Memoire Online - La simulation en sciences physiques

ROYAUME DU MAROC

UNIVERSITE HASSAN II - MOHAMMEDIA

FACULTE DES SCIENCES BEN M'SIK

CASABLANCA

Spécialité: Pédagogie de l'Enseignement Supérieur & Technologie de l'Éducation et de la formation

Cas de l'étude du mouvement d'un point matériel soumis à une force constante

Pr M. BOUMAHMAZA	Professeur à l'ENS de Casablanca	Président
Pr S. ELJAMALI	Professeur au CPR Derb Ghalef Casablanca	Examinateur
Pr M. KABBAJ	Professeur à la faculté des sciences Ben M'Sik Casablanca	Examinateur

Le développement des technologies de l'information et de la communication a mis à la portée du secteur éducatif, une très importante diversité de ressources et de supports. De ce fait, exploiter ces différentes ressources nécessite une étude des besoins pour déterminer leur forme d'utilisation.

Ce travail d'investigation s'insère dans le courant de recherche en didactique des Sciences Physiques qui s'intéresse à l'étude des pratiques expérimentales dans la classe. Ainsi, on se propose de traiter quelques difficultés rencontrées pendant la réalisation des expériences en classe et de montrer la pertinence de l'intégration des simulations informatiques comme base de la pratique et de l'expérimentation dans la matière.

Dans le but de concrétiser les recommandations de cette recherche et en s'inspirant des directives de la charte nationale de l'éducation et de la formation nous avons pensé à la réalisation et à l'évaluation d'un document multimédia interactif, qui illustre les expériences programmées dans le chapitre « Mouvement d'un point matériel soumis à une force constante » pour les élèves de la 2^ème baccalauréat scientifique.

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The development of information and communication technologies has provided the educational sector with a wide and important diversity of ressorces and supports. Thus, exploiting these varied ressources requires a study of the needs which determine the way to be used.

This investigation work fits in resaerch dealing with the didactic of the physical sciences studying the experimental practices in the class. Hence, we need to study the difficulties encountered while carrying ont the experiment in class and to show the relevance of the integration of data-processing simulations as the backbone of practice and experimentation in the subject.

With an aim of concretizing the recommendations of this research and while taking as a starting point the the directives of the national charter by education and training we thought of the realization and with the evaluation of an interactive multi-media document, which illustrates the experiments programmed in the chapter "Movement of a material point subjected to a constant force" for the pupils of the 2^ndscientific baccalaureat.

Depuis 1999, le secteur éducatif marocain tient à mettre l'accent sur les technologies de l'information et la sensibilisation des enseignants à leurs applications dans le domaine éducatif, en particulier dans le cadre de l'enseignement des sciences.

Dans cette optique, le Ministère de l'éducation nationale déploie d'importants efforts financiers et humains pour équiper les établissements en matériel informatique. La généralisation de l'accès à ces technologies est l'un des leviers principaux de la Charte Nationale d'Education et de Formation (CNEF) : « Considérant que la technologie pédagogique joue un rôle déterminant et croissant dans les systèmes et méthodes d'enseignement ..., les autorités d'éducation et de formation veilleront à intégrer ces technologies dans la réalité de l'école », levier 10 article 121 de la CNEF (Voir Annexe 1).

En outre, le Ministère de l'Education Nationale (MEN) a sollicité les chercheurs, les compétences des académies régionales et les enseignants, afin de répondre aux questions sur l'intégration des Technologies de l'Information et de la Communication Educative (TICE) dans l'enseignement. Nous constatons donc que le MEN a l'intention d'intégrer les TICE dans l'enseignement tout en ayant conscience que cette intégration n'est pas simple et nécessite des recherches au niveau didactique.

Ce présent travail d'investigation s'inscrit dans un flux de travaux sur l'intégration des TICE dans l'enseignement des sciences physiques. Son objectif est de montrer la pertinence de l'utilisation des TICE et plus précisément l'utilisation des simulations informatiques en sciences physiques, pour remédier au déficit que connaissent les établissements en matériel destiné aux expériences et pour exploiter les différentes ressources dont dispose l'établissement.

D'un point de vue méthodologique, nous pensons qu'il est indispensable de travailler, sur un cas concret, pour cela nous avons donc pris comme exemple, le quatrième chapitre : « Mouvement d'une particule soumise à une force constante » pour les élèves de la 2^ème année baccalauréat scientifique.

A partir de cette étude expérimentale nous espérons pouvoir dégager des concepts généraux valables pour des applications dans d'autre chapitres ou même pour des disciplines connexes. Ainsi, ces différents points seront analysés dans ce document, à partir du plan suivant :

Ce travail est conclu par la proposition d'un outil multimédia qui peut servir comme aide didactique pour l'enseignement du chapitre : « Mouvement d'une particule soumise à une force constante ».

L'enseignement ne donne pas les résultats attendus. Le " rendement didactique^1(*) " est très faible, voire parfois nul. Un certain nombre d'"erreurs" de raisonnements ou d'idées "erronées" reviennent avec une reproductibilité déconcertante chez les élèves, même après plusieurs séquences successives d'enseignement. Pourtant, quand on observe la classe, l'ensemble du cours semble cohérent et logique. Les leçons sont globalement apprises.

Les situations d'apprentissage sont toujours circonscrites entre les trois pôles constitutifs du triangle didactique (schéma, page : 9): l'apprenant, l'enseignant et le savoir. Les difficultés qui empêchent la finalisation du processus d'enseignement-apprentissage s'expliquent généralement par l'interaction entre ces trois pôles. Il est ici impensable d'expliquer un processus didactique en se référant à un seul pôle du triangle. L'erreur d'un élève, par exemple, s'explique, dans cette perspective, par l'interaction entre sa conduite, celle de l'enseignant et la nature de la connaissance scientifique. Il en est de même pour ses difficultés d'apprentissage.

En se basant sur le triangle didactique, nous disons que, les difficultés d'apprentissage s'articulent autour de trios axes :

· Les représentations : la connaissance des idées des élèves, de leurs façons de raisonner permet à l'enseignant d'adapter l'enseignement, ou du moins de proposer une approche pédagogique plus efficace.

· L'histoire et la nature du savoir : Les phénomènes étudiés en sciences physiques sont, dans la plus part des cas, de structures et de formes complexes, difficiles à observer et véhiculent, parfois, des obstacles (épistémologiques), dus à une conception erronée. Celle là même, à laquelle étaient confrontés les savants anciens (trouver dans le retour à l'enfance de la science une science pour l'enfance).

· La démarche et les outils didactiques : A cause de la nature des phénomènes étudiés, les enseignants adoptent avec leurs élèves une attitude dogmatique axée sur la transmission des connaissances scientifiques, comme des vérités absolues (Fourez ; 1994 ). Puisque les phénomènes sont difficiles à observer et se prêtent peu à l'expérimentation en classe (l'expérimentation est parfois coûteuse en matière de temps ou de matériels). Le recours à l'abstraction est donc souvent de mise dans l'enseignement de certaines parties des programmes. Ces difficultés d'apprentissage peuvent se résumer alors, dans l'impuissance des élèves à se représenter le phénomène tel qu'il leur est décrit dans l'énoncé, puisqu'ils n'ont pas la possibilité, dans plusieurs cas, de procéder à l'expérimentation ou à l'observation directe.

En particulier en mécanique, on remarque que les élèves prouvent des difficultés dans l'étude des phénomènes liés à la dynamique. Les phénomènes et les concepts étudiés nécessitent un niveau d'abstraction^2(*) très évolué, ils sont de formes et de structures complexes difficiles à observer et se prêtent peu à l'expérimentation en classe.

Dans ce contexte, les documents photos ou schémas que l'enseignant présente aux élèves peut constituer des obstacles à la compréhension de ces phénomènes et ne permettent souvent pas aux élèves de se construire des représentations correctes. En plus, une telle pratique ne favorise évidemment pas la motivation des élèves, qui se montrent souvent peu intéressés par les matières scientifiques en général.

Il en résulte une conceptualisation difficile et erronée, laquelle peut conduire à des difficultés scolaires à plus ou moins long terme. Des représentations erronées peuvent ainsi perdurer dans le cursus d'enseignement comme dans la future vie d'adulte des élèves, rendant la remédiation difficile et délicate.

Nous pensons que les Technologies de l'Information et de la Communication Educatives (TICE), plus précisément les simulations informatiques peuvent faire objet d'alternatif adéquat pour remédier à cette problématique et rendre l'apprentissage des élèves plus efficaces. Comme le soulignent plusieurs chercheurs qui mènent leur recherche sur les nouvelles technologies, les programmes d'enseignements montrent une forte volonté pour l'intégration des nouvelles technologies; les logiciels de simulation des expériences peuvent gagner plus de place dans les programmes des sciences physiques. D'autant plus que ce sont des outils quotidiens du monde actuel et ils sont particulièrement bien adaptés à l'enseignement des sciences (Chaachoua et al, 2000). Offrant une grande variété de supports, de logiciels et de moyens de communications, les TICE permettent ainsi de développer des contenus pédagogiques et d'enrichir le travail tant des élèves que des enseignants.

En outre, le Ministère de l'Education Nationale (MEN) déploie d'importants efforts financiers et humains pour équiper les établissements en matériel informatique et généraliser l'accès à ces technologies. Cependant l'apprentissage par la technologie ne se résume pas à installer des ordinateurs dans une salle. Il est, bien sûr, essentiel d'offrir aux élèves un meilleur accès à la technologie, mais cette technologie risque de ne pas servir à grand chose si les élèves et les enseignants ne savent pas comment en tirer partie ou ne l'utilisent pas à des fins d'apprentissage.

Comment, assurer une utilisation efficace des TICE, pour résoudre le problème de l'assimilation de quelques notions et concepts des Sciences physiques chez les élèves?

La réponse à cette question dépasse largement le cadre de cette étude, c'est ainsi que nous avons choisi de travailler sur le chapitre «Mouvement d'une particule soumise à une force constante» pour les élèves de la deuxième année du baccalauréat. Pour spécifier cette question, nous avons (dans une première étape) posé des questions qui permettent de dresser un état des lieux, de la situation des lycées concernant le matériel nécessaire pour les expériences et le matériel informatique ainsi que leur utilisation à des fins pédagogiques. Cette étape est primordiale vu qu'elle permettra de mieux cibler les actions qui seront menées. Donc, de façon plus précise, notre travail cherchera à répondre aux questions suivantes :

1. Quelles sont les difficultés rencontrées dans l'enseignement du chapitre : « Mouvement d'une particule soumise à une force constante »?

2. Les expériences relatives à ce chapitre sont-elles réalisées en classe?
Dans le cas échéant, pour quelles raisons ces expériences ne sont pas réalisées ?

3. Une stratégie basée sur l'intégration des logiciels de simulation peut-elle faire objet d'alternatif adéquat pour remédier à cette problématique et rendre l'apprentissage des élèves plus efficaces ?

4. Si oui, compte tenu de la place centrale des expériences réelles dans l'enseignement de sciences physiques, que peut être la place de l'utilisation des logiciels de simulation par rapport aux expériences réelles ?

1. Le déficit que connaissent les établissements scolaires en matériel destiné aux expériences, est l'une des contraintes qui entravent le bon déroulement de l'enseignement des sciences physiques.

2. Le recours à l'outil informatique et particulièrement à la simulation des expériences, peut aider à dépasser ces contraintes.

3. L'intégration de l'outil informatique dans l'enseignement des sciences physiques nécessite la production d'outils pédagogiques informatisés adaptés au programme marocain et appropriés aux besoins des élèves.

La didactique des sciences expérimentales s'intéresse aux processus d'acquisition et de transmission des savoirs dans un champ conceptuel donné. Ainsi, articule-t-elle trois familles de réflexions: psychologique, épistémologique et pédagogique. Elle a été conduite à construire ces propres concepts, soit à partir d'emprunts aux champs voisins (pédagogique, psychologique, épistémologique ...), soit par élaboration interne spécifique.

Différents concepts ont émergé et sont devenus classiques : celui de conception ou représentation introduit par MIGNE en 1970, celui de la transposition didactique (CHEVALLARD, 1985), celui de trame conceptuelle (ASTOLFI et al. 1985), celui d'objectif-obstacle et de pratique sociale de référence (MARTINAND, 1986), puis celui du contrat didactique (BROUSSEAU, 1986).

Le schéma ci-dessous vise à situer ces différents concepts dans le champ de la didactique qui considère les relations entre l'apprenant, le savoir, et l'enseignant :

Dans ce premier chapitre nous allons définir quelques concepts clés de la didactique des sciences et qui nous seront utiles pour la suite de ce travail de recherche.

Les conceptions ou les représentations des apprenants, selon Jean Migne (1970), qui fut l'un des premiers à introduire ce terme, sont des modèles personnels d'organisation des connaissances. Ils représentent donc, l'écart entre la pensée des apprenants et la pensée scientifique, c'est le « déjà-là », c'est un savoir acquis en dehors de la science, qui peut faire obstacle à l'acquisition du savoir scientifique.

Ces définitions renvoient à une représentation où l'apprentissage doit rectifier les "mauvaises" conceptions des apprenants, dans ce cas, les conceptions sont des obstacles qui s'opposent à l'objectif d'apprentissage puisqu'elles sont ce qui empêche de l'atteindre rapidement.

Dans une vision plus dynamique, les conceptions sont définies comme des explications fonctionnelles pour l'élève. Les conceptions ne sont plus alors ce qui s'oppose à l'objectif, mais elles se situent au coeur même du projet didactique et des transformations que l'enseignant s'efforce de provoquer. Il faut "faire avec pour aller contre" selon l'expression d'André Giordan. Dans ce cadre les conceptions ne sont pas ce qui nous empêche d'enseigner, mais c'est sur quoi l'enseignant et les élèves peuvent s'appuyer pour progresser. C'est alors :

· Un univers construit de significations, mettant en jeu des savoirs accumulés plus ou moins structurés, proches ou éloignés des connaissances scientifiques qui leur servent de référence.

· Ce sont des outils, des registres de fonctionnement, des stratégies de pensée, les seules dont dispose l'apprenant pour appréhender la réalité, les objets d'enseignement ou les contenus informationnels.

· C'est un décodeur qui permet à l'apprenant de comprendre le monde qui l'entoure.

· C'est une explication fonctionnelle qui pour l'élève, "marche" depuis longtemps.

Les conceptions ce sont "un modèle personnel d'organisation des connaissances par rapport à un problème particulier" (Astolfi et al., 1997, p : 148) .

De nombreuses recherches, ont en effet montré que si l'on pose la même question aux mêmes élèves, placés dans des contextes différents, alors les productions d'élèves pourront être significativement différentes d'un contexte à l'autre.

Apprendre, c'est procéder à une synthèse indéfiniment renouvelée entre la continuité et la nouveauté (Inhelder et al., 1974). L'apprentissage est donc un processus permettant le passage d'une conception à une autre, plus pertinente par rapport à la situation proposée. L'apprenant construit un système de représentations qui intègre à la fois des connaissances nouvelles et ses conceptions antérieures. Apprendre ne consiste donc pas à empiler des informations les unes sur les autres, mais à transformer ses conceptions pour passer d'une cohérence à une autre. Parfois des conceptions différentes, ou contradictoires, peuvent cohabiter, on parlera alors d'incohérence.

Pour Balacheff (1994 [b]), un état de connaissance est incohérent s'il contient deux conceptions contradictoires, c'est-à-dire fausse l'une par rapport à l'autre sur un ensemble de problème. La modification d'un état de connaissance est un apprentissage si elle constitue un progrès. Le passage d'une conception à une autre implique une réorganisation des processus cognitifs, une "mutation intellectuelle". En cela il est possible de faire un parallèle entre l'apprentissage personnel et la construction des connaissances scientifiques, ce que Kuhn (1972) a appelé « les révolutions scientifiques ».

Pour Astolfi (1997, p :149) "le facteur majeur qui détermine un apprentissage nouveau c'est l'état antérieur de la structure cognitive du sujet. Les apprentissages scolaires seront d'autant plus efficaces qu'ils permettront d'établir des liens entre ce que l'élève sait déjà". Il introduit ici la notion de ponts cognitifs. Ainsi, apprendre c'est acquérir de nouvelles notions, c'est faire de nouveaux liens entre des notions qui n'étaient pas liées auparavant. Donc, enseigner c'est aider à faire ces liens.

Pour Giordan (1994), l'apprentissage se fait selon un modèle allostérique, pour lui c'est le réseau des relations qui constitue la trame de son système de pensée et non l'ordre d'enregistrement des données. Pour être intégrée aux connaissances de l'élève, la connaissance nouvelle doit avoir une forme spécifique, comme les enzymes qui s'accrochent aux sites actifs des protéines. Si cette forme est trop différente de la forme du site actif alors la connaissance nouvelle est rejetée. Par ses conceptions l'apprenant construit un modèle connexionniste^3(*) dont les unités sont les concepts assimilés et la structure est la trame conceptuelle.

Un concept est une "représentation mentale, générale et abstraite d'un objet qui, appliquée à une réalité permettra de la comprendre et de l'expliquer" (Le Petit ROBERT).

Un concept est alors envisagé comme une représentation intellectuelle d'un certain aspect de la réalité provenant de l'observation d'un phénomène, c'est à la fois une généralisation et une abstraction d'une réalité empirique.

Le concept est parfois emprunté au vocabulaire courant ou construit de toute pièce pour désigner des phénomènes de la réalité. Cependant le concept en milieu scientifique et le même terme utilisé dans le langage courant ne représentent pas exactement la même réalité. Par exemple, les mots « poids » et « masse » (et les mots « », « » en Arabe) font référence à une même réalité dans le langage courant, mais ne véhiculent pas les mêmes informations dans le milieu scientifique.

La réponse à cette question peut nous conduire à retomber dans le conflit entre rationalistes et empiristes, entre les tenants de la déduction et ceux de l'induction.

Ce qui importe pour les rationalistes c'est la définition abstraite du concept qui lui confère le caractère de généralité. Pour les empiristes le concept tire sa signification de l'expérience, c'est-à-dire de l'ensemble des observations d'où l'on abstrait les propriétés communes. Cette dialectique (entre rationalistes et empiristes) a engendré des concepts de degré d'abstraction plus ou moins complexe. Par exemple le concept de la liquidité d'un corps est considéré comme plus simple puisqu'il se prêtera plus facilement à l'observation directe, alors que le concept de la pesanteur est plus complexe parce qu'il est moins accessible à l'observation directe. Dans ce cas les chercheurs doivent construire des moyens qui permettent de faciliter la conceptualisation et l'assimilation de ces concepts.

La conceptualisation, c'est l'assimilation d'un concept, l'apprivoisement du concept par l'individu, elle permet une future adaptation du concept aux besoins évolutifs de l'individu.

« On n'acquiert jamais définitivement un concept, [...] on ne le domine pas, on s'efforce plutôt de l'apprivoiser patiemment. La richesse de l'apport d'un concept se mesure à la richesse et au suivi de la relation entre le concept et l'individu, de leur vie commune. » (Peytard et al. ; 1984 ; p 72-73)

· Savoir utiliser le concept : consiste à l'appliquer à la spécialité où on l'a rencontré la première fois (reformulation pratique).

· Savoir diffuser le concept, consiste à l'utiliser dans des domaines différents de ceux où on l'a rencontré et à en diffuser une version adaptée à des destinataires de niveaux d'accueil des informations différents (reformulation didactique).

· Arrivé au stade de maîtrise du concept attesté par la capacité de l'individu à le rediffuser, on découvre généralement que le concept se trouve défini par le champ croisé de ses relations (efficacité, utilité, réorganisation des savoirs, etc.) avec les différentes sciences, techniques, disciplines, spécialités dans lesquelles l'individu peut l'utiliser (...).

Plus il y a eu activité de l'individu à reformuler le concept tel qu'il l'a rencontré de façon transversale aux disciplines établies, plus riches sont les liens de cet ordre. C'est la toile d'araignée des reformulations tissée par l'individu autour du concept d'origine qui va définir le mieux possible et de mieux en mieux dans le temps le concept dans ce qu'il a d'indispensable et d'utile.

Certains concepts peuvent être représentés de diverses façons ; les concepts scientifiques encore plus facilement, car ils peuvent être modélisés ou encore traduits en langage mathématique. Par exemple, le concept de fleur peut être représenté d'une façon concrète par un dessin, un schéma, une photographie ou un objet réel, comme il peut être défini en termes abstraits on parle donc des niveaux d'abstraction des concepts.

La représentation d'un concept peut se faire suivant plusieurs niveaux d'abstractions. Ces derniers permettent l'adaptation aux niveaux de complexifications conceptuelles des élèves. De cette façon, la diversité des représentations permet de rejoindre divers styles cognitifs des élèves.

Gagné (1976 cité dans Brien, 1984), dans sa taxonomie, parle de la capacité à reconnaître un schéma, un dessin ou un objet réel comme la maîtrise du niveau concret d'un concept, tandis que la capacité à reconnaître des exemples ou des contre-exemples à partir de descriptions ou de définitions ou à définir un concept dans ses propres termes est considéré comme la maîtrise du niveau défini d'un concept. Certains auteurs parlent aussi du concept défini comme du niveau discursif. Selon des chercheurs en psychologie cognitive (Tardif, 1992), les concepts semblent être représentés en mémoire sous diverses formes : épisodiques (lieux, moments), sémantiques (proposition) et imagées (informations visuelles et spatiales).

Develay (1993) et d'autres didacticiens conscients des divers aspects ou niveaux de représentation d'un concept, parlent de la dimension figurative et de la dimension opérative. La dimension figurative peut s'apparenter au concept concret de Gagné ou au niveau concret ; la dimension opérative, quant à elle, serait le niveau procédural

En plus des niveaux concret et discursif, il est aussi possible de représenter un concept de façon abstraite, par exemple en utilisant un langage mathématique ou graphique : force , vitesse d'un corps en chute libre, etc. La capacité à reconnaître les concepts de vitesse, d'accélération, à partir d'un graphique serait typique de ce niveau conceptuel. Le schéma suivant représente les divers niveaux d'abstraction : niveaux concret, procédural, abstrait et discursif.

En ce qui concerne les divers niveaux conceptuels (discursif, abstrait, procédural et concret), nous pouvons dire qu'en règle générale, le niveau concret est un niveau conceptuel qui semble s'acquérir plus facilement. Par exemple, un enfant est capable de reconnaître et de nommer un objet pouvant appartenir à la classe des chaises (niveau concret) bien avant de pouvoir en donner une définition (niveau discursif). De même, il est possible de pouvoir utiliser adéquatement certains concepts dans un algorithme ou un processus de résolution de problème bien avant de pouvoir en donner une définition dans ses propres mots. On sent que l'on sait, mais on ne trouve pas les mots pour le dire. Dans le même ordre d'idées, on peut effectuer certaines opérations de transformation sur un graphique sans pouvoir en donner une définition : c'est le niveau tacite ou procédural.

Il est à noter qu'un élève peut être capable de calculer l'accélération à l'aide de la pente d'une courbe sans vraiment comprendre pourquoi la tangente ou la pente représente l'accélération. En effet, si on inverse les axes, l'élève ne sait plus comment faire et ne peut transposer. Cela peut indiquer qu'il maîtrise le niveau procédural, c'est-à-dire qu'il peut effectuer des calculs en suivant un algorithme (protocole), mais que le niveau abstrait n'est pas maîtrisé.

L'idée de pratiques sociales de référence consiste à examiner de quelle manière des activités de production, d'ingénierie, voire des activités domestiques, etc., peuvent servir de référence à des activités scientifiques scolaires. Ce concept, introduit par Jean-Louis Martinand, se situe en regard de celui de transposition didactique, introduite par Yves CHEVALARD, qu'il complète. On sait que l'idée de transposition didactique décrit le parcours et les étapes du savoir, entre le moment de son introduction dans le « savoir savant » et celui de son insertion dans un programme d'enseignement. Elle met l'accent sur les ruptures théoriques, sur les décontextualisations et recontextualisations du savoir, qui s'opèrent le long de cette « chaîne de transposition », avec les transformations épistémologiques qui en résultent entre sa signification « initiale » et sa signification « finale ».

Fig.3 : La transposition didactique

Pour ASTOLFI (1997) « Parler de pratiques sociales de référence signifie que la construction des contenus d'enseignement ne saurait s'en tenir à une simple réduction descendante d'un savoir universitaire survalorisé », p : 131. Il existe une grande variété des pratiques sociales qui mettent en oeuvre diversement une même notion scientifique. De ce point de vue, le savoir savant n'est qu'une pratique de référence parmi d'autres et il est utile d'explorer aussi les autres, pour parvenir à une formulation diversifiée des concepts. (Voir Fig.4).

Dans une perspective de généralisation, on voit qu'on peut faire appel à des pratiques sociales de référence variées :

Le terme d'aide didactique désigne des instruments, sélectionnés ou élaborés par l'enseignant pour constituer des facilitateurs, à différents moments des activités didactiques. A travers une grande diversité de supports, qui va des documents imprimés sur papier aux didacticiels multimédia en passant par les divers types d'audiovisuels. La conception et l'utilisation de ces instruments répondent à une triple finalité (Astolfi, et al.,1997, p :15) :

· Solliciter l'activité et la réflexion personnelle des élèves (on peut parler d'instruments interactifs) ce qui correspond pleinement à la notion d'aide : aider à l'appropriation des savoirs et savoir-faire ;

· Rendre possible (aux élèves)... un travail autonome en leur permettant d'évoluer selon des rythmes différenciés ;

· Familiariser les élèves avec des outils de communication plus ou moins spécialisés dans le domaine scientifique.

En quoi ces auxiliaires d'apprentissage peuvent-ils être l'objet d'une réflexion didactique ?

On peut s'intéresser à l'analyse de leurs fonctions et à celle de leur forme, pour mieux saisir divers aspects qui peuvent être sources des difficultés pour les élèves.

La réflexion a essentiellement porté sur les sources documentaires que les élèves sont susceptibles de rencontrer en classe comme au laboratoire de sciences ou à domicile, des encyclopédies aux revues de vulgarisation, outils multimédia,... . Mais les manuels scolaires constituent la forme quasi-institutionnelle des aides didactiques: des documents descriptifs et explicatifs, des exercices, des glossaires... y sont rassemblés et organisé. Le manuel scolaire constitue ainsi souvent l'instrument d'apprentissage privilégié s'adressant à l'élève.

Les aides didactiques répondent à différentes fonctions correspondant à différentes phases de la démarche d'apprentissage scientifique, de ce fait on peut en établir une typologie (Astolfi, et al. ,1997, P :16) :

· Des instruments de motivation destinés à susciter l'émergence d'un problème, d'un sujet d'étude...

· Des instruments d'information proposant des données à analyser (observations ou expériences), qui peuvent avoir une fonction substitutive par rapport aux activités pratiques. On peut inclure dans cette catégorie des planches anatomiques, des compte rendus d'expériences, historiques, etc.

· Des instruments de guidage dont les guides techniques de travaux pratiques constituent le type le plus représentatif pour les sciences expérimentales.

· Des instruments d'évaluation formative ou d'auto-évaluation permettant aux élèves de faire le point sur leurs acquisitions de savoirs et savoir-faire.

Les aides didactiques doivent non seulement répondre à une fonction, elles doivent aussi être adaptées à leurs destinataires. Se pose alors le problème de leur forme et de leur contenu, c'est-à-dire la recherche des conditions pour qu'ils soient facilement compréhensibles par les élèves. Car de leur forme ergonomique et de leur contenu pertinent dépend leur efficacité. Par exemple un document écrit, c'est du texte et de l'illustration dans une mise en page qui n'est pas quelconque. Au niveau du contenu, « ... il faut particulièrement veiller à éviter les implicites, à doser les éléments de redondance, à introduire raisonnablement les nouveautés lexicales par rapport à une ''connaissance supposée partagée'' avec le lecteur (équilibre entre le déjà là connu et les informations nouvelles) » (Astolfi et al. ,1991 p : 17).

Ainsi, chacun des éléments constituants l'aide didactique présente des caractéristiques spécifiques qui peuvent être source d'obstacles pour les élèves.

II faut toujours un certain temps, après l'invention pour découvrir les potentialités du produit nouveau et pour lui donner sa forme et son usage plus au moins définitif. Cette constatation est vraie pour les ordinateurs en général et pour l'Enseignement Assisté par Ordinateur (EAO) en particulier.

Les ordinateurs ont été inventés vers les années 40 pour accélérer les processus de calcul, en automatisant les procédures manuelles. On visait l'augmentation de la productivité: faire plus de choses en moins de temps, grâce à l'automatisation et plus précisément en remplaçant l'homme par la machine.

Ce n'est guerre qu'à partir des années 70 que l'on se rendit compte que l'on pouvait faire plus et mieux. En plus de l'automatisation totale de certaines fonctions, on se mit à analyser chacun des postes de l'entreprise depuis le guichetier jusqu'au PDG pour y déceler la partie susceptible d'être automatisée. C'est ainsi qu'apparurent le guichet assisté par ordinateur, la conception assistée par ordinateur, la fabrication et la production assistée par ordinateur, etc.

Le but n'était plus d'augmenter la productivité en remplaçant l'homme par la machine mais d'augmenter l'efficacité de chacun en mettant à sa disposition le ou les outils adéquats pour l'assister dans son travail. Cette même évolution vers l'efficacité se retrouve dans la brève histoire de l'Enseignement Assisté par Ordinateur (EAO).

Les premières expériences d'utilisation de l'informatique pour l'enseignement remontent à plus de quarante ans. Les premiers logiciels éducatifs sont issus de la conjonction entre les travaux des psychologues et le développement des premières générations d'ordinateurs.

Vers les années 1925, bien avant l'apparition des premiers ordinateurs, le psychologue américain L. Pressy inventa une petite machine qui corrigeait automatiquement des tests constitués de séries de questions aux choix multiples.

Pour Skinner, le moteur de processus d'apprentissage est le renforcement, c'est-à-dire, acte de récompenser, d'une manière ou d'une autre, le comportement d'un organisme. L'activité d'apprentissage consiste alors à organiser, à programmer l'environnement de l'apprenant par progression à petits pas, en mettant en scène le maximum de renforcement tout en laissant l'individu étudier à son propre rythme. Tous les élèves passent les mêmes étapes le même cheminement: ce type de programmation est dit « programmation linéaire » (fig.1, p:x).

S'il est vrai que le modèle présenté par Skinner (la programmation linéaire) met en relief l'importance de la rétroaction et l'individualisation, ces deux acquis ne sont que faiblement utilisés : la rétroaction n'est importante qu'après une réponse correcte, et le seul degré d'individualisation que l'élève obtient se limite à pouvoir fixer son propre rythme d'apprentissage.

En 1959, A. Crowder, dans la continuité des travaux de Skinner, affirma que le problème essentiel est celui du contrôle du processus de communication par la rétroaction. La réponse de l'élève est utilisée non seulement comme moyen pour déterminer l'efficacité du processus de communication mais aussi pour déclencher une action corrective appropriée (fig.2, p:x).

Contrairement à Skinner, Crowder accorde un rôle important à l'exploitation de l'erreur dans le processus de l'apprentissage. Il proposa alors une nouvelle approche, la « programmation ramifiée » laquelle, tout en restant à l'optique de Skinner, mettait l'accent sur la nécessitée de répondre à tout instant, aux besoins de l'élève ce qui implique une analyse de ses réponses. L'individualisation ne concerne plus, comme pour la programmation «linéaire », le seul rythme de l'apprenant mais aussi le contenu : pour une même séquence il existe plusieurs cheminements possibles.

· Les réponses de l'élève ( fig.2 (a) ) : dans le premier schéma de la fig.2, selon la réponse de l'élève, il passe de l'étape 1 à l'étape 2, l'étape 1.1 ou à l'étape 1.2.

· Selon le nombre d'erreurs commises ( fig.2 (b) ) : dans le deuxième schéma, le nombre d'erreurs commises déterminent l'étape suivante. Par exemple à la 4^ème étape si l'élève a commis un totale des erreurs supérieur à 2, alors automatiquement il va refaire toutes les étapes précédentes. Si le nombre des erreurs est supérieur à 2, alors il passe directement à la 7^ème étape. Et si l'apprenant a commis exactement 2 erreurs, alors il doit passer les étapes 5 et 6 pour arriver à la 7^ème étape.

· Ou à la demande de l'élève ( fig.2 (c) ) : l'élève peut à chaque fois choisir de refaire une étape ( refaire la 2^ème et la 3^ème étape) ou de faire des étapes intermédiaire avant de passer à l'étape suivante ( faire les étapes 5.1 et 5.2 avant de passer à la 6^ème étape).

Skinner et Crowder représentent ce qu'il est convenu d'appeler le courant comportementaliste (behavioriste) en théorie de l'apprentissage. Pendant plus de 50 ans, l'épistémologue, psychologue et biologiste suisse Jean Piaget, s'opposa au modèle comportementaliste en psychologie. Pour Piaget les opérations cognitives qui marquent les stades du développement ne sont pas de simples performances locales s'ajoutant les unes aux autres.

L'enfant est mis dans une situation d'apprentissage totalement différente : construction, exploration de connaissances. Selon Piaget, les fonctions essentielles de l'intelligence sont comprendre et inventer, c'est-à-dire, construire des structures en modelant la réalité, et réorganiser d'une manière spontanée des schèmes^5(*) antérieurs en les adaptant à des situations nouvelles par "assimilation réciproque".

Une concrétisation de ces travaux est la naissance du langage Logo (Picard et Braun, 1987), le premier langage : informatique à vocation pédagogique et psychologique, développé à partir de 1970 au M.I.T (Massachussetts Institute of Technology) sous la direction de S. Papert. Ce dernier se propose d'offrir à travers Logo un environnement permettant à l'enfant d'acquérir spontanément les concepts mathématiques. Grâce à une de ces composantes de ce langage, on peut créer sur l'écran, à partir des commandes très simples, des figures géométriques. Logo possède en outre, toutes les structures et les potentialités des langages informatiques les plus sophistiqués. "Mon propos est de démontrer comment l'informatique, bien utilisée, pourrait modifier non seulement la pédagogie des mathématiques, mais encore d'une manière plus vaste, notre vision d'ensemble de la connaissance et de l'apprentissage" (Papert, 1981, p :34)

Logo a connu rapidement un succès mondial. Beaucoup d'études et de nombreuses expérimentations ont été menées sur l'utilisation et l'impact de ce langage.

Les psychologues du 20^ème siècle (comportementalistes et génétiques) ont donc très bien marqué le processus d'intégration des TIC dans l'enseignement. Leurs travaux ont été concrétisé par la réalisation de plusieurs projets ( La machine des QCM de Pressy, le langage Logo par Papert...) . Le tableau comparatif suivant résume les différences entre les deux approches (comportementaliste et génétique):

Approche comportementaliste

Approche génétique

· Centrée sur l'enseignant.

· Impose une démarche à l'apprenant.

· Guide l'apprenant.

· Vérifie l'acquis et propose des exercices
de renforcement.

· Transmet des connaissances.

· L'erreur est pénalisante.

· L'apprenant acquiert des connaissances.

· Centrée sur l'apprenant.

· L'apprenant est placé dans une situation de découverte.

· Laisse l'apprenant libre de sa démarche.

· Exploite par la curiosité et l'intérêt de
l'apprenant son potentiel cognitif.

· Permet l'auto - construction des savoirs grâce à l'activité.

· Expérimentation, tâtonnements: il n'y a pas d'échec total.

· L'apprenant élabore ses propres structures mentales.

L'approche comportementaliste est centrée sur l'enseignant qui impose la démarche de l'apprentissage, transmet les connaissances, guide l'apprenant, vérifie ses acquis, propose des exercices de renforcement, et le sanctionne en cas d'erreurs commises. Le rôle de l'apprenant se réduit donc à l'assimilation passive des connaissances.

Tandis que dans l'approche génétique l'apprenant est mis dans une situation de découverte, elle permet l'auto - construction des savoirs grâce à l'activité. Cette approche est donc centrée sur l'apprenant, elle favorise l'apprentissage à son propre rythme et sa propre démarche. Le tâtonnement, et l'expérimentation sont les bien venus et les erreurs ne sont pas pénalisées mais au contraire elles sont exploitées. Ainsi, l'apprenant élabore ses propres structures mentales, et exploite son potentiel cognitif.

III. Différentes formes de l'utilisation des TICE dans l'enseignement

Les technologies de l'information et de la communication ont leur place dans le monde éducatif comme dans les autres domaines de l'activité humaine. Ces technologies peuvent compléter la panoplie existante des aides didactiques et ils peuvent être une occasion permettant de repenser, de rénover et d'améliorer sa pédagogie (Bestougeff et Fargette, 1984).

En effet, ces technologies offre la possibilité de : mémoriser, afficher, manipuler, analyser, calculer, rechercher, dialoguer, toute sorte de périphériques d'entrée, de sortie et de stockage des informations. Avec l'EAO, cet éventail de possibilités nouvelles vient s'intégrer à l'ensemble de la panoplie dont les pédagogues disposent déjà pour mieux atteindre les objectifs qu'ils se fixent.

Les utilisations de l'ordinateur dans l'enseignement sont multiples. Examinons maintenant quelques formes ces utilisations :

L'EAO tutoriel est l'utilisation classique de l'ordinateur comme support d'enseignement. Comme le nom le suggère, il s'agit de donner à l'ordinateur un rôle de tuteur, de précepteur.

Un échange didactique va s'instaurer entre un apprenant et un enseignant simulé par l'ordinateur.

L'EAO tutoriel se présente en gros comme une succession de suite "information, question, commentaire" entièrement prévues et rédigées à l'avance par les auteurs du didacticiel (Demaizière, 1986).

Les premiers logiciels éducatifs s'appuient sur l'idée que la transmission des connaissances se fait selon les étapes suivantes :

· Un contrôle de connaissances comportant un certain nombre de questions permettant de tester si les notions exposées ont été acquises

· Questionnaires à choix multiples : parmi les réponses proposées, il s'agit de choisir celle qui convient,

· Exercices "à trous" appelés parfois texte lacunaires : on présente des phrases, des tableaux, des schémas que l'utilisateur doit compléter,

· Questions ouvertes dont la réponse est courte (QROC) qui sera analysée par l'ordinateur,

ExAO ou Expérimentation Assistée par Ordinateur est une utilisation de l'ordinateur qui permet de réaliser des expériences via des logiciels particuliers et un matériel spécifique couplé à un ordinateur.

En utilisant l'ExAO dans le domaine de l'enseignement des Sciences physiques, l'ordinateur permet d'enregistrer des données d'une expérience et de les traiter rapidement. Ce n'est pas un simple outil qui remplace l'expérimentation avec des moyens traditionnels. Il est riche de possibilités permettant de diversifier les types de mesures, d'obtenir plus de précision dans les résultats, de dupliquer les expériences et de faire subir aux données acquises des traitements, y compris statistiques, permettant souvent d'aller beaucoup plus loin, toutes caractéristiques spécifiques d'une véritable activité scientifique. En combinant divers types d'acquisitions avec des capteurs différents et des traitements des mesures, il est possible de poser des problèmes plus complexes et d'y apporter des réponses, sans doute toujours partielles, mais nettement plus riches que ce que permettent des moyens " classiques " appliqués au même domaine.

La dotation des laboratoires des établissements scolaires par de tels outils ne peut qu'augmenter la rentabilité de l'action enseignement-apprentissage.

A une époque où les jeux électroniques se répondent de manière fulgurante, les enseignants sont forcément amener à envisager leur utilisation "scolaire". Il n'est pas étonnant qu'un grand nombre de logiciels de jeux à caractère éducatif ait vu le jour. Ils empruntent au jeu vidéo sa forme ludique et parfois même son ergonomie, ils ont en commun avec les autres logiciels éducatifs le choix d'un contenu informatif à transmettre ou la répétition d'un processus qui doit apporter le savoir-faire.

Il ne faudra pas nier le bienfait que pourront trouver les apprenants à de telles activités répétées. La qualité graphique, l'utilisation de la couleur et du son seront des atouts pour ces produits par rapport à ce qui est souvent offert dans un cadre purement éducatif.

Traitement de texte, (SGBD) système de gestion de base de données, tableurs, outils de CAO (Conception Assistée par Ordinateur), DAO (Dessin Assisté par Ordinateur), etc., ces types de logiciels conçus initialement pour l'entreprise ont trouvé un domaine d'applications très important dans l'éducation.

Le traitement de textes (Exemple : Microsoft Word) permet d'une manière très souple de composer des textes, de générer des idées à partir de textes préétablis, de corriger des fautes d'orthographe, d'organiser la pensée... C'est un modèle qui favorise le développement des capacités créatives chez les apprenants.

Le SGBD (système de gestion de base de données. Exemple : Microsoft Access), conçu initialement pour stocker et traiter les données des entreprises (les clients, les fournisseurs, les commandes, les factures,...), mais, il a trouvé rapidement sa place dans le domaine de l'enseignement grâce à sa puissance de manipulation et de traitement des donnés. Il permet de saisir, de créer des banques d'informations, de classer, de trier, de rechercher, de modifier et de conserver de l'information sous forme textuelle ou numérique, il est à la base de toutes les encyclopédies électroniques. Il favorise l'organisation des connaissances par l'établissement de nouveaux liens entre les informations, et d'une manière générale, il favorise le développement de l'esprit de synthèse.

Le tableur (Exemple : Microsoft Excel) parfois appelé "feuille de calcul électronique" est un tableau à deux dimensions pour lesquels la valeur de chaque cellule peut être rendue dépendante de n'importe quelle autre cellule ou groupe de cellules. Il peut être exploité dans les calculs répétitifs pendant les expériences, les représentations graphiques des données. Il se prête à une utilisation intéressante en mathématiques, en sciences physiques chimie, géographie...

Comme le nom l'indique, l'ordinateur est utilisé pour simuler ou modéliser une expérience scientifique ou une situation impliquant diverses analyses et prises de décision. L'apprenant se verra présenter divers résultats en fonction des demandes qu'il aura faites à la machine ou des données qu'il a lui aura fournies. L'avantage est que le résultat peut être fourni immédiatement et sans risque et que l'apprenant peut ainsi faire de nombreux essais facilitant son apprentissage dans des conditions impossibles à remplir autrement. Une expérience demandant plusieurs heures (ou plusieurs années) ou impliquant des risques (explosion ....) peut être réalisée en quelques minutes ou même quelques secondes et sans le moindre danger.

L'intérêt de logiciels aidant l'élève à s'approprier les démarches de modélisation. La simulation permet de « faire fonctionner » le modèle, d'en voir les limites de validité

Alors que tout processus d'acquisition cognitive aboutit à un modèle et que nous modélisons comme, sans le savoir, le concept même de modèle est mal connu d'un élève de Terminale. Même l'enseignement de la physique a du mal semble-t-il à faire passer la notion de modèle comme étant une certaine représentation de la réalité (Milot, 2001).

De façon générale, la démarche modélisante est insuffisamment développée dans l'enseignement actuel. Les modèles (qu'ils soient construits par les élèves ou qu'ils leur soient proposés) doivent être suffisamment élaborés pour ne pas donner de la réalité une image trop simpliste. Le travail sur des modèles simples permet néanmoins de prendre conscience de la limite de ceux-ci et du fait qu'il est nécessaire de les perfectionner et de les relativiser.

Dans tous les cas, il est important de faire comprendre que la notion de modèle est une notion opératoire, tout modèle s'inscrivant dans une finalité donnée par rapport à un objectif précis. Ainsi, pour l'enseignement chaque modèle est valide, a un sens, dans une stratégie pédagogique donnée.

« La simulation, lorsqu'elle est convenablement mise en oeuvre, peut stimuler la pensée créatrice ce qui est rarement le cas des expériences réelles dans lesquelles la réflexion théorique est trop fréquemment interrompue par les multiples actions de détail qu'il faut exécuter avec soin pour réussir l'expérience » (Hebenstreit, 2001). La simulation permet donc des activités parfaitement ciblées en rapport avec des compétences précises qu'il s'agit de mettre en jeu.

Un autre intérêt pédagogique puissant de la simulation de situations complexes dans différentes disciplines, est sa dimension ludique ; l'élève y est actif, en situation de recherche. Il mobilise des connaissances souvent acquises par ailleurs pour aboutir à d'autres connaissances ou à d'autres questions.

La simulation motive et stimule l'élève qui peut prendre des initiatives, des décisions et voir rapidement les conséquences de celles-ci. En effet, parce que les expériences simulées sont conduites à l'initiative de l'étudiant, parce qu'elles peuvent être menées à divers niveaux d'abstraction, parce qu'elles peuvent inclure tout un spectre de cas particuliers, parce qu'elles permettent d'explorer un grand nombre d'exemples en un temps très court, et enfin parce qu'elles peuvent être conçues pour obliger l'étudiant à confronter ses représentations aux théories scientifiques, elles sont un outil tout à fait privilégié pour surmonter les difficultés énoncées ci-dessus.

Ceci n'implique en aucune manière une diminution du rôle des expériences réelles dans le laboratoire, car les aptitudes à conduire les expériences réelles comme les aptitudes traditionnelles en mathématiques restent une nécessité. La simulation ne remplace rien ; c'est un outil nouveau qui permet des types d'activité pédagogique qui n'étaient pas possibles jusqu'à présent et capables d'améliorer le processus d'apprentissage.

L'enseignant ne doit pas ignorer que les résultats obtenus par ordinateur sont préprogrammés et donc ne prennent pas en considération la complexité de la réalité et la difficulté de sa perception. Les expériences virtuelles ne sont que des modèles des expériences réelles. Il faut donc être vigilant vis-à-vis de l'utilisation de ces logiciels qui simplifie les phénomènes. On peut distinguer plusieurs limites de l'usage de la simulation dans l'éducation :

· La simulation est loin de la réalité et donne, par conséquent, une appréciation erronée des difficultés de l'expérimentation réelle.

· La simulation ne développe pas des aptitudes et des savoir-faire qui sont utilisables pour l'expérimentation réelle, comme lire des appareils de mesure, ajuster la position de divers boutons, mesurer des temps écoulés, etc.

· Aucun modèle sur ordinateur n'est capable de prendre en compte toute la complexité de la réalité et la simulation conduit, par conséquent, à une vision simpliste du monde réel.

Pour remédier à ces limites, l'enseignant doit être vigilant dans ces choix. Il ne doit pas utiliser la simulation pour remplacer des expériences réelles. Car c'est un outil pédagogique qui s'ajoute aux autres et qui permettra de développer d'autres aptitudes. Elle doit être utilisée avec des objectifs différents de ceux des expériences réelles. De plus, nous savons tous que les « expériences réelles » que nous faisons faire aux élèves sont conçues (c'est-à-dire truquées) de manière à cacher un certain nombre de difficultés et de manière à bien mettre en évidence ce que l'enseignant veut montrer.

Cette classification montre la grande diversité des produit qui vont de très simple au très sophistiqué. Tout ces produits ont en commun d'allier trois aspects : pédagogique, informatique et ergonomique. Pour concevoir et réaliser un tel outil éducatif, il faudra donc obtenir la collaboration entre des partenaires aux préoccupations très éloignées.

La conception d'un outil multimédia éducatif n'est pas évidente, car il faut réfléchir à l'ensemble des ressources que l'on doit mettre en place et des utilisateurs qui vont les exploiter à différents niveaux. La phase de conception nécessite des méthodologies permettant de mettre en place un modèle sur lequel on va s'appuyer. La modélisation consiste à créer une représentation virtuelle d'une réalité de telle façon à faire ressortir les points auxquels on s'intéresse.

Il y en a plusieurs méthodes de conception, qui vont toutes dans le sens d'une meilleure intégration du logiciel conçu au contexte d'utilisation, Nous présentons ici brièvement quelques stratégies de conception : conception centrée utilisateur, conception informative et conception participative. Daubias (2004) propose ensuite un bilan associant ces trois méthodes, il l'appelé la méthode de conception différenciée.

Le principe de la conception centrée utilisateur est de prendre en compte l'utilisateur dans la conception d'un système informatique en général. Cette approche place l'utilisateur et la tâche qu'il doit effectuer (dans la mesure où la tâche est clairement définie) au centre de la démarche de conception. Donc, dans cette approche, les relations entre utilisateurs et concepteurs restent limitées : l'utilisateur est observé dans ses comportements de résolution, interrogé sur ses attentes quant au système à concevoir est questionné sur le logiciel conçu. Les initiatives viennent des concepteurs et non des utilisateurs.

Lorsque la tâche et les attentes de l'utilisateur ne sont pas totalement et clairement définies, la conception centrée utilisateur ne suffit plus. Pour définir précisément la tâche, il est nécessaire de faire appel aux utilisateurs, non plus seulement pour étudier leur comportement et pour tester le logiciel, mais en tant que concepteurs.

La démarche de conception participative propose donc d'associer les utilisateurs au processus de conception, dès le début du projet, en partant du principe, qu'ils savent ce dont ils ont besoin, mais qu'ils peuvent aussi avoir des idées novatrices. Pochon et Grossen (1997) abondent dans ce sens, ils indiquent que « les utilisateurs ne sont pas des individus passifs soumis au `' bon vouloir`' de la machine, mais qu'ils cherchent activement à donner un sens à cet objet en cherchant aussi à lui imposer leur perspective. [...] De cette imposition réciproque de perspectives, émerge alors un espace interactif qui réunit indirectement une série d'acteurs sociaux (les concepteurs, les programmeurs, les didacticiens, les formateurs ou enseignants, les apprenants, etc.), [...] tentant, dans une certaine mesure, d'orienter la machine vers la réalisation de leur projet. ». Cette approche, en laissant la place aux initiatives des utilisateurs, leur permet d'être acteur de la conception : l'utilisateur est non seulement observé et interrogé, mais aussi intégré dans le processus de conception, en faisant des propositions novatrices et même en participant directement aux choix de conception. L'utilisateur est alors réellement intégré à l'équipe de conception, comme partenaire, au même titre que les informaticiens.

La démarche de conception informative propose une alternative aux deux approches précédentes. Elle a été introduite pour dépasser les inconvénients ces deux approches. En effet, selon les auteurs, il est difficile de parler de conception participative pour qualifier le travail de conception impliquant des enfants. Les enfants, s'ils peuvent apporter des idées à la conception, ne peuvent pas vraiment être considérés comme des pairs par les concepteurs (Daubias, 2004).

La conception informative peut donc être définie comme une démarche faisant appel aux utilisateurs en tant qu'informateurs dans la conception, sans les cantonner à un rôle passif, mais sans pour autant les considérer comme des partenaires à part entière. Ils peuvent par exemple travailler avec les concepteurs sur des maquettes ou prototypes, mais ils ne participent pas aux décisions finales.

Notons que cette méthode de conception, conçue pour le travail avec des enfants, est, selon les auteurs, applicable à d'autres publics, en particulier à des enseignants (Scaife et Rogers, 1999 cités par Daubias, 2004).

(Fig.3) : Différents méthodes de conception selon le degré de participation

Les trois approches de conception que nous venons de présenter peuvent être placées sur une échelle indiquant le degré de participation de l'utilisateur au processus de conception (voir ci-dessus Fig.3, p :34) :

· La conception centrée utilisateur est celle pour laquelle l'implication des utilisateurs dans l'équipe de conception est la plus faible

· La conception informative étant, elle, intermédiaire du point de vue de la place qu'elle accorde à la participation des utilisateurs.

Cependant, si le logiciel s'adresse à différents types d'utilisateurs, alors diverses personnes peuvent être impliquées dans sa conception. Par exemple, les apprenants sont touchés en tant qu'utilisateurs finaux du logiciel éducatif, les enseignants sont concernés en tant que prescripteurs (ils choisissent le système qu'ils utilisent dans leurs classes) ou en tant qu'utilisateurs secondaires (ils peuvent utiliser le système pour l'adapter à leurs besoins et leurs pratiques pédagogiques), enfin, les chercheurs en sciences de l'éducation et en didactique des disciplines sont concernés par la conception du système, à la fois en tant qu'experts du contenu ou de la méthode d'enseignement utilisée et en tant que prescripteurs auprès des enseignants.

La méthode de conception différenciée proposée par Daubias (2004), consiste à associer une méthode de conception adaptée à chaque type d'interlocuteurs des informaticiens (voir Fig.4, p:x) :

L'utilisation de méthodes de conception adaptées, facilite les relations au sein de l'équipe pluridisciplinaire en précisant le rôle de chacun et en attribuant à chacun un rôle adapté à ses possibilités et à l'importance de ses positions dans les choix finaux.

V. TICE dans l'enseignement des sciences physiques

L'ordinateur constitue un outil pour « construire un monde entre l'approche expérimentale et l'approche théorique » (Séjourné et Tiberghien, 2001). En plus, l'animation virtuelle ne se substitue jamais à la réalité, mais la supporte, l'enrichit et la rend plus visuelle, (Nonnon, 1998). La réalisation d'expériences virtuelles (avec un logiciel de simulation) est donc complémentaire à la réalisation d'expériences « réelles » dans l'enseignement de la physique. Néanmoins, il reste à préciser comment l'enseignant doit combiner expériences réelles et expériences virtuelles.

Compte tenu de la place centrale des expériences réelles dans l'enseignement des sciences physiques et du fait que les logiciels peuvent aider à mettre en relation la réalité et la théorie, quelle peut être la place du logiciel par rapport aux expériences réelles ?

Les spécificités techniques et pédagogiques permettent d'envisager des utilisations variées de l'outil informatique par rapport à l'expérimentation. Ainsi on peut imaginer une utilisation de l'outil informatique:

· Avant le passage au laboratoire : Cette utilisation se justifie lorsque l'appareillage que l'apprenant va trouver dans la salle de travaux pratiques est complexe et onéreux et que les risques de détérioration du matériel par suite d'une fausse manoeuvre ne sont pas négligeables, dans ce cas on parle de simulation pré-laboratoire.
Une autre utilisation de l'outil multimédia avant le passage au laboratoire sous forme d'exercices pré-laboratoire (le plus souvent sous la forme de QCM). L'objectif de ce type d'utilisation est de sécuriser les apprenants, qui savent qu'ils sont correctement préparés à la manipulation (il semble que pour tirer profit de ces exercices pré- laboratoire, l'accès à l'ordinateur doit se faire en libre service).

· Au cours de la séance des travaux pratiques : L'une des caractéristiques des calculs au cours d'une séance de T.P est la répétitivité : le nombre de mesure étant en général très grand, le temps qui passe à des calculs répétitifs et fastidieux (formules complexes, tracé des courbes) peu devenir trop long. Il est souvent très simple de concevoir un petit programme informatique d'aide au calcul grâce auquel l'utilisateur n'a plus qu'à introduire au clavier les valeurs mesurées. Le temps gagné peut être utilisé par l'apprenant dans des d'autres tâches, pour mieux élaborer ces stratégies expérimentales.

· Après l'expérience : l'outil multimédia (la simulation en particulier) peut être utile après l'expérience réelle pour choisir d'autres conditions dans l'expérimentation. Par exemple l'élimination des frottement, utilisation des grandeurs physiques qui n'a pas été pas possibles pendant l'expérience réelle (température, pression, pesanteur, ...)

Sur le terrain, on peut facilement observer que l'intégration des TICE n'est pas à la hauteur de la demande institutionnelle et l'usage des TICE rencontre une certaine résistance chez les enseignants. Cette résistance n'est pas due seulement aux compétences techniques que les enseignants ne possèdent pas encore, mais aussi à d'autres facteurs liés à la gestion de la classe, à la conception des situations d'enseignement (Chaachoua, 2000).

Ces facteurs sont formulés par (Artigue1998, Cité par : Tapan 2002) en termes d'obstacles. Nous en avons retenu les deux suivants :

· The ''educational legitimacy'' of computer technologies (La légitimité éducative de la technologie informatique).

Sans expérience ni références personnelles quant à l'efficacité par rapport aux apprentissages d'activités conduites dans un environnement informatique, un enseignant hésite toujours fortement à consacrer un temps important à un travail qui peut lui apparaître comme relativement marginal par rapport au programme.

Le premier obstacle chez les enseignants réside donc, dans la nécessité de justification a priori de l'apport des TICE dans l'enseignement. Il est indispensable pour lui de justifier la pertinence de ce type d'activités.

Ainsi, une simple formation technique dans l'utilisation de ces technologies n'est pas suffisante. Chaachoua (2000) souligne cet obstacle et montre la nécessité d'une justification interne chez les enseignants et proposent un dépassement de cet obstacle, « Nous pensons que ce n'est pas par le discours qu'on apportera des réponses à cette demande, mais en donnant aux enseignants les moyens de se rendre compte par eux-mêmes des apports de l'usage d'un environnement informatique au niveau des objectifs de l'enseignement des sciences »( p :2).

· The under estimation of issues linked to the computer transposition of knowledge (La sous estimation des problèmes liés à la transposition informatique du savoir).

Le second obstacle est lié aux effets de la transposition informatique, concept introduit par Balacheff (1994 [a]). Le savoir enseigné se trouve modifiés non seulement sous les contraintes de la transposition didactique mais aussi sous d'autres contraintes spécifiques à l'environnement informatique.

L'introduction des environnements informatiques dans le système éducatif peut donc modifier les rapports des sujets, élèves et enseignants, aux objets d'enseignement puisque ces derniers vont vivre autrement que dans l'environnement papier-crayon. Cette modification des objets d'enseignement peut soulever la question de la légitimité d'inclure dans l'enseignement ces objets modifiés.

L'utilisation des logiciels dans l'enseignement des sciences physiques a été beaucoup étudiée. Plusieurs ont analysé, dans une perspective pédagogique et didactique, l'apport des logiciels de modélisation et de simulation interactive, dans des activités de sciences physiques. Ces auteurs considèrent qu'il est très important de réfléchir à l'utilisation de tels outils dans la résolution de problèmes et à la diversification des pratiques pédagogiques.

Dans une étude, en relation avec la « motivation » des élèves, Bracewell et Laferrière (1996) constatent que, la plupart des élèves manifestent un intérêt spontané plus grand pour une activité d'apprentissage qui fait appel à une technologie nouvelle, qu'aux approches coutumières en classe. Et le « temps d'attention » soutenue ou de concentration que la majorité des élèves sont prêts à consacrer à des activités d'apprentissage est plus élevé lorsqu'ils utilisent une technologie nouvelle que dans le cadre avec les moyens traditionnels.

Les technologies nouvelles ont le pouvoir de stimuler le développement des habiletés intellectuelles telles que la capacité de raisonner, de résoudre des problèmes, d'apprendre à apprendre et de créer. Les chercheurs ajoutent que le développement de l'esprit de recherche chez les apprenants est un constat très marquant. En effet, Les nouvelles technologies ont le pouvoir de stimuler la recherche d'une information plus complète sur un sujet, d'une solution plus satisfaisante à un problème et, d'une manière générale, d'un plus grand nombre de relations entre diverses connaissances ou données».

Dans une autre recherche le groupe QUARTZ (IUFM de NICE) a réalisé une analyse de multiples séquences de classe de secondaire impliquant le multimédia, dans l'enseignement des sciences. Basée sur la comparaison des résultats des élèves qui ont utilisé cet outil (multimédia) avec ceux qui n'ont pas eu recours, cette étude montre que :

· La possibilité de manipuler offerte aux élèves par le logiciel interposé favorise l'appropriation et la compréhension des objets et des phénomènes.

· La représentation spatiale et l'animation trois dimensions, favorisent la mémoire visuelle et améliorent les représentations des élèves.

· L'aspect ludique et l'autonomie d'apprentissage entretiennent la motivation des élèves.

Donc, en plus d'offrir un soutien de diffusion enrichi (sons, images, animations, par le biais d'un site Web, Cd Rom...), les TICE présentent de nombreuses et intéressantes possibilités pour les professeurs qui souhaitent expérimenter des activités où l'on cherche à rendre les élèves plus actifs et à les faire travailler ensemble à la construction de leurs connaissances.

Cependant, malgré ces avantages, l'enseignant ne doit pas ignorer que les résultats obtenus par ordinateur sont préprogrammés, et donc ne prennent pas en considération la complexité de la réalité et la difficulté de sa perception. Les expériences virtuelles ne sont que des modèles des expériences réelles. Il faut donc être vigilant vis-à-vis de l'utilisation de ces logiciels qui simplifie les phénomènes.

Le Maroc consacre plus du quart ^6(*) de son budget à l'éducation. Pourtant, l'efficacité du système scolaire marocain est remise en cause par de nombreux observateurs (des élèves qui quittent l'école avant d'avoir obtenu leur diplôme d'études secondaires, des jeunes déjà sur le marché du travail, n'ont pas les compétences requises pour les emplois de la nouvelle économie, ...). Selon L'économiste ^7(*) le taux d'échec au baccalauréat devient une catastrophe nationale, 54% d'échec en baccalauréat 2004 : « sur les 122 198 redoublants (public et privé confondu), seuls 25 à 30% pourront ou voudront repasser leur baccalauréat... Les autres devront chercher d'autres voies de recours: chômage et/ou formation professionnelle ou école privée pour ceux qui en ont les moyens ».

Depuis 1997, le gouvernement a accordé un grand intérêt à cette problématique. Ainsi, une Commission d'études sur l'éducation et la formation a été désignée par feu Sa Majesté Hassan II en 1997. Cette commission a oeuvré pour l'élaboration de la charte nationale de l'éducation et de la formation qui est devenue la référence en matière d'orientation du système éducatif national. La mise en oeuvre progressive de cette Charte à travers notamment la généralisation de l'enseignement, l'amélioration de la qualité de l'éducation et de la gestion du système éducatif ainsi que l'intégration des Tice dans ce système éducatif, est (selon le MEN), l'enjeu premier de la décennie à venir.

Afin d'optimiser l'emploi des ressources éducatives, d'améliorer la qualité de l'enseignement et de tirer meilleur parti des technologies modernes, le levier 10 de cette charte (voir annexe 1) insiste sur l'utilisation des Nouvelles Technologies de l'Information et la Communication.

Ainsi, sur le plan concret, le gouvernement a récemment lancé un programme visant la généralisation des TICE dans l'enseignement publique ("Projet de généralisation des moyens d'enseignement Multimédia - Internet").

Ce projet est conduit par un comité de pilotage présidé par le Premier Ministre, et composé des représentants du Ministère de l'éducation nationale, du Ministère des télécommunications ainsi que de l'ANRT^8(*) (Agence Nationale de Réglementation des Télécommunications).

· doter l'ensemble des établissements scolaires (primaire, secondaire collégial, secondaire qualifiant) de salles multimédia,

Le développement d'outils multimédia adaptés au programme marocain, appropriés aux besoins des élèves, des enseignants et qui prend en considération les contraintes matérielles que connaissent les établissements scolaire et qui entravent le processus d'enseignement-apprentissage est donc l'un des objectifs majeurs du "Projet de généralisation des moyens d'enseignement Multimédia - Internet".

Cet objectif constitue une nouvelle piste de recherche qui n'est pas encore suffisamment explorée par les chercheurs dans le domaine éducatif au Maroc. Cette présente recherche se place dans une telle perspective.

Première partie : Méthodologie

Deuxième partie : Conception et présentation d'un outil
multimédia intitulé simul-projectile

Les questions auxquelles nous essayons d'apporter des éléments de réponse, reposent sur les difficultés rencontrées lors de la réalisation des expériences relatives au chapitre : « Mouvement d'une particule soumise à une force constante », et sur les possibilités qu'offre l'utilisation des simulations informatiques pour remédier à cette problématique et rendre l'apprentissage des élèves plus efficaces.

Ainsi pour répondre à ces questions que nous nous sommes posées dans notre problématique, nous avons élaboré un questionnaire^10(*) destiné aux enseignants des Sciences physiques qui exercent au lycée. Le questionnaire qu'on a élaboré a subi un travail d'ajustement pour tenir compte des particularités de sa destination. Il a été pré-testé auprès de 6 enseignants des sciences physiques.

· Établir les consignes nécessaires pour la bonne compréhension des questions par les enseignants contactés ;

· Améliorer l'agencement du questionnaire pour accroître sa lisibilité, réduire les ambiguïtés et clarifier certaines formulations.

La population visée est constituée d'enseignants des sciences physiques aux lycées marocains. Compte tenu de l'objectif de représentativité que nous avons fixé pour cette étude, un soin particulier a été apporté à la constitution de l'échantillon : on y trouve des enseignants qui exercent dans des lycées appartenant à différentes régions marocaines (Mohammedia, Eljadida, Nador, Taroudant, Errachidia, Tantan). Pour construire cet échantillon et choisir les lycées qui représentent chaque région nous avons opté pour un échantillonnage aléatoire qui prend en considération la taille de chaque région. Ainsi, notre échantillon est construit comme suit:

Ville ou région	Nombre de lycées contactés	Nombre d'enseignants contactés
Casablanca	9	43
Mohammedia	3	11
Eljadida	2	7
Nador	2	5
Taroudant	1	3
Errachidia	1	3
Tantan	1	2
Total	19	83

Ainsi, l'enquête par questionnaire a été réalisée auprès de 83 enseignants de Sciences physiques qui exercent dans 19 lycées relativement différenciés. Le questionnaire a été présenté aux enseignants en format papier pour les villes de Casablanca et Mohammedia, ou sous forme de page Web à remplir pour les autres régions (Eljadida, Nador, Taroudant, Errachidia, Tantan). La page Web est disponible sur l'adresse suivante : http://elyaakoubi.WorldFreeWeb.com.

La distribution du questionnaire s'est effectuée dans la dernière semaine de juin 2005.

La collecte des données relatives à cette recherche s'est effectuée par le biais d'un questionnaire contenant 7 questions réparties sur deux sections.

Le questionnaire commence par une introduction qui explique le contexte et les objectifs de cette recherche. Après, on demande aux enseignants de donner librement et avec précision leur opinion, tout en leur expliquant la manière de répondre à l'aide d'une consigne.

A- La première partie : Le déroulement du cours

La première section du questionnaire est constituée de trois questions portant sur la description du déroulement des cours, des expériences et des difficultés rencontrées dans l'enseignement du chapitre « Mouvement d'une particule soumise à une force constante » pour les élèves du 2^ème année baccalauréat. Cette partie contient donc trois questions dont :

Les questionnés n'ont qu'à cocher la ou les cases qui correspondent à leur réponse en donnant les explications nécessaires lorsqu'il y a lieu.

B- La deuxième partie : Utilisation des TICE

La deuxième section de ce questionnaire comprend une série de questions portant sur l'équipement des établissements en matériel informatique, son utilisation à des fins pédagogiques, les obstacles qui freinent son intégration et les conditions nécessaires pour que son utilisation soit bénéfique à l'enseignement des sciences physiques. Le but de cette partie est donc d'élaborer une stratégie adéquate pour assurer une intégration efficace des TICE, afin de dépasser les difficultés décelées dans la première partie.

Le questionné répond par oui ou non en indiquant le nombre d'ordinateurs pour la deuxième question.

Le questionné répond par oui ou non en donnant les explications nécessaires et en cochant la ou les cases qui correspondent à sa réponse.

C'est une question ouverte où le questionné est sensé formuler quelques conditions qu'il juge nécessaires (selon sa conception et son cas), pour que l'usage des TICE soit bénéfique pour l'enseignement considéré.

1. Difficultés dans l'enseignement du chapitre `'Mouvement d'une particule soumise à une force constante''.

L'analyse des résultats de cette partie permet de constater que 48% des enseignants éprouvent des difficultés dans l'enseignement de ce chapitre. Selon les enseignants questionnés, ces difficultés sont dues essentiellement aux points suivants:

Concernant la réalisation des expériences en classe : 37% des enseignants ne réalisent pas les expériences programmées pour ce chapitre. Ces enseignants justifient ceci par :

· La non disponibilité du matériel nécessaire pour ces expériences. (29%)

· Le rendement des expériences est très faible (c'est une perte de temps). (18%)

· L'expérience proposée est elle-même source de difficultés, elle cause des perturbations. (8%)

L'objectif de cette question est de vérifier la disponibilité du matériel destiné aux expériences. Selon les enseignants questionnés, 16% d'entre eux déclarent avoir des difficultés d'accès au matériel didactique destiné aux expériences.

Selon les résultats exposés auparavant, on constate que presque la moitié (48%) des enseignants questionnés déclarent avoir des difficultés dans l'enseignement du chapitre `'Mouvement d'une particule soumise à une force constante''. Ces difficultés ne sont pas dues seulement au déficit que connaissent les établissements en matériel didactique puisque seulement 16% des enseignants questionnés signalent ce problème. Ainsi si on confronte les résultats des deux questions 1 et 2 :

- Est-ce que vous réalisez des expériences (avec les élèves) concernant ce chapitre ?

Une analyse des réponses des enseignants qui affirment avoir des difficultés dans l'enseignement du chapitre en question, à la question sur la réalisation des expériences montre que la majorité de ces enseignants (78%) sont ceux qui réalisent les expériences avec les élèves. Ce qui va dans le sens des enseignants qui affirment que les expériences proposées sont elles-mêmes source de difficultés, et leur rendement est très faible, elles causent des perturbations.

Nous proposons comme stratégie pour dépasser ces problèmes et compléter l'expérience, d'utiliser des simulations informatiques. En effet, vu leur aspect ludique et esthétique, leur possibilité d'offrir une représentation spatiale et une animation trois dimensions, les simulations informatiques favorisent l'appropriation et la compréhension des phénomènes étudiés. La plupart des élèves manifestent un intérêt spontané et un temps d'attention plus grand pour une activité d'apprentissage qui fait appel à une technologie nouvelle : «Ces nouvelles technologies... suscitent l'intérêt des élèves pour des activités précises d'apprentissage et les amènent à y consacrer plus de temps et d'attention que dans les classes habituelles » (Bracewell, R., 1996). Certes, un niveau élevé de motivation facilite, d'une manière générale, l'apprentissage. C'est entre autres important dans les environnements d'apprentissage où les élèves participent activement. A ceci on peut ajouter que leur aspect programmable donne à ces technologies la possibilité de libérer les enseignants des tâches répétitives et des calculs fastidieux. Le temps gagné peut être donc utilisé dans d'autres tâches. En plus, les élèves développent de nouvelles compétences transversales et spécifiques au domaine des technologies de l'information ils «acquièrent les habiletés essentielles à l'âge de l'information» et «peuvent pousser à un degré supérieur le développement de leurs habiletés intellectuelles» (Newman, 1994, p : 58).

Ainsi, outre son avantage de faire acquérir aux élèves de nouvelles compétences spécifiques au domaine des technologies, l'usage des TICE peut contribuer au dépassement de quelques difficultés d'enseignement et de gestion de la classe explicitées dans la partie précédente , telles que :

· La complexité des expériences (en proposant des outils simples, qui représentent mieux les phénomènes étudiés...).

· La motivation des élèves (les élèves manifestent un intérêt spontané plus grand pour une activité d'apprentissage qui fait appel à une technologie nouvelle). (Bracewell, 1996)

· Effectif élevé des élèves (les TICE peuvent libérer l'enseignant des taches répétitives et consacrer plus de temps au difficultés de ces élèves).

Cependant cette stratégie peut ne pas aboutir si les établissements n'ont pas les moyens matériels, logiciels et les moyens humains nécessaires pour son application. Ainsi, dans la suite de cette enquête, nous allons dresser un état des lieux des établissements en matériel informatique et de son degré d'intégration dans l'enseignement de sciences physiques. Et par la suite nous proposerons une synthèse qui explique les principales composantes de cette stratégie.

Le premier constat, dans cette partie, concerne l'axe infrastructure. Selon le questionnaire, tous les établissements de notre échantillon sont dotés de salles multimédia, et selon l'ANRT^11(*) (Agence Nationale de Réglementation des Télécommunications) ces salles tiendront compte de la capacité d'accueil des élèves (voir tableau 1 ci-dessous).

Tableau 1 : Nombre de PC par capacité d'établissement^12(*)

Nbr des élèves

< 200

201

400

401

600

601

800

801

1000

1001

1200

1201

1400

1401

1600

1601

1800

1801

2000

> 2001

Nbr des PC

Toujours concernant l'axe infrastructure, mais cette fois il s'agit de s'assurer de la dotation des laboratoires des sciences physiques par des ordinateurs. Seulement 7% des enseignants questionnés déclarent disposer d'un ordinateur dans leur laboratoire (ce qui constitue, sans doute, un obstacle à l'intégration des TIC dans l'enseignement des sciences physiques).

Selon les résultats du questionnaire, seulement 8% des enseignants utilisent (d'une manière non régulière) les TICE à des fins pédagogiques. La qualité de cette utilisation n'exploite pas les possibilités qu'offrent ces technologies. Cette faible utilisation (qualitative et quantitative), selon les enseignants questionnés, n'est pas due seulement à l'équipement de leurs établissements en matériel informatique. Mais c'est également à cause de :

· L'absence d'une stratégie d'intégration, dans les recommandations officielles (46 %).

· L'incompatibilité des logiciels éducatifs existant avec le programme marocain (41 %).

· Le degré de maîtrise de l'outil informatique par les enseignants (7 %).

Pour analyser les données relatives à cette question (qui est une question très ouverte), nous avons donc procédé à partir des données brutes (réponses des enseignants), pour ensuite construire des regroupements par similitudes de réponses, jusqu'à arriver à un classement final en trois grands axes : axe infrastructure, axe formation, axe contenu :

· Axe infrastructure : la dotation des salles multimédia par suffisamment d'ordinateur.

· Axe formation : organiser des formations relatives à l'informatique technique, pédagogique et aux aspects maintenance du matériel informatique.

· Axe contenu : développer et encourager des contenus multimédia pédagogiques adaptés aux curricula marocain et appropriés aux besoins des élèves.

Vu les investissements qui ont été faites durant ces dernières années, il apparaît que l'utilisation des TICE dans des situations d'enseignement-apprentissage en classe est très faible. Seulement 8% des enseignants les utilisent à des fins pédagogiques. L'absence d'une stratégie d'intégration dans les instructions officielles, et la non compatibilité des logiciels éducatifs existants avec le programme marocain constituent selon les résultats du questionnaire la cause principale de cette faible utilisation. Par conséquent les résultats de ce questionnaire montre la nécessité d'une intervention de la part du Ministère de l'éducation nationale, des académies régionales et des délégations pour l'élaboration d'une stratégie d'intégration des TICE dans l'enseignement.

Selon les résultats de cette enquête, cette stratégie doit s'appuyer sur trois axes :

Cet axe doit viser la mise en place et l'équipement des salles multimédia connectées à Internet dans tous les établissements scolaires.

Les laboratoires des sciences physiques doivent aussi être équipés en ordinateurs, puisque selon l'enquête, seulement 7% des enseignants questionnés déclarent disposer d'un ordinateur dans leur laboratoire (ce qui constitue, sans doute, un obstacle à l'intégration des TIC dans l'enseignement des sciences physiques).

Cet axe doit viser à préparer les enseignants, maillon essentiel de la réussite de cette stratégie, à une utilisation effective des outils TICE qui seront mis à leur disposition. Une formation technique n'est pas suffisante. Cette formation doit donner aux enseignants les moyens de se rendre compte par eux-mêmes des apports de l'usage d'un environnement informatique au niveau des objectifs (la justification interne^13(*)), elle doit aussi les aider à concevoir des situations d'enseignement-apprentissage qui intègre ce genre d'aide didactique.

· Une formation permettant aux enseignants de se familiariser avec l'informatique (formation d'alphabétisation informatique) et d'améliorer éventuellement leurs connaissances dans ce domaine.

· Une formation en informatique pédagogique, pour permettre aux enseignants d'élaborer eux-mêmes et de concevoir leurs propres outils multimédia.

· Une formation pour permettre aux enseignants d'utiliser les outils TICE dans les curricula ;

Cet axe concerne l'utilisation TIC appropriés et validés ainsi que le développement de contenus pédagogiques adaptés à l'enseignement au Maroc. Il doit permettre d'utiliser au mieux les salles multimédia installées.

· Utiliser comme phase initiale, autant que possible, les contenus disponibles sur le marché mondial, après les avoir validés et adaptés au contexte marocain.

· Développer des contenus nationaux adaptés aux curricula marocains et appropriés aux besoins des élèves.

· Encourager le développement de didacticiels, d'outils multimédia pédagogiques par les enseignants.

· Impliquer les délégations et les académies dans le développement des contenus en conformité avec les directives de la charte nationale de l'éducation et de formation, en tenant compte des spécificités locales de chaque région du royaume.

Dans le but de concrétiser le troisième axe (axe contenu) de cette présente stratégie d'intégration des TICE dans l'enseignement et pour répondre aux attentes des enseignants qui sollicitent le développement de contenus adaptés aux curricula marocains et appropriés aux besoins des élèves (41% des enseignants justifient le non recours au TICE par la non compatibilité des logiciels éducatifs existant avec le programme marocain ), nous présentons ici un CD Rom que nous avons conçu dans le cadre de ce travail de recherche.

I. Les raisons du choix

La présente recherche nous a montré l'intérêt de l'intégration des TICE dans l'enseignement et l'apprentissage de la mécanique, pour les élèves de la deuxième année du baccalauréat scientifique. Nous avons constaté un fort besoin du secteur éducatif quant aux outils d'apprentissage multimédia adaptés au programme marocain répondant aux exigences des enseignants et des apprenants. Ainsi, nous avons pensé à élaborer un Cd-Rom multimédia qui simule les expériences programmées dans le chapitre "Mouvement d'une particule soumise à une force constante".

Dans ce chapitre plusieurs notions et principes sont mobilisés, ils sont considérés comme des pré-requis pour les apprenants : Notion de repère, vitesse, accélération, centre d'inertie, relation fondamentale de la dynamique, et théorème de l'énergie cinétique. Deux expériences sont programmées dans la partie des travaux pratiques de ce chapitre :

· Etude du mouvement d'une bille lancée avec une vitesse initiale horizontale.

L'analyse de ces expériences montre que les contraintes matérielles ne permettent pas de modifier les paramètres du mouvement (la vitesse initiale, l'angle initial du lancement et la gravité) pour tester leurs effets sur la trajectoire de la particule étudiée. Alors que les simulations informatiques peuvent être une alternative appropriée pour remédier aux limites de ces expériences réelles ; d'ou l'intérêt de leurs utilisations comme matériel didactique d'accompagnement de l'expérience réelle.

Le développement de cet outil multimédia est aussi une réponse et une concrétisation des orientations de la charte nationale de l'éducation et de la formation qui incitent à la promotion et au développement les pratiques des TICE en tant que pratiques pédagogiques innovantes au Maroc.

II. Conception et réalisation de l'outil

La démarche de conception qu'on a adoptée a aboutit à la réalisation d'un environnement d'apprentissage informatisé permettant l'individualisation de l'apprentissage et du cheminement intellectuel de l'apprenant. Il peut être utilisé en classe ou à domicile. La qualité ergonomique de l'interface a été établie a posteriori à partir de son utilisation (démarche différenciée, itérative tout au long du processus de conception)^14(*). Pour concevoir l'outil multimédia, nous nous sommes focalisés au début sur une étude exploratoire des activités des élèves en situation d'apprentissage. Ce qui nous a permis d'élaborer un une application prototype.

Durant cette étape dite de conception, nous avons procédé à des expérimentations ergonomiques afin de mieux connaître et appréhender l'activité des futurs utilisateurs. Ces expérimentations ont été menées en étroite collaboration avec deux enseignants des sciences physiques intéressés par l'intégration des TICE dans leurs pratiques pédagogiques. Cette expérimentation avait une double fonction (Pinsky, 1992) :

a) tester la pertinence des spécifications provisoires à la base de la conception du dispositif d'essai, réalisées préalablement dans la phase de « programmation »,

b) prévoir les modalités d'utilisation future pour proposer des aménagements ergonomiques

Ce travail d'amélioration ergonomique et de conception d'aide s'appuie fortement sur l'analyse des difficultés repérées chez les utilisateurs ainsi que sur leurs propres propositions.

Le processus de conception étroitement relié à celui d'évaluation a été appréhendé à la fois comme une anticipation des actions des futurs utilisateurs en imaginant des prototypes ou des dispositifs partiels d'essai et, comme un processus itératif d'amélioration progressive des caractéristiques du dispositif. La démarche a reposé sur une coopération triangulaire entre trois pôles : enseignants et apprenants / technicien / ergonome et didacticien, selon une approche différenciée qui consiste à associer une méthode de conception adaptée à chaque type d'interlocuteurs^15(*): conception centrée utilisateur avec les apprenants, conception informative avec les enseignants et conception participative avec les chercheurs (didacticiens ou pédagogues).

Ainsi, la stratégie que nous avons suivie, fait appel à différentes méthodes de conception. Ces méthodes, « non mutuellement exclusives vont toutes dans le sens d'une meilleure intégration du logiciel conçu au contexte d'utilisation par la prise en compte, dans le processus de conception, des différents membres du projet» (Daubias, 2004, p:6).

L'interactivité qu'il faut avoir dans les simulations nécessite l'utilisation d'un langage de programmation. Ainsi, nous avons utilisé le langage Borland Delphi version 6.0. C'est un langage de programmation événementiel et orienté objet. Le choix de ce langage n'a pas été arbitraire, puisqu'il offre au programmeur une interface simple à gérer et un langage qui a une syntaxe proche de celle du langage Pascal, qui est très simple et largement utilisé. En plus, il met à la disposition des programmeurs une panoplie d'objets consistants, simples à manipuler.

Les objets que nous avons utilisés, outre les objets classiques, qu'on peut trouver dans presque toutes les applications Windows (boutons, labelles, barres de défilement,...), sont :

· L'objet Tchart : c'est une composante principale de la deuxième simulation. Cet objet offre une solution pour le traitement des graphes (pour nous, la trajectoire de la projectile est un graphe sous forme d'une courbe avec des marques) : ajouter une courbe au graphe, changer la base, effacer les courbes, modifier les paramètres d'une courbe...

· L'objet Timage : cette objet est la base de la deuxième simulation. Il présente une propriété qui peut contenir une image et donne la possibilité d'y faire des modifications en agissant directement sur les pixels de l'image. Pour dessiner la trajectoire des électrons, on agit directement sur l'image et on met le point dans l'emplacement qui convient, de sorte à avoir enfin une courbe qui montre la trajectoire des électrons. (trajectoire parabolique entre les plaques et rectiligne en dehors des plaques).

La première simulation, qui n'est pas interactive, elle est développée avec le logiciel Macromedia Director 8.5.

Cette application contient aussi des images des vidéos et du son. Pour traiter ces différents types de média, nous avons donc utilisé l'outil de traitement de l'image (Adobe Photo Shop), l'outil de traitement de son (Cool Edit) et l'outil de traitement des vidéos (Ulead vidéo studio version 9).

Enfin pour rassembler tous ces éléments dans une seule application et les présenter sous forme d'étapes soigneusement préparées et regroupées dans un ordre qui facilite la compréhension, nous avons utilisé le logiciel Multimedia Builder.

III. Présentation de l'outil

Ce Cd-rom est une application qui prend la forme d'un simulateur de mouvement. Elle simule le mouvement réel d'une particule soumise à une force constante (son poids) et le mouvement d'une charge soumise à un champ électrostatique uniforme.

Les simulations présentées dans ce Cd-rom sont adaptées au contexte et au programme marocains. Elles sont tirées du 4^ème chapitre ("Mouvement d'une particule soumise à une force constante") du manuel scolaire des sciences physiques pour les élèves de la 2^ème année du baccalauréat scientifique. Dans ce chapitre plusieurs notions et principes sont mobilisées, ils sont considérés comment pré-requis pour les apprenants : notion de repère, vitesse, accélération, centre d'inertie, relation fondamentale de la dynamique, théorème de l'énergie cinétique. Deux expériences sont programmées dans la partie des travaux pratiques de ce chapitre :

· Etude du mouvement d'une bille lancée avec une vitesse initiale horizontale.

· Les contraintes matérielles et naturelles dans la 1^ère expérience ne permettent pas de modifier les paramètres du mouvement (la vitesse initiale et l'angle initiale du lancement et la gravité) pour tester leur effet sur la trajectoire de la bille.

· L'expérience proposée ne permet de visualiser que la phase de la chute du projectile, car le lancement se fait toujours avec une vitesse initiale horizontale.

· La deuxième expérience ne montre pas la trajectoire de l'électron en dehors du champ électrostatique (une trajectoire rectiligne).

Les simulations que nous proposons dans ce Cd-rom sont directement tirées de ces expériences programmées dans le manuel scolaires. Elles sont complètement et aisément paramétrables. Leur objectif général est de remédier aux limites que connaissent les expériences réelles. Ces simulations permettent donc, d'illustrer les expériences de chute libre parabolique dans un champ gravitationnel ou dans un champ électrostatique uniforme, et montrer l'effet des conditions initiales sur la trajectoire de la particule.

Le sommaire permet de naviguer dans le Cd-rom, il donne la possibilité d'accéder directement à n'importe quelle partie du Cd-rom et un accès séquentiel (en utilisant les deux boutons en bas du menu)

Dans cette expérience l'enseignant doit s'appuyer sur l'expérience réelle qui va faire référence pour les élèves dans la suite du cours.

ü Deuxième simulation : lancer une projectile avec une vitesse initiale quelconque.

Cette simulation permet d'illustrer l'expérience de chute libre parabolique d'une particule dans un champ gravitationnel. Elle permet de visualiser la trajectoire du projectile et de déduire l'effet des conditions initiales sur son mouvement.

Ainsi, il est possible de lancer et de visualiser plusieurs projectiles (qui ont des formes et des couleurs différentes) avec des paramètres de lancement différents, et de comparer l'effet du changement des paramètre sur les caractéristiques de la trajectoire (par exemple : l'effet de la vitesse initiale [fig.2] ou l'effet l'angle de lancement [fig.1] sur la porté ou sur le sommet). Il est possible d'imprimer les résultats du mouvement sur papier.

Dans la fig.1, en modifiant l'angle du lancement on peut remarquer que l'angle 45° donne la meilleure porté et que plus l'angle est grande plus le sommet est grand. Dans la fig.2, en modifiant la vitesse initiale on peut remarquer que plus la vitesse est grande plus le sommet et la portée sont importants.

1- les paramètres du mouvement (la vitesse initiale, l'angle de lancement, la
gravité)

3- pour voir les résultats du lancement (les coordonnées du sommet et la
portée)

6- pour afficher des boutons supplémentaires de paramétrage de l'interface
(voir fig.3 ci-dessous).

7- axe des ordonnées (la hauteur maximale affichée dans cet exemple est
de 12m)

ü Troisième simulation : mouvement d'un électron dans un champ électrostatique uniforme

Cette simulation permet d'illustrer l'expérience du mouvement d'un électron dans un champ électrostatique uniforme. Elle permet de remédier aux limites de l'expérience réelle. En effet l'expérience réelle montre seulement la trajectoire des électrons au sein de champ électrostatique, qui est une trajectoire parabolique. Les élèves doivent donc imaginer la trajectoire des électrons en dehors du champ électrostatique (une trajectoire rectiligne). Cette simulation montre bien ce phénomène en mettant en deux couleurs différentes (rouge et noire, voir fig.4) les deux parties de la trajectoire (au sein et en dehors du champ électrostatique).

Cette simulation peut donc être bénéfique aux apprentissages des élèves, notamment si son utilisation a lieu après l'expérience réelle.

1- les deux plaques entre lesquelles est créé un champ électrostatique uniforme (E).

3- pour introduire la valeur de la vitesse initiale des électrons (l'utilisateur peut introduire directement la valeur dans la zone de texte comme il peut utiliser le curseur pour sélectionner la valeur désirée).

4- pour introduire la valeur du champ électrostatique entre les plaques (l'utilisateur peut introduire directement la valeur dans la zone de texte comme il peut utiliser le curseur pour sélectionner la valeur désirée).

5- la trajectoire des électrons au sein du champ électrostatique (trajectoire parabolique en couleur rouge).

6- la trajectoire des électrons en dehors du champ électrostatique (trajectoire rectiligne en couleur noire).

Dans l'algorithme de calcul de la trajectoire dans toutes les simulations, les frottements entre la particule en mouvement et l'aire sont négligées.

L'usage interactif des Supports Multimédia Pédagogique (SMP) se généralise dans une multiplicité de disciplines. Chacun de ces usages posera des problèmes particuliers pour la création des interfaces afin de tenir compte de la spécificité de la tâche, des profils des utilisateurs ainsi que des conditions d'utilité et d'utilisabilité.

Les critères concernant un SMP dédié à l'enseignement et à l'apprentissage ont été étudiés par Sadiq (2005)^16(*). Dans le cadre de cette recherche, il a élaboré un Cd-rom intitulé « Multimédia module d'évaluation ». Cet environnement a été conçu pour assister les concepteurs dans l'évaluation de prototypes ou pour guider les enseignants dans le choix de didacticiels multimédia.

Ainsi, pour évaluer notre outil multimédia, on a fait appel à cette grille d'évaluation interactive. Toute évaluation nécessite au moins de poser les trois questions classiques:

Dans notre cas l'évaluateur sera l'utilisateur ou le concepteur de supports multimédia; L'évaluation se veut généraliste et se base sur des dimensions, ergonomiques, multimédia et pédagogique ; l'évaluation est appliquée essentiellement au produit fini ; et porte directement sur le support multimédia (et non sur son impact a posteriori).

Les critères et les sous critères que nous allons évaluer dans notre SMP sont les critères, ergonomique (guidage, homogénéité, navigation, charge de travail), Interaction Homme Machine (design graphique), environnement pédagogique (activité). Les définitions que nous allons donner à chacun de ces critères sont ceux adoptées par le Cd-rom d'évaluation :

Ensemble des moyens mis en oeuvre pour conseiller, orienter, informer et conduire l'utilisateur lors de ses interactions avec l'ordinateur.

Maintien dans l'ensemble du SMP d'une charte graphique et fonctionnelle assurant l'union et la cohérence.

Ce concept regroupe à la fois la navigation à l'intérieur d'une page et, bien entendu, la navigation entre les différentes pages du SMP. Le système de navigation adopté doit aider l'utilisateur à suivre un chemin qu'il comprend. Ce système de navigation doit notamment permettre à l'utilisateur de :

Ce critère permet de concevoir un produit multimédia attractif et facilement compréhensible par l'utilisateur.

A fin d'améliorer le processus d'apprentissage, il est pertinent d'introduire dans un support multimédia pédagogique plusieurs types d'activités pédagogiques comme par exemple, les activités de résolution de problèmes, la communication, les expérimentations, le suivi des apprenants pendant le processus d'apprentissage. etc.

Pour mesurer le degré d'activité, cette grille se base essentiellement sur la présence des outils d'évaluation, de communication et des activités de résolution de problèmes. Ce qui n'est pas présent dans notre SMP. Car selon notre conception, ce support est un outil didactique, c'est à l'enseignant de concevoir le scénario de son utilisation dans des situations bien précises.

Pour conclure cette partie, nous proposons donc comme perspectives de recherche, concernant ce SMP, l'amélioration de ce support multimédia pédagogique.

Cette amélioration doit reposer davantage sur l'environnement pédagogique en proposant plus d'activités pédagogiques. Elle doit aussi viser l'Interaction Homme Machine (IHM) et plus particulièrement le design graphique qui peut rendre le SMP plus attractif, et faciliter la mémorisation et l'appropriation du savoir étudié.

L'objectif de ce travail de recherche est de montrer la pertinence de l'intégration des technologies de l'information et de la communication dans l'enseignement des sciences physiques et plus précisément, l'intégration des simulations comme base de la pratique et de l'expérimentation dans la matière.

Pour cela, nous avons proposé une stratégie adéquate pour assurer une intégration efficace de l'outil informatique dans l'enseignement. Cette stratégie se base sur trois axes :

Ainsi, dans le cadre de ce troisième axe, nous avons pensé à la conception et la réalisation d'un document multimédia interactif, qui a pour objectif d'illustrer les expériences programmées dans le chapitre « Mouvement d'un point matériel soumis à une force constante » (pour les élèves de la 2^ème bac scientifique) en montrant l'effet des conditions initiales sur la trajectoire du point matériel.

L'aspect ergonomique et technique de ce Cd-rom a été évalué en utilisant une grille d'évaluation conçue par Sadiq (2005). Cependant l'évaluation de l'apport didactique et pédagogique de l'apport de ce Cd-rom à l'enseignement et à l'apprentissage des sciences physique n'a pas été faite, par conséquent nous proposons comme perspective de la continuité de cette recherche, de mener une analyse de cet outil.

- d'analyser comment les élèves s'approprient le contenu du logiciel lorsqu'ils naviguent librement et comment les enseignants l'exploitent dans l'élaboration de leur cours

- de l'utiliser pour construire des séquences d'enseignement et d'analyser l'impact de ces séquences auprès des élèves, tant sur le plan de l'apprentissage des concepts et des démarches que sur celui de l'image de la science et de la motivation vis-à-vis des cours des sciences physiques.

- de réinvestir les résultats de ces recherches dans des modules de formation des enseignants (initiale ou continue).

Nous proposons aussi comme perspective, de travailler sur les simulations en physique nucléaire. Puisque c'est une partie du programme qui propose un savoir nouveau pour les élèves, des phénomènes complexes et aucune expérience réelle n'est programmées dans le cette partie du cours.

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La Charte Nationale d'Education et de Formation (1999) ; Ministère de l'éducation nationale; Maroc;

* ³ Dans les sciences cognitives, c'est un modèle en réseau qui met en liaison les différentes unités tout en considérant leurs interactions.

* ⁴ Ensemble de petites étapes soigneusement préparées et regroupée dans un ordre qui facilite la compréhension et la mémorisation.

* ⁵ Les schèmes sont les structures communes qui se construisent pendant l'apprentissage, ce sont les opérations mentales qui se créent par l'assimilation. Construire un schème, c'est mettre un ensemble d'éléments qui ont un lien.

* ⁶ Selon la revue électronique : ãÛÇÑÈíÉ: äÈÇÁ æÂÑÇÁ ÇáãÛÑÈ ÇáÚÑÈí

Consulté le 17 Novembre 2005 à l'adresse : http://www.leconomiste.com/article.html?a=57073

* ⁸ ANRT : Etablissement public institué auprès du Premier Ministre chargé de la régulation dans le secteur des télécommunications. Il est également chargé de suivre pour le compte de l'Etat, le développement des technologies de l'information.

* ⁹ Source : ''Situation des établissements scolaires en matière d'intégration des TIC''; ANRT ; Avril 2005 ; page : 2, (voir annexe 3).

* ¹¹ ANRT : Etablissement public institué auprès du Premier Ministre chargé de la régulation dans le secteur des télécommunications. Il est également chargé de suivre pour le compte de l'Etat, le développement des technologies de l'information.

* ¹² Source : ''Situation des établissements scolaires en matière d'intégration des TIC''; ANRT ; Avril 2005 ; page 2. (Voir annexe 3)

* ¹³ La justification interne : la nécessité de justification de l'apport des TICE dans l'enseignement. Il est indispensable pour l'enseignant de justifier la pertinence de ce type d'activités. Une simple formation technique dans l'utilisation de ces technologies n'est pas suffisante. (Voir : Obstacle à l'intégration des TICE, p : 30)

* ¹⁵ Méthodes de conception : conception centrée utilisateur, conception informative et conception participative (voir Conception d'outil multimédia p : 32)

* ¹⁶ Une recherche pour l'obtention d'un DESA en « pédagogie de l'enseignement supérieur et technologie de l'éducation et de la formation » à l'université Hassan II Mohammedia Faculté des Sciences Ben M'Sik Casablanca.

* ¹⁷ La note subjective est donnée par l'évaluateur lui-même. La note calculée est la moyenne des réponses de l'évaluateur aux questions de la grille.