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Etude d'un apprentissage dans une séquence d'enseignement en optique géométrique à l'aide d'une ...
par BUTY Christian
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2000
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Université Lumière Lyon 2
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Table des matières
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Tableaux
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Remerciements
Résumé
Summary
Introduction générale
CHAPITRE 1. ACTIVITES DE MODELISATION
1. Les choix sur la nature de la physique
1.1. Qu’est-ce qu’une théorie ?
1.2. Théorie et champ expérimental
1.3. Le modèle
1.4. Les fonctions du modèle
1.5 Les quatre opérations de la modélisation
2. Deux niveaux de modélisation
De deux niveaux et de deux registres
3. Les hypothèses sur le fonctionnement des élèves pratiquant la physique
3.1 La théorie de l’élève
3.2 Comment l’élève perçoit-il le champ expérimental ?
3.3 Quelques caractéristiques du modèle de l’élève
3.4 Le problème de la cohérence de l’élève
4. Difficultés des élèves et modélisation
4.1 Une tentative de solution : le modèle matérialisé
4.2 Le cas des mathématiques
5. en conclusion
chapitre 2. comprendre le fonctionnement des élèves et l’apprentissage
1. quelques mots sur les théories générales de l’apprentissage
2 qu’entend-on par le mot apprentissage ?
2.1 Cognition et métacognition
2.2 La cognition située, ou l’impossible transfert
2.3 Le parallèle avec la sociologie
2.4 Quelle échelle de temps ?
3. les modalités de l’apprentissage en physique
3.1 Quel apprentissage étudie-t-on réellement ?
3.2 « Science normale » et apprentissage demandé aux élèves dans la classe
3.3 Le changement conceptuel
3.4 Système cognitif stable et chemins d’apprentissage
3.5 La théorie de la complexité croissante
4. apprentissage et situation
4.1 Typologie des situations
4.2 Situation didactique ou a-didactique ?
4.3 La dévolution, condition nécessaire (malheureusement non suffisante) à l’apprentissage
4.4 Quelques remarques sur le milieu
4.5 Une théorie applicable aussi bien en physique qu’en mathématiques ?
5. en conclusion
Chapitre 3. que sait-on des idées initiales des élèves en optique géométrique ?
1. concept d’image optique et vie quotidienne
2. les acquis de la didactique en optique géométrique
2.1 La propagation de la lumière
2.2 La vision
2.3 La notion d’image à travers une lentille
3. des séquences d’enseignement issues de travaux sur les conceptions
4. Les tentatives de synthèse de ces travaux
5. du bon usage des conceptions
6. en Conclusion
Chapitre 4. choisir et adapter un dispositif informatique en vue d’une séquence d’enseignement
1. L’usage de l’ordinateur en sciences physiques dans l’enseignement français
1.1 Quelle ampleur cet usage a-t-il ?
1.2 Le type d’utilisations de l’ordinateur
1.3 Les attentes des enseignants envers l’ordinateur
1.4 Quel type d’organisation des activités promouvoir pour répondre à ces attentes ?
2. Analyse de logiciels existants
2.1 Learning about light
2.2 Ray
2.3 Stella
3. la solution des micromondes
3.1 Les logiciels de géométrie dynamique
3.2 Les choix que nous avons faits et leurs limites
3.3 L’activité des élèves dans un micromonde de géométrie dynamique
3.4 Les gestes spécifiques à Cabri-géomètre
3.5 Sur le type de contrôles utilisés sous Cabri-géomètre
3.6 Cabri-géomètre comme milieu didactique
4. en conclusion
Chapitre 5. problématique
1. les caractéristiques de la situation D’enseignement.
2. L’usage d’un modèle matérialisé informatisé et la pratique de la modélisation par les élèves
3. A-t-on effectivement constitué autour de l’ordinateur un milieu didactique favorisant l’apprentissage?
Chapitre 6. méthodologie employée
1. Justification de l’expérimentation retenue
1.1 Nécessité d’une étude de cas de longue durée
1.2 Une étude menée dans une classe réelle
1.3 Nécessité de construire une séquence d’enseignement ad hoc
1.4 Abandonner l’idée d’une étude comparative
2. Organisation de la collecte des données
2.1 Le contexte institutionnel
2.2 Articuler différents types de corpus
2.3 Utilisation des données
2.4 Choix des élèves observés
2.5 Choix relatifs aux rôles des différents acteurs
2.5.1 Le rôle des élèves dans le maniement de l’ordinateur
2.5.2 L’intervention de l’observateur
3. Méthodologies employées dans l’analyse
3.1 Analyse catégorielle des activités de modélisation
3.1.1 Quelles sont les ressources disponibles ?
3.1.2 Quels sont les types de connaissances verbalisées par les élèves ?
3.1.3 Comment procède-t-on à cette analyse ?
3.2 Analyse qualitative
3.2.1 Principes de la transcription
3.2.2 Constitution des « textes de périodisation »
1. Découpage de la séquence
2. Élaboration d’un descriptif de l’activité d’un élève pendant la séquence complète
3. Utilisation des textes de périodisation
Chapitre 7. construction de la séquence d’enseignement
1. les savoirs de référence en optique géométrique
2. hypothèses de départ
2.1 Hypothèses d’ordre épistémologique et leurs conséquences
2.2 Hypothèses d’apprentissage et leurs conséquences
2.2.1 Hypothèses générales
2.2.2 Hypothèses spécifiques sur l’apprentissage de l’optique géométrique
2.2.3 Hypothèses spécifiques sur l’usage de l’ordinateur
3. description de la séquence
3.1 Le savoir à enseigner
3.1.1 Les acquis scolaires des élèves
3.1.2 La pratique de l’examen
3.2 La mise en scène
3.3 La séquentialisation
3.3.1 Qu’appelons-nous « situation » ?
3.4 La situation 2, une interprétation impossible sans le modèle matérialisé ?
3.5 La situation 9, une prédiction difficile
4. transposition informatique et transposition didactique
4.1 Le mélange des objets
4.2 La nature de la simulation réalisée
4.3 Les constructions cachées
4.4 Les constructions manquantes
4.5 Sens et fonctions des déplacements
4.6 relations entre champ expérimental, modèle matérialisé et modèle physique
4.6.1 Les réduction successives
4.6.2 La position de l’objet et de l’image
4.6.3 La taille de l’objet et de l’image
4.7 L’utilisation des fonctionnalités « globalisantes »
4.8 Comment apparaît l’image ?
4.8.1 De la notion familière d’image au concept scientifique dans un cas particulier
4.8.2 L’image comme point de passage de tous les rayons émergents
4.8.3 Tous les rayons, ou certains rayons ?
4.8.4 Montrer/cacher, le jeu des images virtuelles
5. de l’objectif d’enseignement à la réalité de la classe
5.1 La course au temps
5.2 Des ambitions autolimitées
5.3 La compatibilité avec l’examen
6. En guise de conclusion
Chapitre 8. analyse des activités de modélisation
1. résultats de l’analyse catégorielle
1.1 Première étape : que pouvons-nous dire sur la façon dont l’élève utilise son temps durant cette séquence ?
1.1.1 Durée des situations
1.1.2 Utilisation des ressources
1.1.3 Fréquence de verbalisation des connaissances
1.2 Seconde étape : établir des corrélations entre certaines ressources et les types de connaissances exprimées
1.3 Troisième étape : comparer les différents types de connaissances verbalisées
1.4 Quatrième étape : graphiques Ci/MA et Cj/MM en fonction des situations
1.5 discussion et conclusions
2. résultats issus de l’analyse qualitative
2.1 Les élèves sont-ils conscients qu’il s’agit d’un modèle ?
2.2 La relation entre le modèle matérialisé et le modèle physique
2.2.1 Interprétation du modèle matérialisé en termes du modèle physique
2.2.2 L’utilisation de la fonction montrer/cacher dans les cabri-fichiers
2.2.3 Comment la représentation dynamique a-t-elle aidé les étudiants à combler le fossé entre rayon et faisceau ?
2.2.4 Les tentatives de déplacer des points fixes
2.3 La relation entre le modèle matérialisé et la réalité
2.4 La découverte autonome des fichiers par les élèves : des liens dans deux directions
3. Conclusion
Chapitre 9. Les processus d’apprentissage des contenus
1. Le modèle matérialisé comme milieu didactique
1.1 La manipulation du logiciel
1.2 L’usage de l’ordinateur et la motivation des étudiants
1.3 Le type de contrôles que permet l’ordinateur
1.3.1 Contrôles perceptifs simples
1.3.2 Contrôles instrumentés par Cabri
1.3.3 Contrôles instrumentés par d’autres instruments
1.3.4 Contrôles théoriques
1.4 Les utilisations spontanées du logiciel par les élèves
1.4.1 Les décisions autonomes des élèves
1.4.2 Le rôle de l’ordinateur dans le fonctionnement de la classe
1.5 Les rapports entre les constructions sous Cabri et l’environnement papier-crayon
1.6 Le type de rétroactions du modèle matérialisé
1.7 Le logiciel pose aux élèves des questions que l’enseignant ne leur a pas posées
1.8 Le modèle matérialisé comme source d’erreurs
2. Y a-t-il eu dévolution ?
3. la conception initiale d’emmanuel
3.1 L’enseignement en classe de seconde
3.2 Le test initial
3.3 La situation 2 : foyer principal image (1 et 15 octobre 1996, 143 minutes)
4. émergences de cette conception au cours des situations 4 à 8
4.1 Situation 4 la situation 3 (centre optique) ne fait pas intervenir de formation d’image, elle n’intervient pas dans cette discussion. : foyers secondaires image (15 octobre 1996, 23 minutes)
4.2 Situation 5 : foyers objets (22 octobre 1996, 90 minutes)
4.3 Situation 6 : image d’un point (22 octobre et 5 novembre 1996, 87 minutes)
4.4 Situation 7 : image d’un objet (5 novembre 1996, 21 minutes)
4.5 Situation 8 : formule de conjugaison (5 et 12 novembre 1996, 17 minutes enregistrées)
5. le basculement de la situation 9 (autocollimation, 12 novembre 1996, 43 minutes)
6. des rechutes ?
6.1 Situation 12 : loupe (10 décembre 1996, 62 minutes)
6.2 Situation 13 : lentilles divergentes (17 décembre 1996, 67 minutes)
6.3 Situation 14 : vision (17 décembre 1996, 23 minutes)
6.4 Situation 15 : lunette astronomique (7 janvier 1997, 106 minutes)
7. synthèse de cette étude sur l’apprentissage réalisé
conclusion générale
1. les modalités de l’apprentissage dans le contexte de notre étude
1.1 La stabilité des conceptions
1.2 L’évolution a été réelle
1.3 Un apprentissage par changement de statut et de force de la conception
1.4 Le rôle du modèle matérialisé
2. des résultats sur l’apprentissage étroitement dépendants d’un cadre théorique
3. des résultats produits par une double méthodologie
4. les conséquences qu’on pourrait en tirer sur la séquence d’enseignement
5. quelques perspectives
références bibliographiques
Codes utilisés pour la transcription
Grille de transcription
Forme de la transcription
Notations de la transcription
Situation 1
Étape s1-1-1
Étape s1-2-1
Situation2
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Situation 3
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Étape s15-4-1
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Étape s15-4-3
Étape s15-4-4
1. analyse du logiciel d’optique géométrique Learning About Light (1992)
2. DISPOSITIF DE PRISES DE DONNEES
3. Description des situations d’enseignement
5. Principaux problèmes rencontrés DANS la gestion du logiciel
Problèmes sur la sélection des objets
Problèmes liés à la gestion des ambiguïtés
Problèmes sur la logique des opérations
