Depuis le début de la contre-réforme des mathématiques modernes, l'enseignement de la notion de fonction au début du lycée en France a subi de profondes mutations. Une des tendances les plus importantes concerne le renforcement progressif de l'utilisation des divers modes de représentation des fonctions. Ainsi parallèlement à une diminution de la suprématie du registre algébrique, le registre graphique a acquis de nouveaux droits et il y a également une injonction forte à utiliser dans des conditions nouvelles les objets tableaux de valeurs et de variations. Notre hypothèse de recherche est, suite aux travaux de Duval, que c'est de la multiplicité des registres possibles que le concept et ses propriétés vont se dégager. <br />Dans notre travail, nous menons tout d'abord une analyse institutionnelle de la notion de fonction dans une perspective écologique pour dégager les différents systèmes de contraintes et de conditions qui pèsent sur les évolutions de ce savoir au cours du processus de transposition didactique interne. Ce travail s'inscrit dans une perspective commençant dans les années 80, au début de la période de la contre-réforme des mathématiques modernes. Nous faisons ensuite un état des lieux de l'enseignement actuel pour voir comment ont été traitées les nouveautés du programme par les manuels actuels et les enseignants (sur la base d'un questionnaire). Nous faisons également un état des lieux des compétences des élèves, à travers un test papier. <br />A la lumière des analyses précédentes, nous déterminons certaines caractéristiques de l'organisation praxéologique proposée par les nouveaux programmes de 2000 autour de la notion de fonction qui ont du mal à vivre dans l'enseignement. Nous proposons enfin une ingénierie didactique visant à faire fonctionner ces aspects du programme dans les classes et à en tester la viabilité à travers une expérimentation.

L'utilisation des TICE pour l'enseignement des mathématiques reste faible et manque de diversité comme le montre des études statistiques récentes que nous avons synthétisées dans une première partie de la thèse. Notre hypothèse est qu'il existe un déficit qualitatif dans les formations des enseignants qui contribue à expliquer leur difficulté à intégrer les TICE dans leur enseignement. Notre objectif est de préciser l'existence et la nature de ce déficit. Pour cela nous avons construit un cadre théorique d'analyse en spécifiant deux cadres théoriques : la double approche et l'approche instrumentale. Le premier cadre permet une recomposition du travail du formateur et constitue une grille d'analyse des situations de classe proposées en formation alors que le second permet d'analyser le rapport entre l'artefact technologique et respectivement le formateur, l'enseignant ou l'élève. La mise en œuvre de notre cadre pour analyser un panel de trois formations et les représentations de quatorze formateurs permet de mettre en évidence un genre professionnel, des invariants dans les pratiques de formation et une rupture entre deux identités professionnelles : celle de l'enseignant et celle du formateur. Elle permet aussi de mettre en évidence les limites des pratiques observées, principalement basées sur l'homologie. L'introduction d'une composante réflexive dans les pratiques de formation apparaît alors comme une piste pertinente pour dépasser ces limites. Cette nouvelle hypothèse est testée au moyen d'une ingénierie didactique. Deux mises en œuvre d'un scénario de formation incluant une analyse réflexive des pratiques montrent l'intérêt de cette modalité ainsi que ses limites.

Le travail de la thèse porte sur l’analyse d’une activité de conception expérimentale réalisée par des élèves de 1ère S à l’aide d’un EIAH (Environnement Informatique pour l’Apprentissage Humain). Il vise à comprendre les rapports au savoir et à la démarche expérimentale établis par l’élève et l’enseignant face à ce type d’activité.Il s’agit de rendre compte des connaissances mobilisées par les élèves et de mesurer l’influence des supports proposés par un EIAH nommé LabBook. Il s’agit également de décrire la manière dont l’enseignant prend en charge les difficultés rencontrées par les élèves.A ce propos, une ingénierie didactique a été modélisée dans le cadre de la Théorie des situations didactiques (Brousseau, 1986). Cette ingénierie est ancrée dans la thématique de la « génétique » et plus précisément dans « l’expression du patrimoine génétique », domaine pour lequel on constate de nombreuses difficultés chez les élèves. Les analyses portent sur les productions des élèves, leurs réponses aux questionnaires (pré-test et post-test) et les interactions enseignant-élève produites tout au long du travail dans la situation.Ce travail a permis de mettre en valeur le rôle de l’élaboration des protocoles expérimentaux dans la modification du système des connaissances des élèves et de l’évolution de leurs connaissances relatives à la notion de gène et l’expression de l’information génétique. Les supports d’étayages implémentés dans LabBook offrent un potentiel aux élèves pour la mise en œuvre de la conception expérimentale. D’ailleurs, divers supports d’étayage ont été mis en place par les enseignants afin de prendre en charge les difficultés rencontrées par les élèves. L’étude de ces supports d’étayages permet d’élaborer des recommandations en vue de faire évoluer la plateforme LabBook et palier aux difficultés d’apprentissage des élèves. / The thesis work involves an analysis of the experimental design activity carried out by students of junior year of high school in sciences using a TEL environment (Technology Enhanced Learning). It aims at understanding how they relate to knowledge and to the experimental approach established by both student and teacher.The thesis gives an account of how the students mobilizes their knowledge and it measures the influence of learning supports proposed by a TEL named LabBook. It also focuses on how the teacher deals with the difficulties encountered by students.Regarding that matter, a didactic engineering was already modelled as part of the Theory of didactical situations (Brousseau, 1986). This engineering focuses on the thematic of "genetic" and more specifically on "the expression of the genetic heritage" - a problematic area for most students. The analyses deal with the students’ productions, their answers to questionnaires (pre-test and post-test) and the teacher-student interactions produced throughout the work in the situation.This work highlighted the role of experimental design in changing the students' knowledge system and the evolution of their knowledge about the gene concept and expression of genetic information. The scaffolds implemented in the LabBook platform offer the students a potential for the implementation of experimental design. Teachers themselves dealt with the difficulties encountered by their students by implementing various aids. The study of these scaffolds allows the development of useful recommendations to improve the LabBook platform so as to help students overcome their learning difficulties.

La thèse étudie la prise en compte du principe décimal de la numération lors de l'introduction des nombres supérieurs à mille, en troisième année d'école primaire. En nous appuyant sur les cadres de la théorie anthropologique du didactique (TAD) et de la théorie des situations didactiques (TSD), nous avons d'abord construit une organisation mathématique de référence et une situation fondamentale de la numération, pour étudier les différentes étapes de la transposition didactique. Un premier résultat est le constat d'un manque de prise en compte du principe décimal de la numération de position dans les manuels et programmes actuels ainsi que dans les pratiques. Notre étude se poursuit par la détermination de conditions que devrait vérifier une ressource qui aiderait les enseignants à améliorer la prise en compte de ce principe. Pour cela nous utilisons la méthodologie d'ingénierie didactique pour le développement d'une ressource : élaborer une première version, analyser son utilisation par des enseignants, l'adapter en une seconde version, etc. (cycles conception-usage). Les résultats de l'étude concernent la pertinence des situations (mises en scène de la situation fondamentale) et de leur description aux enseignants. Ils permettent d'envisager des modifications possibles pour une ressource plus efficace. L'étude permet aussi de préciser les difficultés des élèves et de recueillir des informations sur les pratiques ordinaires des enseignants.

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

L'étude didactique interroge les rapports que le Collège et le Lycée, en tant qu'institutions d'enseignement des mathématiques, forgent entre un calcul numérique et une calculatrice. Le questionnement est bâti autour de la place et du rôle de l'approximation décimale dans cette mise en relations d'un objet mathématique et d'un objet technique, tant au niveau pratique que théorique.<br />Le cadre de la théorie anthropologique du didactique permet d'abord à l'étude de mettre en évidence comment des organisations, dites praxéologies de décimalisation, conjuguent techniques instrumentées et éléments théoriques dans les pratiques calculatoires. Le travail est mené sur l'exemple des calculs trigonométriques. L'évolution historique en France des choix transpositifs relatifs aux assises théoriques et aux réalisations numériques de ces calculs (comme le recours aux tables et au calcul algébrique) montre que, dans les techniques instrumentées institutionnalisées, la prise en charge de l'approximation décimale bute sur des contraintes qui tendent à éviter les exigences théoriques majeures de l'approximation numérique. Autrement dit, l'institution d'enseignement peine à articuler l'instrument de calcul et l'approximation décimale. Ici l'articulation est définie comme la présence active, au cours de la réalisation du calcul numérique, de contrôles qui intègrent des savoirs mathématiques sur la précision des résultats décimaux produits avec l'instrument. Une analyse plus détaillée, dans le Collège et le Lycée actuels, de l'écologie et de l'économie des techniques liées à l'utilisation de la calculatrice, cerne les raisons de cette difficile articulation entre deux genèses, l'une instrumentale, l'autre mathématique. <br />L'étude entreprend ensuite de travailler l'articulation calculatrice-approximation au niveau Lycée, en l'inscrivant dans l'enseignement de l'Analyse. Elle s'appuie alors sur la théorie des situations didactiques pour organiser, en plusieurs séances, une rencontre avec les deux problèmes fondamentaux de l'approximation numérique. C'est la construction d'une table trigonométrique qui sert d'enjeu épistémologique et didactique à cette ingénierie.

Le sujet de ce travail est d'étudier les moyens de permettre aux étudiants de fin de secondaire d'accéder aux raisons de savoir étroitement liées à la construction des concepts de l'Analyse, et à leur formalisation. La thèse explore cette question et développe un cadre théorique pour l’élaboration d’ingénieries qui visent ce sens et cette nécessité. Ce cadre théorique, conçu au sein de celui de la TSD, repose sur l’élaboration d’un modèle de rationalités et d’adaptations de la TSD notamment aux niveaux heuristiques. Le débat scientifique en classe apparait comme un choix adapté pour la mise en oeuvre d’ingénieries dans ce cadre. Une ingénierie relative à la notion de limite et sa définition formelle est développée puis expérimentée. Les résultats laissent entrevoir chez les étudiants une certaine appropriation du formalisme de la définition de limite, ainsi qu’un lien plus construit entre les objets mathématiques (suites, fonctions) manipulés dans différents cadres lors des situations adidactiques et la définition formelle. / The aim of this work is to study the means necessary to allow students to accede to the raison d'être of the knowledge involved in the building of notions of Calculus and Analysis. The thesis deals with this question and develops a theoretical frame for the conception of engineering which aims this sense and this necessity. This theoretical frame, designed in TDS theory, stands on a model of rationalities and some adaptations of TDS mainly on heuristic levels. We deploy the scientific debate construct to design lessons based on this frame. A didactic engineering aiming at the notion of limit and its formal definition is developed and experimented. Productions resulting from this work suggest a best appropriation of the definition of a limit, as well as a better link between the mathematical objects handled in situations (sequences, functions…) and the formal definition.

Cette recherche visait à étudier le potentiel des transformations de représentation sémiotique d´enregistrements dans une analyse combinatoire de la proposition de l´enseignement intégré sur la résolution pour les étudiants de 2e année de l´école secondaire problème. Le cadre théorique de cette recherche a été liée à l´enseignement et l´apprentissage des cours de mathématiques en utilisant la Représentation Sémiotique registres, les niveaux de connaissance attendus des étudiants et de dépannage. Pour le développement de cette étude ont été utilisés aspects méthodologiques de génie didactique. L´analyse a été développé à partir d´un point de vue qualitatif. Participé à cette étude, les élèves de la deuxième année de l´école secondaire de la State College Victoire de Santa Maria à Aracaju / SE. Il a été prouvé dans l´application de la séquence d´enseignement que l´enseignement basé sur les leçons de l´expérience qui stimule la mobilisation des dossiers sémiotiques et les activités liées à la quotidienne de l´étudiant a contribué efficacement à l´enseignement et l´apprentissage de l´analyse combinatoire. / A presente pesquisa teve como objetivo geral investigar o potencial das transformações dos registros de representação semiótica em uma proposta de ensino de Análise Combinatória construída com base na resolução de problemas para alunos da 2º série do ensino médio. O referencial teórico desta investigação esteve relacionado com o processo de ensino e aprendizagem da disciplina matemática, utilizando os Registros de Representação Semiótica, Níveis de conhecimento esperados dos estudantes e Resolução de Problemas. Para o desenvolvimento desse estudo foram utilizados aspectos metodológicos da Engenharia Didática. A análise se desenvolveu numa perspectiva qualitativa. Participaram dessa pesquisa os alunos da segunda série do ensino médio do Colégio Estadual Vitória de Santa Maria em Aracaju/SE. Ficou comprovado na aplicação da sequência didática que o ensino baseado em experiências de aulas que estimule a mobilização dos registros semióticos e com atividades relacionadas ao cotidiano do discente contribuiu de forma efetiva para o ensino e a aprendizagem de Análise Combinatória.

Cette thèse s’intéresse à l’élaboration d’alternatives pour l’enseignement du calcul algébrique au collège et en particulier de la propriété de distributivité qui joue un rôle central.En appui sur des recherches antérieures en didactique de l’algèbre, nous analysons les spécificités des savoirs à enseigner et enseignés sur le calcul algébrique, au regard de difficultés protomathématiques (Chevallard 1985) prégnantes du côté des élèves. Ceci conduit à appréhender de nouvelles formes de savoirs à enseigner accompagnant les savoirs mathématiques liés aux aspects sémantiques et syntaxiques des écritures symboliques algébriques. La notion de transformation de mouvement (Drouhard 1992) et l’exploration des caractères formalisateur, unificateur et généralisateur (ou FUG, Robert 1998) amène à envisager la distributivité au regard d’un domaine d’étude plus large, à la fois numérique et algébrique. L’étude d’une transposition possible des savoirs à enseigner permet de dégager des conditions et des contraintes pour élaborer une ingénierie didactique. Les résultats d’une expérimentation en classe de 5e (élèves de 12-13 ans) à partir d’analyses a priori et a posteriori, concernent les discours dont les élèves parviennent à s’emparer, justifiant et soutenant leurs techniques de calcul, ainsi que les organisations de connaissances qui émergent. Une nouvelle étude didactique et épistémologique relative à la notion de substitution vient clore la thèse afin de déterminer en quoi elle pourrait fonder un prolongement possible aux enjeux FUG pour l’enseignement de la distributivité et poursuivre l’ingénierie didactique amorcée visant à enseigner le calcul algébrique tout au long du collège. / This thesis seeks to explore alternatives for the teaching of algabraic calculus in second grade, and more specifically of the distributive law that plays a central role.Drawing on prior researches on didactic of algebra, characteristics of the knowledge to be taught and the knowledge taught about algebraic calculus are analyzed towards protomathematics difficulties (Chevallard 1985) constantly arising in students’work. This leads to consider new forms of knowledge, along with mathematical knowledge, that would be linked to semantic and syntactic aspects of symbolic algebraic expressions.Exploring the notion of movement transformation (Drouhard 1992) and the potential of formalizing, unifying, and generalizing (or FUG, Robert 1998), brings out the distributive law in a larger study field both numerical and algebraic.The study of a possible transposition of the knowledge to be taught yields a set of conditions and constraints to design a didactic situation. The results from a first experiment in a 5th grade class (12-13 year-olds) are based on a priori and a posteriori analysis. They focus on the discourses built and used by the students, justifying and supporting their manipulations, along with the knowledge organizations arising out.The last chapter addresses a new didactic and epistemological study of the notion of substitution aiming at discussing its potential to extend the FUG point of view on the teaching of the distributive property, and further on to provide a new perspective of research to carry on with our didactic design to teach algebraic calculus all along secondary school.

L’utilisation du jeu pour faire apprendre des mathématiques aux élèves s’impose de plus en plus comme une pratique pédagogique de référence au niveau de l’institution scolaire. Ce terme générique recouvre cependant des mises en œuvre très différentes n’induisant pas le même vécu pour les élèves. Notre travail a pour objectif d’explorer certaines de ces pratiques et de déterminer les conditions pour que les élèves jouent et développent des compétences mathématiques au cours d’une même séquence d’apprentissage. Nous cherchons dans un premier temps à cerner les activités qui peuvent être des jeux en classe, sachant que le contexte scolaire influe fortement, et négativement, sur la possibilité pour les élèves de vivre de réels moments de jeux. Nous proposons une caractérisation de ces activités à partir de quatre outils conceptuels, le game (la structure de jeu), le play (l’attitude de jeu), le potentiel ludique et le potentiel d’apprentissage. Nous dégageons ensuite deux modalités principales d’utilisation du jeu en classe : la ludicisation d’une situation didactique ou l’exploitation d’un jeu existant. Faisant l’hypothèse que la seconde possibilité est plus à même d’induire une attitude de jeu chez les élèves, nous concevons une séquence d’apprentissage basée du jeu de go dans une classe de cycle 3 de l’école élémentaire pour en étudier les impacts en termes d’apprentissages mathématiques. Pour ce faire, nous présentons une méthode d’analyse des jeux qui, appliquée au jeu de go, nous permet de dégager deux potentiels d’apprentissages important : l’argumentation heuristique (Duval, 1992) en résolution de problèmes et l’appréhension séquentielle des figures (Duval, 1994) en géométrie dans le cadre des contraintes actuelles de l’institution scolaire. La séquence, d’une dizaine de séances, est mise en œuvre par des enseignants expérimentateurs non spécialistes du jeu de Go. Nous analysons ensuite la séquence effective de manière à déterminer si les élèves ont vécu des moments de jeu suivant leurs propres conceptions du jeu et si des apprentissages mathématiques ont émergé. Nous nous posons enfin la question de la mobilisation de ces compétences, construites dans le cadre du jeu de go, dans d’autres domaines mathématiques. A partir de cette expérimentation nous cherchons à dégager l’ensemble des conditions et des contraintes pour l’implémentation d’un jeu de société à l’école élémentaire. / Using the game to teach mathematics to pupils became increasingly an obvious standard pedagogical practice in the scholastic institution. This generic term also reflects very different implementations that do not result in the same experience according to pupils. The objective of our work is to explore some of these practices and to determine the conditions in order for the pupils to play and develop mathematical competence during the same learning sequence. In the first instance, we are trying to define the activities that can be in-class games, keeping in mind that the school environment strongly and negatively influences the ability to experience real playing periods. We suggest a characterisation of these activities from four conceptual tools: the game (the structure of the game), the play (the game attitude), the playful potential and the learning potential. Then, we will draw two main conditions of in-class use of games: the “gameifying” of a didactic situation or the exploitation of an existing game. Assuming that the second possibility is more likely to lead to a gaming attitude for pupils, we are designing a learning sequence based on the strategy board game “go” in a junior division classroom at an elementary school, in order to study mathematical learning impacts. To do so, we are introducing a method of game analysis that, applied to Go, can extract two important learning potentials: the heuristic argumentation (Duval, 1992) for problem-solving and the sequential apprehension of figures (Duval, 1994) for geometry. This analysis method is implemented as part of the current constraints of the scholastic institution. The sequence, made of ten sessions, is implemented by experimenter teachers who are not Go specialists. We will then analyse the actual sequence in order to determine if the pupils have experienced gaming periods according to their own game understanding and if mathematical learning has emerged. We ultimately ask the question: how these skills, built as part of the Go game, have been deployed in other mathematical fields? From this experimentation, we want to clear the conditions and constraints of a boarding game implementation at the elementary school.