Simulation et expérimentation assistée par ordinateur pour l'enseignement de la physique : Elaboration, Expérimentation et évaluation des situations d'apprentissage.

Abstract

L’enseignement de la physique newtonienne souffre souvent d’une interaction constante entre les savoirs enseignés. Fréquemment comme des doctrines, et les conceptions expériences quotidiennes perçues par nos organes sensoriels de sensibilité limité et réinterprété par nos capacités cognitives. Tout comme dans les autres domaines scientifiques, l’évolution des connaissances en physique ne se fait pas de façon linéaire et additive. Un aspect essentiel de l’apprentissage de la physique consiste à faire évoluer les conceptions naîves des élèves vers des conceptions plus scientifiques. C’est ce que nomment les didacticiens des sciences le changement conceptuel. La présente recherche tente de déterminer si, dans le cadre des cours de physique de niveau secondaire qualifiant, les situations d’apprentissage actif basées sur les TIC (simulations et / ou ExAO) favorisent une évolution des conceptions des élèves au sujet des lois de Newton. Nous avons tout d’abord procédé à une recherche préliminaire pour identifier les conceptions naîves chez les élèves de la deuxième année baccalauréat à propos des notions de la mécanique classique. Une étude des différentes simulations publiées sur le net, nous a permis ensuite de sélectionner celles qui nous paraissent utiles en se basant sur une grille d’évaluation élaborée à ce sujet. Puis, nous avons mené des entrevues avec des enseignants qui pratiquent en classe afin d’identifier les difficultés d’enseignement rencontrées lorsqu’ils entament les cours des lois de Newton. Puis, en se basant sur les conceptions naïves enregistrées auprès des élèves, les difficultés d’enseignement rencontrées par les enseignants, nous avons élaboré des scénarios d’apprentissage actif intégrant des simulations et / ou l’ExAO dans le but d’améliorer l’apprentissage des trois lois de Newton. La conception des scénarios a été influencée par notre vision socioconstructiviste de l’apprentissage. Nous avons fait suivre différemment, à deux groupes d’élèves les cours traitant les lois de Newton, l’un portant sur une approche conventionnelle d’enseignement, et l’autre basé sur le scénario d’apprentissage actif élaboré. Nous leur avons fait passer le test FCI pour évaluer l’évolution conceptuelle sur les concepts de force et de mouvement et sur les concepts connexes, à deux reprises : la première, avant que les sujets ne s’investissent dans les cours (prétest) et la seconde, après la réalisation des expérimentations (post-test). Nos résultats aux prétest et post-test ont été complétés par des entrevues individuelles semi-dirigées avec tous les sujets. Les élèves qui ont suivi cette expérimentation ont obtenu de très bons résultats au post-test par rapport à ceux qui ont suivi le cours d’une manière conventionnelle. Nous avons enregistré un gain moyen d’apprentissage qualifié de niveau modéré selon Hake (1998). Les résultats des entrevues sont permis de repérer quelques difficultés conceptuelles d’apprentissage chez les sujets et nous avons constaté que les conceptions issues de ces difficultés d’apprentissage concordent en majorité avec celles dépistés par Hestenes (1992) et Hake (1998).