Impact des simulateurs informatiques
dans l'enseignement de sciences physiques

Khalid Mahdi, Anas Sofi, Mohamed Laafou,
Rachid Janati-Idrissi et Mourad Madrane
 

Résumé
Ce travail a pour objet d'étudier l'impact de l'intégration et l'utilisation pédagogique des logiciels de simulation informatique sur le processus éducatif, d'enseignement et d'apprentissage. Pour ce faire, on a délivré en ligne un questionnaire à plus de deux cents enseignants de sciences physiques qui vise à montrer dans quelle mesure les simulateurs informatiques auraient des effets positifs sur l'apprentissage des phénomènes physiques.

L'analyse des résultats obtenus nous a montré que l'utilisation des logiciels de simulation informatique en classe permet aux enseignants de combler le manque des travaux pratiques et d'améliorer la qualité de l'enseignement des sciences physiques.

Mots-clés : simulateur informatique, sciences physiques, enseignement.

Introduction

   L'apparition des technologies de l'information et de la communication (TIC) et leur intégration dans la pratique pédagogique dans le monde de l'éducation nous ont offert des opportunités technologiques pour améliorer et favoriser l'apprentissage, mais ils nous mettent aussi en face des défis de l'élaboration et l'intégration pédagogique des simulateurs (ou des animations) dans le processus d'enseignement-apprentissage. Cette intégration des simulations dans l'espace éducatif peut activer de multiples compétences chez les apprenants en sciences comme observer, mesurer, prédire, contrôler des variables, formuler des hypothèses et interpréter des résultats (Droui & El Hajjami, 2014).

   Notre objectif dans ce travail est d'étudier la possibilité de bénéficier des avantages des simulateurs informatiques dans l'enseignement afin de surmonter les problèmes liées à la complexité de la réalisation des travaux pratiques, et par conséquent simplifier la concrétisation des phénomènes physiques chez les lycéens par l'intégration des simulateurs dans leurs pratiques pédagogiques.

1. Problématique et Cadre théorique

   L'enseignement de toute discipline a pour but de transmettre des savoirs spécifiques. Le caractère expérimental de la science physique est très rigoureux, il lui accorde une place particulière. À ce titre, elle doit être enseignée à partir de l'observation des expériences qui sont conçues aussi comme un moyen de preuve, de compréhension et de validation des lois (Slaïmia, 2014).

   Au Maroc, 68 % des enseignants ne réalisent que moins de 50 % des expériences programmées dans le manuel scolaire, ce manque d'activités expérimentales est dû, suivant la même étude, au manque de matériel scientifique au sein des laboratoires (Chekour, Laafou & Janati-Idrissi, 2015), ce manque d'activités expérimentales est la principale cause de l'introduction de fausses représentations chez les apprenants (Houssaini, Hassouni, Echalfi & Ziali, 2014).

   Dans cette situation, les simulations constituent une alternative pour les élèves afin qu'ils puissent refaire les expériences réalisées par l'enseignant ou bien de simuler les expériences non faites à cause du manque de matériel dans les lycées marocains. Aussi la simulation fournit-elle aux élèves l'opportunité d'observer une expérience réelle et d'interagir avec elle, de faire des expériences virtuelles, de les contrôler, d'examiner de nouveaux modèles et d'améliorer leur compréhension intuitive des phénomènes complexes. On peut donc on peut considérer la simulation informatique comme une expérience concrète de second genre (Varenne, 2003). D'un autre côté, la compétence des enseignants de sciences physiques dans les logiciels de simulation est inférieure à 1 %, (Mahdi, Laafou & Janati-Idrissi, 2015), et la plupart d'entre eux désirent poursuivre une formation concernant l'intégration pédagogique des TIC dans la pratique éducative (Mahdi, Chekour, Laafou et al., 2014) afin qu'ils puissent utiliser les simulateurs informatiques d'une manière quotidienne dans leurs activités scolaires.

2. Méthodologie

   Afin de satisfaire le besoin des enseignants de sciences physiques en formation continue sur les simulateurs informatiques dû à l'absence de formation continue des enseignants de sciences physiques (Mahdi, Chekour & Laafou, 2014), on a d'abord commencé par une formation à distance concernant la conception et l'utilisation pédagogique des simulateurs informatiques, et ensuite, on a implémenté l'utilisation des simulateurs informatiques dans la pratique de ces enseignants.

   Les élèves sont regroupés par équipes de trois personnes, ils travaillent ensemble en utilisant des simulateurs informatiques adéquats afin de résoudre des problèmes proposés par leur enseignant, des problèmes pour lesquels ils n'ont reçu aucune information particulière, de façon à faire des apprentissages de contenu et de savoir-faire, à découvrir des notions nouvelles d'une manière active en y étant poussés par les nécessités du problème soumis.

   Cette étude a tenté d'explorer l'impact des simulateurs informatiques qu'on a conçus en collaboration avec cinq enseignants de sciences physiques selon leurs besoins en compréhension conceptuelle de quelque phénomène physique.

3. Analyse des résultats du questionnaire

   Dans cette partie nous présentons les résultats d'une étude menée au mois d'octobre 2016 auprès de 16 classes du secondaire appartenant à 5 établissements différents de l'académie régionale d'éducation et de formation Tanger-Tétouan-Al Hoceima.

   Les 552 élèves du tronc commun science qui ont participé aux pratiques de l'utilisation des simulateurs informatiques ont remplis un questionnaire anonyme qui à pour but de tester l'impact des ces travaux pratiques sur eux.

   Les données issues de cette étude sont analysées en utilisant le logiciel Microsoft Excel 2007 montre que :

• La majorité des élèves (86 %) croient que la simulation leur permet de visualiser en temps réel le résultat du phénomène.

• La figure1 montre que 78 % des participants déclarent leur satisfaction pour l'utilisation des simulations informatiques en classe de sciences physiques.

• 75 % des participants déclarent que les simulateurs informatiques leur permettent de manipuler et contrôler des variables et des concepts d'une manière simple.

• 63 % des élèves confirment que les simulateurs permettent de formuler et vérifier leurs hypothèses.

• 66 % des participants supposent que les simulations permettent d'interpréter mieux les phénomènes étudiés.

• 67 % des participants disent que la simulation leur a offert la possibilité de modifier rapidement les données entrées en cas d'erreur.

• 53 % des élèves croient que la simulation leur permet de faire une investigation pour explorer les lois souhaitées.

   Par ailleurs, un autre questionnaire à été délivré à leurs enseignants de sciences physiques qui ont participé à l'événement. Ils ont confirmé notre hypothèse selon laquelle le fait d'intégrer des logiciels de simulation d'une manière pédagogique a motivé leurs élèves d'une manière exceptionnelle en manipulant le logiciel de simulation et en faisant varier leurs paramètres d'une façon très simple.

Conclusion

   Au terme de cette étude, on peut dire que toute intégration de logiciels informatiques doit être précédée d'une formation techno-pédagogique des enseignants de sciences, afin qu'ils puissent manipuler confortablement ces logiciels et les intégrer dans leurs pratiques pédagogiques.

   En qui concerne les élèves, on peut dire que l'intégration pédagogique des simulateurs informatiques dans les salles de travaux pratiques comme outil d'expérimentation a motivé les élèves du tronc commun sciences pour mieux acquérir et concrétiser les phénomènes physiques. En effet, la simulation informatique peut remplacer les expériences non réalisées à cause du manque ou l'absence du matériel scientifique.

Khalid Mahdi
khalidmahd@gmail.com
Anas Sofi
Mohamed Laafou
Rachid Janati-Idrissi
Mourad Madrane

Laboratoire Interdisciplinaire de Recherche en Ingénierie Pédagogique,
École Normale Supérieure de Tétouan, Maroc.

Références

Chekour, M., Laafou, M. & Janati-Idrissi, R. (2015). Les facteurs influençant l'acquisition des concepts en électricité. Cas des lycéens marocains. Adjectif. Consulté à l'adresse
http://www.adjectif.net/spip/spip.php?article354

Droui, M. & El Hajjami, A. (2014). Simulations informatiques en enseignement des sciences : apports et limites. EpiNet, (164). Consulté à l'adresse
http://www.epi.asso.fr/revue/articles/a1404e.htm

Houssaini, W. I., Hassouni, T., Echalfi, F. & Ziali, F. (2014). Importance des expériences dans l'enseignement et l'apprentissage du système nerveux au collège : étude de cas. European Scientific Journal, ESJ, 10(28). Consulté à l'adresse
http://eujournal.org/index.php/esj/article/view/4392

Mahdi, K., Chekour, M. & Laafou, M. (2014). Distance training for physics teachers in education sciences: flexible and efficient. International Journal of Scientific & Engineering Research, 5(1), p. 7780.

Mahdi, K., Chekour, M., Laafou, M., Idriss, A., Janati, R. & Madrane, M. (2014). The generalization of using the ICT in the work of the physics teachers in Moroccan schools: Obstacle of training courses and solutions. International Journal of Innovation and Applied Studies, 9(2), 829.

Mahdi, K., Laafou, M. & Janati-Idrissi, R. (2015). Qualifications of Physics Teachers in ICT to Integrate the Use of ICT in Moroccan Physics Schools: Obstacles and Solutions. Journal of Educational and Social Research, 5(1), 177.

Slaïmia, M. M. (2014, février 13). L'image de l'activité scientifique au travers de l'histoire de la dioptrique : élaboration et expérimentation d'une séquence d'enseignement pour la classe de seconde; rapport des enseignants tunisiens à l'enseignement des sciences et à l'innovation (phdthesis). Université Paris Sud - Paris XI. Consulté à l'adresse
https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00978508/document

Varenne, F. (2003). La Simulation Conçue Comme Expérience Concrète. In J.-P. Müller (Éd.), Le statut épistémologique de la simulation. Éditions de l'ENST.

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