Comment donner du sens aux activités expérimentales

204 Pages·2017·3.62 MB·French

Comment donner du sens aux activités expérimentales?
Patricia Marzin-Janvier
To cite this version:
Patricia Marzin-Janvier. Comment donner du sens aux activités expérimentales?. Education. Uni-
versité Joseph-Fourier - Grenoble I, 2013. ￿tel-00966001￿
HAL Id: tel-00966001
https://theses.hal.science/tel-00966001
Submitted on 25 Mar 2014
HAL is a multi-disciplinary open access L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est
archive for the deposit and dissemination of sci- destinée au dépôt et à la diffusion de documents
entific research documents, whether they are pub- scientifiques de niveau recherche, publiés ou non,
lished or not. The documents may come from émanant des établissements d’enseignement et de
teaching and research institutions in France or recherche français ou étrangers, des laboratoires
abroad, or from public or private research centers. publics ou privés.
Année 2013

Mémoire
Présenté devant l‟Université Joseph Fourier Ŕ Grenoble 1

Pour l‟obtention de l‟
Habilitation à Diriger des Recherches
(Arrêté ministériel du 25.04.2002
Modifiant l'arrêté du 13.07.1995, 13/02/1992, 23.11.1988)

Par

Patricia MARZIN-JANVIER

Comment donner du sens aux activités expérimentales ?

Soutenue le 7 juin 2013

Devant le jury :

Eric BRUILLARD (Rapporteur)
Philippe DESSUS (Président)
Christian ORANGE (Rapporteur)
Patricia SCHNEEBERGER (Examinatrice)
Pierre TCHOUNIKINE (Examinateur)
Andrée TIBERGHIEN (Rapporteur)

UMR 5217
Laboratoire d‟Informatique de Grenoble
- 1 -
A Pauline et Jeanne,
Mes deux princesses malicieuses

A Yannick.
- 2 -
Remerciements

De nombreuses personnes m‟ont entourée et soutenue tout au long de cette aventure, qu‟ils en
soient ici remerciés.

Je remercie les membres du jury, Philippe Dessus, Patricia Schneeberger qui a aussi accepté
de me donner son avis éclairé sur le chapitre 5 et Pierre Tchounikine pour ses nombreux
conseils et tout particulièrement Andrée Tiberghien pour les précieux conseils qu‟elle m‟a
donné sur le chapitre 3, Christian Orange et Eric Bruillard qui ont tous les trois accepté la
tâche de rédiger un rapport sur ce mémoire.

Je tiens à remercier chaleureusement Anne Imberty, qui a accepté que mon dossier soit
examiné par la commission d‟HDR de biologie qu‟elle préside et dont l‟engagement a permis
que je soutienne à l‟Université Joseph Fourier en biologie.

Je remercie celles et ceux qui m‟ont accueillis au cours de ma carrière : Philippe Sabatier,
Claude Comiti, Bernard Cornu, Roger Barlet, Nicolas Balacheff et Brigitte Plateaux.

Ce travail n‟existerait pas sans les nombreuses interactions que j‟ai quotidiennement avec mes
collègues. Je remercie donc chaleureusement Cédric d‟Ham, Isabelle Girault, Muriel Ney et
Claire Wajeman qui m‟ont accueillis et avec qui je travaille avec beaucoup de plaisir et avec
une grande confiance et Hamid Chaachoua avec qui j‟échange de nombreuses idées dans la
bonne humeur ainsi que tous les membres de l‟équipe Metah, pour leur convivialité.

Je remercie mes collègues de l‟IUFM que je côtois depuis une vingtaine d‟années et
particulièrement mes collègues biologistes actuels, Hervé Albertin, Eric Triquet et Catherine
Lamy.

Je remercie Marie Sacadura, Rym Laribi, Gwendaël Chapel, dont j‟ai co-encadré la thèse et
Reinaldo Javier Saavedra Gomez que j‟encadre actuellement et dont les échanges stimulants
ont permis de faire avancer ma réflexion, ainsi que tous les étudiants avec qui je travaille
quotidiennement et qui sont de plus en plus jeunes !

Je remercie tous les enseignants qui ont ouverts leurs classes, Daniel Devallois, Claudine
Héritier, Denis Michel, Réjane Monod-Ansaldi, Michèle Prieur, François Tilquin.

Un grand merci à mon amie Jacqueline Forestier, qui a accepté de relire pas à pas et de façon
méticuleuse ce manuscrit et qui m‟a stimulé pendant toute la rédaction.

Je remercie mes amis toujours présents.

Merci à ma famille, mes parents qui m‟ont aidé et soutenu, mon beau-père qui m‟a accueilli
dans ses demeures pour travailler, mes enfants et mon mari.

- 3 -
- 4 -
- 5 -
Table des matières

Chapitre 1 - Introduction .............................................................................................. 10
Chapitre 2 - Synthèse des travaux de recherche ............................................................ 14
2.1 Introduction ........................................................................................................................................................... 14
2.2
vétérinaire et éleveur : étude de dialogues en situation de conseil vétérinaire pour valider un
système exMpeordté elins aptaiothno dloegsi ceo annniamisaslea.n..c..e...s.. .d...a..n...s.. .u...n..e... .s..i.t..u..a...t.i..o..n... .d...’.i.n...t.e...r..a..c..t..i.o...n.. .l..a..n...g..a...g..i.è...r..e.. .e..n...t..r..e.. .... 14
2.3 Travaux effectués à la suite de la thèse, en tant que maître de conférences à l'UJF ................ 17
2.3.1 Education pour la santé dans l’enseignement et dans la formation des enseignants :
analyse de la prise en compte des connaissances du domaine par les enseignants ............................. 18
2.3.2 Conception et analyse de situations de travaux pratiques innovantes guidées par un
EIAH. Modélisation des connaissances des élèves lors de la création d’objets symboliques
personnels. .............................................................................................................................................................................. 21
Chapitre 3 - La construction du sens dans les apprentissages en travaux pratiques ....... 28
3.1 Introduction ........................................................................................................................................................... 28
3.2 Le contexte institutionnel ................................................................................................................................ 30
3.2.1 Introduction ............................................................................................................................................................ 30
3.2.2 Les années 1980 : le grand écart entre expériences et théories ..................................................... 31
3.2.3 Les années 1990 : l’introduction des T)CE et une mise en avant de l’apprentissage de la
démarche expérimentale .................................................................................................................................................. 31
3.2.4 Les années 2000 : l’évaluation des capacités expérimentales au baccalauréat ........................ 32
3.2.5 Les années 2010 : la démarche d’investigation et l’apprentissage par problème, la prise
en compte des conceptions .............................................................................................................................................. 33
3.2.6 Un regard par dessus l’épaule sur le contexte institutionnel........................................................... 35
3.3 s aux activités expérimentales ......................................... 36
3.4 Le rôle des activités pratiques dans les apprentissages...................................................................... 40
3.5 Les objectifs d’apprentissages assigné - ?........... 41
3.6 ................................................. 42
3.7 Comment la mise en œuvre des activités expérimentales permet elle d’apprendre
expérLim’eeffnictaalceisté.. ..d..e...s.. .a..c..t..i.v...i.t..é..s.. .e..x...p..é...r..i.m....e..n...t..a..l.e...s.. .d...a..n...s.. .l.e..s... .a..p...p..r..e...n..t..i.s..s..a...g..e...s................................................... 44
3.7.1A cqInutirsoitdiuocntsi,o anp ..p...r..e...n...t.i..s..s..a...g..e...s.. .e..t.. .d...i.f..f.i..c..u...l.t..é...s.. .d...e..s.. ..é..l.è...v..e...s.. .d...a..n...s... .l.a... .m....i.s..e... .e...n.. ..œ....u...v..r..e... .d...e..s.. .a...c..t..i.v...i.t..é..s 4 4
3.7.2 La mise en œuvre et la cohérence de la démarche d’investigation ............................................... 45
3.7.3 Le rapport des élèves aux données expérimentales ............................................................................. 46
3.7.4 Un exemple de résolution de problème impliquant plusieurs variables ..................................... 47
3.8
.............................................................................................................................................................. 52
3.8.1L esL aco gnlodbitaiolintés dàe m lae tdtérem eanrc œheu v: rséer pieoru lre sq pureo lb’elèxmpéersi mete anctcaotmiopna sgonite rg .é..n...é...r..a..t..r..i.c...e.. .d...e... .s..e..n...s.. ..e. 5t 2
d’a3p.8p.r2e ntLis’saacgcèess au modèle ................................................................................................................................................ 52
3.8.3 L’élaboration de représentations symboliques ...................................................................................... 54
3.9 Verrous et points ................................................................................................................................. 54
3.10 Conclusion ........................................................................................................................................................... 55
d’appui
Chapitre 4 - La conception expérimentale par les élèves : analyse de la tâche, élaboration
et tests de deux Travaux Pratiques de Sciences de la Vie et de la Terre ............................ 58
4.1 Introduction ........................................................................................................................................................... 58
4.2 La tâche de conception expérimentale ....................................................................................................... 60
4.3 Analyse de la tâche. Résolution de problème et conception expérimentale............................... 62
4.3.1 L’activité de conception de protocole, une activité métacognitive : le point de vue des
psychologues .......................................................................................................................................................................... 62
4.3.2 Un arbre des tâches pour décrire les étapes de résolution du problème ................................... 63
4.3.3 Une liste de critères ............................................................................................................................................. 64
- 6 -
4.3.4 Résolution de problème ..................................................................................................................................... 65
4.3.5 Activité de conception ........................................................................................................................................ 68
4.3.6 Deux exemples d’arbre des tâches ................................................................................................................ 70
4.4 La conception de protocoles expérimentaux par des élèves de terminale S .............................. 75
4.4.1 La mesure de l’angle facial .............................................................................................................................. 75
4.4.2 Le complexe antigène-anticorps ................................................................................................................... 86
4.5 Leçon ..... 90
4.6 Modèle Problème-Conception-Représentation (PCR) ......................................................................... 93
4.7 Le logisc àie tli Creorp eetx r, elac opmlamteafonrdmatei oLnasb Bpaoro kra ...p..p...o..r..t.. .à... .l.’.a..c..t..i.v...i.t..é.. .d...e.. .c..o...n...c..e..p...t.i..o..n... .d...e.. .p...r..o..t..o...c..o..l..e....... 99
4.8 Recherches en lien avec les outils, prolongements possibles, nouvelles questions ............. 102
4.8.1 Diagnostic des conceptions........................................................................................................................... 102
4.8.2 Tests d’utilisabilité ............................................................................................................................................ 102
4.9 Conclusions ......................................................................................................................................................... 102
Chapitre 5 - Les représentations symboliques : vers la prise en charge par des EIAH .... 106
5.1 Introduction ........................................................................................................................................................ 106
5.2 Produire des représentations pour structurer sa pensée ............................................................... 107
5.2.1 La production de sens vue par des psychologues ............................................................................... 107
5.2.2 Les registres de représentation sémiotiques ........................................................................................ 108
5.2.3 Des travaux de didactique sur le rôle des productions symboliques ......................................... 110
5.3 Intérêt des productions multimodales pour formaliser les perceptions des élèves : un
exemple pour introduire une approche personnelle et esthétique en cours de S.V.T. ................... 117
5.3.1 Le cadre des « Science Literacy » ............................................................................................................... 117
5.3.2 Les carnets de vécu : productions multimodales (textes et photographies) sur le thème de
l’organisme en fonctionnement en classe de seconde ...................................................................................... 120
5.4 Argumentation lors de la construction de représentations : rôle de la verbalisation lors de
-Lab ............................................................ 124
5.4.1 Introduction ......................................................................................................................................................... 124
la p5r.4o.d2u ctCioonn tde’xEtLe Od us utrra lvaa pill a: tleef porromjeet de’uarpoppréeennt iSsCsaYg ..e... .S..C...Y............................................................................. 125
5.4.3 L’analyse de la forme et du niveau scientifique des arguments produits par les élèves dans
les ELOs .................................................................................................................................................................................. 127
5.4.4 Analyse du rôle des interactions argumentatives entre élèves alors qu’ils sont engagés
dans la production d’ELOs ............................................................................................................................................ 131
5.5 Conclusion ........................................................................................................................................................... 148
Chapitre 6 - Eta(cid:455)e(cid:396) la (cid:272)o(cid:374)(cid:272)eptio(cid:374) e(cid:454)p(cid:288)(cid:396)i(cid:373)e(cid:374)tale à l’aide d’un EIAH .............................. 152
6.1 .......................................................................................... 152
6.1.1 La notion d’étayage.......................................................................................................................................... 152
6.1.R2ô leL eat naovtainonta dg’eést ady’uange é dtaaynasg dee isn tfroarvmaautxi sdée didactique ...................................................................... 154
6.1.3 Catégorisation de l’étayage : différents éléments à prendre en compte ................................. 156
6.1.4 Etayer la démarche d’investigation à l’aide d’un E)A( ................................................................... 157
6.1.5 Un exemple d’étayages mis en place et expérimentés dans le projet SCY ............................... 159
6.2 ............. 163
6.2.1 Concepts et raisonnements ........................................................................................................................... 163
6.2.S2y ntLheèss de éemt parrcohpeoss eitti olenss m péotuhro édteasy ..e...r.. .l.a... .d...é..m.....a..r..c..h...e... .d...’.i.n...v...e..s..t..i.g...a..t..i.o...n... .e...x..p...é..r..i..m....e...n..t..a...l.e................. 165
6.2.3 Les activités réflexives et métacognitives .............................................................................................. 167
6.3 Conclusion ........................................................................................................................................................... 167
Chapitre 7 - Conclusion et prospective......................................................................... 170
7.1 ........................................................................................ 171
7.2 Conception expérimentale et apprentissage via un EIAH ............................................................... 174
7.3 Analyse épistémologique du concept d’ADN es par les enseignants ...... 176
Bibliographie ................................................................................................................. 178
Modélisation pour l’accompagnement des décisions didactiqu
Liste de Publications…………………………………………….………………………………………………….……195
- 7 -
- 8 -