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Représentation et technologie en éducation Rapport en vue de l’Habilitation à D

Représentation et technologie en éducation Rapport en vue de l’Habilitation à Diriger des Recherches Erica de Vries Maître de Conférences, Université Pierre-Mendès-France Laboratoire des Sciences de l’Education, EA 602 Promoteur : J. Baillé Soutenu publiquement devant un jury composé de Madame et Messieurs : Jacques Baillé Professeur à l’Université Pierre-Mendès-France Georges-Louis Baron Professeur à l’Université René Descartes - Paris 5 Pascal Pansu Professeur à l’Université Pierre-Mendès-France Daniel Peraya Professeur à l’Université de Genève Andrée Tiberghien Directrice de Recherche au CNRS - UMR 5191 ICAR Grenoble, le 13 décembre 2006 Remerciements De nombreuses personnes m’ont soutenu dans l’accomplissement de ce rapport. Je tiens à remercier en particulier : Jacques Baillé pour ses encouragements, l’intérêt qu’il manifeste pour mes thèmes et travaux, et son excellent jeu de sparring-partner à travers ses critiques. Ceux qui m’ont fait confiance, Janet L. Jackson, Michel Denis, Ton de Jong, Andrée Tiberghien et Jacques Baillé. Ils m’ont servi – et me servent toujours – de modèles. Christian Dépret pour ses remarques pertinentes sur ce texte et Sylvie Juliers pour sa relecture méticuleuse et ses corrections de mon français. Les fautes et les expressions singulières qui sont restées m’incombent. Alix Geronimi, Sandra Patonnier, et Ngattai Service pour avoir été mes premiers sujets en matière d’encadrement. Michael Baker et Kris Lund pour nos discussions épistémiques et quotidiennes auxquelles je pense avec nostalgie. La communauté scientifique autour des technologies informatiques de l’apprentissage pour les interactions animées qui ont indubitablement contribué à ma réflexion. Les membres de l’équipe-projet MeTAH « Modèles et technologies pour l'Apprentissage Humain » pour leurs efforts de création d’un pôle EIAH à Grenoble. Mes collègues du département et du Laboratoire des Sciences de l’Education pour être de bons compagnons de travail. Ma famille. Sommaire Introduction 5 Chapitre 1. De la représentation et du signe 9 1.1. La représentation, action de mettre devant les yeux ou devant l’esprit de quelqu’un... 10 1.2. Modèles et représentations ............................................................................................ 11 1.2.1. Les systèmes de représentation ........................................................................ 12 1.2.2. Représentations intrinsèques............................................................................ 14 1.2.3. Représentations artefactuelles ......................................................................... 15 1.2.4. Représentations irréalisables........................................................................... 15 1.3. Trois modèles (et leur représentation externe) de la représentation interne.................. 16 1.3.1. Les propositions ............................................................................................... 17 1.3.2. Les images mentales......................................................................................... 19 1.3.3. Les modèles mentaux........................................................................................ 21 1.4. Écueils de la représentation externe (des modèles) de la représentation interne........... 23 1.4.1. Représentation du monde ou des connaissances du monde............................. 24 1.4.2. Computation versus interprétation................................................................... 25 1.4.3. Séparation entre émetteurs et destinataires..................................................... 26 1.5. Le signe, quelque chose mise à la place d’autre chose.................................................. 26 1.5.1. Systèmes de signes............................................................................................ 28 1.5.2. De multiples classifications du signe ............................................................... 30 1.6. Représentations et signes............................................................................................... 31 1.6.1. Symbolique versus sémiotique.......................................................................... 31 1.6.2. Les mots, les pensées et les choses................................................................... 32 Chapitre 2. Structures formelles de la représentation 34 2.1. Structures syntactiques .................................................................................................. 36 2.1.1. La nature des relata ......................................................................................... 38 2.1.2. Les types de représentation.............................................................................. 40 2.2. Règles récursives ........................................................................................................... 42 2.2.1. Première forme de la récursivité...................................................................... 43 2.2.2. Transitivité ....................................................................................................... 45 2.2.3. Deuxième forme de la récursivité..................................................................... 46 2.2.4. La récursivité croisée interne-externe.............................................................. 46 2.2.5. Symétrie............................................................................................................ 48 2.3. Un exemple ludique de chaînes récursives.................................................................... 49 2.4. Code, convention, connaissances communes................................................................ 51 2.5. Quid des représentations éducatives ?........................................................................... 54 Chapitre 3. Codes et conventions dans les logiciels d’apprentissage 55 3.1. L’ordinateur méta-médium............................................................................................ 56 3.2. Typologie des représentations éducatives ..................................................................... 59 3.3. Conventions générales................................................................................................... 62 3.3.1. Textes et images ............................................................................................... 63 3.3.2. Schémas et diagrammes ................................................................................... 67 3.3.3. Le problème du discernement contenu-expression .......................................... 68 3.4. Conventions spécifiques................................................................................................ 70 3.4.1. Langages formels et registres sémiotiques....................................................... 70 3.4.2. Représentations graphiques............................................................................. 71 3.4.3. Représentations scientifiques et techniques ..................................................... 73 3.4.4. Le problème des représentations disciplinaires modifiées par l’informatique 78 3.5. Conventions émergentes................................................................................................ 81 3.5.1. Matérialisation d’objets mathématiques et de structures formelles ................ 81 3.5.2. Représentations de représentations ................................................................. 86 3.5.3. Le problème de l’intrinsèque, de l’extrinsèque et de l’artefactuel .................. 92 3.6. Annonce d’une expérience de pensée............................................................................ 92 Chapitre 4. Explorations dans ENERGIE et construction de modèles 94 4.1. La perspective modélisatrice ......................................................................................... 95 4.1.1. Théorie, modèle et champ expérimental de l’élève.......................................... 96 4.1.2. Types de résultats dans l’apprentissage par la modélisation .......................... 96 4.1.3. Autres démarches fondées sur le cycle scientifique et sur l’échange social.... 97 4.2. La séquence didactique sur l’énergie............................................................................. 98 4.2.1. Introduction du texte « germe théorie/modèle de l’énergie » (phase 1).......... 98 4.2.2. Exploration de la base hypermédia Energie (phase 2).................................. 101 4.2.3. Construction de chaînes énergétiques avec CHENE (phase 3) ....................... 104 4.3. Recueil de données ...................................................................................................... 105 4.4. Analyse de l’exploration et des modèles construits..................................................... 105 4.5. L’amalgame modèle-représentation ............................................................................ 111 Chapitre 5. Discussions épistémiques dans CONNECT 113 5.1. Les discussions épistémiques ...................................................................................... 114 5.2. La séquence didactique sur le son ............................................................................... 114 5.2.1. Introduction du modèle particulaire du son................................................... 115 5.2.2. Interprétation individuelle d’une situation nouvelle...................................... 116 5.2.3. Confrontation des interprétations avec CONNECT.......................................... 117 5.3. Constitution d’un corpus ............................................................................................. 119 5.4. Analyse des dialogues ................................................................................................. 120 5.4.1. André et Jean.................................................................................................. 122 5.4.2. Cyril et Max.................................................................................................... 125 5.5. Points de vue et situations de référence....................................................................... 127 Chapitre 6. L’abduction, solution et problème 128 6.1. Abduction et processus de signification...................................................................... 129 6.2. Les moments d’abduction............................................................................................ 131 6.2.1. Premier moment : la sélection du gribouillis porteur de sens....................... 131 6.2.2. Deuxième moment : le choix du code parmi des codes concurrents.............. 134 6.2.3. Troisième moment : quel mode de signification ?.......................................... 137 6.3. Problème de l’abduction – problème de cadre ............................................................ 138 6.4. L’expérience de pensée reconsidérée .......................................................................... 141 Conclusion et prospective 144 Bibliographie 148 - 5 - Introduction Le présent rapport en vue de l’Habilitation à Diriger des Recherches part d’une conception de tout acte éducatif dans sa double dimension de choix d’un contenu – quels concepts, quelles théories, quels savoir-faire ou quelles techniques enseigner ? – et de choix d’un moyen d’expression – par le biais de quelles représentations ou de quels systèmes de signifiants ? Cette première approche distinguant fond et forme n’est ni nouvelle, ni originale ; elle existe en sciences de l’éducation, en psychologie, en linguistique, et en sciences de l’information et de la communication. Elle est à l’origine de nombreux travaux sur les méthodes et sur les médias de l’enseignement ainsi que sur leurs effets sur les apprentissages. L’introduction des Technologies de l’Information et de la Communication dans l’Enseignement (désormais TICE) n’a fait qu’élargir le spectre des supports pédagogiques qui varient sur le plan des modalités perceptives sollicitées, de l’organisation spatiale et temporelle des médias, des registres sémiotiques fournis et de leurs modes opératoires. L'expression « représentations externes multiples » ou « représentations éducatives » est alors apparue pour désigner toute configuration d’inscriptions sur écran d’ordinateur créée par un enseignant ou par un concepteur de logiciel et qui permette à l’enseigné d’interagir avec un contenu visé (Ainsworth, 1999, 2006 ; Schnotz & Lowe, 2003 ; Van Someren, Reimann, Boshuizen & de Jong, 1998). De façon simplifiée, on peut dire qu’un enseignant (ou un concepteur) produit des représentations externes – statiques ou dynamiques, par le biais du visuel et de l’auditif, du langage et des graphismes – et que l’enseigné (ou l’utilisateur) construit des représentations internes lors d’activités de lecture, de manipulation et de collaboration. Ce second découpage interne-externe traverse quant à lui – sur le mode de l’affirmation ou du démenti – la philosophie, la sémiotique, les sciences cognitives, et la psychologie de l’éducation. Il a un statut particulier en Intelligence Artificielle dans laquelle on procède à - 6 - l’externalisation de l’interne et vice versa (acquisition, programmation, implémentation) en réalisant tuteurs intelligents et Environnements Informatiques pour l’Apprentissage Humain (désormais EIAH). Ce thème de la représentation est un objet de préoccupation constante depuis ma formation initiale en psychologie cognitive et expérimentale à Groningen. A cette époque, les modèles propositionnels et imagés de la représentation interne se précisaient et des modèles mixtes se développaient. Un de ceux-ci, le « modèle de course » entre propositions et images mentales, fut l’objet de mon mémoire de fin d’études au Centre d’Etudes de Psychologie Cognitive à Orsay. En même temps, émergeait une réflexion sur la nature de ces modèles, notamment chez Fodor (1983) et Le Ny (1985), réflexion dont je me suis nourrie intellectuellement avec grand appétit. J’ai poursuivi en thèse, à l’Université de Technologie d’Eindhoven, sur l’utilisation d’hypertextes dans la résolution de problèmes de conception en architecture. La question de la représentation externe se posait alors dans les termes de la recherche d'une adéquation entre des structures hypertextuelles de l’information et des tâches de recherche pendant différentes phases dans la conception. Lors de ma période postdoctorale au sein de l’équipe COAST à Lyon, je me suis tournée vers l’étude de séquences didactiques et de leurs supports informatiques associés. J’ai pu observer que la création de représentations éducatives implique souvent l’explicitation des caractéristiques qu’on leur octroie et un pari sur leur adéquation aux apprentissages visés. Lors de mon recrutement, en 1997, en Sciences de l’Education à Grenoble, ma principale inquiétude – du fait de la relative fragilité de ma maîtrise du français académique à l’époque – fut l’enseignement. A chaque instant, je m’efforçais de trouver le bon mot ou le bon uploads/Science et Technologie/ technologies-educatives.pdf