Abstract :
[fr] Un MOOC (Massive Open Online Course), portant sur la physique et dont l’objectif sera de faciliter la transition « secondaire-supérieur » en physique, est en cours de réalisation actuellement à l’ULiège (Belgique). Son contenu et sa structure ont été réfléchis et discutés dans un groupe constitué d’enseignants du secondaire et du supérieur. Chaque séquence commencera par la mise en évidence d’une conception erronée, souvent rencontrée par ces enseignants. Daud et al. indiquent que « les élèves arrivent en classe avec des théories et des conceptions antérieures qui sont les résultats des expériences quotidiennes et des convictions de bon sens. À mesure qu’ils progressent dans leur éducation, ces conceptions seront renforcées et il sera extrêmement difficile de changer » (Daud et al., 2015). D’autres travaux de recherches (Thouin, 1985 ; Verhaeghe et al., 2004) ont mis en évidence les problèmes liés aux représentations première de la réalité qu’ont les étudiants en abordant différents concepts en sciences physiques. Ce constat est particulièrement marquant en mécanique, de par son rapport à la vie quotidienne (Caramazza et al., 1981 ; Champagne et al., 1980 ; Clement, 1982 ; McCloskey, 1983).
Dans un premier temps, nous nous sommes attardés sur les difficultés conceptuelles que rencontrent de nombreux apprenants dans l’analyse du mouvement balistique d’un objet. Afin de mettre en évidence la persistance de ces conceptions, même à l’université, une étude a été menée auprès de l’ensemble des étudiants de l’Université de Liège inscrit en première année et ayant un cours de physique dans leur programme. Le même test formatif, composé de douze questions, a été soumis aux étudiants à deux reprises : une première fois avant d’aborder cette matière à l’université et à l’issue des différents cours et séances pratiques portant sur la cinématique.
L’étudiant est invité à évaluer quatre grandeurs en deux points spécifiques de la trajectoire (le sommet et le point d’impact) et d’y indiquer si elles sont nulles ou non. Il s’agit donc de questions à choix multiples à deux propositions (Figure 1). Les questions relatives à la fin de la trajectoire sont dédoublées afin de mesurer, chez l’étudiant, l’impact du type de sol (sol dur ou eau) sur lequel arrive l’objet. Les quatre grandeurs testées sont :
- la composante horizontale du vecteur vitesse vx de l’objet,
- la composante verticale du vecteur vitesse vy de l’objet,
- la vitesse v de l’objet,
- l’accélération a subie par cet objet.
Seize combinaisons de réponses sont possibles et seule l’une d’entre elle est correcte (vx ≠ 0 : vy = 0 ; v ≠ 0 ; a ≠ 0). Sept combinaisons sont fausses mais néanmoins réalistes. Elles ne correspondent simplement pas à la situation décrite. Les huit dernières combinaisons sont incohérentes. Par exemple, il est physiquement impossible qu’un objet possède une vitesse non nulle tout en présentant des composantes du vecteur vitesse nulles.
Les analyses de l’expérimentation réalisée auprès de 1555 étudiants entre septembre et novembre 2019 sont réalisées selon trois axes :
- Scores globaux des étudiants et évolution d’un test à l’autre.
- Comparaison des sections en fonction des méthodes pédagogiques.
- Analyse des profils de réponses, et des éventuelles migrations d’un test à l’autre.
Au vu des résultats déjà disponibles, une amélioration de la note globale est constatée pour l’ensemble des sections. Cette évolution positive est plus marquée dans certaines sections. L’éventuel impact des différentes méthodes pédagogiques développées dans chacune de ces sections sera prochainement étudié.
Les analyses actuelles sont essentiellement centrées sur les réponses fournies aux quatre questions relatives au sommet de la trajectoire. Il est à noter qu’une diminution des notes est observée dans un des seize sections sondées. Diverses investigations doivent être menées pour expliquer cela. En parallèle, l’étude des migrations d’étudiants d’un profil de réponses à un autre est en cours. Un premier résultat intéressant montre que les sections pour lesquels les étudiants doivent réussir un examen présentent une part plus grande d’étudiants dit « résistant à l’apprentissage ».
L’analyse plus approfondies de ces résultats sera réalisée d’ici au colloque Didactifen 2020.
Par ailleurs, afin de lutter contre ces difficultés, dans le cadre du MOOC consacré à la physique et qui paraitra en septembre 2020, une vidéo interactive portant sur le tir balistique a été imaginée. Comme l’énonce Dontaine et al (2015), « l’utilisation des séquences filmées permet de rencontrer un certain nombre des conditions énoncées par Viau (2000) afin de susciter la motivation chez les apprenants ». Nous pensons que l’aspect interactif de la vidéo devrait permettre à l’étudiant de se rendre compte très rapidement des erreurs commises, de les corriger en temps réel et donc, de lui permettre d’évoluer dans son apprentissage.
En pratique, dès l’entame de la séquence consacrée aux mouvements à deux dimensions, une animation illustre le début du mouvement parabolique d’un ballon lancé obliquement. Lorsqu’il atteint le sommet de sa trajectoire, l’animation se met en pause. L’étudiant est alors invité à indiquer la nullité/non nullité des quatre grandeurs physique précitées (vx, vy, v et a)
La suite de la vidéo diffère en fonction de la combinaison de réponses fournies. Dans le cas où la combinaison est illogique, une illustration « bug » apparait à l’écran signifiant à l’apprenant l’incohérence de ses réponses. Dans le cas où l’étudiant a encodé une combinaison plausible mais fausse, le ballon suit la trajectoire correspondant aux réponses fournies. Il lui sera alors possible d’identifier sur quelle(s) grandeur(s) portent son(ses) erreur(s) et la(les) corriger en conséquence. Enfin, dans le cas où l’apprenant fournit la bonne combinaison de réponses, le ballon poursuit sa trajectoire parabolique normalement.
Le même développement pédagogique a été réalisé dans le cas où le ballon arrive au niveau du sol.
Une réflexion portant sur la création d’autres vidéos interactives est en cours dans le cadre de ce MOOC dont le public cible sera tant les étudiants finissant leurs études secondaires et désireux de se préparer à l’universitaire qu’aux étudiants universitaire ayant besoin d’un outil de remédiation.
Bibliographie
Caramazza, A., McCloskey, M., & Green, B. (1981). Naive beliefs in “sophisticated” subjects: Misconceptions about trajectories of objects. Cognition, 9(2), 117-123.
Champagne, A. B., Klopfer, L. E., & Anderson, J. H. (1980). Factors influencing the learning of classical mechanics. American Journal of physics, 48(12), 1074-1079.
Clement, J. (1982). Students’ preconceptions in introductory mechanics. American Journal of physics, 50(1), 66-71.
Daud, N. S. N., Karim, M. M. A., Hassan, S. W. N. W., & Rahman, N. A. (2015). Misconception and Difficulties in Introductory Physics Among High School and University Students: An Overview in Mechanics (34-47). EDUCATUM Journal of Science, Mathematics and Technology (EJSMT), 2(1), 34-47.
Dontaine, M., & Plumat, J. (2015). Utilisation de séquences vidéo pour la mise en évidence du raisonnement causal en physique. Éducation et didactique, 9(2), 95-105.
McCloskey, M. (1983). Naive theories of motion. Mental models, 299-324.
Thouin, M. (1985). Les représentations de concepts en sciences physiques chez les jeunes. Revue des sciences de l'éducation, 11(2), 247-258.
Verhaeghe, J.-C., Wolfs, J.L., Simon, X. & Compère, D. (2004). Pratiquer l’épistémologie. Un manuel d’initiation pour les maîtres et formateurs. Bruxelles : De Boeck.
Viau, R. (2000). Des conditions à respecter pour susciter la motivation des élèves. Correspondance, 5(3), 2-4.
