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Investigation scientifique et modélisation pour l’enseignement des sciences de la Terre contribution à l’étude de la place destechnologies numériques dans la conduite d’une classe de terrain au lycée
E. Sanchez 11 décembre 2007
Sous la direction de Christian Orange & Luc Trouche
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Plan de la présentation…
• Contexte
• Ce sur quoi je me suis appuyé…
• Problématique de la recherche
• Méthodologie de la recherche
• Résultats
• Conclusions et perspectives
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Plan de la présentation…
• Contexte
• Ce sur quoi je me suis appuyé…
• Problématique de la recherche
• Méthodologie de la recherche
• Résultats
• Conclusions et perspectives
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Éléments de contexte
« J'aimerais également que les enseignants de collège disposent de l'aide nécessaire pour faire des expériences, des leçons de choses sur le terrain. Je crains enfin un abus de l'usage des ordinateurs qui donnent instantanément une réponse conduisant à affranchir l'enfant d'une véritable démarche d'investigation. »
Edouard Brézin
« Installer un enseignement qui fasse place à l'observation » 04.12.07
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Éléments de contexte
« J'aimerais également que les enseignants de collège disposent de l'aide nécessaire pour faire des expériences, des leçons de choses sur le terrain. Je crains enfin un abus de l'usage des ordinateurs qui donnent instantanément une réponse conduisant à affranchir l'enfant d'une véritable démarche d'investigation. »
Edouard Brézin
« Installer un enseignement qui fasse place à l'observation » 04.12.07
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Éléments de contexte
• Institutionnel un renouvellement des pratiques dans un contexte de crise de l’enseignement scientifique
• Personnel une expérience d’enseignant et de formateur, un détachement à l’INRP
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Des questions initiales
• La place du travail de terrain dans l’enseignement de la géologie
• Le développement de l’autonomie des élèves dans le cadre de la conduite d’une classe de terrain
• La place des TIC dans le cadre d’une telle démarche
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Plan de la présentation…
• Contexte
• Ce sur quoi je me suis appuyé…
• Problématique de la recherche
• Méthodologie de la recherche
• Résultats
• Conclusions et perspectives
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L’importance des situations, du milieu
• Une situation didactique met en scène un élève, des savoirs et un milieu
(Brousseau 1990)
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L’apprentissage comme résultant d’interactions
« C’est en s’adaptant aux choses que la pensée s’organise elle-même et c’est en s’organisant elle-même qu’elle structure les choses »
(Piaget, 1963).
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La médiation instrumentale des interactions
(Rabardel, 1995)
Sujet Objet
Artefact
Instrumentation
Instrumentalisation
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La médiation instrumentale des interactions
(Rabardel, 1995)
Sujet Objet
Instrument
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Un cadre socio-constructiviste
« L’élément central pour toute la psychologie de l’apprentissage est la possibilité de s’élever dans la collaboration avec quelqu’un à un niveau intellectuel supérieur »
(Vygotski, 1934)
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Plan de la présentation…
• Contexte
• Ce sur quoi je me suis appuyé…
• Problématique de la recherche
• Méthodologie de la recherche
• Résultats
• Conclusions et perspectives
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Démarche d’investigation et modélisation
Des tâches liées :
• à l’appropriation d’un modèle
• à la constitution d’un registre empirique
• à la confrontation de ces deux registres
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Démarche d’investigation et modélisation
Des tâches liées :
• à l’appropriation d’un modèle
• à la constitution d’un registre empirique
• à la confrontation de ces deux registres
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Démarche d’investigation et modélisation
Des tâches liées :
• à l’appropriation d’un modèle
• à la constitution d’un registre empirique
• à la confrontation de ces deux registres
RM
• Identifier les caractéristiques d’un modèle
• Identifier les propriété d’un modèle
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Démarche d’investigation et modélisation
Des tâches liées :
• à l’appropriation d’un modèle
• à la constitution d’un registre empirique
• à la confrontation de ces deux registres
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Démarche d’investigation et modélisation
Des tâches liées :
• à l’appropriation d’un modèle
• à la constitution d’un registre empirique
• à la confrontation de ces deux registres
RE
• Situer des données empiriques dans l’espace ou dans le temps
• Mettre en forme ces données
• …
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Démarche d’investigation et modélisation
Des tâches liées :
• à l’appropriation d’un modèle
• à la constitution d’un registre empirique
• à la confrontation de ces deux registres
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Démarche d’investigation et modélisation
Des tâches liées :
• à l’appropriation d’un modèle
• à la constitution d’un registre empirique
• à la confrontation de ces deux registres
RM
• Déterminer les implications du modèle en termes d’observables de terrain
• Argumenter l’adéquation des données au modèle
• …
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Registre empirique
Registre du modèle Registre théorique
modèles scientifiques
RM Tâches centrées sur le modèle
EM Utilisation du modèle pour établir des
prévisions
EM Confrontation des données au modèle
RE Tâches centrées sur la
maîtrise du registre empirique
Un modèle de démarche d’investigation
Registre empirique
Registre du modèle Registre théorique
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Démarche d’investigation et TIC
Les TIC pour élaborer des situations permettant aux élèves
• de se construire un registre empirique
• de mettre en relation un modèle scientifique et d’un registre empirique
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Plan de la présentation…
• Contexte
• Ce sur quoi je me suis appuyé…
• Problématique de la recherche
• Méthodologie de la recherche
• Résultats
• Conclusions et perspectives
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Une ingénierie didactique
L’ingénierie didactique est une méthodologie de recherche qui permet de préciser d’une part les « rapports entre la recherche et l’action sur le système d’enseignement » et, d’autre part, « le rôle qu’il convient de faire jouer aux réalisations didactiques en classe »
(Artigue, 1988)
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La conception d’un Environnement Informatique pour l’Apprentissage Humain
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Une ingénierie didactique
A Préparation
2h00
B Terrain
2 jours
C Exploitation
2h00
Les Alpes sont elles une chaîne de collision ?
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Une ingénierie didactique
A RM identifier les caractéristiques et propriétés d’un modèle
REM élaborer le protocole d’observation
B RE recueillir des indices, les photographier
C REM géolocaliser des images commentéesRédiger une histoire des Alpes argumentée
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Une ingénierie didactique
A RM identifier les caractéristiques et propriétés d’un modèle
REM élaborer le protocole d’observation
B RE recueillir des indices, les photographier
C REM géolocaliser des images commentéesRédiger une histoire des Alpes argumentée
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Une ingénierie didactique
A RM identifier les caractéristiques et propriétés d’un modèle
REM élaborer le protocole d’observation
B RE recueillir des indices, les photographier
C REM géolocaliser des images commentéesRédiger une histoire des Alpes argumentée
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Une ingénierie didactique
A RM identifier les caractéristiques et propriétés d’un modèle
REM élaborer le protocole d’observation
B RE recueillir des indices, les photographier
C REM géolocaliser des images commentéesRédiger une histoire des Alpes argumentée
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Le traçage de l’activité des élèves
Fichier .txt
Fichier .xml
« Une suite d’observés temporellement situés »
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La réalisation de chronogrammes
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Inf
Trace informatique
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Traces audio
E1 E2
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Sélection d’une image
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Sélection d’une image
E1 : Ah oui, génial. Ça c'est pour voir les gros blocs…
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Sélection d’une image
E1 : d'abord on fait prisme d'accrétion.
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Rédaction du commentaire de l’image
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Rédaction du commentaire de l’image
E1 : … présentant des plis en S. témoin d'un raccourcissement et d'un phénomène de subduction.
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Géolocalisation de l’image
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Géolocalisation de l’image
E2 : non, on ne voit pas les routes. Faudrait plus le mettre là.
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Géolocalisation de l’image
E1 : ça c’en n'est pas une le truc qui serpente ? On se met là ?
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Plan de la présentation…
• Contexte
• Ce sur quoi je me suis appuyé…
• Problématique de la recherche
• Méthodologie de la recherche
• Résultats
• Conclusions et perspectives
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Motifs informatiques et démarche d’investigation
Binôme 1 Binôme 2 Binôme 3
Géolocalisation de l’image sur la carte
Rédaction du commentaire de l’image
Sélection d’une image
Tâches de type RE
Tâches de type EM
Tâches de type RE
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Motifs informatiques et démarche d’investigation
Sélection d’une image
Constitution du registre empirique
Géolocalisation de l’image
Constitution du registre empirique
Rédaction du commentaire de l’image
Mise en relation du registre empirique et du modèle
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Des genèses instrumentales
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La reconfiguration du processus d’apprentissage
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• 1jaime2 1 :05 [photographie]
• E1 : viens là j’ai une auréole…• E2 : au milieu c’est du pyroxène, c’est une auréole de
quoi ?• E3 : pyroxène et là c’est actinote…• E1 : … et chlorite. Ben on va tout prendre… Regarde là
y’a… le vert, le noir et là y’a de la hornblende. Il faut que tu prennes les tr… deux.
• E2 : les deux côtés il faut que je prenne ?• E1 : ouais• E2 : ben c’est gentil, je vais me faire […]…• E1 : mais non… tu prends une fois ça, une fois ça• […]• E1 : tu prends ça, le but c’est de prendre ça…• E2 : prends un bon zoom là dessus, tu veux pas plutôt
zoomer complètement, parce que c’est important… non mais zoome carrément sur le…Moi je la tiens si tu veux la pièce.
• […]• E2 : Ce qu’on veut voir c’est ça.
La reconfiguration du processus d’apprentissage
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• 1jaime2 1 :05 [photographie]
• E1 : viens là j’ai une auréole…• E2 : au milieu c’est du pyroxène, c’est une auréole de
quoi ?• E3 : pyroxène et là c’est actinote…• E1 : … et chlorite. Ben on va tout prendre… Regarde là
y’a… le vert, le noir et là y’a de la hornblende. Il faut que tu prennes les tr… deux.
• E2 : les deux côtés il faut que je prenne ?• E1 : ouais• E2 : ben c’est gentil, je vais me faire […]…• E1 : mais non… tu prends une fois ça, une fois ça• […]• E1 : tu prends ça, le but c’est de prendre ça…• E2 : prends un bon zoom là dessus, tu veux pas plutôt
zoomer complètement, parce que c’est important… non mais zoome carrément sur le…Moi je la tiens si tu veux la pièce.
• […]• E2 : Ce qu’on veut voir c’est ça.
La reconfiguration du processus d’apprentissage
Début de l’échange
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• 1jaime2 1 :05 [photographie]
• E1 : viens là j’ai une auréole…• E2 : au milieu c’est du pyroxène, c’est une auréole de
quoi ?• E3 : pyroxène et là c’est actinote…• E1 : … et chlorite. Ben on va tout prendre… Regarde là
y’a… le vert, le noir et là y’a de la hornblende. Il faut que tu prennes les tr… deux.
• E2 : les deux côtés il faut que je prenne ?• E1 : ouais• E2 : ben c’est gentil, je vais me faire […]…• E1 : mais non… tu prends une fois ça, une fois ça• […]• E1 : tu prends ça, le but c’est de prendre ça…• E2 : prends un bon zoom là dessus, tu veux pas plutôt
zoomer complètement, parce que c’est important… non mais zoome carrément sur le…Moi je la tiens si tu veux la pièce.
• […]• E2 : Ce qu’on veut voir c’est ça.
La reconfiguration du processus d’apprentissage
Identification des minéraux
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• 1jaime2 1 :05 [photographie]
• E1 : viens là j’ai une auréole…• E2 : au milieu c’est du pyroxène, c’est une auréole de
quoi ?• E3 : pyroxène et là c’est actinote…• E1 : … et chlorite. Ben on va tout prendre… Regarde là
y’a… le vert, le noir et là y’a de la hornblende. Il faut que tu prennes les tr… deux.
• E2 : les deux côtés il faut que je prenne ?• E1 : ouais• E2 : ben c’est gentil, je vais me faire […]…• E1 : mais non… tu prends une fois ça, une fois ça• […]• E1 : tu prends ça, le but c’est de prendre ça…• E2 : prends un bon zoom là dessus, tu veux pas plutôt
zoomer complètement, parce que c’est important… non mais zoome carrément sur le…Moi je la tiens si tu veux la pièce.
• […]• E2 : Ce qu’on veut voir c’est ça.
La reconfiguration du processus d’apprentissage
Choix de la photographie
à réaliser
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• 1jaime2 1 :05 [photographie]
• E1 : viens là j’ai une auréole…• E2 : au milieu c’est du pyroxène, c’est une auréole de
quoi ?• E3 : pyroxène et là c’est actinote…• E1 : … et chlorite. Ben on va tout prendre… Regarde là
y’a… le vert, le noir et là y’a de la hornblende. Il faut que tu prennes les tr… deux.
• E2 : les deux côtés il faut que je prenne ?• E1 : ouais• E2 : ben c’est gentil, je vais me faire […]…• E1 : mais non… tu prends une fois ça, une fois ça• […]• E1 : tu prends ça, le but c’est de prendre ça…• E2 : prends un bon zoom là dessus, tu veux pas plutôt
zoomer complètement, parce que c’est important… non mais zoome carrément sur le…Moi je la tiens si tu veux la pièce.
• […]• E2 : Ce qu’on veut voir c’est ça.
La reconfiguration du processus d’apprentissage
Fin de l’échange
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Les modèles, des outils « pour penser »
APrieur7 [Recherchent la limite des différentes formations]
• E2 : là ça change non ?• E1 : non, tu retrouves la même chose.• E2 : ouais c’est vrai mais… • E1 : parce que ça doit virer vers le gabbro• E2 : t’es sûre ?• E1 : moi je dis gabbro, métagabbro, vers les
complexes… et après basalte• E2 : ouais mais justement, basalte ça devrait être
les plus au dessus car tu sais, quand la truc elle s’est Crac. Donc on va trouver le basalte là bas et en bas si ça se trouve c’est les métagabbros
• E1 : ou de l’autre côté…• E2 : ouais peut être de l’autre côté ouais. Ben on
verra quand on mettra en commun
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Les modèles, des outils « pour penser »
APrieur7 [Recherchent la limite des différentes formations]
• E2 : là ça change non ?• E1 : non, tu retrouves la même chose.• E2 : ouais c’est vrai mais… • E1 : parce que ça doit virer vers le gabbro• E2 : t’es sûre ?• E1 : moi je dis gabbro, métagabbro, vers les
complexes… et après basalte• E2 : ouais mais justement, basalte ça devrait être
les plus au dessus car tu sais, quand la truc elle s’est Crac. Donc on va trouver le basalte là bas et en bas si ça se trouve c’est les métagabbros
• E1 : ou de l’autre côté…• E2 : ouais peut être de l’autre côté ouais. Ben on
verra quand on mettra en commun
Début de l’échange
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Les modèles, des outils « pour penser »
APrieur7 [Recherchent la limite des différentes formations]
• E2 : là ça change non ?• E1 : non, tu retrouves la même chose.• E2 : ouais c’est vrai mais… • E1 : parce que ça doit virer vers le gabbro• E2 : t’es sûre ?• E1 : moi je dis gabbro, métagabbro, vers les
complexes… et après basalte• E2 : ouais mais justement, basalte ça devrait être
les plus au dessus car tu sais, quand la truc elle s’est Crac. Donc on va trouver le basalte là bas et en bas si ça se trouve c’est les métagabbros
• E1 : ou de l’autre côté…• E2 : ouais peut être de l’autre côté ouais. Ben on
verra quand on mettra en commun
Le modèle géologique
est convoqué
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Les modèles, des outils « pour penser »
APrieur7 [Recherchent la limite des différentes formations]
• E2 : là ça change non ?• E1 : non, tu retrouves la même chose.• E2 : ouais c’est vrai mais… • E1 : parce que ça doit virer vers le gabbro• E2 : t’es sûre ?• E1 : moi je dis gabbro, métagabbro, vers les
complexes… et après basalte• E2 : ouais mais justement, basalte ça devrait être
les plus au dessus car tu sais, quand la truc elle s’est Crac. Donc on va trouver le basalte là bas et en bas si ça se trouve c’est les métagabbros
• E1 : ou de l’autre côté…• E2 : ouais peut être de l’autre côté ouais. Ben on
verra quand on mettra en commun
Des prévisions sont formulées
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Plan de la présentation…
• Contexte
• Ce sur quoi je me suis appuyé…
• Problématique de la recherche
• Méthodologie de la recherche
• Résultats
• Conclusions et perspectives
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modèles scientifiques
RM Tâches centrées sur le modèle
EM Utilisation du modèle pour établir des
prévisions
EM Confrontation des données au modèle
RE Tâches centrées sur la
maîtrise du registre empirique
Les modèles scientifiques : des outils pour conduire une démarche d’investigation
Inquiry Based Learning Model Based Reasoning
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Les TIC et classe de terrain
• TIC et médiatisation des interactions
• TIC et renouvellement des pratiques
• Influence des TIC sur les activités cognitives des élèves
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Des questions qui restent ouvertes
• Modéliser, simuler pour apprendre les sciences