lundi 23 janvier 2012

L’expérimentation assistée par ordinateur (ExAO) en formation générale adulte (FGA)


Les nouveaux programmes d’étude en science et technologie proposent une approche différente des anciens programmes. Celle-ci tente de répondre aux critiques souvent formulées durant les dernières années voulant que le programme d'enseignement de la science ne soit basé que sur la transmission de connaissances. Le nouveau programme préconise une approche par compétence soutenue par une pédagogie constructiviste où l'adulte est actif dans son apprentissage. À ce sujet, la Commission des programmes d'études (1998) soutient que si les élèves sont habitués à l'école, à s'engager dans des débats et des tâches collectives de résolution de problèmes en science et en technologie, ils seront mieux outillés pour participer à la vie démocratique et pour s'engager dans des actions qui concernent la maitrise de leur environnement physique et social. Ces arguments sont d’ailleurs repris par les programmes d’étude dès la page trois.

Pour développer ces compétences, les auteurs des programmes proposent d'aborder les contenus notionnels par le biais de situations d’apprentissage signifiantes, ouvertes et complexes. Les situations d’apprentissage orientent la construction et la mobilisation des connaissances ainsi que le développement des compétences disciplinaires et transversales. Liées à un contexte, elles présentent soit un problème à résoudre ou une problématique à traiter. Elles comportent une ou plusieurs tâches donnant lieu à une production déterminée.



Les situations d’apprentissage sont regroupées en deux familles : Recherche et Expertise. Les situations de la famille Expertise visent à explorer une problématique reliée à un phénomène ou à une application (programme p.14). L’adulte est amené à repérer les concepts scientifiques ou technologiques en cause, à les mettre en relation et à les expliquer.

Les situations de la famille Recherche visent la résolution par l’adulte d’un problème d’ordre scientifique ou technologique. Dans ce type de situation, l’adulte choisit les outils scientifiques ou technologiques dont il a besoin pour résoudre le problème. Généralement, les situations de la famille Recherche impliquent l’utilisation ou l’acquisition de biens, de matériaux et de techniques de laboratoire propres à la science, ou de matériaux, d’outillage, de machines-outils et de techniques du langage des lignes et de fabrication propre à la technologie (programme p.14).

Une des difficultés avec ce type d’approche c’est qu’elle est gourmande en temps. La prise de mesure et la réalisation de graphique occupent une grande place comparativement à l’analyse et à la compréhension des résultats. Généralement, l’adulte est limité à une seule réalisation de l’expérience; la possibilité de refaire l’expérimentation de nombreuses fois en changeant certains paramètres pour en observer les effets sur les résultats est souvent escamotée faute de temps.

Un autre problème pouvant être rencontré est la difficulté de mesurer plusieurs paramètres en même temps. Par exemple, il peut être difficile de mesurer la pression et la température d’un gaz toutes les 30 secondes. Cela devient pratiquement impossible avec des instruments traditionnels si on ajoute une troisième variable.

Si nous voulons que les adultes soient en mesure de bien comprendre la démarche scientifique et les relations qui existent entre les différentes variables, les élèves doivent pouvoir mener des investigations avec du matériel permettant de les libérer des tâches fastidieuses que sont la prise de mesures et le tracé de graphique. Ce temps récupéré doit être réinvesti dans la reprise de l’expérience en modifiant des variables, et dans l’analyse des données issues de ces expériences.

Plusieurs auteurs se sont penchés sur l’importance des activités de laboratoire pour l’apprentissage des sciences. Lazarowitz et Tamir (1994) ont fait une recension des écrits et présentent les quatre facteurs nécessaires pour que l'enseignement des sciences via le laboratoire soit profitable aux élèves.
Les activités de laboratoire doivent:
  • Présenter des expériences concrètes et des opportunités aux élèves de confronter leurs conceptions erronées.
  • Présenter aux élèves la possibilité de manipuler des données à travers l'utilisation d'ordinateurs.
  • Permettre aux élèves de développer leur pensée logique et leur habileté à organiser.
  • Fournir aux élèves des situations où ils ont l'occasion de développer leur valeur, et ce, spécialement en ce qui concerne la nature de la science.
La démocratisation des TIC comme outil pédagogique est une opportunité intéressante pour l'enseignement de la science et de la technologie. En effet, l'arrivée de l'informatique dans les écoles permet d'automatiser certaines tâches qui étaient jusqu'ici effectuées manuellement. Lorsque la technologie prend en charge une partie du travail, par exemple dans le cas de l’Expérimentation assistée par ordinateur (ExAO), elle collecte les données et trace le graphique associé, cela permet aux élèves de se concentrer sur la compréhension des concepts plutôt que sur l'aspect technique de l'activité d'apprentissage.



L'Expérimentation assistée par ordinateur (ExAO) existe depuis plus de trente ans et est très largement utilisée en Europe et aux États-Unis. L'ExAO est un environnement d'apprentissage constitué principalement d'un ordinateur, d'un logiciel spécialisé, d'une interface électronique d'acquisition et de capteurs. Lors d'une expérience, le ou les capteurs (ex. : luminosité, température, pression, etc.) mesurent la variation des grandeurs physiques. Le signal est envoyé à l'interface d'acquisition qui convertit le signal pour le transmettre à l'ordinateur. Un logiciel traite le signal et affiche les mesures à l'écran notamment sous forme de graphiques.

Quelques avantages de l'ExAO recensé dans la littérature.
  • Les données acquises sont immédiatement affichées à l'écran ce qui permet aux élèves d'associer plus facilement le phénomène réel et sa représentation graphique.
  • L'analyse qualitative précède l'analyse quantitative du graphique.
  • Les élèves ont plus de temps pour observer attentivement le phénomène de l'expérience puisque c'est l'ordinateur qui effectue la prise de données.
  • L'analyse des graphiques devient beaucoup plus interactive, car les élèves sont encouragés à reprendre l'expérience en changeant les variables et à en observer l'impact sur la représentation graphique.
  • L'ExAO permet la prise de plusieurs mesures en même temps grâce à plusieurs capteurs.
  • L'interaction constante de l'élève avec l'ordinateur peut mettre en évidence les conceptions de l'élève.
  • Le seul fait d'utiliser l'ordinateur peut avoir un effet motivant pour certains élèves.

Voici une vidéo qui montre la simplicité et la rapidité offerte par l’ExAO...




Site ressource pour l'ExAO
Références
  • Commission des programmes d'étude. 1998. L'enseignement des sciences et de la technologie dans le cadre de la réforme du curriculum du primaire et du secondaire : avis à la ministre de l'éducation. Québec :  Publication du Québec, 46 p.
  • Lazarowitz, Reuven et Pinchas Tamir. 1994. «Research on using laboratory instruction
    in science» In Handbook of research on science teaching and learning Dorothy L.
    Gabel, p.94-128. New-York : Macmillan
  • Ministère de l'éducation du loisir et du sport. 2011. Programmes d'étude de science et de technologie 3e et 4e secondaire, formation de base diversifiée (version provisoire décembre 2011). Consulté en ligne <http://www.mels.gouv.qc.ca/formationdiversifiee/pdf/SCT_programme.pdf> 15 janvier 2012.


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