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1 Investigation scientifique et modélisation pour l’enseignement des sciences de la Terre contribution à l’étude de la place des technologies numériques dans la conduite d’une classe de terrain au lycée E. Sanchez 11 décembre 2007 Sous la direction de Christian Orange & Luc Trouche

1 Investigation scientifique et modélisation pour lenseignement des sciences de la Terre contribution à létude de la place des technologies numériques

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Investigation scientifique et modélisation pour l’enseignement des sciences de la Terre contribution à l’étude de la place destechnologies numériques dans la conduite d’une classe de terrain au lycée

E. Sanchez 11 décembre 2007

Sous la direction de Christian Orange & Luc Trouche

Page 2: 1 Investigation scientifique et modélisation pour lenseignement des sciences de la Terre contribution à létude de la place des technologies numériques

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Plan de la présentation…

• Contexte

• Ce sur quoi je me suis appuyé…

• Problématique de la recherche

• Méthodologie de la recherche

• Résultats

• Conclusions et perspectives

Page 3: 1 Investigation scientifique et modélisation pour lenseignement des sciences de la Terre contribution à létude de la place des technologies numériques

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Plan de la présentation…

• Contexte

• Ce sur quoi je me suis appuyé…

• Problématique de la recherche

• Méthodologie de la recherche

• Résultats

• Conclusions et perspectives

Page 4: 1 Investigation scientifique et modélisation pour lenseignement des sciences de la Terre contribution à létude de la place des technologies numériques

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Éléments de contexte

« J'aimerais également que les enseignants de collège disposent de l'aide nécessaire pour faire des expériences, des leçons de choses sur le terrain. Je crains enfin un abus de l'usage des ordinateurs qui donnent instantanément une réponse conduisant à affranchir l'enfant d'une véritable démarche d'investigation. »

Edouard Brézin

« Installer un enseignement qui fasse place à l'observation » 04.12.07

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Éléments de contexte

« J'aimerais également que les enseignants de collège disposent de l'aide nécessaire pour faire des expériences, des leçons de choses sur le terrain. Je crains enfin un abus de l'usage des ordinateurs qui donnent instantanément une réponse conduisant à affranchir l'enfant d'une véritable démarche d'investigation. »

Edouard Brézin

« Installer un enseignement qui fasse place à l'observation » 04.12.07

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Éléments de contexte

• Institutionnel un renouvellement des pratiques dans un contexte de crise de l’enseignement scientifique

• Personnel une expérience d’enseignant et de formateur, un détachement à l’INRP

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Des questions initiales

• La place du travail de terrain dans l’enseignement de la géologie

• Le développement de l’autonomie des élèves dans le cadre de la conduite d’une classe de terrain

• La place des TIC dans le cadre d’une telle démarche

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Plan de la présentation…

• Contexte

• Ce sur quoi je me suis appuyé…

• Problématique de la recherche

• Méthodologie de la recherche

• Résultats

• Conclusions et perspectives

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L’importance des situations, du milieu

• Une situation didactique met en scène un élève, des savoirs et un milieu

(Brousseau 1990)

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L’apprentissage comme résultant d’interactions

« C’est en s’adaptant aux choses que la pensée s’organise elle-même et c’est en s’organisant elle-même qu’elle structure les choses »

(Piaget, 1963).

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La médiation instrumentale des interactions

(Rabardel, 1995)

Sujet Objet

Artefact

Instrumentation

Instrumentalisation

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La médiation instrumentale des interactions

(Rabardel, 1995)

Sujet Objet

Instrument

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Un cadre socio-constructiviste

« L’élément central pour toute la psychologie de l’apprentissage est la possibilité de s’élever dans la collaboration avec quelqu’un à un niveau intellectuel supérieur  »

(Vygotski, 1934)

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Plan de la présentation…

• Contexte

• Ce sur quoi je me suis appuyé…

• Problématique de la recherche

• Méthodologie de la recherche

• Résultats

• Conclusions et perspectives

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Démarche d’investigation et modélisation

Des tâches liées :

• à l’appropriation d’un modèle

• à la constitution d’un registre empirique

• à la confrontation de ces deux registres

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Démarche d’investigation et modélisation

Des tâches liées :

• à l’appropriation d’un modèle

• à la constitution d’un registre empirique

• à la confrontation de ces deux registres

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Démarche d’investigation et modélisation

Des tâches liées :

• à l’appropriation d’un modèle

• à la constitution d’un registre empirique

• à la confrontation de ces deux registres

RM

• Identifier les caractéristiques d’un modèle

• Identifier les propriété d’un modèle

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Démarche d’investigation et modélisation

Des tâches liées :

• à l’appropriation d’un modèle

• à la constitution d’un registre empirique

• à la confrontation de ces deux registres

Page 19: 1 Investigation scientifique et modélisation pour lenseignement des sciences de la Terre contribution à létude de la place des technologies numériques

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Démarche d’investigation et modélisation

Des tâches liées :

• à l’appropriation d’un modèle

• à la constitution d’un registre empirique

• à la confrontation de ces deux registres

RE

• Situer des données empiriques dans l’espace ou dans le temps

• Mettre en forme ces données

• …

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Démarche d’investigation et modélisation

Des tâches liées :

• à l’appropriation d’un modèle

• à la constitution d’un registre empirique

• à la confrontation de ces deux registres

Page 21: 1 Investigation scientifique et modélisation pour lenseignement des sciences de la Terre contribution à létude de la place des technologies numériques

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Démarche d’investigation et modélisation

Des tâches liées :

• à l’appropriation d’un modèle

• à la constitution d’un registre empirique

• à la confrontation de ces deux registres

RM

• Déterminer les implications du modèle en termes d’observables de terrain

• Argumenter l’adéquation des données au modèle

• …

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Registre empirique

Registre du modèle Registre théorique

modèles scientifiques

RM Tâches centrées sur le modèle

EM Utilisation du modèle pour établir des

prévisions

EM Confrontation des données au modèle

RE Tâches centrées sur la

maîtrise du registre empirique

Un modèle de démarche d’investigation

Registre empirique

Registre du modèle Registre théorique

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Démarche d’investigation et TIC

Les TIC pour élaborer des situations permettant aux élèves

• de se construire un registre empirique

• de mettre en relation un modèle scientifique et d’un registre empirique

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Plan de la présentation…

• Contexte

• Ce sur quoi je me suis appuyé…

• Problématique de la recherche

• Méthodologie de la recherche

• Résultats

• Conclusions et perspectives

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Une ingénierie didactique

L’ingénierie didactique est une méthodologie de recherche qui permet de préciser d’une part les « rapports entre la recherche et l’action sur le système d’enseignement » et, d’autre part, « le rôle qu’il convient de faire jouer aux réalisations didactiques en classe »

(Artigue, 1988)

Page 26: 1 Investigation scientifique et modélisation pour lenseignement des sciences de la Terre contribution à létude de la place des technologies numériques

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La conception d’un Environnement Informatique pour l’Apprentissage Humain

Page 27: 1 Investigation scientifique et modélisation pour lenseignement des sciences de la Terre contribution à létude de la place des technologies numériques

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Une ingénierie didactique

A Préparation

2h00

B Terrain

2 jours

C Exploitation

2h00

Les Alpes sont elles une chaîne de collision ?

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Une ingénierie didactique

A RM identifier les caractéristiques et propriétés d’un modèle

REM élaborer le protocole d’observation

B RE recueillir des indices, les photographier

C REM géolocaliser des images commentéesRédiger une histoire des Alpes argumentée

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Une ingénierie didactique

A RM identifier les caractéristiques et propriétés d’un modèle

REM élaborer le protocole d’observation

B RE recueillir des indices, les photographier

C REM géolocaliser des images commentéesRédiger une histoire des Alpes argumentée

Page 30: 1 Investigation scientifique et modélisation pour lenseignement des sciences de la Terre contribution à létude de la place des technologies numériques

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Une ingénierie didactique

A RM identifier les caractéristiques et propriétés d’un modèle

REM élaborer le protocole d’observation

B RE recueillir des indices, les photographier

C REM géolocaliser des images commentéesRédiger une histoire des Alpes argumentée

Page 31: 1 Investigation scientifique et modélisation pour lenseignement des sciences de la Terre contribution à létude de la place des technologies numériques

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Une ingénierie didactique

A RM identifier les caractéristiques et propriétés d’un modèle

REM élaborer le protocole d’observation

B RE recueillir des indices, les photographier

C REM géolocaliser des images commentéesRédiger une histoire des Alpes argumentée

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Le traçage de l’activité des élèves

Fichier .txt

Fichier .xml

« Une suite d’observés temporellement situés »

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La réalisation de chronogrammes

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Inf

Trace informatique

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Traces audio

E1 E2

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Sélection d’une image

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Sélection d’une image

E1 : Ah oui, génial. Ça c'est pour voir les gros blocs…

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Sélection d’une image

E1 : d'abord on fait prisme d'accrétion.

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Rédaction du commentaire de l’image

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Rédaction du commentaire de l’image

E1 : … présentant des plis en S. témoin d'un raccourcissement et d'un phénomène de subduction.

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Géolocalisation de l’image

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Géolocalisation de l’image

E2 : non, on ne voit pas les routes. Faudrait plus le mettre là.

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Géolocalisation de l’image

E1 : ça c’en n'est pas une le truc qui serpente ? On se met là ?

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Plan de la présentation…

• Contexte

• Ce sur quoi je me suis appuyé…

• Problématique de la recherche

• Méthodologie de la recherche

• Résultats

• Conclusions et perspectives

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Motifs informatiques et démarche d’investigation

Binôme 1 Binôme 2 Binôme 3

Géolocalisation de l’image sur la carte

Rédaction du commentaire de l’image

Sélection d’une image

Tâches de type RE

Tâches de type EM

Tâches de type RE

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Motifs informatiques et démarche d’investigation

Sélection d’une image

Constitution du registre empirique

Géolocalisation de l’image

Constitution du registre empirique

Rédaction du commentaire de l’image

Mise en relation du registre empirique et du modèle

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Des genèses instrumentales

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La reconfiguration du processus d’apprentissage

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• 1jaime2 1 :05 [photographie]

• E1 : viens là j’ai une auréole…• E2 : au milieu c’est du pyroxène, c’est une auréole de

quoi ?• E3 : pyroxène et là c’est actinote…• E1 : … et chlorite. Ben on va tout prendre… Regarde là

y’a… le vert, le noir et là y’a de la hornblende. Il faut que tu prennes les tr… deux.

• E2 : les deux côtés il faut que je prenne ?• E1 : ouais• E2 : ben c’est gentil, je vais me faire […]…• E1 : mais non… tu prends une fois ça, une fois ça• […]• E1 : tu prends ça, le but c’est de prendre ça…• E2 : prends un bon zoom là dessus, tu veux pas plutôt

zoomer complètement, parce que c’est important… non mais zoome carrément sur le…Moi je la tiens si tu veux la pièce.

• […]• E2 : Ce qu’on veut voir c’est ça.

La reconfiguration du processus d’apprentissage

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• 1jaime2 1 :05 [photographie]

• E1 : viens là j’ai une auréole…• E2 : au milieu c’est du pyroxène, c’est une auréole de

quoi ?• E3 : pyroxène et là c’est actinote…• E1 : … et chlorite. Ben on va tout prendre… Regarde là

y’a… le vert, le noir et là y’a de la hornblende. Il faut que tu prennes les tr… deux.

• E2 : les deux côtés il faut que je prenne ?• E1 : ouais• E2 : ben c’est gentil, je vais me faire […]…• E1 : mais non… tu prends une fois ça, une fois ça• […]• E1 : tu prends ça, le but c’est de prendre ça…• E2 : prends un bon zoom là dessus, tu veux pas plutôt

zoomer complètement, parce que c’est important… non mais zoome carrément sur le…Moi je la tiens si tu veux la pièce.

• […]• E2 : Ce qu’on veut voir c’est ça.

La reconfiguration du processus d’apprentissage

Début de l’échange

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• 1jaime2 1 :05 [photographie]

• E1 : viens là j’ai une auréole…• E2 : au milieu c’est du pyroxène, c’est une auréole de

quoi ?• E3 : pyroxène et là c’est actinote…• E1 : … et chlorite. Ben on va tout prendre… Regarde là

y’a… le vert, le noir et là y’a de la hornblende. Il faut que tu prennes les tr… deux.

• E2 : les deux côtés il faut que je prenne ?• E1 : ouais• E2 : ben c’est gentil, je vais me faire […]…• E1 : mais non… tu prends une fois ça, une fois ça• […]• E1 : tu prends ça, le but c’est de prendre ça…• E2 : prends un bon zoom là dessus, tu veux pas plutôt

zoomer complètement, parce que c’est important… non mais zoome carrément sur le…Moi je la tiens si tu veux la pièce.

• […]• E2 : Ce qu’on veut voir c’est ça.

La reconfiguration du processus d’apprentissage

Identification des minéraux

Page 52: 1 Investigation scientifique et modélisation pour lenseignement des sciences de la Terre contribution à létude de la place des technologies numériques

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• 1jaime2 1 :05 [photographie]

• E1 : viens là j’ai une auréole…• E2 : au milieu c’est du pyroxène, c’est une auréole de

quoi ?• E3 : pyroxène et là c’est actinote…• E1 : … et chlorite. Ben on va tout prendre… Regarde là

y’a… le vert, le noir et là y’a de la hornblende. Il faut que tu prennes les tr… deux.

• E2 : les deux côtés il faut que je prenne ?• E1 : ouais• E2 : ben c’est gentil, je vais me faire […]…• E1 : mais non… tu prends une fois ça, une fois ça• […]• E1 : tu prends ça, le but c’est de prendre ça…• E2 : prends un bon zoom là dessus, tu veux pas plutôt

zoomer complètement, parce que c’est important… non mais zoome carrément sur le…Moi je la tiens si tu veux la pièce.

• […]• E2 : Ce qu’on veut voir c’est ça.

La reconfiguration du processus d’apprentissage

Choix de la photographie

à réaliser

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• 1jaime2 1 :05 [photographie]

• E1 : viens là j’ai une auréole…• E2 : au milieu c’est du pyroxène, c’est une auréole de

quoi ?• E3 : pyroxène et là c’est actinote…• E1 : … et chlorite. Ben on va tout prendre… Regarde là

y’a… le vert, le noir et là y’a de la hornblende. Il faut que tu prennes les tr… deux.

• E2 : les deux côtés il faut que je prenne ?• E1 : ouais• E2 : ben c’est gentil, je vais me faire […]…• E1 : mais non… tu prends une fois ça, une fois ça• […]• E1 : tu prends ça, le but c’est de prendre ça…• E2 : prends un bon zoom là dessus, tu veux pas plutôt

zoomer complètement, parce que c’est important… non mais zoome carrément sur le…Moi je la tiens si tu veux la pièce.

• […]• E2 : Ce qu’on veut voir c’est ça.

La reconfiguration du processus d’apprentissage

Fin de l’échange

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Les modèles, des outils « pour penser »

APrieur7 [Recherchent la limite des différentes formations]

• E2 : là ça change non ?• E1 : non, tu retrouves la même chose.• E2 : ouais c’est vrai mais… • E1 : parce que ça doit virer vers le gabbro• E2 : t’es sûre ?• E1 : moi je dis gabbro, métagabbro, vers les

complexes… et après basalte• E2 : ouais mais justement, basalte ça devrait être

les plus au dessus car tu sais, quand la truc elle s’est Crac. Donc on va trouver le basalte là bas et en bas si ça se trouve c’est les métagabbros

• E1 : ou de l’autre côté…• E2 : ouais peut être de l’autre côté ouais. Ben on

verra quand on mettra en commun

Page 55: 1 Investigation scientifique et modélisation pour lenseignement des sciences de la Terre contribution à létude de la place des technologies numériques

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Les modèles, des outils « pour penser »

APrieur7 [Recherchent la limite des différentes formations]

• E2 : là ça change non ?• E1 : non, tu retrouves la même chose.• E2 : ouais c’est vrai mais… • E1 : parce que ça doit virer vers le gabbro• E2 : t’es sûre ?• E1 : moi je dis gabbro, métagabbro, vers les

complexes… et après basalte• E2 : ouais mais justement, basalte ça devrait être

les plus au dessus car tu sais, quand la truc elle s’est Crac. Donc on va trouver le basalte là bas et en bas si ça se trouve c’est les métagabbros

• E1 : ou de l’autre côté…• E2 : ouais peut être de l’autre côté ouais. Ben on

verra quand on mettra en commun

Début de l’échange

Page 56: 1 Investigation scientifique et modélisation pour lenseignement des sciences de la Terre contribution à létude de la place des technologies numériques

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Les modèles, des outils « pour penser »

APrieur7 [Recherchent la limite des différentes formations]

• E2 : là ça change non ?• E1 : non, tu retrouves la même chose.• E2 : ouais c’est vrai mais… • E1 : parce que ça doit virer vers le gabbro• E2 : t’es sûre ?• E1 : moi je dis gabbro, métagabbro, vers les

complexes… et après basalte• E2 : ouais mais justement, basalte ça devrait être

les plus au dessus car tu sais, quand la truc elle s’est Crac. Donc on va trouver le basalte là bas et en bas si ça se trouve c’est les métagabbros

• E1 : ou de l’autre côté…• E2 : ouais peut être de l’autre côté ouais. Ben on

verra quand on mettra en commun

Le modèle géologique

est convoqué

Page 57: 1 Investigation scientifique et modélisation pour lenseignement des sciences de la Terre contribution à létude de la place des technologies numériques

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Les modèles, des outils « pour penser »

APrieur7 [Recherchent la limite des différentes formations]

• E2 : là ça change non ?• E1 : non, tu retrouves la même chose.• E2 : ouais c’est vrai mais… • E1 : parce que ça doit virer vers le gabbro• E2 : t’es sûre ?• E1 : moi je dis gabbro, métagabbro, vers les

complexes… et après basalte• E2 : ouais mais justement, basalte ça devrait être

les plus au dessus car tu sais, quand la truc elle s’est Crac. Donc on va trouver le basalte là bas et en bas si ça se trouve c’est les métagabbros

• E1 : ou de l’autre côté…• E2 : ouais peut être de l’autre côté ouais. Ben on

verra quand on mettra en commun

Des prévisions sont formulées

Page 58: 1 Investigation scientifique et modélisation pour lenseignement des sciences de la Terre contribution à létude de la place des technologies numériques

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Plan de la présentation…

• Contexte

• Ce sur quoi je me suis appuyé…

• Problématique de la recherche

• Méthodologie de la recherche

• Résultats

• Conclusions et perspectives

Page 59: 1 Investigation scientifique et modélisation pour lenseignement des sciences de la Terre contribution à létude de la place des technologies numériques

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modèles scientifiques

RM Tâches centrées sur le modèle

EM Utilisation du modèle pour établir des

prévisions

EM Confrontation des données au modèle

RE Tâches centrées sur la

maîtrise du registre empirique

Les modèles scientifiques : des outils pour conduire une démarche d’investigation

Inquiry Based Learning Model Based Reasoning

Page 60: 1 Investigation scientifique et modélisation pour lenseignement des sciences de la Terre contribution à létude de la place des technologies numériques

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Les TIC et classe de terrain

• TIC et médiatisation des interactions

• TIC et renouvellement des pratiques

• Influence des TIC sur les activités cognitives des élèves

Page 61: 1 Investigation scientifique et modélisation pour lenseignement des sciences de la Terre contribution à létude de la place des technologies numériques

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Des questions qui restent ouvertes

• Modéliser, simuler pour apprendre les sciences