L’enseignement et l’apprentissage du schéma de principe au premier cycle du secondaire général : analyse de pratiques de classe
p. 79-97
Texte intégral
1Les enseignants de secondaire au Québec, qui prenaient en charge des enseignements disciplinaires (écologie, biologie, physique, etc.) avant la mise en place des récents programmes, sont amenés avec ce dernier à enseigner des contenus scientifiques et technologiques intégrés : de la première à la quatrième année du secondaire, « le programme de science et technologie regroupe en une seule discipline cinq champs disciplinaires d’ordre scientifique (chimie, physique, biologie, astronomie, géologie) et divers champs d’applications technologiques accessibles par des repères culturels (la technologie de conception mécanique et les technologies médicales, alimentaires, minières, etc.) » (MEQ, 2004, p. 267). Les contenus du programme sont organisés en quatre Univers : Univers vivant, Univers matériel, Terre et espace, Univers technologique. La technologie qui était réservée dans les anciens programmes aux élèves de la 3e année du secondaire (programme de l’Initiation technologique), fait partie de la formation offerte à l’ensemble des élèves dans le cadre de la formation générale.
2Ce texte s’intéresse à la prise en charge par les enseignants d’un des contenus centraux de l’Univers technologique : le schéma de principe. Ce contenu n’est pas nouveau. Il faisait partie du programme précédent du cheminement général appelé Initiation à la technologie1 (MEQ, 1993), et il était associé à la démarche technologique. Celle-ci s’appuyant sur « la pratique d’une pédagogie dite de projet » (p. 7), visait à permettre aux élèves d’apprendre en fonction des stades interreliés qui caractérisent le processus de conception et de production d’un objet technique, à l’instar de ce qui se passe dans le monde industriel : a) l’identification d’un besoin qui conduit à la conception et à la construction d’un prototype ; b) l’essai du prototype ; c) la production ; d) la mise sur le marché. Le schéma de principe faisait partie du module de Conception mécanique. Il visait à permettre aux élèves d’expliquer le ou les principes mécaniques adoptés à la suite de leur interprétation du cahier des charges ; il devait aussi les conduire à proposer des solutions de construction et à les justifier.
3Dans la version initiale du programme de S&T du secondaire (MEQ, 2004), le schéma de principe était simplement évoqué à deux endroits dans la section réservée aux contenus : a) comme faisant partie des « concepts prescrits » en lien avec l’ingénierie, sans qu’il soit caractérisé ou situé en lien avec les autres contenus ou avec la démarche de conception technologique ; b) dans les « techniques »2 propres au champ technologique sous la rubrique de la communication graphique avec d’autres techniques (« dessin ; lecture de plans ; schématisation ; utilisation d’échelles ; utilisation d’instruments de dessin ») (MELS, 2006, p. 290).
4Dans le document intitulé Progression des apprentissages, produit récemment par le MELS – à la suite de nombreuses critiques – afin d’expliciter davantage les contenus du programme, les apprentissages attendus en lien avec le schéma de principe sont décrits en cinq points :
- Définir un schéma de principe comme étant une représentation permettant d’expliquer efficacement le fonctionnement d’un objet technique ;
- Associer aux éléments fonctionnels d’objets techniques le schéma de principe qui s’y rattache ;
- Expliquer le fonctionnement d’un objet technique simple en réalisant un schéma qui montre la ou les forces d’action ainsi que le ou les mouvements qui en résultent ;
- Nommer les parties essentielles (sous-ensembles et pièces) liées au fonctionnement d’un objet technique ;
- Indiquer certains principes des machines simples mis en évidence dans un objet technique (ex. : un levier dans une brouette et un coin dans une hache) (MELS, 2010, p. 30).
5En outre, comme tous les autres contenus, le schéma de principe doit être abordé en lien avec les trois compétences disciplinaires, dont la compétence méthodologique associée à la démarche de conception technologique (compétence 1).
6Si le programme vise à amener les élèves à apprendre la lecture des schémas de principe et des autres graphismes techniques (analyse du fonctionnement d’objets techniques) et à apprendre leur écriture (forme de dessin technique précédant le schéma de construction), il n’y a pas de prescription quant à la fabrication d’objets fonctionnels particuliers en lien avec ces apprentissages.
7Dans ce nouveau contexte éducatif, de nombreuses questions méritent d’être explorées par la recherche en lien notamment avec les programmes (leurs contenus, leurs visées, etc.), les manuels scolaires (contenus abordés et démarches d’enseignement apprentissages proposées), les pratiques d’enseignement privilégiées, etc.3 Dans ce texte, nous présentons les résultats d’une étude qui porte sur la manière avec laquelle des enseignants de secondaire prennent en charge l’enseignement du contenu technologique concerné par la problématique exposée en introduction : le schéma de principe.
1. Le schéma de principe : éléments constitutifs et fonctions
8Le schéma de principe fait partie de la famille des graphismes techniques définis comme des dispositifs sémiotiques (des codes) qui permettent de produire des représentations externes de réalités techniques (objets, système, processus, etc.) matérialisées graphiquement (Vérillon, 2001). De manière générale, les graphismes techniques ont fait l’objet de plusieurs études, surtout françaises, portant sur les différents enjeux de leur apprentissage (Doulin, 2001 ; Hamon, 2009 ; Lebeaume, 1999 ; Rabardel et Weil Fassina, 1987, 1992 ; Vérillon, 1996, 2001). De ces écrits, trois idées centrales nous semblent importantes à souligner du fait qu’elles s’appliquent au type de schéma abordé dans notre étude.
9Premièrement, si tout graphisme a une fonction d’illustration, car il est une représentation d’un objet ou d’un système technique, les graphismes techniques se distinguent par une centration sur la réalisation des tâches techniques sur l’objet schématisé dans un cadre de travail ou de formation (Rabardel et Weill-Fassina, 1992). Par exemple en électricité, les schémas blocs, indiquant les principaux modules d’un appareil électrique, sont un outil nécessaire à l’ingénieur de conception. Le schéma électrique permet au technicien d’analyser et de décrire dans le détail le fonctionnement de l’appareil. Le schéma de câblage, présentant tous les éléments, leurs liaisons et leur disposition, est destiné à ceux qui implanteront les composants et feront le câblage (Ibid.). Rabardel et Weill-Fassina (1992) montrent en ce sens que les graphismes techniques sont en fait des langages opératifs qui ont pour fonctions : i) la production de figures graphiques servant à anticiper l’objet lors de la conception ; ii) l’utilisation dans des tâches relatives à l’objet (fabrication, montage, maintenance) ou relatives à une transformation de l’information (produire un autre dessin, transcrire l’information dans un autre code) (Ibid.). Considérés ainsi, ils sont un moyen de communication qui agit comme médiateur entre deux individus (outil de communication) ou entre l’individu et l’objet référent en ce sens qu’il est une représentation du réel selon un point de vue particulier (Géronimi, De Vries, Prudhomme et Baillé, 2005).
10Deuxièmement, lors de l’apprentissage de l’usage et du décodage de ces graphismes, plusieurs travaux mettent en évidence la multiréférentialité des champs impliqués. En effet, les problèmes que pose la manipulation de ces graphismes ne se limitent pas à une identification des formes, mais sont essentiellement liés à leur interprétation en fonction des exigences de la situation représentée. Par exemple, dans le cas de la lecture et de l’écriture du dessin technique Rabardel et Weill-Fassina (1987, 1992) et Vérillon (1996) montrent que les connaissances mobilisées relèvent de trois champs conceptuels4 : le technologique, le sémiologique et le géométrique. Le champ technologique renvoie aux connaissances des objets techniques, des techniques et des modes de production. La dimension sémiologique ou le code est l’ensemble des signes et de leurs significations ainsi que les règles qui régissent leurs relations. Finalement, la géométrie renvoie à tous les aspects de l’analyse de la représentation géométrique des artefacts (représentation des formes d’objets techniques réels en fonction de solides géométriques de référence : sphère, cône, cylindre, tore ; les propriétés géométriques des différentes formes, etc.) (Vérillon, 1996, 2001). Si le schéma de principe n’engendre pas la composante géométrique, les difficultés de la description précise du système ou de la partie du système qu’il représente sont à prévoir.
11Troisièmement, si les graphismes techniques se caractérisent par leur diversité, il est important de ne pas perdre de vue que chaque graphisme s’inscrit dans la culture technique du champ qui lui a donné naissance et possède une fonctionnalité particulière. En ce sens, dans une enquête sur les graphismes techniques, Doulin (2001) identifie six grands domaines sources : mécanique, électrotechnique, électronique, informatique, automatique et pneumatique. Or, si on considère que chaque domaine a sa propre logique pour représenter ses systèmes réels, on peut saisir la difficulté de l’intégration dans l’enseignement de cette grande diversité des structures des graphismes techniques.
12Quelles sont les spécificités du schéma de principe dans les graphismes techniques ? Un schéma de principe représente les composantes principales et les liaisons importantes de l’objet ou du système. Sa présentation peut comporter plusieurs schémas de complexité croissante. Comme toute représentation schématique, il ne faut pas perdre de vue que la structure d’un schéma de principe est une simplification de la réalité qui permet de distinguer l’essentiel de l’accessoire. Selon Reynolds (1995), lors de la présentation d’un schéma de principe, « les deux écueils à éviter sont l’excès de simplification qui dénature la réalité et l’excès de complexité qui la rend inintelligible. La démarche doit donc être itérative » (Ibid., p. 2). De plus, ce schéma se distingue de la plupart des dessins par un moindre souci de rigueur graphique. Il est souvent fait à main levée et peut faire appel à des codes ou symboles qui, rappelons-le, dépendent du domaine considéré (mécanique, électrique, électronique, etc.). Sa mise en forme ultérieure ne vise qu’à améliorer la reproduction du document. Si un dessin technique permet une représentation spatiale des formes géométriques exactes, des dimensions et des spécifications fonctionnelles d’un objet technique, le schéma de principe est moins normalisé (à la différence du schéma cinématique) et décrit le fonctionnement de l’objet.
13Terminons en rappelant que lorsqu’il s’agit de l’enseignement et de l’apprentissage du schéma de principe, la prise en considération des repères qu’il faut observer pour saisir les graphismes techniques (Hamon, 2009) amène à examiner un ensemble de questions (tableau 1).
Tableau 1 : Points de repère à considérer pour aborder la notion de schéma de principe (adapté de Hamon, 2009)
| Points de repère à considérer pour aborder la notion de schéma de principe | |
| Quoi ? | Un schéma de principe est un outil permettant de décrire le fonctionnement d’un objet ou d’un système réel ou imaginé. |
| Pourquoi ? | Pour communiquer et s’assurer de la conservation de l’information. |
| Comment ? | À l’aide de figures réalisées à main levée en ayant recours à des symboles. |
| Par qui ? | Les concepteurs qui imaginent et conçoivent des systèmes. |
| Pour qui ? | D’autres concepteurs ou des opérateurs qui mettent en œuvre le système. |
| Où ? | Principalement dans le domaine des génies techniques (génie mécanique, électrique, civil, etc.). |
| Quand ? | Surtout au début du cycle de vie d’un produit (conception). |
14Considérant les éléments que nous venons de rappeler au regard des graphismes techniques, d’une part, et les orientations du programme québécois d’autre part, l’analyse de ce qui se passe en classe lors de l’enseignement et de l’apprentissage du schéma de principe doit tenir compte de ces deux champs de référence : le cadre conceptuel concernant les graphismes techniques et la prescription du Programme de formation de l’école québécoise (sur laquelle les enseignants sont supposés s’appuyer dans leur enseignement). Deux dimensions d’analyse du schéma de principe sont ainsi importantes à considérer : les éléments caractéristiques de ce dernier (ex. : quels sont les éléments qui le composent et comment les représenter ?) ; ses fonctions (ex. : quel est son rôle dans la compréhension de la structure et du fonctionnement des objets technologiques et dans la démarche de conception ?).
2. Cadre méthodologique
2.1. Contexte
15Les données considérées ici sont issues des travaux que nous menons depuis 2005 dans le cadre de deux projets en partenariat avec une dizaine de commissions scolaires sur les pratiques d’enseignement en S&T et mathématiques (M) et sur le développement des compétences professionnelles des enseignants (Hasni, 2011). Les enseignants volontaires qui participent à ces travaux acceptent la réalisation de recueils de données dans leurs classes sur différents objets d’enseignement en S&T et en M de leur choix. Ces données sont utilisées autant pour des fins de recherche que pour des fins de formation (analyses réflexives par les enseignants de leurs pratiques en présence de pairs, de conseillers pédagogiques et de chercheurs universitaires).
16Dans la banque de données disponible, dix séquences d’enseignement ont abordé directement l’enseignement du schéma de principe (tableau 2).
Tableau 2 : Bref aperçu sur les séquences d’enseignement concernées par l’étude
| Enseignants | Contenu du cours |
| Marc | Contenus abordés dans le cadre d’un projet visant la conception et la fabrication d’un véhicule se déplaçant à l’aide du vent (6 périodes, 5 pour Sylvain) |
| Charles | |
| Marcel | |
| Sylvain | |
| Jules | Contenus associés à la conception et à la fabrication d’une fusée à eau (5 périodes) |
| Olivier | Contenus associés à un projet interdisciplinaire S&T et Éducation physique et à la santé : fabrication d’une boîte en format géant sur laquelle sont indiquées des informations sur les activités physiques (5 périodes) |
| Luc | Contenus dans le cadre d’un cours sur les forces et mouvements (3 périodes) |
| Antoine | Contenu associé à un projet interdisciplinaire visant l’analyse d’objets techniques : planche à neige, patins et skis (6 périodes, 5 pour Jacques) |
| Carol | |
| Jacques |
2.2. Les données analysées
17Les données analysées en lien avec les séquences d’enseignement considérées proviennent de trois sources.
181) L’observation du déroulement de périodes de cours en classe (par enregistrement vidéo)5.
192) Les données d’entrevues : chaque enregistrement vidéo est précédé d’une entrevue (pré) qui permet de recueillir des informations sur les périodes enregistrées, mais également sur celles qui les précédent et celles qui leur succèdent. Cette entrevue inclut des questions qui renvoient à quatre dimensions visant la description des pratiques d’enseignement (Hasni, 2005 ; Lebrun et Hasni, 2006 ; Lenoir et al., 2007) et qui s’inspirent, d’une part, des travaux qui portent sur les pratiques d’enseignement en général (Bru, Altet et Blanchard-Laville, 2004 ; Lenoir et al., 2002) et, d’autre part, de divers travaux portant sur les pratiques de classe du point de vue des savoirs disciplinaires (Roth et al., 2006 ; Tiberghien et al., 2007). Les questions de l’encadré 1 illustrent les dimensions retenues.
Encadré 1. Les quatre dimensions considérées dans les entrevues pré-enregistrement
a) Quoi enseigner ? Exemples de questions : Quels sont les savoirs ou les contenus disciplinaires que vous souhaitez que les élèves apprennent dans le cours qui sera enregistré ? Que souhaitez-vous que les élèves retiennent de ces contenus ? Est-ce que les contenus visés dans le cours qui sera enregistré présentent des difficultés pour vos élèves ? Et pour vous ? Si oui, lesquelles ?a
b) En se basant sur quelles démarches ou approches (comment) ? Exemples : Pourriez-vous nous décrire le déroulement de la période qui sera enregistrée, en précisant vos tâches et les tâches que les élèves auront à réaliser en lien avec les apprentissages visés ? Parmi ces tâches, lesquelles vous semblent mieux favoriser les apprentissages des élèves ? Pourquoi ?
c) En lien avec quelles visées éducatives (pourquoi) ? Exemples : Pourquoi le recours aux démarches et aux approches retenues ?
d) En recourant à quelles ressources didactiques (avec quoi) et comment ? Exemples : Quel matériel didactique avez-vous utilisé pour la préparation et pour l’enseignement de ce cours ? Quelle composante de ce matériel didactique avez-vous utilisé et comment l’avez-vous utilisé ?
a. Considérant que nos recherches dans les classes ne ciblent pas des contenus particuliers, mais dépendent de ce que les enseignants acceptent de nous présenter, les questions d’entrevue sont formulées de manière générale (les contenus enseignés).
20En outre, chaque enregistrement est suivi d’une entrevue post, composée de questions qui visent à obtenir une rétroaction « à chaud » sur le cours enregistré.
213) Les planifications écrites des enseignantes, lorsqu’elles sont disponibles, ainsi que des copies de travaux d’élèves, lorsque les enseignants acceptent de les remettre.
3. Principaux résultats
22En lien avec le cadre d’analyse, les résultats sont présentés avec les deux principales dimensions : les fonctions et les éléments constitutifs du schéma de principe. Ces deux sections sont précédées par la présentation de la place accordée dans les séquences analysées, au schéma de principe ; elles sont suivies par une section qui résume les difficultés que les enseignants disent avoir rencontrées lors de l’enseignement du schéma de principe.
3.1. Place du schéma de principe dans la démarche technologique
23L’analyse des entrevues pré, en considérant les contenus et les intentions annoncés par les enseignants montrent que :
24a) pour sept enseignants, le schéma de principe fait pour la première fois l’objet d’un apprentissage ; pour les trois autres, il a déjà été abordé auparavant ;
25b) si pour certains enseignants le cours vise surtout à faire apprendre le schéma de principe, pour d’autres, celui-ci accompagne aussi l’enseignement et l’apprentissage des contenus associés aux forces et mouvements : leur signification et la manière de les distinguer et de les représenter. Les extraits suivants des entrevues pré illustrent cette orientation :
« (Les élèves) doivent faire des dessins techniques, comme le schéma de principe et le schéma de construction. Donc, (ils) ont ça à apprendre. J’ai fait un mini cours théorique là-dessus… » (Olivier) ;
« Ce que je veux qu’ils retiennent vraiment : comment on fait sur un schéma de principe ? Qu’est-ce qu’on met sur un schéma de principe ? » (Jules) :
« J’aimerais qu’ils comprennent en fin de compte, qu’est-ce que les mouvements de rotation, de translation, qu’est-ce qu’une force » (Marc) ;
« Je vise à ce qu’ils aient bien détaillé les mouvements de rotation et de translation. Donc, les mouvements dans le schéma de principe, les forces qui s’appliquent également, puis, s’ils sont en mesure de me définir le schéma de principe » (Charles).
26Les dix enseignants abordent le schéma de principe en lien avec les concepts de force et de mouvement et, par conséquent, avec le génie mécanique. Dans six cas, les projets vont de la conception à la réalisation (construction) et, parfois, à l’essai dans le cadre d’une compétition ; dans trois autres cas, le schéma de principe est associé à l’analyse d’un objet technique. Dans tous ces cours, ce contenu est traité dans le cadre d’une séance ou deux lors des premières périodes (au début de la phase de conception ou de l’analyse technique).
3.2. Les fonctions associées au schéma de principe
27Nous avons dégagé les fonctions associées au schéma de principe en considérant les principaux indicateurs suivants lors de l’analyse des entrevues et de déroulement des cours en classe (enregistrements vidéo) : a) le rôle associé au schéma de principe en lien avec la démarche de conception technologique (ex. : comprendre le fonctionnement d’un objet technologique ; concevoir un objet ; etc.) ; b) destinateur et destinataire (Vérillon, 2001) ; c) l’utilisation faite par les élèves ou les autres destinataires des traces produites.
28L’extrait suivant, tiré des consignes qu’un enseignant donne aux élèves avant de commencer l’élaboration du schéma de principe, permet d’illustrer la nature des données que nous avons utilisées afin de caractériser les fonctions associées au schéma de principe :
« Donc le projet, c’est une petite voiture qu’il faut construire. Mais avant de construire la petite voiture, vous devez travailler dans le document que je vais vous passer (l’enseignant montre aux élèves le document qu’il a dans sa main). Concevoir une voiture, ce n’est pas seulement prendre le matériel puis la faire. Il y a plusieurs étapes avant d’y arriver. Aujourd’hui, c’est la première étape […] ; à la page numéro 5, c’est ce que vous allez pratiquer aujourd’hui : le schéma de principe6. J’ai une feuille à part. Je vais vous donner un document, une feuille, que vous allez faire avec votre équipe sur (le projet). Vous allez travailler là-dessus aujourd’hui, sur le schéma de principe. Je ramasse la feuille à la fin de la période (pour évaluation). Et, au prochain cours, je vais vous faire un retour sur le schéma de principe pour voir si vous avez bien compris ce qu’est un schéma de principe avant que vous fassiez celui de votre véhicule. Vous allez voir, celui de votre véhicule est un peu plus compliqué mais si vous avez bien compris comment faire un schéma de principe, ca devrait bien aller » (Classe de Marc). L’enseignant ajoute plus tard : « le schéma de principe de votre véhicule va être un petit peu plus compliqué et c’est là-dessus que l’évaluation compte le plus » (Marc).
29Dans cet extrait, l’enseignant explique aux élèves qu’ils ont à préparer en équipe (destinateurs) un schéma de principe qui sera remis à l’enseignant (destinataire) pour évaluation (utilisation prévue des traces). Ce schéma servirait aux élèves qui l’ont produit (aussi destinataires) d’exemple pour produire un deuxième, qui lui servira de préalable à la construction de leur véhicule (rôle dans la démarche de conception).
30D’autres échanges dans la classe entre le professeur (P) et les élèves (E) permettent d’avoir davantage d’informations sur la fonction du schéma de principe à faire apprendre à ces derniers : une représentation de l’idée de départ qu’on se donne de l’objet à construire (le véhicule) :
P : Quand vous allez faire votre schéma de principe, de votre véhicule, vous allez imaginer votre véhicule, vous le dessinez, vous mettez tout ce que comporte votre schéma de principe. Si à la fin, votre véhicule ne ressemble pas à votre schéma de principe, est-ce que c’est grave ?
E1 : Non
E2 : Oui
P : Est-ce que vous allez devoir refaire votre schéma de principe ?
E3 : Non, oui, euh… ?
P : Qui a dit oui ? Qui dit non ? Qui dit je ne le sais pas ? Vous n’avez pas à refaire votre schéma de principe. Le schéma de principe c’est votre idée de départ. Si vous faites votre idée de départ et qu’il (le véhicule) n’avance pas, bien, c’est normal, vous allez modifier votre véhicule. Vous n’allez pas modifier votre schéma de principe. Le schéma de principe, je veux voir votre idée de départ seulement (classe de Marc).
31Ce sont les données issues de la classe de Marc qui nous ont servi jusqu’ici à illustrer la manière avec laquelle la fonction du schéma de principe est considérée dans l’analyse des données. Le tableau 2 présente une synthèse des résultats qui concernent les 10 enseignants.
Tableau 2 : Fonctions associées au schéma de principe
| Enseignants | Indices associés aux Fonctions du schéma de principe | |||
| Destinateur | Destinataire | Rôle du schéma de principe dans la démarche de conception | Usage faits des traces des élèves | |
| Marc | Équipe de deux élèves | Mêmes élèves Enseignant | Représenter l’idée de départ du véhicule à concevoir | Évaluation |
| Charles | Équipe de deux élèves | Mêmes élèves Enseignant | Représenter le véhicule | Évaluation |
| Marcel | Équipe de deux élèves | Mêmes élèves Équipe des deux élèves Enseignant | Représenter le véhicule | Évaluation |
| Sylvain | Équipe de deux élèves | Équipe des deux élèves Enseignant | Représenter le véhicule | Évaluation |
| Jules | Équipe de quatre élèves | Équipe des deux élèves Enseignant | Représenter le véhicule | Évaluation |
| Olivier | Équipe de deux élèves | Enseignant | Non précisé | Évaluation |
| Luc | Élèves, individuellement | Pour lui-même | Représenter les forces et les mouvements dans un objet | Complément de notes de cours |
| Antoine | Un élève de chaque équipe de deux | L’autre élève de la même équipe | Comprendre l’idée d’un autre concepteur | Support pour échanger sur les règles et les conventions en technologie |
| Carol | Un élève de chaque équipe de deux | L’autre élève de la même équipe | Comprendre l’idée d’un autre concepteur | Support pour échanger sur les règles et les conventions en technologie |
| Jacques | Un élève de chaque équipe de deux | L’autre élève de la même équipe | Comprendre l’idée d’un autre concepteur | Support pour échanger sur les règles et les conventions en technologie |
32Dans la plupart des cours analysés (les sept premiers), le schéma est destiné aux mêmes élèves qui l’ont élaboré (comme étape préalable à la construction) et à l’enseignant pour fin d’évaluation. Dans ces cours, la fonction de communication du schéma de principe n’a été abordée ni par le biais de son usage par un destinataire censé le lire (pour comprendre le fonctionnement de l’objet ou pour la poursuite du processus de production) ni par des explications de la part des enseignants. Il joue simplement le rôle d’un « préalable » à la construction. Les trois enseignants qui ont utilisé le schéma de principe dans le contexte d’analyse d’un objet technique (Antoine, Carol, Jacques) ont partiellement évoqué cette fonction, puisque les élèves étaient invités à échanger leurs schémas, en simulant une étape préalable à la construction : chaque destinataire (un autre élève de sa propre équipe ou de la classe) est invité à vérifier la compréhension des règles et conventions utilisées par le destinateur. L’extrait suivant illustre la manière avec laquelle s’est concrétisée cette intention en classe.
P : La première chose que vous allez faire c’est sortir un cahier Canada. Ok, donc, si tu n’as pas de cahier Canada, ça te prend des feuilles de cartable. Prenez une page neuve, s’il vous plaît. Donc, une page neuve, vous pouvez inscrire la date, aujourd’hui on est le 22 février. Donc, tout le monde a un crayon à mine, ça va aller mieux. Vous allez voir, quand je vais avoir fini de donner mes explications, vous allez avoir jusqu’à trois heures et dix pour faire un schéma qui représente votre objet. Donc, admettons que moi je suis en équipe avec mon ami imaginaire, que notre sport, le sport qu’on a choisi est la planche à neige, bien là on va devoir décider : là, moi je vais prendre « planche à neige » et demi-lune, puis mon ami imaginaire va prendre slalom géant. […] Vous allez choisir une fiche en particulier. Une fois que vous avez déterminé qui fait quoi, qui choisit quelle fiche, vous allez chercher votre fiche. On a ici la planche à neige (l’enseignant se déplace vers les fiches qui se trouvent au fond de la classe ; il pointe deux piles de feuilles) ; le ski est là (il montre des feuilles qui se trouvent hors champ) ; puis, les patins sont en arrière (il pointe le fond de la classe). Ok ? Donc, vous allez avoir jusqu’à trois heures et dix pour faire un schéma, un plan, un dessin qui représente votre objet. Je ne vous donne pas plus de consignes que ça ; c’est la seule consigne, c’est faire un dessin, un schéma, qui représente le mieux possible ton article, ton équipement sportif.
P : Ok. Là, ce que vous allez faire ; ce que vous allez faire là, on écoute
E2 : Je ne sais pas quoi faire…
P : On arrête ce qu’on est en train de faire, vous allez échanger vos schémas. Là tu n’es pas obligé d’échanger avec ton coéquipier avec qui tu travailles en équipe, ce n’est pas grave. Même si tu échanges un patin avec une planche, ce n’est pas grave. Je veux juste que tout le monde se retrouve avec le schéma, le dessin de quelqu’un d’autre. Tout le monde change de dessin. Go !
P : Maintenant! Là, vous regardez le dessin que la personne a fait, puis j’ai des petites questions à vous poser. Ok. Donc, imaginez que vous travaillez pour, euh je ne sais pas moi, la compagnie Burton, pour Rossignol ou pour Bauer qui font des articles de sports comme des patins, des skis, des planches à neige. Ok ? Vous autres, vous travaillez à l’usine où vous fabriquez ces objets-là. Donc, mettons qu’un ingénieur designer vient vous donner le schéma que vous avez dans les mains, le dessin, êtes-vous capable, pensez-vous être capables de fabriquer cet objet-là avec les informations que vous avez ? Si oui, dites-moi pourquoi, si non, dites-moi aussi pourquoi. (Classe d’Antoine).
33Cet extrait, tout en illustrant la manière avec laquelle est introduit le concept de schéma de principe, met en évidence des sources potentielles de difficultés pour les élèves : le recours aux notions de schéma et de dessin de façon interchangeable ; le peu de temps dont disposaient les élèves (environ 10 minutes) ; la complexité de la tâche (utilisation d’objets technologiques complexes au lieu de certains de leurs composants) ; etc. Cette situation présentait cependant un potentiel important, peu exploité, pour amener les élèves à dégager des questions importantes en lien avec le schéma de principe que l’enseignant pourrait traiter par la suite : pourquoi a-t-on besoin de règles conventionnelles ? À quoi servent-elles ? ; Est-ce que tous les champs technologiques ont les mêmes règles ? Que doit-on mettre dans un schéma de principe et pourquoi ? Doit-on respecter les dimensions (et l’échelle) ou tenir compte uniquement des composants de l’objet et de leur fonctionnement ? S’agit-il d’un schéma ou d’un dessin ? etc.
34La suite du cours permet de comprendre la manière avec laquelle l’enseignant a continué l’exploitation de cette situation. D’abord, il demande aux élèves ce qu’ils pensent des dessins de leurs camarades. Les réponses des élèves étaient orientées surtout sur l’absence des dimensions (échelle, cotation) des objets. Cette discussion n’a pas été ré-exploitée par la suite par l’enseignant qui finit cette activité par l’intervention suivante :
P : Ok. Ok. Donc, là, je ne vous avais pas donné de consignes. Je ne m’attendais pas à ce qu’il arrive des miracles, puis que vos dessins… j’aurais été surpris que vos dessins soient parfaits puis que ça soit exactement ce qu’on veut. Ok. C’était… le but c’était de vous faire prendre conscience que quand on fait un schéma, dans le but de fabriquer un objet ou de représenter un objet, bien, il y a des caractéristiques qu’il faut absolument mettre sur notre dessin puis c’est ça qu’on va voir. Là vous pouvez reprendre votre document. Vous reprenez votre cahier, votre feuille... Là, ce que je vais vous distribuer (il fouille dans des documents déposés sur son bureau, regarde la classe, prend une pile de documents et montre à la classe un document en particulier), c’est un document que je vous prête puis ça représente les deux types de schémas. Donc, vous n’en avez jamais entendu parler, on n’en a jamais fait, ça se peut qu’au début vous trouviez ça quand même assez ardu, complexe, parce que c’est plein de nouveaux termes, des symboles. Je vais commencer par vous montrer un seul type de schéma. Si on a le temps, on verra l’autre.
L’enseignant projette ensuite une présentation PowerPoint sur les différents symboles utilisés pour faire un schéma de principe.
35Cet extrait illustre deux problèmes associés à l’apprentissage du concept de schéma de principe :
361) Si la prise de conscience recherchée par l’activité vise à mettre en évidence l’importance de la prise en compte de certaines caractéristiques dans la communication graphique, la manière dont l’enseignant conduit les échanges réduit ces caractéristiques aux dimensions des objets et non à leur fonctionnement. L’enseignant ne relie pas le schéma de principe à son rôle pourtant essentiel au moment de la conception. Il a surtout parlé de fabrication.
372) Tout se passe comme si le schéma de principe et le schéma de construction sont équivalents aux yeux de l’enseignant.
3.3. Les éléments constitutifs du schéma de principe
38Lorsqu’on considère le déroulement des cours du point de vue des dimensions traitées du schéma de principe, on remarque qu’à l’exception d’Olivier, l’ensemble des enseignants ont traité du schéma de principe du point de vue de la représentation des forces et des mouvements dans un système. Ce résultat est d’ailleurs prévisible si l’on considère les intentions des enseignants relativement aux aspects essentiels qu’ils souhaitaient que les élèves retiennent de la notion du schéma de principe (tableau 3). En effet, l’analyse de ces intentions montre que cette notion est étroitement liée à la représentation des forces et des mouvements dans un système. L’extrait suivant de la classe d’Antoine illustre cette orientation :
P : Ok. Donc, première chose qu’on doit retrouver dans un schéma de principe (l’enseignant fait apparaître sur l’écran blanc un schéma de principe) c’est les différentes pièces. Donc, les pièces sont toujours indiquées par une couleur différente. Donc, si je prends l’exemple d’une paire de ciseaux (il montre une paire de ciseaux) bien, j’ai la lame supérieure, la lame inférieure, puis j’ai mon pivot, ou il y en a qui vont dire un rivet qui fixe mes deux lames ensemble, qui tient mes deux lames. (…) Si vous regardez, dans le petit carré « forces et mouvements » (il montre aux élèves le document) vous voyez que les mouvements, c’est juste des petites flèches comme ça (il pointe l’écran blanc) tandis que les forces, c’est des flèches qui sont plus larges (il change d’image sur l’écran blanc). Là, j’ai essayé de vous trouver tous les mouvements possibles pour les mettre dans mon petit PowerPoint, mais je ne les ai pas trouvés, ce qui fait que les autres je vais les dessiner au tableau.
Tableau 3. Principaux aspects du schéma de principe traités en classe
| Enseignants | Aspects du schéma de principe traités en classe |
| Marc | Comment représenter les forces et les mouvements ? |
| Charles | Comment représenter les forces et les mouvements ? |
| Marcel | Qu’est qu’un schéma de principe ? Qu’est-ce qu’une force ? Qu’est-ce qu’un mouvement ? Comment représenter les forces et les mouvements ? |
| Sylvain | Comment représenter les forces et les mouvements ? |
| Jules | Qu’est qu’un schéma de principe ? Qu’est-ce qu’une force ? Qu’est-ce qu’un mouvement ? Comment représenter les forces et les mouvements ? |
| Olivier | Qu’est qu’un schéma de principe ? |
| Luc | Qu’est qu’un schéma de principe ? Qu’est-ce qu’une force ? Qu’est-ce qu’un mouvement ? Comment représenter les forces et les mouvements ? |
| Antoine | Quelle est la fonction d’un schéma de principe ? Comment représenter les forces et les mouvements ? |
| Carol | Quelle est la fonction d’un schéma de principe ? Comment représenter les forces et les mouvements ? |
| Jacques | Quelle est la fonction d’un schéma de principe ? Comment représenter les forces et les mouvements ? |
3.4. Difficultés associées à l’enseignement et à l’apprentissage du schéma de principe
39Les modalités de la prise en charge de l’enseignement du schéma de principe sont à mettre en relation avec les difficultés que les enseignants disent avoir avec l’enseignement technologique. Lors des entrevues pré et post enregistrement, deux enseignants seulement (Sylvain ; Jacques) disent ne pas avoir, comme enseignants, de difficultés associées à l’enseignement du schéma de principe ; les huit autres disent que l’une de leurs principales difficultés réside dans le manque de maîtrise des contenus associés au schéma de principe et au schéma de construction :
« C’est un contenu que je n’ai jamais enseigné et que je n’avais pas, non plus, dans ma formation de sciences. Ce sont des choses qu’on n’a jamais vu. Mon chum m’a aidé un peu parce qu’il aime bien ça » (Jules) ;
« C’est certain que (pour) le schéma de principe… je vois ça avec mes groupes de 1 ou de 2 ; donc, je (deviens) pas si pire, mais… le dessin, pour moi, je pense que je trouve ça plus difficile que les élèves, la partie dessin » (Marc) ;
« Schéma de principe, schéma de construction …, je me sens un peu moins à l’aise avec ça. Mais, c’est plus technologique. Donc par le biais du manuel j’ai essayé de comprendre ce que ça voulait dire » (Olivier) ;
« Pour moi, je ne suis pas encore très à l’aise avec cette matière-là, parce qu’avant, je n’avais pas à l’enseigner » (Luc) ;
« Bien ce ne sont pas les contenus dans lesquels je suis le plus à l’aise » (Carol).
40Les enseignants, dans leurs entrevues, ont cependant tous rapporté que les élèves font face à des difficultés lors de l’apprentissage du schéma de principe. Quatre principales catégories de difficultés ont été rapportées par les enseignants (tableau 4).
41La plupart des répondants ont évoqué des difficultés qu’on pourrait associer au champ de référence. Il s’agit essentiellement du repérage sur les objets technologiques (leurs schémas) des forces appliquées et des mouvements, comme l’illustrent les extraits suivants tirés des entrevues (pré et post) avec les enseignants :
« Bien, je pense que l’univers technologique pour les élèves, avec tout ce que ça implique (comme) les forces et les mouvements... Quand je leur ai expliqué, j’ai vraiment vu dans leurs yeux que ce n’était pas quelque chose de facile » (Luc) ;
« Pour l’épingle à linge, ça devrait bien aller parce qu’ils ont un modèle de toutes les façons... Normalement, ils comprennent bien les mouvements et où est-ce qu’on met la force. Mais, avec (le projet à réaliser), est-ce qu’ils vont comprendre d’où provient la force ? Je me pose la question » (Marc) ;
« Je pense qu’ils vont avoir de la misère à distinguer force et mouvement. Ça, c’est ce que moi, j’anticipe » (Marcel) ;
« C’est clair. C’est sûr, juste le fait que les forces, les mouvements, c’est nouveau pour eux, et on le voit comme on le survole, c’est très rapide…, bien ça, ça va être difficile pour eux » (Antoine).
« C’est sûr que forces et mouvements, c’est nouveau. Donc, j’appréhende que ça sera être très difficile. Où doit être appliquée la force sur l’objet et les mouvements que peut faire l’objet ? Ça, j’appréhende que ça va être difficile » (Carol).
Tableau 4. Les difficultés des élèves attendues par les enseignants en lien avec le schéma de principe
| Enseignant | En lien avec les éléments constitutifs | En lien avec les fonctions du schéma de principe | Autres | |
| Le champ de référence | Le code sémiotique (règles et conventions) | L’Univers technologique en général | ||
| Marc | x | x | ||
| Charles | x | x | ||
| Marcel | x | |||
| Sylvain | x | |||
| Jules | x | |||
| Olivier | x | |||
| Luc | x | x | x | |
| Antoine | x | |||
| Carol | x | |||
| Jacques | x | x | ||
42Certaines des difficultés des élèves attendues par les enseignants renvoient aussi au code sémiotique :
« bien ça, ça va être difficile pour eux… tous les symboles aussi… les types de pivots, et ces choses-là, ça c’est assez complexe » (Antoine) ;
« ça va être difficile de tous les retenir par exemple ; parce qu’il y a beaucoup de règles d’écriture et d’application » (Jacques).
43Deux enseignants ont aussi évoqué des difficultés associées à la compréhension des fonctions du schéma de principe :
« Je pense qu’ils ne voient pas tous les tenants et les aboutissants, à quoi ça sert, même si j’ai tenté de leur expliquer. Je pense que c’est abstrait pour eux de comprendre les trois documents qu’on utilise en ingénierie » (Luc) ;
« Mais, dans un cas où c’est moins technique, des fois, ils peuvent même avoir de la misère, je pense, à savoir pourquoi on a besoin de ça » (Marcel).
44Par ailleurs, trois enseignants (Sylvain, Olivier, Luc) parlent aussi des difficultés associées au domaine de l’Univers technologique d’une manière générale (la technologie est difficile).
45Si le type de difficultés le plus rapporté dans le discours des enseignants lors des entrevues est celui associé à la compréhension de certains contenus dont les forces et mouvements, l’observation du déroulement des cours en classe confirme que cette difficulté concerne autant les élèves que les enseignants, comme le montre l’extrait suivant d’échanges dans la classe d’un d’entre eux :
P : S’il vous plaît. Vous n’aurez pas le temps de finir votre schéma de principe aujourd’hui. Vous ne serez pas prêts pour la construction au prochain cours. Ok. Sur votre épingle à linge, je me suis promenée en gros, vous avez mis quatre éléments. Laurent tu vas venir me faire la tienne. Tu vas venir me mettre tes quatre éléments à toi. (À partir du schéma de l’épingle déjà dessinée au tableau, Laurent dessine deux flèches et indique F ; il met ensuite deux autres flèches en indiquant R). Ok. Est-ce que tout le monde vous êtes d’accord avec ça ?
E (Plusieurs élèves) : Non.
E (?) : Ce n’est pas une rotation, c’est une translation.
P : Pourquoi ce ne serait pas une rotation ? Peut-être que c’est trop petit pour que tu le vois (on voit sur la vidéo que l’ouverture de l’épingle, tenue par l’élève, est très petite ce qui donne l’impression que la trajectoire effectuée par chaque bout mobile de l’épingle est une ligne droite et non un petit arc). Sauf que ça n’ouvre pas en longueur. Ce n’est pas une translation. Ce n’est pas un déplacement. Tu as quelque chose au milieu qui fait que ça va ouvrir en rond. Donc, c’est une rotation. Est-ce qu’il y en a qui avaient quelque chose de différent ? Est-ce que tout le monde comprend bien pourquoi on met deux forces à l’endroit où je pèse.
E (?) : Bien oui. C’est parce que tu forces.
P : Je mets une pression. Donc, j’exerce une force.
E (?) : Puis, ici, c’est une rotation.
P : La rotation, c’est à l’endroit où l’objet réagit à la pression que tu lui donnes. Ok. François, ça va ?
E (François) : Oui.
P : Ok. Donc, vous allez mettre les épingles dans le sac blanc s’il vous plaît. (Classe de Marcel).
46Lors du retour en groupe, c’est le schéma suivant7, présenté au tableau qui a été utilisé pour expliquer le schéma de principe. L’enseignant y fait référence à la réaction R qui, en principe, n’existe pas. Par ailleurs, la force de compression exercée par le ressort n’est pas représentée.

47Quelques remarques se dégagent de l’analyse de cet extrait :
- L’imprécision dans l’explication de contenus technologiques centraux : « Tu as quelque chose au milieu qui fait que ça va ouvrir en rond. Donc, c’est une rotation » ; « La rotation, c’est à l’endroit où l’objet réagit à la pression que tu lui donnes ».
- Les concepts de pression et de force sont utilisés de manières interchangeables ; la rotation vue comme une réaction et non pas comme un mouvement ; pour cette enseignante, la translation n’est pas un déplacement.
Conclusion
48Les résultats présentés dans ce texte montrent que l’enseignement d’un des contenus importants prescrits au programme de la technologie, le schéma de principe, pose de grands défis pour les enseignants. Même si les enseignants accordent une place importante à ce contenu dans leur enseignement, les modalités de sa mise en œuvre en classe ne rejoignent pas la place que ce dernier doit occuper au sein du processus de conception et de production d’un objet technique, à l’instar de ce qui se passe dans le monde industriel.
49Cette analyse semble montrer que le schéma de principe est enseigné avant tout comme une visée en soi (pour permettre aux élèves d’apprendre le schéma de principe), et moins comme outil de communication qui s’inscrit dans un processus de conception et de production. Cette fonction n’a été abordée ni par le biais de son usage par un destinataire censé le lire (pour comprendre le fonctionnement de l’objet ou pour la poursuite du processus de production) ni par des explications de la part des enseignants. Ainsi, les consignes accompagnant sa réalisation évoquent comme destinataires principaux l’enseignant (pour une visée d’évaluation) ou encore les élèves qui l’ont produit (comme préalable à la production d’un deuxième schéma plus élaboré ou à la construction de l’objet). Cette fonction qui lui est attribuée est d’ailleurs souvent accompagnée d’une difficulté pour les enseignants à convaincre les élèves à s’engager dans son élaboration. Ces derniers demandent souvent aux enseignants de leur fournir plutôt directement le matériel pour qu’ils s’engagent dans la construction des objets techniques visés et, à la limite, de réaliser le schéma par la suite. Il n’est donc pas étonnant de voir les enseignants recourir souvent à d’autres arguments pour convaincre les élèves de s’engager dans sa réalisation : son évaluation.
50Les défis que permet de dégager cette étude sont à mettre en relation avec la formation des enseignants. Il est important de rappeler à cet effet qu’avant la récente réforme, la technologie n’occupait qu’une place mineure dans l’enseignement secondaire et que presque la totalité des enseignants avaient une formation de base dans des disciplines scientifiques (biologie, physique, chimie, etc.). Le peu de formation continue offerte lors de l’implantation de la réforme, ne semble pas être suffisante. Dans une récente étude réalisée auprès de 450 enseignants, ces derniers soulignent que le champ qui leur pose le plus de difficulté dans l’enseignement est la technologie.
51Ces défis sont surtout à mettre en relation avec le programme prescrit et avec les ressources didactiques sur lesquelles s’appuient les enseignants dans leur enseignement. Au regard du curriculum, nous avons souligné ailleurs la marginalisation des fondements didactiques dans la description des contenus et des démarches d’enseignement-apprentissage (2011). Les informations présentées dans le programme ne permettent guère d’appréhender les constituants (principaux et secondaires) et les principales fonctions d’un schéma de principe, mis à part sa participation à la compréhension du fonctionnement d’un objet technique (MELS, 2006). Or, cette indication qui fait prévaloir l’analyse technique de mécanismes existants, s’accorde mal à l’étude de conception préalable à la fabrication qui exige un schéma technique préalable. L’ambigüité et les dissonances que révèle l’analyse des échanges en classe et les pré et post enregistrements des enseignants sont dues principalement à l’indifférenciation de la notion prescrite de « schéma de principe » considérée à la fois comme prélude au schéma cinématique (focalisant les liaisons mécaniques en vue du calcul des performances), au dessin technique (d’ensemble ou de définition en vue de la fabrication), à la représentation des interactions mécaniques (forces et moments) ou à un schéma technologique (description sommaire). Les prescriptions de ce contenu n’en précisent pas non plus les visées : initiation à la modélisation, apprentissage de la schématisation, découverte des graphismes techniques… Les principales ressources utilisées par les enseignants (le manuel intitulé Univers et les ressources produites par le Centre de développement pédagogique) ne clarifient pas ces aspects et ne semblent donc pas suffire pour aider les enseignants dans l’appropriation des contenus de l’enseignement technologique.
52Les résultats de notre analyse, même s’ils s’appuient sur un échantillon réduit, ouvrent des perspectives de recherche dans deux directions : un approfondissement de l’analyse des pratiques des enseignants, en élargissant l’échantillon ; une poursuite de l’analyse des ressources didactiques du point de vue des contenus et des fondements d’enseignement-apprentissage qu’elles proposent aux enseignants et aux élèves.
Notes de bas de page
1 Ce programme faisait partie de la formation générale et constituait «un préalable au cours de sciences physiques de 4e secondaire […] (et) un préalable au cours d’Éducation technologique – ET (cours optionnel) offert aux élèves de quatrième et de cinquième secondaire qui veulent approfondir un des domaines de la technologie qu’ils ont explorés en Initiation à la technologie» (MEQ, 1993, p. 4).
2 Le programme de formation de l’école québécoise (PFEQ) définit ces techniques comme étant celles qui « renvoient à des procédés méthodiques qui balisent l’application efficace de connaissances théoriques » (MELS, 2006, p. 290).
3 Si on considère les thèses et les recherches subventionnées qui se sont intéressées à l’enseignement technologique, nous pouvons dire que ce champ de recherche au Québec est dans un état embryonnaire. Seules quelques études ponctuelles ont été récemment amorcées, en lien avec le nouveau contexte du programme intégré des sciences et technologies.
4 C’est la terminologie utilisée par ces auteurs pour désigner ces champs de référence.
5 Le nombre de périodes que chaque enseignant a accepté d’enregistrer est variable. Cependant, nous disposons de toutes les périodes qui couvrent largement les moments de l’enseignement du schéma de principe.
6 L’enseignant travaille la compréhension du schéma de principe en recourant à la pince (épingle) à linge, avant de demander aux élèves d’en faire un dans le cadre du projet retenu.
7 Sept enseignants ont utilisé l’épingle à linge pour illustrer le schéma de principe.
Auteurs
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Abdelkrim Hasni
Université de Sherbrooke
-
Fatima Bousadra
Université de Sherbrooke
-
Dominique Lefebvre
Université de Sherbrooke
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