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€valuation externe en math€matiques : quelles compl€mentarit€s et quelles divergences ?Nadine Grapin and Brigitte Grugeon-Allys
Volume 41, Number 2, 2018URI: https://id.erudit.org/iderudit/1059172arDOI: https://doi.org/10.7202/1059172arSee table of contentsPublisher(s)ADMEE-Canada - Universit€ LavalISSN0823-3993 (print)2368-2000 (digital)Explore this journalCite this article
Grapin, N. & Grugeon-Allys, B. (2018). Approches psychom€trique et didactique de la validit€ d"une €valuation externe en math€matiques : quelles compl€mentarit€s et quelles divergences ?Mesure et €valuation en €ducation
41(2), 37...66. https://doi.org/10.7202/1059172ar
Article abstract
Even if many researches deal with validity, especially in psychometrics, this This paper examines how didactics tools, especially a priori analysis of tasks, can be used to bring validity evidence in addition to those provided by psychometrics. A first part of the paper aims to expose a methodology, using a combination of didactic and psychometric approaches, to analyze and design external assessment tests. In a second part, we implement this methodology to study two national large scale assessments, in two mathematical domains at two levels of school (arithmetic at the end of primary school and algebra at the end of grade9), in France.
37Approches psychomtrique et didactique de la validit d"une valuation externe en mathmatiques : quelles complmentarits et quelles divergences ?
Nadine Grapin
Brigitte Grugeon-Allys
Universit Paris-Est Crteil, Laboratoire de didactique Andr RevuzMots cls : valuation externe, valid
it, didactique des mathmatiques, psy- champ de la psychomtrie, elle n"a pas encore t beaucoup tudie dans le cadre de la didactique des mathmatiques. No us proposons d"expliciter la faon dont les outils de ce champ de recherche, en particulier l"analyse a priori des tches, peu- vent tre exploits pour apporter des preuves de validit complmentaires celles lyse et de conception du contenu d"une valuation externe dans laquelle l"approche didactique de la validit est pense en complmentarit de celle psychomtrique. sur l"tude de deux domaines mathmatiques (l"arithmtique en fin d"cole e t l"al-ces deux ordres d"enseignement.Key words: external assessment, validity, didactics of mathematics, psycho-
metrics, comparison of approaches, arithmetic, algebra Even if many researches deal with validity, especially in psychometrics, this notion hasn"t been significantly discussed in the field of didactics of mathematics. This paper examines how didactics tools, especially a priori analysis of tasks, can be used to bring validity evidence in addition to those provided by psychometrics. A first part of the paper aims to expose a methodology, using a combination of didactic and psychometric approaches, to analyze and design external assessment tests. In a second part, we implement this methodology to study two national large scale assessments, in two mathematical domains at two levels of school (arith-metic at the end of primary school and algebra at the end of grade 9), in France.MESUREETVALUATIONENDUCATION, 2018, VOL. 41, No2, 37-66
MeE_INT_v41n2-2018_v14_07•07-29-02_V30 N2_INT 19-02-22 11:14 Page37NADINEGRAPINETBRIGITTEGRUGEON-ALLYS38
Palavras-chave: avaliaão externa, validade, didtica das matemticas, psi- cometria, comparaão de abordagens, aritmtica, lgebra Embora o conceito de validade seja objeto de muitas investigaões, particular- mente no campo da psicometria, não foi ainda muito estudado no quadro da didtica das matemticas. Ora, o nosso propsito explicar a maneira como as ferramentas deste campo de investigaão, em particular a anlise prvia de tare- fas, podem ser exploradas para fornecer provas de validade complementares s da psicometria. A primeira parte visa propor uma metodologia de anlise e conceão do contedo de uma avaliaão externa na qual a abordagem didtica da validade pensada em complementaridade da psicometria. Numa segunda parte, mos- tramos a implementaão desta metodologia no estudo de dois dom"nios matem- ticos (aritmtica no final do 2.¼ ciclo e de lgebra no final do 3.¼ ciclo do ensino bsico) nas avaliaões realizadas a n"vel nacional em Frana nestes dois n"veis de ensino.Note des auteures : La correspondance lie cet article peut tre envoye [nadine.grapin
@u-pec.fr] et [brigitte.grugeon-allys@u-pec.fr]. Cette recherche a reu le soutien de l"Agence nationale de la recherche (ANR) dans le cadre du projet NoPRAEVAL. Le travail prsent dans cet article mane de celui desparticipants la tche 1 de ce projet. En plus des auteures ont collabor ces recherches
Rmi Goasdou et Marc Vantourout, chercheurs en sciences de l"ducation l"Uni - versit Paris-Descartes. Les donnes statistiques et les items illustrant cet article ont t communiqus par le bureau B2 de la Direction de l"valuation, de la prospective et de la performance Thierry Rocher, Philippe Arzoumanian et Jean-Marc Pastor pour leur disponibilit et leur aide. MeE_INT_v41n2-2018_v14_07•07-29-02_V30 N2_INT 19-02-22 11:14 Page38 Approches psychomtrique et didactique de la validit d"une valuation 39Introduction
Les valuations externes standardises grande chelle telles que lePISA, TIMSS
1 ou, nationalement en France, le Cycle des valuations dis- leur garantissent une qualit certaine. ment dfinis et prsents publiquement, tout comme le cadre de l"valua- tion, le processus pour concevoir et slectionner les items est moins connu (Bodin, De Hosson, Decamp, Grapin et Vrignaud, 2016). Les diffrents domaines mathmatiques et cognitifs sont prcisment dcrits et illustrs par des Ç items librs È : ils permettent de prciser les objectifs d"valua- tion relativement au cadre de l"valuation et de montrer la rpartition de aux noncs de l"ensemble de ces items ni la mthode pour les slec- tionner avant la passation. Par exemple, en France, pour la ralisation des preuves standardises, les concepteurs ne disposent pas d"outils d"analy- se des tches mathmatiques proposes. Or, comme toute autre valuation standardise, ces valuations se doi- vent d"tre valides, c"est--dire qu"elles doivent valuer ce qu"elles prten- dent valuer, et uniquement cela. Si le concept de validit a beaucoup vo- lu, Laveault et Grgoire (2014) soulignent cependant qu"en psychomtrie Ç il reste le concept le plus fondamental et le plus important È (p. 163) et que diffrentes preuves de validit peuvent tre apportes. Le premier enjeu de cet article est de montrer en quoi une analyse didactique du contenu du re aux preuves de validit apportes par la psychomtrie. Le second enjeu est de dfinir un cadre d"analyse et de conception des valuations externes standardises en mathmatiques permettant de concevoir les questions du test et de les analyser, mais aussi d"interprter les rsultats. Comme l"ana- lyse du contenu est considre diffrents niveaux de granularit ( une chelle locale, tche par tche, mais aussi globale sur l"ensemble des tches du test), les lments thoriques sous-tendant ce cadre sont issus de diff- rentes thories de la didactique. MeE_INT_v41n2-2018_v14_07•07-29-02_V30 N2_INT 19-02-22 11:14 Page39 psychomtrie et de la didactique des mathmatiques fondant le cadre d"analyse et de conception dvelopp. Comme notre travail se situe dans le champ de la didactique et que la prise en compte des questions relatives la validit des valuations dans ce champ de recherche est nouvelle, les dveloppements consacrs cette approche seront plus explicits. Nous dologie pour analyser ou concevoir une valuation et un exemple de sa montrerons ainsi, dans deux domaines mathmatiques (les nombres entiers didactique et psychomtrique peuvent s"articuler localement sur certains items et globalement sur l"ensemble du test pour apporter des preuves de validit l"valuation. Cadre d"analyse et de conception : lments thoriques La notion de validit a fait et fait encore l"objet de nombreuses dfi- nitions et de dbats (Goldstein, 2015) dans les diffrents champs scienti- fiques qui s"intressent l"valuation. Si de multiples types de preuves de validit peuvent tre apports, Laveault et Grgoire (2014) retiennent entre autres des preuves bases sur le contenu du test, sur les processus de rpon- apportent davantage des preuves quant la structure interne du test, alors que l"approche didactique que nous dveloppons concerne le contenu du alors tre pris en compte pour dterminer la validit de l"valuation ? Enfin, comment penser ces deux approches en complmentarit l"une de l"autre, pour permettre une mthode mixte - la fois quantitative et qualitative - recourant de faon conjointe et articule des analyses psychomtrique et didactique?Approche psychomtrique de la validit
Il ne s"agit pas pour nous de prsenter les diffrentes mthodes psy- chomtriques utilises dans les valuations grande chelle, mais plutt deADINEGRAPINETBRIGITTEGRUGEON-ALLYS40
MeE_INT_v41n2-2018_v14_07•07-29-02_V30 N2_INT 19-02-22 11:14 Page40 Dans l"approche classique, les items sont surtout caractriss par deux indicateurs : leur difficult et leur indice de discrimination (Vrignaud,2006). Le premier est estim (dans le cas d"un item dichotomique) par la
particulier ceux qui ont un score lev de ceux qui ont un score faible (Laveault et Grgoire, 2014). Les valuations du CEDRE, que nous consi- drons dans cet article, visent valuer un niveau de performance et nces- sitent donc que les items soient les plus discriminants possible ; l"indice de discrimination retenu est le Rbis (coefficient point-bisrial) (Rocher, 2015). se fondamentale, celle d"unidimensionnalit. Si Laveault et Grgoire (2014) Ç L"unidimensionnalit stricte n"existe probablement pas. Les processus mis cessus se rduisent rigoureusement une seule et mme dimension (Goldstein,1980). C"est pourquoi, en pratique, valuer l"unidimensionnalit revient en
fait valuer l"existence d"une dimension dominante (Blais et Laurier, 1997) È (Rocher, 2015, p. 52). En particulier, la rsolution d"une tche mathmatique met bien sou- che didactique de la validit, nous visons spcifier les savoirs mathma- tiques en jeu dans chacune des tches et, par consquent, pour un domai- ne mathmatique donn, dcrire les comptences values et assurer que la dimension principale value est bien celle voulue. Approche didactique de la validit d"une valuation Dans ce cadre de la thorie anthropologique du didactique (TAD ; quelles il apprend ou a appris, les savoirs tant relatifs aux institutions. du contexte institutionnel, en particulier le processus de transposition didactique travers les programmes scolaires et leur construction (savoir enseigner), le savoir enseign par l"enseignant, mais aussi ce qui se noue Approches psychomtrique et didactique de la validit d"une valuation 41MeE_INT_v41n2-2018_v14_07•07-29-02_V30 N2_INT 19-02-22 11:14 Page41
2003). valuer les connaissances revient donc valuer le rapport per-
-dire tudier l"adquation du rapport personnel au rapport institu- tionnel au savoir. C"est travers l"activit mathmatique mise en jeu qu"il connaissance n"existe pas de faon isole. Aussi, l"activit mathmatique est modlise selon une praxologie mathmatique (Chevallard, 1999), c"est--dire des types de tches et de techniques les rsolvant (savoir-faire). Une technique est justifie par un discours rationnel appel technologie, lui-mme dcoulant d"une thorie (savoir). Plusieurs techniques peuvent permettre de rsoudre une tche de type donn. Dans une institution, seules quelques techniques sont reconnues institutionnellement selon l"an- ne d"tudes. tudier l"adquation du rapport personnel au rapport insti- tutionnel au savoir revient donc valuer les praxologies dveloppes titutionnels qui se conditionnent et se contraignent successivement, par me international par les valuations internationales grande chelle, par la socit et par la civilisation (Artigue et Winslow, 2010). Cette modli- sation permet de dgager, travers les techniques correctes ou incorrectes mobilisent de faon prgnante. Dans ce cas, si l"on s"intresse l"activit la validit d"une valuation peuvent tre apportes Ç du ct du savoir È. ne activit lors d"une tche d"valuation. Ainsi, dans une approche ergo- nomique, les notions de tche et d"activit au sens de Leplat et Hoc (1983) sont distinctes : la tche est ce qui est faire et l"activit, ce qui est mis en En didactique des mathmatiques, l"analyse a priorides tches, per- vise, est frquemment exploite pour analyser les situations et pour dter- miner leurs potentialits d"apprentissage. Pour tudier le contenu d"un testNADINEGRAPINETBRIGITTEGRUGEON-ALLYS42
MeE_INT_v41n2-2018_v14_07•07-29-02_V30 N2_INT 19-02-22 11:14 Page42 Approches psychomtrique et didactique de la validit d"une valuation 43l"analyse a prioriest aussi un outil adapt. Nous allons montrer ses poten- tialits pour dfinir des preuves didactiques de la validit d"une valua- Preuves didactiques de la validit du ct du savoir Ë partir de l"approche anthropologique, les tches de l"valuation sont considres comme relevant d"un chantillon de l"ensemble des types de tches constitutives des praxologies mathmatiques values (Chevallard,
2007). Afin de dterminer leur reprsentativit dans un domaine math-
matique donn, il est ncessaire au pralable de dfinir un rfrent, ind- situant dans son champ d"action [...] qui permette une double analyse, nition d"une praxologie pistmologique de rfrence relative un domai- ne mathmatique obtenue la suite d"une tude pistmologique du domaine mathmatique (Bosch et Gascon, 2005) fonde la dfinition d"un tel rfrent. Elle conduit par la suite dcrire et mettre en relation les du processus de transposition didactique. Par consquent, pour une tche d"valuation donne relevant d"un certain type de tche, il est possible de dcrirea priori les techniques pos- sibles ainsi que les lments technologico-thoriques qui justifient ces tech- niques et de slectionner les tches qui ncessitent leur usage pour les rsoudre, en fonction du choix des valeurs des variables didactiques les caractrisant. Nous distinguons ainsi une procdure ou dmarche de rso- d"un type donn, avec catgorisation de techniques relevant de discours technologiques et de thories distincts. Une technique ne peut russir que sur une partie des tches de type donn correspondant la porte de la technique. Lors de l"interprtation des rsultats, l"appui sur la praxologie pis- tmologique de rfrence permet de les mettre en regard de ceux effecti- la justification de ces techniques (technologie et thorie) conduit identifier MeE_INT_v41n2-2018_v14_07•07-29-02_V30 N2_INT 19-02-22 11:14 Page43NADINEGRAPINETBRIGITTEGRUGEON-ALLYS44
demande ensuite de mettre en perspective ces praxologies au regard de celles enseigner et enseignes. Ë partir de ces lments thoriques, nous pouvons dsormais dcrire un premier type de preuve didactique de la validit, l"chelle locale, se situant du ct du savoir mathmatique. L"analyse praxologique a prio- ride chaque tche, telle que nous l"avons voque dans le cadre de la TAD, permet d"tudier sa pertinence et sa reprsentativit au regard de l"objec- tif d"valuation qui lui est assign, en particulier travers la technique et les lments technologico-thoriques viss. L"analyse transversale de l"ensemble des tches du test permet d"tu- dier la couverture du domaine mathmatique selon les types de tches dfinis dans la praxologie pistmologique de rfrence et figurant dans le champ d"action des programmes. La couverture du domaine correspond Un autre type de preuve de validit concerne la varit de la com- plexit des tches sur l"ensemble du test. La complexit d"une tche dpend du nombre de types de tches convoqus pour la rsoudre et de la vari- t des types de convocation mis en jeu, par la tche elle-mme ou la char- ser l"expression x 2 - 3 2È, Ç Factoriser l"expression 4x
2 - 16y 2È et Ç aet b
sont deux nombres tels que a + b= 5 et que a - b= 3. Quelle est la valeur de a 2 - b 2 2 - 16y 2 comme (2x) 2 - (4y) 2 2 - b 2 , puis demande de raliser le calcul du produit demand ; cette tche peu habituelle est la plus complexe. tudiant l"cart ventuel entre la tche prescrite par le concepteur de l"va- une preuve didactique de la validit. Dans ce cadre, l"analyse a priorides tches permet de prendre en comp- te et d"interroger par exemple l"impact du format des questions sur le pro- MeE_INT_v41n2-2018_v14_07•07-29-02_V30 N2_INT 19-02-22 11:14 Page44 des distracteurs slectionns comme rponse (Maury, 1985 ; Sayac et Grapin, 2014). Ainsi, dans le cas d"un questionnaire choix multiple ments de contrle quant la rsolution demande ou induire d"autres pro- cessus de rponse que ceux viss (par cartement des distracteurs). Par ailleurs, le format QCM peut aussi impliquer un changement de type de tche puisqu"une tche propose sous un format ouvert peut se transfor- mer en tche de reconnaissance dans un format QCM. D"autres lments sont aussi considrer lors de cette analyse : la natu- re du contexte de la tche, l"impact du support (papier-crayon ou num- rique), le niveau de langue, etc. Autant de variables didactiques qui seront prises en compte lors de l"analyse des tches, mais qui demandent, pour enGoasdou, 2014).
validit didactique de l"valuation Du ct du savoir, l"analyse praxologique a priorides tches est ra- lise en appui sur la praxologie pistmologique de rfrence du domai- ne mathmatique valu. Nanmoins, lorsque le test vise valuer des savoirs au regard des programmes scolaires, ces derniers sont aussi pris en compte et permettent de renseigner les praxologies enseigner. Chaque tche est donc dcrite par les lments caractristiques suivants : - le type de tche et la/les technique(s) attendue(s) en lien avec les l- ments technologico-thoriques qui les sous-tendent ; - les objets mathmatiques en jeu, leur anciennet et leur nombre; - les variables didactiques associes aux objets mathmatiques (ou la tche) en jeu et leurs valeurs, compte tenu de l"anne d"tudes et des objectifs d"valuation ; - les registres de reprsentation smiotiques en jeu, en entre et en sortie, leur ventuelle congruence (Duval, 1996) ; - le nombre de types de tches convoqus dans la rsolution et le type du ct pistmologique la complexit de la tche. Approches psychomtrique et didactique de la validit d"une valuation 45MeE_INT_v41n2-2018_v14_07•07-29-02_V30 N2_INT 19-02-22 11:14 Page45
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mat, du contexte et du support de chaque tche. Pour cela, compte tenu des techniques et des technologies values pour chaque tche, nous rete- nons les lments caractristiques suivants : - la nature du format des questions (QCM, question ouverte) ; - la nature du contexte dans le cas d"une situation extra-mathma- tique ; - la nature de l"environnement du test (papier-crayon, environnement informatique, oral avec temps limit) ; - la nature des instruments autoriss ; - le niveau de langue de l"nonc. Une tche reprsentative de l"objectif d"valuation doit permettre d"as- donne. La prise en compte des praxologies permet de distinguer des ceux qui utilisent la technologie vise, ce qui permet de ne pas situer ces Deux organisations mathmatiques de rfrence Du ct du savoir, l"analysea priori est mene relativement une praxologie de rfrence. Pour notre tude, nous avons dfini deux praxo- 2 Le domaine de l"arithmtique est structur en trois praxologies arithmtiques, sur la numration et sur le calcul (pos et mental rflchi). L"ensemble des types de tches est dfini en rfrence diffrents travaux en didactique des mathmatiques (p. ex., Collet, 2003 ; Chambris, 2008 ; Mounier, 2010 et Tempier, 2013). Nous n"abordons pas dans cet article la donc dcrite par des types de tches relevant : de transformations d"cri- que la comparaison) et de l"aspect cardinal (tel que le dnombrement). MeE_INT_v41n2-2018_v14_07•07-29-02_V30 N2_INT 19-02-22 11:14 Page46 Approches psychomtrique et didactique de la validit d"une valuation 47pos et d"autres, du calcul mental rflchi. Puisque les proprits additive, multiplicative, dcimale et positionnelle de la numration crite chiffre justifient les techniques de calcul pos, les praxologies relatives la num- ration interviennent ainsi dans la justification de certaines techniques de calcul. Nous caractrisons une praxologie mathmatique pistmologique Grugeon, 1997 ; Kieran, 2007 ; Pilet, 2012). Elle est structure partir des praxologies relatives aux expressions algbriques, aux formules et aux quations. Les types de tches concernent ces diffrents objets : gnrali- ser, traduire, prouver, reconna"tre, substituer, dvelopper, factoriserpour les expressions algbriques ; modliser, traduire, reconna"trepour les for- mules ; et mettre en quation, traduire, reconna"tre,tester, rsoudre une qua- tionpour les quations. Ces praxologies ponctuelles se regroupent en praxologies locales, en praxologie modlisationet en praxologie de cal- cul. La praxologie de rfrence du domaine algbrique caractrise les pro- prits idoines pour un calcul Ç raisonn et contrl È (prise en compte des aspects procdural et structural des expressions algbriques, des quations, de l"quivalence des expressions algbriques, des quations, de la dialec- tique numrique/algbrique), les discours et modes de raisonnement asso- cis ainsi que les modes de reprsentation dans les registres de reprsen- tation smiotiques du domaine et leur mise en relation. Nous exploitons chacune de ces praxologies de rfrence dans deux analyses a priori de tches d"valuation extraites du CEDRE en fin d"co- 1 re tche Elle a pour objectif d"valuer la ma"trise de la numration crite chif- ration non canonique en une criture en chiffres (voir Figure 1). MeE_INT_v41n2-2018_v14_07•07-29-02_V30 N2_INT 19-02-22 11:14 Page47
NADINEGRAPINETBRIGITTEGRUGEON-ALLYS48
Figure 1. Exemple de tche de numration extraite du CEDRE 2014, fin d"cole Cette tche permet d"valuer la ma"trise de la valeur positionnelle de ve de convoquer la praxologie convertirpour crire 14 units sous la forme1 dizaine et 4 units. Au-del de la rponse correcte (144), les distracteurs
sont construits pour permettre d"interprter les erreurs qui ont conduit leur choix. Ainsi, le choix de rponse 10 031 014 est une transcription de l"criture en units de numration (Chambris, 2008) en chiffres (1 centai- ne s"crit 100, 3 dizaines s"crit 3 10 et 14 units 14). Le choix de rponse1314 correspond la juxtaposition des chiffres correspondant aux diff-
rentes positions, plutt qu" la ncessit de convertir 14 units en 1 dizai- ne et 4 units. Le dernier choix de rponse (18) correspond la somme des nombres engags dans l"nonc (1 + 3 + 14), privilgiant ainsi la pro- donc pas compris les proprits la fois additive, multiplicative, dcima- le et positionnelle de l"criture chiffre. 2 e tche Elle a pour objectif d"valuer la ma"trise de la substitution d"une lettre par un nombre (voir Figure 2). MeE_INT_v41n2-2018_v14_07•07-29-02_V30 N2_INT 19-02-22 11:14 Page48 Approches psychomtrique et didactique de la validit d"une valuation 49Une analyse a prioridu QCM dans le domaine algbrique montre que la tche n"est pas complexe et met en vidence que l"attribution des dis- tracteurs permet l"analyse didactique des erreurs au regard des proprits mises en jeu. Le choix de rponse 15 correspond la bonne rponse pri- vilgiant la priorit opratoire. Le choix de rponse 21 correspond une interprtation squentielle de l"expression numrique et du calcul prsen- t (1+ 2) " 7. Le choix de rponse 28 correspond une interprtation qui juxtapose les valeurs 2 et 7 dans l"expression 2x(27) et au calcul de 1 + 27. Le choix de rponse 37 correspond la conjonction des deux interprta- tions prcdentes (une squence suivie d"une juxtaposition), 1+ 2 repr- sentant le nombre de dizaines. Dans ces deux tches, et plus gnralement pour les QCM prsents dans les valuations du CEDRE, les distracteurs sont construits partir de types d"erreurs tablis en didactique des mathmatiques. Les distrac- rsoudre la tche, mais, dans ce cas, ils ne conduisent pas toujours une du test, elles permettent de dgager localement des preuves de validit du Ç ct du savoir È et sont exploites ensuite transversalement pour une tude globale de la couverture du domaine et de la varit de la complexitquotesdbs_dbs46.pdfusesText_46
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