Utilisation de la géométrie dynamique avec de futurs enseignants de mathématiques au secondaire pour repenser le développement du raisonnement

Abstract

Les outils technologiques sont omniprésents dans la société et leur utilisation est de plus en plus grande dans les salles de classe. Du côté de l'enseignement et de l'apprentissage des mathématiques, ces outils se sont vu attribuer des rôles qui ont évolué avec les années. Les rôles de soutien, de visualisation et d'enrichissement des contenus en sont des exemples. Une utilisation des outils technologiques dans l'enseignement s'accompagne d'apports pragmatiques et épistémiques potentiels, mais comporte également des limites et des risques. Il s’avère important d’examiner le rôle accordé à l’outil technologique dans les activités qui le mobilisent. Puisque le raisonnement mathématique fait partie d'une des compétences visées à l’école (MELS, 2006) et que les futurs enseignants semblent accorder moins d'importance à la validation et la preuve comme composantes de ce raisonnement (Mary, 1999), nous émettons l'hypothèse qu'une séquence d'activités montrant la complémentarité de la preuve et des explorations tirant parti de la technologie pourrait aider les futurs enseignants à mieux saisir ces enjeux.

La présente recherche s’appuie sur l'ingénierie didactique pour développer et valider une séquence d'activités intégrant le logiciel GeoGebra. Cette séquence d'activités a été conçue dans les buts suivants : initier les futurs enseignants en mathématiques au secondaire à un logiciel de géométrie dynamique et leur donner l'occasion de voir des activités mathématiques utilisant la technologie et visant le développement du raisonnement, par l’articulation de l’exploration et de la preuve. Le cadre théorique sur lequel repose cette recherche intègre des éléments de l'approche anthropologique (Chevallard, 1992, 1998, 2003) et de l'approche instrumentale (Vérillon et Rabardel, 1995; Trouche, 2000, 2003, 2007; Guin et Trouche, 2002). Certaines idées sur les constructions robustes et molles (Soury-Lavergne, 2011), la distinction figure/dessin (Laborde et Capponi, 1994) et le réseau déductif (Tanguay, 2006) ont servi de repères dans la construction de la séquence d'activités.

Cette recherche s'est déroulée au cours de l'hiver 2016 dans une université québécoise, dans le cadre d’un cours de didactique de la géométrie auprès de futurs enseignants au secondaire en mathématiques. Un questionnaire pré-expérimentation a été rempli par les participants afin de voir leurs connaissances préalables sur les programmes, les outils technologiques ainsi que leurs conceptions au sujet de l'enseignement et de l'apprentissage des mathématiques. Par la suite, les étudiants ont expérimenté la séquence d'activités et ont eu à se prononcer sur les connaissances mises en jeu dans chacune des activités, l’opportunité de son utilisation avec des élèves du secondaire, et les adaptations perçues nécessaires pour sa réalisation (s'il y a lieu). Des traces écrites de leur travail ont été conservées ainsi qu'un journal de bord au fur et à mesure du déroulement de la séquence.

En triangulant les diverses données recueillies, il a été constaté que la séquence, tout en contribuant à l’instrumentation des participants au regard du logiciel utilisé, a eu chez certains d’entre eux un impact sur leur vision du développement du raisonnement mathématique dans l’enseignement des mathématiques au secondaire. L’analyse des données a mis en lumière la place accordée au raisonnement par les futurs enseignants, les raisonnements mobilisés par les étudiants dans les diverses activités ainsi que des indices sur les genèses instrumentales accompagnant ces raisonnements ou les induisant. Suite à l’analyse de ces données et aux constats qui en découlent, des modifications sont proposées pour améliorer la séquence d’activités.

Technological tools are ubiquitous in society and their use is growing in the classroom. In mathematics education, these tools have been assigned roles that have evolved over the years: support, visualization, content enrichment. The use of technological tools in education comes with potential pragmatic and epistemic contributions, but also has limitations and risks. We must therefore examine at the activity level the role technology should play. Mathematical reasoning is one of the competencies aimed by school (MELS, 2006) and future teachers seem to place less emphasis on validation and proving processes as components of this reasoning (Mary, 1999). We hypothesize that a sequence of activities showing the complementarity of the proving processes with explorations leveraging technology could help future teachers better understand these issues.

This research is based on didactical engineering to develop and validate a sequence of activities with GeoGebra software. The sequence of activities has been designed to: introduce pre-service secondary mathematics teachers to dynamic geometry software and give them the opportunity to see mathematical activities using technology that aim at developing mathematical reasoning and proof. The theoretical framework on which this research is based integrates elements of the anthropological theory of the didactic (Chevallard, 1992, 1998, 2003) and of the instrumental approach (Vérillon and Rabardel, 1995; Trouche, 2000, 2003, 2007; Guin and Trouche, 2002). Some ideas on robust and soft constructions (Soury-Lavergne, 2011), the distinction between figure and drawing (Laborde and Capponi, 1994) and the deductive network (Tanguay, 2006) served as benchmarks in the construction of the sequence of activities.

This research took place at a Quebec university during the winter of 2016, in a geometry didactics course for pre-service secondary mathematics teachers. A preliminary questionnaire was given to the participants to capture their prior knowledge of programs, technological tools and conceptions about mathematics teaching and learning. Subsequently, the students experienced the sequence of activities and had to decide on the knowledge involved in each activity, the relevance of its use with high school students, and the perceived adaptations necessary for its realization (if considered). Written traces of their work have been kept as well as a diary as the sequence unfolds.

By triangulating the various data collected, it was found that the sequence, while contributing to the instrumentation of the participants with regard to the software used, had, for some of them, an impact on their vision of the development of mathematical reasoning in mathematics education at secondary level. The analysis of the data highlighted the place given to the reasoning by the future teachers, the reasonings mobilized by the students in the various activities and also signs of the instrumental geneses inducing these reasonings and accompanying them. Following the analysis of these data and the findings that follow, modifications are proposed to improve the sequence of activities.