CIEAEM 66 Actes / Proceedings

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CIEAEM 66 Actes / Proceedings
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                                           CIEAEM 66

                                                    Lyon

                              21-25 juillet / July 2014

                                                Dessin de Victor Bousquet

   Editor : Gilles Aldon
   Editor of the Journal : Benedetto Di Paola and Claudio Fazio
   International program committee : Gilles Aldon (F), Peter Appelbaum (USA), Françoise Cerquetti-Aberkane
(F), Javier Diez-Palomar (ES), Gail Fitzsimmons (AU), Uwe Gellert (D), Fernando Hitt (Ca), Corinne Hahn (F),
François Kalavasis (Gr), Michaela Kaslova (CZ), Corneille Kazadi (Ca), Réjane Monod-Ansaldi (F), Michèle Prieur
(F), Cristina Sabena (I), Sophie Soury-Lavergne (F).
CIEAEM 66 Actes / Proceedings
Quaderni di Ricerca in Didattica (Mathematics) n. 24, Supplemento n.1, 2014
Lyon   G.R.I.M. (Department of Mathematics and Computer Science, University of Palermo, Italy)   284

                                    Mathematics and realities
CIEAEM 66 Actes / Proceedings
Quaderni di Ricerca in Didattica (Mathematics) n. 24, Supplemento n.1, 2014
Lyon                   G.R.I.M. (Department of Mathematics and Computer Science, University of Palermo, Italy)                         285

Chapitre 6

Multiculturalism and reality /
Multiculturalisme et réalité

6.1 Stage  Hippocampe-Math  et jeunes décrocheurs
Jeannette Tambone, Teresa Assude
                                              Université d'Aix-Marseille & IFE-ENSL

    Résumé : La recherche que nous présentons ici s'intéresse dans le processus de décrochage-raccrochage scolaire, au moment où des

jeunes stagiaires inscrits à l'Ecole de la Deuxième Chance raccrochent. Comment ces jeunes reprennent-ils le cours de leurs apprentissages ?

A partir de l'observation du fonctionnement et des eets d'un dispositif innovant, intitulé    stage Hippocampe-Math     , nous analysons

l'évolution du rapport au savoir mathématique de ces jeunes raccrocheurs.

    Abstract : The research presented here is interested in the process of school dropout and return to school (décrochage-raccrochage)

for young trainees registered on the  second chance foundation (Ecole de la deuxième chance). How do these young people to re-engage

their learning ? We analyze the evolution of the relationship of these young people to mathematical knowledge based on observation of the

functioning and the eects of an innovating device, entitled Stage Hippocampe.

Contexte
    La lutte contre le décrochage scolaire est devenue une priorité nationale, la loi du 8 juillet 2013 pour la refondation
de l'École de la République précise que  Tout jeune sortant du système éducatif sans diplôme bénécie d'une durée
complémentaire de formation qualiante qu'il peut utiliser dans des conditions xées par décret . Le ministère de
l'éducation nationale s'est xé pour objectif d'une part de prévenir le décrochage et d'autre part de faciliter le retour
à la formation pour les jeunes qui ont déjà quitté l'école sans diplôme et sans niveau de qualication susant d'ici
2017.  La France s'inscrit dans la stratégie européenne de lutte contre le décrochage avec un objectif n'excédant pas
9,5 % de décrocheurs de 18-24 ans en 2020. .
    Berthet (2014) distingue trois phases dans le processus de décrochage - raccrochage : le parcours qui conduit au
décrochage, le décrochage à proprement parler et le processus de raccrochage. Si les travaux concernant la première
phase sont les plus nombreux avec des indicateurs sociaux et familiaux, (Berthet & Zaran 2014, Bernard 2011,
Blaya 2010, Bonnery 2007, Bautier et all 2002). Les travaux concernant les deux autres catégories sont plus rares. La
constitution d'un savoir scientique sur le décrochage scolaire est assez récent et on dispose encore de peu d'éléments
de recherche sur ce moment qui  débute quand le décrocheur commence à chercher une solution à sa situation et
s'achève avec l'installation d'une solution durable  (Berthet 2014). Notre recherche qui s'intéresse au rapport au savoir
mathématique dans un dispositif visant le raccrochage scolaire, se situe dans cet  angle mort de la connaissance des
parcours .
    Nous présentons dans le cadre de ce colloque, une recherche que nous avons menée auprès de stagiaires de l'Ecole de
la Deuxième Chance (E2C) de Marseille. L'E2C fait partie des dispositifs innovants mis en place pour lutter contre le
décrochage scolaire. Ce dispositif appartient au monde l'entreprise et s'adresse à des jeunes adultes de 18 à 25 ans qui
sont sortis du système scolaire depuis plus d'un an sans diplôme, sans qualication et sans expérience professionnelle.

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    Il a pour but d'assurer l'insertion professionnelle et sociale de ces jeunes  raccrocheurs . La formation se fait en
    alternance entre E2C et l'entreprise.
        Dans le cadre de sa formation, l'E2C de Marseille propose notamment des stages  Hippocampe-math qui ont
    lieu à l'IREM de Luminy à l'Université d'Aix-Marseille. Le public visé par ce type de stage est à l'origine un public
    de classes de première et de terminale, leur projet étant de renouveler l'attractivité des lières scientiques et des
    métiers de la recherche auprès des jeunes des lières S. Depuis 2011, ce stage est aussi proposé aux jeunes adultes
    fréquentant l'E2C. Les stagiaires sont placés en situation de chercheur dans un laboratoire universitaire. Un problème
    mathématique leur est soumis. Ils doivent le résoudre en petit groupe avec l'accompagnement de  vrais chercheurs .
    Au terme du stage, ils présentent leur travail sous la forme d'un poster aux chercheurs et aux doctorants du laboratoire.
    Ce stage vise à la fois, la capacité à résoudre des problèmes et la valorisation de la réexion et du travail.

    Caractéristiques de la recherche
        Dans le cadre de cette étude nous nous intéressons à l'évolution du rapport au savoir et aux mathématiques de
    jeunes adultes  décrocheurs qui fréquentent l'E2C. Nous avons plus particulièrement observés 24 stagiaires qui se
    sont inscrits au stage Hippocampe-math dans le cadre de leur formation. Ce stage se déroule sur trois jours, il propose
    un large choix de problèmes mathématiques qui s'appuient sur des questions concrètes issues du quotidien ou sur des
    situations de jeu, ce sont des problèmes  qu'on peut toucher avec les mains . Parmi les treize problèmes proposés
    six ont été choisis par les stagiaires qui se sont répartis en six groupes de travail. En accord avec l'équipe qui encadre
    ce stage, nous avons choisi d'observer plus particulièrement un groupe de quatre stagiaires qui a travaillé à partir du
    jeu intitulé  Tout couleurs  (Figure 6.1).

                                         Figure 6.1  Enoncé du problème  Tout couleurs 

    Méthodologie
        Le dispositif de recherche mis en place nous a permis d'observer la phase de présentation du stage et les trois
    journées de travail à l'IREM de Luminy. Des entretiens ont été réalisés avant et après le stage auprès des stagiaires.

1                2            3                4              5             6             7              8              9

Présentation     Entretiens   Présentation     Travail        Travail       Exposés       Travail   en   Présentation   Entretiens

du      stage    ante         du     stage     en     petit   en   petits   devant        groupe J3      des posters    post

à     l'ensem-                aux       sta-   groupe J1      groupes J2    le   grand                   aux

ble        des                giaires                                       groupe                       chercheurs

stagiaires                    participant

E2C                           au stage

             E2C                    Jour 1 à l'IREM                Jour 2 à l'IREM            Jour 3 à l'IREM           E2C

                                                    Table 6.1  Dispositif de recherche
        Chaque phase a fait l'objet soit d'un enregistrement audio pour les phases 1-2-3-9, soit d'un enregistrement audio-
    visuel pour les phases 4-5-6-7-8. Nous avons aussi recueilli un ensemble de traces : les brouillons ou les photographies
    de documents utilisés ou réalisés par les stagiaires. Nous avons choisi d'observer le dispositif  Hippocampe E2C en
    centrant nos analyses sur : les phases de présentation du stage (phases 1&3) auprès de tous les stagiaires car ces
    phases peuvent nous donner accès aux attentes institutionnelles concernant ce stage ; la manière dont les stagiaires se
    saisissent du problème dans le travail qu'ils mènent en petit groupe le premier jour (phase 4) ; le discours tenu par les
    stagiaires sur leur rapport au contenu du stage, à son déroulement, à leur place de stagiaires E2C (phases 2 & 9)

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    Nous ne livrons ici qu'une partie de nos analyses et de nos résultats, cette partie concerne la manière dont les
stagiaires se saisissent du problème mathématique donné au cours de la première journée de stage (Phase 4 de notre
dispositif ).

Méthodes d'analyse (phase 4 du dispositif)
    Nous avons réalisé un synopsis à partir de la transcription des séquences lmées de la première journée de stage. Le
synopsis (Schnewly, Dolz, Ronveaux 2006) nous permet de faire une analyse séquentielle et hiérarchique de la séquence
observée, de faire un recentrage sur ce qui est transmis et appris en suivant les objets de savoir liés à la situation
mathématique et sur les relations que les acteurs entretiennent avec ces objets en tenant compte des dimensions
chronogenétique, topogenétique et mésogenétique, permettant de décrire la progression du savoir, la place et le milieu
d'apprentissage des acteurs (Chevallard, 1992 ; Sensevy & Mercier, 2007). Nous avons eu recours à l'analyse      a priori
en tant qu'outil permettant de dénir un  univers des possibles (Sensevy, Mercier 2007) du problème soumis aux
stagiaires.

Des résultats
    Nous avons pu décrire l'activité menées par les stagiaires en suivant la progression de leur questionnement math-
ématique. Nous avons pu établir une temporalité liée à la progression du savoir (Chevallard & Mercier 1987) en
déterminant cinq étapes.
    T1 : Le temps pour comprendre :Ce premier temps de l'activité est une phase exploratoire durant laquelle les
stagiaires vont devoir décrire les cubes qui composent le jeu  Tout couleurs , plusieurs formes de codages vont être
envisagées, ils repèreront  le cube qui n'est pas comme les autres (cube avec 3 faces jaunes), ils vont manipuler le jeu
avec une première règle (avoir une même couleur sur les trois côtés visibles de la boite) et feront un premier constat :
avec cette règle le jeu ne fonctionne pas.
    T2. Un nouveau problème et une première solution : un nouveau problème (problème 2) est posé par Lau, membre
de l'équipe des chercheurs : disposer les cubes dans la boite avec les quatre couleurs présentes sur chacun des trois
côtés. Il apporte aussi une nouvelle manière de faire qui se révèle ecace : en respectant la règle, il s'agit de placer
les trois premiers cubes, pour le quatrième on régule en revenant sur le troisième, puis sur le deuxième et enn sur le
premier.
    T3. S'approprier une technique : chaque stagiaire va tenter en prenant le jeu en main de retrouver la stratégie
gagnante donnée par Lau, sans y parvenir
    T4. Une deuxième manière pour résoudre le problème posé : Jul, un autre chercheur, ouvre sur un nouveau
questionnement et une autre manière de faire ecace pour résoudre le problème posé : on s'intéresse aux deux côtés
opposés de la boite, et on aligne les cubes toujours avec la même règle (quatre faces de couleurs diérentes), puis on
régule avec les faces des cubes, situées sur le dessus de la boite. Le groupe s'approprie cette technique et trouve alors
deux solutions au problème.
    Temps 5. : Trois puis quatre solutions vont être trouvées, ce qui va à nouveau faire évoluer le questionnement sur
le nombre de solutions que l'on peut trouver avec cette technique.

Eléments de conclusion
    L'analyse montre comment les chercheurs ont guidé au plus près la réexion des stagiaires à partir de l'identication
des cubes puis par leur codage. Ce passage par la représentation permet ainsi de s'émanciper de l'enfermement de la
manipulation. Plusieurs représentations ont été ainsi élaborées. Les chercheurs ont montré au moins deux manières de
faire, dont une plus accessible pour les stagiaires, des manières de faire qu'il s'agissait de rendre compréhensibles et
transmissibles d'abord par la manipulation (faire la même chose) puis par la représentation et l'écriture.
    Cependant les stagiaires restent dans l'attente de solutions apportées par les chercheurs. Ce phénomène d'attente
relève du contrat didactique (Brousseau 1998). Les stagiaires se placent ici dans le topos de l'élève et les chercheurs
dans celui du professeur, ce qui correspond à un système d'enseignement plus traditionnel que celui annoncé dans les
objectifs d'Hippocampe-Math (mettre les stagiaires en position de chercheur). Dans une précédente enquête (Assude,
Feuilladieu, Dunand, Mercier 2012), où nous observions des jeunes décrocheurs toujours dans le cadre d'un stage
hippocampe, nous avions fait le même constat :

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   Ces postures s'éloignent des topos prévus au départ, mais permettent néanmoins de faire émerger des éléments
importants du rapport institutionnel au savoir des mathématiciens chez ces jeunes. L'objectif est donc atteint, même
si c'est par une voie diérente.
   Concernant le rapport au savoir mathématique, nos observations dièrent de cette première enquête. Notre analyse
montre que les stagiaires retiennent peu ou pas d'éléments mathématiques liés à la situation proposée. La dimension
ludique de la situation reste prégnante pour les stagiaires qui considèrent le jeu  tout couleurs comme un casse-tête à
résoudre par la manipulation. Le problème lié aux combinaisons n'est pas susamment visible, le savoir mathématique
parait ici trop  embusqué pour que les stagiaires puissent le saisir. Ils ne peuvent pas mobiliser des savoirs anciens
pour aller vers des savoirs nouveaux. Ils ne disposent pas des outils mathématiques qui pourraient leur permettre
d'accéder au niveau didactique de la situation, soit parce qu'ils ne les ont jamais rencontrés au cours de leur scolarité,
soit parce qu'ils les ont oubliés.

REFERENCES
   Assude, T.,Feuilladieu, S., Dunand, C., Mercier, A. (2012) Un dispositif pédagogique et didactique pour les jeunes
 décrocheurs  :quel fonctionnement, quels eets,       Communication au colloque Sociologie et didactique,         Lausanne :
HEP Vaud
    Berthet, T. (2014). Conclusion in Berthet, T. & Zaran, J. (2014). Le décrochage scolaire. Enjeux, acteurs et
politiques de lutte contre la déscolarisation. Rennes : PUR, p175-182
    Berthet, T. & Zaran, J. (2014). Le décrochage scolaire. Enjeux, acteurs et politiques de lutte contre la déscolari-
sation. Rennes : PUR
    Blaya, C. (2010). Décrochages scolaires. Bruxelles : De Boeck.
    Bautier E., Bonnéry S., Terrail J-P., Bebi, A., Branca-Roso, S, Lesort, B. (2002). Décrochage scolaire : Genèse et
logique des parcours. Paris : DPD/MEN.
    Bernard, J-P. (2011). Le décrochage scolaire, Paris : PUF
    Bonnéry, S. (2007). Comprendre l'échec scolaire : élèves en dicultés et dispositifs pédagogiques. Paris : La Dispute.
    Brousseau, G. (1998). Théorie des situations didactiques, Grenoble : La Pensée Sauvage
   Chevallard, Y (1992) Concepts fondamentaux de la didactique : perspectives apportées par une approche anthro-
pologique,   Recherche en didactiques des mathématiques, 12, 1, pp73-112
   Chevallard, Y & Mercier, A. (1987).     Sur la formation historique du temps didactique,           Marseille : IREM d'Aix-
Marseille
   Schneuwly, B., Dolz, J., Ronveaux, C. (2006). Le synopsis : un outil pour analyser les objets enseignés, Perrin-
Glorian, M-J. & Reuter, Y. (Eds)     Les méthodes de recherche en didactique, Villeneuve d'Asq : Les Presses Universitaires
du Septentrion, pp 175-189
   Sensevy & Mercier, (2007)       Agir ensemble. L'action conjointe du professeur et des élèves,         Rennes : PUR, p13-49

Annexe
   Tous les stagiaires E2C sont inscrits dans un projet qui est soit dans une continuité et une évolution soit dans une
réorientation et une rupture par rapport à la formation suivie initialement.

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        Stagiaire                    Niveau scolaire & Projet E2C
        Saï                          5ième                                      CAP Carrossier
        Ami                          3ième                                      Métier ASH (Niveau d'accès : CAP ou équiv-
                                                                                alent source ONISEP)
        Man                          3ième                                      Préparation       d'un    diplôme     d'état     d'aide
                                                                                médico- psychologique auprès des personnes
                                                                                handicapées
        Ana                          3ième                                      Métier de réceptionniste (niveau de base exigé
                                                                                Bac ou équivalent - source ONISEP)
        Edd                          3ième                                      Formation de magasinier ELS (grandes sur-
                                                                                faces)
        Dja                          CAP Cuisine                                CAP Assistante Maternelle
        Char                         CAP Restauration                           Préparation au concours d'auxiliaire- ambu-
                                                                                lancière
        You                          CAP Tapissier                              CAP Plomberie
        Zgy                          CAP EAT (Pressing)                         Remise à niveau pour s'inscrire dans un lycée
                                                                                pour préparer un bac pro vente
        Sou                          BEP carrière Sanitaire et Sociale          Métier Aide-soignante
        Faï                          1ière                                      Engagement dans Armée de Terre
        Had                          Bac pro vente                              CAP Petite Enfance

                        Table 6.2  Les parcours scolaires et les projets E2C des stagiaires observés

6.2 Odysseus' proving journeys to proof : an investigation on cognitive
    and aective realities
Andreas Moutsios-Rentzos* & Faidra Kalozoumi-Paizi**
                                        * Department of Mathematics, University of Athens,
              ** Department of Trauma Surgery, Johann Wolfgang Goethe-University, Frankfurt, Germany,

    Résumé : Dans cette étude de cas, nous étudions les voyages cognitifs et aectifs d'un étudiant en mathématiques de la 2
                                                                                                                                        e   année,

Ulysse, comme il tente de répondre aux questions de prouver, au type d'examen. L'analyse préliminaire a révélé que les voyages à la fois

aectifs et cognitifs d'Ulysse se passent à deux réalités distinctes : sa réalité interne sur ce qui constitue une réponse à la question donnée

et la réalité sociale des examens.

    Abstract : In this case study, we investigate the cognitive and aective journeys of a 2
                                                                                               nd year mathematics student, Odysseus, as he at-
tempts to answer exam-type proving questions. The preliminary analysis revealed that both Odysseus' aective and cognitive journeys occur

at two potentially separate realities : his inner reality about what constitutes an answer to the given question and the social reality of exams.

Thinking about exam-type proving questions
    The notion of proof is at the crux of modern mathematics and, as such, mathematics educators have investigated
the students', teachers' and mathematicians' understandings of proof, their identication of the functions of proof, their
proving process and the links between cognitive and aective factors in proving (Boero, 2007 ; Furinghetti & Morselli,
2009 ; Hanna & De Villiers, 2012 ; Moutsios-Rentzos, 2003 ; Reid & Knipping, 2010). In this study, we identify the
students'   emotions    (Ekman & Friesen, 1978) when they deal with exam-type proving questions, considering at the
same time both their      proving strategies    (Moutsios-Rentzos, 2009) and their          thinking styles    (Sternberg, 1999). Through
a case study of an undergraduate mathematics student (named Odysseus), we map aspects of the multiplicity and the
complexity of the cognitive and aective realities that co-exist during the Odysseus' proving process.
    Moutsios-Rentzos (2009) contrasted : a) task-specic (actual) thinking, b) domain-specic thinking preferences
(e.g. a mathematical thinking style ; Borromeo-Ferri & Kaiser, 2003), and c) general thinking preferences (that appear
to transcend a variety of contexts and situations).

Chapitre 6                                              Mathematics and realities
Quaderni di Ricerca in Didattica (Mathematics) n. 24, Supplemento n.1, 2014
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   In this study, within the context of exam-type proving questions, we focus on the links between general think-
ing preferences - viewed through Sternberg's (1999) thinking styles - and task-specic thinking strategies (identied
through the      A−B −∆ proving strategy classication scheme ;) Moutsios-Rentzos, 2009 ; Moutsios-Rentzos & Simpson,
2011).
   Thinking styles refer to the preferred way[s] of using the ability one has, Sternberg, 1999, p. 8). Thirteen thinking
styles are identied, organised in ve dimensions (which parallel the ways society is governed).
   The  A − B − ∆ proving strategy classication scheme was introduced to map the students' qualitatively dierent
proving strategies when they deal with exam-type given that . . .prove that . . .questions. At the crux of the scheme
lies the potential tension between proving to oneself and proving to others (respectively,                 ascertaining   and   persuading ;
Harel & Sowder, 1998), emphasising the individual's view of the proof, rather than the proof itself. Three strategy
types are identied, comprising ve strategies :
      The a-type strategies.      The students demonstrate a need to rst investigate the 'truth' of the given statement
       (whether it makes sense or not). They nd an ascertaining argument and, subsequently, a potentially dierent
       persuading argument, thus separating proving to oneself and proving to others. Two strategies are identied                        α
       -type :
    the   A (alpha) strategy      (the ascertaining argument is appropriately mathematised to serve as a persuading argu-
       ment), and
    the   ∆α (delta-alpha) strategy (persuading appears to be a new process, completely distinct from ascertaining).
    The   β -type strategies. The students do not appear to have any truth reservations about the given statement
       and they immediately start the persuading process (not explicitly dierentiated from the ascertaining process).
       Two strategies are identied as     β -type   :
        the   β (beta) strategy   (the students rely on their memory to recall either the proof of the statement or a proof
         that may serve as a template for proving the given statement), and
        the   ∆β (delta-beta) strategy    (the students focus on producing memory-based mathematical expressions that
         are utilised in constructing a proof ).
    The    δ -type strategies.   The students focus on meeting the requirements of the given task (namely to produce a
       proof that would get the maximum grade in exams) employing a variety of tools (including, amongst others,
       theorems, proofs, images and examples). Truth investigations may appear in this strategy, but only as means
       to producing an exam-appropriate proof. One strategy is included in this type :
        the   ∆∆   (delta-delta) strategy (multiple representations and registries are employed in producing mathematical
         expressions that are utilised to construct a proof ).
Exam-type questions are a goal-directed activity, characterised by the fact that the students are expected to provide
answers that meet externally-set requirements. Skemp (1979) theorised that the learners' goal-directed thinking occurs
perceptual reality (actuality ) and    inner reality. Thus, the learners' survival is dierentiated amongst biological survival,
social survival (realised in co-existing and collaborating with others) and inner survival (linked with the notion of
internal consistency).
   Moutsios-Rentzos (2009) dierentiated the students' initial attack of the question (initial                     strategy )    from their
subsequent, qualitatively dierent attacks (back-up            strategies ).   By utilising the aforementioned A-B-D classication,
he linked the students' initial strategies (task-specic thinking) with their thinking styles (general thinking prefer-
ences) : the students with ground breaking thinking styles (preference for originality, creativity and non-hierarchy)
appeared to prefer     α-type   initial strategies, whereas the students with ground building thinking styles (preference
for conformity, implementation and hierarchy) seemed to favour                 β -type   initial strategies.
   Drawing upon Skemp's theory, Moutsios-Rentzos (2009) posited that the students' general thinking preferences
reveal aspects of their inner realities, which aect their initial strategy choices. In contrast, their back-up strategy
choices indicate a qualitative shift on their experiencing the given question : the ineectiveness of the initial attack
leads them to re-evaluate the situation, thus choosing a strategy that more appropriately ts with this new perspective.

Emotions, proofs and facial expressions
   Mathematics educators have investigated the links between proof and the aective domain, including beliefs (Fur-
inghetti & Morselli, 2009 ; Moutsios-Rentzos, 2003) and emotions (Rodd, 2002). Skemp (1979) stresses the importance
of emotions in our successfully surviving a situation, since they give information about progress, or ability to progress,
relative to goal states and anti-goal states (p. 18). Russell mentioned a conversation with Hardy (cited in Homan,
1998, p. 85) : if he could nd a proof that I [Russell] was going to die in ve minutes he would of course be sorry to lose

CHAPITRE 6.         WORKING GROUP 4                      Mathematics and realities
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me, but this sorrow would be quite outweighed by pleasure in the proof. I entirely sympathised with him and was not
at all oended. Tutte (cited in Hirschfeld, 2001, p. 3) in an attempt to describe what is mathematics stressed amongst
other that mathematics is the Humanity that hymns eternal logic [. . .] the Science that studies the phenomenon
called logic [. . .] the Art that fashions structures of ethereal beauty out of the raw material called logic [. . .] Much
more [. . .] Mathematics is Fun. Nevertheless, the everyday classroom reality appears to be in stark contrast with these
aective descriptions of professional mathematicians. Strong but hardly positive emotions are evident when high
school students encounter mathematics (Brown, Brown & Bibby, 2008) or even mathematics undergraduates (Rodd,
2002). For example, 16 year old students note that I enjoy it when I get it right, but I didn't choose it because I hate
it when I get it wrong and get frustrated or stress that I hate mathematics and I would rather die (Brown, Brown
& Bibby, 2008, p. 10).
      Considering the human quality of arguments and judgement with respect to their emotional state, Oatley and
Jenkins (1996) summarised research ndings revealing that the positive aective state is linked with more supercial
judgements, while positive emotions seems to make humans more amenable to authority gures. Importantly, the
higher quality of an argument does not appear to signicantly aect the judgements. In contrast, a negative/neutral
aective state appears to be linked with more thorough judgements, to reduce the eect of authority, while the quality
of the argument is strongly linked with the human's judgement of the professed statement.
      In this study, we adopt Ekman's (Ekman & Friesen, 1978) dierentiation of emotions between basic and compos-
ite. In specic, our interest is in the seven basic emotions that Ekman considers to be universally manifested in the
humans' facial expressions, namely : sadness, anger, contempt, fear, happiness, disgust, surprise. Certain combinations
of micro-movements of the facial muscles are linked with specic basic emotions, forming two coding systems : the
'Facial Action Coding System' (Ekman & Friesen, 1978) and the 'Emotional Facial Action Coding System' (EMFACS ;
Ekman, Irwin & Rosenberg, 1994).

Method
      Odysseus was in the 2
                                    nd year of a 4-year BSc-equivalent degree in Mathematics in a large Greek University. His
grades were above average.
      Odysseus' thinking styles prole was identied through a translated to Greek version of Sternberg's (1999) Thinking
Styles Inventory (see Moutsios-Rentzos & Simpson, 2010).
      In this paper, we report Odysseus' proving process when he dealt with three exam-type proving questions (drawing
upon the tasks utilised in Moutsios-Rentzos, 2009) :

                                                       a               a
      1. Let   a, b, c ∈ Z   and   (a, b) = 1   and
                                                       bc . Prove that c (a divides   c)
      2. Let a sequence      (an ) ∈ R, n ∈ N.    Prove that if (an is convergent, then (an ) is bounded (convergent-bounded )

      3. Let   A, B   non-empty subsets of      R and A, B       are bounded. Does the     sup(A ∪ B)   exist ? If yes, nd it. Justify in
        full your answer (supremum           of union ).
                                    1
      The clinical interview (Ginsburg, 1981) was conducted by the rst author and it was video-recorded. Odysseus
was asked to produce an exam-appropriate proof and to think aloud during that process. In our eort to elucidate his
strategies rather than his mathematical knowledge, he was directed to ask for any mathematical information he would
need in order to prove the questions (denitions, examples, gures etc).
      The video-recording was           independently     analysed : the rst author identied Odysseus proving strategies according
to the -B-∆ scheme, while the second author utilised EMFACS to identify his emotions. Subsequently, the two authors
discussed their ndings in order to map the cognitive and aective realities that Odysseus experienced during the
proving process.

Odysseus' proving journeys to proof : an outline of the results
      Odysseus' thinking styles prole was identied as ground breaking, which has been linked with a higher preference
for   α-type    initial strategies (Moutsios-Rentzos, 2009). This link is evident in Odysseus' strategy choices that were
identied as being mostly of            α-type   (see Table 1).

  1. The authors would like to thank Anastasios Tsigkros for his valuable help in the initial stages of the study.

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                 Figure 6.2  Odysseus' parallel aective and cognitive proving journeys to proof.

   In Table 1, we outline Odysseus' cognitive and aective journeys across the three questions. Notice that Odysseus
produced both draft answers and exam answers for each question, in order to produce an exam-appropriate answer.
   Regarding Odysseus' emotions, in the same column of Table 1 two emotions may be identied indicating an
emotional blend. Following Ekman's guidelines, both these blends and all the identied emotions were interpreted
within the context they occurred.
   The analysis of Odysseus' emotions revealed that they were either         internally referenced      or   externally referenced.
An internally referenced emotion appears to be linked with Odysseus' inner reality (in the sense of Skemp, 1979),
not necessarily linked with the task requirements. In this study, a means for characterising aspects of Odysseus' inner
reality was his thinking styles, his preferred ways of thinking. An externally referenced emotion is related to the
perceived social reality (in the sense of Skemp, 1979), the externally set requirements of the given task. In the case
investigated in this study, such requirements include the exam-status of the given questions, the grades and about
performing.
   For example, in the 'convergent-bounded' question Odysseus employed an             A   strategy. In his draft answer, in
17' he manifested an internally referenced happiness emotion when he is convinced of the truth of the statement
(ascertaining) : It makes sense to me that it is bounded and so I'll try [to prove] it. In contrast, in the end of his
draft answer, when he completed the persuading process, he expressed a sadness-anger blend (21'). This emotional
blend was externally referenced, because although he realised that more or less I am done, he almost immediately
wondered How much time do I have left ?.
   Odysseus knew that he hadn't met the externally set requirements of exams and experienced negative emotions
of having to accomplish this new aspect of the situation within certain time limits. That is, he realised that he
hadn't met the externally set requirements of the social reality he had to survive and experienced a clash with his
internal consistency that was nevertheless satised in the ascertaining stage of the strategy. The emotional clash of
having to prove what you know it makes sense and that mathematically is correct, when you also know that more
(mathematically questionably relevant) has to be done to successfully survive exams. In the case of Odysseus this
clash is hypothesised to be manifested as an externally referenced sadness-anger blend.

Concluding remarks
   Exam-type proving is emotionally demanding and both the students' emotional and pragmatic stakes are extremely
high. In this study, we introduced a novel approach to investigating the students' proving processes. In the proposed
approach, we synthesised dierent theoretical frameworks and methodologies with the purpose to obtain a more
comprehensive mapping of both the cognitive and the aective proving processes.
   Odysseus' journeys to proof proved to be complex, co-occurring in multiple dimensions. The proposed multi-faceted,
cognitive and aective, approach helped in gaining deeper understanding about his proving process by enabling our
posing and addressing questions that treat the phenomenon as a complex whole, rather than a sum of isolated parts.
Hence, the proposed approach allows for our subsequent designing more appropriate pedagogies in order to facilitate
the students' proving process.

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   Drawing upon the fact that emotions are fast, evolutionary developed, in-built aective reactions upon which
more stable aective constructs are based (such as attitudes and beliefs ; see Oatley & Jenkins, 1996), the pedagogical
implication of our approach concern both everyday pedagogies and the assessment processes. On the one hand, everyday
pedagogy should attempt to emotional reinforce doing mathematics in the sense of performing in a mathematical
way (including what if  analyses, problem posing etc). On the other hand, emotional rewarding assessment linked
with deeply mathematical processes (mathematical discovery, what if , multiple approaches/ solutions) and not only
performance-measuring assessment is crucial in highlighting the importance of the aforementioned aspects of everyday
pedagogy, since the assessment process is strongly linked with the learning outcome of any educational system (Boud
& Falchikov, 2007).
   Bearing in mind that Odysseus was an over-average attaining, ground breaking student, current research inves-
tigates below average attaining, ground building students, while future research will expand in non-explicitly linked
with exams contexts.

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6.3 Contraintes d'un problème et raisonnement mathématique
Teresa Assude, Anne Crumière & Jeannette Tambone
                                            Université d'Aix-Marseille & IFE-ENSL

    Résumé : Quelles sont les conditions favorables aux apprentissages mathématiques notamment à la résolution de problèmes math-

ématiques ? Pour étudier cette question, nous avons identié des épisodes de la biographie didactique d'une élève en diculté face à la

résolution de problèmes qui nous montrent l'importance pour le raisonnement de la prise en compte des contraintes du problème.

    Abstract : What are the good conditions for learning mathematics, mainly for problems solving ? In order to manage this question,

we identied episodes of a didactical biography of a low attainer facing problem solving. They show the importance for reasoning to take

into account the problem's constraints.

Introduction
    En France, dans les programmes ociels de l'enseignement des mathématiques, il y a une volonté institutionnelle
de mettre l'accent sur la résolution de problèmes pour apprendre ce qu'est une activité mathématique. Les résultats
de l'enquête PISA (Programme International de Suivi des Acquis des élèves) de l'OCDE montrent qu'en France, entre
2003 et 2012, il y a autant d'élèves avec un très bon score dans les compétences mathématiques mais qu'il y une
augmentation des élèves en diculté en mathématique. Il semble aussi que  les élèves ouverts à l'idée de résoudre
des problèmes mathématiques - qui ont le sentiment d'être capables de traiter beaucoup d'informations, qui
comprennent vite la situation, qui cherchent à expliquer les choses, qui établissent aisément des liens entre des faits et
qui prennent plaisir à résoudre des problèmes complexes ' obtiennent en mathématiques 31 points de plus, en moyenne,
que les élèves moins ouverts à la résolution de problèmes. (OCDE, 2013). L'augmentation des élèves en diculté pose
problème du point de vue social et éducatif, comme nous avons pu voir avec toutes les réactions publiques lors de la
communication de ces résultats.
    Notre questionnement se place dans ce contexte. Nous nous intéressons aux conditions et aux obstacles qui permet-
tent et/ou entravent les apprentissages mathématiques, notamment à la résolution de problèmes mathématiques. Nous
allons focaliser cet article sur l'épisode biographique d'une élève en diculté qui nous montre l'un de ces obstacles.

Contexte de la recherche
    Notre travail s'insère dans le cadre de la mise en place et du développement des LéA (Lieux d'éducation associé)
à l'IFÉ-ENS Lyon (Institut Français d'Education de l'Ecole Normale Supérieure). Ces lieux visent la rencontre de
plusieurs acteurs (enseignants, chercheurs, chefs d'établissement, artistes, etc.) autour d'un projet pour développer un
travail coopératif sur un problème ou une question essentielle à la vie de ce lieu. Dans notre cas, le LéA est un collège
situé dans les quartiers nord de Marseille avec une population d'élèves issus de milieux défavorisés. Dans le cadre de ce
Collège, nous avons décidé de travailler sur les mathématiques avec les élèves de l'ULIS (Unité Localisée pour l'Inclusion
Scolaire) qui sont des élèves reconnus dyslexiques par la MDPH (Maison départementale des personnes handicapées).
Notre équipe est constituée par deux enseignants (un enseignant spécialisé et un enseignant de mathématiques) et
trois chercheurs. Notre projet est d'étudier les situations qui favorisent les activités mathématiques à partir de deux
axes : le premier concerne la résolution de problèmes mathématiques et l'apprentissage du raisonnement ; le deuxième
concerne les mathématiques utiles au citoyen autour de la gestion de données. Pour cela, nous avons observé quatre
élèves d'ULIS qui sont intégrés dans une classe de mathématiques en troisième (élèves d'environ 15 ans). C'est une
classe de vingt élèves composée par ces quatre élèves d'ULIS, des élèves de l'option 3ème DP6 (Troisième de découverte
professionnelle qui ont 6h de découverte professionnelle au lieu d'avoir une deuxième langue) et d'autres élèves. Cette
classe de troisième accueille beaucoup d'élèves en diculté en mathématiques. Dans cette communication, nous allons
rendre compte de l'observation d'une élève dyslexique, Romane.

Eléments théoriques et méthodologiques
    Nous allons nous placer dans le cadre d'une approche anthropologique et biographique qui nous permettra de
donner sens à nos observations. Dans le cadre de l'approche anthropologique du didactique (Chevallard, 1992), on

Chapitre 6                                          Mathematics and realities
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s'intéresse à l'activité mathématique comme une activité humaine qui peut être décrite par la notion de praxéologie.
La praxéologie est un quadruplet formé par le type de tâches, les techniques qui permettent d'accomplir ces tâches, et
les discours justicatifs de ces techniques (technologies ou théories). Dans le cadre de l'approche biographique (Mercier,
1995), on s'intéresse à l'histoire des sujets en tant qu'élèves (sujets d'une institution) aux prises avec un savoir (ou
plus généralement avec des ÷uvres humaines). La biographie didactique (Mercier, 1995) est l'ensemble des fragments
de la vie d'un élève qui correspondent aux rencontres de cet élève avec un savoir (ou son ignorance), soit qu'il ait
appris soit qu'il n'ait pas appris. Ainsi, nos catégories d'analyse sont les notions de biographie didactique, de contrat
didactique, de milieu (Brousseau, 1997, Assude & al., 2007) et de praxéologie.
   Le dispositif de recherche mis en place depuis deux ans comporte des séances observées dans la classe et des séances
de travail conjoint entre chercheurs et enseignants. Toutes ces séances ont été lmées et retranscrites, et les productions
des élèves ont été recueillies.
   Dans cette communication, nous allons nous intéresser au début du travail proposé aux élèves sur le problème
suivant : trouver trois nombres consécutifs dont la somme S est donnée. Nous n'avons pas l'espace ici pour présenter
dans le détail les diérentes phases du problème (voir ERMEL, 1997) ni pour présenter l'analyse            a priori. Ce problème
a été travaillé en classe pendant trois séances de 45minutes chacune. Pour situer l'épisode biographique que nous avons
choisi, nous présentons ici le synopsis de la première séance :

       Temps                                  Déroulement                              Episodes
       0 - 7 min                              Mise en place des groupes
       7 - 14 min                             Distribution d'une feuille de tra-
                                              vail avec l'énoncé du problème
                                              Travail individuel
                                              Tâche 1 : chercher 3 nombres qui
                                              se suivent dont la somme est 96
       14 - 35 min                            Travail en groupe (4 ou 5 élèves)        Épisode 1 : De la diculté à ren-
                                              Tâche 1                                  trer dans le milieu du problème
                                              Les deux professeurs se déplacent        Épisode   2   :   Émergence   d'une
                                              et interviennent dans les groupes        technique et expansion du milieu
                                              Pas de synthèse collective
       35 - 45 min                            Travail en groupe                        Épisode 3 : Techniques et stabil-
                                              Tâche 2 : chercher trois nombres         ité relative du milieu
                                              qui se suivent dont la somme est
                                              354
                                              Les deux enseignants se dépla-
                                              cent   et   interviennent   dans   les
                                              groupes
                                              Pas de synthèse collective

                                                          Table 6.3  S1

Analyse d'un épisode de la biographie didactique de Romane
   Les élèves ont eu cinq minutes pour lire l'énoncé du problème qui a été donné sur une feuille et essayer de trouver
une solution. Romane, même avant de se plonger dans la lecture de cet énoncé, arme tout de suite  moi, j'ai pas
compris et ensuite  Il faut faire quoi, comme rédaction ' . Le professeur P ne donne pas de réponse mais insiste
auprès de toute la classe pour ce premier travail individuel tout en donnant peu de temps pour le faire. Puis le travail
en groupe commence, et nous allons nous intéresser au groupe de Romane. Ils sont cinq élèves (trois garçons et deux
lles). Ils ne travaillent pas vraiment en groupe, les lles, étant spatialement proches, parlent entre elles. Le professeur
P se rapproche de ce groupe.
   Romane, après avoir dit qu'elle ne comprenait rien sans avoir lu l'énoncé du problème, se place tout de suite dans
un contrat didactique où on doit donner une réponse numérique. Le professeur demande une réponse, donc l'élève
donne une réponse, n'importe laquelle. La donnée numérique  96 y apparaît déterminante. Il faut faire des calculs

CHAPITRE 6.        WORKING GROUP 4                Mathematics and realities
Quaderni di Ricerca in Didattica (Mathematics) n. 24, Supplemento n.1, 2014
Lyon                G.R.I.M. (Department of Mathematics and Computer Science, University of Palermo, Italy)               297

pour obtenir 96, ce qu'elle fait :  7 fois 12 est égale à 84 . Face à la réaction du professeur P, Romane arme que :
 j'ai rien compris alors .
   Un premier élément d'analyse du milieu : les contraintes du problème ne sont pas prises en compte et l'élève se place
dans un contrat didactique de  calcul tous azimuts . Ce n'est pas seulement Romane qui se place dans un tel rapport
au problème mais les autres élèves du groupe aussi, puisque le professeur P est obligé de poser la question :  Qu'est
ce qu'il faut faire, c'est quoi la consigne ' . Le professeur intervient alors en demandant à une autre élève de lire
l'énoncé du problème. Les interventions qui suivent montrent que, pour ces élèves, l'énoncé indiquant les contraintes
du problème (soit les règles dénitoires de la situation), n'est pas un élément du milieu. Le milieu de ce problème à ce
stade est constitué par trois éléments essentiels : trois nombres naturels ; trois nombres consécutifs ; la somme de ces
nombres est 96.
   Or les élèves ont beaucoup de dicultés à repérer ces trois éléments du milieu, et ils restent dans une approche
contractuelle. L'usage du mot  calculer ou  faire des calculs est symptomatique de cet état. L'action du professeur
est ici d'accompagner les élèves dans la lecture de l'énoncé, et de créer les conditions pour qu'ils puissent entrer dans
un autre type de rapport au milieu : les contraintes du problème font partie du milieu, et c'est ce milieu qui donne les
moyens d'action aux élèves. Ce n'est pas évident comme nous pouvons le voir dans plusieurs passages où le professeur
revient sur les trois contraintes du problème. Il insiste deux fois sur  qu'est-ce qu'il faut chercher ' , et essaie d'avoir
l'adhésion des élèves sur l'une des contraintes :  Trois nombres, tout le monde est d'accord avec ça ? C'est la question,
c'est la consigne . Ensuite, il essaie de reprendre une autre des contraintes,  la somme . Ce mot pose des dicultés
comme on peut le voir dans les formulations des élèves. Par exemple, Romane parle de  calculer , et donne même
un exemple  On pourrait faire 4 fois 12 égal 84 plus 13, plus 11 . D'autres élèves parlent de  soustraction ou de
 division , et c'est seulement après que le mot  addition apparaît.
   A la n de cet épisode, Romane n'a pas encore pris conscience de l'existence de ces trois contraintes et se focalise
sur le nombre 96 :  Il faut trouver ce qui fait 96. C'est facile . Le professeur insiste sur les contraintes  mais combien
je dois utiliser de nombres ' et Romane répond  On fait la moitié de 96 . Le professeur est alors directif :  Attends,
réponds aux questions. Combien ' . C'est un autre élève qui répond  trois . Face à la question du professeur  Ils
doivent être comment ces trois nombres' , Romane est encore dans son idée :  La moitié de 96 . Le professeur
n'insiste pas et doit se retenir car il ne peut pas donner la réponse, et il renvoie les élèves aux contraintes et au travail
de groupe :  combien il faut de nombres, qu'est-ce que je vais faire comme opération. Quel doit être mon résultat ?
Ces questions, vous les avez. Travaillez ensemble et essayer de trouver ça. 
   Cet épisode et sa durée montre la diculté pour Romane de rentrer dans un autre rapport au milieu. Pour elle, le
milieu est contractuel au sens où il y a des nombres et il faut calculer pour avoir ces nombres, cependant il n'est pas
résistant et consubstantiel au problème lui-même. Nous ne pouvons pas ici voir comment pour la suite, cette élève a
pu construire un autre rapport au milieu.

Eléments de conclusion
   Comme nous l'avons vu au départ, les résultats de l'enquête PISA, montrent qu'il y a de plus d'élèves français
en diculté en 2012 notamment en ce qui concerne la résolution de problèmes. Nous pouvons dire que Romane est
aussi en diculté pour rentrer dans la résolution du problème posé. Elle se place dans une posture d'élève qui répond
contractuellement à ce qu'elle pense être les attentes du professeur. Nous avons montré qu'elle ne tient pas compte
d'une condition essentielle qui est celle que toutes les contraintes du problème font partie du problème, et que ce milieu
minimaliste au départ doit être  résistant . L'une des conditions du milieu pour les apprentissages, c'est que l'élève
puisse se rendre compte que le milieu est  résistant au sens où ce sont les contraintes du problème qui constituent
la référence. Nous pourrions dire ici que cette première condition consiste à passer d'un contrat didactique (calculer
tous azimuts) à un milieu résistant. Ce n'est plus ce que l'élève suppose être les règles de ce contrat, et les attentes du
professeur qui doivent être premiers, mais bien la confrontation à un milieu résistant. Cela nous paraît une condition
essentielle pour que l'élève puisse rentrer dans un raisonnement mathématique.

REFERENCES
   Assude, T., Mercier, A. & Sensevy, G. (2007). L'action didactique du professeur dans la dynamique des milieux.
Recherches en didactique des mathématiques,       27.2, 221-252.
   Brousseau, G. (1997). Théorie des situations didactiques. Grenoble : La Pensée Sauvage.

Chapitre 6                                       Mathematics and realities
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