Il est de tradition qu’une thèse s’ouvre sur des remerciements. Et c’est justice, car un tel travail, s’étendant sur plusieurs années, incorpore forcément les apports de beaucoup de personnes, que le rédacteur de la thèse rassemble et organise. Sa pensée s’est nourrie et s’est modifiée de multiples échanges, souvent informels, et l’énumération qui suit, sans en faire un historique sérieux, essaye d’en garder la trace.
En effet ces remerciements ne sont pas seulement une affaire de sentiments ; à leur manière ils participent aussi d’une entreprise scientifique. Ils conservent à toutes fins utiles la trace de la personnalisation inévitable de toute production scientifique. Au contraire le texte de la thèse proprement dit doit, autant que possible, gommer cette personnalisation, comme l’exprime Brousseau (1998, p. 48) avec un certain humour : ‘« il faut ... supprimer toutes les réflexions inutiles, la trace des erreurs commises et des cheminements erratiques. Il faut cacher les raisons qui ont conduit dans cette direction et les conditions personnelles qui ont présidé à cette réussite, problématiser habilement les remarques même un peu banales, mais éviter les trivialités »’.
Andrée Tiberghien m’a tout appris. Pendant sept ans, depuis mon DEA, au cours d’innombrables réunions, de centaines d’heures de discussion entre nous, dans son bureau, dans les avions ou dans les couloirs des conférences, elle m’a montré ce que c’était que la Didactique scientifique en action. Je lui suis profondément reconnaissant de m’avoir donné en exemple sa modestie, sa minutie, son exigence intellectuelle, son acharnement au travail qui vient d’une véritable passion pour la cause des élèves.
Colette Laborde m’a offert sans compter, outre sa connaissance de Cabri-géomètre et de ses effets didactiques, à la fois sa précision et sa finesse intellectuelles qui m’ont tellement aidé à progresser, et sa gentillesse qui m’a soutenu quand il le fallait. Qu’elle trouve ici l’expression de ma gratitude.
Je remercie les membres du jury, Michel Caillot et Jean-Jacques Dupin qui ont bien voulu rapporter sur mon travail, et Robert Bouchard qui a accepté d’apporter un regard un peu extérieur sur ce travail de Didactique des Sciences.
‘« Tout travail personnel est collectif »’ (de Singly, 2000, p. 18). Une activité scientifique ne se conçoit pas en dehors d’une communauté dont le premier cercle est le laboratoire auquel on appartient. Andrée Tiberghien a créé autour d’elle une équipe de recherche, COAST, à la fois lieu de réflexion collective et lieu de convivialité, où je me suis trouvé immergé. Je suis donc redevable à Jean-François Le Maréchal, Miriam et Alfredo Robles, Karine Robinault, Laurent Veillard, Jacques Vince, Laurence LeDiouris, Kris Lund, Michael Baker, Matthieu Quignard, Arnaud Séjourné, Bernadette Pateyron, Christiane Rolet et Sylvie Coppé pour leurs apports à ma réflexion et pour le plaisir que j’ai eu à travailler, à plaisanter, à aller au concert, avec eux. L’UMR GRIC a su intégrer cette équipe de didacticiens des sciences et de cogniticiens à sa problématique d’étude des interactions ; que ses membres, et en particulier ses deux directeurs successifs, Catherine Kerbrat-Orecchioni et Christian Plantin, en soient remerciés.
Le groupe de recherche/développement SOC a joué un rôle important dans ce travail, puisqu’il a été le lieu de création de la séquence d’enseignement qui le sous-tend. En particulier Pierre Gaidioz a joué un rôle-pivot dans cette création et dans l’expérimentation qui s’en est suivie. Sa connaissance de la physique et de la didactique, sa capacité de travail, ses qualités humaines (qui se sont manifestées entre autres avec ses élèves) ont fait que ce fut constamment profitable et agréable. Merci à lui et aux autres participants du groupe SOC-Optique, Daniel Gibert, Danielle Oehler et Marie-Paule Strobel, qui ont participé à la discussion critique de la séquence et ont accepté que j’aille collecter des données dans leurs classes. Mais tous les autres membres de SOC, qu’ils aient plus particulièrement travaillé dans les domaines de la chimie ou du son, ont participé également à ma réflexion, par la mise en commun lors des réunions générales ou par des discussions informelles. Je suis donc débiteur envers Jean-Marie Chastan, Claudine Guettier, Marie-Odile Martineu, Annie Monneret, Gérard Ganivet, Chantal Clavel, Ginette Besson, Anne-Marie Colonna, Danielle Vincent.
Le projet européen « Labwork in Science Education », dont une partie de ce travail a relevé, a constitué pour moi un extraordinaire milieu d’apprentissage de la Didactique. Les participants sont trop nombreux pour les citer tous, quoique tous m’aient apporté leur contribution ; mentionnons seulement Marie-Geneviève Séré, coordonnatrice du projet, qui m’a toujours soutenu et encouragé, Jean Winther, Dimitris Psillos, John Leach, Jim Ryder, Alain Guillon. Je souhaite dire également le plaisir particulier que j’ai eu à travailler avec mes collègues allemands, Stephan von Aufschneiter, Manuela Welzel, Horst Schecker, Hans Fischer, Florian Sanders, Kerstin Haller, Lorenz Hucke, et tout particulièrement Hans Niedderer qui a joué un rôle moteur dans la mise au point de la première forme de la méthode d’analyse rapide de bandes vidéo, constituant ici une partie de la méthode d’analyse, et qui m’a toujours honoré de ses conseils et de son amitié.
Je veux enfin remercier mes collègues de l’IUT A de l’Université Lyon I, qui m’ont constamment facilité la pratique de la recherche en didactique en même temps que mes activités d’enseignement, particulièrement les directeurs successifs de l’IUT A, Jacques Gielly et Michel Odin, et les chefs successifs du Département Chimie, Jack Thourey et mon ami Gérard Périchet.
Ma famille, spécialement ma femme Mireille Chabord, a supporté les conséquences de mes activités de recherche et de la rédaction de cette thèse. Les raisons de la gratitude que je lui porte dépassent largement le soutien constant qu’elle m’a apporté dans ce travail ...
Soient donc ici remerciés tous ceux qui m’ont accompagné sur ce long chemin, auquel, quand on se retourne, peut s’appliquer ce jugement sans illusions d’Aristote : ‘« les choses qu’il faut que nous ayons apprises pour les faire, c’est en les faisant que nous les apprenons »’.
Le domaine de la physique étudié est l’optique géométrique. Le contexte institutionnel est celui de la dernière année de l’enseignement secondaire, en classe réelle, dans un enseignement de « cours-TP » pendant une séquence de huit semaines. Les élèves disposent d’une représentation informatisée d’expériences utilisant un matériel classique. Cette représentation obéit aux lois de l’optique géométrique, par construction. Elle constitue « un modèle matérialisé » d’une part parce qu’elle traduit le modèle physique de la situation expérimentale et d’autre part parce qu’elle a une réalité matérielle sur laquelle les étudiants agissent. On espère qu’ils établissent ainsi des liens plus étroits entre le champ expérimental et le modèle physique.
La méthode choisie est celle de l’étude de cas, basée sur l’enregistrement continu des productions verbales et des gestes d’un étudiant. Une analyse semi-quantitative des données recueillies vise à mettre en évidence la relation entre le type de ressources que les étudiants utilisent, et leur usage de la théorie physique. Notre principal résultat est que les étudiants, pendant les moments où ils se servent du modèle matérialisé informatisé, expriment une plus grande variété de connaissances, que pendant les instants où ils manipulent le matériel expérimental. Cependant, pendant l’utilisation de l’ordinateur, le lien entre ce que les étudiants voient sur l’écran et les expériences qu’ils réalisent n’est pas bien réalisé, sauf quand les instructions de l’enseignant le demandent explicitement.
Une analyse qualitative vise à reconstituer la construction du concept d’image optique par l’étudiant. Son évolution prend la forme d’un changement de la force relative attribuée par l’étudiant à deux aspects de l’image : la netteté et la taille. Elle montre que le modèle matérialisé informatisé peut jouer le rôle de milieu réactif pour l’apprentissage, sous certaines conditions qui dépendent de l’intervention de l’enseignant.
A Learning Case Study in a Teaching Sequence in Geometrical Optics, using a Computer-based Model.
The studied domain of Physics is geometrical optics. The teaching sequence takes place in the last class of upper secondary school, in a normal class, during a eight-weeks-long lecture. The students use a computer-based representation of classical experiments. This representation obeys the laws of geometrical optics, by construction. It is a « materialised model », first because it constitutes a physics model od the experiment, and secondly because it is a real entity with which the students can interact. They are thus expected to establish stronger links between the experimental field and the physics model.
We chose a case study methodology, grounded upon the complete recording of the verbal and gestural activity of one student. A semi-quantitative analysis of data aims to show the relation between the kind of resources the student uses, and his employment of physics theory. Our main result is that students, when they use the materialised model, express a larger diversity of kind of knowledge, than when they perform the experiments. Nevertheless, during the use of the computer, the link between what the students see on the screen and the experiments is not well realised, excepted when the teacher’s instructions ask it explicitly.
A qualitative analysis aims to investigate the construction of the concept of optical image par the observed student. The evolution of his conception can be described as a change in the force given to two aspects of the concept : the sharpness and the size. This analysis shows that the materiallised model can play the role of a « milieu didactique » for learning, under certain conditions mainly driven by the teacher’s intervention.
MOTS-CLEFS : apprentissage, optique géométrique, modélisation, séquence d’enseignement, conceptions, usages pédagogiques de l’ordinateur