QUAND LA NOUVELLE TECHNOLOGIE RIME AVEC L’ENSEIGNEMENT DES SCIENCES

Ce qui se passe dans les classes

               Comme nous l’avons soulevé plus haut, lors de notre travail exploratoire c’est l’enseignant ou à la limite quelques élèves désignés ou volontaires qui font les manipulations. C’est l’enseignant qui donne toutes les directives, ce qu’il fallait observer, ce qu’il fallait faire, les démarches à suivre. Les élèves ne font que regarder ce qu’ils devraient voir en un temps très limité, apprendre par cœur les résultats et savoir les restituer aux moments des contrôles. Ainsi, au bout d’un certain temps que leur restera-t-il ? De même, Dupin en 1995 a également soulevé que « c’est le professeur qui dit ce qui est important. Mais ce qui définit ce qui est vraiment important, ce qu’il faut savoir, c’est bien ce qui tombe à l’interrogation ou au devoir surveillé. » Alors pour que ces longues études soient fructueuses, le constructivisme propose que ce soit aux élèves de s’approprier aux savoirs. Car rien de ce que ces élèves apprennent ne peut –être maîtrisé sans qu’ils les aient bien intégrés. Par exemple, écrire avec un stylo est un geste simple. Mais comment le maîtriser sans se servir d’un stylo ? De même, comme la physique est une science expérimentale, il fallait l’enseigner comme telle. En fait, comprendre les concepts scientifiques n’est pas quelque chose qui se transmet de l’enseignant à l’élève. Les enseignants devront savoir que ce ne sont pas tous les élèves qui comprennent ce que les enseignants font, ou apprennent ce qu’ils exposent, ou retiennent ce qu’ils montrent et appliquent les méthodes qu’ils démontrent. Des multiples recherches réalisées récemment en didactiques des sciences tendent à confirmer que l’apprentissage se fonde sur la contribution totale de celui qui apprend. Ceci est confirmé par slogan bien connu « l’élève est l’artisan de sa connaissance ». Il est donc important que les élèves soient actif intellectuellement et physiquement. En d’autres termes, les enseignants doivent les impliquer davantage dans toutes les activités et varier leurs méthodes pour ne pas léser les faibles. Chacun a son rythme, sa méthode, les uns comprennent facilement avec les méthodes magistrales, les autres par les biais des travaux pratiques ou par l’observation des phénomènes réels. Toutefois, les travaux pratiques effectués en classe sont loin de la réalité. Ils sont plus ou moins aménagés pour confirmer les cours donnés. En plus, faire participer les élèves à chacune des activités proposées, exige leur coopération lors des expérimentations, de l’élaboration des hypothèses et de la démarche de vérification ces dernières. Cela permet ainsi l’acquisition des nouvelles connaissances. En fait le proverbe chinois « ce que je vois, je l’oublie, ce que j’écris, je le retiens, ce que je fais, je le comprends » en dit beaucoup sur l’importance des manipulations. En d’autres mots, les nouvelles connaissances scientifiques sont construites par les «élèves lorsqu’ils confrontent les nouveaux apprentissages avec leurs conceptions initiales (Giordan1987). Le défi qui attend les enseignants de la physique et chimie au lycée est d’aider les élèves à comprendre les phénomènes liés à la physique en leur permettant de les interpréter et les exploiter. Les activités expérimentales sont parmi les outils essentiels, pour relever ce défi.

Objectifs des activités expérimentales

                 Les activités expérimentales visent l’appropriation des méthodes, l’acquisition des d’attitudes scientifiques et le développement de comportement scientifique (H. Richoux 2000). En un mot, familiariser les élèves avec l’environnement scientifique. Par contre, des enquêtes menées par Garcias et al. (1995) montrent que les enseignants classent comme principal objectif des activités expérimentales « découvrir des lois et améliorer l’apprentissage des concepts » De même, en France l’enquête menée par Séré et al (1997) affirme que la moitié des enseignants ayant répondu considère cet objectif prioritaire, vient ensuite « l’apprentissage des savoir-faire expérimentaux et puis la pratique des démarches scientifiques des investigations » et enfin « maintenir la motivation des élèves et de développer des attitudes scientifiques. » Les activités expérimentales contribuent aussi à développer d’autres objectifs généraux comme développer l’autonomie des élèves, utiliser des produits chimiques et les appareils électriques, les éduquer aux règles de la sécurité et les apprendre à respecter les règles de civilité : respecter les autres et l’environnement. Elles contribuent également à responsabiliser les élèves. De plus, dans sa thèse de doctorat sur « l’étude épistémologique et didactique de l’activité expérimentale en vue de l’enseignement et de l’apprentissage des démarches des physiciens dans le cadre des travaux pratiques de première et deuxième années d’université », A. Guillon a mentionné que les travaux pratiques permettent aux élèves, de :
• constituer un référent empirique ;
• maîtriser les matériels et les techniques de mesures ;
• acquérir des méthodes d’exploitation des données ;
• mettre en œuvre une démarche scientifique ;
• rédiger un compte rendu ;
• s’habituer à travailler en groupe.

Expériences assistées par ordinateur (ExAO)

               Plusieurs chercheurs de différents pays ont déjà fait des études sur le développement des l’« expérimentation assistée par ordinateur » ExAO en France, appelée aussi « appariteurrobot » au Canada ou Microprocessor Based Laboratories (MBL) aux Etats-Unis. Dans sa thèse intitulée «conception et la mise en essai d’un environnement d’apprentissage intégrant l’expérimentation assistée par ordinateur » M. Riopel décrit l’expérience assistée par ordinateur ExAO comme « un environnement qui interagit avec une expérimentation réelle par le biais d’une interface muni de capteurs et relié à un ordinateur permettant de recueillir les données, de les représenter et de les analyser ». L’ExAO consiste à automatiser certaines tâches répétitives et à donner la possibilité de recommencer rapidement. En effet P. Nonnon et Lawrencelle (1984 cités par Riopel 2005) mentionnent le principal avantage de l’ordinateur. Il « règle les conditions d’expérience, cumule les données et s’adapte aux changements de situation, ce qui libère l’élève des contraintes expérimentales et lui donne accès aux dimensions critiques et créatrices de sa recherches. Ainsi, il est possible pour l’élève de reproduire rapidement une expérience en changeant les paramètres. ». Nachmias (1989 cité par Riopel 2005) en ajoute d’autres et propose sept contributions principales de l’ExAO à l’apprentissage.
1. Elle permet d’envisager le phénomène complet, plutôt que de les séparer en segments discrets que l’on synthétise plus tard ;
2. Elle permet de représenter le phénomène graphiquement dans un délai très court.
3. Elle permet d’observer plusieurs représentations du même phénomène, par exemple la position, la vitesse et l’accélération d’un objet en fonction du temps.
4. En utilisant plusieurs capteurs, elles permettent de prendre plusieurs mesures simultanément plutôt que séquentiellement.
5. Elle libère l’élève des aspects techniques et lui donne ainsi plus de temps pour réfléchir durant l’expérience.
6. L’interaction continuelle entre l’élève et l’ordinateur peut servir à mettre en évidence certaines conceptions de l’élève.
7. Le seul fait d’utiliser l’ordinateur (en comparaison avec un laboratoire traditionnel) peut avoir un effet motivant sur certains élèves.
De même Léonard (1990) propose succinctement quatre avantages reliés à l’utilisation de l’ExAO dans les laboratoires de sciences.
1. réduire les coûts
2. augmenter l’efficacité
3. gagner du temps
4. donner l’occasion aux élèves d’apprendre à utiliser l’instrument moderne.
« Cette nouvelle technologie permet de maintenir des expériences concrètes réalisées sur des phénomènes jusqu’à présent inaccessibles »

Travaux pratiques traditionnels et travaux pratiques utilisant SAO et ExAO

               « La simulation se situe aujourd’hui au même niveau que l’expérimentation » [ A. Durey et al 1998]. Elle permet d’atteindre les objectifs visés par les travaux pratiques énoncés par A. Guillon, Garcia et al. De même, Les études effectuées par M. Riopel montrent également qu’elle motive les élèves. Elle est particulièrement simple par rapport à la manipulation traditionnelle qui est longue et fastidieuse. Lazarowitz et Tamir (1994) ont remarquaient que le rôle des simulations n’est pas de remplacer les laboratoires traditionnelles, mais plutôt de donner l’occasion aux élèves de se familiariser avec des manipulations de variables qui ne sont pas dans une expérience réelle. Les simulations, simplifient la démarche expérimentale et accélèrent leur travail, peuvent donner aux élèves l’occasion de comprendre le sens de chacune des étapes d’une expérience qui serait perçue comme trop complexe et confuse. En effet, si les simulations permettent rendre visibles certaines phénomènes autrement inaccessibles dans le contexte de l’enseignement secondaire : comme le mouvement des planètes autour du soleil, qu’en est-il pour le cas de la chute d’une bille. Sont-elles encore préférables pour s’affranchir de la réalité ou faut-il plutôt privilégier les ExAO qui présentent à la fois les avantages du réel et les avantages du SAO ? Ainsi les avantages des SAO par rapport à l’ExAO varient selon les situations. Il est donc difficile de comparer les deux. Elles sont toutes les deux complémentaires.

Réussite scolaire et utilisation de l’ordinateur

                   La question qui se pose est donc : est-ce que l’utilisation d’un ordinateur signifie toujours une réussite ? Tout d’abord, Les recherches effectuées prouvent que cette nouvelle technologie aide à l’apprentissage, au changement conceptuel des élèves, leur donne des références empiriques et permettent de gagner énormément de temps. Cependant les résultats des élèves au contrôle sont toujours les mêmes, aussi bien pour ceux qui utilisent les outils informatiques que ceux qui n’ont pas utilisés. Les échecs des apprenants n’est pas de l’ordre matériel mais provient des mauvaises compréhensions des élèves ou des misconceptions. De ce fait, l’utilisation des ordinateurs ne garantit pas la réussite. De plus, un bon enseignant l’est toujours avec ou sans ordinateurs, mais un mauvais enseignant ne sera pas un bon enseignant, même s’il utilise la nouvelle technologie.

Conclusion

                Vu, tous les aspects où la TIC entre d’une façon spectaculaire dans l’enseignement, il y a plusieurs façons de l’introduire dans les sciences, en particulier les Sciences Physiques. L’essor de la nouvelle technologie, permet de créer des laboratoires qui simulent la réalité. Ils plongent les élèves dans un univers virtuel. Les expériences sont plus faciles à réaliser et ils permettent de gagner beaucoup de temps, aussi bien dans sa réalisation que dans sa préparation. Elles nous donnent accès à des variétés d’expériences irréalisables dans les travaux pratiques traditionnelles grâces aux simulations et les nouvelles technologies. Quand les enseignants et les élèves ont les bases nécessaires en informatiques, les expériences assistées sur ordinateur ou les simulations attirent les élèves. En général, elles motivent les élèves. Mais à côté de ces avantages, ExAO et SAO ne peuvent se faire seules, elles doivent être précédées par les travaux pratiques traditionnelles qui familiarisent les élèves aux matériels didactiques et à la réalité scientifique. Dans leur fonction didactique, les expériences assistées par ordinateur ou les simulations assistées par ordinateur ne font que compléter les travaux pratiques traditionnels. Elles offrent la possibilité de varier les modes de transpositions. Mais en aucun cas elles ne peuvent pas remplacer totalement les enseignants. Le mieux, c’est que les enseignants arrivent à varier leurs méthodes et choisissent entre expériences réelles et expériences utilisant les nouvelles technologies. Car il est vrai que « Lorsque la technologie et le savoir se rencontrent et vivent ensemble en équilibre parfait, ce qui naît est un produit de qualité supérieure. » Mais à défaut de laboratoire, faute de financement, l’utilisation de ces ordinateurs au service de l’enseignement de la physique est souhaitable.

Table des matières

Introduction
Première partie : Différents types de travaux pratiques
I. Les pratiques expérimentales
1. Ce qui se passe dans les classes
2. Obstacles
II. Les trois catégories de travaux pratiques
1. Les travaux pratiques expériences ou expériences de cours
2. Les travaux pratiques exercices.
3. Les travaux pratiques investigations
III. Objectifs des activités expérimentales
IV. Intérêts des travaux pratiques en classe
Deuxième partie : Résumé des études faites sur l’intégration des TIC dans l’enseignement dans le monde et à Madagascar
I. Historiques
1. Introduction des travaux pratiques dans l’enseignement
2. Introduction des TIC dans l’enseignement
II. Etude comparative de l’intégration des TIC dans différents pays du monde
1. Corée du Sud
2. Finlande
3. Danemark
4. France
5. Madagascar
Troisième partie : Intégration de la nouvelle technologieà des fins pédagogiques
I. Les expériences assistées par ordinateur
1. Expériences assistées par ordinateur (ExAO)
2. Simulation assistées par ordinateur (SAO)
II. Intérêts des SAO et ExAO
III. Comment motiver les élèves ?
IV. Etude comparative
1. Travaux pratiques traditionnels et travaux pratiques utilisant SAO et ExAO
2. Réussite scolaire et utilisation de l’ordinateur
Conclusion
Bibliographie

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