Abstract : Rational numbers today are the object of a variety of teaching models which generally distinguish two learning phases : a longer phase to treat rhetorically a specific class of problems in order to permit the pupil to conceptualise them, a shorter phase to assimilate the symbols needed to communicate and process them. Significant progress has already been made thanks to this approach. Pupils still have trouble, however, discriminating between the various systems expressing numbers, particularly the notation of fractions and decimals. Another major problem is recognising in the symbolically expressed mathematical objects, those discussed during the conceptualisation phase.
In order to overcome these difficulties, we propose an introduction to rational numbers using graduated lines as the main system of expression. A certain number of parameters were retained in the development of this teaching aid, used in connection with an interactive computer program. The first of these is that pupils are familiar with the graduated lines (e.g. rulers) and will use it over a number of years. It is a tool which can easily be transformed into the semiotic register which discourages routine thinking in relation to rationals. Understanding this first semiotic register facilitates the comprehension of the fractional and decimal registers and allows the pupil to verify his calculations. Moving back and forth between the three leads to better conceptualisation of the rational number.
We were able to confirm and refine our hypotheses through observation of a class having used this approach. Seven distinct skills necessary in mastering rationals were evident and linked to the acquisition of the register of graduated lines. This amply justifies the investment. Our observation confirmed the key role played by the common linguistic register and its articulation with the specific symbolic registers.
Résumé : Les nombres rationnels sont aujourd'hui l'objet d'ingénieries qui distinguent en général deux phases d'apprentissage : un temps long pour traiter rhétoriquement une classe de problèmes à des fins de conceptualisation, un temps bref pour assimiler les notations symboliques à des fins de communication et traitements. Des avancées importantes ont déjà été obtenues grâce à une telle démarche. Mais la discrimination des caractéristiques propres à chaque système exprimant les nombres, notamment celles des écritures fractionnaires et décimales, reste difficile. Une autre difficulté importante est de reconnaître dans les objets mathématiques ainsi – symboliquement – exprimés ceux dont on parlait lors de la phase de conceptualisation.
Pour surmonter ces difficultés, nous avons proposé une introduction aux rationnels qui privilégie un système d'expression au moyen de droites graduées. L'élaboration de ce support, plongé dans un environnement informatique permettant l'interactivité, a été conduite en respectant certaines contraintes : familiarité pour les élèves ; consistance suffisante pour garantir sa pérennité ; adéquation à la mise en place d'un véritable registre sémiotique, de nature à décourager l'usage de routines aveugles ; adaptabilité aux problèmes liés aux rationnels. S'approprier ce premier registre permet ensuite d'annoncer puis de contrôler les traitements applicables au registre fractionnaire et au registre décimal ; coordonner enfin ces trois registres autorise l'objectivation du concept de nombre rationnel.
L'observation d'une classe d'élèves ayant suivi cet enseignement a permis de confirmer ou d'affiner nos hypothèses. Sept compétences nécessaires à la maîtrise des rationnels ont pu être énoncées et reliées à l'appropriation du registre des droites graduées, dont le coût élevé se trouve ainsi compensé. Le rôle clé de la langue naturelle et de son articulation avec les registres symboliques a été confirmé.