La recherche en didactique des sciences s'intéresse depuis longtemps au processus visant à faire évoluer les conceptions erronées intuitives des élèves : le changement conceptuel. Or, malgré les nombreuses avancées qu'ont permis les recherches dans ce domaine, les conceptions erronées des élèves persistent, particulièrement pour les concepts contre-intuitifs (Giordan, 1998). De récentes recherches pointent vers l'idée que certaines de ces conceptions ancrées pourraient provenir de l'interférence du raisonnement intuitif. De plus, la littérature a déjà établi, en mathématiques, que le fait de donner une réponse correcte allant de pair avec son intuition faisait appel à un processus de raisonnement différent de celui nécessaire pour surmonter des interférences intuitives. En effet, il semble dans ce dernier cas lié à l'activation de mécanismes d'inhibition (Stavy & Babai, 2010; Stavy, Goel, Critchley & Dolan, 2006). Dans ce contexte, la présente étude tient compte de l'apport des neurosciences et de la psychologie cognitive dans l'étude de la capacité des élèves à surmonter leurs intuitions en sciences. Sommairement, cette recherche tente de mieux comprendre le processus de raisonnement des élèves lorsqu'ils sont face à des concepts scientifiques contre-intuitifs. Pour ce faire, une tâche informatisée présentant des stimuli intuitifs et contre-intuitifs (interférences intuitives) autour du concept de masse volumique a été construite. Cette tâche, qui a le potentiel d'être utilisée dans un appareil d'imagerie cérébrale, a été présentée à 684 élèves âgés de 8 à 14 ans. Des données comportementales (temps de réaction, exactitude des réponses) ont été recueillies, puis analysées. Ces données nous indiquent que 1) les élèves prennent plus de temps à surmonter des interférences intuitives qu'à donner des réponses qui vont de pair avec leur intuition; 2) le pourcentage de réponses correctes données aux stimuli contre-intuitifs augmente avec l'âge; 3) le temps de réaction aux stimuli contre-intuitifs réussis diminue progressivement avec l'âge. Ces résultats viennent appuyer l'idée que la maturation des mécanismes cérébraux d'inhibition aurait un rôle à jouer dans le développement de la capacité de surmonter des interférences intuitives en sciences, et laissent entendre qu'il pourrait être pertinent de développer des interventions pédagogiques ayant pour but de développer les fonctions exécutives des élèves (inhibition). ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : masse volumique, règles intuitives, inhibition, temps de réaction, science, apprentissage, fonctions exécutives, interférence intuitive, raisonnement intuitif

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.

Cette étude cherche à comprendre les processus d'apprentissage d'élèves de la 6e année du primaire, et ce, en examinant la nature des interactions dans un contexte d'apprentissage des sciences et technologies. Afin d'approfondir leurs connaissances des phénomènes scientifiques, les enfants travaillent en équipe avec des outils informatiques nommés Crickets! qui proviennent du Media Lab, Massachusetts Institute of Technology (MIT). Ces blocs programmables sont des petits ordinateurs qui ne sont pas tellement plus gros que la batterie de 9 volts qui leur transmet de l'énergie. En raison de leur petite taille, ils peuvent être utilisés dans différents contextes. À l'aide du langage de programmation LOGO et de communication par transmission infrarouge, ces petits ordinateurs peuvent contrôler des moteurs et recevoir de l'information de détecteurs (son, lumière, toucher, ...). Des blocs LEGO et du matériel de bricolage peuvent servir à la construction de projets robotisés. Ces petits ordinateurs permettent aussi d'observer différents phénomènes de l'environnement, car leurs détecteurs peuvent capter de l'information et ainsi permettre à ses utilisateurs de faire de la collecte de données. Les usagers parviennent à construire des petits robots qui peuvent communiquer entre eux et qui sont programmables à distance. Des observations qualitatives ont permis de faire une étude de cas sur l'utilisation des Crickets par des élèves travaillant en collaboration. Parmi les interactions d'un groupe de trois élèves, seuls les rôles sociaux et les diverses tâches effectuées ont été catégorisés et analysés. Par le biais d'analyses qualitatives et quantitatives, il a été possible d'observer la distribution de ces variables. Sans prétendre démontrer des évidences empiriques, cette étude illustre la richesse des interactions sociales variées dans une équipe de travail collaboratif ainsi que l'importance de la manipulation de matériel technologique attrayant dans un contexte de l'apprentissage des sciences. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Collaboration, Apprentissage, Constructivisme, Robotique et science.

Au début des années 90, de nombreux acteurs du monde de l'éducation constatent que l'éducation scientifique est en état de crise. Ceux-ci résument la situation en affirmant que les élèves étaient rarement en mesure d'assurer adéquatement le transfert de leurs connaissances scientifiques. Parmi les solutions envisagées, plusieurs spécialistes proposent alors la stratégie de l'interdisciplinarité curriculaire. Cette stratégie implique notamment la réorganisation des savoirs autour d'objets ou de phénomènes d'apprentissages, plutôt qu'en fonction des disciplines scientifiques. Par conséquent, dans plusieurs des nouvelles propositions curriculaires, l'intégration des disciplines entre elles occupe une place centrale. La mise en contexte des apprentissages devient également une préoccupation majeure. Aussi, pour certains, l'éducation technologique apparaît comme une avenue propice à la contextualisation des apprentissages en sciences. Pour d'autres, une telle contextualisation serait favorisée par l'intégration de problématiques éthiques ou environnementales à l'école. Dans les milieux scolaires et en fonction des changements curriculaires proposés, de nouvelles dimensions éducatives sont donc récemment mises en relation. Or, un problème d'arrimage théorique, axiologique et praxéologique a été constaté à travers l'exploration des fondements sur lesquels reposent les nouveaux programmes de formation à l'enseignement qui intègrent les champs d'intervention de l'éducation relative aux sciences (ERS), de l'éducation relative à la technologie (ERT) et de l'éducation relative à l'environnement (ERE). Pour répondre à ce problème, cette recherche propose un modèle éducationnel inédit, qui tient compte des divers aspects fondamentaux de l'ERE, de l'ERS et de l'ERT, comme proposition pour fonder ou enrichir les curriculums, et aussi pour inspirer les pratiques des enseignants qui se retrouvent actuellement confrontés à la mise en oeuvre de changements majeurs pour lesquels il n'existe actuellement que fort peu de balises. Construit selon la démarche globale de l'anasynthèse et s'appuyant plus spécifiquement sur la stratégie de l'analyse de contenu, le modèle éducationnel issu de cette recherche est présenté en deux volets : théorique et pratique. Le premier propose une définition et une exploration théorique des trois champs en question; il définit ensuite seize dimensions éducatives complémentaires qui peuvent entrer en jeu dans l'enseignement interdisciplinaire des sciences et de la technologie intégrant une préoccupation d'éducation relative à l'environnement. Le deuxième volet du modèle propose des balises praxéologiques -soit un ensemble d'approches et de stratégies -favorisant des choix éclairés, contextuellement appropriés, qui permettent d'articuler les différentes dimensions éducatives entre elles au sein des pratiques enseignantes. Les réformes curriculaires actuelles suscitent des résistances importantes de la part des milieux enseignants, en raison de la nature et de l'envergure des changements proposés. Le modèle éducationnel élaboré dans cette recherche pourrait apporter certaines pistes de solution concrètes aux difficultés appréhendées. Dans cette perspective, les résultats de cette recherche pourraient être utilisés dans l'élaboration des programmes de formation initiale et continue des enseignants. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Enseignement des sciences, Enseignement de la technologie, Éducation relative à l'environnement, Didactique des sciences, Didactique de la technologie, Intégration des matières, Interdisciplinarité, Modèle éducationnel.

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

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.

Thèses (M.A.)--Université de Sherbrooke (Canada), 2002. / Titre de l'écran-titre (visionné le 24 août 2006). Publié aussi en version papier.

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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.

Dans l’enseignement des sciences et technologies (ST) au secondaire au Québec, les prescriptions officielles en lien avec les démarches d’enseignement préconisent le recours à des situations d’enseignement-apprentissage contextualisées, ouvertes et intégratives (MELS, 2006). Parmi les dispositifs pédagogiques retenus pour actualiser ces orientations, on retrouve l’enseignement par projets (EPP). Si plusieurs études empiriques montrent des effets positifs du recours à l’EPP sur l’apprentissage des savoirs disciplinaires, d’autres écrits pointent les risques réels de dérives lors de sa mise en oeuvre. Dans cette thèse, nous avons analysé les pratiques de six enseignants qui disent recourir à l’EPP. Les projets ont été élaborés par eux-mêmes pour enseigner des contenus disciplinaires de leurs choix. Les données considérées sont issues d’enregistrements vidéo en classe, précédées et suivies d’entrevues qui tiennent compte de quelques dimensions relatives aux apprentissages des contenus disciplinaires: quoi enseigner (quels savoirs disciplinaires sont visés et traités dans le projet)?; Comment (le déroulement et les tâches des enseignants et des élèves)?; En recourant à quelles ressources didactiques? Les résultats révèlent des conceptions très variées des caractéristiques de l’EPP et une centration, dans les justifications du recours à cette approche, sur des finalités d’ordre psychopégadagogique. Par ailleurs l’articulation entre les caractéristiques des projets, véhiculée par les liens entre les mises en situation, les problèmes et les produits réalisés, et les savoirs visés s’avère déficiente dans la majorité des projets. Un seul enseignant a proposé un contexte qui, à la fois, fait partie de la vie quotidienne des élèves et tient compte des enjeux épistémologiques des concepts traités. Pour le reste, les liens de pertinence, d’un point de vue scientifique et technologique, entre les tâches des élèves et les savoirs visés sont superficiels ou absents.