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MIEC - JIREC - 3 juin 2005 -1 MeTAH Leibniz SEED Conception dun protocole expérimental avec un logiciel dédié Isabelle Girault, Cédric dHam et Mustafa.

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1 MIEC - JIREC - 3 juin MeTAH Leibniz SEED Conception dun protocole expérimental avec un logiciel dédié Isabelle Girault, Cédric dHam et Mustafa Ergun MeTAH, Université Joseph Fourier, Grenoble

2 MIEC - JIREC - 3 juin MeTAH Leibniz SEED Les travaux pratiques et la tâche de conception de protocole Educaffix : un prototype pour la conception de protocole en chmie Description Evaluation Le projet COPEX : conception de protocoles en biologie, chimie, physique et sciences de la terre Plan

3 MIEC - JIREC - 3 juin MeTAH Leibniz SEED La démarche expérimentale Modèle - Théorie Monde du réel Concevoir une expérience Réaliser lexpérience Conclure Suggérer des hypothèses Définir le problème Traiter les résultats Interpréter les résultats

4 MIEC - JIREC - 3 juin MeTAH Leibniz SEED Objectifs dapprentissage Contenu 1 - Identifier des objets et des phénomènes et devenir familier avec eux 2 - Apprendre un fait 3 - Apprendre un concept 4 - Apprendre une relation 5 - Apprendre une théorie / un modèle Procédure 6 - Apprendre à utiliser un instrument classique de laboratoire ou un appareil 7 - Apprendre à exécuter un protocole 8 - Apprendre à planifier une investigation pour répondre à une question ou un problème spécifique. 9 - Apprendre à traiter des résultats 10 - Apprendre à utiliser des données pour proposer une conclusion 11 - Apprendre à communiquer les résultats du travail Tiberghien et al. – Science Education 2001

5 MIEC - JIREC - 3 juin MeTAH Leibniz SEED Structure des travaux pratiques Concevoir une expérience Réaliser lexpérience Conclure Suggérer des hypothèses Définir le problème Traiter les résultats Interpréter les résultats

6 MIEC - JIREC - 3 juin MeTAH Leibniz SEED Tâche principale : résoudre le problème T1.1 T1. 2 T1. 3 Le protocole expérimental : un arbre des tâches T2. 1 T2. 3 T2. 2 T2. 4 T2. 5 T2. 6 T2. 7 T3. 1 T3. 2 T3. 3 T3. 4 T3. 5 T3. 6 T3. 7 T3. 8 T3. 9 T3.10 Actio n Objectif Paramètres MéthodeEquipement Procédure gestuelle

7 MIEC - JIREC - 3 juin MeTAH Leibniz SEED Concevoir un protocole : une tâche complexe Les difficultés rencontrées Lassistance Les apprentissages 3 questions de recherche 1 hypothèse La conception de protocole aide les élèves à sapproprier lensemble de la démarche expérimentale

8 MIEC - JIREC - 3 juin MeTAH Leibniz SEED Educaffix Internet

9 MIEC - JIREC - 3 juin MeTAH Leibniz SEED Scenario pédagogique Evaluation du protocole par le logiciel Demande d'évaluation Modification du protocole Arrêt de la manipulation par lélève Manipulation et rapatriement des données Evaluation positive Démarrage de la manipulation Fin de la manipulation robotisée Présentation des objectifs du TP Conception du protocole Traitement des données

10 MIEC - JIREC - 3 juin MeTAH Leibniz SEED Pré-structurer le protocole expérimental dans Educaffix Déterminer la concentration du colorant rouge dans le sirop de grenadine T1.1 T1. 2 T2. 1 T2. 3 T2. 2 T2. 4 T2. 5 T3. 1 T3. 2 T3. 3 T3. 4 T3. 5 T3. 6 T3. 7 T3. 8 T3. 9 T3.10 Etapes Etc. Actions -Objectif -Paramètre -Equipement

11 MIEC - JIREC - 3 juin MeTAH Leibniz SEED Interface de conception de protocole

12 MIEC - JIREC - 3 juin MeTAH Leibniz SEED Le tuteur artificiel Cohérence interne des actions Cohérence entre les paramètres Adéquation du matériel choisi Conformité de la sécurité Cohérence entre les actions par rapport aux objectifs du TP Le protocole répond-il au problème posé ? Le protocole conduit-il à un résultat significatif ? Actions et leur arrangement Paramètres

13 MIEC - JIREC - 3 juin MeTAH Leibniz SEED Interface des rétroactions du tuteur

14 MIEC - JIREC - 3 juin MeTAH Leibniz SEED Evaluation du logiciel : questions de recherche Question (1) Evaluation de la capacité des élèves à concevoir un protocole cohérent par rapport au problème initial Hypothèse : ils ont des difficultés liées : aux concepts (conceptions, contrat didactique) à la déportation de la manipulation Question (2) Evaluation des apprentissages associés à la conception de protocole. Hypothèse : la conception de protocole favorise lapprentissage de connaissances procédurales.

15 MIEC - JIREC - 3 juin MeTAH Leibniz SEED Carte conceptuelle Détermination de la concentration d'une substance par spectrophotométrie Utiliser un spectrophotomètre Choisir la référence Choisir le domaine de concentration de la GE Réaliser une gamme étalon (GE) Choisir l'étalon Faire une dilution Rincer le matériel Homogénéiser la solution Choisir la longueur d'onde Lumière Longueur d'onde Absorbance Spectre d'absorbance Additivité des absorbances Loi de Beer- Lambert (BL) Espèce en solution Concentration Homogénéité d'une solution Quantité de matière Solvant Composé chimique Savoirs procéduraux Savoirs théoriques (Concepts) Domaine de validité de la loi de BL

16 MIEC - JIREC - 3 juin MeTAH Leibniz SEED Méthodologie Conception du protocole avec Educaffix 5 semaines4 semaines Post-testPré-test 56 étudiants (binôme), 2 classes de terminale S Interviews des enseignants Protocole final Traces logicielles Enregistrements audio Questionnaire : 6 savoirs théoriques 5 savoirs procéduraux Questionnaire : 6 savoirs théoriques 5 savoirs procéduraux Evaluation du contrat didactique

17 MIEC - JIREC - 3 juin MeTAH Leibniz SEED Résultats (1) Des étudiants réussissent totalement la tâche (90 minutes) 14 / 28 groupes parviennent à la fin du protocole 7 / 28 groupes conçoivent un protocole valable (>95%) Q1: Evaluation de la capacité des élèves à concevoir un protocole cohérent par rapport au problème initial

18 MIEC - JIREC - 3 juin MeTAH Leibniz SEED Résultats (2) Difficultés rencontrées : 5 conceptions détectées 13 / 28 4 / 28 C4 : la longueur donde na pas dinfluence sur labsorbance dune solution 13 / 26C3 : le domaine de validité de la loi de Beer-Lambert est illimité 11 / 28C2 : dans une solution, la concentration en soluté est homogène 17 / 28C1 : leau na pas dinfluence sur le système chimique Des difficultés identifiées comme un problème de contrat (rincer le matériel, choisir la longueur donde) Des difficultés identifiées comme une conséquence de la manipulation déportée dans le temps C5 : la solution de référence est constituée de la solution mère

19 MIEC - JIREC - 3 juin MeTAH Leibniz SEED Résultats (3) Pré-test et post-test Connaissances théoriques Q2 : Evaluation des apprentissages T1 : Concentration molaire T2 : Homogénéité T3 : Longueur donde T4 : Spectre dabsorbance T5 : Loi de BL T6 : Additivité des absorbances

20 MIEC - JIREC - 3 juin MeTAH Leibniz SEED Résultats (4) Pré-test et post-test Connaissances procédurales Q2 : Evaluation des apprentissages P1 : Rincer le matériel P2 : Faire une dilution P3 : Homogénéiser P4 : Application de BL P5 : Choisir la référence

21 MIEC - JIREC - 3 juin MeTAH Leibniz SEED Résultats (5) Pré-test et post-test Conception de protocole avec Educaffix Tâches liées à des connaissances procédurales : + 7% à + 67% Hypothèse : une connaissance procédurale est construite lorsque lapprenant met en relation le problème expérimental avec les connaissances théoriques associées => Interactions verbales Q2 : Evaluation des apprentissages

22 MIEC - JIREC - 3 juin MeTAH Leibniz SEED Educaffix: conclusions Le logiciel permet de concevoir un protocole dexpérience Limitations du robot sur le scénario dapprentissage Acquisition de connaissances procédurales Stratégie essai-erreur possible avec le tuteur

23 MIEC - JIREC - 3 juin MeTAH Leibniz SEED Le projet COPEX Concevoir des protocoles en biologie, chimie, physique et sciences de la terre

24 MIEC - JIREC - 3 juin MeTAH Leibniz SEED COPEX: 3 étapes Caractérisation des protcoles expérimentaux dans les TP actuels (terminale, L1 et L2) Construire et évaluer des séances de TP dans lesquelles les apprenants conçoivent un protocole Spécifications pour un environnement informatique dédié à la conception de protocole en sciences expérimentales

25 MIEC - JIREC - 3 juin MeTAH Leibniz SEED Structure possible de lEIAH Module de conception de protocoles > apprenant Module de suivi > enseignant Contenus Module de spécification des TP > enseignant Scénario Simulations TP labo Tuteur artificiel

26 MIEC - JIREC - 3 juin MeTAH Leibniz SEED


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