Les recherches engagées depuis septembre 2006 sur la dernière calculatrice de Texas Instruments pourraient-elles être un simple prolongement des recherches antérieures ? Il s’agit d’une calculatrice symbolique, appelée TI-nspire CAS (Computer Algebra System). Elle peut paraître, à première vue, comme une calculatrice perfectionnée certes, mais une simple calculatrice de plus. C’est pourtant un objet très innovant, et ce pour plusieurs raisons:

On peut faire l’hypothèse que ces innovations offrent, pour l’apprentissage des élèves, comme pour l’action des enseignants, des possibilités nouvelles. Elles pourraient permettre de développer les interactions entre cadres, entre registres de représentation dont les recherches didactiques ont montré l’importance dans les processus de conceptualisation ; elles pourraient enrichir les moyens d’expérimentation et de simulation ; elles pourraient permettre de conserver des traces de l’activité mathématique des élèves avec calculatrice bien plus exploitable que ce qui existait jusqu’alors. Mais on peut aussi faire l’hypothèse que le caractère profondément innovant de cette calculatrice, sa complexité, vont poser des problèmes d’instrumentation non triviaux et partiellement nouveaux, tant du côté des enseignants que des élèves, que l’actualisation des potentialités a priori offertes va requérir des constructions spécifiques et non pas la simple adaptation de stratégies qui se sont révélées productives avec d’autres calculatrices, et qu’il faudra penser ces constructions dans la durée.

C’est pourquoi la première année d’expérimentation, expérimentation menée de plus avec un prototype dont nous nous sommes rapidement aperçus qu’il demandait de sérieuses améliorations, a été, pour les équipes engagées dans le projet, une année exploratoire et délicate à la fois. Les échanges, le partage des tâches entre les équipes, la collaboration, ont été d’autant plus essentielles à la réussite de cette première phase de l’expérimentation.

L’expérimentation repose sur un partenariat de l’INRP avec trois IREM (Lyon, Montpellier et Paris), elle implique 6 classes de seconde dont tous les élèves sont équipés de la calculatrice TI-nspire. Les équipes, sur les trois sites, rassemblent, autour des professeurs des classes pilotes, des animateurs de l’IREM et des enseignants-chercheurs. Elles se réunissent chacune de leur côté et se rencontrent régulièrement pour faire le point, mais l’échange est aussi continu, à distance, via un espace commun de travail sur le site EducMath, qui permet de partager les mémoires de travail, mais aussi de concevoir au fur et à mesure les outils communs nécessaires à l’expérimentation (questionnaires, ressources pour la classe, etc.). Le nom que l’équipe s’est choisi, e-CoLab (pour expérimentation Collaborative de Laboratoires mathématiques) veut témoigner de l’importante de cette collaboration, de la nature du travail mathématique engagé, et de l’aspect hybride des échanges, en présence et à distance.

A cette collaboration très étroite se sont ajoutées d’autres possibilités de croisement d’expérimentation :

 Concevoir des activités mathématiques intégrant la calculatrice TI-nspire a relevé d’un triple défi :

Ces trois particularités ont eu une incidence non négligeable sur la conception des ressources. Considérées de façon isolées ou conjuguées, elles viennent, de fait, renseigner à la fois la définition de ce que nous appelons ici « ressource », la structure et les particularités de ses différentes composantes, mais elles viennent surtout mettre en évidence le caractère évolutif des ressources produites, tant sur la forme que sur leur contenu.

Figure 1. Les copies d’écran présentant le fichier informatique de la ressource

Les potentialités de mise en relation des différentes applications de la calculatrice ont cependant conduit au développement d’une unité « fiche élève - fichier tns », où un véritable duo émergeait entre l’activité mathématique et l’instrument (fig. 3).

Figure 3. Extrait de la fiche élève de la ressource « L’enseigne » illustrant le duo « fiche élève- fichier tns »

La colonne située à gauche, intitulée « Index », précise, pour chaque phase de la fiche élève, la page en relation du fichier TI-nspire correspondant. On observe dans d’autres cas (Annexe 1), que l’activité mathématique, annoncée dans la colonne centrale de la fiche, peut aussi renvoyer à un apprentissage de la syntaxe de la calculatrice. La colonne située à droite, intitulée « Manipulations et conseils » (qui apparaît dès la page 2 de la fiche élève de « l’enseigne », par exemple), donne le plus souvent une aide technique pour la manipulation de la calculatrice (Annexe 2). Elle s’est avérée essentielle pour développer l’autonomie des élèves et concentrer l’activité sur les enjeux mathématiques ciblés par les enseignants (§2).

Non seulement la fiche élève a évolué en ce sens où elle a intégré, de façon indissociable, le fichier informatique qui lui était associé, mais certains volets de la fiche élève ont eux aussi subi quelques modifications à mesure que l’outil technique était apprivoisé. En particulier, il est apparu utile de renseigner, à l’intérieur même de la fiche élève, les savoirs mathématiques autour desquels l’activité avait été conçue, dans la mesure où les fiches se complexifiaient, multipliant les savoirs nouveaux ciblés par l’enseignant. Dans le souci de rendre l’objet d’apprentissage plus « transparent » aux élèves, mais aussi dans le but d’accroître l’autonomie des élèves, l’institutionnalisation des connaissances, par exemple, y a pris place. Elle est présentée progressivement à l’intérieur de la fiche élève, au fur et à mesure que les connaissances émergent de l’activité (ce sont les plages d’institutionnalisation). Une variable didactique importante est alors le choix de renseigner, ou non, ces plages (fig. 4).

Des traces de productions d’élèves (écrites ou informatiques) ont également été recueillies et s’avèrent de précieuses aides pour une meilleure interprétation a posteriori du déroulement des activités (détaillées dans les comptes-rendus d’observation) ainsi que pour l’évolution même des ressources (§ 2).

Toutes ces différentes composantes « annexes » aux ressources n’en sont pas moins essentielles dans un travail collaboratif comme e-CoLab. En effet, ces documents se sont révélés essentiels pour partager des ressources et les enrichir de l’expérience de tous les acteurs engagés (professeurs dans les différents sites et élèves).

Dans la section suivante, nous mettrons en particulier en évidence le rôle des comptes-rendus d’observations pour l’évolution des ressources en examinant l’expérimentation menée autour de deux ressources crées par l’équipe de Montpellier et adaptées par l’équipe de Paris.

Nous précisons chacun de ces points ci-après avant d’en venir à la réalisation effective.

Une appropriation progressive et volontairement limitée de l’application Géométrie

Dans cette situation, plusieurs constructions géométriques interviennent, permettant de réaliser des produits et quotients de longueur, de construire également la racine carrée d’une longueur donnée. Pour la première construction proposée, celle du produit, la figure géométrique est fournie aux élèves ainsi que les affichages de mesures nécessaires pour vérifier expérimentalement qu’elle fournit bien le produit annoncé (fig. 5). Les élèves ont juste à utiliser l’outil pointeur pour déplacer les points mobiles et tester la validité de la construction.

Figure 5. Première partie de la ressource Descartes (extraits de la fiche élève et du fichier tns associé)

 Dans un deuxième temps, pour le quotient, la figure fournie contient seulement le support des deux demi-droites [BD) et [BE). Les élèves doivent compléter la construction et sont guidés pas à pas dans l’utilisation successive des outils « point sur », « segment », « droite parallèle », « point d’intersection », « mesure » et « calcul ». Dans un troisième temps, on leur demande d’adapter cette construction au calcul de l’inverse d’une longueur. Enfin, pour la racine carrée, ils disposent de la figure de Descartes et doivent organiser eux-mêmes la construction (fig. 6). Des indications sont simplement données pour les deux outils nouveaux : « milieu » et « cercle ».

Un jeu entre le travail sur différents supports avec la volonté de garder des traces exploitables sur chaque support

Les élèves disposent d’une fiche élève conforme aux standards progressivement mis au point (§ 1), d’un fichier tns et le travail demandé utilise alternativement les deux supports (c’est l’idée du « duo » présenté au § 1.2). La construction du produit est d’abord faite sur papier dans un cas particulier avant que l’on ne la teste plus généralement sur sa version calculatrice. Et c’est aussi le cas pour ce qui concerne la racine carrée. Des justifications sont à écrire sur cette fiche qui comporte aussi la reproduction des textes de Descartes qu’il nous a semblé intéressant de donner aux élèves « tels que ». Le fichier tns est, lui, structuré en quatre pages : une par construction, et permet donc de garder la trace de toutes les constructions effectuées.

Une attention à la problématisation du travail de l’élève et à la dévolution progressive des responsabilités de preuve.

L’activité proposée ne consiste pas en la résolution d’un problème géométrique au sens usuel du terme, mais dans la découverte et la compréhension de procédures de construction historiques. Il n’est pas question, bien sûr, de mettre en doute les constructions de Descartes mais il s’agit de se demander comment les visualiser de façon dynamique sur la calculatrice, adapter un tracé à une situation voisine et, bien sûr, comprendre ce qui fait que ces constructions marchent. La fiche élève et le scénario de la séquence, alternant travail en groupes et travail collectif, sont conçus pour permettre la dévolution de ces questions aux élèves. De plus, s’agissant d’un premier travail en géométrie dans la classe, la dévolution des responsabilités de preuve est progressive. Pour la première construction, on demande à l’élève d’expliquer le phénomène et c’est collectivement que la preuve correspondante est produite. Il doit ensuite l’adapter de façon autonome pour montrer pourquoi la construction du quotient marche. Pour la racine carrée, il est prévu un démarrage collectif amenant à mettre en évidence les trois triangles rectangles et les trois possibilités associées d’utiliser le théorème de Pythagore. Le reste du travail est à la charge des élèves.

La réalisation effective

A Paris, la ressource a été expérimentée successivement dans les deux classes expérimentales, les informations recueillies sur la première servant à « corriger le tir » pour la seconde. Encore une fois, nous ne pouvons rentrer dans les détails de ces réalisations (ceci fait l’objet des comptes-rendus d’observation annexés aux ressources – cf. § 1), mais voudrions souligner certains points.

Deux séances ont été nécessaires dans les deux classes. La première séance a fonctionné comme prévu : le contraste entre histoire et modernité a eu l’effet escompté et les élèves ont été d’emblée très intéressés. La plupart avaient déjà exploré seuls l’application Géométrie de la calculatrice. L’utilisation du pointeur, le déplacement des points n’ont pas posé problème. Le théorème de Thalès a été identifié sans difficulté et la première démonstration produite collectivement comme prévu. Les indications données pour la seconde construction se sont révélées suffisamment claires, mais tous n’avaient pas fini à la fin de la séance et il leur a été demandé de terminer la figure chez eux. La deuxième séance a été plus laborieuse et les enseignantes ont dû gérer divers problèmes instrumentaux : comment « attraper » les variables pour calculer le quotient ? Pourquoi le calcul demandé ne s’affiche-t-il pas ? Pourquoi la valeur affichée du quotient n’est-elle pas celle attendue ? Des points ont été créés par inadvertance qui se superposaient plus ou moins aux points tracés et pouvaient fausser les mesures, des segments trop courts, étaient difficiles à manipuler sur la calculatrice. La question de l’inverse a été traitée de ce fait collectivement dans la deuxième classe après que les élèves aient trouvé la stratégie. Les approximations numériques ont posé, elles, des questions intéressantes : la construction est-elle ou non valide si les valeurs affichées diffèrent sur leur dernière décimale ? Enfin, tous les élèves n’étaient pas prêts à assumer de façon autonome la construction de la racine carrée avec les seules indications données et là encore un segment de longueur 1 compliquait les manipulations. Dans la seconde classe, voyant certains élèves perdre pied, l’enseignante a décidé de rétroprojeter, pour toute la classe, l’écran de la calculatrice d’un élève, qui pilotait ainsi le travail collectif (cf. la notion d’élève sherpa introduite dans Guin et Trouche 2002). Ceci a rétabli la confiance et tous ont terminé la construction. La dernière démonstration, amorcée collectivement, a été donnée à rédiger en devoir maison.

Au final, ces deux séances se sont révélées très riches dans les deux classes tant sur le plan instrumental que mathématique, autour d’une ressource bien évidemment susceptible d’être encore optimisée.

2.2 Exploitation des possibilités d’interaction dynamiques entre applications : une situation « banale » renouvelée par la TI

Premier apport de la mutualisation

L’équipe de Paris s’est, de nouveau, inspirée d’une ressource (Aires égales) élaborée par l’équipe de Montpellier : partant d’une fiche élève dans un contexte de contrôle d’une heure, l’équipe de Paris a choisi d’élaborer une séance de recherche. Le support en est un problème algébrique d’origine géométrique. Il s’agit de déterminer une longueur pour que les aires de deux sous-figures d’une figure géométrique dépendant de cette longueur soient égales (fig. 7). Les expressions des deux aires en fonction de cette longueur sont des expressions du premier et du second degré (elles pourraient être toutes deux du second degré sans que cela ne modifie le type de problème). La solution est unique et a une valeur irrationnelle. On est donc hors du champ des équations que les élèves observés sont capables de résoudre de façon autonome.

Figure 7. Aspects graphiques et numériques d’un problème

Les « lignes de force » de l’observation

Nous avons essayé de dépasser le niveau descriptif des premiers comptes-rendus et cherché à identifier quelques questions qui permettraient de donner des lignes de force à l’observation. Ces questions n’avaient pas été toutes identifiées a priori, mais elles nous ont semblé importantes, au vu de l’observation, pour comprendre la ressource, identifier ses potentialités, aider l’enseignant à anticiper ce qui pouvait se passer, préparer ses interventions et adapter éventuellement la ressource à ses propres objectifs.

Les questions choisies portent sur les points suivants :

Dans le groupe plus particulièrement observé mais aussi dans les autres groupes, les élèves se sont engagés dans le travail qui leur était proposé et leur engagement s’est maintenu pendant les deux heures qu’a duré la séance. Cependant, dans l’utilisation faite par l’équipe de Montpellier comme dans celle faite dans l’équipe de Paris, la résolution est une résolution qui se veut le plus possible autonome. Il serait sans aucun doute aussi intéressant de disposer pour ce problème d’un scénario associé à une gestion de classe plus usuelle, faisant alterner des phases de recherche des élèves et des discussions collectives orchestrées par l’enseignant, et d’avoir un compte-rendu d’observation associé à un tel scénario.

• Le rapport avec la calculatrice

L’observation de cette séance montre que la calculatrice est visiblement, à cette époque de l’année (février) un élément non marginal de l’espace de travail mathématique des élèves et que son utilisation est coordonnée avec celle du papier-crayon, mais les équilibres sont variables selon les élèves. Le niveau d’appropriation est lui aussi variable selon les élèves et il est, semble-t-il, encore limité au moment de l’année où cette séance a lieu (nous reviendrons sur ce point au § 3 à travers l’analyse de questionnaires et entretiens). Par exemple, les élèves n’ont utilisé le calcul formel que lorsque cela était explicitement demandé : fonction « Résoudre » par exemple. Les connaissances instrumentales sur d’autres éléments du calcul formel, permettant par exemple de vérifier des calculs et des factorisations, ou de tester des simplifications, n’étaient visiblement pas encore disponibles. Au vu de ces observations, nous avons envisagé une « variante » de la ressource qu’il serait possible de travailler et de mutualiser : ce problème ou un problème de même type serait posé sans trajectoire imposée, adressée à des élèves en fin de Seconde par exemple, en posant simplement la question de savoir comment varient les deux aires et s’il existe une ou des valeurs pour lesquelles elles sont égales. On pourrait alors peut-être étudier quelles sont les connaissances mathématiques et instrumentales disponibles et comment elles interagissent.

L’observation de la séance, et d’un groupe de quatre élèves en particulier, met particulièrement bien en évidence la complexité de la tâche proposée pour ces élèves, une complexité dont l’analyse a priori succincte qui avait été faite à la fois sur le plan mathématique et sur le plan instrumental ne rendait pas bien compte.

Sur le plan mathématique, on voit bien par exemple tout ce que met en jeu le calcul de deux aires qui pourtant paraît particulièrement anodin, la simplification des expressions, les problèmes posés par le passage d’estimations à des encadrements, les problèmes posés par l’exploitation des résultats du calcul formel et l’exploitation de l’indication donnée devant permettre de se ramener à la forme canonique de l’expression pour résoudre l’équation. Lors du bilan en classe, l’accent a été mis sur la différence des deux tâches « obtenir une solution approchée d’une équation A(x) = B(x) » et « obtenir un encadrement de cette solution ».

En analysant ainsi la complexité, on met à jour une richesse du travail mathématique potentiellement engagé dans la résolution de ce problème avec la calculatrice que la banalité du problème et l’habitude de sa résolution dans l’univers papier-crayon cachaient. De multiples pistes d’exploitation apparaissent entre lesquelles l’enseignant devra sans doute choisir en fonction de son projet, du temps consacré à cette séance, de sa place dans la progression, etc. L’expliciter nous semble aussi permettre de progresser dans la mutualisation.

La fiche proposée vise à croiser les approches de ce problème et, pour son concepteur, ces approches se complètent, s’enrichissent mutuellement. Mais ces articulations restent implicites et l’on peut se demander si les élèves les reconstruisent et arrivent à donner un sens global à la démarche suivie. Comme l’on pouvait s’y attendre, les élèves ne font pas spontanément ce cheminement, et tendent à considérer chaque sous-tâche comme une tâche isolée. Là encore, c’est à l’enseignant de restituer les liens manquants, en particulier en cas d’incohérence. On voit à ce propos émerger d’autres questions qui seront mutualisées : « Quelles relations les élèves vont-ils établir entre ces différentes approches ? » et « Quelles médiations de l’enseignant pour permettre ces relations ? ».

Nous avons évoqué ici uniquement deux observations. Cela ne donne qu’une vision très partielle des apports des diverses observations réalisées par des membres de l’équipe e-CoLab, dès le début de l’expérimentation. Leur premier objectif était d’obtenir un recueil de données afin de mieux comprendre les potentialités offertes par la TI-nspire pour l’enseignement et l’apprentissage des mathématiques. Mais elles s’inscrivaient aussi dans le projet commun d’une contribution au travail collectif sur les ressources : les équipes concevaient des ressources, utilisaient leurs propres ressources mais aussi celles élaborées par les autres équipes, en les adaptant au besoin. Elles s’interrogeaient sur leurs évolutions possibles. C’est cette dimension qui est plus particulièrement l’objet de cet article et nous voudrions souligner à quel point les observations ont contribué à ce travail collectif. Comme nous avons essayé de le montrer, la préparation des observations a conduit à un travail de fond sur les ressources dans leurs différentes composantes, qu’une ressource soit prise telle que ou qu’elle subisse des adaptations. De plus, chacune des observations a permis de faire émerger de nouvelles utilisations mais aussi de nouvelles questions et de nouvelles pistes à explorer. Elle a permis de mieux percevoir l’activité des élèves, celle de l’enseignant, et le partage réel des responsabilités au sein de la classe suivant les phases de la réalisation que ne peut le faire un enseignant seul dans sa classe.

Pour contribuer au travail collectif sur les ressources (§ 1), il s’agissait de trouver les moyens d’exprimer ces apports dans les ressources elles-mêmes, en travaillant sur les comptes-rendus d’observation. Essentiellement descriptifs et chronologiques, les premiers comptes-rendus ne nous satisfaisaient pas. Progressivement, nous avons mis au point une structuration conçue de la façon suivante : 

Cette structure nous semble permettre de dégager des lignes de force dans une observation (au sens indiqué plus haut) et, ce faisant, aider un enseignant qui souhaite utiliser la ressource à mieux tirer parti de l’observation pour faire sens de la ressource, identifier ses potentialités, anticiper les difficultés mathématiques ou instrumentales qu’il pourrait rencontrer dans l’utilisation et ses interventions, penser l’adaptation de la ressource à son contexte propre. Les retours obtenus semblent montrer que c’est effectivement le cas, au moins au sein de l’équipe e-CoLab.

Or si les observations, comme celles décrites ci-dessus qui suggèrent des pistes pour l’examen de l’activité mathématique des élèves se sont révélées des outils indispensables pour la progression commune du travail d’e-CoLab, elles ne pouvaient rendre compte d’autres éléments également indispensables dans un projet pour lequel la question de l’intégration d’un nouvel outil technologique était centrale. En effet, outre un retour sur l’activité mathématique des élèves, celui sur l’activité instrumentée renseignant sur le rapport des élèves à cet outil était indispensable. La section suivante y sera dédiée, à travers l’examen du point de vue des élèves face à cette nouvelle expérience mathématique.

Nous avons également interviewé en utilisant des techniques de l’entretien d’explicitation (Vermersch 1990) à la fin de l’année quelques élèves choisis par les enseignants de façon à avoir des élèves en réussite en mathématiques, ou moins, en réussite vis-à-vis de l’outil technologique, ou moins. Ces élèves avaient déjà utilisé la calculatrice pendant toute l’année scolaire et l´objet de l´interview portait essentiellement sur les aspects liés aux usages de la calculatrice (impression personnelle, utilisation, instrumentalisation, organisation).

Dans cette partie, nous allons présenter les points les plus marquants qui ressortent de l’analyse de ces questionnaires et de ces interviews.

Sur les questionnaires remplis, plus de 96% des élèves disposent d´un ordinateur à la maison et s'en servent presque tous les jours à 75% ; beaucoup d'élèves déclarent s'en servir pour le travail scolaire, mais bien sûr également pour les loisirs et la communication. A priori, les élèves avaient auparavant peu utilisé en classe des logiciels de géométrie dynamique (59,9%) et encore moins des logiciels de calcul formel (80,7%) .

Dans les entretiens, les élèves ont dit avoir accès à l’ordinateur chez eux et ils donnent des éléments de comparaison entre l’ordinateur et la calculatrice, en précisant les avantages des deux outils. Un des avantages de la calculatrice souligné par les élèves est lié à l’ultra portabilité, et aux applications liées de façon dynamique ; l’ordinateur, en revanche est préféré pour la facilité de manipulation de la souris et pour l´accès à Internet, comme l’illustre cet extrait de commentaire :

«J´ai une préférence pour la TI plutôt que pour l´ordinateur. On peut faire des graphiques, utiliser « Cabri ». La calculatrice est petite, j´aime bien manipuler, on peut l´emmener partout. Mon seul regret, par rapport à l´ordinateur, c´est de ne pas pouvoir envoyer des mails » (entretien, janvier 2007)

Instrumentalisation et instrumentation

On peut observer dans les réponses aux questions de la rubrique « rapport entre calculatrices et papier- crayon » dans le questionnaire que l´utilisation de la calculatrice est faite parallèlement avec l´environnement papier-crayon. L'influence des enseignants et les consignes données dans les activités de classe ou d'évaluation sont mises en évidence dans les questionnaires et les entretiens. Les élèves qui ont été interviewés, en parlant de leur première approche de la calculatrice, signalent clairement que ces premiers contacts ont été difficiles du fait de la nouveauté et de la complexité des commandes de cette calculatrice et ces difficultés ont été dépassées pendant l’année. Selon les élèves cette facilité et la maîtrise qu’ils montrent s’expliquent par l’emploi très régulier de la calculatrice en classe de mathématiques, les aides données par les enseignants et les conseils disponibles sur la fiche élève (dans la colonne « Manipulation et conseils » – § 1) :

« Ben c'est simple, notre professeur de mathématiques, il a montré les principales, les principaux endroits pour changer de dossier, faire un dossier et tout, des choses comme ça, et puis après c'était très simple : insérer une page, aller au menu principal, aller à un classeur, supprimer et tout… » (entretien, mai 2007)

« Au début, elle était compliquée quand même, je n’arrivais pas à m’en servir et tout, et avec le temps… Maintenant, ça va c’est facile […]. Le prof, les camarades nous aidaient et la feuille qu’il nous a donnée pour nous aider… Enregistrer, faire le tableur et choses comme ça…» (entretien, mai 2007) 

La facilité pour créer des répertoires des documents a permis aux élèves d’organiser de façon personnalisée leurs propres répertoires.

« Et ben c'est simple, j'ai fait pour toutes les matières, insérer un classeur pour toutes les matières, anglais, français, même celles qui servaient pas et comme ça pour m'amuser » (entretien, mai 2007)

« Oui, en fait, j’ai nommé le dossier pour m’y retrouver, parce que je l’utilise en physique pour le calcul, en SVT aussi et par rapport à la matière, le graphique, le tableur... j’ai organisé comme ça » (entretien, mai 2007)

On peut voir que le lien entre l’apprentissage des mathématiques et l’utilisation de la calculatrice est une question difficile à formuler et l’analyse des réponses des élèves est délicate, les réponses étant parfois contradictoires dans un même entretien ; on peut cependant souligner quelques éléments parmi les réponses des élèves qui peuvent nous donner quelques éléments, notamment sur des aspects de motivation :

« Non, c'est... ça peut être quelque chose d'intéressant, parce qu'on arrive à faire des graphiques en peu de temps ; par exemple, à la main s’il faut faire un graphique ça prend un peu de temps, mais à la calculatrice, je trouve que c'est un peu plus simple, parce que on peut changer les tailles, on peut voir en changeant les formules, enfin on peut tout, on peut même superposer les, les... enfin on peut créer d'autres pages, ouais, on peut faire plein de choses avec, c'est intéressant quoi … Non, euh, moi, je ne vois pas trop de différences, si ce n'est que ça permet d'aller un peu plus rapidement sur un problème, par exemple, où il faut faire des courbes, c'est un peu plus rapide, parce que la courbe elle se trace toute seule... Par rapport à ça... Mais, sinon, non je ne vois pas de différence » (entretien, mai 2007).

« En fait je n’ai pas un très bon niveau en math, mais après, avec la calculatrice, ça m’a motivé un petit peu plus quand même… Parce que je n’étais pas très motivé… Ça me permet d’apprendre des maths. C’est une façon d’apprendre les maths un petit peu... En fait, elle me permet de comprendre des choses que je n’avais pas compris au début de l’année quand on ne l’avait pas encore utilisée » (entretien, mai 2007).

« Car c’est la première fois que je pouvais avoir accès aux maths en comprenant presque tout » (questionnaire, juin 2007)

L’analyse des questionnaires et des entretiens avec les élèves met en évidence que ceux-ci n’utilisent pas souvent la calculatrice chez eux ou dans d’autres disciplines :

« Juste pour le calcul simple... choses banales… dans l’autre matière, on n’a fait pas… juste le calcul » (entretien, mai 2007)

« C’est une division et choses comme ça, qui c’est dur à faire la main » (entretien, mai 2007)

En cours de mathématiques, la calculatrice a été fréquemment utilisée, même s'il y a un tassement qui peut s'expliquer par le fait que, dans la phase d'apprentissage, il était nécessaire de l'utiliser presque à tous les cours, alors, qu'au fur et à mesure de l'année, la calculatrice a plus été considérée comme un outil disponible dans la classe :

« Ben, elle a servi à trouver un problème ; donc après on a déduit. Déjà, ce qui est intéressant, c'est que, par rapport au dessin initial, on peut changer les points ; enfin on peut faire bouger les points, ça fait que les mesures changent et donc on voit […] et donc, après, comme c'est tout relié au nuage de points ou à des courbes, on peut voir les courbes qui changent et tout, donc c'est ça qui est pas mal » (entretien, mai 2007)

« Par exemple la figure géométrique, on peut voir des évolutions qu’on ne peut pas voir sur la feuille… sur la feuille il faut faire plusieurs dessins pour voir les évolutions… sur la calculatrice on peut changer différentes choses en fait… qui permettent de voir l’évolution de la figure chaque fois » (entretien, mai 2007)

Le degré de satisfaction est mis en évidence par l’évolution des opinions favorables ou très favorables, de 72,5 % en décembre à 82,2% en juin. Les raisons de satisfaction portent sur plusieurs facteurs tels que : la participation à une expérimentation, les possibilités et capacités de la calculatrice, l’aspect plus vague exprimé par une phrase du type « c’est intéressant » et l’aide à l´apprentissage des mathématiques ; le graphique ci-dessous montre l’évolution de quelques unes de ces réponses les plus significatives ; ainsi, si un peu moins de 5% des élèves interrogés avaient mis en avant en décembre l’aide à l’apprentissage des mathématiques, un peu plus de 27% d’entre eux y faisait référence en juin (graph. 1).

Les remarques des élèves appuient ce graphique : 

« Malgré mes difficultés en math, j’ai trouvé cette expérience très enrichissante, elle permet d´acquérir des connaissances mathématiques, autrement que par une feuille et un stylo, cela est motivant !!! » (questionnaire, juin 2007) 

« Parce que cela m’a permis de mieux comprendre certains subtilités en math. Elle m´a également permis de découvrir un nouveau moyen de découvrir les mathématiques » (questionnaire, juin 2007)

Difficultés

Les points négatifs mis en évidence par les élèves portent plutôt sur l’interface qui ne nous donnent que peu d’information du fait de l’utilisation l’an dernier d’un prototype qui, on l’a déjà souligné, demandait des améliorations qui ont été prises en compte dans la version actuelle de la calculatrice. Les difficultés d’instrumentalisation sont souvent minimisées par les élèves dans les entretiens : 

« …elle est accessible, elle est bien... on peut la comprendre facilement... Moi, je trouve qu'on peut la comprendre facilement » (entretien mai 2007) 

Cependant elles sont bien présentes dans leurs réponses aux questionnaires : au mois de décembre 21,6% des élèves déclarent que la difficulté d’utilisation de la calculatrice est un élément gênant pour son intégration dans le cours de mathématiques. Cependant, ce pourcentage diminue notablement au cours de l’année, puisqu’à la même question, seulement 12,4% des élèves soulignent cette difficulté d’utilisation au mois de juin.

Evolutions

Il est à noter une forte progression du sentiment que la calculatrice est une aide à l´apprentissage des mathématiques. Pendant le premier semestre d´expérimentation, les avis favorables des élèves vis-à-vis de la calculatrice étaient liés aux aspects ergonomiques et numériques : 

« J´aime bien le fait qu´il y ait des lettres. L´Ã©cran est grand, les calculs et graphiques clairs. On peut faire beaucoup de choses… elle a beaucoup de fonctions et les classeurs façon ordinateurs sont très bien. Elle possède toutes les fonctions possibles » (questionnaire décembre) 

Alors que, dans le deuxième semestre, l’accent est beaucoup plus mis sur les possibilités en calcul formel et sur les nouvelles potentialités : 

« Elle a la possibilité de créer des figures géométriques. De faire du calcul formel. De tracer des courbes » (questionnaire juin) 

La découverte des nouvelles potentialités est intimement liée à l´intégration de la calculatrice dans la classe de mathématiques. On peut faire l’hypothèse que l´intégration de la calculatrice favorise une réelle prise de conscience des apports de la calculatrice à l´apprentissage des mathématiques en même temps que la manipulation des principales fonctionnalités devient de plus en plus familière. Ce qui nous renvoie à la création des ressources qui doivent prendre en compte cette délicate instrumentalisation.

Figure 8. Extrait de quelques rubriques de l’espace de travail

La construction progressive de l’espace, s’appuyant sur les manques, les redondances et les imperfections d’une première structure a permis de prendre en compte les difficultés d’utilisation et les besoins exprimés au fur et à mesure de la construction collective des ressources, mais aussi des outils utilisés pour l’observation des expérimentations.

En s’appuyant sur l’expérience de ce travail, on peut classer les difficultés d’utilisation de l’espace en deux catégories bien distinctes :

Chacune des trois équipes pouvait utiliser un espace propre de « ressources en devenir » pour proposer un germe de ressource repris, critiqué et enrichi par les collègues jusqu’à arriver à une situation suffisamment stable pour être proposée à l’ensemble de l’équipe. L’utilisation en classe permet de l’affiner et de l’enrichir des réactions des élèves, des effets des variables didactiques et de la distance instrumentale, comme il est indiqué pour la ressource « Descartes » (§ 2.1). Il est bien entendu que dans le cas de notre expérimentation, le travail à distance était un préalable indispensable et obligatoire pour construire les ressources et le travail collaboratif a permis d’abord une analyse a priori fine des situations proposées et en parallèle a permis la mise en place d’une structure commune de ressource (§ 1).

Deux exemples significatifs et mettant en avant des atouts de ce travail peuvent être montrés, d’une part pour la construction d’un outil d’observation lié aux questions de recherche et, d’autre part, pour la réalisation, mise au point et augmentation d’une ressource :

La version actuelle de l’espace de travail (fig. 9), encore en évolution prend en compte les remarques précédentes et est construit suivant le schéma ci dessous qui, non seulement est une carte de l’espace de travail mais qui permet à tout moment de savoir où l’on se situe dans cet espace.

Figure 9. L’arborescence structurant l’espace commun de travail sur EducMath

Le présent article, mais aussi le rapport intermédiaire du travail de l’équipe e-CoLab (Aldon et al 2007) sont des exemples de réalisations rendues possibles par l’utilisation d’un tel espace.

En effet, il s’est tout d’abord agit ici de relater le travail entrepris par trois équipes (Lyon, Montpellier et Paris) autour d’un projet commun : celui de l’étude de l’intégration de la calculatrice TI-nspire dans des classes de seconde.

Nous avons vu que de par les particularités (citées en introduction) qui la distinguent des autres calculatrices, et comme cela avait été a priori envisagé, l’intégration de ce nouvel outil n’est pas allé de soi et a demandé un travail en amont considérable de la part des enseignants pour permettre à la fois une rapide appropriation de leur part, de celle des élèves, mais surtout pour optimiser l’exploitation des potentialités offertes par ce nouvel outil dans l’activité mathématique. A en juger les impressions des élèves ayant participé à cette expérience, nous pouvons estimer que le triple défi annoncé dans la section 1 a été relevé avec un certain succès.

Sur le plan instrumental d’abord, les difficultés rencontrées par les élèves lors de leurs premières manipulations avec ce nouvel outil semblent avoir été rapidement surmontées (§ 3). En effet, conscients de la complexité de l’outil, et au vu de leur propre appropriation de l’artefact, les enseignants, ne sous-estimant pas les difficultés d’instrumentation, ont ainsi accordé une place importante dédiée à l’aide et à l’explicitation instrumentale dans les ressources créées (§ 2).

Sur le plan de l’activité mathématique ensuite, outre le souci permanent de proposer des ressources susceptibles de révéler la richesse d’un travail mathématique que la banalité du problème et l’habitude de sa résolution dans l’univers papier-crayon pourraient cacher, l’exploitation de l’articulation entre les différents cadres -point auquel les enseignants étaient particulièrement sensibles- semble avoir porté ses fruits : bon nombre d’élèves y faisant notamment référence pour illustrer le sentiment qu’ils ont de la calculatrice en tant qu’aide à l´apprentissage des mathématiques.

Or – et cela nous renvoie à présent au second volet de l’articulation entre collectivité et nouvelles technologies : le Humans dans Humans-with-Media – le travail, dans sa forme actuelle, et le bilan que l’on en dresse, n’auraient pu voir le jour sans qu’un authentique esprit collaboratif ne lui fut sous-jacent.

De fait, le projet e-CoLab ne se limite pas à l’examen d’une question commune sur trois sites différents, ponctuée de simples échanges et partages d’expériences. Il s’agit de vivre un projet collectivement, ou plutôt de faire du projet un produit collectif. En d’autres termes, il s’est agit de construire, ensemble, cette riche expérience ; d’accepter les innombrables défis que cela représentait et, collectivement les relever. Et relever les défis revenait - et c’est ce point que nous avons cherché à mettre en valeur dans cet article - à construire, ensemble, les outils nécessaires.

Nous avons en effet vu que le travail collaboratif s’est révélé une condition sine qua non pour l’aboutissement des ressources telles que nous les avons présentées. Ces ressources, au caractère profondément évolutif, sont fruit d’échanges entre équipes, de suggestions proposées par leurs différents membres, de comptes-rendus d’expérimentations ayant eu lieu sur différents sites (avec leurs singularités), mais aussi de la progressive instrumentation des différents acteurs.

C’est parce que les équipes de Lyon, Montpellier et Paris étaient toutes porteuses d’un même projet (et par là même que la mutualisation de cette expérience en constituait son noyau), qu’un modèle de ressources a progressivement été mis en place, dont les composantes se voulaient elles aussi évolutives. Nous avons notamment ici montré dans quelle mesure ce travail collectif a marqué l’évolution des ressources (§ 1) et a aussi été à l’origine du développement des comptes-rendus d’observations (§ 2), eux-mêmes venant alimenter l’évolution des ressources, et ainsi de suite…

Or l’outil permettant la mutualisation à distance (§ 4) a lui aussi été bâti collectivement et en fonction des différents résultats qui apparaissaient progressivement. A la fois un outil pour le travail dans e-CoLab, l’espace de travail s’est, comme le suggère cet article, avéré un de ses objets d’étude, venant illustrer la nature quelque part cyclique de la notion de Humans-with-Media que nous avons ici tenté de mettre en lumière.

Par le biais de cet article, nous avons cherché à évoquer, tout en pointant les difficultés que peut représenter un travail collectif tel que celui vécu dans e-CoLab, toutes les richesses et potentialités de celui-ci. Les exemples relatifs aux différents volets du projet que nous avons ici choisi d’exploiter suggèrent que cette communauté témoigne d’une authentique collectivité épistémique : c’est de fait le réseau de contributions qui est à l’origine de la production de savoirs, au sens large du terme.

Références :

• L’ « hélicoptère »

• « Le cavalier »

• « Sangaku »

• « A vo(u)s Paris »

• « L’Enseigne »

Cette séance s’inscrit dans la progression d’une classe de seconde, après avoir traité les statistiques descriptives. Les élèves doivent savoir recueillir des données.

II Nos choix