Contexte Nous sommes tous deux étudiants en Sciences de la nature (deuxième année HEP). Dans le cadre de notre enseignement au secondaire 1, nous constatons que pour certaines séquences, en physique notamment, les notions sont souvent abstraites et difficiles à appréhender par les élèves si l'on se limite aux MER.
Ainsi, dans le cadre d’une séquence en sciences de la nature portant sur le modèle moléculaire, nous avons amené deux classes d’élèves de 9VG à expérimenter une simulation numérique relative aux propriétés des gaz (PHET–introduction aux gaz, https://phet.colorado.edu/sims/html/gases-intro/latest/gases-intro_fr.html). Cette simulation a pour but l’appropriation par les élèves des notions de variation de température, de volume et de pression d'un gaz.
L’idée était de mettre cette simulation en avant en début de leçon (2 périodes consécutives de TP), puis de laisser le soin aux élèves de s’approprier cette simulation en l’expérimentant par eux-mêmes, de présenter des expérience pratiques en ligne avec le MER « modèle moléculaire », pour finalement institutionnaliser en complétant un texte à trous en utilisant l’application wooclap.
A noter que nous avons expérimenté cette simulation avec deux classes différentes de 9VG et à trois semaines d’intervalle, ce qui nous a permis de modifier notre planification en tenant compte des difficultés ou obstacles observés.
Par la suite, nous avons régulièrement utilisé cette simulation en consolidation des savoirs et institutionnalisation en classe durant les cours suivants.
Ce type de simulation peut être un moteur de la motivation intrinsèque. La simulation est une découverte pour les élèves, quelque chose de nouveau qu’ils peuvent tester par eux-mêmes. Ce type d’activité peut éveiller leur curiosité. Il a été démontré que la curiosité et le fantastique joueraient un rôle important dans la motivation (Malone, 1981). Dans la même lignée, Mayer (2009) mentionne que l’utilisation du multimédia permettrait également un renforcement de l’apprentissage.
• Déroulement de la leçon
Dans les grandes lignes, la leçon peut être décrite comme suit (détail des deux leçons ci-dessous, avec changements) :
Pour débuter la leçon, nous avons montré les fonctions de base de cette simulation au beamer (les commandes pour la variation de température, l’ajout de molécules, la variation de pression etc…). Après avoir chacun reçu un iPad, les élèves ont reçu la consigne de 1) expérimenter cette simulation tout en modifiant, à leur guise, les paramètres en présence et 2) de constater les effets des changements de paramètres (p.ex. nombre et agitation des molécules, température, volume, pression, ...).
Afin de s’assurer que les élèves avaient bien compris ce qui était demandé et qu'ils utilisaient activement cette simulation, nous (les enseignants) sommes passés dans les rangs en échangeant avec chacun d’eux. Cela nous a permis de constater si chaque élève arrivait à verbaliser, par ses propres mots, ce qu’il observait en jouant avec les différents paramètres de cette simulation.
Pour tester et formaliser la compréhension des principes et faits observés en utilisant cette simulation, un texte à trou (utilisant soit l'application wooclap ou en format papier) a été proposé aux élèves (Texte que les élèves ont complété en classe).
A noter que ce texte a trou (que ce soit en format papier ou en Wooclap) a présenté un réel obstacle pour les élèves. En effet, et nous l’avons constaté lors des échanges avec eux en passant dans les rangs : Alors qu’ils étaient tout à fait capables de décrire et de raisonner par leurs propres mots ce qu’ils observaient sur la simulation, ils restaient silencieux face au texte à trous. En fait, nous pensons que les difficultés rencontrées avec le texte à trous étaient d'ordre du vocabulaire spécifique en lien avec la matière, problème avec les mots comme diffusion etc.... Nous en avons tenu compte lors de la seconde leçon 3 semaines plus tard en projetant le texte a trous au beamer et en le complétant avec l’apport des élèves en reformulant leurs mots et propositions.
De plus, afin de permettre aux élèves de réellement s’approprier cette simulation et pour la seconde la leçon réalisée trois semaines après la première, nous avons aussi décidé de supprimer les parties « expérience pratiques tirées du MER (machine à vide d’air avec ballon de baudruche, bouteille en PET », laissant plus de temps pour le remplissage du texte à trous et institutionnalisation finale.
En clair, le fait d’avoir réalisé cette leçon avec deux classes différentes à 3 semaines d’intervalle nous a permis de réguler notre leçon et de modifier notre planification en tenant compte des difficultés et obstacles des élèves ou liées au temps comme suit :
Présentation de la simulation au beamer en montrant les commandes et en mettant en avant les paramètres modifiables.
Expérimentation de la simulation par les élèves.
Mise en commun au tableau noir.
Contrôle des objectifs visés par le travail pratique en remplissant le texte a trous avec les élèves tout en reformulant leurs propositions.
Institutionnalisation à l'aide des fiches de synthèse du MER.
• Utilité du numérique
Le numérique permet de mettre l'élève en situation d'apprentissage par le jeu et /ou la découverte par lui-même.
• Quels avantage ou intérêt par rapport à un enseignement sans MITIC ? L’enseignement des Sciences, de la physique dans le cas présent, par une méthode classique frontale sur papier avec des images figées ne permet pas toujours à l'élève de s'approprier la matière.
En outre, lors des expériences réalisées lors des travaux pratiques, les choses à observer sont parfois invisibles aux yeux des élèves et les objectifs pas atteints. Par contre, depuis l'avènement d'internet et de ses multiples possibilités, la donne est clairement changée : nous pouvons identifier, montrer et faire travailler les élèves sur quelque chose qu'ils arriveront mieux à appréhender en se l'appropriant par jeu.
En mettant en perspective mon expérience de l'année passée avec des élèves de même niveau (9H) je me rends compte qu'il manquait quelque chose de plus concret permettant aux élèves d'encore mieux appréhender les objectifs de cette leçon, que ce soit de manière dynamique et visuelle. Ainsi en utilisant cette simulation, par le fait qu'ils puissent travailler par eux mêmes, les élèves peuvent maintenant voir les effets de leur manipulations respectives, de raisonner et d'en tirer des conclusions entraînant une riche mise en commun au tableau noir, à la quelle les élèves ont activement participé. les interactions sans simulation de l'année précédente étaient bien moins riches et je sentais clairement un incompréhension marquée chez certains. En référence au modèle SAMR (Substitution, Augmentation, Modification et Redéfinition), nous nous situons en Redéfinition (La technologie informatique permet de nouvelles tâches qui étaient impossibles auparavant). À cette étape, on peut considérer que les tâches scolaires communes et la technologie n’existent pas comme une finalité, mais comme un soutien pour centrer l’élève vers son apprentissage. Dans le cas présent nous rendons visible quelque chose d'invisible grâce à l'utilisation de la simulation.
• Retour après expérience
Après l'utilisation de cette simulation, nous constatons que les objectifs tels que définis pour cette leçon de travaux pratiques ont été atteints dans l'ensemble par les élèves. Il s'agira de capitaliser dessus en utilisant cette simulation au cours suivants, mais aussi en partageant le lien de la simulation avec les élèves afin qu'ils puissent s'exercer hors de l'école (smartphone, ordinateur, tablette).
• Compétences enseignantes
Ceci nécessite un travail de fond non négligeable, il s'agit identifier des simulations ainsi que de faire des choix sur celles qui seront présentées aux élèves. Ces simulations doivent aussi être parfaitement maitrisées par l’enseignant. Idéalement, ces simulations devraient être compatibles avec une utilisation sur smartphone, ordinateur, tablette, que ce soit sur Mac ou PC.Mais aussi le fait de suivre les cours MITIC permet d'élargir son horizon et niveau de connaissance, ainsi que de découvrir d'autres plateformes et sites utiles, tout en échangeant avec la responsable du module ainsi qu'aves les collègues en formation. Une compétence utile pour ce type d'utilisation de simulation en classe est l'utilisation des simulations numériques en classe sur Sqily. Nous avons choisi cette simulation car elle est simple à utiliser. Elle est permet également de rendre visible des molécules dans un gaz, ce qui est une chose abstraite pour les élèves. Elle rend visible l'invisible d'où l'utilité de cette simulation.
• Compétences nécessaires pour mener à bien l’activité
Une bonne maîtrise du programme de simulation par l'enseignant est requise pour pouvoir le présenter aux élèves. Il s'agit aussi d'identifier en amont quelques simulations supplémentaires permettant de faire de la différenciation pour les élèves plus ou moins avancés. A noter que l'enseignant se doit de maintenir une veille techno-pédagogique des sites (re)connus, mais aussi ne pas hésiter à partager et échanger avec les collègues de l'établissement s'ils ont connaissance de nouvelles simulations utiles. Penser aussi au fait que Adobe Flash Player est désactivé depuis le 1er janvier 2021 et que des solutions doivent être trouvées en remplacement.
Alignement pédagogique
•Objectifs • Objectifs disciplinaires travaillés (éléments de progression du PER), objectifs MITIC travaillés (y compris éducation aux médias), objectifs transversaux travaillés (FG / CT)
Cette leçon de travaux pratiques suit le PER, ainsi que le découpage du programme des Sciences tel que proposé par la DGEO pour une classe de 9VG.
MSN 35 – Modéliser des phénomènes naturels, techniques, sociaux ou des situations mathématiques...
En mobilisant des représentations graphiques (codes, schémas, tableaux, graphiques, ...). ...
En associant aux grandeurs observables des paramètres...
En triant, organisant et interprétant des données...
En communiquant ses résultats et en présentant des modélisations...
En dégageant une problématique et/ou en formulant des hypothèses...
MSN 36 – Analyser des phénomènes naturels et des technologies à l'aide de démarches caractéristiques des sciences expérimentales...
En formulant des hypothèses ...
En utilisant un modèle pour expliquer et/ou prévoir un phénomène naturel ou le fonctionnement d'un objet technique.
Appropriation de la modélisation de la matière comme constituée de molécules et d’atomes (éléments, espèces chimiques)
Définition de la masse (quantité de matière) et du volume (espace occupé par les molécules)
Caractérisation des états (solide, liquide, gaz) de la matière par leurs propriétés macroscopiques et représentation de ces trois états à l’aide d’un modèle décliné à l’échelle des molécules
Utilisation d’un modèle moléculaire pour interpréter, en termes d’agitation moléculaire et de liaison intermoléculaire, le changement de température et le changement d’état physique et pour donner du sens à quelques phénomènes et grandeurs physiques : température, dilatation, variation de pression des gaz, évaporation, et faire le lien avec des phénomènes atmosphériques
• Style pédagogique
La leçon comprenant deux périodes de travaux pratiques (90 minutes), visait notamment des phases d'enseignement (p.ex. présentation au beamer de la simulation, institutionnalisation à la fin de la leçon).
Mais cette leçon visait aussi et surtout l'apprentissage par les élèves lors de l'utilisation de la simulation PHET–introduction aux gaz, https://phet.colorado.edu/sims/html/gases-intro/latest/gases-intro_fr.html , ainsi que de l'utilisation de l'application Wooclap permettant aux élèves de s'évaluer de manière indépendante (https://app.wooclap.com/TNNIPH).
Au niveau du triangle pedagogique (de Houssaye) nous pouvons préciser (de manière très synthétique) les éléments suivants:
La présentation de la simulation est de l'enseignement (l'enseignant donne le sens à la tâche)
Lorsque l'élève utilise et expérimente la simulation par lui même, nous sommes en mode Apprentissage (l'élève travaille librement: il donne du sens à la tâche), il s'approprie l'outil en expérimentant seul.
lors de l'institutionnalisation (texte à trous et fiches de synthèse), nous repassons en mode enseignement (l'enseignant donne du sens à la tâche).
A noter toutefois que si les élèves remplissent le texte à trous par eux-mêmes et sans être aidés par l'enseignant, lors on pourrait considérer que ceux-.ci sont en mode apprentissage (les élèves donnent du sens à la tâche).
• Retour après expérience • Évaluation, Type d’évaluation prévue et remédiations possible
Nous avons proposé un texte a trous en utilisant l'application wooclap. Les élèves ont reçu la consigne de compléter ce texte en fonction des notions qu'ils ont apprises et expérimentées durant la leçon.
Toutefois, nous considérons avoir sous-estimé d’une part la longueur de cette tâche, mais aussi et surtout que le texte à trous présenté représentait un réel obstacle pour les élèves (difficultés de lecture, compréhension), alors que les élèves réussissaient à verbaliser par leurs propres mots et par oral ce qu’ils avaient observé en jouant avec la simulation.
En conséquence, nous avons replanifié notre leçon en tenant compte du facteur temps (suppression de certaines activités pratiques) et surtout de formaliser le remplissage du texte à trous en l’effectuant ensemble avec les élèves et les aidant en reformulant leurs propositions (préalablement notées au tableau noir).
En outre, nous avons supprimé la tâche demandant aux élèves de compléter ceci en devoir à la maison en utilisant le lien fourni (avec envoi des résultats de leur travail à distance), car ceci aurait représenté un obstacle supplémentaire lié é la difficulté de compléter un texte à trous. Afin de s'assurer que les élèves ont bien compris et acquis les connaissances visées, nous reprenons ce notions au cours suivant (révision), mais nous pouvons aussi imaginer effectuer un test formatif à la prochaine leçon et reprendre ensuite les points non acquis et représenter la simulation au beamer si besoin est. L'utilisation d'expériences pratiques ( effet des molécules d'air sur un ballon et une bouteille de PET dans une cloche à vide) permet de consolider l'apprentissage suite à l'utilisation des simulations numériques.
• Illustration des résultats ou de productions représentant ces résultats
Nous avons constaté un intérêt accru des élèves pour cette leçon. Ceci s'est traduit par une interaction pertinente accrue entre les élèves et les enseignants, avec des questions subtiles et le sentiment d'un meilleur apprentissage.
• Éducation aux médias • Prise en compte de l’éducation aux médias
Nous avons bien préparé les élèves à l'utilisation de cette simulation (présentation au beamer, puis passage auprès de chaque élève) en insistant sur le fait que les moyens d'enseignement de cette séquence (et ou expériences réalisées de manière classique aux TPs) ne rendaient pas forcément visibles les objectifs de cette leçon. Par contre le remplissage du texte a trous a représenté un second obstacle que nous aurions dû anticiper (voire le reprendre au cours suivant). Les élèves se rendent aussi compte de l'utilité de l'utilisation d'une simulation numérique, mais aussi du fait qu'elle existe librement sur le web. Bien aiguillés, cela peut aussi leur permettre aussi de chercher par eux-mêmes une autre simulation en utilisant leur smartphone, tablette ou ordinateur.
A noter qu'à cause de l'offre sub-optimale en ordinateurs et infrastructure du réseau, il n'est pas courant d'utiliser tablettes iPads et ordinateurs, ce qui rend les élèves d'autant plus assidus dans leur travail. Une simulation permet à l'élève de s'approprier la matière . L'élève peut lui-même faire l'expérience en modifiant les différents paramètres. Au contraire d'une animation qui ne permet à l'élève de tester et donc serait moins bénéfique pour les apprentissages. • Retour après expérience Les élèves se sont bien impliqués dans la leçon grâce à notre guidage dans l'utilisation de cette simulation. Ils ont pu expérimenter sans problème par eux-mêmes les effets des différents paramètres sur les gaz. Cette simulation a permis aux élèves de rendre visible les molécules et ils ont pu ainsi comprendre les expériences qui ont suivi. • Planification La planification doit prendre en compte le temps réel d'explication et d'utilisation de l'application, mais aussi de la riche mise en commun avec les élèves au tableau noir. Il nous semble tout aussi important d'insister sur l'institutionnalisation et le remplissage du texte à trou ensemble avec les élèves, en s’aidant des retours de la mise en commun ainsi que de la reformulation de ce que l’élèves verbalisent par leurs mots. En conséquence, nous avons drastiquement modifié la planification de notre leçon (cf. plus haut). Concrètement le retour d'expérience nous a permis de modifier notre planification (cf. plus haut), mais aussi de se rendre compte que l'utilisation de Wooclap et/ou d'un texte à trous prouvait représenter des obstacles supplémentaires pour les élèves. Nous en avons donc tenu compte lors de la seconde leçon en proposant un texte à trous version papier que nous avons rempli avec les élèves.
• Comment la séquence d'enseignement s’insère-t-elle dans mon programme annuel ? Comme mentionné plus haut, cette leçon est planifiée d’un point de vue pédagogique et didactique. Cette leçon suit le PER, ainsi que le découpage du programme des Sciences tel que proposé par la DGEO et pour une classe de 9VG.
• Quelle organisation dois-je prévoir ?
Identification et parfaite maitrise des simulations par l’enseignant.
Réservation d’iPads en ligne (idéalement un par élève) et à l'avance, car peu d'iPads sont disponibles dans l'établissement. Vérifier à l'avance que les tous les iPads sont chargés et fonctionnels (i.e. logiciels à jour, accès non-bloqué)!
Beamer fonctionnel : idéalement utiliser celui de l'enseignant)
Connexion wifi stable. Prévoir un plan B si le réseau est défaillant, p.ex. utilisation de la connexion réseau de l'enseignant.
Concernant Wooclap et son texte à trous, prévoir une version papier qui soit utilisable par les élèves.
•Retour après expérience Étayage : comment puis-je améliorer mon accompagnent des élèves dans cette activité ?
Afin d’améliorer ce type d’activité, il faut tout d’abord se mettre à la place de l’élève:
Je reçois une tablette avec une animation à tester. J’essaye toutes les commandes. Je monte et descend la température, je change la taille du récipient etc… je fais les choses peut-être sans vraiment réfléchir et sans comprendre les conséquences…
Pour avoir une meilleure utilisation de la simulation :
Un recadrage ou re-guidage devrait être réalisé après que l'élève ait expérimenté la simulation tout seul. Il faut aussi revenir sur les explications de l’utilisation de la simulation avec tout le monde.
Il faudrait également remettre en lien avec l’objectif de départ afin que cela fasse du sens pour eux. Dans ce cas, refaire le lien avec ce qui se passe dans les gaz. Leur demander pourquoi nous allons réaliser ces simulations.
Ensuite, leur demander de changer un paramètre à la fois et leur faire noter leurs constations : par exemple dire à un groupe d’élèves de changer que la température, un autre groupe pourrait faire varier le volume etc… Une mise en commun de leurs observations devrait être faite à la fin.
Leur faire également noter ce qu’ils ont expérimenté dans leur cahier afin qu’ils aient une trace pour pouvoir y revenir par la suite.
•Déroulement Pour la simulation Nous avons montré les fonctions de base du programme au beamer (les commandes pour la variation de température, l’ajout de molécules, la variation de pression etc…). Les élèves ont par la suite utilisé la simulation seuls. Nous sommes passés vers chacun des élèves afin de leur demander ce qu’ils avaient observé lorsqu’ils manipulaient les divers paramètres en faisant attention de bien laisser le soin à l’élève de verbaliser par ses propres mots. Nous avons essayé de faire le lien avec les expériences pratiques qui ont été faites précédemment en classe.
• Description du déroulement • Évaluation et ressenti après expérience L’utilisation de la simulation numérique a permis aux élèves de mieux intégrer les notions d’agitation thermique, de volume, et pression dans un gaz, mais aussi de se représenter concrètement les molécules de gaz. Le fait d’avoir présenté cette simulation en début de leçon, puis laissé le soin aux élèves d'expérimenter avec les différents paramètres leur a permis de mieux comprendre les expériences pratiques telles que proposées par le MER, ainsi que de faciliter l’institutionnalisation. Suite à la première leçon avec l'utilisation de la simulation, des régulations à l'aide d'exercices ont été réalisés à la leçon suivante.
Lorianne Vorlet
Christian A. Aeschlimann
