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HAL Id: hal-01897117 https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01897117 Preprint submitted on 12 Nov 2018 HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entific research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers. L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés. Réussites d’élèves de BEP Electrotechnique avec les exercices du logiciel schémaplic ? Gage de conceptualisation ou illusion ? Nicolas Paratore To cite this version: Nicolas Paratore. Réussites d’élèves de BEP Electrotechnique avec les exercices du logiciel schémaplic ? Gage de conceptualisation ou illusion ?. 2011. hal-01897117 Réussites d'élèves de BEP Electrotechnique avec les exercices du logiciel schémaplic ? Gage de conceptualisation ou illusion ? Par Nicolas PARATORE - Université Lumière Lyon 2 – 69000 Lyon -UMR 5191 ICAR Docteur en Sciences de l'éducation-Psychologue paratore@aliceadsl.fr Résumé Le présent article s’inscrit dans la problématique d’une recherche (Paratore, 2010) portant sur l'étude de la conceptualisation à l’œuvre dans des tâches d’exercices de traçage de schémas électriques de principe dans un Environnement Informatique d’Apprentissage Humain. On s'est intéressé à des situations où il s'agissait pour l'élève, de re-trouver un schéma électrique alors que l'ordre de ses symboles été préexistant à l'activité de traçage. Dans une démarche expérimentale, nous avions analysé les productions des tracés d'élèves de BEP des métiers de l'électrotechnique lors de l’exécution de cinq exercices de la version 3.0 du logiciel schémaplic. En adéquation avec nos attentes, nous observions que le fait pour le concepteur de prédisposer a priori les symboles d'un schéma électrique à l'identique du schéma à re-trouver pour ne demander à l'élève de tracer uniquement les liaisons entre ces symboles, favorisait le déclenchement d'actions de traçage dont les règles reposaient principalement sur des connaissances-en-acte du domaine de la topologie, et dans une moindre mesure, sur des propriétés du domaine de l’électrotechnique, propriétés présentes dans la situation. Mots clés : schéma électrique fragmenté, schéma électrique de principe, invariants opératoires ; Environnement Informatique d’Apprentissage Humain, théorie des champs conceptuels. Keys-words : algorithm, schemes, electric circuits, electrical diagrams, teaching – learning of the electrical diagram; diagram in principle; fragmented diagram; computer environment for human learning. 1-Introduction Au collège, ensuite au lycée, l’électricité fait partie des programmes dans la matière des sciences physiques. L’électricité est aussi abordée avec la discipline technologie, à travers la construction d’objets techniques où il est également question de décodage de plans de montages, de schémas, etc. Une première approche des circuits électriques peut-etre envisagée au cycle 2 avec la construction de circuits électriques simples à courant continu, pour se poursuivre jusqu’au collège, avec notamment le courant alternatif en fin de celui-ci. Par la suite, elle prend surtout une place prépondérante pour les élèves qui se sont orientés dans les filières dites professionnelles, comme par exemple le BEP des métiers de l’électrotechnique, le Bac Pro ELEEC, la seconde STI (Sciences et Techniques Industrielles) Génie Electrique, etc. L’électricité fait une large part aux schémas et aux circuits, dont la finalité est de « vehiculer une information utile a l’utilisateur capable de la decoder » (Caillot, 1988, p. 60). Avec les 1 circuits électriques et les schémas électriques, nous avons à faire à des représentations graphiques normées. Le schéma, contrairement aux autres systèmes, ne se situerait plus dans le cadre de la géométrie projective. Il ferait appel à un code et à des règles de structuration souvent arbitraires (Cuny & Boyé, 1981). L’utilisation du schéma électrique de la part de l’utilisateur (pour nous, l’élève) nécessite qu’il sache décoder l’information graphique. C’est « une activite complexe, qui necessiterait un apprentissage serieux » (Caillot, ibidem, p. 60). S’il convient de distinguer l’activité de lecture, de l’activité d’écriture, qui appellent toutes deux des opérations cognitives distinctes (Amigues & Ginestié, 1987) ; (Fassina, 1969) ; (Vézin, 1985) ; (Johsua, 1982, 1984, 1985) ; (Johsua & Dupin, 1982) ; (Closset, 1983) ; (Caillot, 1984) ; (Rabardel & Fassina, 1992), généralement, jusqu’au baccalauréat des Sciences et Techniques Industrielles Génie Electrique et Bac pro ELEEC, l’activité de conception, (dont l’apprentissage n’est d’ailleurs pas au programme du BEP des métiers de l’électrotechnique) qui consiste à concevoir en intégralité un circuit et/ou un schéma, n’est en principe abordée que partiellement. Une tâche particulière d'exercice de schématisation électrique On peut observer qu’une activité habituellement proposée par les maitres et/où professeurs aux élèves, que ce soit à l'école primaire, au collège ou au lycée professionnel consiste le plus souvent à (re)trouver un schéma électrique alors que tous (figure 1) ou certains (figure 2) traits entre les symboles ont été volontairement supprimés. Il ne reste donc que les symboles qui demeurent dans leur position spatiale initiale. Cette tâche est proposée de manière systématique lors d’épreuves de certification des baccalauréats PRO ELECC, STI et du BEP des métiers de l’électrotechnique. Dans nos écrits précédents (Paratore, 2008), nous avions décidé d'appeler schéma « fragmente » ce type de structure, parce que des fragments du schémas (les symboles électriques) étaient préexistants à l'activité de traçage de l'élève. Certes, nous avions conscience qu'il ne s'agissait pas à proprement parler d'une structure, car ce qu'il manque à la structure, ce sont les liaisons qui ici sont absentes. Il s'agirait plutôt d'une structure statique qui suppose une hiérarchie d'ordres, sans forme de contact. Avec le schéma fragmenté, nous avions aussi dit que la structure du schéma revetait une organisation spatiale dite en « ordre », lorsque les symboles électriques conservaient leur place initiale. Nous avancions que cette notion générale de l'ordre pouvait se comprendre comme le respect de la disposition dans l'espace du schéma de la position des symboles au regard des règles de la norme électrique des schémas (NF C 03 213 et NF C 15 100). L'ordre serait issu d'une séquence de succession. Par exemple, la norme électrique stipule que le conducteur dit de « phase » doit se connecter à l'interrupteur, et jamais à un récepteur comme une lampe. C'est en quelque sorte, un ordre descriptif au sens de Bohm & Peat (2003). Pour une meilleure compréhension des propos de ce texte, nous donnons dès maintenant une définition des trois termes que nous venons d’employer ci-dessus, en l’occurrence, le schéma fragmenté, le schéma semi-fragmenté et le schéma intégral (ou expert) : schéma fragmenté : « schema dont on a supprime les traits de jonctions entre les symboles electriques. La configuration spatiale de sa structure peut revetir deux formes : ordre et desordre » ; Toutefois, contrairement à nos travaux de thèse (Paratore, 2010) nous prenons ici le parti de ne pas retenir le vocable « desordre », mais plutôt celui d'ordre aléatoire. schéma semi-fragmenté : « schema dont on a partiellement supprime les traits de jonctions entre les symboles electriques. La configuration spatiale de sa structure peut revetir deux formes : ordre et ordre aleatoire ». 2 schéma intégral ou expert : c’est le schéma à re-trouver à partir d’un état fragmenté, semi fragmenté ou suite à une activité de conception (figure 3). On peut trouver aussi dans la littérature technique scolaire, le vocable « canonique ». 2-Exposé de la problématique et question de la recherche Ce travail de recherche est né de nos interrogations qui émanaient de nos pratiques, à la fois d'enseignant en lycée professionnel depuis plus de deux décennies, et apprenti-chercheur, concernant les nombreuses réussites obtenues avec des exercices de schémas électriques de principe du logiciel schémaplic (nous le présentons plus loin). Alors que des élèves de BEP électrotechnique devaient re-trouver un schéma de principe à partir des traces de son schéma fragmenté (voir les exemples donnés avec la figure 1 et la figure 2), nous étions plus particulièrement « etonnes1 » par les nombreuses réussites obtenues par des élèves réputés faibles2 dans le domaine de la schématisation électrique. D'une part, ces derniers réussissaient facilement dans l'ordre, les quatre premiers exercices du logiciel schémaplic, d'autre part, ces memes élèves ne savaient pas expliquer les principes de fonctionnement des quatre exercices qu'ils venaient de réussir. Nous disposions alors de quelques indices sérieux pour questionner le sens des réussites obtenus par les élèves. Précisons qu'au cours de ces observations répétées, tous les élèves avaient préalablement reçu un enseignement des principes de fonctionnement des circuits des schémas présentés dans le logiciel. Aussi, nous n'avions pas contrôlé le nombre d'essais menant aux réussites. 2-1 Question de la recherche Notre question de départ peut se résumer ainsi : "quelles significations attribuer aux reussites obtenues avec le logiciel schemaplic dans sa fonction exercices de schemas electriques de principe, chez des elèves de première annee de BEP des metiers de l’electrotechnique ? » Figure 1 : un exemple de la trace d'un schéma fragmenté du simple allumage (d'après la version 3.0 de schémaplic, zoom 150°, avec texture quadrillée). L'élève n' a pas à effectuer de déplacements spatiaux aux symboles (pas de modification de la configuration de la structure). 1 Nous uploads/Science et Technologie/ exercices-schemaplic.pdf