Simon Langlois et Rodolphe Toussaint Collège Shawinigan et laboratoire LERTIE, UQTR

1. Le laboratoire ouvert en sciences de la nature : pour un développement de la créativité chez les étudiants Simon Langlois et Rodolphe Toussaint Collège Shawinigan et laboratoire LERTIE, UQTR

2. Plan de l’exposé • Présentation • Atelier sur les laboratoires ouverts • Présentation des résultats aux autres membres de l’équipe • Retour en grand groupe • Expérience sur les instruments de musique • Présentation générale du concept de laboratoire ouvert

3. Contexte • Enseignant en physique au collégial • Réforme au collégial prône une approche par compétence depuis 1996 (DGEC, 1996). • Comme nouveau professeur et ancien étudiant, constat d’une limitation des laboratoires traditionnels • Début d’une recherche pour améliorer l’utilisation des laboratoires - Laboratoires ouverts LSE (1998-2003); Lewis (2002), Inquiry learning (2005), Morin (1997), thèse de doctorat

4. Le laboratoire scientifique • La tradition positiviste a orienté la construction des laboratoires scientifiques dans les classes • On sent un besoin de varier les laboratoires actuels du à leurs limites dans certaines situations • Cette idée n’est d’ailleurs pas récente : « The great difficulty which has been found in attempts to instruct children in science has, in apprehend, arisen from the theoretic manner in which preconceptors have proceeded. The knowledge that cannot be immediatly applied is quickly forgotten and nothing but disgust connected with userless labor remains in pupil’s mind. The laboratory should be…» (Edgeworth and Edgeworth, 1811, dans Gabel, 1994)

5. Le laboratoire scientifique • Laboratoires fermés : démarche pré-établie dans un cahier, les hypothèses étant faites, on tente de vérifier, de démontrer une loi. • Laboratoires ouverts : Suite à une question ou à un problème soulevé, les élèves doivent trouver une façon de résoudre leurs interrogations avec une expérience. • On laisse place à l’investigation (Morin, 1997), au raisonnement des étudiants.

6. Voici un laboratoire ouvert • Supportés par un enseignant, un technicien et les ressources dont ils disposent (livres, Internet), les étudiants devront résoudre une situation problématique.

7. Atelier : Le pendule simple Problématique : L’Horloge grand-père • 10 minutes pour établir une problématique • Matériel disponible à l’avant et à vos tables • 15 minutes pour les manipulations • 10 minutes de discussions

8. Consignes pour la problématique • À l’aide de vos connaissances, de vos intuitions et de petites manipulations, vous allez formuler des hypothèses sur la dépendance de la période • Lorsque vous avez réussi à établir vos hypothèses, vous pensez à une manière de réaliser votre expérience • Avant de débuter, approbation par l’enseignant (faisabilité)

9. Consignes pour la problématique • Prenez des notes, car vous allez présenter à votre problématique et vos résultats à votre groupe de travail!

10. Discussions sur l’atelier Que trouvez-vous de différents par rapport aux laboratoires traditionnels?

11. Points intéressants • Tient compte du niveau de chacun • On part du niveau des expérimentateurs • Tout le monde y trouvent leur compte (étudiants forts, moyens et faibles)

12. Durée • Temps pour un laboratoire : 4 heures • Temps de rédaction : diminué, car deux fois moins de laboratoires

13. Structure du programme • Approche par Compétences • Cohérence avec le secondaire • Épreuve synthèse de programme

14. Structure du cours Chapitres séquentiels progressifs et non inversables Chapitre 2 Chapitre 3 Chapitre 1 Mouvement harmonique simple Les ondes Le son Eq.1a Labo 1 Version 1 Eq.1b Labo1 Version 2 Eq.1c Labo1 Version 3 Labo2 Version 1 Labo2 Version 2 Labo3 Version 1 Labo3 Version 2 Labo3 Version 3 Eq.1a Labo 2 Version 1 Eq.1b Labo2 Version 2 Eq.1c Labo2 Version 3 Mise en commun Mise en commun Mise en commun Mise en commun Résumé Résumé Résumé Résumé Résumé Résumé Résumé Résumé Résumé Résumé Résumé Résumé Résumé Résumé Projet de section

15. Laboratoire sur les instruments de musique • « Apportez votre instrument de musique », Étincelles pédagogiques, vol 4 • Étude sonore d’un instrument de musique au choix des étudiants : • Guitare (Résonance dans une corde, tension) • Flûte (Tuyau ouvert et fermé, fréquence de résonance) • Djembé (Dépend de l’endroit où l’on frappe) • etc

16. Matériel utilisé • Instrument de musique • Micro • Oscilloscope (winscope dans notre cas) • Sonomètre

17. Intérêt • Multidisciplinaire • Principes physiques • Relié à la musique • Notions mathématiques (Composantes de Fourier) • Relie le concret, la vie de tout les jours à la science

18. Notions vues dans le laboratoire • Fréquences de résonance • Différentiation entre instruments à corde, à vent et percussions (lors des discussions) • Timbre d’un instrument • Définition de l’octave en relation avec la fréquence de résonance • Son pur, son complexe

19. Pourquoi changer de type d’expérience • Créativité • Évite les copies entre étudiants (chaque équipe est unique) • Autonomie, débrouillardise • Très stimulant pour l’enseignant (toujours en apprentissage). Lui aussi doit créer! 

20. Qualités (suite) • Apprentissage complet de la méthode expérimentale • Travail en équipe et confrontation des résultats (Développe l’esprit critique) • Mise en évidence des conceptions initiales (connaissances antérieures et préconceptions)

21. Apprentissage scientifique • Permet un apprentissage scientifique (Langlois, 2006) • Comme ils débutent par une situation-problème, ils peuvent servir de lieu de problématisation (Langlois, 2006; à paraître)

22. Les étudiants ont apprécié l’expérience • Augmentation de l’intérêt des étudiants • Surtout les garçons et les étudiants en difficultés (groupe hétérogène). • C’est là que le taux de participation a été le plus élevé (100%)

23. Limitations • Besoin d’un grand support • Besoin de beaucoup de matériels différents • Nécessite un enseignant très compétent • Les objectifs du laboratoire et le questionnement dans la problématique doivent être clairs. (Ils peuvent se sentir perdus)

24. Pour aller plus loin • Mieux définir la partie problématique afin de guider davantage les étudiants. • Il y a avait souvent des : « Nous allons démontrer la loi de … » • Leur expliquer la notion de méthode expérimentale et de problématique au début du cours Faire un exemple avant le premier laboratoire : • Mise en situation, problème à solutionner en groupe • Il y discussion guidé par l’enseignant • Lorsque des questions émergent et que l’on trouve des pistes de solutions, on leur fait écrire une problématique en groupe

25. Pour aller plus loin (la notion de problématique) • Insérer davantage de situations-problèmes authentiques à partir desquelles les étudiants peuvent construire • Plus difficile de trouver des situations-problèmes dans la partie physique moderne (mécanique quantique, relativité générale) • Les étudiants sont dans un mode passif d’écoute • Réussir une confrontation des résultats plus forte lors des présentations post-laboratoire (grille d’analyse à proposer?)

26. Conclusion • Les laboratoires ouverts complètes les laboratoire fermés traditionnels • Ils devraient être employés en fin de parcours de leur DEC • Stratégie pédagogique intéressante : • Intérêt accru chez les étudiants • Permet le développement de compétences • Développe d’autres habiletés nécessaire à un scientifique