Efficacité du processus enseignement-apprentissage de connaissances scientifiques et technologiques « complexes » Yakhoub Ndiaye yakhoub.ndiaye@etu.univ-amu.fr Jean-François Hérold, jean-francois.herold@univ-amu.fr Patrice Laisney, patrice.laisney@univ-amu.fr

Efficacité du processus enseignement-apprentissage de connaissances scientifiques et technologiques « complexes »

Résumé

Les enseignements et apprentissages en sciences et technologie sont souvent porteurs de connaissances « complexes ». La complexité de ces connaissances est pour la recherche un problème central dans le processus d’acquisition des connaissances. En effet, l’efficacité de ces processus dépendrait grandement de leur acquisition. Dans cet article, nous analysons une situation de conception d’objets techniques par des élèves de STI2D (Sciences et Technologies de l’Industrie et du Développement Durable) en France. Il a pour objectif de discuter des connaissances en jeu, en conception d’objets, dans la perspective de favoriser, chez les élèves, la mise en œuvre du processus de conception et l’efficacité du processus d’enseignement-apprentissage.

Mots-clés

Savoir/connaissance, complexité, processus enseignement-apprentissage, efficacité

Introduction

Ce travail de recherche s’intéresse à l’apprentissage de connaissances dites « complexes » dans les situations d’enseignement-apprentissage en sciences et technologie. Qu’est-ce qu’une connaissance « complexe » en sciences et technologie ? En première approche, c’est la rétention d’une trace mnésique en mémoire, c’est un réseau d’éléments de connaissances. Dans cette perspective, apprendre nécessiterait donc d’une part, de mobiliser ces différentes connaissances simples du réseau et d’autre part, d’établir des liens entre ces différentes connaissances (diSessa, 1988).

A l’école, dans les disciplines scientifiques et technologiques, les élèves apprennent des savoirs scientifiques et technologiques leur permettant d’élaborer des connaissances qui peuvent être « complexes ». Le savoir relève des institutions scientifiques, sociales. Il a un rapport institutionnel par rapport aux organismes qui le produisent, il subit ainsi un processus de « savantisation » (Chevallard, 1985) ; et un rapport individuel par rapport à la personne qui le détient et le façonne (l’enseignant et l’apprenant). On le trouve donc dans les encyclopédies, les manuels scolaires, etc. Pour être enseigné et appris, il est soumis à un processus de transposition didactique (Chevallard, 1985, 1992) des savoirs savants aux savoirs enseignés. La connaissance, quant à elle, correspond à la trace ou structure mnésique, élaborée en mémoire, suite à un apprentissage. De ce fait, l’enseignement d’un savoir amène l’élève, où devrait l’amener, à devoir construire les connaissances relatives à ce savoir (Ginestié, 2017). L’articulation savoir/connaissance a soulevé des débats virulents et des approches théoriques diverses selon le champ de recherche dans lequel elle est traitée. Dans le langage français, en première analyse, il y’a lieu de noter souvent la confusion entre « savoir » et « connaissance ». En effet, une analyse rapide de quelques dictionnaires, dans le sens des apprentissages, montre toute la confusion qu’il y’a entre ces deux notions. Or ces éléments sont au cœur des enseignements et apprentissages scolaires dans les systèmes éducatifs et la recherche francophones. Chez les anglo-saxons, c’est le terme « knowledge » qui est utilisé, pour désigner ces deux concepts savoir et/ou connaissance.

La définition du savoir et de la connaissance commence vers les années 80 avec la didactique des mathématiques, dans les travaux de Brousseau (1978-1998) et prolongés par d’autres (Chevallard, 1985; Conne, 1992; Margolinas, 2014; etc.) qui définissent le savoir par rapport à l’institution et la connaissance par rapport à la situation. En ce sens, et en suivant la conception anthropologique et sociologique, un savoir est « une construction sociale et culturelle, qui vit dans une institution (Douglas, 2004) et qui est par nature un texte (Margolinas, 2014) ; et une connaissance, ce qui réalise l’équilibre entre le sujet et le milieu, ce que le sujet met en jeu quand il investit une situation (Laparra & Margolinas, 2010). Donc pour apprendre, certains travaux de didacticiens (Brousseau, 1998; Chevallard, 1985) posent les fondements du processus de dévolution, une nécessité pour eux de déconstruire les savoirs pour retrouver alors les connaissances et situations qui permettent de leur donner un sens. Outre cette articulation savoir/connaissance, plusieurs types de connaissances ont été identifiés. Tiberghien (2003) propose un découpage selon plusieurs points de vue : social, qui renvoie à des institutions, où le savoir se vit, se transforme, migre, et est transposé ; épistémologique, se manifestant par une distinction disciplinaire, point de vue largement partagé dans l’enseignement ; cognitif, en rapport avec les connaissances procédurales et déclaratives, connaissances en acte, connaissances et méta-connaissances ou en fonction de leur rôle dans l’action. L’articulation de ces connaissances est un sujet de débat. Leur caractère contextualisé semble incontournable (Weil-Barais & Dubois, 1994). L’organisation des connaissances en mémoire est fonctionnelle, en gros les connaissances sont structurées en fonction des buts qu’elles permettent d’atteindre. Comprendre ou agir dans une situation, qu’elle soit nouvelle ou pas, dépendrait d’un mécanisme d’activation de connaissances en mémoire (Bastien, 1997).

Les situations d’enseignement-apprentissage en sciences de l’ingénieur, allant du collège au lycée, font souvent état d’apprentissage de contenus disciplinaires complexes, qui mobilisent parfois des processus imbriqués les uns les autres. En effet, l’apprentissage de connaissances complexes pointerait deux éléments essentiels : l’implication de processus dits « complexes » et la présence de connaissances supposées l’être, relatives à des savoirs de type concepts scientifiques et/ou technologiques. Pour le premier point, on peut citer les processus cognitifs, mentaux, cérébraux, etc. Pour le deuxième point, elles peuvent relever des connaissances déclaratives, procédurales, ou des méta connaissances, etc. Comment favoriser leur apprentissage ? Plusieurs travaux ont été menés en sciences de l’éducation sur les fondements des apprentissages et systèmes didactiques complexes. Par contre les références sont pauvres en ce qu’il s’agit de connaissances « complexes » ainsi que de l’efficacité des processus d’apprentissage mettant en jeu ces types de connaissances. Que les savoirs et connaissances dans les situations soient complexes ou pas est une question ouverte. Mais nul ne saurait soutenir que la complexité des connaissances scientifiques et/ou technologiques ne soit pour la recherche en sciences et technologie un problème central dans le processus d’acquisition des connaissances.

Objectif de recherche

Cette recherche s’inscrit dans notre travail de thèse. Elle vise à étudier l’efficacité du processus d’enseignement-apprentissage de connaissances dites « complexes » dans les situations d’enseignement et d’apprentissage en sciences et technologie. Nous cherchons à comprendre ce qu’est une connaissance complexe en sciences et technologie. Il s’agira d’abord de discuter de l’articulation savoir/connaissance, du concept de connaissance « complexe », d’établir son degré de complexité et de savoir comment optimiser leur apprentissage par les élèves. En effet, dans le processus enseignement-apprentissage de savoirs scientifiques et technologiques, l’efficacité dépend grandement de l’acquisition par les élèves des savoirs et connaissances en jeu dans les situations.

Etude exploratoire : le processus de conception d’objets techniques

Nous voulons étudier une situation d’enseignement-apprentissage, en STI2D (Sciences et Technologies de l’Industrie et du Développement Durable), qui met en œuvre le processus de conception d’objets techniques. Qu’est-ce que la conception ? C’est une activité régie par des structures cognitives (Simon, 1996). En effet, il s’agit d’un processus itératif mettant en jeu généralement différents types de connaissances. Les définitions de la conception mettent souvent l’accent sur l’expression d’une idée, d’un processus ou la réalisation d’un produit en vue d’atteindre certains buts, ce qui correspond à l’adaptation à la situation ou au contexte (Bonnardel, 2009). Cet intérêt particulier que nous portons en sciences et technologie, découle en partie, d’observations dans nos précédents travaux. En effet, traditionnellement les situations d’enseignement-apprentissage pour les disciplines scientifiques et technologiques, sont porteuses de connaissances complexes sous formes de concepts, ou de processus multiples. Notre étude concerne des élèves de STI2D en situation de conception d’objets, avec usage d’outils de conception assistée par ordinateur (CAO) et de prototypage rapide (imprimante 3D, découpeuse laser). Ici, le processus de conception mis en œuvre par les élèves identifie trois (3) étapes dépendantes les unes des autres : la recherche de solutions, la génération et l’évaluation des solutions. Ce processus relève de la « conception créative » de Lebahar (1983) avec usage des outils CAO (Laisney, 2012, 2017). Dans ce dernier modèle concevoir reviens à mettre en jeu des outils CAO, qui permettent de réaliser des représentations graphiques des solutions envisagées. En complément à cette démarche créative, le processus de prototypage suit trois (3) phases complémentaires allant du modèle numérique à l’artefact physique : la phase de création du modèle et du format d’échange de données (prétraitement), la phase de prototypage et la phase validation du prototype (post-traitement).

Résultats attendus

Cette étude permettra de discuter des savoirs et connaissances en jeu dans l’activité de conception d’objet techniques, de les catégoriser, d’identifier les processus cognitifs, relatifs aux mécanismes d’acquisition et d’activation de connaissances. On établira la complexité d’une connaissance scientifique et technologique et de savoir comment optimiser son apprentissage par les élèves de STI2D.

Bibliographie

Bastien, C. (1997). Les connaissances; de l’enfant à l’adulte: organisation et mise en oeuvre: A. Colin.

Bonnardel, N. (2009). Activités de conception et créativité : de l’analyse des facteurs cognitifs à l’assistance aux activités de conception créatives. [Design and Creativity Activities: From Analysis of Cognitive Factors to Creative Design Support]. Le travail humain, 72(1), 5-22. doi:10.3917/th.721.0005

Brousseau, G. (1998). La théorie des situations didactiques. Grenoble: La Pensée Sauvage.

Chevallard, Y. (1985). La transposition didactique (Vol. 95). Grenoble: La pensée sauvage.

Chevallard, Y. (1992). A Theoretical Approach to Curricula. Journal für Mathematik-Didaktik, 13(2), 215-230. doi:10.1007/bf03338779

Conne, F. (1992). Savoir et connaissance dans la perspective de la transposition didactique. Recherches en Didactique des Mathematiques, 12(2.3), 221-270.

diSessa, A. A. (1988). Knowledge in pieces. In G. Forman & P. Pufall (Eds.), Constructivism in the computer age (pp. 49-70). Hillsdale: Lawrence Erlbaum.

Douglas, M. (2004). Comment pensent les institutions (A. Abeillé, Trans.). Paris: La découverte.

Ginestié, J. (2017). A Critique of Technology Education for All in a Social and Cultural Environment. In P. J. Williams & K. Stables (Eds.), Critique in Design and Technology Education (pp. 193-212). Singapore: Springer Singapore.

Laisney, P. (2012). Intermédiaires graphiques et CAO en technologie au collège. Skholê : cahiers de la recherche et du développement, 17, 173-182.

Laisney, P. (2017). Intermédiaires graphiques et conception assistée par ordinateur: Etude des processus d’enseignement-apprentissage à l’oeuvre dans l’éducation technologique au collège: Editions Publibook.

Laparra, M., & Margolinas, C. (2010). Milieu, connaissance, savoir. Des concepts pour l’analyse de situations d’enseignement. Pratiques(145-146), 141-160. doi:10.4000/pratiques.1534

Lebahar, J.-C. (1983). Le dessin d’architecte: simulation graphique et réduction d’incertitude (Vol. 1). Roquevaire, France: Editions Parenthèses.

Margolinas, C. (2014). Connaissance et savoir. Concepts didactiques et perspectives sociologiques ? Revue française de pédagogie(188), 13-22. doi:10.4000/rfp.4530

Simon, H. A. (1996). The sciences of the artificial (3 ed.). Cambridge, MA: MIT press.

Tiberghien, A. (2003). Chapitre 8. Des connaissances naïves au savoir scientifique. In Les sciences cognitives et l’école (pp. 413). Paris: Presses Universitaires de France.

Weil-Barais, A., & Dubois, D. (1994). L’homme cognitif. Paris: Presses universitaires de France.