Figure 1: différentes sortes de réseaux conceptuels

L'expression "schémas didactiques" désigne  les diagrammes conceptuels que j'ai utilisés avec des élèves de deuxième secondaire de l'école Pierre-Laporte et dans lesquels les liens entre concepts sont nommés "connecteurs conceptuels". Les réseaux sémantiques de QUILLIAN démontrent la fragilité de la distinction entre relations internes et externes: les deux types de relations sont présents dans le même schéma et il est parfois difficile de préciser où s'arrête la relation interne et où commence la relation externe.

Figure 2: un réseau sémantique de Quillians

Il est peut-être préférable de dissocier le connecteur conceptuel de cette frêle démarcation et plutôt que de regarder ce qui l'entoure, il semble plus intéressant d'en préciser sa nature et son rôle à l'intérieur du schéma. L'analyse des recherches par plusieurs auteurs au cours d'entretiens cliniques a motivé mon questionnement pédagogique. Comment un professeur ne pourrait-il pas être émerveillé par les grandes satisfactions que des chercheurs comme NOVAK devaient ressentir en guidant leurs quelques disciples dans l'élaboration des principaux concepts de biologie?

Figure 3: réseau conceptuel de Novak

Il est indéniable que dans un tel contexte il existe une parfaite syntonie entre l'élève et le chercheur qui devient un animateur de situations et le plus souvent un catalyseur de succès; d'ailleurs les résultats obtenus sont très encourageants comme j'ai pu moi-même le constater quand j'ai procédé en 1993 à une mise à l'essai empirique des schémas didactiques avec quatorze élèves de l'école Pierre-Laporte. Ma préoccupation qui en découla fut d'adapter cet outil cognitif au contexte des classes de trente-deux élèves en deuxième secondaire. Depuis deux ans j'utilise avec quelques deux cent élèves les schémas didactiques. Si cet outil suscite auprès des élèves à l'esprit non cartésien une certaine angoisse, ils permettent en revanche à l'ensemble d'établir des liens et de mieux intégrer les principales notions du programme.

Figure 4: réseau de Pétri et diagramme de Godycki

Demander à des élèves de deuxième secondaire de créer dans le climat pédagogique actuel des schémas didactiques, c'est sans doute s'exposer à provoquer des situations de frustration souvent propices à de l'indiscipline; en revanche, il est très intéressant de leur proposer individuellement ou en équipe de tels schémas déjà construits, dans lesquels certaines cases seront vides et qu'ils devront compléter pour que l'ensemble prenne un sens lorsqu'on suit les flèches en partant de l'idée première. L'outil cognitif élaboré préalablement avec soin par le professeur entraînera l'élève à modéliser des concepts généraux ou à dialectiser des concepts particuliers. De tels schémas lacunaires présentent plusieurs caractéristiques:

• - ils renferment tous des rectangles où sont placés les concepts;
• - les questions sont placées dans des losanges;;
• - ils partent tous d'une idée de départ qui est noircie;
• - certaines figures seront vides; l'élève pourra facilement les remplir par associations d'idées à partir des concepts et connecteurs figurant sur le schéma (on peut d'ailleurs joindre une liste des concepts et de connecteurs pouvant y être insérés);
• - les connecteurs conceptuels définis dans les deux paragraphes suivants sont placés dans des figures géométriques qui correspondent à leur nature : les conneteurs-mots dans des ellipses et les connecteurs symboliques dans des cercles.

Figure 5: Figures géométriques dans les schémas didactiques

1) Les Connecteurs-mots Les connecteurs mots sont les verbes, les adjectifs, les prépositions, les adverbes,. etc.; ils sont placés dans des ellipses. La figure 7 montre un schéma didactique ne faisant intervenir que des connecteurs-mots; il porte ur les trois moyens utilisés pour produire la chaleur. Dans ce schéma, la figure noircie est celle du concept "chaleur". À partir de ce rectangle partent quatre flèches: vers le haut, vers le bas, vers la droite et vers la gauche. On conseille toujours aux élèves de commencer par l'idée de départ, ici le concept "chaleur"; dans ce réseau, l'élève trouvera quatre enchaînements fondamentaux à partir de l'idée première: vers le bas, l'énumération de trois moyens de production de la chaleur; vers le haut, trois utilisations de la chaleur; à gauche, les conducteurs thermiques; à droite, les isolants thermiques. L'élève aura le choix d'organiser sa propre stratégie cognitive, puisque chaque enchaînement conserve une relative indépendance.  

Figure 6: Schéma didactique utilisant seulement des connecteurs-mots

Supposons qu'il commence vers le bas; il devra placer dans les cases numérotées de un à trois des moyens de production thermique en trouvant les associations pertinentes: dans la première case, le "moyen chimique" utilisé dans les cuisinières au gaz; dans la deuxième case, le "moyen électrique" utilisé dans les radiateurs électriques; dans la troisième case, le "moyen mécanique", associé à la déformation. Il devra ensuite trouver l'autre moyen mécanique de production de la chaleur, soit la "friction" et citer l'exemple de la "navette spatiale qui entre dans l'atmosphère terrestre". Supposons maintenant qu'il décide de continuer vers le haut, il se pose alors des questions sur les utilisations de la chaleur: la métallurgie est associée à l'action de "purifier les substances métalliques", la réfrigération est placée en parallèle avec le "chauffage" et la dernière action abordée dans ce schéma en liaison avec les utilisations de la chaleur est de "décomposer les substances chimiques". Il termine le réseau avec à gauche la propagation de la chaleur dans les "conducteurs thermiques" et la "conservation de la chaleur par les isolants thermiques" comme le "calorimètre". Il faut noter qu'un schéma didactique n'est jamais une fin en soi puisque dans certaines classes le professeur pourra l'utiliser comme un moyen privilégié pour rappeler les notions antécédentes les plus importantes ou pour anticiper les nouveaux concepts comme les autres moyens de production de la chaleur dans le cas que nous venons de traiter. Si l'on veut entraîner l'élève à développer sa pensée abstraite par le biais d'un raisonnement hypothético-déductif, on peut utiliser le langage abstrait emprunté aux mathématiques soit les connecteurs symboliques.

2) Les Connecteurs Symboliques Les connecteurs symboliques sont placés dans des cercles; ce sont les connecteurs arithmétiques, les connecteurs ensemblistes, les connecteurs relationnels et les connecteurs logiques.

2.1) Les Connecteurs arithmétiques Les connecteurs arithmétiques sont les quatre signes d'opérations ainsi que les symboles d'égalité et d'inégalité. Comme exemple d'utilisation de ces connecteurs on peut citer le schéma didactique sur la masse volumique d'une substance pure (figure 8) valable pour les trois relations: masse volumique en fonction de la masse et du volume, volume en fonction de la masse et de la masse volumique, masse en fonction de la masse volumique et du volume.

Figure 8: Schéma didactique utilisant des connecteurs arithmétiques

En suivant les flèches qui correspondent aux numéros de de chaque relation, l'élève indique ainsi les opérations à effectuer pour isoler chacune des trois variables.

Puisque le développpement de la pensée abstraite de l'élève passe par la classification des objets comme les catégories de matières, les différentes sortes de roches et de minéraux, les groupes de mots en linguistique, les principales époques en histoire, les différents pays en géographie ou les genres musicaux dans le domaine des arts, il m'est apparu intéressant d'inclure dans un schéma didactique des connecteurs ensemblistes.

2.2) Les Connecteurs ensemblistes Les connecteurs ensemblistes sont empruntés au langage de la théorie des ensembles La figure 9 utilise les connecteurs ensemblistes d'appartenance et d'union: l'eau salée est élément de l'ensemble des mélanges homogènes et l'eau distillée est élément de l'ensemble des substances pures; l'union de ces deux ensembles est égale à l'ensemble des matières homogènes.

Figure 9: Schéma didactique utilisant des connecteurs ensemblistes

Pour permettre le raisonnement abstrait, il est possible de placer dans un schéma didactique des symboles mathématiques figurant les relations entre notions, ce sont les connecteurs relationnels.

2.3) Les Connecteurs relationnels Les connecteurs relationnels sont des relations algébriques entre grandeurs mesurables ou des relations de subordinatieon entre concepts:

• DP Est directement proportionnel à;
• IP Est inversement proportionnel à;
• SA Est en relation de subordination (au sens de AUSUBEL).

Figure 10: connecteurs relationnels

La figure 10 donne un exemple de schéma utilisant des connecteurs relationnels: la variation de température est directement proportionnelle à la quantité de chaleur quand les masses et les substances sont les mêmes; la variation de température est inversement proportionnelle à la masse quand les quantités de chaleur et les substances sont les mêmes. Les connecteurs relationnels permettent d'établir des propositions que l'on peut relier par des connecteurs logiques.

2.4) Les Connecteurs logiques Deux connecteurs logiques peuvent être utilisés: l'implication (Þ) et l'équivalence logique (?).

Figure 11: Schéma didactique utilisant des connecteurs logiques

La figure 11 représente un schéma didactique utilisant des connecteurs logiques et servant à la construction inductive de la relation fondamentale de la calorimétrie. On y retrouve des équivalences logiques entre une proposition établie par le connecteur relationnel "Directement proportionnel" et une autre proposition qui est en fait une équation mathématique: par exemple dire que que la quantité de chaleur est directement proportionnelles à la masse équivaut à écrire que le rapport entre la quantité de chaleur et la masse reste constant. Placé en situation de résolution de problèmes, l'élève est amené à suivre une stratégie cognitive où deux variables restent constantes; en utilisant le langage graphique, il déduit les relations liant les deux variables restantes selon le processus souvent utilisé en science.

En conclusion , je voudrais souligner le double intérêt des schémas didactiques pour les élèves et les professeurs. Comme outil cognitif au service de l'élève, le schéma didactique l'incite à relier les différentes connaissances intervenant dans son apprentissage en un tout cohérent; il est privilégié et peut-être même indispensable pour dépasser l'engouement créé par l'étincelle catalytique qui avait éveillé la curiosité de l'élève dans la mise en situation initiale. C'est sans doute ce qui m'incite à penser que le schéma didactique est le moyen par excellence pour placer l'élève dans une situation d'apprentissage propice à l'intégration des connaissances; avec cet outil, l'élève apprend que toute connaissance naît d'un savoir antérieur et engendre une nouvelle connaissance; ce résultat est déjà fort louable puisque notre société, avec sa surabondance d'informations mal gérées, invente de nouvelles connaissances qui s'accumulent la plupart du temps comme autant de facteurs polluant l'esprit humain. Le schéma didactique peut dont être considéré comme un instrument qui favorise le transfert de la connaissance dans de nouvelles situations; par la stimulation du raisonnement, il aide aussi l'élève à développer sa pensée abstraite, en assurant dans son esprit une certaine permanence des concepts structurants fondamentaux comme le concept de proportionnalité et en le guidant dans la discrimination des variables en science. Pour le concepteur de programme comme pour le professeur, le schéma didactique trace la voie de l'apprentissage. En tant qu'outil, il sert d'infrastructure à une pensée en développement; et comme le professeur ne peut pas prétendre aider le jeune à former sa pensée, s'il n'a pas lui-même structuré la sienne, il peut s'appuyer sur le schéma didactique pour y parvenir. Le schéma didactique conduit le professeur à maintenir chez l'élève une concentration soutenue et à accroître la cohérence et la cohésion de son raisonnement. Pour le concepteur de programme, le schéma didactique transforme le curriculum en d'immenses réseaux dans lesquels les concepts sont en parfaite syntonie avec le développement intellectuel de l'élève et sont hiérarchisés à partir de concepts intégrateurs. Je me suis limité aux applications réalisées dans le cadre du programme de science 214. Si les schémas didactiques utilisant les connecteurs symboliques sont plus adaptés aux mathématiques et aux sciences, ceux qui renferment des connecteurs-mots trouvent de multiples applications dans les autres matières. Citons seulement leur grand intérêt pour les cartes en géographie, les enchaînements grammairiens en français et les arbres chronologiques en histoire. Le schéma didactique n'est qu'un simple outil et en tant que tel il n'attend que la pensée créatrice du maître qui saura en orchestrer l'utilisation.

© René-Yves Hervé2008