II. Les registres sémiotiques

Les activités de modélisation s’accompagnent presque systématiquement d’une représentation symbolique ou autre forme de représentation. Cela peut aller de la schématisation légendée proche des objets que l’élève a sous les yeux à une représentation symbolique beaucoup plus riche incluant des éléments du modèle comme c’est le cas pour un montage du banc d'optique, mais beaucoup plus éloignée de la situation matérielle. Chaque représentation permet de mettre en avant un ou plusieurs aspects du modèle. Ainsi, les changements de représentation, s’ils sont explicités, aident l’élève à prendre conscience des démarches de modélisation.

Dans cette partie, il s’agit de décrire les rapports entre les représentations dans différents registres sémiotiques d’un même concept de physique (ici un concept de l’optique géométrique) et l’activité, soit de l’élève, soit de l’enseignant. La nature même de l’optique géométrique, comme d’autres sous disciplines de la physique, est sa présentation par différentes représentations surtout le registre schématique qui peut jouer un rôle spécial de résolution de problèmes.

Nous faisons ici référence aux travaux de Duval (1995). Il définit les représentations sémiotiques de la façon suivante :

‘“ Les représentations sémiotiques sont des représentations dont la production ne peut se faire sans la mobilisation d’un système sémiotique : ainsi les représentations peuvent être des productions discursives (en langue naturelle, en langue formelle) ou non discursives (figures, graphiques, schémas…) ” (Duval, 1995, p. 356)’

Il attribue trois fonctions aux systèmes sémiotiques :

• L’objectivation : le sujet prend conscience de la signification d’une idée.
• Le traitement : le sujet exploite l’information au sein d’un même système sémiotique.
• La communication : le sujet utilise différents registres pour communiquer avec les autres.

Les registres sémiotiques permettent de représenter différemment un objet, et chaque représentation apporte des informations bien spécifiques sur un concept. Elles donnent lieu à plusieurs activités de l’apprenant :

‘“ La spécificité des représentations sémiotiques consiste dans ce qu’elles sont relatives à un système particulier de signes…et qu’elles peuvent être converties en des représentations “ équivalentes ” dans un autre système sémiotique, mais pouvant prendre des significations différentes pour le sujet qui les utilise. La notion de représentation sémiotique présuppose donc la prise en compte de systèmes sémiotiques différents et celle d’une opération cognitive de conversion des représentations d’un système sémiotique à l’autre ” (ibidem, p. 17) ’

Nous estimons que l’utilisation des différentes représentations sémiotiques joue un rôle important dans la compréhension. Ces représentations sont indispensables à des fins de communication et elles sont nécessaires au développement de l’activité mentale de l’élève. Dans le domaine de notre étude, qui est l’optique géométrique, quatre registres sémiotiques sont présents :

• Le langage naturel : le langage utilisé par l’enseignant ou par l’élève toujours présent dans la réalisation en classe.
• La représentation symbolique : les formules mathématiques ou les équations.
• La représentation graphique : un graphe d’une fonction mathématique ou une représentation informatique (une simulation par ordinateur, voir ici cabri géomètre).
• La représentation schématique : utilisation des schémas de la marche des rayons.