Le laboratoire ouvert en sciences de la nature : pour un développement de la créativité chez les étudiants Simon Langlois et Rodolphe Toussaint Collège Shawinigan et laboratoire LERTIE, UQTR Collège Shawinigan et laboratoire LERTIE, UQTR

Plan de lexposé 1.Présentation 2.Atelier sur les laboratoires ouverts 3.Présentation des résultats aux autres membres de léquipe 4.Retour en grand groupe 5.Expérience sur les instruments de musique 6.Présentation générale du concept de laboratoire ouvert

Contexte Enseignant en physique au collégial Réforme au collégial prône une approche par compétence depuis 1996 (DGEC, 1996). Comme nouveau professeur et ancien étudiant, constat dune limitation des laboratoires traditionnels Début dune recherche pour améliorer lutilisation des laboratoires - Laboratoires ouverts - Laboratoires ouverts LSE ( ); Lewis (2002), Inquiry learning (2005), Morin (1997), thèse de doctorat

La tradition positiviste a orienté la construction des laboratoires scientifiques dans les classes On sent un besoin de varier les laboratoires actuels du à leurs limites dans certaines situations Cette idée nest dailleurs pas récente : Cette idée nest dailleurs pas récente : Le 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 pupils mind. The laboratory should be…» (Edgeworth and Edgeworth, 1811, dans Gabel, 1994)

Le laboratoire scientifique Laboratoires fermés : démarche pré-établie dans un cahier, les hypothèses étant faites, on tente de vérifier, de démontrer une loi. Laboratoires ouverts : Suite à une question ou à un problème soulevé, les élèves doivent trouver une façon de résoudre leurs interrogations avec une expérience. On laisse place à linvestigation (Morin, 1997), au raisonnement des étudiants.

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

Atelier : Le pendule simple Problématique : LHorloge grand-père 10 minutes pour établir une problématique Matériel disponible à lavant et à vos tables Matériel disponible à lavant et à vos tables 15 minutes pour les manipulations 10 minutes de discussions

Consignes pour la problématique À laide de vos connaissances, de vos intuitions et de petites manipulations, vous allez formuler des hypothèses sur la dépendance de la période À laide de vos connaissances, de vos intuitions et de petites manipulations, vous allez formuler des hypothèses sur la dépendance de la période Lorsque vous avez réussi à établir vos hypothèses, vous pensez à une manière de réaliser votre expérience Lorsque vous avez réussi à établir vos hypothèses, vous pensez à une manière de réaliser votre expérience Avant de débuter, approbation par lenseignant (faisabilité)

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

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

Points intéressants Tient compte du niveau de chacun On part du niveau des expérimentateurs On part du niveau des expérimentateurs Tout le monde y trouvent leur compte (étudiants forts, moyens et faibles) Tout le monde y trouvent leur compte (étudiants forts, moyens et faibles)

Durée Temps pour un laboratoire : 4 heures Temps de rédaction : diminué, car deux fois moins de laboratoires Temps de rédaction : diminué, car deux fois moins de laboratoires

Structure du programme Approche par Compétences Cohérence avec le secondaire Épreuve synthèse de programme

Structure du cours Mise en commun Eq.1a Labo 1 Version 1 Eq.1b Labo1 Version 2 Eq.1c Labo1 Version 3 Projet de section Mise en commun Labo3 Version 1 Labo3 Version 2 Labo3 Version 3 Labo2 Version 1 Labo2 Version 2 Résumé Mise en commun Résumé Mise en commun Résumé Mouvement harmonique simple Les ondes Le son Eq.1a Labo 2 Version 1 Eq.1b Labo2 Version 2 Eq.1c Labo2 Version 3 Chapitre 1 Chapitre 2 Chapitre 3 Chapitres séquentiels progressifs et non inversables

Laboratoire sur les instruments de musique « Apportez votre instrument de musique », Étincelles pédagogiques, vol 4 « Apportez votre instrument de musique », Étincelles pédagogiques, vol 4 Étude sonore dun instrument de musique au choix des étudiants : Étude sonore dun instrument de musique au choix des étudiants : Guitare (Résonance dans une corde, tension) Guitare (Résonance dans une corde, tension) Flûte (Tuyau ouvert et fermé, fréquence de résonance) Flûte (Tuyau ouvert et fermé, fréquence de résonance) Djembé (Dépend de lendroit où lon frappe) Djembé (Dépend de lendroit où lon frappe) etc etc

Matériel utilisé Instrument de musique Instrument de musique Micro Micro Oscilloscope (winscope dans notre cas) Oscilloscope (winscope dans notre cas) Sonomètre Sonomètre

Intérêt Multidisciplinaire Multidisciplinaire Principes physiques Principes physiques Relié à la musique Relié à la musique Notions mathématiques (Composantes de Fourier) Notions mathématiques (Composantes de Fourier) Relie le concret, la vie de tout les jours à la science Relie le concret, la vie de tout les jours à la science

Notions vues dans le laboratoire Fréquences de résonance Fréquences de résonance Différentiation entre instruments à corde, à vent et percussions (lors des discussions) Différentiation entre instruments à corde, à vent et percussions (lors des discussions) Timbre dun instrument Timbre dun instrument Définition de loctave en relation avec la fréquence de résonance Définition de loctave en relation avec la fréquence de résonance Son pur, son complexe Son pur, son complexe

Pourquoi changer de type dexpérience Créativité Évite les copies entre étudiants (chaque équipe est unique) Évite les copies entre étudiants (chaque équipe est unique) Autonomie, débrouillardise Très stimulant pour lenseignant (toujours en apprentissage). Lui aussi doit créer! Très stimulant pour lenseignant (toujours en apprentissage). Lui aussi doit créer!

Qualités (suite) Apprentissage complet de la méthode expérimentale Travail en équipe et confrontation des résultats (Développe lesprit critique) Travail en équipe et confrontation des résultats (Développe lesprit critique) Mise en évidence des conceptions initiales (connaissances antérieures et préconceptions)

Apprentissage scientifique Permet un apprentissage scientifique (Langlois, 2006) Permet un apprentissage scientifique (Langlois, 2006) Comme ils débutent par une situation- problème, ils peuvent servir de lieu de problématisation Comme ils débutent par une situation- problème, ils peuvent servir de lieu de problématisation (Langlois, 2006; à paraître) (Langlois, 2006; à paraître)

Les étudiants ont apprécié lexpérience Augmentation de lintérêt des étudiants Augmentation de lintérêt des étudiants Surtout les garçons et les étudiants en difficultés (groupe hétérogène). Surtout les garçons et les étudiants en difficultés (groupe hétérogène). Cest là que le taux de participation a été le plus élevé (100%) Cest là que le taux de participation a été le plus élevé (100%)

Limitations Besoin dun grand support Besoin dun grand support Besoin de beaucoup de matériels différents Besoin de beaucoup de matériels différents Nécessite un enseignant très compétent Nécessite un enseignant très compétent Les objectifs du laboratoire et le questionnement dans la problématique doivent être clairs. (Ils peuvent se sentir perdus) Les objectifs du laboratoire et le questionnement dans la problématique doivent être clairs. (Ils peuvent se sentir perdus)

Pour aller plus loin Mieux définir la partie problématique afin de guider 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 de problématique au début du cours Faire un exemple avant le premier laboratoire : Mise en situation, problème à solutionner en groupe Mise en situation, problème à solutionner en groupe Il y discussion guidé par lenseignant Il y discussion guidé par lenseignant Lorsque des questions émergent et que lon trouve des pistes de solutions, on leur fait écrire une problématique en groupe Lorsque des questions émergent et que lon trouve des pistes de solutions, on leur fait écrire une problématique en groupe

Pour aller plus loin (la notion de problématique) Insérer davantage de situations-problèmes authentiques à partir desquelles les étudiants peuvent construire Insérer davantage de situations-problèmes authentiques à partir desquelles les étudiants peuvent construire Plus difficile de trouver des situations-problèmes dans la partie physique moderne (mécanique quantique, relativité générale) Les étudiants sont dans un mode passif découte Les étudiants sont dans un mode passif découte Réussir une confrontation des résultats plus forte lors des présentations post-laboratoire (grille danalyse à proposer?) Réussir une confrontation des résultats plus forte lors des présentations post-laboratoire (grille danalyse à proposer?)

Conclusion Les laboratoires ouverts complètes les laboratoire fermés traditionnels Les laboratoires ouverts complètes les laboratoire fermés traditionnels Ils devraient être employés en fin de parcours de leur DEC Ils devraient être employés en fin de parcours de leur DEC Stratégie pédagogique intéressante : Stratégie pédagogique intéressante : Intérêt accru chez les étudiants Intérêt accru chez les étudiants Permet le développement de compétences Permet le développement de compétences Développe dautres habiletés nécessaire à un scientifique Développe dautres habiletés nécessaire à un scientifique