Hdr présentation techno pour apprentissage

3. Enseigner les mathématiques pour les sciences expérimentales, avec un environnement informatique

3.1 Introduction

Mes enseignements, dans la période 2001-2006, ont tous eu pour thème les mathématiques comme langage pour d’autres disciplines. Cette expérience d’enseignante est la source des questions posées au chapitre 2 relatives à la place des mathématiques et de la modélisation dans les sciences expérimentales. Les domaines étaient la biologie (Licence 1^ère année et 2^ème année, parcours biologie, université Lyon 1) ou la physique (Formation Active en Science, premier cycle ingénieur, INSA de Lyon) avec des activités caractéristiques des sciences expérimentales, comme par exemple la récolte et le traitement de données ou l’étude de modèles et de simulations de phénomènes biologiques ou physiques. De plus, je me suis attachée à introduire des pédagogies actives (Lebrun 2002) soutenues par des environnements informatiques :

• 
  Apprentissage par problème, expériences virtuelles et outils mathématiques pour les sciences de la vie (projet MathSV).
  
• 
  Apprentissage par le projet, construction collaborative d’un site Web et outils mathématiques pour les sciences de l’ingénieur.
  
• 
  Travaux Pratiques avec Maple et initiation à la modélisation en biologie ou en physique.
  

Dans cette section, je vais présenter le projet MathSV qui a démarré en 2001 par un projet pédagogique de l’université Claude Bernard Lyon I pour se poursuivre par l’introduction de l’apprentissage par problème en Licence 1^ère année (dès le printemps 2004) et par une recherche expérimentale sur l’impact des hypermedia sur l’apprentissage (hiver 2004).

Pour ce projet, la transformation des situations et des méthodes d’apprentissage a été un enjeu essentiel de l’environnement informatique. Cette expérience m’a montrée la complexité de telles innovations et m’a questionnée sur ses aspects didactiques, psycho-sociologiques, organisationnels, voire institutionnels, « des interrogations antécédentes et fondamentales » (Lebrun 2002 et section 2.1), questions qui m’ont conduite peu à peu à réorienter mes projets de recherche.

Pédagogie universitaire et Web.

En France, l'utilisation des sites Web dans la pédagogie universitaire est un phénomène relativement récent, mais en plein essor (en particulier à l’université Lyon I en 2001, date du démarrage de notre projet). Un grand nombre d'étudiants utilisent actuellement des sites Web universitaires pour accéder à des informations sur leurs cours, organisation et contenu, et sur les parcours possibles dans le cadre de la réforme LMD. L'objectif de ces innovations est d'inscrire l'enseignement universitaire dans l'évolution technologique des sociétés dites développées et de donner aux étudiants des « connaissances indispensables pour la vie d’aujourd’hui et de demain » (Fillon, 2004). Un objectif affiché est de « faire en sorte que l'ordinateur soit, tout comme le livre ou le cahier, l'un des instruments naturels de l'enseignement  » (Curien & Muet, 2004, p.75). Dans ce contexte, une question importante du point de vue pédagogique se pose : est-ce que les étudiants apprennent mieux avec ces nouveaux dispositifs ?

Face à ces attentes, il n'existe encore que peu de travaux de recherche de terrain. De plus, la plupart des recherches empiriques réalisées montrent que l'apport pédagogique des hypermédias est en fait d'une portée limitée. Dillon et Gabbard (1998), dans une revue de littérature de référence, soulignent que les bénéfices des hypermédias éducatifs se limitent à certains types de tâches et profils d'apprenants. Il n'y a pas de preuve, affirment-ils, que les hypermédias soient généralement plus efficaces que les moyens traditionnels (papier) pour apprendre. Dans un article plus récent, l'un des auteurs fait essentiellement le même constat (Dillon, 2002; cité par Hall et al., 2003). Savelsbergh et al. (2000) ont trouvé que des étudiants utilisant une interface informatique d'apprentissage de l'algèbre, en plus des cours traditionnels, n'avaient pas de meilleures performances d'apprentissage que leurs collègues ayant seulement eu les cours. Les étudiants ayant utilisé l'interface ont dit avoir dépensé beaucoup d'efforts (perception de charge cognitive) pour apprendre à utiliser le système.

Plusieurs facteurs expliquent les difficultés signalées par les auteurs. D'une part, nous trouvons les facteurs ergonomiques. La faible lisibilité des écrans d'ordinateurs rend la lecture plus lente et coûteuse. Des études d'ergonomie et d'oculométrie ont montré que les conditions de lecture sont moins bonnes à l'écran que sur papier, car il existe à l'écran des problèmes de résolution, de typographie, de scintillement, de contraste entre autres (Caro & Bétrancourt, 1998; Baccino, 2004; Nielsen, 2000). Dans des conditions optimales, cependant, on a observé que la lecture d'un texte sur écran n'est pas plus lente que celle d'un texte sur papier (Mayes et al., 2001). D'autre part, nous trouvons les facteurs liés à la maîtrise de l'écrit par les utilisateurs. L'utilisation de documents hypermédias s'avère être une activité complexe, qui requiert des stratégies de lecture sophistiquées, comme par exemple, de naviguer entre différentes sources d'information à travers des liens associatifs, de reconnaître les sources, de garder en mémoire "qui a dit quoi", et de gérer sa navigation sans se désorienter. Ces stratégies correspondent à un modèle cognitif, le "modèle documentaire", que possèdent les lecteurs experts, mais pas les novices (Britt et al., 1999). Enfin, les hypermédias soulèvent un problème de structuration et de consultation des contenus pédagogiques. Il ne suffit pas de mettre du contenu en ligne, mais il faut trouver une bonne structuration des cours, guider l'activité des étudiants et ne pas les laisser simplement "naviguer" (Benyon et al., 1997).

Nous avons mené une recherche expérimentale en conditions écologiques afin de comprendre quels sont les apports d’un environnement informatique pour l’apprentissage, à l’université Lyon I. Je préciserai quels types d’apports nous recherchions, mais avant cela, je vais introduire le projet plus large dans lequel cette recherche expérimentale s’inscrit.