Pourquoi parler de registres en sciences ?
En sciences, les élèves doivent apprendre à manipuler des « objets de connaissance » qui ne sont pas directement observables (atomes, forces, champs, énergie, vitesse). Ils n’accèdent à ces objets qu’à travers des représentations : phrases, schémas, graphiques, équations, tableaux de données, programme (codage).
L’enjeu didactique est donc de concevoir des situations où l’élève circule entre ces différentes formes de représentation, au lieu de rester enfermé dans une seule
Que sont les registres de représentation sémiotique ?
Dans le cadre théorique de Raymond Duval [1995], dans Sémiosis et pensée humaine, un registre de représentation se définit comme un système de signes doté de règles de fonctionnement intrinsèques. Plutôt que de simples supports de pensée, ces registres sont des dispositifs sémiotiques qui permettent la production, le traitement et la conversion de contenus scientifiques. Un registre se distingue par sa capacité à rendre un objet d’étude « perceptible » et manipulable selon des normes de syntaxe et de lecture spécifiques.
L’analyse didactique identifie généralement sept formes majeures de registres*, chacune apportant une dimension propre à l’objet de savoir :
Registre Symbolique : Utilisation de codes spécifiques à une discipline (symboles chimiques, notations logiques, unités) pour condenser l’information de manière univoque.
Registre Verbal (Langue naturelle) : Utilise la syntaxe du langage courant pour décrire, définir ou expliquer. C’est le registre de l’énoncé et de l’argumentation.
Registre Graphique : Représentation sur un plan (axes, courbes, diagrammes) permettant de visualiser des variations, des tendances ou des relations spatiales.
Registre Numérique : Utilise les nombres et les listes de données (tableaux de valeurs). Il privilégie l’exactitude ponctuelle et le constat de mesures.
Registre Algébrique : Système d’écriture symbolique régis par des règles de calcul strictes (équations, expressions littérales). Il permet le traitement formel et la généralisation.
Registre de Programmation : Langage algorithmique structuré (code, blocs) destiné à l’exécution logique. Il impose une rigueur séquentielle et une syntaxe de commande.
Registre Schématique : Représentations iconiques simplifiées (schémas-blocs, circuits, croquis) qui mettent en évidence l’organisation fonctionnelle d’un système.
*ces 7 registres de représentation sémiotiques sont un outil de travail pour les sciences, et non une liste canonique « officielle » de Duval
Trois activités cognitives clés (Duval)
S’appuyant sur les travaux de Raymond Duval, l’apprentissage des sciences peut être modélisé à travers trois activités cognitives fondamentales liées aux registres de représentation sémiotique. Tout d’abord, la formation permet d’élaborer une représentation initiale au sein d’un registre spécifique . Le traitement consiste ensuite à transformer cette représentation en respectant les règles internes du système utilisé. Enfin, la conversion assure le passage d’un registre à un autre . Ce dernier processus est le pivot de la compréhension conceptuelle : en exigeant de l’élève qu’il ne confonde pas l’objet scientifique avec sa trace sémiotique, la conversion favorise une véritable abstraction du concept.
Un exemple concret: la loi d’ohm
1- Formation : le tableau de mesures : Registre numérique
Activité expérimentale: Relever les valeurs de U et I.
Processus : C’est la formation. Une première représentation sémiotique de l’expérience physique est créé sous forme de tableau de mesure.
Tableau de mesure U/I
2- Première Conversion : du tableau au graphique (registre graphique)
Activité : Placer les points sur un repère.
Processus : C’est une conversion. Vous changez de registre : vous passez du numérique (nombres dans des cases) au graphique/géométrique (points dans un espace).
3- Tracer la droite : Traitement (dans le registre graphique)
- Activité : « Lisser » les points pour tracer une droite qui passe par l’origine.
- Processus : C’est un traitement. Vous restez dans le registre graphique. En appliquant une règle propre à ce registre (on cherche une tendance linéaire), vous transformez un nuage de points isolés en une droite continue.
4. Identifier la proportionnalité : deuxième Conversion
- Activité : Dire : « Comme c’est une droite qui passe par l’origine, alors U est proportionnel à I ».
- Processus : C’est une conversion du registre graphique vers le registre de la langue naturelle. L’élève traduit une forme visuelle (la droite) en un concept linguistique (la proportionnalité).
5. Arriver à la formule (U=R×I) : troisième conversion
- Activité : Écrire l’équation mathématique.
- Processus : C’est une Conversion du registre graphique (ou de la langue naturelle) vers le registre algébrique/symbolique.
