L'objet central de l'étude est la modélisation mathématique de phénomènes périodiques dans l'enseignement secondaire, plus particulièrement celle des phénomènes périodiques temporels. L'étude part d'un constat établi en comparant les enseignements secondaires français et vietnamien : soit on évite l'enseignement de la modélisation mathématique en concevant le rapport des mathématiques aux autres disciplines scientifiques comme un rapport d'application (Viêt Nam), soit on préconise la prise en compte de la modélisation mathématique sans donner les moyens aux enseignants de mathématiques de l'enseigner (France). La périodicité est le concept central dans le processus de modélisation des phénomènes cycliques et des phénomènes oscillatoires. Dans la genèse scientifique de ce concept, les fonctions périodiques, notamment les fonctions trigonométriques, se sont constituées progressivement comme modèles de grandeurs variables en général en fonction du temps, qui retournent régulièrement et indéfiniment au même état. A partir d'une enquête épistémologique sur les phénomènes périodiques temporels étudiés par la Physique, nous repérons deux modèles mathématiques, C (mouvements circulaires uniformes) et O (oscillations harmoniques) avec leurs différents registres, graphique et algébrique. Une analyse institutionnelle examine et compare la présence de ces deux modèles dans les enseignements secondaires de mathématiques et de physique, en France et au Viêt Nam. Cette analyse met en évidence la faiblesse de l'articulation entre ces deux modèles et l'absence de technique pour effectuer le passage de l'un des modèles à l'autre, alors qu'il s'agit d'un des enjeux de la modélisation elle-même. Le dispositif expérimental se compose d'un questionnaire aux élèves vietnamiens et d'une ingénierie didactique qui organise, dans un environnement de géométrie dynamique et en articulant les deux modèles C et O, la construction de fonctions périodiques comme modèles de phénomènes de co-variations périodiques.

Notre travail de thèse vise à étudier des utilisations réelles des TICE dans les classes par des enseignants, grâce à une méthodologie basée sur l'observation de séances ordinaires.<br />Nous partons du constat d'écart entre, d'une part, les potentialités des TICE soulignées par la recherche et la volonté institutionnelle d'insérer les TICE, et d'autre part, la réalité de la faible intégration de la technologie dans les classes. Nous considérons cet écart comme l'effet des contraintes d'utilisation des TICE mentionnée dans de nombreux travaux en didactique des mathématiques. L'hypothèse est que l'enseignant, qui prend la décision d'utiliser les TICE, est motivé par des potentialités de la technologie présentes dans ses représentations et qu'il effectue des choix ayant une certaine conscience des contraintes de leur utilisation. Nous cherchons à étudier des rapports entre ces potentialités et celles qui sont exprimées dans la recherche et les instructions officielles, et leur actualisation dans la pratique en classe. Nous nous intéressons plus spécifiquement aux usages de la géométrie dynamique dans des classes du collège (élèves de 12-15 ans), car les potentialités de la géométrie dynamique font l'objet de nombreux travaux et écrits, et les instructions officielles en France insistent sur leurs apports possibles à l'enseignement à ce niveau. <br />Dans la thèse, nous présentons l'analyse des séances illustrant deux types d'usages rencontrés chez trois enseignants. Dans le but de caractériser plus finement le fonctionnement de ces enseignants dans sa complexité, nous interprétons l'analyse des séances à l'aide d'un modèle théorique.

L'objet central de l'étude est la modélisation mathématique de phénomènes périodiques dans l'enseignement secondaire, plus particulièrement celle des phénomènes périodiques temporels. L'étude part d'un constat établi en comparant les enseignements secondaires français et vietnamien : soit on évite l'enseignement de la modélisation mathématique en concevant le rapport des mathématiques aux autres disciplines scientifiques comme un rapport d'application (Viêt Nam), soit on préconise la prise en compte de la modélisation mathématique sans donner les moyens aux enseignants de mathématiques de l'enseigner (France). La périodicité est le concept central dans le processus de modélisation des phénomènes cycliques et des phénomènes oscillatoires. Dans la genèse scientifique de ce concept, les fonctions périodiques, notamment les fonctions trigonométriques, se sont constituées progressivement comme modèles de grandeurs variables en général en fonction du temps, qui retournent régulièrement et indéfiniment au même état. A partir d'une enquête épistémologique sur les phénomènes périodiques temporels étudiés par la Physique, nous repérons deux modèles mathématiques, C (mouvements circulaires uniformes) et O (oscillations harmoniques) avec leurs différents registres, graphique et algébrique. Une analyse institutionnelle examine et compare la présence de ces deux modèles dans les enseignements secondaires de mathématiques et de physique, en France et au Viêt Nam. Cette analyse met en évidence la faiblesse de l'articulation entre ces deux modèles et l'absence de technique pour effectuer le passage de l'un des modèles à l'autre, alors qu'il s'agit d'un des enjeux de la modélisation elle-même. Le dispositif expérimental se compose d'un questionnaire aux élèves vietnamiens et d'une ingénierie didactique qui organise, dans un environnement de géométrie dynamique et en articulant les deux modèles C et O, la construction de fonctions périodiques comme modèles de phénomènes de co-variations périodiques. / The focus of the study is mathematical modeling of periodic phenomena in secondary education, particularly that of temporal periodic phenomena. The study starts from an observation by comparing the French and Vietnamese secondary education: either they avoid the teaching of mathematical modeling in designing the relationship of mathematics to other scientific disciplines as an applicable connection (Vietnam) or they advocate the consideration of mathematical modeling without empower mathematics teachers to teach it (France). The periodicity is the central concept in the modeling process of cyclical and oscillatory phenomena. In the scientific genesis of this concept, the periodic functions especially trigonometric functions, was established gradually as models of variable quantities which return regularly and indefinitely in the same state over time. From an epistemological investigation of the temporal periodic phenomena studied by physics, we identify two mathematical models, C (uniform circular movement) and O (harmonic oscillations) with their different registers, graphic and algebraic. Institutional analysis examines and compares the presence of these two models in secondary education of mathematics and physics in France and Vietnam. This analysis shows the weakness of the articulation between these two models and the absence of technique to make the transition from one model to another which is one of the stakes of modeling itself. The experimental way consists of a questionnaire to Vietnamese pupils and a didactical engineering that organizes in a dynamic geometrical environment by articulating both models C and O, for the construction of periodic functions as models of phenomena of periodic co-variations.

Nous étudions le processus d'appropriation du déplacement par les élèves dans un environnement de géométrie dynamique, afin de mieux comprendre les difficultés qu'ils rencontrent pour l'utiliser, comme l'ont révélé certaines études. En nous appuyant sur l'approche instrumentale (Rabardel) et la structure des schèmes donnée par Vergnaud et Gomes, nous avons étudié la genèse instrumentale du déplacement et les différents schèmes qui constituent les instruments déplacement. <br />A l'aide d'une méthodologie mixte, relevant à la fois de l'ingénierie didactique et de l'observation naturaliste, nous avons pu observer et analyser différentes utilisations du déplacement et leurs genèses instrumentales. Nous avons travaillé pendant toute une année scolaire avec un enseignant et deux classes de sixième, mettant en œuvre une quinzaine de situations utilisant Cabri-géomètre.<br />Nous avons identifié les schèmes d'usage et les schèmes d'action instrumentée relatifs au déplacement, comme les schèmes d'usage de « déplacement d'un objet » ou de « distinction des différents types de points du logiciel », ou les schèmes d'action instrumentée « déplacer pour valider une construction » ou « vérification que deux droites sont perpendiculaires ». Grâce à ces schèmes, nous avons caractérisé les instruments déplacement et mieux compris leurs appropriations et les difficultés des élèves.

La thèse porte sur la formation initiale d'enseignants de mathématiques à l'intégration de technologies informatiques, plus précisément dans le cas des logiciels de géométrie dynamique. Le but de la thèse est d'une part d'évaluer l'impact d'une formation à l'usage des technologies informatiques sur les usages du logiciel par les futurs enseignants. Le travail cherche d'autre part à préciser les éléments d'une telle formation qui favorisent l'instrumentation au plan didactique des différentes spécificités de la technologie pour concevoir des tâches didactiques intégrant cette dernière. <br />Le travail est fondé sur l'hypothèse que l'intégration par l'enseignant d'environnements informatiques embarquant des connaissances mathématiques fait appel de façon imbriquée à quatre types de savoirs : savoir mathématique, savoir instrumental, savoir didactique mathématique et savoir didactique instrumental. <br />La partie A montre l'importance de la formation des enseignants pour l'intégration, et expose les outils d'analyse utilisés pour déterminer l'impact d'une telle formation. <br />La partie B est consacrée à l'analyse des séances de formation. Cette analyse s'effectue par rapport à la place des différentes spécificités du logiciel Cabri-Géomètre pour chaque type de savoir. <br />La partie C est consacrée aux expérimentations conduites pour étudier les effets de la formation. Il s'agit de trois expérimentations qui mettent en évidence l'évolution des stagiaires au cours de la formation relativement au savoir instrumental et au savoir didactique instrumental. Sont ensuite dégagés les éléments des modules de formation qui participent à cette évolution.

Cette recherche s'intéresse à l'apprentissage de la notion de propriété géométrique en début de collège en tant que relation de subordination entre les contraintes (données) et une conclusion. Les choix dans la structure de cet enseignement reposent sur un travail de distinction entre les données et la conclusion dans un énoncé. Cette distinction est nécessaire pour le réinvestissement des propriétés dans le raisonnement déductif. A partir des travaux de Vygotsky sur la médiation sémiotique et les travaux de Rabardel et Trouche sur l'instrumentation, nous avons conçu des situations didactiques intégrant un logiciel de géométrie dynamique, pour introduire la notion de propriété. L'outil déplacement du logiciel est utilisé pour réaliser les données d'une propriété. Les objets géométriques sur lesquels travaillent les élèves sont des constructions « molles », issues du déplacement, dans lesquelles les nouvelles caractéristiques des figures sont éphémères. Le processus de médiation sémiotique est amorcé au cours de la construction, par l'élève, de l'instrument Déplacement, il se poursuit au cours des échanges collectifs avec l'enseignant. La construction du lien entre les données et la conclusion s'appuie sur l'utilisation du dynamisme de l'environnement et sur l'interaction entre les registres visuels et discursifs. Nous avons étudié comment les élèves s'approprient la relation entre les données et la conclusion à travers l'étude de :<br />¬ la construction de l'instrument déplacement que nous visons lors des activités avec Cabri<br />¬ l'articulation entre les registres graphiques et discursifs en lien avec le processus de médiation sémiotique

Ce travail est une étude algorithmique et mathématique préparant une axiomatisation ou une spécification de la géométrie dynamique. Le comportement dynamique des intersections de courbes, dans le cas où elles sont multiples, et la gestion algorithmique d'objets géométriques sous-déterminés posent problème. Il est connu depuis peu que la continuité des déplacements et le déterminisme des comportements dynamiques ne sont pas entièrement compatibles ; ce travail précise ce point essentiel : par des procédés globaux qui sortent du cadre de la géométrie discrète, il est montré que le comportement dynamique des intersections de cercles présente des singularités inévitables, qui sont énumérées. Une tentative est faite pour étendre ce résultat aux intersections de coniques. Des propositions pour unifier le traitement algorithmique d'objets sous-déterminés, comme les points sur objet, sont présentées, depuis le cadre mathématique jusqu'à l'implémentation effective. Ce travail montre aussi qu'il existe des concepts mathématiques de base, comme la notion d'aire non signée, dont la justification ultime ne supporte pas le mouvement, au contraire de la notion d'aire signée. En permettant la spécification des algorithmes traitant du comportement dynamique des intersections de cercles, ce travail établit un premier niveau de qualité pour les logiciels de géométrie dynamique, permettant de juger leur cohérence mathématique. Plusieurs des implémentations réalisées sont présentes dans Cabri2 Plus, logiciel largement diffusé par l'entreprise Cabrilog. Au niveau théorique, ce travail repose différemment la question de la nature des figures dynamiques, en particulier de la nature mathématique précise des lieux géométriques en géométrie dynamique.

La recherche en didactique des mathématiques que nous présentons a pour objet les interventions de l'enseignant dans l'activité mathématique de l'élève. Le cadre théorique est celui de la théorie des situations didactiques. Nous commençons par proposer une élaboration théorique qui permet de rendre compte de certaines interventions de l'enseignant. D'une part, nous faisons appel au concept d'étayage pour caractériser les interventions de l'enseignant dans la relation élève-milieu qui ne dénaturent pas la signification de l'activité pour l'élève. Nous montrons comment l'étayage s'insère dans une négociation du sens mathématique de l'interaction élève-milieu, négociation pouvant déboucher sur l'effet Topaze. D'autre part, nous caractérisons l'action de l'enseignant sur la compréhension de l'élève, par un processus explicatif co-construit dans l'interaction entre l'enseignant et l'élève. Nous proposons alors d'analyser ces deux processus dans une situation d'interaction enseignant-élève originale : le préceptorat, c'est-à-dire l'interaction didactique qui a lieu entre un enseignant et un unique élève. Nous avons mis en place un dispositif expérimental afin d'observer des interactions de préceptorat et de faire fonctionner nos outils d'analyse. Nos expérimentations ont été réalisées dans le cadre du projet TéléCabri qui a pour objet l'étude des usages et la spécification d'un environnement informatique d'enseignement à distance intégrant téléprésence et partage de l'espace d'apprentissage, notamment le micromonde Cabri-géomètre. L'analyse didactique des interactions de préceptorat passe par l'étude du rôle joué par ler micromonde Cabri-géomètre, composante du milieu pour l'apprentissage. Les résultats obtenus concernent : la pratique habituelle des enseignants qui transparaît dans les interactions de préceptorat, en particulier leur gestion de l'espace de travail Cabri-géomètre, l'étayage et l'effet Topaze ainsi que la caractérisation didactique du processus explicatif.

Cette thèse a pour objet de montrer la faisabilité d'un système de "géométrie dynamique déclarative". Un tel système, GDRev (pour Géométrie Déclarative Réversible) a été conçu et réalisé, dans l'optique de l'enseignement de la géométrie. D'un point de vue conceptuel, GDRev repose sur la définition d'un langage logique, ELDL (pour Extented Logical Description Language), pour l'expression de spécifications de "figures" (l'objet mathématique sous-jacent à un dessin) : il intègre la possibilité de spécifications modulaires et récursives, via l'usage de "clauses". Au niveau dessin, GDRev est pourvu d'un langage de construction et d'animation dont la sémantique est définie à l'aide de ELDL. l'interface, qui peut être vu comme une extension déclarative de celle de Cabri-Géomètre, doit assurer, d'une façon originale, d'une part des fonctionnalités équivalentes par manipulation directe sur la figure et sur le dessin, d'autre part un invariant imposant la cohérence temporelle entre figure et dessin. D'un point de vue algorithmique, GDRev résout les contraintes géométriques par "coopération de solveurs" reposant sur un schéma de "programmation concurrente avec contraintes". Trois résolveurs généraux (linéaires, quadratiques, intervalle) coopèrent avec trois résolveurs spécifiques et originaux : complétion d'objets (créant automatiquement des objets), complétion de propriétés (ajoutant automatiquement des propriétés redondantes à la figure), règle et compas (calculant une construction optimisée de la figure pour l'animation du dessin). D'un point de vue pratique, GDRev est réalisé par interopérabilité entre les interfaces écrites en Visual C++ et le résolveur de contraintes géométriques écrit en Prolog IV. Les expérimentations réalisées ont donné des résultats encourageants en particulier en ce qui concerne le choix des heuristiques utilisées.

Cabri-géomètre est un logiciel qui permet l'exploration de figures géométriques par manipulation directe des objets géométriques qui les constituent. Ce logiciel plonge l'utilisateur dans un micromonde intelligent et constitue ainsi un environnement d'apprentissage pour la géométrie. Les utilisateurs peuvent construire des figures géométriques, explorer le champ des animations et déformations de la construction, élaborer de nouveaux outils avec des macro-constructions, et spécialiser leur environnement pour des tâches spécifiques en y intégrant éventuellement leurs outils personnels. Le logiciel offre des possibilités de programmation par démonstration, mais les utilisateurs ont souvent besoin de manipuler la structure logique du programme construit pour le mettre au point et le maîtriser. Le choix d'une forme particulière pour présenter ce programme tient compte des spécificités du domaine de la géométrie dynamique et de la diversité des utilisateurs. Dans notre travail de prototypage, nous avons spécifié et implémenté un support textuel, mais laissé ouverte la possibilité de le compléter par un graphe. Le profil des utilisateurs a été pris en compte pour définir la forme de ce texte : en effet, la formalisation d'un langage de programmation sous-jacent aux constructions visuelles directes ne doit pas constituer une contrainte, et la familiarisation avec ce langage (moyen de communication entre l'utilisateur et le logiciel) doit se faire de façon inconsciente. Ces exigences ont abouti à l'intégration dans Cabri-II d'une vue textuelle des figures, équivalente à la vue graphique, dynamique autant que la figure (dans ce sens que le programme se construit en même temps que la figure), et où l'ubiquité des objets dans les vues synchrones permet un apprentissage implicite du langage de Cabri-programmation. La "qualité dynamique" de la géométrie dans la figure est traduite par la "qualité formelle" du langage induit, et les manipulations de l'interface sont transcrites en des animations du texte. La démarche consistant à partir d'une programmation visuelle pour l'expliciter en une programmation textuelle est nouvelle, pose des problèmes spécifiques intéressants, et pourrait assez rapidement être complétée, puis être appliquée avec profit à d'autres environnements analogues.