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Éducation technologique et sciences de l’ingénieur

 | 
Joël Lebeaume
, 
Abdelkrim Hasny

Partie 2. Contenus, prescriptions : Regards sur les mises en œuvre

Exploration des connaissances spontanées des collégiens à propos du fonctionnement des écrans tactiles : perspectives pour l’éducation scientifique et technologique

William-Gabriel Pérez et Joël Lebeaume

Texte intégral

1Nous constatons sans effort que depuis quelques années les biens et les services relevant des technologies numériques se multiplient et témoignent de nombreuses innovations dans les domaines de la téléphonie, des transports, des jeux, de la logistique, de l’imagerie, etc. Elles ont envahi et modifié radicalement le paysage technologique avec des produits tels que les tablettes tactiles, les téléphones mobiles, les radio-étiquettes (technologie RFID), les micro-ordinateurs, etc. Toutefois, si ces « micro-technologies » s’installent et se banalisent également dans la sphère scolaire, leur approche compréhensive est peu ou pas prise en compte dans l’enseignement actuel de technologie de l’école de base (Lebeaume, 2010).

  • 1 Programme de collège, Bulletin officiel de l’éducation nationale, n° spécial 6 du 28 août 2008, p. (...)

2L’actualité évidente de ces manifestations scientifico-technologiques questionne la didactique des sciences et de la technologie sur la manière de les prendre en compte. En ce sens, le « renouvellement des contenus et l’actualisation des sujets d’études » s’impose comme l’un des défis majeurs pour la didactique de la technologie (Lebeaume, 2010 ; 2011). Cela est d’autant plus nécessaire que les programmes1 de collège stipulent qu’« à l’issue de ses études au collège, l’élève doit avoir construit une première représentation globale et cohérente du monde dans lequel il vit ». Dans cette perspective, la question initiale qui se pose à la didactique est celle des conditions, mais aussi des contraintes qui supportent l’introduction de ces contenus dans l’éducation technologique.

3C’est dans ce contexte que nous inscrivons l’actualité de cette recherche. Cette dernière s’inscrit dans une démarche propre à la didactique, à savoir l’étude des spécificités des savoirs scientifiques et de leur usages dans le dessein d’examiner leurs incidences sur les processus d’enseignement et d’apprentissage (Weil-Barais et Goffard, 2005). Pour cela, nous allons nous intéresser aux connaissances déclaratives des élèves de collège lorsqu’ils doivent répondre à la question « comment penses-tu que marchent les écrans tactiles ? ». Nous visons ainsi à contribuer modestement à l’étude des connaissances spontanées des élèves par rapport aux systèmes technologiques numériques contemporains afin d’argumenter d’éventuels nouveaux choix curriculaires et programmatiques.

4Deux études exploratoires étayent notre démarche. La première est basée sur des méthodes d’enquête de type entretien (n = 17) et questionnaire (n = 190). La seconde étude est réalisée uniquement à partir de questionnaires (n = 80). Au total, 338 élèves de collège ont participé à cette recherche, dont 133 en 6e et 205 en 3e (études 1 et 2). Notre but était de repérer l’ensemble des idées et des concepts auxquels les élèves font appel pour expliquer le fonctionnement des écrans tactiles. De ce fait, cette recherche s’inscrit dans le paradigme fondé autour de l’étude des connaissances naïves des enfants (Astolfi, Darot, Ginsburger-Vogel et Toussaint, 1997 ; Cordier et Tiberghien, 2002 ; Erickson, 1985 ; Giordan, Girault et Clement, 1994 ; Lautrey, Rémi-Giraud, Sander et Tiberghien, 2008 ; Rozier et Viennot, 1991 ; Weil-Barais et Goffard, 2005).

  • 2 Cité par Tiberghien (2008).

5Il est important de préciser que la nomenclature employée en didactique pour designer la notion de « connaissances naïves » n’est pas unanime. Toutefois, en étudiant près de huit mille références, Duit (20072) met en évidence que le terme « conception » est le plus utilisé par les didacticiens. D’autres expressions telles que connaissances spontanées ou connaissances initiales sont également utilisées pour dénoter une signification similaire, à savoir « des croyances ou des connaissances que les enfants acquièrent à partir de leur propre expérience dans les situations de la vie quotidienne » (Lautrey et al., 2008, p. 8).

6Dans ce cadre, les connaissances naïves ont été décrites comme implicites, contextualisées, incarnées et mises en œuvre à partir de métaphores ou de modèles mentaux (Lautrey et al., 2008 ; Weil-Barais et Goffard, 2005). Même si ces connaissances ont une validité réduite et contextualisée (Sander, 2008), elles constituent avant tout une forme de connaissance légitime pour chaque apprenant (De Vecchi et Giordan, 2002 ; Tiberghien, 2008). Leur caractère implicite et incarné leur fait jouer un rôle non négligeable dans l’enseignement et l’apprentissage des sciences.

7En ce sens, les différents résultats de recherche attestent que, de par leur structure assimilatrice, les connaissances naïves i) constituent chez les apprenants, une grille d’interprétation et d’analyse des situations ; ii) jouent un rôle non négligeable dans la sélection et dans le traitement des informations pertinentes, ainsi que dans la production de sens. En conséquence, et d’un point de vue épistémologique, elles peuvent être soit des appuis ou des obstacles au processus d’enseignement-apprentissage (Giordan, Girault et Clément, 1994 ; Lautrey et al., 2008 ; Weil-Barais et Goffard, 2005).

8Soulignons ici le lien existant entre le « processus de conceptualisation » et la genèse des connaissances spontanées. Nous prenons ici la conceptualisation comme étant un « processus d’identification des objets du monde et de leurs propriétés et relations » (Vergnaud, 2007, p. 30). C’est précisément à travers ce processus, implicite, et sans intervention d’autre « structure induite » (Sander, 2008), que nous percevons et élaborons nos représentations spontanées du monde (Rogalski, 2007). Dans cet ordre d’idées, De Vecchi et Giordan (2002) remarquent donc la pertinence de l’étude des conceptions des apprenants en assurant qu’elles permettent de mieux connaître le véritable niveau conceptuel de ces derniers, ce que discute Vincent (2013).

1. Les écrans tactiles : comment ça marche ?

9L’écran tactile est avant tout un périphérique. Il assure ainsi une fonction à l’intérieur d’un système qui le contient, garantit son fonctionnement et permet le traitement, le stockage et la transmission de l’information dont il constitue l’interface avec l’usager. Il s’agit donc d’une interface dont la principale caractéristique est de réduire le nombre des composants du système numérique : l’écran tactile assure en lui-même les fonctionnalités du moniteur, du pavé tactile et de la souris (affichage et pointage).

10Notons que la question comment marche un écran tactile n’a pas une réponse unique : il existe plusieurs technologies, par exemple, des écrans tactiles dont le principe de fonctionnement se base sur des phénomènes acoustiques et optiques. Cependant, les deux grandes familles d’écrans tactiles basent leur fonctionnement sur des technologies dont la détection de l’interaction usager/écran est liée aux variations des grandeurs électriques (variations de la résistance et de la capacité électrique). Ces dernières sont connues sous le nom de technologies résistives et capacitives. La première différence entre ces deux technologies tient à la réactivité de la surface de l’écran suite aux actions de l’utilisateur.

11Les écrans intégrant la technologie résistive réagissent fonctionnellement au contact de n’importe quel objet en ce qu’il suffit de déformer sa surface (flexible) pour modifier la valeur de la tension électrique qui est appliquée à cette dernière. En revanche, les écrans du type capacitif ne sont sensibles qu’aux variations de la charge cumulée dans sa surface et ne réagissent ainsi qu’aux objets pouvant modifier cette grandeur : la capacité électrique. Dans les deux cas, le principe général auquel répond le reste du système est identique : deux régimes indépendants sont comparés ; un régime est fixé et l’autre, variable, est fonction de l’action sur la surface de l’écran ; pour l’un l’interaction avec l’usager est mécanique, pour l’autre l’interaction est électrique.

12On s’aperçoit ainsi que répondre à la question sur le fonctionnement de ces objets-systèmes nécessite de mobiliser et d’intégrer plusieurs éléments lors de l’analyse ; ce n’est pas une question simple. Cependant, nous n’allons nous intéresser qu’aux éléments de réponse auxquels les élèves pensent et qu’ils explicitent librement.

2. Exploration des réponses des élèves

2.1. Étude 1 : Comment penses-tu que marchent les écrans tactiles ?

13Nous allons présenter la dimension méthodologique de notre recherche. Nous avons fondé celle-ci sur la base des questionnements qui suivent : Quels sont les principaux concepts utilisés lors des explications des élèves ? Quels sont les éléments du système qu’ils identifient spontanément ? Le fonctionnement du système est-il décrit en tenant compte des interactions de ses parties constituantes ? Quelles interactions proposent-ils entre les éléments identifiés ? Et finalement, sachant que le fonctionnement des systèmes numériques repose sur le traitement et la transmission de l’information : est-ce que le concept d’information – élément clé du système mais intangible – fait partie du cadre explicatif évoqué par les élèves ? Le cas échéant, comment est-il conceptualisé ?

Échantillon

14Grâce au soutien des enseignants de Technologie de deux collèges situés dans le département des Yvelines, 258 élèves (133 en 6e et 125 en 3e) ont participé à cette première étude. Nous avons utilisé deux techniques complémentaires d’enquête : des questionnaires et des entretiens semi-directifs.

Le questionnaire : procédure

15Les questionnaires ont été distribués au début des cours. Nous avons limité le temps de réponse à 15 minutes. Nous avons également informé les participants (101 en 6e et 89 en 3e) de la nature non évaluative et des buts de notre démarche.

16Dans ces conditions, les 190 élèves ont développé une réponse écrite à la question suivante : « Avec tes mots, essaie d’expliquer comment penses-tu que marchent les écrans tactiles », question rédigée sur une feuille de format A4 avec un large espace de réponse.

17Les réponses ainsi recueillies ont été soumises à une analyse lexicale avec le logiciel Modalisa. Grâce notamment à son indicateur PEM (pourcentage de l’écart maximum), ce logiciel facilite la lecture des tris croisés, permettant ainsi de conserver uniquement les résultats statistiquement significatifs.

18Ainsi, nous avons identifié les mots les plus fréquemment sollicités par les élèves pour expliquer le fonctionnement des écrans tactiles. Ensuite, afin de pouvoir distinguer l’univers sémantiques des mots repérés, nous les avons regroupés selon les trois catégories thématiques portant sur :

  • les phénomènes : associés aux principes physiques ou aux évènements évoqués par les élèves pour tenter d’expliquer ce qui se passe à l’interface écran/objet. Par exemple : la chaleur, la pression, le mouvement, etc.
  • les étapes : associées aux phases qui suivent l’action sur l’écran, à savoir : Action ; Détection ; Transmission ; Traitement et Sortie.
  • les schémas fonctionnels : associés à la vision des élèves du système. Par exemple : Action/Sortie ou Action/Détection/Traitement/Sortie

19Ces catégories doivent être comprises comme étant une typologie regroupant essentiellement les phénomènes, les concepts et les représentations formulées par les élèves lorsqu’ils tentent d’expliquer comment ça marche.

Résultats

Analyse lexicale et thématique : toutes classes confondues

20Quel que soit le niveau scolaire, l’analyse lexicale des réponses montre que les termes les plus fréquemment utilisés sont : capteurs (60 élèves) ; chaleur (23 élèves) ; pression (19 élèves) ; boutons (14 élèves) et mouvement (11 élèves) (voir Tableau 1, annexe 1). Nous constatons avec surprise que le terme information est quasi absent des réponses : à peine 6 % des explications l’emploient, soit 11 élèves parmi les 190 enquêtés.

21Une partie de ce répertoire lexical a été classé dans la catégorie « phénomènes ». Cette première catégorie prend en compte les grandeurs physiques et les causes associées par les élèves à la sensibilité des écrans. Ainsi, les capteurs dont ils parlent sont principalement sensibles à la chaleur de la main ou des doigts, à la pression ou la force exercée sur l’écran, au mouvement, ou encore à l’empreinte des doigts. Très peu de réponses explicitent des phénomènes électriques : seulement trois élèves de 3e mentionnent des phénomènes électrostatiques liés, selon eux, à la présence de charges dans nos doigts.

22La deuxième catégorie thématique regroupe les allusions aux « étapes » ou blocs fonctionnels pris en compte pour décrire le fonctionnement des écrans tactiles. Rappelons ici que le fonctionnement des écrans ne peut pas être isolé du reste des actions et des composants du système – c’est bien la prise en compte (ou pas) de cet aspect qui nous permet de juger si les élèves sont dans l’analyse d’un système ou d’un simple artefact. Ce classement indique que, contrairement aux phases Action et Détection, celles-ci bien identifiées, une grande partie des réponses de l’échantillon ne tient compte ni des étapes de Transmission, ni de Traitement des signaux, ni du moment de Sortie – ou d’affichage à l’écran (voir Tableau 2 ci-dessous).

Tableau 2. Étapes prises en compte : toutes classes confondues

Tableau 2. Étapes prises en compte : toutes classes confondues

23Nous avons aussi regroupé les réponses recueillies en fonction des interconnections faites par les élèves entre les différentes étapes ou blocs fonctionnels assurant le fonctionnement des écrans tactiles : catégorie nommée « schéma fonctionnel » (Tableau 3, annexe 1). Ce type d’analyse met en évidence que la plupart des enquêtés décrivent essentiellement le fonctionnement des écrans selon des schémas fonctionnels très simplifiés. En effet, un tiers des enquêtés décrivent le fonctionnement des écrans en connectant uniquement les étapes d’action (on touche) et de détection du système (il réagit). Les réponses ainsi repérées (67 élèves), ont été classées selon un schéma fonctionnel du type Action/Détection. Un autre tiers de l’échantillon (61 élèves) n’explicite que l’action exercée sur l’écran, reflétant ainsi un schéma fonctionnel encore plus simplifié du type Action. Finalement, on ne trouve que trois élèves qui évoquent un schéma fonctionnel du système du type Action/ Détection/ Transmission/ Traitement/ Sortie.

Analyse lexicale et thématique : classes de 6e vs. classes de 3e

24Un des objectifs principaux de notre recherche était de déterminer, en fonction du niveau de scolarité, la différence des connaissances mobilisées par les élèves en réponse à notre consigne. Pour ce faire, nous avons contrasté les réponses fournies par les élèves de 6e avec celles données par les élèves de 3e (voir Tableau 4, annexe 1).

25Les résultats de cette analyse montrent que le concept d’information n’est employé que par 9 répondants des classes de 3e et n’apparaît que dans 2 des réponses des classes de 6e. On constate aussi (Tableau 4) que la plupart des réponses faisant appel au concept de pression sont données par les élèves les plus avancés dans la scolarité : 17 élèves des classes de 3e l’utilisent, contre seulement 2 élèves des classes de 6e.

26D’autre part, les termes capteur et détecteur sont très présents dans le corpus des réponses des élèves de 3e : 52 enquêtés l’emploient. En revanche, ces termes ne sont utilisés que dans 6 réponses des élèves de 6e.

Causes : 6e vs. 3e

27Des explications concernant le lien entre l’action de l’usager sur l’écran et la détection de celui-ci, nous remarquons qu’une idée pas très fréquente, mais commune aux deux classes, est que l’écran réagit parce qu’il « détecte les empreintes digitales ». Les phénomènes magnétiques sont absents de l’ensemble des réponses. Quant aux phénomènes électrostatiques, seulement trois des élèves de 3e associent la détection de l’écran à ce type de manifestation (voir Tableau 4, annexe 1).

28Près de la moitié des arguments des élèves de 6e (47 réponses) ne fait qu’exprimer le fait que pour que l’écran fonctionne, il faut tout simplement « toucher l’écran » ou que c’est « avec le doigt » qu’il fonctionne. Une autre partie importante de cet échantillon d’élèves (les moins âgés) exprime que « ça marche parce qu’il y a des câbles », des « circuits », ou des « piles » (voir Tableau 4, annexe 1).

29Quant aux élèves de 3e, leurs explications sont conceptuellement plutôt du côté des phénomènes thermiques et mécaniques. Ceci se traduit par des réponses types telles que : l’écran détecte la chaleur (15 élèves) ; l’écran détecte la pression (17 élèves) et l’écran détecte le mouvement des doigts (10 élèves).

30Un résultat relativement intéressant tient au fait qu’une partie de l’échantillon des élèves de 6e pense que derrière les écrans on trouve des « boutons » permettant l’interaction avec l’usager : cette idée n’apparaît que dans 2 réponses des élèves de 3e (voir Tableau 4, annexe 1). Toutefois 3 réponses des 6e évoquent la possibilité que la détection des écrans tactiles soit liée à la présence d’un système optique (rayon, hologramme et lumière) ; ces réponses sont absentes de l’échantillon des 3e.

31En comparant les étapes prises en compte dans les explications de deux classes, il est remarqué que les réponses des élèves de 6e sont légèrement plus concentrées sur l’étape Action exercée sur l’écran. En revanche, tout en tenant compte de l’action sur l’écran, les explications évoquées par les élèves des classes de 3e sont nettement plus focalisées sur la phase de Détection des actions sur l’écran (voir Tableau 5, infra).

32Pour ce qui concerne les processus de transmission et de traitement de l’information, bien que rarement explicités dans l’ensemble des réponses, le tableau montre que la prise en compte de ceux-ci n’est représentative que chez les élèves de 3e (Tableau 5, infra). Exemple : « il y a des capteurs qui captent la pression et transmettent l’information à l’unité de calcul qui fait ce qu’on veut. »

Tableau 5. Étapes prises en compte : 6e vs. 3e

Étapes 3e (élèves) 6e (élèves)
Action 81 81
Détection 66 38
Sortie 15 20
Transmission 16 2
Traitement 9 2

Schéma fonctionnel : 6e vs. 3e

33Concernant le schéma fonctionnel dans lequel les élèves inscrivent le fonctionnement de l’écran tactile (voir Tableau 6, annexe 1), on remarque que les élèves de 6e expriment une vision simplifiée de celui-ci. Ainsi, pour ces classes, le fonctionnement des écrans tactiles est réduit de manière significative à l’action de l’utilisateur sur l’écran. Leurs réponses expriment le schéma fonctionnel du type Action (45 répondants). Exemple : « il faut foncer un petit peu le doigt sur l’écran ». L’autre partie des réponses statistiquement significatives des élèves en 6e se concentre sur un schéma fonctionnel du type Action/Sortie (11 réponses). Exemple : « on pose le doigt sur l’écran et il fait ce qu’on veut ».

34Quant aux élèves de 3e, leurs explications se concentrent davantage sur des schémas fonctionnels du type Action/Détection (41 réponses), d’autres sont plutôt sur des schémas Action/Détection/Transmission/Sortie (6 réponses) ou Action/Détection/Transmission (4 réponses). Exemple : « c’est un revêtement qui capte le doigt et transmet le signal ».

Des contrexemples : 6e vs. 3e

35Commençons par une précision. Nous avons indiqué dans l’introduction que les écrans tactiles peuvent intégrer plusieurs types de technologies. Cela veut dire que celui qui veut fournir une explication quelconque sur le fonctionnement de ces objets, doit, en principe, spécifier le type d’écran dont il est question dans son explication. Les lignes qui suivent abordent la prise en compte (ou pas) par les répondants de cette idée.

36On trouve donc, que parmi les 190 répondants qui ont participé à cette première enquête, seulement deux élèves de 3e (1 %) tiennent compte et explicitent cet aspect. Seuls les enquêtés n° 64 et n° 75 commencent leurs explications en précisant : « Je connais deux façons dont peut marcher un écran tactile... » ; « Selon moi, les écrans tactiles fonctionnent de deux manières... ». Les deux élèves concluent ainsi que, selon eux, les uns réagissent à la pression et les autres détectent l’électricité statique « produite par les doigts » ce qui est en accord avec les écrans respectivement du type résistif et capacitif.

37Toutefois, on remarque que la moitié des élèves qui croient que l’écran est sensible à la chaleur pensent aussi que l’écran tactile peut être sensible à la pression ce qui est contradictoire avec l’expérience. En revanche, ces élèves ne précisent à aucun moment qu’il s’agit de différentes technologies, ce qui ne leur permet, faisons l’hypothèse, de mieux se représenter la situation. Ils se limitent de la sorte à énoncer des causes possibles : « c’est une technologie avec des capteurs de pression ou de chaleur corporelle » ; « il y a des détecteurs de chaleur ou de pression ».

38Il faut également remarquer qu’un groupe de 10 élèves (7 en 3e et 3 en 6e) précise à un moment de leur réponse qu’il y a des téléphones qui ne marchent pas s’ils sont touchés avec des gants ou avec des tissus. Cette remarque, comme on le verra dans les entretiens, leur permet de conclure que l’agent « à détecter » doit avoir, « forcement », un rapport avec la peau.

39Dans la suite nous allons voir comment cette capacité à tenir compte des exemples et de contrexemples est fondamentale à la fois dans la construction d’une meilleure représentation de la situation, et dans la constitution d’un discours explicatif cohérent.

Analyse des entretiens

Les entretiens : procédure

40Nous avons exposé jusqu’ici les résultats déduits de l’analyse des questionnaires : il s’agit donc de réponses sous les contraintes liées à l’exercice de l’écriture. Nonobstant, afin de mieux cerner les connaissances mobilisées par les collégiens face à notre question, nous avons conduit aussi 17 entretiens complémentaires : 8 entretiens avec 32 élèves de 6e et 9 entretiens avec 36 élèves de 3e. Pour favoriser le débat, stimuler la confrontation des idées et créer ainsi un environnement plus favorable à l’émergence d’idées, nous avons réalisé des entretiens du type focus group, chacun d’eux composé de 4 élèves.

41Parmi les 68 élèves qui ont participé aux entretiens, 24 élèves, tous de 6e, avaient également participé au questionnaire ; l’ensemble des élèves de 3e ainsi que deux groupes de 6e n’avaient aucune connaissance du sujet. Les entretiens ont été conduits par le chercheur, et ont été enregistrés après consultation des participants. La consigne initiale des entretiens a été celle du questionnaire : « avec tes mots, essaie d’expliquer comment penses-tu que marchent les écrans tactiles ».

42En plus de bénéficier d’une totale liberté lors des échanges verbaux, nous avons précisé aux élèves qu’ils avaient aussi le droit de manipuler leurs portables (technologies résistives et capacitives), de manipuler les matériaux de leur choix ainsi que d’autres objets mis à leur disposition tel qu’un téléphone portable Samsung Wave (technologie capacitive) et deux modèles d’iPod (technologie capacitive).

Résultats

43L’analyse des entretiens confirme un grand nombre des résultats exposés précédemment. Par exemple, la totalité des élèves de 3e commence systématiquement par expliciter que le fonctionnement des écrans tactiles n’est possible que parce qu’« à l’intérieur il y a des détecteurs ». C’est la première raison énoncée par ces élèves : une fois ceci dit, ils procèdent donc à exposer les causes qui selon eux rendent possible le fonctionnement de l’objet.

44En revanche, concernant les élèves les plus jeunes, la première réaction spontanée en entretien est d’expliciter systématiquement l’action exercée par l’usager sur l’écran tactile. Par exemple, ça marche parce qu’« il faut appuyer comme ça » ; parce que « ça marche au poids » ; parce qu’« il répond au toucher » ; parce que « c’est avec la chaleur des doigts ». Ensuite, une deuxième raison qu’ils évoquent naturellement (toujours les 6e) c’est que le téléphone doit être alimenté, qu’il doit y avoir une source d’énergie électrique. Cet argument, indiquant la nécessité d’une source d’énergie, est absolument absent des explications verbales des élèves de 3e – il est également absent de leurs réponses écrites.

45Il faut noter que la confrontation des positions défendues par les élèves lors des entretiens a permis l’émergence de nouvelles idées et hypothèses qui n’avaient pas été mentionnées dans leurs textes. De manière générale, l’ensemble des interviewés (toutes classes confondues) défendent des hypothèses diverses : les écrans tactiles réagissent à la force qu’on exerce sur lui ; ils détectent la pression sur l’écran, la chaleur des doigts ; ils sont sensibles au frottement des doigts, à la lecture des empreintes digitales, ou encore aux mouvements des doigts sur l’écran. Cependant, la discussion dans les groupes d’interviewés, la défense et le rejet des hypothèses, ainsi que la manipulation des différents objets et artefacts dont les élèves disposaient, rendent leurs explications initiales et spontanées instables et contradictoires. Ainsi, au fur et à mesure que le débat avançait et que leurs contradictions s’imposaient, les élèves rejetaient les hypothèses inopérantes et ciblaient de plus en plus la situation.

46En effet, à l’intérieur de ce « jeu », les élèves aboutissent à l’exposition des nouvelles hypothèses non repérées dans le corpus des questionnaires, comme par exemple : « ah non, c’est à cause de l’humidité de la peau » ; « c’est le sang , oui parce qu’on est vivant » ; ou bien ça marche avec les doigts parce que « les doigts ne glissent pas, ils tirent » sur l’écran. Cette dernière idée est une idée trouvée dans quatre groupes des classes de 6e mais elle n’apparaît pas dans les classes de 3e. Finalement, tant les classes de 3e que celles de 6e concluent que parce que ça ne marche qu’avec la peau, le lien entre l’action et la détection sur l’écran doit avoir « forcément » un lien avec la peau.

47Les entretiens confirment que les élèves ne sont pas tentés par des arguments liés aux phénomènes magnétiques. Quant aux phénomènes électriques, seulement deux groupes d’élèves de 3e énoncent la possibilité que la « détection » de l’écran soit liée à des phénomènes électrostatiques. Aucun groupe interviewé des élèves de 6e ne pense spontanément à ce type d’explication. Cependant, lorsque leurs hypothèses initiales ne sont plus opératoires, et qu’on leur suggère de penser à une de ces deux manifestations, tant les élèves de 6e que ceux de 3e agréent, tout en écartant la possibilité d’un lien avec le magnétisme, que l’explication doit certainement être liée aux phénomènes électriques : « ah oui, c’est ça : les décharges des doigts » ; « c’est la même chose que quand on touche quelqu’un en hiver et on envoie un coup de jus » ; « c’est l’électricité statique ». Mais ces réponses n’apparaissent que parce qu’elles ont été induites, ce qui révèle l’absence d’obstacle.

48L’analyse des entretiens confirme aussi que face à la question comment penses-tu que marchent les écrans tactiles, les réponses des élèves sont globalement centrées sur les étapes de Action et Détection. En conséquence, le schéma fonctionnel sur lequel ils fondent leurs explications verbales est aussi du type Action/Détection.

49En comparant les résultats des entretiens de deux classes, nous avons constaté avec surprise qu’ils ne témoignent pas d’un écart important entre leur niveau d’analyse et de conceptualisation de la situation. En effet, face à nos questions, l’écart repéré entre les élèves de 6e et ceux de 3e est plutôt de l’ordre du temps de compréhension de la question, d’analyse de la situation et donc de l’émission d’hypothèses. En outre, les élèves de 6e prennent plus de temps pour comprendre l’intention et l’objet de notre question (... vous voulez dire quoi ?), en conséquence, leurs hypothèses n’émergent qu’après quelques instants. De leur côté, les élèves de 3e comprennent ou croient comprendre la question et passent directement aux hypothèses. Toutefois, leurs hypothèses et leurs analyses, celles des 3e et celles des 6e, restent largement similaires.

50Pour ce qui concerne la comparaison du lexique employé par chaque classe, quelques différences ont été repérées. Par exemple : les élèves de 6e parlent du « poids » tandis que les élèves de 3e parlent de « pression » pour dénoter l’effort sur l’écran ; les élèves de 6e parlent d’un « truc » et des « boutons », de « détection » tandis que les élèves de 3e parlent de détecteurs. Nous verrons dans la discussion de l’étude menée que l’on doit être prudent pour corréler cet écart de vocabulaire à une maitrise conceptuelle quelconque de la part des élèves.

51Finalement, il est important de souligner que l’aspect le plus marquant des entretiens, est le débat qui a eu lieu entre les élèves, les arguments et contre-arguments qu’ils donnent pour défendre et/ou écarter une hypothèse. Voyons-en quelques extraits illustrant cette dialectique :

(Extrait d’entretien n° 11 : élèves de 3: la chaleur)
Élève 2 : il y a un capteur de chaleur.
Élève 3 : mais on n’a pas tous la même chaleur corporelle et on peut tous allumer un portable...
Élève 2 : si, justement, on a tous entre 37°C et 38°C de chaleur corporelle...
Élève 3 : d’accord, mais si quelqu’un a de la fièvre il n’aura pas de mal à allumer un portable qu’un autre qui n’est pas malade.

 

(Extrait d’entretien n° 12 : élèves de 3: la force et la matière)
Élève 4 : bah non, il n’y a pas que la chaleur parce que si l’on chauffe une casserole et puis on appuie ça ne va pas réagir.
Élève 2 : non... c’est parce que c’est la circulation sanguine...
Élève 3 : à mon avis c’est la force qu’on fait.
Élève 1 : non, ce n’est pas la force parce si l’on appuie très doucement, comme ça (elle le fait), ça marche également.
Élève 2 : Donc ça veut dire qu’il y a quelque chose en plus de la chaleur, quelque chose avec la matière.

 

(Extrait d’entretien n° 15 : élèves de 3: l’énergie)
Élève 2 : ça détecte le mouvement des doigts
Élève 3 : non, c’est parce qu’on émet de l’énergie
Élève 1 : dans le mouvement il y a de l’énergie
Élève 2 : dans les empreintes il y a aussi de l’énergie thermique
Élève 1 : c’est l’énergie thermique qui est dans notre corps parce qu’on est à 37°C

 

(Extrait d’entretien n° 14 : élèves de 3: l’humidité)
Élève 2 : c’est l’empreinte des doigts alors.
Élève 3 : ça doit être ça parce que si l’on touche avec des gants ou avec un tissu ça ne répond pas...
Élève 1 : ça veut dire qu’il faut que le doigt soit en contact avec le téléphone.
Élève 2 : non, pas forcement le doigt. Ça peut être avec une autre partie du corps. Regardez ça marche avec le coude aussi.
Élève 3 : c’est la peau alors.
Élève 1 : non, c’est parce que la peau est humide, c’est l’humidité !

 

(Extrait d’entretien n° 1 : élèves de 6: ça ne glisse pas)
Élève 3 : Alors, ça doit être l’empreinte des doigts.
Élève 2 : mais non, parce que tout le monde a une empreinte [différente] et on peut utiliser n’importe quel portable.
Élève 4 : C’est parce que « ça tire ». Oui, regarde, faites comme ça sur la table et tu verras que « ça tire » (il montre que son doigt a du mal à glisser). Avec l’ongle, regarde (il touche l’écran), ça ne fonctionne pas parce que ça ne tire pas. Alors, c’est parce que les doigts de l’homme ils tirent sur l’écran. C’est ça non ?

 

(Extrait d’entretien n° 2 : élèves de 6: ça vient du corps)
Élève 1 : dans le stylet, au bout, il y a quelque chose de blanc, comme de la cire : ça doit marcher pour ça.
Élève 2 : oui mais avec le doigt comment on fait ?
Élève 1 : avec les doigts ? Bah ça vient du corps, donc ça veut dire que le stylet a quelque chose qui vient du corps...

 

(Extrait d’entretien n° 4 : élèves de 6: l’empreinte)
Élève 2 : c’est le truc qu’ont les policiers, comment ça s’appelle ?
Élèves 3 : les empreintes ?
Élève 2 : voilà, c’est ça, il détecte ton empreinte.
Élèves 3 et 1 : bah non, parce que ça veut dire qu’il faut d’abord prélever ton empreinte, et en plus ça marche avec n’importe quelle empreinte.
Élève 3 : peut être c’est le mouvement, le frottement c’est ça.
Élève 1 : bah non, regarde (il touche sans faire bouger son doigt) ça marche même si l’on ne déplace pas le doigt...
Élève 2 : c’est la bioénergie alors ; c’est parce qu’on est vivant.

 

(Extrait d’entretien n° 3 : élèves de 6e : les vibrations)
Élève 2 : ah oui, c’est le son !
Élève 4 : mais non, ces appareils (ceux qui sont sur table) ne réagissent pas au son !
Élève 2 : non, c’est que quand on touche on fait obligatoirement du bruit. Comme les scorpions : ils entendent le bruit des insectes avec des poils spéciaux qu’ils ont dans les pattes...
Élève 3 : mais si tu touches avec ça (un stylo) ça fait du bruit aussi et ça ne marche pas ; ce n’est pas le bruit ; je crois.
Élèves 1 : c’est quelque chose qui est dans la peau...
Élève 4 : c’est l’ADN ?
Élève 2 : non. C’est parce que nos doigts ils accrochent ; la peau elle a des imperfections ; c’est le relief de la peau qu’est spécial...

 

(Extrait d’entretien n° 5 : élèves de 6: le sang)
Élève 1 : c’est uniquement avec le corps que ça marche.
Élève 2 : oui voilà, ce qu’avec la main.
Ok, avec le corps, mais comment ?
Élève 3 : c’est parce que nous avons quelque chose dans les veines.
Élève 2 : dans les veines ? Mais qu’est ce qu’il y a dans les veines ?
Élève 1 : il y a du sang...
Élève 3 : voilà ! C’est ça : c’est le sang !

2.2. Étude 2 : avec trois questions plus précises

Constats

52Nous avons vu que les résultats du questionnaire analysé précédemment attestent que les répondants concentrent leurs explications dans les étapes d’action et détection. En conséquence, les processus de transmission, traitement et sortie (affichage) sont faiblement représentés dans l’ensemble des explications proposées par les élèves. De même, nous avons constaté avec surprise que le concept d’information, bien que familier à l’ensemble de notre échantillon, est quasi-absent de l’ensemble des réponses (2,8 %). Face à ces constats, nous avons décidé de vérifier si les résultats obtenus constituent un véritable indicateur de l’état de notre échantillon, ou bien s’il s’agit d’une conséquence de la formulation de la question présentée aux élèves. Donc, afin de tester cette dernière hypothèse, et de ne pas conclure la recherche avec un tel biais d’interprétation, nous avons décidé d’élaborer et de faire passer aux élèves un nouveau questionnaire.

Méthode et procédure

53Trois questions composaient le nouveau questionnaire en trois questions : 1) As-tu eu l’occasion de manipuler un écran tactile : oui…… non…… ; 2) Si oui : lequel……… ; 3) À ton avis, que se passe-t-il quand on touche l’écran tactile ?…… Les deux premières questions demandent aux élèves de dire s’ils ont déjà manipulé un écran tactile et, si oui, de spécifier quel(s) type(s) d’écran(s). Ces questions, en ce qu’elles permettent de visualiser l’ensemble des systèmes déjà manipulés et connus par les élèves, vont nous apporter des nouveaux éléments d’inférence et de précision des analyses. La troisième question joue le même rôle que celle déjà formulée dans la première étude. Il s’agit de la question principale, et elle doit mobiliser les connaissances spontanées des élèves à propos du fonctionnement des écrans tactiles. Néanmoins, cette fois-ci nous avons modifié légèrement la formulation de la question : on demande aux élèves de répondre, « À ton avis, que se passe-t-il quand on touche l’écran tactile ? ».

  • 3 Les collèges, situés dans les Yvelines, sont classés « internat d’excellence ».

54Le questionnaire a donc été administré à un nouvel échantillon de 80 élèves de classes de 3e. Cet échantillon d’élèves présente des caractéristiques très similaires à celui du questionnaire initial3. La passation a également respecté les consignes et le temps de réponse fixés lors de la passation du premier questionnaire.

Résultats

55La méthode d’analyse employée dans le traitement des nouvelles réponses recueillies conserve les mêmes spécificités que pour l’échantillon initial. Afin de tester notre hypothèse, à savoir si la formulation de la question initiale a biaisé significativement les réponses des élèves, les résultats de cette deuxième étude doivent être comparés avec les résultats de notre première étude.

Les écrans cités

56Sans surprise, nous voyons que la totalité des répondants (80 élèves) affirment avoir eu la possibilité de manipuler un écran tactile. Le plus cité par les élèves est l’iPhone qui apparaît dans 55,6 % des réponses. Ensuite, en deuxième et troisième places, ils citent les iPod (50,2 %) et les iPads (46,4 %). Les téléphones portables et les bornes d’achat occupent respectivement 38,2 % et 19,8 % des réponses. Nous constatons ainsi que la plupart des systèmes cités intègrent tous des écrans tactiles de technologie capacitive.

2.2.5. Analyses lexicale et thématique

57Il est intéressant de remarquer (Tableau 7, annexe 2) que contrairement au premier échantillon de 3e, le nouveau groupe d’élèves enquêtés emploie plus fréquemment les termes « information » et « données » (27 %). En ce sens, les termes renvoyant au processus de traitement de l’information tels que « programme », « logiciel », « application », « processeur », « unité centrale » et « cerveau » sont également plus présents dans les réponses de cet échantillon (voir Tableau 7 et Tableau 1).

58Les résultats de la deuxième étude corroborent également que le concept de capteur reste très présent dans les réponses des élèves de 3e (58,3 %). On constate aussi que les principaux phénomènes cités par les élèves pour rendre compte de la relation action/détection sont toujours la détection de la chaleur (21 élèves) et de la pression (17 élèves). Cependant, aucune explication des élèves de cet échantillon ne mentionne dans leurs réponses, des phénomènes électriques ou électrostatiques.

59Quant aux étapes explicitées par les nouveaux répondants (Tableau 8, infra), on s’aperçoit que, contrairement aux premiers résultats, leurs réponses prennent en compte les processus d’affichage ou Sortie, Traitement, et Transmission de l’information.

Tableau 8. Étude 2 : étapes

Tableau 8. Étude 2 : étapes

60Quant au schéma fonctionnel (Tableau 9, annexe 2), les nouvelles explications se focalisent davantage sur des schémas du type Action/Sortie (17,7 %), Action/Détection/Sortie (16,5 %), et Action/Détection (15,2 %). Le schéma fonctionnel du type Action n’apparaît dans cette étude que dans 8,9 % du total des réponses.

Des contre-exemples

61Nous trouvons dans cet échantillon que huit élèves (9 %) commencent leurs explications en tenant compte du fait qu’ils connaissent plus d’un type d’écran tactile. Prudemment contrasté avec l’échantillon des classes de 3e du premier questionnaire (1 %), ce résultat nous laisse penser que le fait d’avoir cité les écrans a eu un léger effet sur les réponses des élèves. Comme le montrent bien nos entretiens, c’est grâce à ce type de raisonnement, basé sur des contrexemples, que les élèves sont capables de faire évoluer leurs hypothèses.

3. Discussion

  • 4 Selon Osborne et Patterson (2011), deux caractéristiques essentielles de l’explication sont : l’exp (...)

62Rappelons que l’objectif principal de cette recherche était l’inventaire et la catégorisation des connaissances spontanées des élèves (3e / 6e) lors de l’explication4 du fonctionnement des écrans tactiles. Cet objectif peut-être décomposé en trois autres qui lui sont subordonnés : i) repérer le lexique et/ou des concepts utilisés par les enquêtés lors des réponses ; ii) déterminer les représentations explicitées par les élèves de l’objet-système numérique proposé et iii) délimiter l’écart de ces connaissances et représentations en fonction du parcours scolaire des élèves enquêtés – selon qu’ils sont dans le premier (6e) ou dans le dernier cycle du collège (3e).

63Avant de passer à la discussion des résultats, notons que sous l’apparente simplicité de l’activité proposée aux élèves – « Avec tes mots, essaie d’expliquer ... » – se cache dans les faits quelques exigences linguistiques et épistémiques non négligeables. Épistémiques parce que l’explication qu’ils doivent fournir doit rassembler l’ensemble des éléments qui clarifient l’existence de l’événement à expliquer (Osborne et Patterson, 2011) et linguistiques parce que l’explication doit respecter les deux dimensions fondamentales de l’argumentation : d’une part, la justification, c’est-à-dire le fait d’appuyer et de soutenir les arguments par des preuves, et la négociation interlocutoire, c’est-à-dire la prise de distance du locuteur vis-à-vis de son discours (Golder et Favart, 2003).

3.1. Résultats généraux

64Concernant l’analyse des élèves, l’étude met en évidence que pour eux, les phénomènes présents à l’interface des étapes Action / Détection sont compris comme étant rattachés principalement à la détection de chaleur, de pression, du mouvement et des empreintes des doigts. Aussi présentes, mais moins fréquentes, sont les hypothèses liées à la détection de l’humidité des doigts, des décharges électriques des doigts ou encore parce que les doigts tirent sur l’écran. Tenant compte de la variété des écrans tactiles existants, on peut dire que la plupart des idées citées par les élèves dans cette étude sont pertinentes ; il faudrait seulement déclarer les situations où elles sont opératoires.

65Les entretiens et les questionnaires montrent que les termes de capteur et de détecteur se trouvent presque exclusivement dans les explications fournies par les élèves de 3e. L’absence significative de ces termes chez les élèves des classes de 6e peut être expliquée par le fait que ces concepts appartenant au langage scientifique font ainsi objet d’enseignement : vraisemblablement, s’ils apparaissent fondamentalement dans les réponses des élèves de 3e c’est parce que ceux-ci ont déjà abordé ces notions en classe de technologie de 4e qui étudie le domaine d’application « La domotique ».

66En ce qui concerne uniquement les entretiens, nous pouvons signaler que la différence principale constatée entre les deux classes est de l’ordre du temps de production de réponses (plus ou moins) pertinentes. Tandis que les élèves de 3e sont capables d’énoncer plusieurs idées dès le début de l’entretien, les élèves de 6e doivent employer ce temps à écarter les évidences de la situation et l’ensemble d’arguments tautologiques auxquels ils pensent de prime abord, pour ensuite plonger dans le véritable enjeu de la question.

67Concernant cet aspect, et reprenant la distinction proposée par Sander (2008) entre la conceptualisation d’une notion et la conceptualisation des catégories de situation, la comparaison des productions écrites des deux classes (étude 1) montre que les élèves de 3e sont légèrement plus capables de mieux se représenter et de conceptualiser la situation énonçant ainsi plusieurs éléments de réponse. En effet, bien qu’exceptionnelles, parmi les réponses des 20 élèves qui tiennent compte du fait que la sensibilité des écrans tactiles n’est pas toujours liée à une même cause, c’est-à-dire qu’ils détectent soit la chaleur, soit la pression, 17 des répondants sont en 3e (étude 1). Cet écart entre la conceptualisation de la situation en fonction du niveau de scolarité a été également constaté lors de nos travaux préalables consacrés d’une part à la carte Navigo et à la technologie RFID (Lebeaume et Pérez, 2012 ; Pérez 2010, 2011).

3.2. Expliquer, rédiger et argumenter : des difficultés à prendre en compte

68De manière générale, l’analyse montre qu’une distinction à mettre en relief concernant les réponses des deux classes, est de l’ordre de la tâche prescrite par la consigne et de l’activité réellement accomplie par les élèves. Les faits montrent que, contrairement aux plus âgés, la plupart des explications écrites par les élèves de 6e ne répondent pas à la question « comment ça marche » mais « avec quoi ça marche ». Ainsi, 94 % des réponses de ces classes sont tautologiques, c’est-à-dire, constituées d’éléments de réponse implicites à la situation proposée. Est-ce une conséquence du décodage de la consigne ? S’agit-il d’une difficulté liée à l’exercice de la rédaction ? Ou bien, est-ce parce qu’ils n’ont pas les connaissances nécessaires pour répondre à la problématique ? Comme nous allons le voir dans la suite, ce genre de réponses, bien plus évidentes chez les élèves de 6e, est surtout à relier aux exigences de l’exercice de rédaction et aux conditions de passation du questionnaire.

69En effet, les résultats des entretiens laissent penser que ce résultat est fondamentalement lié à la difficulté des enfants lorsqu’ils doivent écrire, en quelques minutes, les arguments et les contre-arguments dont ils disposent pour défendre leurs raisonnements. Ainsi, l’analyse des 190 réponses écrites (étude 1, tous niveaux confondus) montre que 73 % des réponses sont tautologiques, du genre : « ça marche avec les doigts », « il faut toucher l’écran » ; c’est « avec l’électricité » ou c’est « parce qu’il y a des détecteurs ». Notons que d’une part, il s’agit d’une question dont les élèves ne connaissent pas la « vraie » réponse et, d’autre part, que ceux-ci se sentent dans l’obligation d’y répondre. Ils doivent de la sorte réfléchir et expliquer par écrit à propos d’une question à laquelle ils n’ont même pas pensé. Dans ces conditions, plus qu’une véritable pensée, c’est la représentation spontanée de la situation et la capacité de lier ces éléments qui prime.

70Ces résultats vont dans le sens de nombreux travaux mettant en évidence les difficultés que les élèves de collège rencontrent lorsqu’ils doivent produire un discours argumentatif en situation écrite (Golder et Favart, 2003 ; McNeill, 2011 ; Roussey, Akiguet, Gombert et Piolat, 1995). De plus, ces recherches montrent que i) l’argumentation écrite ne commence à être moyennement maîtrisée qu’à l’âge de 11 ans et ii) dans des situations de production écrite, il faut attendre 13-14 ans pour voir apparaître des textes réellement contre-argumentatifs. D’un point de vue méthodologique, cet aspect souligne l’importance des entretiens complémentaires dans l’étude des connaissances spontanées.

3.3. L’analyse systémique : études 1 et 2

71Est-ce que les explications des élèves attestent d’une analyse concernant le fonctionnement d’un système ? À la lumière de nos résultats, on ne peut pas répondre positivement à cette question. En effet, parmi les 190 élèves qui ont participé à la première étude, seulement 29 d’entre eux (15 %) tiennent compte des processus de transmission et de traitement de l’information. La plupart des réponses des élèves ne tiennent pas compte du fait que l’écran tactile fonctionne précisément parce qu’il fait partie d’un système où d’autres composants assurent son fonctionnement. Néanmoins, ce résultat n’est pas concluant et doit être mitigé à la lumière de la deuxième étude : la comparaison des résultats des deux études (questionnaire 1 vs. questionnaire 2) met en évidence l’effet de la formulation des questions posées aux élèves sur leurs réponses.

72En effet, nous constatons que la première formulation du questionnaire – comment ça marche un écran tactile ? – génère des réponses où les étapes traitement, transmission et affichage sont vaguement représentées : 17,4 % ; 10,5 % et 18,6 % respectivement. En revanche, ces étapes sont nettement plus présentes dans les réponses données par les élèves face à la deuxième formulation – que se passe-t-il quand on touche l’écran tactile ? : 63,3 % (sortie), 30,4 % (traitement) et 26,6 % (transmission). Tout semble indiquer, toutes choses égales par ailleurs, que la première formulation a biaisé les réponses des élèves et les a réduit à ne tenir compte que de ce qui se passe au niveau de l’écran : cette influence de l’énoncé sur la réponse donnée a déjà été soulignée par des auteurs qui montrent la variabilité des réponses des enfants en fonction de la formulation de la question (McNeill, 2011 ; Sander, 2008).

3.4. Lexique et concepts

73Un aspect auquel nous avons prêté une attention particulière est celui des mots ou des termes employés dans les récits des élèves. Sur ce point, la recherche confirme l’écart existant entre conceptualisation et lexicalisation, notamment lorsqu’il s’agit des productions discursives – orales et écrites – des élèves (Rozier et Viennot, 1991 ; Sander, 2008 ; Tiberghien, 2008 ; Weil-Barais et Goffard, 2005).

74Erickson (1985) montre ainsi que les élèves, tout en indiquant une compréhension très limitée, ne différencient pas conceptuellement les concepts de chaleur et de température. En effet, nous constatons que le concept de température est totalement absent des explications (écrites et orales) proposées par les élèves. En conséquence, lorsqu’ils veulent indiquer que l’action sur l’écran peut être une action thermique ou bien noter que l’écran est sensible à ce type de phénomènes, ils n’utilisent que le terme de chaleur : l’écran détecte la chaleur, c’est parce que les doigts sont chauds, l’écran est sensible à la chaleur, nous disent-ils. Ce type de réponses peut être expliqué par l’effet du langage courant (non scientifique) sur la conceptualisation des élèves.

75Tout semble indiquer que comme lors des échanges quotidiens les élèves sont habitués à des formules langagières désignant que certains corps sont plus chauds que d’autres, donc pour eux cela signifie que ces corps « contiennent » de la chaleur selon des degrés différents. Quant au concept de température, le langage quotidien lui réserve plutôt un usage lié à la description journalière du climat : il fait 15°C à Paris, par exemple. Par conséquent, les explications des élèves ne font apparaître que le terme de chaleur alors que celui de température n’est jamais utilisé. De ce fait, ils interprètent le fonctionnement de l’écran tactile en termes de « détection de chaleur ». Or, s’il est possible de détecter les variations de température d’un corps, il est impossible de détecter sa chaleur : les corps n’en possèdent pas et ce concept n’exprime qu’un processus de transfert d’énergie entre deux corps dont les valeurs de températures sont différentes.

76Cet écart conceptuel est également manifeste dans l’expression « chaleur humaine », employée tant dans les réponses des questionnaires que dans celles des entretiens. Cette expression dévoile, comme nous avons pu le constater lors des entretiens, que certains élèves pensent qu’il est possible de classer et de distinguer la chaleur en fonction des différents corps auxquels ils font référence. On s’est aperçu ainsi que quelques élèves différencient la « chaleur humaine » de la chaleur d’autres corps physiques. Par exemple, les élèves parlent de la chaleur du métal, de la chaleur du plastique, de la chaleur du chat, etc. En conséquence, ils repèrent dans les écrans tactiles autant de types de détecteurs de chaleur que de corps avec lesquels ils interagissent.

77Finalement, cet écart entre le lexique employé et les concepts auxquels ils renvoient, se manifeste également dans la formulation indistincte des élèves des mots tels que force et pression. Nous avons observé que dans leurs écrits, les élèves proposent aléatoirement des capteurs sensibles à la force et des capteurs sensibles à la pression exercée sur l’écran tactile. Ainsi, des entretiens de groupe révèlent que les trois mots sont indifférenciés (pression = force = toucher) rendant compte de leur non-maîtrise du concept de grandeur physique.

4. Conclusion

78Satisfaire la consigne donnée aux élèves dans notre recherche suppose en effet qu’ils aient des réponses pour : i) qu’est-ce que c’est que ça ; ii) qu’est-ce que je connais à propos de ça ; iii) quelles connaissances je trouve pertinentes pour expliquer ça. Ensuite, en ce qui concerne le questionnaire, ils doivent transcrire avec cohérence tous ces éléments sur le papier : rien de simple ! En effet, les résultats attestent qu’en ce qui concerne le premier point, les élèves n’ont pas de difficulté : ils savent tous ce qu’est un écran tactile. Néanmoins, les difficultés apparaissent lorsqu’ils doivent satisfaire et combiner les points deux et trois. Comment l’élève peut-il satisfaire ces points s’il est, éventuellement, pour la première fois en contact avec le sujet ? À ce point, nous ne pouvons qu’admettre qu’il revient principalement à l’enseignement de rendre possible ce premier contact.

79Pour ce faire, cette recherche doit être comprise comme une tentative de contribuer à la prise en charge des systèmes numériques contemporains dans l’enseignement de la technologie au collège. Elle s’inscrit ainsi dans la lignée des travaux en didactique s’intéressant à la correspondance situations-connaissances (Brousseau, 2007 ; Rogalski, 2007 ; Tiberghien, 2008 ; Vergnaud, 2007). Dans cette perspective, la plupart des recherches précédemment citées attestent que « les concepts se développent parce que les situations et les activités en offrent l’occasion […] ce sont donc les situations et les activités auxquelles les élèves sont invités par les situations, qui constituent la première et principale occasion de l’évolution des connaissances » (Boyer, 2000, p. 150).

80Ainsi, en tenant compte de la pluralité de propriétés, de concepts et de phénomènes devant être intégrés pour comprendre le fonctionnement des écrans tactiles, nous considérons que les résultats de notre recherche apportent également quelques éléments de réflexion allant dans la direction du décloisonnement des disciplines souhaité par les réformes de l’enseignement en France (Lebeaume et Hasni, 2010). Cela est d’autant plus nécessaire que « la refondation de l’enseignement risque de se heurter au problème majeur de la conception de la forme scolaire disciplinaire fondamentalement inscrite dans l’institution scolaire française » (Lebeaume, 2010, p. 61).

81En ce sens, les activités que nous avons proposées aux élèves lors des entretiens pour faciliter leurs démarches explicatives nous ont permis notamment d’explorer et de travailler sur un vaste champ conceptuel (pression, force, chaleur, température, détection, système, etc.). Ce type d’activité permet également de travailler sur la modélisation du fonctionnement de certains systèmes numériques (schéma fonctionnel), sur l’élaboration des hypothèses pertinentes, ainsi que sur les manipulations et les expériences qui permettraient de valider les hypothèses proposées par les élèves.

Annexe 1 : Tableaux correspondant à l’étude 1

Tableau 1 : Quelques mots du lexique des élèves (tous niveaux confondus)

Tableau 1 : Quelques mots du lexique des élèves (tous niveaux confondus)

Tableau 3 : Schéma fonctionnel (tous niveaux confondus)

Tableau 3 : Schéma fonctionnel (tous niveaux confondus)

Tableau 4 : Phénomènes (6evs. 3e)

Phénomènes 3e 6e
Composants. Élect. 3 19
Boutons 2 12
Capteurs/Détecteur 52 8
Chaleur 15 8
Information 9 2
Détection 1 7
Empreinte 5 4
Toucher doigts 32 47
Pression 17 2
Mouvement 10 1
Traitement 1
Transmission 7
Cont. .... ....

Tableau 6 : Schéma fonctionnel (6evs. 3e)

Schéma Fonctionnel 3e 6e
A/D 41 26
A 16 45
A/S 1 11
A/D/S 4 6
D 4 4
A/D/T/S 6 1
A/D/T 4
A/Tn 2 1
A/D/T/Tn/S 3
A/D/Tn 1
A/T 1 1
A/D/T/Tn 1
A/D/Tn/S 1

Annexe 2 : Tableaux correspondant à l’étude 2

Tableau 7 : Étude 2 (Lexique / Phénomènes)

Tableau 7 : Étude 2 (Lexique / Phénomènes)

Tableau 9 : Étude 2 (Schéma fonctionnel)

Tableau 9 : Étude 2 (Schéma fonctionnel)

Notes

1 Programme de collège, Bulletin officiel de l’éducation nationale, n° spécial 6 du 28 août 2008, p. 1.

2 Cité par Tiberghien (2008).

3 Les collèges, situés dans les Yvelines, sont classés « internat d’excellence ».

4 Selon Osborne et Patterson (2011), deux caractéristiques essentielles de l’explication sont : l’explanandum n’est à aucun moment mis en doute et l’explication doit être fondée sur la base de faits scientifiques.

Table des illustrations

Titre Tableau 2. Étapes prises en compte : toutes classes confondues
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Titre Tableau 8. Étude 2 : étapes
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Titre Tableau 1 : Quelques mots du lexique des élèves (tous niveaux confondus)
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Titre Tableau 3 : Schéma fonctionnel (tous niveaux confondus)
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Titre Tableau 7 : Étude 2 (Lexique / Phénomènes)
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Titre Tableau 9 : Étude 2 (Schéma fonctionnel)
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