Développement et évaluation d’un environnement informatisé d’apprentissage pour faciliter l’intégration des sciences et de la technologie

Abstract

Par cette recherche, nous voulons évaluer de manière exhaustive les bénéfices qu’apporte l’ExAO (Expérimentation Assistée par Ordinateur) dans les laboratoires scolaires de sciences et technologie au Liban. Nous aimerions aussi qu’elle contribue d’une manière tangible aux recherches du laboratoire de Robotique Pédagogique de l’Université de Montréal, notamment dans le développement du µlaboratoire ExAO. Nous avons voulu tester les capacités de l’ExAO, son utilisation en situation de classe comme : 1. Substitut d’un laboratoire traditionnel dans l’utilisation de la méthode expérimentale; 2. Outil d’investigation scientifique; 3. Outil d’intégration des sciences expérimentales et des mathématiques; 4. Outil d’intégration des sciences expérimentales, des mathématiques et de la technologie dans un apprentissage technoscientifique; Pour ce faire, nous avons mobilisé 13 groupe-classes de niveaux complémentaire et secondaire, provenant de 10 écoles libanaises. Nous avons désigné leurs enseignants pour expérimenter eux-mêmes avec leurs étudiants afin d’évaluer, de manière plus réaliste les avantages d’implanter ce micro laboratoire informatisé à l’école. Les différentes mise à l’essai, évaluées à l’aide des résultats des activités d’apprentissage réalisées par les étudiants, de leurs réponses à un questionnaire et des commentaires des enseignants, nous montrent que : 1. La substitution d’un laboratoire traditionnel par un µlaboratoire ExAO ne semble pas poser de problème; dix minutes ont suffi aux étudiants pour se familiariser avec cet environnement, mentionnant que la rapidité avec laquelle les données étaient représentées sous forme graphique était plus productive. 2. Pour l’investigation d’un phénomène physique, la convivialité du didacticiel associée à la capacité d’amplifier le phénomène avant de le représenter graphiquement a permis aux étudiants de concevoir et de mettre en œuvre rapidement et de manière autonome, une expérimentation permettant de vérifier leur prédiction. 3. L’intégration des mathématiques dans une démarche expérimentale permet d’appréhender plus rapidement le phénomène. De plus, elle donne un sens aux représentations graphiques et algébriques, à l’avis des enseignants, permettant d’utiliser celle-ci comme outil cognitif pour interpréter le phénomène. 4. La démarche réalisée par les étudiants pour concevoir et construire un objet technologique, nous a montré que cette activité a été réalisée facilement par l’utilisation des capteurs universels et des amplificateurs à décalage de l’outil de modélisation graphique ainsi que la capacité du didacticiel à transformer toute variable mesurée par une autre variable (par exemple la variation de résistance en variation de température, …). Cette activité didactique nous montre que les étudiants n’ont eu aucune difficulté à intégrer dans une même activité d’apprentissage les mathématiques, les sciences expérimentales et la technologie, afin de concevoir et réaliser un objet technologique fonctionnel. µlaboratoire ExAO, en offrant de nouvelles possibilités didactiques, comme la capacité de concevoir, réaliser et valider un objet technologique, de disposer pour ce faire, des capacités nouvelles pour amplifier les mesures, modéliser les phénomènes physiques, créer de nouveaux capteurs, est un ajout important aux expériences actuellement réalisées en ExAO.

Through this research we will fully assess the benefits brought by the ExAO (Computer Assisted Experimentation) in school laboratories of science and technology in Lebanon. We would also like to mention its contribution in a tangible way in laboratory research of Pedagogic Robotic from Montreal University, particularly in the development of ExAO µlaboratory. We wanted to test the capabilities of the ExAO, its use in the classroom such as: 1. A replacement of a traditional laboratory in the use of the experimental method. 2. A scientific investigation tool. 3. An integration tool of experimental sciences and mathematics. 4. An integration tool of experimental sciences, mathematics and technology in the technoscientific learning. To do so, we have mobilized 13 group classes, designated teachers to experiment themselves along with their students in order to assess, in a more realistic way, the benefits of implementing this micro computer laboratory at school. Different testing, evaluated using the results of learning activities undertaken by students, their responses to a questionnaire and feedback from teachers, show that: 1. The replacement of a traditional laboratory with an ExAO µlaboratory does not seem to pose problem, expected that students have adapted to it in only ten minutes, indicating that the speed with which data were graphed was more productive. 2. In order to investigate a physical phenomenon, the usability of the tutorial associated with the ability to amplify the phenomenon before its graph representation, has allowed students to design and implement quickly and independently an experiment to verify their prediction. 3. The integration of mathematics into an experimental approach can quickly grasp the phenomenon. In addition, it gives more autonomy and a meaning to the graphs and algebraic representations allowing to use them as a cognitive tool to interpret this phenomenon. 4. The approach made by the students to design and construct a technological object, showed that this activity was easily carried out by the use of universal sensors, amplifiers to offset the graphical modeling tool, and the tutorial ability to transform any measured variable by another variable (for instance, the resistance variation in temperature change, …). This educational activity shows that students had no difficulty integrating in a single learning activity the mathematics, experimental sciences and technology, in order to design and implement a functional piece of technology. The ExAO µlaboratory, by offering new educational opportunities, such as the ability to design, produce and validate a technological object, in order to do so, new capacities to boost measures, modeling physical phenomena, developing new sensors, is an important addition to the experiments being conducted in ExAO.