Les principaux modèles de changement conceptuel et l'enseignement des sciences au primaire : état de la question

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Una secuencia didáctica para un concepto unificador en un curso de álgebra lineal de un programa de formación a la ingeniería

L’introduction aux concepts unificateurs dans l’enseignement des mathématiques privilégie typiquement l’approche axiomatique. Il n’est pas surprenant de constater qu’une telle approche tend à une algorithmisation des tâches pour augmenter l’efficacité de leur résolution et favoriser la transparence du nouveau concept enseigné (Chevallard, 1991). Cette réponse classique fait néanmoins oublier le rôle unificateur du concept et n’encourage pas à l’utilisation de sa puissance. Afin d’améliorer l’apprentissage d’un concept unificateur, ce travail de thèse étudie la pertinence d’une séquence didactique dans la formation d’ingénieurs centrée sur un concept unificateur de l’algèbre linéaire: la transformation linéaire (TL). La notion d’unification et la question du sens de la linéarité sont abordées à travers l’acquisition de compétences en résolution de problèmes. La séquence des problèmes à résoudre a pour objet le processus de construction d’un concept abstrait (la TL) sur un domaine déjà mathématisé, avec l’intention de dégager l’aspect unificateur de la notion formelle (Astolfi y Drouin, 1992). À partir de résultats de travaux en didactique des sciences et des mathématiques (Dupin 1995; Sfard 1991), nous élaborons des situations didactiques sur la base d’éléments de modélisation, en cherchant à articuler deux façons de concevoir l’objet (« procédurale » et « structurale ») de façon à trouver une stratégie de résolution plus sûre, plus économique et réutilisable. En particulier, nous avons cherché à situer la notion dans différents domaines mathématiques où elle est applicable : arithmétique, géométrique, algébrique et analytique. La séquence vise à développer des liens entre différents cadres mathématiques, et entre différentes représentations de la TL dans les différents registres mathématiques, en s’inspirant notamment dans cette démarche du développement historique de la notion. De plus, la séquence didactique vise à maintenir un équilibre entre le côté applicable des tâches à la pratique professionnelle visée, et le côté théorique propice à la structuration des concepts. L’étude a été conduite avec des étudiants chiliens en formation au génie, dans le premier cours d’algèbre linéaire. Nous avons mené une analyse a priori détaillée afin de renforcer la robustesse de la séquence et de préparer à l’analyse des données. Par l’analyse des réponses au questionnaire d’entrée, des productions des équipes et des commentaires reçus en entrevus, nous avons pu identifier les compétences mathématiques et les niveaux d’explicitation (Caron, 2004) mis à contribution dans l’utilisation de la TL. Les résultats obtenus montrent l’émergence du rôle unificateur de la TL, même chez ceux dont les habitudes en résolution de problèmes mathématiques sont marquées par une orientation procédurale, tant dans l’apprentissage que dans l’enseignement. La séquence didactique a montré son efficacité pour la construction progressive chez les étudiants de la notion de transformation linéaire (TL), avec le sens et les propriétés qui lui sont propres : la TL apparaît ainsi comme un moyen économique de résoudre des problèmes extérieurs à l’algèbre linéaire, ce qui permet aux étudiants d’en abstraire les propriétés sous-jacentes. Par ailleurs, nous avons pu observer que certains concepts enseignés auparavant peuvent agir comme obstacles à l’unification visée. Cela peut ramener les étudiants à leur point de départ, et le rôle de la TL se résume dans ces conditions à révéler des connaissances partielles, plutôt qu’à guider la résolution.

L'enseignement des sciences et de la technologie au primaire et les TIC : une analyse didactique des pratiques

L’enseignement des sciences et de la technologie (ST) est dans une condition précaire dans les écoles primaires du Québec. Plusieurs recherches ont démontré que les technologies de l’information et de la communication (TIC) peuvent aider les enseignants à favoriser les apprentissages des élèves dans certaines matières dont en ST (Baron, 2001; Becta, 2005; Tardif, 1998). D’ailleurs, Linard (2001) maintient que les TIC, dans le domaine des apprentissages, peuvent faciliter l’exécution de plusieurs tâches cognitives telles qu’agir, interagir, s’informer, explorer, échanger, expérimenter, créer, etc. Cette recherche décrit les pratiques d’enseignement en ST d’enseignants Maîtres-TIC (MTIC) lors de l’intégration des TIC. Nous avons opté pour une recherche heuristique à méthodologie mixte. Des enseignants MTIC et des étudiants de quatrième année MTIC ont répondu à un questionnaire en ligne. Ensuite, une enseignante a été interviewée pour dresser un portrait plus détaillé des pratiques d’enseignement. À l’aide des données obtenues, nous avons réussi à créer une liste d’avantages de l’intégration des TIC en enseignement des ST ainsi qu’une liste des difficultés liées à cette intégration. Une liste des différentes applications TIC réalisées en enseignement des ST par les enseignants et les étudiants questionnés a aussi été ressortie des données de la recherche. De plus, une liste des avantages de la formation Maître-TIC de l’Université de Montréal a été créée en fonction des données recueillies. Puis, nous précisons quelques apports de cette recherche relatifs aux objectifs de départ et à l’évolution de la formation MTIC.

Impacts d’une formation établissant des liens entre les sciences et la cuisine sur l’enseignement des sciences au primaire

Depuis plusieurs années, l’enseignement des sciences joue un rôle de 2e plan, après le français et les mathématiques, chez plusieurs enseignants du primaire (Lenoir, 2000). Peinant à établir des liens entre les savoirs à enseigner et la réalité quotidienne, ces enseignants ayant souvent une formation lacunaire semblent rechercher de nouveaux outils didactiques efficaces. À cet effet, l’intégration de pratiques sociales de référence (Martinand, 1986) aux situations d’apprentissage peut constituer une pratique innovante favorisant la transposition didactique des savoirs disciplinaires. Misant sur l’intérêt grandissant des Québécois pour la cuisine, cette recherche tente de déterminer l’impact d’une formation continue établissant des liens entre les sciences et les pratiques culinaires sur l’enseignement des sciences au primaire. Pour cette étude de cas descriptive, six enseignants du primaire ont participé à deux rencontres de formation durant lesquelles elles ont expérimenté une situation d’apprentissage et d’évaluation (SAÉ) intégrant des activités culinaires. À la suite d’une période de mise à l’essai de cette SAÉ en classe, les sujets ont été interviewés afin d’établir les apprentissages réalisés durant la formation et de dresser une liste des avantages et des obstacles associés à l’utilisation d’activités culinaires pour enseigner les sciences. De plus, les suggestions émises visant l’amélioration de la SAÉ (rapport bilan écrit) ont permis de mettre en relief la prédominance de préoccupations de nature pédagogique, organisationnelle et socioaffective chez les sujets de l’échantillon. Cette recherche entraîne des retombées pour les didacticiens puisqu’elle fournit des données supplémentaires pouvant contribuer à améliorer la qualité du matériel didactique mis à la disposition des praticiens. De plus, la SAÉ développée pour cette étude constitue un outil didactique novateur pouvant être utilisé par les enseignants du primaire.

Hopf bifurcation in parallel polarized Nd:YAG laser

Dynamics of Nd:YAG laser with intracavity KTP crystal operating in two parallel polarized modes is investigated analytically and numerically. System equilibrium points were found out and the stability of each of them was checked using Routh–Hurwitz criteria and also by calculating the eigen values of the Jacobian. It is found that the system possesses three equilibrium points for (Ij, Gj), where j = 1, 2. One of these equilibrium points undergoes Hopf bifurcation in output dynamics as the control parameter is increased. The other two remain unstable throughout the entire region of the parameter space. Our numerical analysis of the Hopf bifurcation phenomena is found to be in good agreement with the analytical results. Nature of energy transfer between the two modes is also studied numerically.

Sprachentwicklung und Fachlernen im Mechanikunterricht

Die empirische Studie untersucht das Wechselspiel zwischen der fachbezogenen Sprachentwicklung und dem Fachlernen von Schülerinnen und Schülern bei der Einführung in den Kraftbegriff. Sie betrachtet also sowohl sprachliche wie auch kognitive Aspekte des Lernens in der Mechanik. Dafür wurde ein Unterrichtskonzept entwickelt, das den Gebrauch des Fachwortes Kraft in der Wissenschaft und in der alltäglichen Sprache besonders thematisiert. Dieses Unterrichtskonzept basiert auf Empfehlungen und Ergebnissen der Kognitionspsychologie, Linguistik, Philosophie, Sprachlehrforschung und der Didaktiken der Physik und der Fremdsprachen. Im Rahmen des Unterrichts wurden die Schülerinnen und Schüler mit zwei Aufgabentypen konfrontiert: Beim ersten Aufgabentyp waren die Lerner aufgefordert, den Kraftbegriff so zu verwenden, wie es einer fachsprachlich angemessenen Form entspräche, etwa um die Bewegung eines Zuges zu beschreiben. Aufgaben des zweiten Typs sahen vor, dass die Schülerinnen und Schüler kurze Texte danach klassifizierten, ob sie der Alltagssprache oder der Fachsprache angehörten. Diese als Metadiskurs bezeichnete Form der Auseinandersetzung mit sprachlichen Aspekten verhalf den Schülerinnen und Schülern zu einer Gelegenheit, ihr eigenes Verständnis des Kraftbegriffs zu thematisieren. Weiter lieferte der Metadiskurs wichtige Hinweise darauf, ob die Schülerinnen und Schüler sich bei ihren Beurteilungen eher auf formal-sprachliche oder inhaltliche Aspekte der Sprache bezogen. Für die Datenerhebung wurden alle Unterrichtsstunden videografiert und transkribiert. Zusammen mit schriftlichen Arbeitsergebnissen und Tests stand ein umfangreicher Datensatz zur Verfügung, für dessen Auswertung ein inhaltsanalytisches Verfahren Anwendung fand. Die Ergebnisse zeigen, dass das Lernen im Fach Physik bestimmte Ähnlichkeiten mit dem Lernen einer Fremdsprache zeigt: Wenn die Schülerinnen und Schüler den Kraftbegriff fachsprachlich verwenden sollen, sehen sie sich oft einer Alternativentscheidung gegenüber. Entweder sie versuchen, einer fachsprachlichen Form zu gehorchen und verlieren dabei den Inhalt aus den Augen, oder sie konzentrieren sich auf den Inhalt, drücken sich dabei aber in ihrer Alltagssprache aus und folgen Alltagskonzepten, die weit entfernt von den fachlich intendierten liegen. Ähnliche Beobachtungen kann man im Sprachunterricht machen, wenn Schüler eine neue grammatische Regel einüben: Sie konzentrieren sich entweder auf die neu zu erlernende Regel, oder aber auf den Inhalt des Gesagten, wobei sie die grammatische Regel, die an sich Gegenstand der Übung ist, verletzen. Meistens fällt diese Entscheidung derart, dass die Konzentration auf den Inhalt des Gesagten gerichtet ist, nicht oder wenig auf seine Form. Im Unterschied zum Sprachunterricht ist der Physikunterricht allerdings nicht nur darauf gerichtet, fachsprachlich angemessene Formen einzuüben, sondern insbesondere darauf, den Blick für neue und ungewohnte Konzepte zu öffnen. Damit müssen die Schülerinnen und Schüler hier häufig sprachliche und kognitive Hürden zur selben Zeit bewältigen. Die detaillierte Analyse des Metadiskurses zeigt, dass das Problem des Nebeneinanders zweier unterschiedlicher Anforderung entschäft werden kann: Während die Schüler im Metadiskurs unterschiedliche Aspekte der Sprache diskutieren, sind sie eher in der Lage, sowohl formale wie inhaltsbezogene Merkmale der Sprache wahrzunehmen. Der Text referiert weitere Parallelen zwischen dem Physikunterricht und dem Fremdsprachenlernen, sodass die Auffassung gerechtfertigt ist, dass die Fremdsprachendidaktik als Ideenlieferantin dafür dienen kann, neue Verbesserungsmöglichkeiten für den Physikunterricht aufzufinden.

La rob??tica como herramienta para la educaci??n en ciencias e ingenier??a

Resumen tomado del autor

Estudio prospectivo para la facultad de odontología de la universidad cooperativa de Colombia, sede Villavicencio, 2020

Las tendencias para las Instituciones de Educación Superior, se enmarcan en ambientes cada vez menos predecibles y cambiantes. La anticipación con miras a determinar los diferentes escenarios a los que se pueda ver enfrentada este tipo de organizaciones, facilita la comprensión de los futuros posibles. Por tanto, el propósito de esta investigación se fundamenta en la realización de un estudio que permita la construcción de los escenarios de futuro para la Facultad de Odontología de la Universidad Cooperativa de Colombia, Sede Villavicencio, con un horizonte de tiempo al año 2020. Para esto se desarrolló la metodología basada en los planteamientos de la Prospectiva estratégica de Godet (1997), a través de tres (3) etapas: el Análisis estructural prospectivo, el Sistema de matrices de impacto cruzado y la propuesta del Escenario apuesta. Finalmente, el estudio presenta recomendaciones a los directivos de la Facultad de Odontología, relacionadas con la construcción del Escenario apuesta, catalogándose como herramienta para el direccionamiento estratégico y toma de decisiones.

Ciencia para el siglo XXI : un nuevo proyecto de ciencias para la Educación Secundaria en el Reino Unido.

Se describe la filosofía y la estructura del Twenty Fist Century Science (ciencia para el siglo XXI) proyecto piloto que revisa el curriculo de las materias de ciencias e ilustra algunos de los contenidos clave de lla alfabetización informática. Su objetivo fundamental es proporcionar una alfabetización científica básica a todos los estudiantes que cursan estudios conducentes a la obtencion del General Certificate of Secondary Education (GCSE), paralelamente con la posibilidad de elegir materias de ciencia adicionales para satisfacer las necesidades y aspiraciones de la diversidad estudiantil. Este proyecto piloto ha sido desarrollado por el Science Education Group de la Universidad de York y el centro Curricular Nuffield, y ha sido experimentado en 78 escuelas desde septiembre de 2003 generalizándose en septiembre de 2006.

La física Salters : un proyecto para la enseñanza contextualizada de la física en el Bachillerato.

resumen tomado de la publicación

El proyecto Ciencia a través de Europa.

Resumen tomado de la publicación

Sc1 investigation for key stage 1 and key stage 2 : a bank of differentiated investigations for primary schools.

Este documento es un intento de dar orientación y apoyo a los profesores en la organización de la enseñanza de las ciencias de investigación, en el nivel primario. Se presentan distintas actividades, flexibles para los docentes, a fin de que los niños participen en las distintas etapas del proceso de investigación: planificación, obtención y visualización de resultados y, conclusión y evaluación. Así, desarrolla unos conceptos que permitan la progresión en los conocimientos y en las pruebas prácticas de los alumnos, a nivel individual y, para los diferentes niveles educativos. Se incluyen hojas en blanco para ser rellenadas por los alumnos con sus conclusiones de cada uno de los procesos investigados.

Teaching secondary Chemistry.

Esta guía práctica tiene como objetivo facilitar recursos a los docentes de la etapa de secundaria en su objetivo de enseñar a los alumnos las bases para el estudio y comprensión de la química. Está escrito en colaboración con la Association for Science Education (ASE) con la finalidad de difundir las buenas prácticas y nuevas ideas entre los profesores de ciencias y contribuir, así, a la mejora de la enseñanza.

Teaching secondary Physics.

Esta guía práctica tiene como objetivo facilitar recursos a los docentes de la etapa de secundaria en su objetivo de enseñar a los alumnos las bases para el estudio y comprensión de la física. Está escrito en colaboración con la Association for Science Education (ASE)con la finalidad de difundir las buenas prácticas y nuevas ideas entre los profesores de ciencias y contribuir, asi, a mejorar la enseñanza.

Teaching secondary Biology.

Esta guía práctica tiene como objetivo facilitar recursos a los docentes de la etapa de secundaria en su objetivo de enseñar a los alumnos las bases para el estudio y comprensión de la biología. Está escrito en colaboración con la Association for Science Education (ASE)con la finalidad de difundir las buenas prácticas y nuevas ideas entre los profesores de ciencias y contribuir, asi, a mejorar la enseñanza.