Analyse et expérimentations d'activités de modélisation avec les TICE 30 Septembre 2005 Journée du LIRDHIST Analyse et expérimentations d'activités de modélisation avec les TICE Bernard TRIBOLLET

Ont participé à ce travail de recherche et aux expérimentations correspondantes : Jérôme FATET Yannick FONTENEAU Eric SANCHEZ Mohamed SOUDANI Olfa SOUDANI Robert TRAN Bernard TRIBOLLET

Objectifs 1) Construire des outils d'évaluation pertinents pour analyser les dispositifs de formation en ligne 2) Réaliser des expérimentations de suivis des traces d'apprentissage pour identifier les stratégies d'apprentissages effectivement utilisées et en vérifier l'opérationnalité.

I - Cadres théoriques de référence A - Pour l ’apprenant : Le constructivisme B - La théorie des situations de BROUSSEAU C - Pour l ’interactivité des TICE : La transposition informatique de BALACHEFF. D - Registres explicatifs : registres sémiotiques de R. DUVAL

1) Cadres théoriques de référence A - Pour l’apprenant : le constructivisme L’apprentissage résulte : d’un processus d’adaptation et de construction ; des interactions que l’élève établit avec son environnement physique et social. Références : La démarche scientifique de la construction du savoir (BACHELARD et PIAGET) - Le constructivisme dans l'enseignement des Sciences (Johsua/Dupin 93)

1) Cadres théoriques de référence B - Pour la situation d ’apprentissage La théorie des situations (Brousseau 86) : L'élève apprend en interagissant avec le "milieu" L'enseignant construit la situation d'apprentissage en agissant sur les variables didactiques

C - Pour l ’interactivité des TICE. 1) Cadres théoriques de référence C - Pour l ’interactivité des TICE. La transposition informatique définit l' Environnement Interactif pour l'Apprentissage Humain (EIAH). (Balacheff 94, Bruillard 97) L'interactivité favorisant l'autonomie de l'apprenant et l'exploration dans les micromondes. Accès aux schémas des différents niveaux d'interactivité Dans la 'analyse de N. BALACHEFF de la transposition didactique, le media informatique est un élément du milieu au sens où l'apprenant interagit avec lui pour son apprentissage On peut schématiser les interactions entre la machine et l'apprenant par des liens entre les activités de l'apprenant et celles qu'exécute le simulateur ; leur nombre est un indicateur del'interctivitét

D - Analyse par les registres explicatifs 1) Cadres théoriques de référence D - Analyse par les registres explicatifs En s'appuyant sur l'analyse de R. DUVAL (1995) (registres sémiotiques) : LN : Langage naturel RS : Langage symbolique ( formules math.) RG : Représentations graphiques Y= f(X) RA : Représentations dynamiques ( animations et simulations ) RE : Registre expérimental ou praxéologique

2) Apport des TICE dans l'apprentissage de la démarche scientifique en Sciences Physiques A - Activité de modélisation par la simulation B - Confrontation synchrone de plusieurs registres explicatifs C - Outil d ’auto-vérification en séance pratique

3) Démarche scientifique grâce aux TICE en Sciences Physiques Confrontation synchrone de plusieurs registres explicatifs Accès en ligne à l'applet correspondante

3) Démarche scientifique grâce aux TICE en Sciences Physiques Outil d ’auto-vérification en séance pratique L'apprenant doit pouvoir vérifier lui-même les hypothèses qu'il a posées en utilisant le simulateur informatique . - Exemples de modélisation de la couleur par la trichromie 1 - Voir des objets colorés en lumière colorée 2 - Expérience du tétraèdre 3 - Pénombres colorées d'une pyramide

3) Démarches à transposer 7 étapes principale de la démarche d'apprentissage à transposer : 1 - Stimuler la motivation des élèves 2 - Questionnement initial 3 - Choisir un cadre de référence 4 - Poser des hypothèses/conjectures 5 - Résoudre le problème 6 - Vérifier les résultats 7 - Valider Autrans

1 - Evaluation didactique de simulations pédagogiques ; comme outils de formation

1) Problématique de l'évaluation 2) Critères d ’évaluation

1) Problématique de l'évaluation A - Les simulateurs informatiques sont ils une aide ou créent-ils un obstacle supplémentaire de compréhension entre le monde réél et le monde théorique du modèle ? B - Doit-on construire soi-même son propre simulateur en accord avec ses intentions pédagogiques, ou utiliser des logiciels permettant aux étudiants de travailler dans des micro-mondes ? C - Les étudiants doivent-ils construire eux-mêmes les différentes étapes de leurs modèles ?

2) Critères d ’évaluation A - Critères sur le rôle de la simulation pour décrire le modèle B - généraux sur les objectifs C - Critères sur les situations d'apprentissage D - Analyse des tâches E - Critères ergonomiques

4) Critères d ’évaluation A - Critères généraux sur les objectifs ; Expertise du côté de l'élève - Quel est le rôle de l'animation dans l'apprentissage de l'élève ? - Quelles sont les interactivités proposées à l'élève ? - Comment l'élève peut-il / doit-il émettre des hypothèses ? - Comment l'élève peut vérifier ses hypothèses avec cette simulation ? - Comment l'élève peut-il résoudre des problèmes avec cette - Quel est le rôle de l'animation dans l'apprentissage de l'élève ? - Quelles sont les interactivités proposées à l'élève ? - Comment l'élève peut-il (ou doit-il) émettre des hypothèses ? - Comment l'élève peut vérifier ses hypothèses avec cette simulation ? - Comment l'élève peut-il résoudre des problèmes avec cette - Décrire le modèle employé : sous sa forme TICE sous sa forme "papier-crayon" - Déterminer les limites de validité du modèle : celles liées au modèle celles liées à la simulation informatique - Sur quelles théories s'appuie cette simulation ? sont-elles connues des élèves, présentées aux élèves ?

2) Critères d ’évaluation B - Critères généraux sur les objectifs ; Expertise du côté du savoir - Quelles sont les hypothèses de base du modèle employé ? sous forme "papier-crayon" sous forme TICE - Quelles sont les limites de validité du modèle ? celles liées au modèle celles liées à la simulation informatique - Sur quelle théorie s'appuie cette simulation ? est-elles connue des élèves, et présentée aux élèves ? - Quel est le rôle de l'animation dans l'apprentissage de l'élève ? - Quelles sont les interactivités proposées à l'élève ? - Comment l'élève peut-il (ou doit-il) émettre des hypothèses ? - Comment l'élève peut vérifier ses hypothèses avec cette simulation ? - Comment l'élève peut-il résoudre des problèmes avec cette - Décrire le modèle employé : sous sa forme TICE sous sa forme "papier-crayon" - Déterminer les limites de validité du modèle : celles liées au modèle celles liées à la simulation informatique - Sur quelles théories s'appuie cette simulation ? sont-elles connues des élèves, présentées aux élèves ?

2) Critères d ’évaluation C - Critères sur les situations d'apprentissage - Quel est le contrôle possible de l'activité des élèves au cours de l'apprentissage ( mémorisation informatique de la trace d'apprentissage) ? - Les savoir-faire acquis peuvent-ils être remis en pratique dans un autre contexte ? - Cette activité a-t-elle donné du sens aux connaissances transmises ? - Est-il possible de construire un scénario simple d'utilisation ? - Quel est le contrôle possible de l'activité des élèves au cours de l'apprentissage ( mémorisation informatique de la trace d'apprentissage) - Les savoir-faire acquis peuvent-ils être remis en pratique dans un autre contexte ? - Cette activité a-t-elle donné du sens aux connaissances transmises ? - Est-il possible de construire un scénario simple d'utilisation ?

2) Critères d ’évaluation D - Analyse des tâches - Peut-on classer les activités demandées à l' apprenant avec la grille d'analyse de Y. CHEVALLARD : - tâches d'exécution de résolution (par imitation) - tâches d'apprentissages de méthodes de résolution - apprentissage des techniques de base des méthodes - stratégies de résolution Y a-t-il une progression dans la difficulté de ces tâches ?

2) Critères d ’évaluation E - Critères ergonomiques - Le visiteur a-t-il à s'investir dans l'apprentissage d'une syntaxe de l'outil (=> surcharge cognitive) ? - L'interface utilisateur est-elle totalement graphique ou comporte-t-elle des champs de texte qui seront analysés ? - Y a-t-il une aide en ligne ? Un index ? -Quelles données l'enseignant peut récupérer pour suivre l'apprentissage ? Voir les grilles de BASSET (UCO), et les critères de TRICOT Voir le diaporama de TRICOT à Université d'automne 2000

2) Critères d ’évaluation F - Exemple de questionnement - Est-ce une animation ou une simulation ? - Quel est le cadre de rationalité choisi ? - Quels sont les registres sémiotiques explicatifs choisis ? - Y a-t-il confrontation synchrone entre les différents registres ? : LN, LS, LG, LD, LP. - Les informations sur le modèle théorique implémenté sont-elles données ? - Quel est le domaine de validité du modèle implémenté ? - La stratégie pédagogique utilisée est-elle explicitée ? (Transm., Behav., HD, Constructiviste, Pédag. de Projet… ) - Y a-t-il un scénario explicite ? - Quels effets parasites renforcent les conceptions initiales ?

2) Critères d ’évaluation E - Exemples de grilles d'évaluation - Grille d'analyse simple :Travail TICE pour étudiant IUFM (moins d'une heure) - Liste de critères d'analyse détaillée (présent travail) - Critères d'évaluation précisant la typologie du site - Productions du contrat régional de l'ISDN : - Sélection de 16 sites proposant des grilles - Tableau comparatif de 5 de ces grilles - Grille pour Audit des sites des bases de données de l'INRP

5) Conclusion C - Formation à la conception en FOAD et à la mise en place de situations d'apprentissage - Les critères d'évaluation sont aussi les critères de création

2 - Exemples d'expérimentations didactiques ; présentation de corpus

Analyse de stratégies d’élèves utilisant un logiciel de simulation en sciences de la Terre Mémoire de DEA CSS Eric Sanchez 04/03/03

Conception de l’interface

Problématique et hypothèses Quel type de stratégie est mise en œuvre par les élèves pour résoudre le problème qui leur est confié ? H1- Au cours d’une première phase, l’élève emploie une stratégie de type tâtonnement le conduisant à cliquer plus ou moins au hasard sur les boutons « événements » disponibles. H2 – Dans une seconde phase – induite par ses échecs successifs – il élabore un raisonnement de type hypothético/déductif :

Analyse à priori (phase 1 : exploratoire)

Analyse à priori (phase 2 : tâtonnement)

Analyse à priori (phase 3 : hypothetico-déductive)

Corpus de résultats Chronogrammes (1)

Quelles modélisations employent l'apprenant pour prévoir des phénomènes colorés ? Questionnaire en ligne et trace d'apprentissage Yannick FONTENEAU - Bernard TRIBOLLET

Comment prédire les couleurs dans les situations suivantes ? 1 - Quelle est la couleur des objets colorés en lumière colorée ? 2 - Expérience du tétraèdre éclairé par 3 lampes 3 - Pénombres colorées d'une pyramide éclairé par 3 lampes

Choix de la stratégie d'apprentissage Par l'apprenant Partition du site en 3 types de pages : 1 - Énoncés des problèmes à résoudre 2 - Présentation transmissives de différents types de modélisation par la trichromie 3 - Activités de simulation

Questions de recherche Quelle est la stratégie de l'élève pour résoudre les problèmes posés 1 - Quel est le temps passé à l'étude de chaque page ? 2 - L'élève navigue-t-il uniquement dans l'une des 3 parties proposées ? 3 - A quel obstacle correspond le passage d'un type de page à l'autre ?

L'apprentissage par l'emploi de simulateurs est-il plus opérationnel qu'un cours transmissif en ligne ? Exemple en formation continue : l'Ampli Op Bernard TRIBOLLET

Apprentissages en électronique sur l'Ampli-Op Partition du site en 3 types de pages : 1 - Questions que vous vous posez 2 - Des propositions pour apprendre 3 - Animations "donnant du sens" Puis suivi des traces relatives aux passages de l'un à l'autre

CONCLUSION Nécessité d'un travail mutualisé à l'intérieur d'un SUP, au sein de l'Université, regroupant : - Enseignants créateurs de contenus disciplinaire et encadrement par tutorat, - Chercheurs didacticiens pour élaborer les scénarii - Informaticiens ; conception de plateforme FOAD, réseau, Applets, maquettistes

Merci de votre attention, Ouverture du débat

Les sites exérimentaux cités sont accessibles par le portail : Journée du LIRDHIST À l'Université Claude Bernard Le présent diaporama sera accessible à l'adresse : http:// nte.univ-lyon1.fr/tribollet/PresentationLIRDHIST.ppt Les sites exérimentaux cités sont accessibles par le portail : Http:// nte.univ-lyon1.fr/tribollet/