Cette recherche porte sur l’influence du rapport à l’écrit d’enseignants du collégial – plus particulièrement de leurs conceptions au sujet de l’enseignement et de l’apprentissage de l’écriture – sur la réception d’une proposition d’ajustement de pratique d’enseignement dans le cadre d’une journée de formation. Une analyse qualitative a été menée sur les données collectées à partir d’entretiens individuels semi-dirigés. Le modèle théorique de Gregoire (2003), le Cognitive-Affective Model of Conceptual Change, et la notion de rapport à l’écrit élaborée par Chartrand et Blaser (2008) ont guidé notre travail d’analyse. Les résultats montrent notamment que la dynamique singulière du rapport à l’écrit des enseignants (non spécialistes de l’écrit) peut influencer la façon dont ils reçoivent une proposition d’ajustement de pratique d’enseignement. Ils montrent également qu’une première journée de formation portant sur le thème de l’accompagnement des activités d’écriture disciplinaire peut amener les enseignants à prendre conscience de leur rôle à cet égard.

Cette recherche a pour objectif principal l'étude de l’impact de l'intégration d'outils informatiques et de la pédagogie par résolution de problèmes à l'enseignement de la neurophysiologie. La première partie de la thèse porte sur l'enseignement de la notion de la neurotransmission en classe de terminales Scientifiques : analyse épistémologique et historique du concept, étude des programmes et des manuels scolaires. Dans la deuxième partie, une analyse des conceptions des élèves de terminale concernant la transmission du message nerveux au niveau de la synapse a été effectuée. Dans une troisième partie des situations didactiques ont été conçues et testées : par résolution de problème et par des simulations informatisées. Les résultats de la recherche tendent à prouver que l’intégration des simulations informatisées ou la pédagogie par résolution des problèmes dans l'enseignement de la neurophysiologie augmente l’efficacité de l’enseignement du concept de la neurotransmission, et que par contre, la pédagogie par résolution de problèmes semble être une alternative plus efficace pour le changement conceptuel / This search aims to study the impact of the integration of computing tools and the pedagogy by resolution of problems in the teaching of the neurophysiology. The first part of the thesis concerns neurotransmission’s teaching in final year of secondary school: epistemological analysis, history of neurotransmission concept and analysis of the programs and the textbooks. The second part interests the pupils’ conceptions concerning the transmission of the nervous message in the synapse. In the third part didactic situations were conceived and tested: situation using PBL and simulations. The results of the search tend to prove that the integration of the simulations or the pedagogy by PBL increases the efficiency of the teaching of the concept of the neurotransmission, and that on the other hand, the pedagogy by PBL seems to be a more effective alternative

L'enjeu de la thèse est de cerner l'incidence d'une éducation scientifique précoce sur le développement intellectuel des jeunes enfants. Elle s'appuie sur une conception du développement qui s'inspire à la fois d'un modèle proposé par Piaget et Garcia (1983) qui explicite les transformations des modes d'explication du monde au cours de la psycho-genèse et de la conception vygotskienne mettant en avant l'importance des médiations culturelles et notamment de la tutelle pédagogique. La démarche consiste à comparer les explications verbales et les productions graphiques d'enfants en Grande Section de Maternelle avant et après une séquence d'enseignement conçue à titre expérimental. Elle concerne des phénomènes scientifiques accessibles aux enfants (la formation des ombres et la fabrication du beurre). Afin de pouvoir rendre compte des progrès observés, ceux-ci sont mis en relation avec les processus de médiation à l'oeuvre lors de la séquence d'enseignement. Les productions des enfants du groupe expérimental sont comparées à celles d'enfants âgés de 3 à 10 ans. La thèse aboutit à l'élaboration de deux référentiels développementaux concernant les explications scientifiques produites par les jeunes enfants et tente d'apporter des connaissances sur les déterminants éducatifs (stratégies pédagogiques, médiation, tutelle...) des progrès intellectuels.

Dans un premier temps, nous avons analysé les conceptions de 275 enseignants tunisiens et identifié en quoi certaines de ces conceptions pourraient être des obstacles aux apprentissages. Une conception anatomisante du cerveau pourrait s'opposer à sa conception en termes de réseaux neuronaux. Mettre le cerveau aux commandes de tout le corps, avec un relent de dualisme corps esprit, empêche de penser son épigenèse et sa construction en fonction de son activité propre ; il en est de même pour une conception d'un déterminisme purement génétique ou purement environnementale de nos comportements. Jusqu'à quel point ces obstacles ne dépendent-ils que d'un manque de connaissances, en particulier sur les réseaux neuronaux et l'épigenèse cérébrale ? Pour répondre à cette question, nous avons analysé les conceptions d'élèves (1an avant le bac) et d'enseignants (inscrits en DEA didactique ou autres) avant et après un enseignement sur l'épigenèse (trois situations d'enseignement, dont une en visioconférence). Les résultats de cette seconde partie de la thèse confirment que ces conceptions peuvent évoluer à la suite d'un enseignement.

Depuis au moins trente ans, les chercheurs étudient les conceptions erronées des élèves. Ces recherches ont montré que souvent ces derniers répondent de façon inappropriée à des questions portant sur différents phénomènes naturels. Ils affirment par exemple que les objets plus lourds tombent plus rapidement, qu'un seul fil électrique est suffisant pour allumer une ampoule et qu'il fait plus chaud l'été parce que le Soleil est plus près de la Terre. Si ces conceptions erronées n'étaient pas difficiles à changer, elles ne constitueraient pas un problème. Cependant, l'une des conclusions les plus solides de ce courant de recherche est que les conceptions sont difficiles à changer, ce qui pose tout un problème à l'enseignant en sciences dont un des buts est, précisément, de faire évoluer les conceptions de ses élèves. Ce problème de la persistance des conceptions inappropriées a mené au développement d'un champ de recherche qu'on appelle le changement conceptuel. Selon ce champ, certains concepts scientifiques seraient difficiles à acquérir pour les élèves, non pas parce qu'ils sont intrinsèquement abstraits ou complexes, ni même parce qu'ils nécessitent la maîtrise d'outils mathématiques sophistiqués, mais parce qu'ils nécessitent un changement conceptuel. Aujourd'hui, même près de 30 ans après la publication du modèle du changement conceptuel de Posner, Strike, Hewson et Gertzog (1982), modèle qui a jeté les bases à ce domaine de recherche, les processus en jeu dans le changement conceptuel demeurent mal connus. Plusieurs modèles d'apprentissage des sciences basés sur l'idée de la nécessité d'un changement conceptuel ont vu le jour, mais aucun n'a su faire l'objet d'un consensus. Ainsi, en 2011, il n'existe pas moins d'une dizaine de modèles différents du changement conceptuel. Dans certains cas, ces modèles se ressemblent ou se complètent, mais souvent, ils diffèrent et même s'opposent. Ce manque de connaissance sur la nature du changement conceptuel invite à davantage de recherches et, idéalement, des recherches utilisant de nouveaux outils. La présente recherche utilise l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle dans le but d'obtenir de nouvelles connaissances sur les mécanismes cérébraux liés aux processus de changement conceptuel. Puisqu'il s'agit d'une des conceptions les plus fréquentes, cette recherche se concentre sur une conception répandue et difficile à changer selon laquelle un seul fil est suffisant pour allumer une ampoule. Pour étudier les mécanismes cérébraux liés au changement conceptuel en électricité, des experts (étudiants du baccalauréat en physique) et des novices en sciences (étudiants d'un baccalauréat en sciences humaines) ont répondu à des questions liées à des circuits électriques simples à l'intérieur d'un appareil d'IRMf. Les données permettent d'identifier quelles sont les régions cérébrales plus activées lors de la réalisation de cette tâche chez les experts et chez les novices. Comme les experts sont familiers avec ce type de questions portant sur l'électricité, on pourrait s'attendre à ce que la tâche cognitive demandée ne soit pas exigeante et ne mobilise pas de façon importante leur cerveau. On pourrait également s'attendre à ce que la tâche soit plus difficile pour les novices et mobilise davantage certaines régions cérébrales. Pourtant, les résultats obtenus ne s'accordent pas avec cette hypothèse. Lorsqu'on leur présente des circuits électriques où une ampoule liée à une pile par un seul fil s'allume, les experts en sciences activent significativement plus que les novices différentes régions de leur cerveau, dont notamment le cortex préfrontal et le cortex cingulaire antérieur. Puisque ces régions sont reconnues pour jouer un rôle dans l'inhibition, ces résultats suggèrent que cette dernière joue un rôle dans l'expertise scientifique en électricité. Si tel est le cas, il se pourrait donc que les experts en sciences n'aient pas effacé de leur cerveau les conceptions inappropriées qu'ils possédaient peut-être avant leur formation scientifique, mais aient plutôt réussi à développer leur capacité d'inhiber (c'est-à-dire contrôler ou désactiver) ces conceptions pour arriver à répondre de manière scientifiquement correcte aux questions posées. Le concept d'inhibition est actuellement peu utilisé dans les recherches en didactique des sciences et en éducation en général. Pourtant, ce concept pourrait éventuellement avoir des répercussions importantes sur l'apprentissage et l'enseignement des sciences. Par exemple, plusieurs modèles du changement conceptuel conçoivent ce dernier comme étant un processus par lequel les conceptions antérieures, ou les structures conceptuelles et épistémologiques qui les supportent, sont remplacées par de nouvelles. Nos résultats sont incompatibles avec ces modèles puisqu'il semble que le cerveau des experts conserve toujours (même après une formation scientifique poussée) la trace de ses conceptions antérieures puisqu'il doit encore les inhiber. Par contre, les résultats obtenus sont compatibles avec les modèles de changement conceptuel postulant qu'il existe une coexistence entre connaissances scientifiques et connaissances communes. Les résultats sont également compatibles avec les modèles stipulant que les conceptions scientifiques sont développées à partir de l'intégration et de la complexification d'éléments cognitifs élémentaires provenant des conceptions antérieures qui resteraient inchangées au cours du changement conceptuel. Ces conclusions ouvrent la porte à de nouvelles études visant à mieux comprendre de quelle façon l'inhibition peut être développée pour favoriser le changement conceptuel. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : changement conceptuel, cerveau, inhibition, expertise scientifique, neuroéducation

Cette étude en didactique des sciences au primaire s'inscrit dans le domaine de recherche du changement conceptuel, lequel est issu en grande partie des constats au sujet de la persistance des conceptions initiales dites « erronées » des élèves (diSessa et al., 2004; Posner et al., 1982; Vosniadou, 2008). Sachant que le raisonnement, sous ses multiples formes, joue un rôle crucial dans le changement conceptuel en sciences (Kuhn et al., 1988; Peirce, 2002; Zimmerman, 2007) et que les connaissances initiales des élèves, plus ou moins organisées, constituent la base des changements conceptuels, cette recherche mise sur les compétences cognitives des élèves et sur la richesse de leurs raisonnements, plus précisément sur la « puissance cognitive » de leurs raisonnements analogiques (Nersessian, 1999, 2008b). La tendance chaude (warming trend) de l'étude du changement conceptuel suggère de prendre en compte des composantes cognitives, épistémologiques et contextuelles. Appuyée par la théorie de l'intentionnalité (Searle, 1985), ainsi que des recherches qui portent sur l'épistémologie personnelle (Hofer et Pintrich, 1997; Kuhn, 2001; Schommer, 1990), cette étude a examiné l'apport des croyances épistémiques dans le processus de changement conceptuel. Au sein d'un environnement où l'investigation, l'argumentation et le raisonnement sont préconisés (Dewey, 1933), le phénomène complexe de la flottaison a été choisi afin de susciter l'émergence des raisonnements des élèves rencontrés. Dans un contexte de classe entière où la cognition est distribuée (Pea, 1993; Salomon, 1993), l'observation de 142 élèves de la 3e à la 6e année lors de l'exploration du phénomène de la flottaison s'est faite selon une stratégie méthodologique multi-instrumentale : questionnaire portant sur les croyances épistémiques, carnet scientifique, entretiens individuels, enregistrements audio et vidéo. Cette étude mixte (qui allie des données quantitatives et qualitatives), s'inscrit dans un paradigme pragmatiste. Elle a permis de décrire et analyser les liens entre les raisonnements analogiques, les croyances épistémiques et l'engagement des élèves dans le processus de changement conceptuel au primaire lors de l'exploration du phénomène de la flottaison en apprentissage des sciences. Notre étude a démontré que les enfants sont des raisonneurs compétents. Elle a mis en exergue la compétence des élèves à opérer des changements conceptuels à l'aide de raisonnements de formes variées dont les raisonnements causal, expérimental et analogique. Ces raisonnements multiples agissent de façon synergique lors du changement conceptuel. Le raisonnement analogique, surtout exprimé oralement, contribue à la mise en œuvre du changement conceptuel. Les référents analogiques représentent des balises cognitives dans la construction de la trame explicative. En plus de la valeur cognitive liée à la systématicité ou potentiel d'appariement entre la source et la cible (Gentner, 1988), cette étude a confirmé la valeur esthétique des raisonnements analogiques (Jakobson et Wickman, 2007). Cette étude a aussi démontré que les croyances épistémiques prennent une place importante dans l'esprit des élèves. Elle a fait la lumière sur leur vision de la nature de la science et de sa construction. Les élèves possèdent une vision relativement évoluée de la science. La prédominance de la dimension de la justification permet d'attribuer aux élèves une vision empiriste; le recours à la symbolisation et l'expressivité associe leur vision au métaphorisme (Royce, 1978). Les élèves sont critiques face à la science, ils font preuve de scepticisme, d'évaluativisme (evaluativism) et se détachent d'une épistémologie naïve et d'une vision purement rationaliste de la science. Les liens entre les croyances épistémiques et l'utilisation de la stratégie du raisonnement analogique n'ont pu être mesurés de façon significative. La dimension de la certitude du savoir s'est démarquée dans les analyses corrélationnelles, mais pour toutes les formes de raisonnement. Une étude plus approfondie de la nature des relations entre l'épistémologie personnelle et le choix des stratégies cognitives s'avère une des avenues de recherche proposées. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Sciences au primaire, Changement conceptuel, Épistémologie personnelle, Raisonnement analogique, Flottaison.

Les enseignants du primaire éprouvent généralement de l'inconfort par rapport à l'enseignement des sciences, particulièrement en physique, notamment en électricité (Martin, Mullis, Gonzalez et Chrostowski, 2004). Ils emploient souvent des approches de type transmissif, lesquelles n'incitent guère l'élève à vivre un changement conceptuel (CC). Les enseignants gagneraient conséquemment à se familiariser avec les pratiques qui favorisent le CC (Duit, Treagust et Widodo, 2008). Pour ce faire, il apparaissait nécessaire de développer un dispositif de formation portant sur le CC en électricité destiné aux enseignants du primaire. Un amalgame de la recherche développement (Harvey et Loiselle, 2009) et de l'ingénierie didactique (Artigue, 1988) a permis la conception du dispositif. En cohérence avec ces méthodes de recherche, des hypothèses a priori d'apprentissage pour les enseignants ont été formulées et des boucles de mise à l'essai et de mise au point du dispositif de formation ont été prévues. Chaque itération visait l'amélioration de la formation. Ce dispositif a comme fondements les paramètres d'une formation efficace (Blank et de las Alas, 2010; Joyce et Showers, 2002), les pratiques d'enseignement qui favorisent le CC (Bêty, 2009) ainsi que sur les recherches qui ont porté sur les conceptions fréquentes en électricité et sur l'enseignement qui en tient compte (Cepni et Keles, 2006; Engelhardt et Beichner, 2004; Summers, Kruger et Mant, 1998). Les résultats de l'étude sont présentés en cinq volets. Tout d'abord, un portrait des enseignants qui ont participé aux mises à l'essai de la formation a été dressé. Les enseignants participant à l'étude présentent d'ailleurs plusieurs des caractéristiques qui sont généralement observées et rapportées dans les écrits scientifiques. Ensuite, le processus de développement détaillé montre qu'il a été conforme à ce qui était prévu dans la méthodologie, mis à part le fait que les deux cohortes participantes se sont légèrement chevauchées dans le temps. Le volet suivant concerne les hypothèses a priori formulées quant aux apprentissages en électricité, aux pratiques favorisant le CC en général et quant à celles favorisant l'apprentissage de l'électricité. Les enseignants ont progressé dans leurs connaissances de l'électricité, surtout ceux du groupe 2, qui ont vécu une version améliorée de la formation par rapport aux enseignants du groupe 1. Pour ce qui est des pratiques d'enseignement, tous les enseignants ont utilisé et déclaré utiliser des pratiques favorisant le CC en général. Certaines des pratiques particulières à l'apprentissage de l'électricité ont toutefois été moins observées et moins déclarées. En comparant la réussite des deux groupes qui se sont succédés lors des mises à l'essai, il appert que les enseignants du 2e groupe, qui ont été les plus à l'aise avec le contenu en électricité à la fin de la formation, sont également ceux qui ont le mieux intégré les notions plus difficiles à leur planification et à leur enseignement (courant, tension, résistance). Ils ont également le plus fréquemment effectué de retours sur les concepts avec leurs élèves. De plus, les données témoignent selon nous d'une opérationnalisation appropriée des paramètres d'une formation efficace, cette dernière ayant en effet gagné en efficacité à chaque itération selon les données des apprentissages des enseignants. Enfin, l'ensemble de ces résultats a permis de formuler et de justifier les modifications à apporter à la formation et de proposer un dispositif de formation validé. Cette recherche entraîne des retombées pour les chercheurs quant à l'opérationnalisation du cadre théorique pour développer le dispositif, à l'amalgame novateur de l'ingénierie didactique et de la recherche développement et quant aux apprentissages que les enseignants ont réalisés. Cette recherche entraîne également des retombées pratiques pour les enseignants et les conseillers pédagogiques, qui disposent d'un dispositif de formation validé et efficace ainsi que de maints outils didactiques pour enseigner l'électricité selon le CC aux élèves. Cette recherche ouvre également diverses possibilités de recherche dont une exploration du transfert des pratiques d'enseignement du CC par les enseignants d'un champ conceptuel à un autre ou une recherche sur les différentes façons d'amener les élèves à s'approprier les concepts. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : changement conceptuel, formation des enseignants, enseignement de l'électricité, ingénierie didactique, recherche développement, enseignement des sciences au primaire

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Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.