Contribution de l’étude des coniques pour l’amélioration de l’enseignement-apprentissage des mathématiques

Chaque enfant a son ou ses rêves, nous aussi avons fait le rêve d’enseigner les mathématiques à au moins des lycéens et ce rêve s’est ancré profondément en nous depuis le CM2 d’une école primaire publique implantée dans une commune rurale de Madagascar. Après le baccalauréat scientifique et le service national, nous étions parti en province pour continuer nos études en mathématiques puis est ouvert le concours d’entrée à l’Ecole normale niveau trois destinée à former les enseignants des lycées de Madagascar. Nous avons passé le concours et avons suivi les cinq années de formation au sein de l’ENNIII , devenue plus tard Ecole normale supérieure ou ENS.

Des apports de l’histoire et de l’épistémologie des sciences dans l’enseignement des mathématiques

Des apports de l’histoire

Quand nous parlons d’histoire des sciences ou des mathématiques à nos collègues enseignants des lycées et collèges, l’étonnement s’affiche sur leur visage. En effet, il est rare voire impossible d’entendre ou de voir, dans les pratiques de classe, des activités mathématiques qui s’inspirent des contextes historiques. Pourtant :

…L’histoire des sciences est un instrument pour une approche constructiviste des savoirs, des concepts et des théories, comme réponses à des problèmes scientifiques, techniques, ou philosophiques, dans le contexte culturel et social d’une époque. Elle permet de mettre en avant le rôle des problèmes, mais aussi celui des conjectures et des expériences dans l’activité scientifique. Elle permet aussi d’analyser les rôles de l’écriture, de la rigueur, de l’analogie, de la preuve, de la déduction et de la modélisation dans l’activité scientifique. (Barbin, 2006, parag. 18) .

Ainsi, si nous voulons encourager et favoriser des approches pédagogiques innovantes, des efforts dans le sens d’une initiation à l’intégration de l’histoire des sciences en général et des mathématiques en particulier doivent être entrepris. En outre, « … l’histoire des sciences peut être une aide pour les enseignants en vue de proposer une approche pluridisciplinaire fructueuse et d’organiser des enseignements scientifiques cohérents. » (ibid. Parag.26) .

Des apports de l’épistémologie 

Selon Granger (1992),
…L’épistémologie a pour but de mettre en lumière la signification de l’œuvre scientifique. C’est-à-dire d’expliciter des relations non immédiatement apparentes entre concepts ; de discerner le rapport des connaissances parcellaires à des totalités potentielles, peut-être même seulement virtuelles et irréalisables en fait, mais qui fournissent un moteur et donnent un sens à la connaissance scientifique. La tâche propre de l’épistémologie est donc herméneutique et historico- critique ; elle consiste à faire apparaître des organisations de concepts, qu’elles soient achevées ou imparfaites, des difficultés, ou obstacles, ou incohérences, des ouvertures, des points sensibles.

Une étude épistémologique d’un concept ou d’une notion est donc nécessaire si l’on veut s’en servir pour construire des situations d’apprentissage. En effet, une vue systémique et en profondeur d’une notion permet selon Chevallard (1985) :
– de comprendre et d’interpréter les relations existantes ou qui pourraient exister au sein de cette notion ou avec d’autres notions,
– d’interpréter ses évolutions successives,
–de bien comprendre ses fondements, le contexte dans lequel elle s’est constituée afin de pouvoir mieux la décontextualiser puis la recontextualiser pendant le processus de transposition didactique.

Des fois, il nous arrive d’assimiler épistémologie avec histoire mais comme a dit Granger, «… leur visée est (donc) différente de celle de l’histoire dont le but limite est de reproduire des événements concrets, singuliers… » .

Ainsi nous allons faire un survol de l’histoire des coniques afin de voir comment elles s’étaient constituées, quelles étaient les divergences de vue tout au long de son évolution, comment elles avaient évolué, quels étaient les grands tournants dès son origine jusqu’à aujourd’hui, pourquoi on les conçoit comme ceci plutôt que cela ? Pourquoi on les enseigne de telle manière mais pas autrement ? Tout un tas de questions que nous pouvons nous poser afin de mieux voir ce qui est le mieux pour répondre à notre problématique concernant son enseignement dès le collège.

Survol de l’histoire des coniques

Les ouvrages sur lesquels nous nous appuyons dans ce survol de l’histoire des coniques sont celui de :

Jana Trgalova : Étude historique et épistémologique des coniques et leur implémentation informatique dans le logiciel Cabri-Géomètre, 1995 ;

Vincenzo Bongiovanni : Les caractérisations des coniques avec Cabri-géomètre en formation continue des enseignants : étude d’une séquence d’activités et conception d’un hyperdocument interactif, 2001 ;

Bernard Vitrac : Apollonius et la tradition des coniques, 2004. 

Notre étude historique va se diviser en quatre époques, la première pendant la période grecque suivie des coniques aux temps arabes. Ensuite, nous reprendrons les évolutions des coniques dans les différentes géométries (analytique, projective et cinématique) à partir du XVIIe siècle. La dernière que nous appellerons les coniques d’aujourd’hui terminera cette étude.

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Table des matières

Introduction
CHAPITRE I: Préliminaires historiques, épistémologiques et mathématiques sur les coniques
I-1 Des apports de l’histoire et de l’épistémologie des sciences dans l’enseignement des mathématiques
I-1-1 Des apports de l’histoire
I-1-2 Des apports de l’épistémologie
I-2 Survol de l’histoire des coniques
I-2-1 Les coniques pendant la période grecque
I-2-2 Les coniques au temps des arabes
I-2-3 Les coniques à partir du XVIIe siècle
I-2-4 Les coniques d’aujourd’hui
I -3 Epistémologie des coniques
I-3-1. Les coniques comme section plane d’un cône
I-3-2. Les coniques comme section plane d’un cylindre
I-3-3 Définition par foyer-directrice
I-3-4 Définition bifocale de l’ellipse et de l’hyperbole
I-3-5 Les coniques comme lieu de centre de cercle
I-3-6 Les coniques comme enveloppe de droites
I-3-7 Les coniques comme image de cercle
I-3-8. Les coniques comme courbes du second degré
CHAPITRE II : Des outils pour voir et introduire les coniques
II-1 Des outils dans l’espace
II-1-1 Présentation imagée
II-1-2 Présentation par un cône de lumière
II-1-3 Présentation par un tas de sable
II-1-4 Voir une ellipse à l’aide d’un liquide dans un verre cylindrique ou conique
II-1-5 Voir une ellipse à l’aide de la section de cylindre de révolution
II-1-6 Voir les coniques par le solide de Treceno
II-1-7 Voir les coniques par l’usage du compas parfait
II-2 Des outils pour voir les coniques dans le plan
II-2-1 Pour une parabole
II-2-2 Pour une ellipse
II-2-3 Pour une hyperbole
II-2-4 Voir les ellipses et hyperboles en utilisant la définition bifocale
II-2-5 Voir les coniques en utilisant les transformations
II-2-6 Voir une ellipse comme projection d’un cercle
II-2-7 Voir une hyperbole comme image par homographie
CHAPITRE III : Théorie de l’enseignement-apprentissage
III-1 Des modèles d’enseignement-apprentissage
III-1-1 Le modèle transmissif
III-1-2 Le modèle behavioriste
III-1-3 Le modèle cognitiviste
III-1-4 Le modèle constructiviste
III-1-5 Le modèle explicite
III-1-6 Le modèle de Singapour
III-2 Conception de l’apprentissage et de l’enseignement
III-2-1 Conception de l’apprentissage
III-2-2 Conception de l’enseignement
III-3 Des approches pédagogiques
III-3-1 Curriculum
III-3-2 Approche par objectifs
III-3-3 Approche par compétences
III-3-4 Approche par situations
III-3-5 Approche explicite
CHAPITRE IV : L’enseignement-apprentissage des maths
IV-1 L’enseignement des mathématiques
IV-1-1 Quelles finalités pour l’enseignement des mathématiques ?
IV-1-2 Quels types de savoirs mathématiques ?
IV-1-3 Quels rôles pour les enseignants ?
IV-1-4 Quels rôles pour les élèves ?
IV-1-5 Quels rôles pour les outils/ ressources ?
IV-2 L’enseignement des mathématiques à Madagascar
IV-2-1 Le système éducatif à Madagscar
IV-2-2 Finalités des enseignements des mathématiques à Madagascar
IV-2-3 Curriculum de mathématique à Madagascar
IV-2-4 Les profils des enseignants de mathématiques à Madagascar
CHAPITRE V : L’enseignement de la géométrie Euclidienne et des coniques à Madagascar
V-1 Qu’est-ce que la géométrie ?
V-2 Comment enseigner la géométrie ?
V-3 Rôles des outils en géométrie
V- 4 L’enseignement de la géométrie et des coniques à Madagascar
V-4-1 Une réprésentation de la géométrie à Madagascar
V-4-2 Curriculum de géométrie et des coniques à Madagascar
V-4-3 Programme d’étude des coniques à Madagascar
V- 5 Des problèmes sur l’enseignement-apprentissage de la géométrie et des coniques à Madagascar
V-5-1 Problèmes sur les contenus
V-5-2 Problèmes des enseignants
V-5-3 Problèmes des élèves
CHAPITRE VI : Nouvelle approche pour introduire et enseigner les coniques à Madagascar
VI-1 Une introduction des coniques dès le collège
VI-1-1 Pourquoi les coniques ?
VI-1-2 Les outils utilisés pour l’expérimentation
VI-1-3 Les dispositions expérimentales
VI-2 Enseigner les coniques tout au long du cursus scolaire
VI-2-1 Des activités pour enseigner les coniques
VI-2-2 Des conditionnalités
CHAPITRE VII : Initiation aux TIC au travers des activités sur les coniques
VII-1 Des apports des TIC dans l’enseignement-apprentissage
VII-1-1 Des apports des TIC dans l’enseignement-apprentissage des mathématiques
VII-1-2 La place des TIC dans l’enseignement-apprentissage à Madagascar
VII-2 Initiation à l’utilisation du logiciel Geogebra
VII-2-1 La méthodologie
VII-2-2 Les analyses a priori
VII-2-3 Les analyses a postériori
VII-2-4 Des perspectives
VII-3 Des activités sur les coniques pour se familiariser avec le logiciel GGB
Conclusion générale
Références
Annexes

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