Thèses (Ph.D.)--Université de Sherbrooke (Canada), 2003. / Titre de l'écran-titre (visionné le 20 juin 2006). Publié aussi en version papier.

De multiples études indiquent que les approches traditionnellement utilisées pour enseigner les sciences devraient être modifiées. En effet, l'intérêt des jeunes pour les sciences est à la baisse et ceux-ci vivent typiquement peu de changements conceptuels au cours de leur cheminement scolaire, en particulier dans le domaine de la physique. Or, les lacunes des approches pédagogiques traditionnelles concordent avec des atouts intéressants des jeux vidéo. Ainsi, quelques études semblent montrer un certain potentiel pour les jeux vidéo éducatifs dans le domaine de la physique mécanique. Toutefois les faiblesses des méthodologies et des jeux utilisés ne permettent pas de conclure quant à leur efficacité. Mécanika est un nouveau jeu vidéo éducatif, disponible gratuitement en ligne et conçu spécifiquement pour intervenir sur les conceptions initiales identifiées par le test d'inventaire du Force Concept Inventory, un outil de mesure maintes fois validé. Une étude de l'impact de l'utilisation du jeu chez les jeunes indique qu'il favorise l'apprentissage des concepts de la mécanique newtonienne, en s'appuyant sur plusieurs indices. D'abord, l'utilisation de Mécanika en classe a produit un gain plus important sur la performance au FCI qu'un enseignement jugé « traditionnel ». Ce gain indique un changement conceptuel important, suite à une utilisation du jeu d'environ 2 heures. Ensuite, l'effet sur les résultats au FCI persiste à moyen terme, un mois après l'utilisation du jeu. Enfin, le support additionnel offert par les enseignants pour bien intégrer le jeu en classe, en se servant de guides pédagogiques conçus pour faire le pont entre les situations du jeu et les concepts scolaires, n'a pas aidé de façon notable les élèves à vivre un changement conceptuel plus important que si ceux-ci utilisaient le jeu sans aide externe. Cette étude démontre ainsi que les jeux vidéo peuvent jouer un rôle significatif dans le milieu de l'éducation. ______________________________________________________________________________

Thèse (M.A.)--Université Laval, 2004. / Bibliogr.: f. [115]-119. Publié aussi en version électronique.

Cette étude qualitative multicas est ancrée dans l'approche sociale-cognitive de la théorie de l'autoefficacité de Bandura (1977). Elle s’intéresse à quatre stages à l’enseignement qui se sont déroulés au Musée canadien de la nature en 2009. L’utilisation de données secondaires issues du questionnaire STEBI-B traduit et modifié (Dionne et Couture, 2010) ainsi que des entrevues semi-dirigées ont permis une analyse du changement d’autoefficacité en sciences chez les stagiaires. Les éléments les plus intéressants de cette recherche sont l’apprentissage vicariant et la possibilité de répétition qui favorise une meilleure connaissance de soi et une pratique réflexive. Les résultats, dans l’ensemble positifs, illustrent bien le potentiel d’un tel stage afin de rehausser le sentiment d’autoefficacité en sciences chez des stagiaires en enseignement, particulièrement chez ceux qui se destinent à enseigner à l’élémentaire puisque ceux-ci ont souvent une formation académique sans science.

Cette étude qualitative multicas est ancrée dans l'approche sociale-cognitive de la théorie de l'autoefficacité de Bandura (1977). Elle s’intéresse à quatre stages à l’enseignement qui se sont déroulés au Musée canadien de la nature en 2009. L’utilisation de données secondaires issues du questionnaire STEBI-B traduit et modifié (Dionne et Couture, 2010) ainsi que des entrevues semi-dirigées ont permis une analyse du changement d’autoefficacité en sciences chez les stagiaires. Les éléments les plus intéressants de cette recherche sont l’apprentissage vicariant et la possibilité de répétition qui favorise une meilleure connaissance de soi et une pratique réflexive. Les résultats, dans l’ensemble positifs, illustrent bien le potentiel d’un tel stage afin de rehausser le sentiment d’autoefficacité en sciences chez des stagiaires en enseignement, particulièrement chez ceux qui se destinent à enseigner à l’élémentaire puisque ceux-ci ont souvent une formation académique sans science.

Le présent mémoire analyse le contenu et le contexte de rédaction du premier manuel de physique bas-canadien: les Notions élémentaires de physique (1841) de Joseph Cauchon. Destiné aux écoles et au public en général, ce traité de 124 pages est inspiré de manuels français et du cours de science dispensé au Séminaire de Québec. Dans sa préface, Cauchon stipule qu'il souhaite diffuser des connaissances pratiques et utiles. En considérant son implication dans un projet d'institut savant, son intérêt pour les nouvelles scientifiques et les articles qu'il rédige lorsque les Notions sont mises en vente, il est possible de relier Cauchon au discours émergent sur la nécessité d'un enseignement pratique dans les écoles. Bien qu'il énonce clairement ses objectifs, les moyens qu'il met en place pour pénétrer le milieu scolaire le sont moins. Les Notions se destinent autant aux écoles élémentaires, aux institutions d'enseignement supérieur et au public en général. Bien que les connaissances y figurant soient actuelles, leur développement ne semble toutefois pas suffisant pour convenir aux collèges. Une étude des 775 pages de notes de cours rédigées par Jérôme Demers en 1833 à l'usage des élèves du Séminaire de Québec nous a démontré que les Notions sont nettement moins complètes. En rapport aux manuels français des collèges royaux et aux manuels américains des high schools, le même constat s'applique. Ces traités sont généralement plus élaborés et mieux adaptés à l'enseignement dans les écoles. Nous avons en outre réalisé que Cauchon accordait plus d'importance à la mécanique et aux connaissances appliquées en comparaison aux auteurs français. Il s'est également dégagé de notre étude comparative que les traités américains, plus succincts, semblent meilleurs sur le plan didactique. Dans l'ensemble, les Notions semblent s'être davantage illustrées de par leur valeur symbolique de premier manuel de physique rédigé par un Canadien français que par leur impact réel dans le système scolaire bas-canadien. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Enseignement, Science, Canada, Livre, 19e siècle.

Actuellement, les sciences et les technologies figurent parmi les différents piliers qui soutiennent les pays industrialisés. Afin de préparer les jeunes à jouer un rôle actif au sein de la société et de les amener à poser un regard critique sur les enjeux contemporains, il apparaît essentiel d'intéresser ceux-ci aux sciences et aux technologies et de les amener à développer des connaissances scientifiques de base. Pour y arriver, l'école occupe une position privilégiée de par son caractère obligatoire. En effet, l'école est un moyen de rejoindre tous les jeunes âgés entre six et seize ans et constitue, par le fait même, une porte d'entrée idéale pour l'éducation scientifique. Ainsi, il semble important de s'intéresser à la façon dont cette responsabilité est assumée par les enseignantes du Québec. La présente étude s'intéresse à l'enseignement des sciences et des technologies au Québec et se penche, plus spécifiquement, sur le malaise présent chez les enseignantes du primaire; malaise cité par plusieurs chercheurs au cours des dernières années (Conseil supérieur de l'éducation 1982 et 1990; Goupil et Doré, 2002 ; Acfas, 2000 ; Clark, 2003). Par cette recherche, nous souhaitons mieux comprendre la relation existant entre l'enseignante et la tâche dans le contexte particulier de l'enseignement des sciences et des technologies au primaire. Pour ce faire, nous empruntons l'avenue conceptuelle du sentiment d'efficacité. Le sentiment d'efficacité, dans le cadre particulier de l'enseignement des sciences et des technologies, se définit comme la confiance qu'une enseignante a en sa capacité à enseigner efficacement les sciences et les technologies et en la capacité des élèves à apprendre ces disciplines en dépit des contraintes extérieures (Riggs et Enochs, 1990). Ce concept a été peu utilisé pour étudier la situation québécoise de l'enseignement des sciences et des technologies. Cette réalité a donc justifié une revue exhaustive des différentes études qui ont été menées autour de ce concept. L'étude conduite ici est de type exploratoire et interprétatif et s'est faite en deux temps. Dans un premier temps, un questionnaire quantitatif de type échelle Likert a été administré à une quarantaine d'enseignantes. Cette première étape nous a permis de quantifier et de catégoriser le sentiment d'efficacité des participantes afin de cibler celles qui allaient être invitées à prendre part à la suite de l'étude. Dans un deuxième temps, les enseignantes ainsi choisies ont participé à une entrevue semi-dirigée pour nous permettre d'approfondir notre compréhension de la réalité de l'enseignement des sciences et des technologies au Québec et, plus particulièrement, de la relation didactique existant entre l'enseignante et la tâche de l'enseignement des sciences et des technologies. Les propos tenus par les enseignantes nous ont permis de mieux cerner le malaise qui est présent chez certaines d'entre-elles. L'interprétation des résultats nous a également permis d'esquisser quelques parallèles entre le sentiment d'efficacité des participantes et d'autres facteurs tels que la formation scientifique reçue à l'université, le temps alloué à l'enseignement des sciences, la créativité pédagogique des enseignantes et les émotions vécues lors de l'enseignement des disciplines scientifiques et techniques. L'étude des propos tenus lors des entrevues fournit aussi certaines informations sur la façon dont le programme de formation est intégré dans les salles de classe du Québec et permet de dégager différents besoins soulevés par les enseignantes. Enfin, il convient de rappeler que la nature exploratoire de l'étude donne une compréhension préliminaire de la situation de l'enseignement des sciences et des technologies et que des investigations supplémentaires sont nécessaires. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Sentiment d'efficacité, Enseignement primaire, Sciences et technologies, Relation didactique.

L'enseignement des sciences vise, entre autres, la compréhension des concepts scientifiques élémentaires. Trop souvent, cet objectif n'est pas atteint (Giordan et de Vecchi, 1987), particulièrement dans le cas des connaissances « contre-intuitives » (Giordan, 1998) qui vont à l'encontre des intuitions. Depuis le début des années 1980, les chercheurs en sciences cognitives ont alors tenté de modéliser le changement conceptuel qui devait se produire lors de l'apprentissage. Le modèle du changement conceptuel original (Posner et al., 1982), qui prévoyait le remplacement d'un concept déficient par un concept adéquat suite à un conflit cognitif, a cependant clairement démontré son insuffisance (Potvin 1998; Samson, 2002). Toutefois, depuis 25 ans, la communauté de recherche s'est efforcée de repenser ce modèle. Parmi les alternatives proposées, deux perspectives principales se dégagent (Ozdemir et Clark, 2007) : les perspectives « Knowledge-as-elements » (DiSessa, 1988, 1993; Brown, 1995; Clark, 2006; Hunt et Minstrell, 1994; Linn, Eylon et Davis, 2004) et « Knowledge-as-theory » (Carey, 1999; Chi, 2005; Ioannides et Vosniadou, 2002; Wellman et Gelman, 1992). Ces deux perspectives servent de cadre d'interprétation pour notre étude qui examine les processus en jeu lors d'un changement conceptuel en sciences. Plus spécifiquement, l'étude porte sur la construction de la réponse des élèves qui sont appelés à se prononcer à propos des deux différents phénomènes contre-intuitifs de changement de phase qui leur sont présentés. La question de recherche est : « l'exposition à un phénomène contre-intuitif de changement de phase entraîne-t-il la production de déclarations précaires? » Une réponse construite instantanément sur la base de déclarations qualifiées de précaires appuierait la perspective « Knowledge-as-elements » (Southerland et al., 2001) tandis qu'une réponse construite à partir d'une structure cognitive cohérente appuierait plutôt la perspective « Knowledge-as-theory ». Pour répondre à cette question, nous avons utilisé la technique de l'entretien d'explicitation (Vermersch, 1994), une technique qui nous a permis de mettre au jour l'itinéraire cognitif des sept élèves de première secondaire que nous avons rencontrés. Durant ces entretiens, nous leur avons présenté des situations réelles de changement de phase, soit la sublimation du gaz carbonique et l'ébullition de l'azote liquide. À partir d'une analyse préliminaire des données, nous avons dégagé un type de réponse construite instantanément : la déclaration précaire, qui se définit comme suit: « type de réponse qui a été construite instantanément de telle sorte que sa formulation présente des indices trahissant des incertitudes conceptuelles ». La déclaration précaire est une proposition théorique inspirée des travaux de Southerland et al. (2001) et de Russ et al. (2008). Nous avons établi six critères de reconnaissance des déclarations précaires. En utilisant notre construit théorique, nous avons réussi à identifier 41 passages présentant des manifestations de déclarations précaires, avec une fidélité interjuge de 88 %. Nous avons caractérisé ces passages et avons constaté que les sujets produisaient à l'occasion des déclarations précaires et privilégiaient certains types de constructions instantanées de réponses. Ce faisant, nous appuyons l'idée que les réponses des élèves relèvent parfois d'une structure cognitive fragmentée, conformément à la perspective KAE. Cette recherche propose des critères des reconnaissance des déclarations précaires qui pourraient être utilisés tant en recherche qu'en intervention pédagogique. Sur le plan de la recherche, le concept de déclaration précaire peut servir à mieux comprendre le changement conceptuel qui s'opère chez l'apprenant au moment où il se produit et ce, tout en tenant compte du contexte. En pédagogie, la déclaration précaire prend la forme d'une réponse formulée par l'élève qui indique sa position cognitive à l'enseignant qui se trouve alors mieux renseigné pour orchestrer un changement conceptuel. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : didactique des sciences, changement conceptuel, changement de phase, phénomène contre-intuitif, instantanéité, déclaration précaire

La présente thèse a comme toile de fond le courant contemporain militant pour l'intégration de la culture scientifique dans l'enseignement des sciences. Ce courant s'appuie d'abord sur l'idée que l'éducation à la culture scientifique et technologique est essentielle à la formation de tout citoyen et que l'école est le lieu idéal à son développement. Il défend également la thèse selon laquelle l'intégration de la culture scientifique à l'enseignement des sciences est un moyen des plus intéressants pour moderniser l'enseignement de cette matière et conséquemment pour mousser l'intérêt des jeunes envers la science. Déjà au Québec, au moins cinq projets éducatifs visant à intégrer la culture scientifique dans le curriculum de l'enseignement des sciences au secondaire ont été répertoriés. Toutefois, un seul de ces projets -le projet Jeunes communicateurs scientifiques (JCS) -a amorcé un processus d'évaluation respectant ainsi la recommandation de base des spécialistes en évaluation de programme, c'est-à-dire celle de soumettre tout nouveau programme à une forme d'évaluation. Le projet JCS a donc retenu notre attention et la présente thèse s'est donnée comme objectif principal de finaliser l'évaluation de mise en oeuvre amorcée par Lussier-Desrochers (2005). Lors de la première phase de l'évaluation, Lussier-Desrochers a confirmé la faisabilité du projet, mais également sa capacité d'atteindre les objectifs visés et d'induire un haut taux de satisfaction tant chez les élèves que chez les enseignants participants. S'inspirant de la littérature, mais également de deux des recommandations formulées par Lussier-Desrochers, la présente recherche retient deux objectifs spécifiques. Le premier est de porter une attention particulière aux perceptions et attitudes des élèves du secondaire par rapport à la science et à son enseignement. Deux sous-objectifs y sont associés: a) tracer un portrait des perceptions et attitudes d'un petit groupe de jeunes québécois envers la science et son enseignement, et b) vérifier l'influence de projets éducatifs novateurs sur ces perceptions et attitudes. Le second objectif spécifique retenu vise à développer des outils capables a) de retracer les modes de travail utilisés par les élèves tout au long de leur participation au projet JCS, b) d'évaluer les productions complexes et atypiques demandées (des capsules radiophoniques ou télévisuelles de vulgarisation scientifique) et c) de procéder à un relevé des apprentissages tels que rapportés par les élèves. En lien avec le premier objectif, un questionnaire est développé pour évaluer les perceptions et les attitudes des élèves par rapport à la science et son enseignement au secondaire. Ce questionnaire est administré à deux reprises (en début et en fin d'armée) à deux groupes d'élèves du secondaire (N = 98) participant à l'un ou l'autre de deux projets novateurs en enseignement des sciences. Les résultats de la première passation permettent de constater que l'intérêt pour la science et les cours de sciences est présent chez un bon nombre d'élèves et que les activités pédagogiques les plus prisées sont celles qui appellent les élèves à être actifs et dans lesquelles une place est laissée aux interactions sociales. Les résultats obtenus lors de la deuxième passation ne permettent pas de conclure que la participation à l'un ou l'autre des projets vient modifier à la hausse les perceptions et attitudes des jeunes envers la science et les cours de sciences. En lien avec le deuxième objectif, deux outils ont été adaptés et un troisième nouvellement développé. Les deux outils adaptés (les entrevues d'équipe et la grille d'auto-évaluation des compétences) ont permis de colliger des données sur les modes de travail des équipes et sur les apprentissages réalisés à la suite d'une participation au projet JCS. L'outil nouvellement élaboré (la grille d'évaluation des productions) a, pour sa part, permis d'évaluer la qualité des productions radiophoniques et télévisuelles produites par l'ensemble des équipes (N = 28) ayant participé au projet JCS depuis le début de son implantation. L'analyse des modes de travail nous a permis de constater que les stratégies de travail des élèves sont variées et que les élèves ont, la plupart du temps, distribué équitablement le travail. En lien avec la question des apprentissages, les élèves s'entendent pour dire qu'ils sont surtout liés à la production d'une capsule télé ou radio et au thème qu'ils ont choisi de traiter. Les résultats associés à la grille d'évaluation des productions permettent de conclure que les élèves de troisième et de quatrième secondaire sont clairement aptes à produire des topos de vulgarisation scientifique de bonne qualité. L'application de la grille a également permis d'identifier les points forts et les points faibles de chacune des productions et aussi de les discriminer entre elles en fonction de leur qualité globale. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Culture scientifique, Adolescents, Enseignement des sciences, Partenariat éducatif, Évaluation de mise en oeuvre (ou d'implantation).

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