Section 2. Etudes de Cas: les produits

Etude n 11: HERON , Kurt Reusser , Université de Zurich

Description

 

HERON est un outil informatique destiné à faciliter la résolution de problèmes mathématiques en langue naturelle. Il n'est pas destiné à remplacer l'enseignant ni les moyens traditionnels d'enseignement, mais à s'insérer dans l'enseignement comme un outil parmi d'autres (calculette, tableau noir, livres scolaires). C'est un système avec des composantes d'intelligence artificielle qui est à même de résoudre le problème posé à l'élève. Cette caractéristique lui permet de comprendre les faits et gestes de l'élève et de lui fournir une aide contextualisée. Le système n'exerce pas un tutorat strict en réagissant à chaque action de l'apprenant, mais plutôt une activité de guidage qui consiste à proposer une aide sur demande et à rendre l'élève attentif à des aspects encore inexploités du problème. En d'autres termes: HERON respecte le principe de variable control and minimal help, qui consiste à laisser un maximum d'initiative à l'apprenant tout en donnant de l'aide, si elle est nécessaire ou demandée par l'apprenant.

 

Aspects didactiques et pédagogiques

 

La résolution d'un problème mathématique en langue naturelle requiert 3 types de compétences: compréhension de texte (connaissances linguistiques), compréhension de la situation et compréhension mathématique (Kintsch & Greeno 1985; Reusser 1989, 1990). On constate l'existence de difficultés chez les élèves au niveau intermédiaire de la compréhension de la situation, c'est-à-dire qu'ils comprennent la langue dans laquelle est exprimée l'énoncé, connaissent les opérations mathématiques élémentaires mais ne savent pas faire le pont entre ces deux représentations de la même réalité.

D'un point de vue pédagogique, K. Reusser est de l'avis qu'il ne suffit pas de donner aux élèves des compétences procédurales décontextualisées en pensant qu'ils sauront les appliquer, mais plutôt d'insister sur la relation entre la résolution abstraite symbolique et le raisonnement dans un contexte concret. Les expressions formelles doivent acquérir un sens à travers leur lien avec les événements correspondant dans le réel. Pour que ce lien soit possible, il faut apprendre aux élèves à construire un niveau de représentation intermédiaire. Les arbres de résolution que HERON permet à l'apprenant de construire rendent explicite ce niveau de représentation intermédiaire.

Recherche

 

Il s'est avéré que les élèves travaillent la plupart du temps en couples avec l'ordinateur parce que le nombre de postes de travail est inférieur au nombre d'élèves. Partant de ce constat, K. Reusser a effectué des recherches sur les interactions entre élèves.

Dans un article intitulé "Improving Understanding and Solving of Math Story Problemes Through Collaborative Use of a Computer Tool (HERON)", Kurt Reusser présente une étude expérimentale faite avec HERON dans 2 classes de 5ème année. (N=48). Les élèves devaient résoudre un problème mathématique par paires soit en utilisant HERON ou selon la méthode papier-crayon.

L'analyse des résultats montre une amélioration de la performance dans les deux groupes. Il est à noter que les effets de retest sont mineurs dans un groupe de contrôle ne résolvant qu'un prétest et un posttest. L'utilisation de l'ordinateur comme outil pédagogique ne produit pas d'augmentation de la performance mais une amélioration qualitative des échanges verbaux entre élèves, comme le montre l'analyse de contenu décrite dans le paragraphe suivant.

Analyse de contenu des échanges entre partenaires

 

Lorsque les élèves travaillent avec HERON, une analyse de contenu du dialogue entre deux élèves sur 4 paires d'élèves montre que l'on observe trois fois plus d'interactions que si les mêmes problèmes sont résolus avec du papier-crayon. Ceci démontre le rôle facilitateur de HERON dans la collaboration.

Une analyse de contenu plus ciblée porte sur le type d'activité métacognitive évoqué dans les échanges: HERON favorise les échanges en rapport avec la représentation situationnelle du problème plutôt que la représentation mathématique formelle. Lorsque les enfants travaillent avec une méthode papier-crayon, dans la plupart des cas une seule représentation du problème est discutée. L'avantage de l'informatique est de permettre avec une grande facilité la comparaison de plusieurs chemins de résolution, de plusieurs représentations du problème.

Conclusion

 

L'utilisation de l'informatique dans l'enseignement ne mène pas forcément à une amélioration de la performance (transformation quantitative) mais permet de développer chez l'élève des capacités de structuration des connaissances, d'augmenter sa capacité de raisonnement (changement qualitatif).
Contact, références

 

* Reusser K. (1990) - From Text to Situation to Equation: Cognitive Simulation of Understanding and Solving Mathematical Word Problems. In H. Mandl, E. De Corte, N. Bennet & H.F. Friedrich (Eds), Learning and Instruction, European Research in an International Context, Vol. II. New York: Pergamon Press.

* Reusser, K. (1993) - Tutoring Systems and Pedagogical Theory: Representational Tools for Understanding, Planning, and Reflection in Problem Solving. In Susanne P. Lajoie & Sharon J. Derry (Eds), Computers as Cognitive Tools. Hillsdale, New Jersey: Lawrence Erlbaum.

* L'auteur de HERON, Kurt Reusser, est professeur à la "Philosophische Fakultät I" à l'Institut de Pédagogie de l'Université de Zürich.

 



PNR33 - NFP33 - 9 NOV 1996

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