposent en objectifs intermédiaires de différents niveaux, puis en objectifs spécifiques

Reprenons chaque niveau d'objectif :

• Objectif général : il s'agit d'un énoncé d'intention relativement large ; l'objectif général peut galement être appelé objectif terminal d'intégration.

Ex : Conduire une analyse de besoins en formation.

• Objectif intermédiaire : énoncé d'intention plus réduit, intermédiaire entre l'objectif général et les objectifs spécifiques :

Ex : Conduire une étude de poste.

• Objectif spécifique : énoncé d'intention relatif à la modification du comportement de l'apprenant après une activité d'apprentissage limitée dans le temps (1 à 2 heures dans l'enseignement secondaire).

Ex : À partir d'un extrait d'entretien, identifier les différentes attitudes prises par l'interviewer L'Américain Mager préconise que tous les objectifs d'un curriculum soient formulés en termes de

comportement observable de l'élève après apprentissage, afin qu'une personne externe et compétente puisse procéder à une évaluation correcte de l'apprentissage.

Dispositif conceptuel

I. CONTRAT DIDACTIQUE [1]

1. Définition

On appelle contrat didactique, l’ensemble des comportements de l’enseignant qui sont attendus de l’élève, et l’ensemble des comportements de l’élève qui sont attendus de l’enseignant…Ce contrat est l’ensemble des règles qui déterminent explicitement pour une petite part, mais surtout implicitement, ce que chaque partenaire de la relation didactique va avoir à gérer et dont il sera, d’une manière ou d’une autre, comptable devant l’autre.

2. Eclaircissement de la définition précédente

La relation enseignant – enseignés dépend d’un grand nombre de règles et de conventions. Elles ne mettent pas toutes systématiquement en jeu le savoir, troisième partenaire de la relation didactique. Il convient donc de distinguer ce contrat didactique du contrat pédagogique, lequel est aussi associé à un " contrat de culture " dans un système éducatif donné, selon les termes de Nicolas BALACHEFF .

Le contrat didactique dépend en premier lieu de la stratégie d’enseignement adoptée. Les choix pédagogiques, le style du travail demandé aux élèves, les objectifs de formation, l’épistémologie du professeur, les conditions de l’évaluation…font partie des déterminants essentiels du contrat didactique qui devra être adapté à ces contextes.

L’acquisition du savoir par les élèves est l’enjeu fondamental du contrat didactique. A chaque nouvelle étape, le contrat est renouvelé et renégocié. La plupart du temps cette renégociation passe inaperçue.

Le contrat didactique se manifeste surtout lorsqu’il est transgressé par l’un des partenaires de la relation didactique. Une grande partie des difficultés des élèves est explicable par des effets de contrat, mal posés ou incompris.

Prenons un exemple de rupture de contrat liée aux objectifs d’enseignement de la géométrie en collège.

Dans un premier temps, au cycle d’observation, les élèves sont appelés à reconnaître des figures et des configurations, à savoir utiliser les instruments de dessin pour développer des aptitudes graphiques. Dans ce

cadre, les figures sont des objets géométriques concrets sur lesquels on peut exercer une action directe, elles sont les signifiés des termes utilisés pour les désigner.

Ensuite, au cycle d’orientation, progressivement, les élèves devront donner un autre statut aux figures.

Celles-ci deviendront des représentations d’objets abstraits et idéaux. Il n’y a plus 28 figures dessinées sur les cahiers des élèves, mais 28 dessins représentatifs d’une seule figure à laquelle tout le monde peut penser conjointement. Les figures dessinées prennent ainsi un statut de signifiant.

Quel type de réponse est alors attendu à des questions comme : " vérifiez que les segments [AB] et [CD] sont égaux ".

Dans le premier contrat, l’élève devra faire un dessin soigné et avec son compas ou sa règle graduée, il devra effectuer cette vérification.

Dans le deuxième contrat, il devra rechercher les hypothèses qui ont permis de construire la figure, de telle sorte que la référence à une propriété connue permette de justifier la réponse, valable quel que soit le cahier sur lequel on a dessiné cette figure.

On sait que de nombreux élèves ont des difficultés pour s ‘adapter à cette rupture de contrat. ( On rencontre aussi ce type de difficulté dans le passage de la rédaction à la dissertation)

❖ L’AGE DU CAPITAINE

C’est le titre d’un livre de Stella BARUK , en référence à une expérience maintenant célèbre de l’IREM de Grenoble.

On a proposé à 97 élèves de CE1 et CE2 le problème suivant.

Sur un bateau il y a 26 moutons et 10 chèvres. Quel est l’âge du capitaine ?

Or, parmi les 97 élèves, 76 ont donné l’âge du capitaine en utilisant les nombres figurant dans l’énoncé..

Dans son livre Stella BARUK explique que notre enseignement des mathématiques transforme les élèves en

"automaths ", puisqu’ils peuvent répondre de manière absurde à des questions absurdes. Elle montre d’ailleurs un grand nombre d’erreurs d’élèves et d’incohérences dans leur traitement par les enseignants.

Dans son article " le droit à l’erreur " Alain BOUVIER revient sur cette expérience et montre la stabilité des résultats. Il y incrimine le trop grand fractionnement des apprentissages et le respect par les élèves de consignes incomprises. Il y a dans cette appréciation un premier pas vers le rôle du contrat didactique, que nous allons maintenant expliciter.

Enonçons quelques règles du contrat didactique en vigueur bien qu’implicite dans l’enseignement élémentaire.

En mathématiques, un problème se résout en faisant des opérations. La tâche est de trouver la bonne opération et de la faire sans erreur. Par l’usage de certains petits mots, l’énoncé permet de deviner l’opération à faire.

Les questions posées n’ont en général rien à voir avec la réalité quotidienne, même si elles font semblant par un habillage astucieux. En fait, elles ne servent qu’à voir si les élèves ont compris.

Pour résoudre un problème, il faut trouver les données dans l’énoncé. Toutes les données nécessaires doivent y figurer et il n’y en a pas de superflues.

Les nombres sont simples et les solutions doivent l’être aussi, sinon il est possible qu’on se soit trompé.

De toute manière il y a toujours une réponse à une question de mathématiques et l’enseignant la connaît. On doit donc toujours donner une réponse qui sera éventuellement corrigée.

L’application de ces règles, parfaitement intégrées par les élèves, conduit aux comportements du type " l’âge du capitaine ", à tous les niveaux de classes ; essayez, en variant un peu la difficulté !

Beaucoup de malentendus, de sentiments d’être brimé, ont pour origine un contrat didactique mal adapté ou incompris. Le désir d’adaptation des élèves peut se heurter à la versatilité d'un enseignant dont " on ne sait jamais ce qu'il veut ". de telles situations peuvent déboucher sur un refus scolaire et dans les cas extrêmes sur l’échec scolaire.

Le concept de contrat didactique permet ainsi d’aborder dans un cadre théorique l’interprétation de phénomène d’observation d’une lecture peu évidente : tous les élèves ne sont pas des automaths…et pourtant !

❖ L’EFFET PYGMALION

Roi légendaire de Chypre, Pygmalion fut amoureux d’une statue qu’il avait lui-même sculptée. Il obtint d’Aphrodite qu’elle lui donnât la vie, et il l’épousa.

Ce mythe illustre bien ce que les psychologues de l’éducation appellent le phénomène des attentes.

Des expériences renouvelées, en particulier celles de ROSENTHAL à Oak School montrent que l’échec ou la réussite des élèves dépendent de l’attente que l’enseignant aura envers eux..

On rencontre encore cette situation d’élèves abonnés aux mêmes notes toute l’année, dans une sorte d’accord tacite avec l’enseignant ; ce dernier limitant son exigence à l’image qu’il s’est fait des capacités de l’élève, lequel limite son travail à l’image que l’enseignant lui renvoie de lui-même.

L’effet Pygmalion est redoutable. Certains enseignants désirent s’en prémunir en refusant toute information préalable sur la réussite de leurs élèves. Il finit cependant par se manifester, lorsque la vigilance fait défaut.

Le contrat didactique porte alors immanquablement la marque de l’attente que le professeur a envers la classe ou envers tel élève en particulier. Les effets de contrat décrits au paragraphe suivant sont renforcés par ce phénomène des attentes.

II. LES EFFETS DU CONTRAT DIDACTIQUE

Guy BROUSSEAU montre que la négociation continuelle du contrat didactique tend à faire réviser à la baisse les objectifs d’apprentissage. L’effort demandé aux élèves peut leur apparaître comme trop important.

Le professeur a envie que ses élèves réussissent. Il a tendance à leur faciliter la tâche de différentes manières : des explications abondantes ( on a vu qu’elles peuvent empêcher réellement de comprendre !), des " petites marches " dans les problèmes, l’enseignement d’algorithmes voire de trucs mnémotechniques.

Parmi les échappatoires, les didacticiens ont repéré diverses attitudes qui sont de véritables ruptures de contrat de la part de l’enseignant, dans la mesure où son contrat est précisément d’amener les élèves à maîtriser les connaissances qui font l’objet de l’évitement.

Ces attitudes ou pratiques courantes, souvent inévitables dans le fonctionnement de la classe, ont été désignées par le terme d’effets de contrats. Les principaux sont décrits dans la page suivante. On peut retenir les définitions suivantes

A. EFFET TOPAZE

Lorsqu’un élève rencontre une difficulté, l’effet topaze consiste, d’une manière ou d’une autre à la surmonter à sa place.

Quand l’aide est déterminante, l’élève n’accomplit pas lui-même l’effort nécessaire, qui l’amènerait à un niveau de compréhension propre à réaliser l’apprentissage visé. L’objectif primitif n’est donc pas atteint.

L’effet topaze est très fréquent, il est souvent nécessaire pour débloquer des élèves en difficulté. L’enseignant doit alors être conscient de son fonctionnement et de ses conséquences.

B. EFFET JOURDAIN

Un comportement banal de l’élève est interprété comme la manifestation d’un savoir savant.

Cela permet d’éviter l’apprentissage de ce savoir prétendument acquis , chaque partenaire de cette relation didactique pervertie est satisfait de s’en tirer à bon compte. Mais il y a rupture de contrat de la part de l’enseignant.

C. Glissement Métacognitif

Prendre une technique, sensée être utile pour résoudre un problème, comme objet d’étude et perdre de vue le vrai savoir à développer.

On rencontre à tous les niveaux les manifestations de cet effet. L’exemple le plus extrême est peut-être celui des patates ensemblistes étudiées en guise de théorie des ensembles, où l’on pouvait affirmer qu’une relation d’équivalence à tous ces éléments " bouclés ".

Comme exemple plus actuel on peut citer les règles d’usage des tableaux de proportionnalité, éludant un travail de fond sur le concept, ou encore les rites dans l’usage des tableaux de variation pour avancer dans la maîtrise de l’outil fonctionnel.

D. Usage Abusif De L’analogie

Remplacer l’étude complexe d’une notion complexe par celle d’une analogie.

Les métaphores sont souvent utiles pour faire comprendre, leur abus risque de limiter le concept visé. L’usage d’analogies est producteur d’effets topaze.

La résolution d’un problème en cherchant les réponses dans un contexte analogue est une bonne pratique heuristique, limiter la conclusion à la phrase consacrée : " on est ramené au problème précédent " fait souvent éviter l’investissement direct du problème posé. C’est le cas, par exemple, lors de l’étude des nombres relatifs, quand on se réfère exclusivement au jeu des gains ou des pertes.

III. La situation problème [2]

A. Qu’est-ce qu’une situation - problème

C’est une activité consistant en la conception d’une tâche destinée à faire découvrir, par l’étudiant lui-même, des solutions à un problème. La résolution de ce problème doit permettre à l’étudiant l’acquisition et la validation de nouveaux apprentissages.

Une situation - problème comporte deux composantes essentielles (De ketele, 2013) :

• Une situation contextualisée : Le problème à résoudre est toujours inscrit dans un environnement dont il dépend et dont il faut tenir compte. La situation proposée correspond à une situation réelle exigeant l’emploi d’acquis antérieurs.

• Une tâche complexe : La résolution du problème suppose non pas l’application simple d’un savoir ou d’un savoir-faire, mais le recours à tout un processus, à un ensemble de savoirs et de savoir-faire, à une série d’activités et ou de manipulations.

La situation-problème doit être :

• Réaliste, réelle ou vraisemblable, ce qui montrera à l’étudiant la valeur concrète des savoirs et le rapport des activités universitaires avec le monde extérieur ;

• Nouvelle, pour empêcher le recours à des recettes et amener l’étudiant à mobiliser ses ressources ; Globale, comportant des données qui précisent le contexte et le but à atteindre. Ce but est un savoir construit qui apporte une explication raisonnée à un phénomène ou le dépassement d’une difficulté concrète. Il s’agit donc de concevoir une situation qui mette les étudiants devant un obstacle à surmonter, un défi à réussir ou une énigme à résoudre. Les étudiants doivent se sentir aptes à le faire et s’y impliquer. (Astolfi, 1993).

B. Exemple de situation-problème en biologie

Un homme et une femme de groupe sanguin « O » ont eu un enfant de groupe sanguin

« A » ! Étant convaincus que lorsqu’ils sont tous les deux de groupe sanguin « O », ils ne pourront jamais avoir un enfant de groupe sanguin « A », ils décident de consulter un généticien.

Qu’en pensez-vous ?

C. Pourquoi utiliser une situation - problème ?

Réussir ses cours à l’université n’est pas une fin en soi car, au bout du compte, l’étudiant devrait être capable de mobiliser ses acquis en dehors de l’université, dans des situations de la vie personnelle et professionnelle diverses, complexes et imprévisibles. Il devrait être capable de mettre ses acquis au service du développement économique et social. (Romainville, 2013). Ce transfert exige plus que la maîtrise des savoirs, il requiert leur intégration dans des compétences de réflexion, de décision et d’action, à la mesure des situations complexes auxquelles l’individu devra faire face (Romainville, 2013).

Les situations-problèmes peuvent être utilisées pour l’enseignement et pour l’évaluation.

Elles permettent :

• De consolider l’apprentissage en amenant l’étudiant à réemployer ses savoirs et ses savoir-faire et à les mettre en relation ;

• D’engager l’étudiant dans une réflexion sur ses démarches d’apprentissage (comment il s’y prend, son degré de maîtrise des résultats d’apprentissage attendus par la formation,…) et sur sa capacité à les exploiter (où chercher, comment tirer parti de…) (réflexion métacognitive) (Noël, Romainville & Wolf, 1995) ;

• De développer l’identité professionnelle chez l’étudiant en l’exposant à des situations contextualisées.

D. Comment concevoir une situation-problème ?

Concevoir une situation-problème demande à l’enseignant de : (Meirieu, 1987) , (Partoune, 2002) a) Définir les résultats d’apprentissages attendus et les exigences requises :

- Quels sont les résultats d’apprentissage attendus ? Qu’est-ce que je veux faire acquérir à

l’étudiant ?

- Quelle tâche lui proposer (communication, reconstitution, énigme, réparation, résolution, etc.) ?

- Quel dispositif mettre en place ?

• Quels matériaux, quels documents, quels outils ?

• Quelles consignes pour accomplir la tâche ?

• Quelles contraintes introduire pour empêcher les étudiants de contourner l’apprentissage ?

- Comment varier les outils, les démarches, les degrés de guidage ?

b) Veiller à la pertinence du dispositif : Imaginer très précisément ce qui va se passer pour vérifier si la tâche est réalisable et si les résultats d’apprentissage pourront être atteints.

- Apprécier la pertinence de la tâche en se posant les questions suivantes :

• Quelles sont les capacités requises pour pouvoir franchir les obstacles prévus (savoirs, savoir-faire, savoir-être) ?

• Ces capacités sont-elles en lien avec les résultats d’apprentissage recherchés ?

• La situation-problème proposée crée-t-elle un besoin d’apprendre incontournable ? N’y a- t-il pas moyen d’arriver au résultat sans passer par les apprentissages prévus ? c) S’assurer que :

• les étudiants donneront du sens à l’apprentissage proposé ;

• la situation proposée constitue une énigme : ni trop difficile (hors de leur atteinte) ni trop facile. La situation doit amener les étudiants à remettre en cause leurs connaissances et leurs représentations antérieures et à en élaborer de nouvelles. L’enseignant doit cerner leur zone proximale de développement1, tout en sachant prendre le risque de les mettre en insécurité, pour un moment, avant de les stabiliser de nouveau.

Les enseignants gagnent à travailler en équipe afin de tester les situations-problèmes proposées, de valider leur pertinence et de discuter les dispositifs à mettre en œuvre en classe. (De Vecchi et Carmona- Magnaldi, 2002). Une institution peut consituter sa « banque » de situations - problèmes.

E. Comment utiliser une situation-problème ?

• Pour l’enseignement

Il s’agit de permettre à l’étudiant d’utiliser ses acquis antérieurs mais néanmoins insuffisants, pour résoudre le problème proposé. La situation-problème est lancée en début de séance de cours. La

construction de la réponse se fait tout au long de la séance.

• Exemple du domaine de la chimie

Situation – problème : Interprétation d’un phénomène chimique observable dans la vie courante :

« Les chimistes se demandent pourquoi le mélange Coca-Cola (allégé de préférence) et bonbons Mentos provoque instantanément un puissant geyser sucré de couleur marron. Les forums se multiplient sur Internet pour échanger les formules et disserter sur les causes de cette réaction. » Rédigez un compte rendu permettant d’expliquer scientifiquement les réactions chimiques qui sont à l’origine de l’effervescence observée.

Lieu : Laboratoire de chimie Conditions:

- Les étudiants sont répartis en groupes de deux.

- Chaque groupe dispose du matériel de laboratoire, d’un nombre de substances et de solutions chimiques, d’une bouteille de Coca Cola light allégé et d’une boîte de bonbons Mentos.

- Il vérifie que le mélange Coca-Cola et bonbons Mentos provoque instantanément un geyser sucré.

- Il dispose de 100 minutes pour :

• élaborer des hypothèses ;

• vérifier chacune des hypothèses : concevoir un protocole expérimental, expérimenter, analyser les résultats et interpréter les faits ;

• confronter les résultats avec les hypothèses ;

• élaborer une synthèse.

- Il rédige le compte-rendu en 30 min.

- Les différents groupes exposent leurs hypothèses, leurs résultats et leur synthèse. Un débat s’établit entre les différents groupes, en vue de s’entendre sur une réponse collective.

- L’enseignant présente une synthèse finale.

L’enseignant devra accepter de voir les étudiants réagir à la situation-problème d’une façon qui ne correspond pas tout à fait à ce qu’il prévoyait.

• Pour l’évaluation

Le recours aux situations-problèmes permet de mieux vérifier la capacité des étudiants à mobiliser leurs acquis pour résoudre des problèmes réels.

Exemple du domaine des sciences de l’antiquité (Inspiré de L. Allal, 2010)

Situation – problème : Situation d’échange entre expert et novice autour d’un objet d’antiquité Vos parents vous ont offert un voyage de fin d’études dans un pays riche en archéologie. Vous vous trouvez chez un groupe d’« antiquaires» et votre mère (père, sœur, frère) s’intéresse à un objet. Réalisez un entretien avec le groupe d’« antiquaires» permettant de dater l’objet choisi et d’identifier ses caractéristiques.

Lieu : Unité d’archéologie classique Conditions:

- Les étudiants, au nombre de vingt, sont répartis en groupes de cinq. Un groupe est désigné

« Groupe-acteur » pendant que les 3 autres sont désignés « groupes observateurs ».

- Dans le groupe-acteur, un étudiant est choisi pour réaliser l’entretien avec les « antiquaires » qui sont les quatre autres membres du groupe.

- L’étudiant choisit un objet parmi une demi-douzaine à disposition (fragments de poterie, sculptures ou autres objets archéologiques). Il a 10 minutes pour faire son choix, le communiquer aux « antiquaires » et préparer l’entretien.

- Les « antiquaires » anticipent les questions qui pourraient leur être adressées à propos de l’objet choisi et cherchent des réponses pertinentes.

- Dans le « groupe acteur », l’étudiant pose des questions aux « antiquaires » à propos de l’objet. Cet entretien peut être filmé.

- Les « groupes observateurs » constituent des jurys et évaluent l’entretien, suivant des grilles (grille- étudiant, et grille-antiquaire).

Les grilles d’évaluation sont préétablies et conçues par l’enseignant, en lien avec les résultats d’apprentissage attendus. Dans l’exemple ci-dessus, il s’agit de pouvoir :

• décrire l’objet (avec une terminologie précise ) ;

• analyser ses caractéristiques ;

• faire une hypothèse de datation ;

• poser des questions pertinentes à propos de l’objet ;

• expliciter et défendre son point de vue.

• Les résultats de l’évaluation des différents jurys sont annoncés avec leurs justifications. Un débat de 30 min se déroule entre les différents groupes « observateurs » et les membres du « groupe acteur » en vue d’aboutir à une évaluation commune. La séquence filmée de l’entretien est projetée, au besoin.

Selon L. Allal, les caractéristiques de cette situation d’évaluation sont les suivantes :

• Une évaluation située dans une dynamique d’échange entre expert et novice : apprendre à expliciter et à défendre son point de vue, à poser des questions.

• Une situation ouverte et complexe pour laquelle plusieurs stratégies sont possibles. Une importance est accordée aux questions posées par l’étudiant : savoir chercher l’information est plus important que de tout savoir.

• Une situation portant sur la mise en œuvre d’une compétence reliant des connaissances (concepts, terminologie en archéologie classique) à des capacités plus génériques : réflexion, analyse, communication, etc...

• Une évaluation qui développe l’identité professionnelle future de l’étudiant (spécialiste en archéologie classique).

• L’enseignant est appelé à revoir ses critères d’évaluation. Par exemple, la coopération entre les étudiants pourrait être considérée comme une compétence ou une ressource à mobiliser et, par la suite, à évaluer. ( De Vecchi et Carmona-Magnaldi, 2002).

IV. La transposition didactique

Le savoir à enseigner, objet d’enseignement, est nécessairement différent du savoir savant, objet de connaissance, duquel il est issu. La transposition didactique est l’activité qui consiste à transformer « le savoir savant » en « savoir à enseigner », lequel est encore différent du « savoir enseigné », lui-même différent du

« savoir appris ».

La distance entre le savoir savant et le savoir appris est donc très importante. L’une des préoccupations de la didactique des disciplines consiste à étudier les conditions de la transposition didactique, ses contraintes, les précautions à prendre, pour que le « savoir appris » n’obère pas la possibilité de passer ultérieurement au

« savoir savant ».

La transposition didactique, ou didactisation, consiste à transformer des savoirs disciplinaires (pouvant provenir de savoirs savants, de situations professionnelles ou de pratiques sociales, incluant les questions socialement vives) en savoirs à enseigner (énoncés dans les devis ministériels et dans les plans cadres de cours) puis en savoirs enseignés (énoncés dans les plans de cours et les plans de leçon).

Ce qui s’enseigne n’est pas le décalque simplifié d’un savoir savant, mais résulte d’une reconstruction spécifique pour l’Ecole. C’est cette reconstruction, avec ses étapes et ses processus, qu’on nomme transposition didactique. On distingue deux étapes de la transposition didactique, celle qui fait passer d’un savoir savant à un savoir à enseigner (qui est sous la responsabilité des pédagogues, des inspecteurs et des didacticiens), puis celle qui conduit au savoir enseigné réellement dans les classes (qui s’effectue sous la responsabilité de l’enseignant).

Didactic Transposition [3]:

It is processes focus in the transformation and adaptation of knowledge produced by the scientific community to make it suitable to be used as learning objects^.

Didactic transposition theory introduces distinctions among: (1) scholarly scientific knowledge, as it is produced by scientists (2) knowledge to be taught officially, as prescribed by the curriculum; (3) knowledge as it is actually taught by teachers in the classroom; and (4) knowledge as it is actually learnt by students. Figure 1 illustrates various steps involved in didactic transposition .

The didactic transposition process can be understood as a set of changes that knowledge suffers, the academic sphere (scientific knowledge) of the school environment, in two stages: external (produces the knowledge to be taught) and internal (produces taught to know).

In didactic transposition theory, transpositions related to the teacher are divided into two sections as external and internal transpositions. External didactic transposition is described as “transition from scientific knowledge to knowledge to be taught”, while internal didactic transposition is described as

“transition from knowledge to be taught to taught knowledge.” External didactic transposition covers exposure of the scientific knowledge to various changes during its transition from scientific knowledge to knowledge to be taught. Internal transposition covers all internal effects and transpositions in an education system which turns knowledge to be taught into learnt knowledge.

Figure. Diagram of the process of didactic transposition V. La notion d'objectif-obstacle [4]

La notion d'objectif-obstacle, proposée par Jean-Louis Martinand dans sa thèse d'état, s'efforce, comme son nom l'indique, de faire interagir des travaux et réflexions, souvent divergents, qui ont été conduits, les uns sur les objectifs pédagogiques, les autres sur les représentations des élèves, sans jamais se citer mutuellement (Martinand, 1984, 1986).

Alors que les seconds - on vient de le voir - mettent en évidence la profondeur et la permanence des difficultés conceptuelles qui s'opposent aux apprentissages scientifiques, les travaux relatifs aux objectifs cherchent à rendre opérationnels les contenus de l'enseignement... sans même s'interroger sur ces obstacles ! Or, dit Martinand, si les obstacles rencontrés ont une signification profonde par rapport aux apprentissages à réussir, ce sont bien eux qu'il faut mettre au centre pour définir les véritables objectifs. Une chose est de définir les objectifs à partir de la seule analyse des programmes et contenus (ce que fait la pédagogie par objectifs), autre chose est de faire du franchissement d'un obstacle, l'objectif véritablement recherché.

"Dans la mesure où ces obstacles ont une signification épistémologique profonde, je crois qu'Us fournissent la clé pour formuler les buts les plus essentiels d'une éducation scientifique. Autrement dit, il s'agit d'exprimer les objectifs en termes d'obstacles franchissables, car parmi la diversité des objectifs possibles, les objectifs intéressants sont les objectifs-obstacles. (...) R nous paraît légitime défaire de leur franchissement les vrais objectifs conceptuels" (Martinand, in : Bednarz et Gamier, 1989).

Notre hypothèse "est qu'il est possible de trouver un nombre limité de progrès décisifs, non acquis spontanément, mais qui ont une signification du point de vue de la pensée scientifique ou technologique, des attitudes et capacités correspondantes" (Martinand, 1986).

"L'ambition pratique est donc de fournir aux maîtres, avec une liste d'obstacles à franchir par les élèves, la description des buts des activités, afin de permettre d'orienter les interventions pédagogiques et l'évaluation"

(Martinand, ibid., 1989). Si ce point de vue renouvelle la conception des objectifs, davantage centrés sur les transformations intellectuelles à opérer que sur les comportements observables à provoquer, il renouvelle aussi celle des obstacles. Car, au lieu d'envisager ceux-ci par leur face négative, il examine les conditions de leur franchissement possible. La métaphore sportive peut ici éclairer : si la barre à franchir n'est, pour l'athlète du saut en hauteur, que ce qui l'empêche de passer de l'autre côté, on peut parier qu'il aura peu de chances de la franchir ! Il faut l'envisager tout autrement si l'on veut la transformer en projet. Cela confère aux obstacles un caractère plus dynamique puisque, au lieu de les considérer négativement, comme ce qui empêche l'apprentissage, ils en constituent plutôt l'enjeu conceptuel

VI. Conflit cognitif.

Cet état du sujet peut être encore provoqué par une alternative, mais maintenant, en lui s'affrontent des

"connaissances":

− Soit un modèle (ou une conception ou un schème opératoire) et un fait ou une série de faits contingents en contradiction avec les prévisions de ce modèle.

− Soit deux modèles (ou deux schèmes...) auxquels il a des raisons de croire, et qui lui apparaissent soudain - à tort ou à raison - comme incompatibles.

Ces situations proposent deux décisions ou deux assertions contraires, mais il s’agit :

− Soit de choisir l'une ou l'autre, ce qui pourrait vouloir dire le rejet pur et simple d'une des conceptions en conflit.

- Soit de les rendre compatibles par une modification de l'une ou de l'autre. La contradiction n'était alors qu'apparente, elle n'était qu'un paradoxe.

Dans tous les cas, il s'agit d'un conflit cognitif parce que la connaissance du sujet est clairement la cause et l'objet du conflit, au moins implicitement.

VII. Conflit sociocognitif [4]

La théorie du conflit sociocognitif constitue, depuis les années 80, l'hypothèse centrale de la psychologie sociale du développement, ou en d'autres termes, des théories de la construction sociale de l'intelligence. Celles-ci considèrent l'interaction sociale comme l'un des éléments clés du développement intellectuel de l'individu.

Gilly définit le conflit sociocognitif comme une « dynamique interactive, caractérisée par une coopération active, avec prise en compte de la réponse ou du point de vue d'autrui, et recherche, dans la confrontation cognitive d'un dépassement des différences et contradictions pour parvenir à une réponse commune. »

Le problème posé aux chercheurs qui souhaitent étudier l'incidence du conflit sociocognitif sur le développement, consiste à identifier les différentes manières de provoquer ce conflit et à déterminer les variables sociales qui jouent un rôle significatif dans le développement.

Le conflit peut être provoqué :

-par une mise en relation avec un autre enfant, qui sera porteur d'un avis différent, - par une mise en relation avec un adulte,

- par l'utilisation d'une situation marquée socialement, à condition que l'on puisse provoquer un conflit entre la représentation spontanée de la situation et une représentation sociale antérieure qui s'oppose à la représentation spontanée. Une question se pose cependant : le « conflit » est-il absolument indispensable ?

II semblerait que non, quoiqu'il soit indiscutablement facteur de développement.

En 1988, Gilly souligne que « des effets bénéfiques de l'interaction ont en effet été observés sans qu'un véritable conflit entre les sujets ait pu être noté. »

L'opposition, le conflit, ne serait donc pas l'élément essentiel de la dynamique : « Les oppositions de réponse en termes de performance ne sont jamais suffisantes... II faut que la déstabilisation porte sur la procédure de résolution elle-même, en cours d'exécution de la tâche » (1). Le facteur décisif serait donc la déstabilisation que provoque un avis différent sur le mode de représentation ou sur le mode de résolution. C'est donc dans l'interaction sociale que peut se produire la déstabilisation favorable à une reconstruction cognitive. Cette dernière remarque justifie bien évidemment l'importance de la médiation (d'un adulte ou d'un pair) pour provoquer les apprentissages.

Les obstacles et le changement conceptuel

I.

Une représentation mentale est un substitut de la réalité. C’est une construction intellectuelle circonstancielle et momentanée qui permet de donner du sens à une situation, en utilisant les connaissances stockées en mémoire et/ou les données issues de l’environnement, dans le but « d’attribuer une signification d’ensemble aux éléments issus de l’analyse perceptive ».

Chez les pédagogues, le concept de représentation renvoie principalement aux conceptions des apprenants et aux modèles implicites/explicites auxquels ils se réfèrent pour comprendre un événement ou une situation. Il renvoie aux concepts ou pseudo-concepts utilisés lors de la mobilisation cognitive pour appréhender de nouveaux savoirs et construire des connaissances. Il renvoie également à des modes d’approche ou règles d’action spontanées ou apprises, considérées comme valides jusqu’à ce qu’un nouvel apprentissage vienne les modifier durablement (construire une représentation de la tâche dans une situation problème).

« Apprendre, c’est modifier ses comportements et ses représentations », l’enseignant doit donc évaluer la représentation initiale de l’élève pour savoir sur quelles fondations il s’appuie. S’il constate l’existence d’une contradiction importante entre les représentations de l’élève et celles qu’il souhaite enseigner, il ne doit pas

« aller contre », mais prendre en compte, faire une estimation du cadre assimilateur et par le relais d’une situation d’apprentissage appropriée, parvenir à la transformation souhaitée de la représentation initiale

II. La représentation en Psychologie.

Le terme « représentation » ne figure qu’accompagné d’adjectifs : la représentation mentale en sciences cognitives, la représentation sociale en psychologie sociale.

a) la représentation mentale est une « entité de nature cognitive reflétant dans le système mental d’un individu, une fraction de l’univers extérieur à ce système » [M. DENIS p.667]

b) la représentation sociale, est « une forme de connaissance courante dite de sens commun,

socialement élaborée…à visée pratique… et qui concourt à l’établissement d’une vision de la réalité commune à un ensemble social » [D. JODELET 1996 p. 668].

On pourrait être tenté de rapprocher ce concept de celui de « connaissance », dans son sens premier, la gnose qui naît avec l’action, ce dont on prend connaissance, que l’on apprend comme une nouvelle, par expérience, par les yeux. Dans une perspective platonicienne, les connaissances sont des représentations mentales (et sociales) de « la » réalité. Mais le concept de connaissance est lui-même trop précis, trop détaillé et surtout trop contaminé par sa référence au savoir culturel, pour tenir le rôle plus général qu’on veut lui faire tenir [J.F.RICHARD 1 p.36]. La science pourrait bien être une forme de représentation de la réalité

III. Les Conceptions

« Une conception renvoie â des processus mentaux mis en œuvre par celui qui agit, qui raisonne, qui apprend... Ces processus ne sont bien sûr pas directement observables. On ne peut que constater leurs manifestations au niveau des procédures mises en œuvre par I ’apprenant. Le chercheur, dans le but de donner du sens aux erreurs d’un élève, doit donc faire des inférences sur son fonctionnement mental. » « On peut dire que les conceptions ne sont pas une propriété des individus mais une construction du chercheur pour modéliser le fonctionnement cognitif de l’élève en vue d’interpréter les procédures observées dans les situations d’apprentissage. (Robardet & Guillaud, 1997, pp. 158-159).

IV. Les obstacles et leurs origines

L'idée d'obstacle entretient évidemment des relations avec celle de représentations ou de conceptions des élèves, mais on peut la décrire comme plus forte. Ce n'est pas seulement que les élèves pensent

différemment et que l'on peut identifier leur logique cognitive, c'est qu'existe une certaine nécessité au maintien de ce système de pensée. On peut dire que l'obstacle présente un caractère plus général et plus transversal que la représentation : il est ce qui, en profondeur, l'explique et la stabilise. Diverses

représentations, qui portent sur des notions sans lien apparent, peuvent en effet apparaître, à l'analyse, comme les points d'émergence d'un même obstacle.

Il est inévitable que l'apprentissage fasse surgir des obstacles cognitifs. L'une des conséquences de ce

"théorème" pour la didactique conduit à accepter certains sauts de complexité (sauts informationnels) au lieu de rechercher des progressions continues le long des variables didactiques.

Mais parmi ces obstacles cognitifs, certains sont parfaitement évitables, d'autres le sont beaucoup plus difficilement. Si certains résultent sans recours du développement psycho-génétique de l'homme (obstacle ontogénique), d'autres sont le résultat artificiel de décisions didactiques malencontreuses (obstacle didactique). Certains autres sont historiquement attestés et participent à la signification des notions auxquelles ils se rapportent (obstacle épistémologique historique). Parmi ces derniers, certains sont encore d'actualité et ne doivent pas être ignorés par l'enseignement (obstacle épistémologique inévitable), d'autres peuvent et doivent être contournés habilement pour permettre un accès rapide aux significations et aux pratiques modernes (obstacle épistémologique "évitable"). Mais le fait d'éviter certains obstacles en rend d'autres inévitables. On ne peut les supprimer tous !

Il serait erroné de supposer que les obstacles proviennent seulement de la nature de l'homme, de celle des connaissances, ou du manque d'habileté à enseigner, car certains d'entre eux ne pourront disparaître qu'au prix d'une certaine évolution de la culture et des connaissances didactiques et épistémologiques de toute la noosphère (obstacle culturel). Leur dépassement est hors de portée d'une action d'enseignement au sens

classique : ils réclament des actions didactiques d'une autre nature.

V. Les manières de traiter les conflits cognitifs

Il existe différentes manières de traiter les conflits cognitifs :

❖ L'enseignement peut les ignorer : L'enseignement du savoir culturel et scientifique le plus récent, et son institutionnalisation, est supposé alors suffire à la compréhension de l'élève, à son fonctionnement et à l'effacement de représentations spontanées indésirables, s'il en apparaît ou s'il en subsiste.

❖ L'enseignement peut les dénoncer : mettre en échec les conceptions fausses par des exercices appropriés (exemples et contre exemples), et intégrer les conclusions dans le cours. Les cours de mathématiques gardent longtemps la trace, sous la forme de contre- exemples ou de problèmes classiques, des rejets les plus essentiels, mais ces derniers peuvent passer "inaperçus" pour l'élève et il peut y avoir intérêt à augmenter encore le caractère solennel de ces rejets.

❖ L'enseignement peut faire buter les étudiants sur la difficulté, leur donner l'occasion d'une accommodation et intégrer les conclusions. L'ingénierie didactique permet au professeur d'envisager tout un éventail de situations, propres à mettre en échec les représentations fausses des élèves (à la condition qu'il connaisse les unes et les autres) sans qu'il lui soit nécessaire de traiter "officiellement"

les réponses indésirées autrement que comme des erreurs.

VI. Les types d’obstacles

❖ Les obstacles épistémologiques :

❖ Des obstacles qui ont joué un rôle dans le développement historique des connaissances et dont le rejet a dû être intégré explicitement dans le savoir transmis (4). Certains de ces obstacles historiques sont encore aujourd'hui, dans les conditions actuelles "nécessaires" à la mise en place d'une connaissance : la conception correspondante se développera presque sûrement à un moment de la formation du sujet ou même sera consentie par l'enseignement comme un appui indispensable pour atteindre une connaissance supérieure.

Ces conceptions sont les obstacles épistémologiques. Ils réalisent les conditions (1), ce sont des connaissances (2) qui ont un domaine de succès (3), un domaine d'échec (4), qui résistent ou ressurgissent (5), dont le rejet doit être explicité et intégré au savoir (1).

❖ Obstacles didactiques

Des connaissances résultant d'une transposition didactique ancienne ou récente mais non susceptibles d'une renégociation par le maître, du moins dans le cadre restreint d'une classe - qui éviterait d'avoir à les considérer (obstacles didactiques).

❖ Obstacle lexical, lié à la polysémie du mot milieu Le franchir, c'est accéder à la distinction entre un milieu géométrique (milieu-centre) et un milieu biologique (milieu objet).

❖ Obstacle tautologique, lié à la compréhension du milieu de chaque espèce en termes de "milieu naturel". Le franchir, c'est abandonner l'idée que chaque animal possède son "lieu propre" (au sens où Aristote emploie ce mot pour désigner le bas comme lieu naturel des corps pesants), ou que si un animal "se trouve bien" en un certain lieu, grâce à un "équilibre" de la nature qui le "comble". Car cela revient à évacuer tout problème scientifique : la nature serait bien faite et en équilibre, c'est tout !

❖ Obstacle anthropomorphique, lié à une conception du milieu comme "garde-manger" des espèces, dans lequel chacune puise selon ses préférences. Le franchir, c'est renoncer à considérer l'animal comme doué d'une volonté, d'une liberté de choix, au profit d'une centration sur l'analyse des besoins alimentaires caractéristiques d'une espèce. Ce n'est qu'à cette occasion que l'expression régime alimentaire s'éloigne de son acception courante pour acquérir une signification scientifique.

❖ Obstacle holiste, lié à la difficulté du passage à l'analyse. Le franchir, c'est ne plus considérer le milieu comme un tout insécable ou comme une chose (l'air, l'eau, la terre), mais devenir capable d'en analyser les composants ou les facteurs (température, humidité, acidité ...). Cela correspond à l'abandon d'un point de vue "chosiste" et statique, pour une perspective relationnelle plus abstraite.

VII. Exemples d’obstacles épistémologiques sur le concept de masse

• La gravité est interne aux objets

Ce mode de raisonnement revient â considérer seulement les actions du corps étudié sur I ’extérieur.

Ainsi on dira que si on lâche une pierre, elle tombe par terre, â cause de sa « lourdeur ». Alors qu’en méca- nique classique, ce sont les forces extérieures â I ’objet (ici la gravité) qui sont responsables du mouvement et non l‘objet qui possède un capital (voire une volonté) lui permettant de retourner â sa position naturelle.

• La vitesse de chute est proportionnelle au poids

Lorsqu’on lâche deux objets de poids différents et de même forme, instinctivement on pense que le plus lourd arrivera le premier au sol. Cependant, si on effectue cette expérience â une hauteur de deux mètres, la différence entre les instants des deux impacts sur le sol n’est pas perceptible â l’œil nu. Cette hypothèse est toujours d’actualité. Or la vitesse de chute ne dépend pas du poids, mais des frottements de l’air sur l’objet.

Cependant, cette idée est souvent prise comme une vérité établie, alors qu’elle est bâtie sur l’opinion courante. « L’opinion pense mal ; elle ne pense pas : elle traduit des besoins en connaissances. En désignant les objets par leur utilité, elle s’interdit de les connaître. On ne peut rien fonder sur I ’opinion : il faut d’abord la détruire. Elle est le premier obstacle â surmonter » (Bachelard, 1937, p. 14).

• Le principe d’inertie ne s’applique qu’horizontalement

Galilée considérait la masse comme une résistance au mouvement, ce qui rejoint la définition de Newton, mais il n’envisageait le principe d’inertie que dans un plan horizontal. Or ce principe est valable dans toutes les directions.

Simplement, sur un plan horizontal, le poids d’un objet est compensé par la réaction du support, ce qui donne une situation épurée, ou, si l’on néglige les frottements, seule la masse inertielle intervient.

VIII. Changement conceptuel : conceptual change

Un modèle est un processus d’abstraction ainsi qu’un guide de l’action (R. Legendre, 2005), une représentation plus ou moins simplifiée d’un objet ou d’un processus (Chavez, 2005). Un modèle rend compte d’une partie de la réalité en ayant une validité par rapport à cette dernière (R. Legendre, 2005;

Pellaud, Eastes, & Giordan, 2004).

Le modèle de changement conceptuel est un processus d’abstraction qui contribue à représenter une partie de la réalité de l’action d’apprendre des sciences

Le changement conceptuel est un processus d’apprentissage qui concerne le passage des conceptions initiales aux conceptions plus scientifiques. Généralement, en didactique, une conception représente « les systèmes de connaissances qu’un sujet mobilise face à une question ou à une thématique, que celle-ci ait fait l’objet d’un enseignement ou pas » (Reuter, Cohen-Azria, Daunay, Delcambre, & Lahanier-Reuter, 2007, p.

197). Souvent, les conceptions initiales sont plus ou moins justes ; elles occupent la même « niche écologique

» que les conceptions scientifiques visées (Astolfi, Peterfalvi & Vérin, 2006).

Posner et al. (1982) envisagent le changement conceptuel comme un remplacement des conceptions, tandis que diSessa (1993), l’envisage plutôt comme une structuration de fragments de savoir.

Tableau :

Conditions qui favorisent le changement conceptuel et écologie conceptuelle selon Posner et al. (1982)

Conditions Écologie conceptuelle Insatisfaction Anomalies en evidence

Intelligibilité

Utilisation d'un vocabulaire juste, de différents modes d’expression, d’analogies, de métaphores

Plausibilité Consistance avec les engagements épistémologiques et les autres connaissances

Fécondité Emploi de la nouvelle conception

Selon Posner et al. (1982), il est nécessaire de planifier le contenu avec l’intention de confronter les conceptions initiales des élèves. Il importe de proposer des situations et des problèmes qui soulignent des anomalies pour favoriser la condition de l’insatisfaction quant aux anciennes conceptions. Pour que le contenu paraisse intelligible aux élèves, il doit être communiqué avec un vocabulaire juste et clair ainsi que représenté sous différents modes (expérience, schéma, symboles, etc.) ou par l’analogie et la métaphore. La plausibilité de la nouvelle conception exige que le moyen utilisé pour proposer la nouvelle conception ait du sens pour les élèves par rapport à ce qu’ils connaissent déjà et à leurs engagements épistémologiques. Les concepts scientifiques touchant un même champ scientifique gagneraient à être enseignés les uns après les autres dans des séquences d’enseignement qui font référence les unes aux autres pour aider les élèves à mettre leurs conceptions en relation et pour les aider à considérer les nouvelles conceptions plausibles. Cette indication contribue par le fait même à la condition de la fécondité puisque lorsqu’une nouvelle conception est exploitée dans une leçon ultérieure, les élèves peuvent constater qu’elle sert à quelque chose.

IX. Conceptual Change

Carey describes two possible senses of what she calls “knowledge restructuring”: weak and strong.

According to Carey, knowledge restructuring in the weak sense involves a rearrangement of the relationships between existing concepts such as velocity, acceleration and force and the situations to which they apply. In weak restructuring, concepts are not changed, rather their applicability are either extended, restricted, or rearranged. Knowledge restructuring in the strong sense involves changes in the concepts themselves, i.e. conceptual change. For Carey, rearrangement without changes in the concepts (weak restructuring) does not happen.

An Example of Conceptual Change

Students typically come to us at the introductory college level with the conception, “motion implies force”

(Clement, 1982), together with an undifferentiated view of motion (Trowbridge & McDermott, 1980, 1981). Even if students can recite Newton’s three laws of motion, their responses to questions and their problem-solving performance usually reveal conceptions which are not in accord with their statement of the laws.

, students figure out the interrelationships between various quantities used to describe the motion of particular objects from graphs of distance vs. time, velocity vs. time, and acceleration vs. time. They begin to discriminate different motions partly as a result of their understanding of the meanings of the terms used to describe motion so that when reporting about falling bodies, for example, they refer to “speeding up” or “acceleration” instead of just “falling down”.

This differentiation of motion, even though it does not, by itself, change students’ conceptions about the causes of motion, generates a conceptual division of motion. It does, however, provide a basis for elaborating or enriching their current conceptions about the causes of motion. For example, students will

say that to maintain a constant velocity a constant excess force is needed and if there is a changing velocity, then the excess force is changing as well. They do not yet have the Newtonian conception,

“constant acceleration implies constant excess force”.

students are asked to observe the motion of an object which is clearly under the influence of a constant excess force and are surprised to find that it does not move with constant velocity, but with constant acceleration. Their surprise is, in part, indicative of a potential cognitive disequilibration . Upon further reflection they realize that this invalidates their constant-velocity explanation which is probably best represented by “velocity implies force” at that point. In classroom situations where the teaching method is constructivist, discussion is encouraged in which students come to realize that a zero-magnitude excess force is a condition for constant velocity, which is more consistent with their new observation about acceleration. In coming to this view, they also shift their thinking about force from applied force to what the physicist calls net force. This conceptual change is represented as a shift from “refined initial conception” to “first version Newtonian conception”.

Changes in the knowledge state of a learner are often described in terms of assimilations and accommodations.

Assimilation is the recognition that an event (physical or mental) fits an existing conception (von Glasersfeld, 1987). This recognition process also involves a selective ignoring of discrepancies deemed not salient. Accommodation is a change in fundamental belief about how the world works, that is, a change in a conception, which enables an event to be assimilated that could not have been assimilated under previously held conceptions.

the motion is differentiated into velocity and acceleration, but the conception that “motion implies force”

remains essentially intact. “Conception-change” accommodation occurs where the conception changes from the initial, everyday conception to a more Newtonian conception. The difference between “within- conception” and “conception-change” accommodation is a difference in how fundamental the change in the students’ knowledge

La théorie des situations

I. Généralités

La théorie des situations mathématiques apparaît en 1970. Elle est née comme simple méthode de description et d’interrogation mathématique des dispositifs psychologiques et didactiques. Depuis, elle n’a pas cessé de se développer sous le double effet des nouvelles questions et des observations empiriques qu’elle a vocation à produire et à mettre en relation.

Une théorie des situations physiques modélise les conditions sous lesquelles les êtres humains produisent, communiquent et apprennent les connaissances que nous reconnaissons comme sciences physiques.

Ces conditions sont modélisées par des systèmes appelés situations, qui conduisent des agents en interaction avec elles à manifester cette connaissance. Elles sont donc spécifiques de la connaissance en jeu.

Les situations se distinguent par leur structure, leurs règles, leur fonctionnement, les formes de connaissances produites, etc.

Nous les regroupons aujourd’hui en deux grands types :

• Les « situations physiques » au cours desquelles aucune intervention didactique n’est envisagée ; et les « situations didactiques », qui comprennent une situation physique, enchâssée dans un système de conditions qui ne conduisent le sujet à l’adoption directe des comportements déterminés que par l’intervention du professeur, que l’élève en aperçoive ou non la nécessité physique.

Les situations ont pour objet de représenter les conditions minimales nécessaires pour expliquer ou justifier la mise en œuvre d’un énoncé (mathématique, physique, scientifique) par un agent ou un groupe d’agents, sans intervention didactique extérieure

Les formes de situations scientifiques les plus simples utilisées dans l’enseignement depuis des siècles sont les exercices et les problèmes.

Les théories des situations illustrent les diverses manières dont les sciences (mathématiques, physiques) interviennent en didactique, comme objet d’étude (les « mathématiques didactiques », mathématiques aménagées pour l’enseignement), comme source d’ingénierie (pour produire de nouvelles organisations, problèmes et des situations mathématiques), comme moyen de modélisation (didactique), comme moyen d’analyse (statistique, épistémologie, sémiologie, …).

II. Situation adidactique

Au sein d’une institution (ou situation) didactique qui doit en permettre l’existence, un jeu (ou situation) adidactique suppose l’articulation de deux processus : la dévolution et

’institutionnalisation. Le professeur abdique de son intention d’enseigner, engageant l’élève dans une

série de jeux dont l’enjeu est une connaissance partagée (un savoir) : c’est le processus de dévolution et, dans le même temps, le professeur oriente les activités de l’élève pour qu’il parcoure les étapes de la production d’un savoir reconnu dans la culture de la société : c’est le processus

d’institutionnalisation. Un jeu adidactique est donc doublement sous contrat : le dispositif du jeu concerne des acteurs qui occupent des positions différentes (intention d’enseigner pour le professeur, intention d’apprendre pour l’élève) et dont l’interaction vise à la mise en place d’un milieu pour le jeu ; la suite des jeux dans (avec et contre) le milieu désigne un enjeu qui n’appartient pas aux jeux mêmes ni à leur milieu : du savoir au sens d’une réponse donnée dans une institution particulière à une catégorie de questions identifiée comme telle au sein de l’institution. Un jeu adidactique met donc en interaction des joueurs et un milieu. Il doit permettre aux élèves (comme joueurs du jeu) de situer leurs stratégies de jeu sans se référer aux attentes supposées du professeur mais, c’est le paradoxe de la dévolution, si le contrat est passé à propos d’un milieu bien choisi, les stratégies des élèves dans leurs interactions avec ce milieu seront les connaissances attendues par le professeur.

Cela suppose un fort travail de régulation institutionnelle, qui est à la charge du professeur, que Brousseau a décrit en introduisant les notions de dévolution et d’institutionnalisation et que A.

Rouchier (1991) a reprises en une seule fonction comme le double procès de dévolution (production d’un enjeu pour les sujets) / institution (construction d’une institution garante de l’enjeu). On notera enfin que les variations du milieu d’un jeu adidactique, impulsées par le professeur grâce au contrat, engagent d’ordinaire trois dialectiques : action, formulation, validation, dont la nécessité tient aux propriétés épistémologiques des savoirs mathématiques ou, plus généralement, scientifiques : une dialectique où les actions sont validées ou invalidées par des rétro-actions d’un milieu « matériel » ou par les interactions entre élèves à propos du même milieu ; une dialectique dans laquelle un modèle d’action se formule collectivement comme stratégie potentiellement gagnante du jeu proposé

; une dialectique où il s’agit de valider cette stratégie, comme susceptible en principe et en pratique de faire gagner au jeu à coup sûr.

a) Une première caractéristique met en jeu la connaissance visée comme « seul moyen » ou, du moins, comme savoir optimal permettant de résoudre la question mobilisée dans la situation adidactique et, plus généralement, la classe de problèmes d’où cette question est issue. D’où le lien avec la notion de situation 3 fondamentale que G. Brousseau (1998) décrit initialement en ces termes : « Chaque connaissance peut se caractériser par une (ou des) situation adidactique qui en préserve le sens et que nous appellerons situation fondamentale. »

b) Une deuxième caractéristique d’une situation adidactique est qu’elle est susceptible d’être dévolue aux élèves, ce qui suppose l’existence d’un milieu permettant à l’élève de se situer sans se référer aux attentes supposées du professeur. L’écueil majeur étant ce qu’on peut appeler les