2.2. Les registres sémiotiques

Nous avons vu qu’un concept pouvait être exprimé sous différentes représentations. La compréhension d’un concept implique l'articulation cohérente de ces différentes représentations. Duval (1993), didacticien français des mathématiques, a étudié le rôle des registres sémiotiques dans l’apprentissage d’un concept.

‘« La coordination de plusieurs registres de représentation sémiotique apparaît fondamentale pour une appréhension conceptuelle des objets : il faut que l’objet ne soit pas confondu avec ses représentations et qu’il soit reconnu dans chacune de ses représentations possibles. » (p.40)’

Duval note l’importance de la conversion, c’est-à-dire la transformation de cette représentation en une représentation d’un autre registre en conservant la totalité ou une partie seulement du contenu de la représentation initiale. La didactique de la physique a appliqué cette théorie à l’apprentissage de la physique (Tiberghien, 2000 ; Vince et Tiberghien, 2000 ; Malafosse et al., 2001 ; Séjourné, 2001)

On retrouve cette hypothèse au niveau international. Des chercheurs en didactique de la physique ont souligné l’importance d’avoir plusieurs représentations d’un concept pour son apprentissage (Van Heuvelen, 1991 ; Van Heuvelen et Zou, 2001 ; Kozma, 2003 ; Seufert, 2003 ; Meltzer, 2005).

‘« Only if learners are able to construct such relations both within and between different representations can they acquire a deeper understanding and as a result be able to construct coherent knowledge structures. » (Seufert, 2003, p.228)’

De nombreux travaux de didactique ont mis en avant des difficultés d’élèves liées à l’utilisation d’une représentation sémiotique d’un concept : la représentation graphique (McDermott et al., 1987), la représentation vectorielle (Jimenez et Perales, 2001 ; Nguyen et Meltzer, 2003 ; Meltzer 2002, 2005). Meltzer (2002, 2005) a montré que le taux de réussite à des questions mettant en jeu la 3ème loi de Newton (principe des actions réciproques) est significativement moins élevé pour des questions posées sous forme de schémas de vecteurs que pour des questions en langue naturelle. La difficulté peut provenir de l’utilisation du registre. Nguyen et Meltzer (2003) ont ainsi constaté que des étudiants de première année d’université aux Etats-Unis avaient encore des difficultés pour un traitement aussi simple que l’identification de deux vecteurs ayant la même intensité ou la représentation de la somme de deux vecteurs.

L’utilisation de nouveaux registres de représentation peut aussi représenter une aide à l’apprentissage de certains concepts. Pour le concept de force, par exemple, le Diagramme Système Interaction développé par Dumas-Carré (1987) et repris dans différents travaux (Jimenez et Perales, 2001 ; Savinainen, 2004) favorise l’apprentissage de la force comme une interaction.

Cette hypothèse d’apprentissage a été utilisée dans la conception de la séquence d’enseignement (Gaidioz et al., 2003 ; Buty et al., 2004). Il est intéressant de l’utiliser dans la conception des évaluations correspondantes et de vérifier que les élèves sont capables de manipuler les concepts sous différentes représentations (dans l’énoncé ou dans la réponse demandée à l’élève).