Soutenance mémoire
Facteurs expliquant les difficultés de compréhension de la physique
Les facteurs expliquant les difficultés de compréhension de la physique peuvent provenir de diverses sources. Nous les décrivons sous le prisme de l’activité d’enseignementapprentissage, en tant qu’activité humaine.
Activités d’enseignement-apprentissage, un système complexe d’interactions
Dans un contexte d’apprentissage, l’élève a des interactions avec le savoir, les instruments didactiques, l’enseignant, les autres élèves (groupe d’élèves, et groupe classe), l’administration de l’établissement, l’environnement de l’école, les parents, etc. Tout comme l’enseignant, qui est en interaction avec ses élèves individuellement et collectivement, avec les instruments didactiques qu’il utilise pour médiatiser le savoir, l’administration et l’environnement scolaire, la communauté enseignante, etc. Des interactions sujettes à des contradictions internes aux systèmes d’activités respectifs (Venturini, 2012, p. 130), et objet de tensions. Ces interactions engagent donc plusieurs dimensions (ibid., p. 130). On peut citer, par exemple, les dimensions sociologique, psychologique, culturelle, institutionnelle, matérielle, d’usage technique des instruments, environnementale, pédagogique, et didactique. Certaines de ces dimensions peuvent expliquer certaines difficultés d’apprentissage en contexte scolaire.
Difficultés d’apprentissage, type et définition
Les difficultés d’apprentissage sont « les difficultés d’un élève à progresser dans les apprentissages en relation avec les attentes du Programme de formation » (Lapointe, Québec (Province), & Ministère de l’éducation, 2003, p. 3). Ces difficultés sont liées à des troubles de santé neurologique ou non. Le terme « difficultés d’apprentissage » est un terme générique qui désigne donc, à la fois, ce que beaucoup d’auteurs appellent troubles d’apprentissage et difficultés d’apprentissage proprement dites.
Troubles d’apprentissage
Les troubles d’apprentissage sont permanents et apparaissent très tôt, en début de scolarité chez près de 2 enfants sur trois par classe (Potvin, 2015, p. 2). Selon Mireille Potvin, ils sont caractérisés par des problèmes dans la façon dont le cerveau reçoit, organise, comprend ou utilise l’information. On peut citer, par exemple, des problèmes neurologiques tels que la dyslexie, la dysorthographie, la dysphasie, la dyscalculie, la dyspraxie, les troubles auditifs, l’autisme (Musial, Pradère, & Tricot, 2012, p. 9). Les troubles d’apprentissage affectent la capacité des enfants à acquérir des connaissances nouvelles. Quels que soient les efforts déployés par ces enfants, et quels que soient l’aide que leur apporte l’enseignant, ces enfants restent démotivés vis-à-vis de l’école, et ont des performances, en général, toujours faibles (Potvin, 2015, p. 2). Ces troubles qui durent la vie entière (Dubé & Rivard, 2009, p. 8), constituent un réel handicap et sont difficiles à éliminer. En revanche, les difficultés d’apprentissage, qui sont des obstacles à l’apprentissage dus à des facteurs socio-affectifs, environnementaux, pédagogiques, et/ou cognitifs, sont passagères et peuvent être corrigées avec le temps et l’aide appropriée, si les facteurs en cause sont identifiés.
Difficultés d’apprentissages
Les difficultés d’apprentissage sont souvent temporaires et peuvent apparaître à différentes étapes dans l’apprentissage. Dans ce travail, nous nous intéressons aux facteurs responsables de ces difficultés. Ces facteurs peuvent être classés en trois catégories, dans une perspective d’analyse systémique des difficultés d’apprentissage. Il s’agit des facteurs individuels, des facteurs scolaires et, des facteurs familiaux et sociaux (Lapointe et al., 2003, p. 5 ; Blaya, 2010, p. 2). « Dans cette perspective, [les difficultés d’apprentissage] sont considérées comme la résultante de l’influence réciproque des caractéristiques personnelles de l’élève et de celles de sa famille, de son milieu social ainsi que de l’école » (Québec (Province) et al., 2003, p. 10).
En situation d’apprentissage, la compréhension est le processus d’apprentissage qui conduit à l’élaboration de connaissances déclaratives spécifiques concernant un concept (Musial et al., 2012, p. 5). D’autres processus d’apprentissage existent. Ce sont, selon les auteurs, la conceptualisation, la mémorisation, la procéduralisation, l’automatisation et la prise de conscience (id., p. 12). Ces six processus, la compréhension comprise, sont relatifs à six formats de connaissances que sont les connaissances d’un concept, une représentation, une trace littérale, une méthode, un savoir-faire, et ou un automatisme. Les facteurs expliquant les difficultés de compréhension des concepts de physique ne sont pas exclusifs au processus Compréhension. Ils concernent tous les processus d’apprentissage voire toutes les disciplines. Dans la section qui suit nous présentons, à la lumière de la littérature scientifique, quelques clarifications sur les facteurs pouvant expliquer les difficultés d’apprentissage scolaire ;apprentissage qui se réfère le plus souvent à la compréhension (Perraudeau, 2006, p. 16).
Facteurs individuels expliquant les difficultés d’apprentissage
Les facteurs individuels sont des facteurs qui relèvent de l’élève lui-même, en raison de ses caractéristiques personnelles (Québec (Province) et al., 2003) sur les plans affectif, pédagogique, et cognitif, qui font que l’élève (ou le groupe d’élèves) éprouve des difficultés dans l’apprentissage. Ces caractéristiques, ou ces traits qui caractérisent l’élève ou le groupe d’élèves, concernent aussi bien les connaissances, les compétences, les conceptions, que le comportement (Eyssautier, Jean, & Pernin, 2009, p. 2).
Sur le plan affectif
Le mot « affectif » renvoie à tout ce qui est lié aux affects, aux sentiments, aux émotions,à la sensibilité, non à la raison (Dictionnaire Larousse en ligne, Le Petit Larousse illustré, 2011, p. 18). Le CNRTL le définit en tant que ce qui affecte les réactions de l’être humain c’est-à-dire des réactions qui affectent la conscience humaine ou des réactions qui affectent le cœur. En ce qui concerne les réactions organiques affectant la conscience humaine, il y a par exemple, les sensations affectives ayant, à postériori, une incidence sur les facultés intellectuelles de l’individu ; des sensations « capables d’engendrer des images qui persistent ou que l’esprit peut reproduire, après que les objets extérieurs ont cessé d’agir sur les sens. A. Cournot, Essai sur les fondements de nos connaissances, 1851, p. 291. ». Ce qui peut gêner la concentration et par conséquent, l’apprentissage. Mais il y a aussi des réactions qui affectent, ce que les auteurs du CNRTL ont appelé, la sensibilité élémentaire classificatrice. Autrement dit, des réactions qui affectent la capacité de l’individu à faire la différence entre le beau et le laid, entre le bien et le mal ou même entre le vrai et le faux. Pour les réactions qui affectent le cœur, il s’agit des sentiments, et des émotions. Affectif désigne donc « un large domaine qui comprend les sentiments, les émotions, les croyances, les attitudes et qui conditionne de manière significative [le comportement d’une personne] » (Arnold, 2006, p. 407). Il ressort de nombreuses études (Blaya, 2010 ; Arnold, 2006 ; Lafortune & Mongeau, 2002) que l’affectivité dans l’apprentissage est un élément important dans la réussite ou l’échec scolaire. Il faut entendre par affectivité, l’ensemble des phénomènes affectifs (émotions, sentiments, passions, etc.) (Petit Larousse illustré 2011, p. 19). Au nombre des facteurs affectifs rendant l’apprentissage difficile, il y a l’anxiété, le manque de confiance en soi, le manque de motivation et d’intérêt. Ces facteurs peuvent être dus à des évènements particuliers de la vie de l’élève tels que les évènements malheureux (deuil, maladie, déménagement, problème de déplacement ou malnutrition pour difficultés économiques, divorce ou séparation des parents, guerre, …) ou heureux (mariage composé, arrivée d’un nouveau-né, …), mais aussi à des croyances (Arnold, 2006, p. 418). Pendant ces évènements ou avec ces croyances, l’élève vit une situation difficile où il n’est pas disponible pour apprendre (Potvin, 2015, p. 2). L’anxiété, par exemple, qui est l’expression de sentiments tels que la peur, la frustration, l’insécurité (Arnold, 2006, p. 411), se manifeste souvent à travers une auto-verbalisation de l’individu. Ainsi, « l’apprenant anxieux se parle à lui même de cette manière : « Ceci est très difficile… Je n’arriverai jamais à le faire… Ils vont se moquer de moi… » (Ibid., p. 411). C’est donc un facteur négatif qui inhibe les capacités intellectuelles de l’apprenant et affecte son attitude envers la tâche et, par conséquent, les résultats de ses activités d’apprentissage. Daniel Martins (1993) rapporte que les travaux de recherche de Mueller (1978, 1979), et de Benjamin, McKeachie, Lin et Holinger (1981), montrent que l’anxiété a un impact négatif sur les performances scolaires des sujets anxieux par rapport à celles des sujets non anxieux. L’état de l’art effectué par Viau (1995) sur l’anxiété, mais aussi des travaux plus récents sur la question confirment cette thèse (Gosselin & Ducharme, 2017 ; Vignoli & Mallet, 2012 ; Embse & Hasson, 2012 ; Owens, Stevenson, Hadwin, & Norgate, 2012 ; Beauchemin, Hutchins, & Patterson, 2008). Les élèves qui développent en permanence des traits d’anxiété manquent de confiance en eux mêmes et présentent souvent une baisse d’estime de soi. Pour Oxford (2000, p. 85) cité par (Arnold, 2006, p. 414), traitant de la question de l’apprentissage des langues, il faut faciliter l’estime de soi et la confiance en soi de ces élèves, afin de leur permettre de réussir leur apprentissage. L’estime de soi, telle que définie en psychologie sociale, est « la valeur que [l’individu s’accorde, s’il s’aime ou ne s’aime pas, s’approuve ou se désapprouve] » d’après Rosenberg (1979) dans (Martinot, 2001, p. 484). Ce qui, selon les psychologues sociaux, est d’une grande importance pour l’individu, en ce qui concerne son bien-être psychologique et physique. C’est cette perception de soi-même qui amène l’individu à censurer à tords ou à raison des informations qu’il croit susceptibles de nuire à son estime de soi. Comme le dit Arnold (2006, p. 415), un élève qui a une estime de soi basse va refuser de faire l’effort nécessaire à l’apprentissage parce qu’il va croire qu’il en est incapable. Ainsi, Martinot rapporte que les travaux de Bandura (1982; 1997), établissent qu’il existe un lien important entre ce qu’un individu pense de lui-même dans un domaine (sa perception d’auto-efficacité) et sa performance dans ce domaine. C’est le cas, par exemple, dans le domaine des mathématiques et des sciences, où des études montrent que de nombreux élèves ont des réactions affectives négatives (anxiété ou manque de confiance en soi) dans ces disciplines (Lafortune & Deaudelin, 2003, p. 61).
L’anxiété, le manque de confiance en soi, et ou les croyances conduisent souvent l’élève à adopter une attitude négative envers la discipline ou l’objet de son apprentissage (Arnold, 2006 ; Lafortune & Deaudelin, 2003). Selon Secord et Backman (1964) cités par Arnol (2006, p. 418), les attitudes à l’égard de quelque chose, un objet d’intérêt, ont trois composantes : une composante affective, une composante conductiste, et une composante cognitive. La composante affective réfère aux sentiments de l’individu envers cet objet. La composante conductiste traduit les comportements manifestés vis-à-vis de cet objet, et la composante cognitive se rapporte aux croyances concernant cet objet. De nombreuses études rapportent qu’un grand nombre d’élèves ont des attitudes négatives envers les mathématiques et les sciences (Venturini, 2004 ; Lafortune & Solar, 2003 ; Lafortune & Deaudelin, 2003 ; Osborne, Simon, & Collins, 2003). Les attitudes sont importantes parce qu’elles prédisposent l’élève à faire ou à refuser de faire les efforts nécessaires à l’apprentissage de la discipline (Arnold, 2006, p. 418). Ainsi, les attitudes négatives envers les mathématiques et les sciences expliqueraient le désintérêt et le peu d’engagement de bon nombre d’élèves envers ces disciplines.
Sur le plan pédagogique
Il s’agit de la relation de l’élève avec le savoir (Houssaye, 1984), telle qu’elle transparaît dans les modèles de médiation pédagogiques (Rézeau, 2002, p. 16), du point de vue de l’apprentissage. Elle a trait notamment au processus d’apprentissage. Il ressort de nombreuses études (Gaussel, 2016 ; Berthon, 2007 ; Arnold, 2006 ; Québec (Province) et al., 2003) que les manières d’apprendre des élèves peuvent être à l’origine des difficultés qu’ils éprouvent à progresser dans les apprentissages scolaires. Surtout lorsque ces manières sont inefficaces, au sens où elles ne permettent pas à l’élève d’atteindre les objectifs assignés à l’apprentissage. Mais elles peuvent aussi expliquer la réussite de leurs apprentissages. Mais à quoi fait-on allusion lorsqu’on parle de façons ou de manières d’apprendre ? De quoi sont elles constituées ? Pour répondre à ces questions, il nous semble important de décrire d’abord ce qu’est un apprenant, à la lumière des théories d’apprentissage (Perraudeau, 2006, p. 16), d’un point de vue psychologique. Ces théories sont le comportementalisme (ou behaviorisme), qui a été longtemps mis en œuvre durant la première moitié du XXe siècle, le cognitivisme apparu aux États-Unis dès les années 1948, le constructivisme qui a vu le jour en Europe dans les années 1950 avec le psychologue suisse Jean-Piaget, et enfin le socioconstructivisme intégrant au constructivisme une dimension sociale de l’interaction. Nous pouvons également mentionner le « constructionnisme » du mathématicien Papert, concepteur du langage LOGO en informatique, dans le prolongement du constructivisme de Jean Piaget (Perraudeau, 2006, p. 22). Selon Mili (2013, p. 33), l’apprenant est une personne qui doit : écouter, assimiler, répéter, exécuter les consignes de l’enseignant pour les behavioristes ; analyser, traiter l’information reçue et stockée, pour les cognitivistes ; construire et organiser ses connaissances par l’action, pour les constructivistes ou en interaction avec l’environnement matériel et le milieu social, pour les socioconstructivistes. D’un point de vue éducationnel, l’apprenant est l’individu qui s’approprie les savoirs, les savoir-faire et les savoir-être (Perraudeau, 2006, p. 20). Quel que soit le courant qu’il emprunte, l’apprenant a besoin d’une façon de faire, de méthode de travail pour réussir son apprentissage.
Des écrits de Gaussel (2016) ; Wang (2015) ; Bourgeois (2003) ; Chartier (2003) ; Flessas (1997) et de bien d’autres auteurs encore, il ressort que les différentes façons d’apprendre renvoient aux concepts tels que stratégies d’apprentissage, styles d’apprentissage, styles cognitifs, préférences d’apprentissage, approches d’apprentissage. Les styles sont « les façons différentes dont les apprenants perçoivent, stockent, traitent et restituent l’information, la façon dont ils construisent leur base de connaissance » Chartier (2003, p. 9). Les stratégies d’apprentissage diffèrent des styles d’apprentissages. Elles sont assimilées aux approches d’apprentissage (Bourgeois, 2003, p. 35). Par contre, les termes styles d’apprentissage et préférences d’apprentissages sont utilisés pour désigner le même objet (Woolfolk, 2001) cité par Bourgeois. Même si des auteurs comme Schunk (2000) ne font pas de différence entre style d’apprentissages et styles cognitifs, il faut noter que les styles cognitifs réfèrent au fonctionnement cognitif de l’individu dans un contexte qui n’est pas celui de l’apprentissage scolaire contrairement aux styles d’apprentissages qui s’applique en situation d’apprentissage et en contexte éducatif (Bourgeois, 2003, p. 35).
Qu’est-ce qui caractérise concrètement un style d’apprentissage, d’un point de vue opérationnel ? Wang (2015, p. 1) cite plusieurs études réalisées sur les styles d’apprentissage (Kolb 1976 ; Joy & Kolb 2009 ; Dunn, Griggs & Price 1993 ; Sternberg 1997 ; Zhang & Sternberg 2000). Selon le modèle théorique de l’apprentissage basé sur l’expérience de Kolb cité par Mili, le style d’apprentissage est caractérisé par un cycle de quatre phases (Mili, 2013, p. 34) : la première phase (1) est celle dite d’expérience concrète. Dans cette phase l’apprenant exécute la tâche sans trop réfléchir. La deuxième phase (2) correspond à la phase d’observation réfléchie. Ici, l’apprenant est attentif. Il réfléchit sur son action en se référant à ses croyances et ses convictions. La troisième phase (3) est celle de la conceptualisation abstraite. Dans cette phase, l’apprenant réfléchit sur ce qu’il va faire. La quatrième phase (4) est celle de l’expérimentation active où l’apprenant réalise la tâche à faire après réflexion et à partir de son expérience passée. Kolb distingue 4 styles d’apprentissage (Mili, 2013, p. 35) en fonction des combinaisons des phases que présente un élève. Ce sont les styles divergent (1,2), assimilateur (2, 3), convergeant (3, 4) et accommodateur .
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Table des matières
Introduction générale
Chapitre 1 – Contexte et justification de l’étude
1.1. Présentation de la Côte d’Ivoire : enjeux de développement socioéconomique et place de la physique
1.1.1. Enjeux socioéconomiques de la Côte d’Ivoire
1.1.2. Système éducatif ivoirien et l’enseignement de la physique
1.1.3. De la nécessité de mener une étude au niveau collège de l’enseignement général
1.2. Facteurs expliquant les difficultés de compréhension de la physique
1.2.1. Activités d’enseignement-apprentissage, un système complexe d’interactions
1.2.2. Facteurs individuels expliquant les difficultés d’apprentissage
1.2.3. Facteurs scolaires expliquant les difficultés d’apprentissage
1.2.4. Facteurs familiaux et sociaux expliquant les difficultés d’apprentissage
1.2.5. Facteurs spécifiques expliquant les difficultés d’apprentissage de la physique
1.3. Intégration des TIC dans l’éducation pour aider à la compréhension de la physique
1.3.1. Notion d’intégration des TIC dans l’éducation
1.3.2. Apparition des TIC dans l’éducation dans le monde et en Afrique
1.3.3. Intégration des TIC dans l’éducation en Côte d’Ivoire. Une vision du Président Félix-Houphouët BOIGNY au lendemain de l’Indépendance
1.3.4. Des recherches sur les TIC dans l’éducation en Afrique
Chapitre 2 – État de la littérature
2.1. Définitions et caractéristiques des simulations informatiques
2.1.1 Définitions
2.1.2 Processus de modélisation des simulations informatiques
2.1.3 Paradigmes de modélisation et de simulation
2.1.4 Modèles de simulations pour l’apprentissage des sciences
2.2 Problèmes épistémologiques liés aux caractéristiques des simulations informatiques
2.2.1 De la crédibilité des modèles des systèmes physique et des phénomènes naturels simulées
2.2.2 Du rôle des modèles qui sous-tendent les simulations informatiques
2.2.3 Du statut des simulations informatiques en tant que moyens de productions des connaissances
2.2.4 De la relation des simulations avec les expérimentations de laboratoire
2.3 De l’impact de l’utilisation des simulations informatiques sur la compréhension des concepts
2.3.1 Des recherches rapportant une différence significative entre les gains d’apprentissage des situations d’apprentissage avec simulation et sans simulation
2.3.2 Des recherches rapportant une différence non significative entre les gains d’apprentissage des situations d’apprentissage avec simulation et sans simulation
2.3.3 Des résultats significatifs de recherches concernant des facteurs favorisant la compréhension des concepts
2.3.4 De la méthodologie des recherches rapportées sur l’impact de l’utilisation des simulations informatiques pour l’apprentissage
Chapitre 3 – Problématique, questions hypothèses et objectifs de la recherche
3.1. Problématique de la recherche
3.1.1. Faisceaux de résultats de la recherche en didactique sur l’usage des simulations informatiques
3.1.2. Des contraintes de l’enseignement liées au contexte ivoirien
3.1.3. Problème à résoudre
3.2. Questions de recherche
3.2.1. Question générale
3.2.2. Questions spécifiques
3.3. Hypothèses de recherche
3.3.1. Hypothèse principale
3.3.2. Hypothèses secondaires (H)
3.4. Objectifs de la recherche
3.4.1. Objectif principal
3.4.2. Objectifs opérationnels
3.5. Pertinence de notre recherche
3.5.1. Pertinence scientifique
3.5.2. Pertinence institutionnelle et didactique
3.5.3. Pertinence sociale
Chapitre 4 – Cadre théorique
4.1. Quelques clarifications conceptuelles liées à la formulation de notre sujet de recherche
4.1.1 Des termes Impact, utilisation, et concept
4.1.2 Notion de situation d’enseignement
4.1.3 Groupe-classe et classe entière
4.1.4 Sens de la formulation de notre sujet
4.2 Théories et modèles mobilisés pour notre étude
4.2.1 Situations didactiques et compréhension des notions de physique
4.2.2 Théorie de l’action conjointe en didactique, pédagogie d’apprentissage et participation des élèves à la construction du Savoir
4.2.3 Attitudes des élèves envers la physique et motivation à l’apprentissage
4.2.4 Théorie de l’activité instrumentée de Leontiev, médiation médiatisation d’un contenu de savoir et utilisation d’un EIAH
4.3 Description des variables de notre étude
4.3.1 Variables indépendantes
4.3.2 Variable dépendante
4.3.3 Variables de contrôle ou extrinsèques
4.3.4 Plan des variables
Chapitre 5 – Méthodologie de la recherche
5.1 Pré-étude de la recherche
5.1.1 Champ, type et plan de la recherche
5.1.2 Contexte de l’expérimentation en pré-étude
5.1.3 Méthodologie de la pré-étude
5.1.4 Analyse critique de la méthodologie de la pré-étude et conclusion-bilan
5.2 Méthodologie de la recherche en vraie grandeur
5.2.1 Approche méthodologique, type de la recherche et matériel pour l’expérimentation
5.2.2 Terrain d’expérimentation en vraie grandeur et participants
5.3 Outils et démarche de collecte des données de la recherche
5.3.1 Pré-test et post-test à choix multiple
5.3.2 Questionnaires élèves et enseignants
5.3.3 Observations directes des séquences de cours en situation
5.3.4 Entretiens individuels semi-dirigés avec l’enseignant et entretien collectif avec le groupe-classe
5.4 Démarches de traitement et d’analyse des données de l’étude
5.4.1 Démarche de traitement et d’analyse des données des questionnaires élèves et enseignants
5.4.2 Démarche de traitement et d’analyse des données du pré-test et du post-test
5.4.3 Démarche de traitement et d’analyse des données de l’observation directe de classe
5.4.4 Démarche de traitement et d’analyse des données des entretiens individuels et collectifs semidirigés
Conclusion générale
