Le laboratoire ouvert en sciences de la nature : pour un Le laboratoire ouvert en sciences de la nature : pour un développement de la créativité chez les étudiantsdéveloppement de la créativité chez les étudiants

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

Plan de l’exposéPlan de l’exposé

1.1. PrésentationPrésentation

2.2. Atelier sur les laboratoires ouvertsAtelier sur les laboratoires ouverts

3.3. Présentation des résultats aux autres membres de l’équipePrésentation des résultats aux autres membres de l’équipe

4.4. Retour en grand groupeRetour en grand groupe

5.5. Expérience sur les instruments de musiqueExpérience sur les instruments de musique

6.6. Présentation générale du concept de laboratoire ouvertPrésentation générale du concept de laboratoire ouvert

ContexteContexte

Enseignant en physique au collégialEnseignant en physique au collégial

Réforme au collégial prône une approche par Réforme au collégial prône une approche par compétence depuis 1996 (DGEC, 1996).compétence depuis 1996 (DGEC, 1996).

Comme nouveau professeur et ancien étudiant, constat Comme nouveau professeur et ancien étudiant, constat d’une limitation des laboratoires traditionnelsd’une limitation des laboratoires traditionnels

Début d’une recherche pour améliorer l’utilisation des Début d’une recherche pour améliorer l’utilisation des laboratoires laboratoires - Laboratoires ouverts - Laboratoires ouverts

LSE (1998-2003); Lewis (2002), Inquiry learning (2005), Morin (1997), LSE (1998-2003); Lewis (2002), Inquiry learning (2005), Morin (1997), thèse de doctoratthèse de doctorat

La tradition positiviste a orienté la construction des La tradition positiviste a orienté la construction des laboratoires scientifiques dans les classeslaboratoires scientifiques dans les classes

On sent un besoin de varier les laboratoires actuels du à On sent un besoin de varier les laboratoires actuels du à leurs limites dans certaines situationsleurs limites dans certaines situations

Cette idée n’est d’ailleurs pas récente :Cette idée n’est d’ailleurs pas récente :

Le laboratoire scientifiqueLe laboratoire scientifique

« 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)(Edgeworth and Edgeworth, 1811, dans Gabel, 1994)

Le laboratoire scientifiqueLe laboratoire scientifique

Laboratoires fermésLaboratoires fermés : : démarche pré-établie dans un démarche pré-établie dans un cahier, les hypothèses étant faites, on tente de vérifier, cahier, les hypothèses étant faites, on tente de vérifier,

de démontrer une loi.de démontrer une loi.

Laboratoires ouvertsLaboratoires ouverts : : Suite à une question ou à un Suite à une question ou à un problème soulevé, les élèves doivent trouver une façon problème soulevé, les élèves doivent trouver une façon de résoudre leurs interrogations avec une expérience.de résoudre leurs interrogations avec une expérience.

On laisse place à l’investigation (Morin, 1997), au On laisse place à l’investigation (Morin, 1997), au raisonnement des étudiants.raisonnement des étudiants.

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

Atelier : Le pendule simpleAtelier : Le pendule simple

Problématique : L’Horloge grand-pèreProblématique : L’Horloge grand-père

10 minutes pour établir une problématique10 minutes pour établir une problématique Matériel disponible à l’avant et à vos tablesMatériel disponible à l’avant et à vos tables

15 minutes pour les manipulations15 minutes pour les manipulations

10 minutes de discussions10 minutes de discussions

Consignes pour la problématiqueConsignes pour la problématique

À l’aide de vos connaissances, de vos intuitions À l’aide de vos connaissances, de vos intuitions et de petites manipulations, vous allez formuler et de petites manipulations, vous allez formuler des hypothèses sur la dépendance de la périodedes hypothèses sur la dépendance de la période

Lorsque vous avez réussi à établir vos Lorsque vous avez réussi à établir vos hypothèses, vous pensez à une manière de hypothèses, vous pensez à une manière de réaliser votre expérienceréaliser votre expérience

Avant de débuter, approbation par l’enseignant Avant de débuter, approbation par l’enseignant (faisabilité)(faisabilité)

Consignes pour la problématiqueConsignes pour la problématique

Prenez des notes, car vous allez Prenez des notes, car vous allez présenter à votre problématique et vos présenter à votre problématique et vos résultats à votre groupe de travail!résultats à votre groupe de travail!

Discussions sur l’atelierDiscussions sur l’atelier

Que trouvez-vous de différents par rapport Que trouvez-vous de différents par rapport aux laboratoires traditionnels?aux laboratoires traditionnels?

Points intéressantsPoints intéressants

Tient compte du niveau de chacun Tient compte du niveau de chacun On part du niveau des expérimentateursOn part du niveau des expérimentateurs

Tout le monde y trouvent leur compte Tout le monde y trouvent leur compte (étudiants forts, moyens et faibles)(étudiants forts, moyens et faibles)

DuréeDurée

Temps pour un laboratoire : 4 heuresTemps pour un laboratoire : 4 heures

Temps de rédaction : diminué, car deux fois Temps de rédaction : diminué, car deux fois moins de laboratoiresmoins de laboratoires

Structure du programmeStructure du programme

Approche par Approche par CompétencesCompétences

Cohérence avec le Cohérence avec le secondairesecondaire

Épreuve synthèse Épreuve synthèse de programmede programme

Structure du coursStructure du cours

Mise en commun

Eq.1aLabo 1Version 1

Eq.1bLabo1Version 2

Eq.1cLabo1Version 3

Projet de section

Mise en commun

Labo3Version 1

Labo3Version 2

Labo3Version 3

Labo2Version 1

Labo2Version 2

Résumé Résumé Résumé Résumé Résumé Résumé Résumé Résumé

Mise en commun

RésuméRésumé

Mise en commun

RésuméRésumé Résumé Résumé

Mouvement harmonique simpleMouvement harmonique simple Les ondesLes ondes Le sonLe son

Eq.1aLabo 2Version 1

Eq.1bLabo2Version 2

Eq.1cLabo2Version 3

Chapitre 1Chapitre 1 Chapitre 2Chapitre 2 Chapitre 3Chapitre 3

Chapitres séquentiels progressifs et non inversablesChapitres séquentiels progressifs et non inversables

Laboratoire sur les instruments de musiqueLaboratoire sur les instruments de musique

« Apportez votre instrument de musique », « Apportez votre instrument de musique », Étincelles pédagogiques, vol 4Étincelles pédagogiques, vol 4

Étude sonore d’un instrument de musique au Étude sonore d’un instrument de musique au choix des étudiants :choix des étudiants : Guitare (Résonance dans une corde, tension)Guitare (Résonance dans une corde, tension) Flûte (Tuyau ouvert et fermé, fréquence de Flûte (Tuyau ouvert et fermé, fréquence de

résonance)résonance) Djembé (Dépend de l’endroit où l’on frappe)Djembé (Dépend de l’endroit où l’on frappe) etcetc

Matériel utiliséMatériel utilisé

Instrument de musique Instrument de musique

MicroMicro

Oscilloscope (winscope dans notre cas) Oscilloscope (winscope dans notre cas)

SonomètreSonomètre

IntérêtIntérêt

MultidisciplinaireMultidisciplinaire Principes physiquesPrincipes physiques Relié à la musiqueRelié à la musique Notions mathématiques (Composantes de Notions mathématiques (Composantes de

Fourier)Fourier)

Relie le concret, la vie de tout les jours à Relie le concret, la vie de tout les jours à la sciencela science

Notions vues dans le laboratoireNotions vues dans le laboratoire

Fréquences de résonanceFréquences de résonance

Différentiation entre instruments à corde, à vent Différentiation entre instruments à corde, à vent et percussions (lors des discussions)et percussions (lors des discussions)

Timbre d’un instrumentTimbre d’un instrument

Définition de l’octave en relation avec la Définition de l’octave en relation avec la fréquence de résonancefréquence de résonance

Son pur, son complexeSon pur, son complexe

Pourquoi changer de type Pourquoi changer de type d’expérienced’expérience

CréativitéCréativité Évite les copies entre étudiants (chaque Évite les copies entre étudiants (chaque

équipe est unique)équipe est unique)

Autonomie, débrouillardiseAutonomie, débrouillardise

Très stimulant pour l’enseignant (toujours Très stimulant pour l’enseignant (toujours en apprentissage). Lui aussi doit créer! en apprentissage). Lui aussi doit créer! 

Qualités (suite)Qualités (suite)

Apprentissage complet de la méthode Apprentissage complet de la méthode expérimentaleexpérimentale

Travail en équipe et confrontation des Travail en équipe et confrontation des résultats (Développe l’esprit critique)résultats (Développe l’esprit critique)

Mise en évidence des conceptions initiales Mise en évidence des conceptions initiales (connaissances antérieures et (connaissances antérieures et préconceptions)préconceptions)

Apprentissage scientifiqueApprentissage scientifique

Permet un apprentissage scientifique Permet un apprentissage scientifique (Langlois, 2006)(Langlois, 2006)

Comme ils débutent par une situation-Comme ils débutent par une situation-problème, ils peuvent servir de lieu de problème, ils peuvent servir de lieu de problématisation problématisation

(Langlois, 2006; à paraître)(Langlois, 2006; à paraître)

Les étudiants ont apprécié l’expérienceLes étudiants ont apprécié l’expérience

Augmentation de l’intérêt des étudiants Augmentation de l’intérêt des étudiants

Surtout les garçons et les étudiants en Surtout les garçons et les étudiants en difficultés (groupe hétérogène). difficultés (groupe hétérogène). C’est là que le taux de participation a été le C’est là que le taux de participation a été le

plus élevé (100%)plus élevé (100%)

LimitationsLimitations

Besoin d’un grand supportBesoin d’un grand support

Besoin de beaucoup de matériels différentsBesoin de beaucoup de matériels différents

Nécessite un enseignant très compétentNécessite un enseignant très compétent

Les objectifs du laboratoire et le Les objectifs du laboratoire et le questionnement dans la problématique doivent questionnement dans la problématique doivent être clairs. (Ils peuvent se sentir perdus)être clairs. (Ils peuvent se sentir perdus)

Pour aller plus loinPour aller plus loin

Mieux définir la partie problématique afin de guider Mieux définir la partie problématique afin de guider davantage les étudiants.davantage les étudiants.

Il y a avait souvent des : « Nous allons démontrer la loi de … »Il y a avait souvent des : « Nous allons démontrer la loi de … »

Leur expliquer la notion de méthode expérimentale et Leur expliquer la notion de méthode expérimentale et de problématique au début du coursde problématique au début du cours

Faire un exemple avant le premier laboratoire :Faire un exemple avant le premier laboratoire : Mise en situation, problème à solutionner en groupeMise en situation, problème à solutionner en groupe Il y discussion guidé par l’enseignantIl y discussion guidé par l’enseignant Lorsque des questions émergent et que l’on trouve des Lorsque des questions émergent et que l’on trouve des

pistes de solutions, on leur fait écrire une problématique en pistes de solutions, on leur fait écrire une problématique en groupe groupe

Pour aller plus loin (la notion de Pour aller plus loin (la notion de problématique)problématique)

Insérer davantage de situations-problèmes Insérer davantage de situations-problèmes authentiques à partir desquelles les étudiants authentiques à partir desquelles les étudiants peuvent construirepeuvent construire

Plus difficile de trouver des situations-problèmes Plus difficile de trouver des situations-problèmes dans la partie physique moderne (mécanique dans la partie physique moderne (mécanique quantique, relativité générale)quantique, relativité générale)

Les étudiants sont dans un mode passif d’écouteLes étudiants sont dans un mode passif d’écoute Réussir une confrontation des résultats plus forte lors Réussir une confrontation des résultats plus forte lors

des présentations post-laboratoire (grille d’analyse à des présentations post-laboratoire (grille d’analyse à proposer?)proposer?)

ConclusionConclusion

Les laboratoires ouverts complètes les Les laboratoires ouverts complètes les laboratoire fermés traditionnels laboratoire fermés traditionnels

Ils devraient être employés en fin de parcours de Ils devraient être employés en fin de parcours de leur DECleur DEC

Stratégie pédagogique intéressante :Stratégie pédagogique intéressante : Intérêt accru chez les étudiantsIntérêt accru chez les étudiants Permet le développement de compétences Permet le développement de compétences Développe d’autres habiletés nécessaire à un Développe d’autres habiletés nécessaire à un

scientifiquescientifique