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Analyse de l'effet d'intégration d'un logiciel d'optique géométrique Khalid Ahaji, Abdelkrim El Hajjami, Lotfi Ajana, Ahmed El Mokri, Ahmed Chikhaoui Résumé Mots clés : TIC, enseignement, apprentissage, optique géométrique, logiciel, simulation, pré-test, post-test. 1. Introduction Les technologies de l'information et de la communication sont de plus en plus sollicitées dans le système éducatif marocain pour jouer un rôle de plus en plus important dans l'enseignement et l'apprentissage. Nous constatons aussi que plusieurs enseignants innovateurs conçoivent chaque année des supports multimédias qu'ils tentent d'intégrer dans leurs activités enseignantes. Cet article porte sur l'évaluation des produits multimédias en général, et particulièrement sur les produits des enseignants innovants marocains. Dans un premier temps, nous avons cherché à mener une évaluation experte ou par inspection qui utilise des critères d'évaluations prédéfinies. Ensuite, nous avons démontré que ce type d'évaluation est très utile mais insuffisant, parce qu'il génère des différences de jugement entre les experts (Ahaji K., Alem J., El Hajjami A., 2006). Ceci nous a poussé à penser à l'expérimentation du produit multimédia auprès des utilisateurs potentiels : « les apprenants ». C'est ainsi que nous sommes passé par la recherche de quelques difficultés en optique géométrique rencontrées par deux classes d'élèves de niveau baccalauréat sciences expérimentales pour ensuite arriver à ce dernier travail qui consiste à étudier l'effet de l'intégration de séquences de simulation d'optique géométrique sur l'apprentissage d'utilisateurs potentiels. 2. Cadre théorique et problématique L'évolution des technologies de l'information s'est accompagnée d'une abondance des logiciels éducatifs sous différentes formes. En sciences, elles peuvent être utilisées en cours ou en travaux pratiques, pour la prise de données et la présentation graphique en temps réel des résultats aussi bien que pour la modélisation théorique, dans des laboratoires informatisés au lycée ou chez soi sur son PC personnel éventuellement connecté par Internet (Niedderer H., 1999). Mais, plusieurs questions se posent quant à leur intégration dans l'enseignement et dans l'apprentissage des matières à savoir :
Or le développement considérable des TIC et les recherches en didactique des sciences, ont alimenté les idées des chercheurs et les ont orientés à trouver des solutions utilisant les TIC et qui peuvent résoudre certains problèmes liés à l'enseignement et à l'apprentissage des sciences physiques. L'élément déterminant, c'est la manière dont les TIC sont incorporées dans la démarche pédagogique (US Congress, 1995). Dans les sciences expérimentales d'une manière générale et les sciences physiques en particulier, l'exploration du monde physique par simulation par exemple nécessite de passer par des activités scientifiques fondées sur l'élaboration de modèles (modélisation) et sur leur utilisation. L'usage de la simulation parait comme un bon exemple d'incorporation des TIC dans la démarche pédagogique. Elle permet l'exploration du modèle en recherchant de nouvelles propriétés ou de conséquences particulières. Daniel Beaufils (1998) affirme que la simulation n'est autre que de l'expérimentation sur modèle. Les situations de recherche ou de développement où l'on s'appuie sur la simulation sont de plus en plus nombreuses. Au plan didactique, l'hypothèse est que la simulation sur ordinateur peut être le support d'activités pertinentes sur les plans scientifique et pédagogique qui, renforçant la dimension plus conceptuelle de la modélisation, apparaissent d'emblée comme complémentaires de l'expérience. Notre recherche s'inscrit dans ce cadre et a pour objectif d'évaluer l'effet de l'utilisation de séquences de simulations optiques sur l'apprentissage d'un groupe d'élèves de niveau baccalauréat sciences expérimentales. Le produit que nous allons expérimenter est un logiciel qui simule des séquences d'optique géométrique et qui a fait l'objet d'une évaluation experte (Ahaji K., El Hajjami A et al., 2005). 2.1 Description du Produit « L'Optique » Le produit « L'Optique » est un ensemble de séquences d'apprentissage présentées sous forme de diaporama « Power point » [télécharger le diaporama (fontes arabes nécessaires)]. La page d'accueil ou le sommaire, présente les six grandes parties du produit : les lentilles minces ; la construction géométrique de l'image d'un objet à travers une lentille convergente ; la construction géométrique de l'image d'un objet à travers une lentille divergente ; des exercices d'évaluation ; l'étude de quelques instruments optiques et illusions optiques. Chaque partie est liée à son contenu, l'accès est assuré par simple clic. L'ensemble des séquences sont décrites en langue arabe, langue d'enseignement des sciences physiques dans les programmes nationaux marocains. Le logiciel d'optique propose aux élèves en plus du cours des situations expérimentales où ils doivent exploiter quelques notions de base et développer démarches raisonnées, confrontations expérience-théorie et analyse de l'objet technique dans sa dimension physique. En particulier, cette analyse met en évidence la complexité des conditions à satisfaire pour réaliser une « bonne image ». Les lentilles minces En cliquant sur le titre, l'utilisateur trouve la définition de la lentille, les différents types des lentilles, leurs caractéristiques physiques et leurs représentations. - Pour définir les lentilles (convergentes ou divergentes), le produit simule deux expériences où l'élève, en cliquant peut voir un faisceau lumineux parallèle à l'axe optique et qui en traversant la lentille convergente, se regroupe dans un point, ou en traversant la lentille divergente dévie de part et d'autre et dont le prolongement des rayons divergents se rassemblent également dans un point bien défini. - Le produit présente aussi une observation dans laquelle l'élève peut comprendre le fonctionnement d'une lentille convergente, en partant du phénomène de réfraction de la lumière. La simulation d'un rayon traversant le prisme transparent montre bien les deux rayons convergents (ou divergents). D'où l'explication des représentations (modèles) des lentilles convergentes et divergentes. Les différentes utilisations des lentilles Pour expliquer les utilisations des lentilles, le concepteur du produit a simulé deux expériences où il a associé deux lentilles (système optique) : Dans une première expérience, l'élève peut comprendre comment trouver le foyer objet d'un système constitué de lentilles convergentes ; La deuxième expérience, permet à l'élève de comprendre comment trouver le foyer d'un système constitué de lentilles divergentes. Exercices d'évaluation Le produit met également à la disposition des élèves quelques exercices interactifs sous forme de QCM. Les applications à l'oeil Le produit traite un exemple pouvant aider les élèves à mieux comprendre et acquérir des compétences transversales. En effet, le produit traite le cas de l'oeil en donnant dans un premier lieu ses différentes structures, puis la trajectoire d'un rayon lumineux dans un oeil normal et enfin les différentes anomalies de l'oeil. - Une dernière partie présente quelques effets optiques ou « illusions » pour montrer aux élèves que ce que l'on voit parfois, ne reflète pas la réalité. La construction géométrique de l'image en utilisant une lentille convergente Cette figure présente les trois rayons classiques qui permettent de construire l'image d'un objet. Chaque rayon est représenté par une couleur. En bas, l'indication du passage de chaque rayon, selon qu'il passe par le centre optique, qu'il est parallèle à l'axe optique ou qu'il passe par le foyer objet. Le produit présente dans un ordre chronologique les différents constituants. En effet, la séquence a été simulée de façon à ce que chaque élément soit défini dans l'enchaînement :
Les différentes positions de l'image par rapport au foyer image objet Le produit « l'Optique », offre la possibilité aux élèves d'appréhender suivant les séquences simulées, la construction de l'image d'un objet et ce, en considérant les six cas de figures suivant :
Exemple où l'objet est situé entre la lentille et le foyer objet 2.2 Forme d'interactivité du produit La conception du produit révèle une forme d'interactivité linéaire (El Hajjami A., El Mokri A., Ajana L., Chikhaoui A., 2000) : l'apprenant n'ayant que le choix de :
2.3 L'utilisation du produit : « une vision socio-constructiviste de l'apprentissage » L'utilisation du produit par chaque élève du groupe expérimental se fait en interaction avec les élèves de son groupe. Il n'est plus un réceptacle dans lequel on déverse des connaissances, il les construit avec celles qu'il possède déjà (Maurines, L., Mayrargue, A., 2001). 3. Méthodologie Le propos de cette recherche a été de vérifier si l'intégration de séquence de simulation d'optique peut favoriser des démarches d'apprentissage spécifiques chez des élèves de niveau baccalauréat sciences expérimentales. La démarche d'apprentissage « spécifique » fait référence à une comparaison entre des pratiques pédagogiques traditionnelles (celles axées sur l'enseignement) et d'autres pratiques (celles axées sur la construction de connaissances) susceptibles de permettre une intégration significative des technologies de l'information et de la communication, Dans cette recherche, nous avons adopté un plan expérimental Pré-test/Post-test avec groupe de contrôle (parallèle, équivalent, témoin). Notre population est composée de deux groupes comprenant chacun 14 élèves âgés entre 17 et 19 ans. Au cours de l'année scolaire 2005-2006, le premier groupe ou groupe témoin a suivi le cours de l'optique géométrique dans les conditions traditionnelles. Le deuxième groupe ou groupe expérimental a suivi le cours de l'optique en utilisant un produit multimédia qui contient le cours et des simulations de quelques expériences relatives à l'optique géométrique. Le choix de ces deux groupes a été fait parmi deux classes différentes de niveaux baccalauréat sciences expérimentales, d'un établissement marocain : lycée Tabriket de la ville de Salé et en considérant le niveau de connaissances informatique des élèves. Après avoir passé l'expérimentation, nous avons invité les deux groupes à répondre aux questions du post-test (Annexe 1) que nous avons construit avec un inspecteur de la matière, quatre enseignants des sciences physiques et un didacticien des sciences. La construction du post-test a été faite en tenant compte du programme, de la langue d'enseignement, et du contenu du produit multimédia qui a été conçu par Rachi Lagridah, un enseignant innovant marocain. Les questions sous la forme de « QCM » ont porté sur (Annexe 2 : fiche pédagogique) :
Le scénario pédagogique a été réparti en trois séances de deux heures chacune. Pendant les séances du groupe expérimental, trois enseignants de physique ont participé à la réalisation de cette expérimentation : l'enseignant de la matière, le responsable du laboratoire de physique, un autre enseignant de physique. Vu le manque d'ordinateurs, nous avons réparti les élèves en groupe de quatre et de trois élèves par PC (la salle multimédia comprend quatre ordinateurs). L'enseignant tuteur a apporté un ordinateur portable pour accompagner les élèves dans leur apprentissage. Pendant chaque séquence, les élèves utilisent en groupe le logiciel en suivant les orientations de leur enseignant. Quant à nous, nous avons veillé à ce que toutes les séquences se déroulent comme il faut et nous avons essayé de ne pas influencer l'apprentissage des élèves. Nous avons également utilisé une camera vidéo pour filmer les élèves pendant leurs apprentissages et les interviews que nous avons faites à la fin avec les différents groupes. La présence des autres enseignants était nécessaire, parce qu'ils sont les garants de la réussite de cette expérimentation. En effet, ils interviennent sur l'organisation et la structuration des connaissances, ils guident et soutiennent les élèves et évitent qu'ils ne soient perdus au cours de l'utilisation du produit multimédia. Nous avons conscience du fait que notre échantillon est limité et que nous sommes pas en mesure de garantir l'équivalence des groupes avant l'action pédagogique. Ainsi, nous ne sommes ainsi pas en mesure de parvenir à des conclusions générales. Cependant, nous souhaitons attirer l'attention sur quelques résultats qui à notre avis militent en faveur de l'idée selon laquelle notre action a eu une certaine efficacité. 4. Analyse des résultats L'analyse des résultats du pré-test montre que les élèves des deux groupes, bien qu'ils aient déjà vu le cours de l'optique géométrique au niveau du collège, ont toujours des difficultés : Conceptuelles ; Géométriques ; de Modélisation et d'application des compétences acquises à des situations de la vie courante. Au post-test, nous relevons en particulier le fait suivant, relatif à la construction de l'image d'un objet AB en indiquant sa nature, son sens et sa longueur :
En comparant les résultats des deux groupes, et considérant les six cas de figures de la position de l'objet par rapport à la lentille convergente, nous constatons que les élèves du groupe Témoin ont beaucoup de difficultés quant à la détermination de la nature, du sens et de la position de l'image d'un objet AB. Les élèves du groupe témoin ont aussi des difficultés concernant la construction géométrique de l'image d'un objet AB. Dans certains cas, ces élèves même s'ils arrivent à bien tracer le schéma, n'arrivent pas à faire la bonne description de l'image. Choix de la lentille pour la correction des anomalies de l'oeil
De même, nous constatons que beaucoup d'élèves du groupe Témoin n'arrivent pas à faire la transversalité de ce qu'ils ont compris (assimilé) et l'appliquer dans un cas réel (l'exemple de correction des anomalies de l'oeil). La lecture des tableaux ci-dessus montre un fort contraste entre les élèves du groupe expérimental et ceux du groupe témoin. À la différences du groupe expérimental, les élèves du groupe témoin montrent beaucoup plus de difficultés : de nature géométrique, de correspondance et d'application des compétences acquises à d'autres situations réelles (cas de l'oeil). L'analyse des copies individuelles des élèves et la comparaison du pré-test et du post-test, révèlent beaucoup d'améliorations chez les élèves du groupe expérimental quant aux différentes difficultés enregistrées. Analyse des interviews filmées Nous avons également constaté que les élèves, ont manifesté une grande motivation à apprendre en utilisant l'outil multimédia. Après l'expérimentation, nous avons enregistré les impressions des élèves ayant répondu aux différentes questions que nous leur avons posées (Annexe 3). Ces questions, ont porté sur :
La lecture des transcriptions des différentes déclarations des élèves nous a permis de déceler les points suivants :
Conclusion L'intégration des technologies de l'information et de la communication est l'un des sujets sur lequel se penchent beaucoup de recherches en didactique en vue de produire des résultats plus reproductibles que généralisables. Nous avons montré dans ce travail en quoi cette intégration permet de mettre en place un environnement pédagogique orienté sur la construction de connaissances. Les résultats de l'expérience auxquels nous sommes arrivés sont de nature à stimuler la réflexion en cours sur les modèles d'enseignement et d'apprentissage et la réforme du système d'éducation et de formation. En outre, ce travail nous a permis de comprendre la nature de la complexité de l'évaluation des produits multimédias pédagogiques, et que la meilleure façon de s'assurer de l'intérêt pédagogique d'un logiciel est de l'expérimenter auprès des utilisateurs potentiels. Khalid Ahaji (1) (2) (1) Centre National de Rénovation éducative et d'expérimentation, Ministère de l'éducation nationale Rabat, Maroc. (2) Laboratoire « Technologies de l'Information et de la Communication pour la Formation en Sciences », École Normale Supérieure- Fès. Maroc. Bibliographie Ahaji, K., El Hajjami, A., Ajana, L., El Mokri, A., Chikhaoui, A. (2005). Étude et méthodologie d'évaluation des produits multimédias pédagogiques des enseignants innovants. Colloque REMADIS. Faculté des sciences et des technologies d'Errachidia. Laboratoire des TIFEPS/*CNREE. Article publié dans les actes du colloque. Ahaji, K., El Hajjami, A., Ajana, L., El Mokri, A, Chikhaoui, A. (2006). Études de quelques conceptions d'élèves de baccalauréat en optiques géométriques. Congrès de l'AIPU-Monastir'2006 . Article publié dans les actes du colloque. Ahaji, K., Alem, J., El Hajjami, A. (2006). Évaluation des produits multimédias pédagogiques des enseignants innovants au Maroc et la fidélité des mesures de grille.Congrès de l'AIPU-Monastir'2006. Article publié dans les actes du colloque. Beaufils, D.(1998). L'ordinateur dans l'enseignement des sciences physique. 8e Journées nationales Informatique et Pédagogie des Sciences Physiques, UdP-INRP. Bouchard, P., Laplante, L., Morin, M., Tanguay, G. (1996). Rythmes d'apprentissage et outils informatiques au primaire. Rapport. D'Hainaut, L. (1978). Concepts et méthodes de la statistique. Volume 1, Édition Labor, Bruxelles, p. 203-212. El Hajjami, A., El Mokri, A., Ajana, L., Chikhaoui, A. (2000). Approches analytiques de logiciels d'apprentissage des sciences physiques. Colloque Enseignement et Recherche en didactique des sciences « ERDS ». Article de revue. Faiq, M. (2000). Initiation à la recherche en sciences sociales (cas de l'éducation). Notes de cours. p 21-22. Godbout, P. (1991). Méthodes et techniques de recherche en sciences de l'activité physique. Notes de cours, p. 37-43. Maurines, L., Mayrargue, A. (2001). Regards croisés de l'histoire des sciences et de la didactique de la physique sur le concept d'onde. La pluridisciplinarité dans les enseignements scientifiques - Tome 1 : Histoire des sciences. Actes de l'université d'été, du 16 au 20 juillet 2001, Poitiers. Meloche, M. (2000). Évaluation des multimédias pédagogiques. Niedderer, H. (1999). Recherche et développement en didactique de la physique à l'université ; résultats et tendances. Revue Didascalia n° 14, p. 107. Réginald, G. et al. (1996). L'apport des nouvelles technologies de l'information et de la communication (NTIC) à l'apprentissage des élèves du primaire et du secondaire. Revue documentaire. US Congress (1995). Office of Technology Assessment, p. 57. Tricot, A. (2001). Interpréter les liens entre utilisabilité et utilité des documents électroniques. In M. Mojahid & J. Virbel (Eds.), Les documents électroniques, méthodes, démarches et techniques cognitives, Paris : Europia. ANNEXE 1 : Questionnaire post-test 1- Parmi les réponses suivantes, mettez une croix devant la case correcte :
2- Donnez un exemple de deux lentilles, une convergente et une divergente, et faites leur représentation physique correspondante :
3- Mettez une croix devant la réponse juste :
4- Complétez le tableau en choisissant la lentille correspondante au prisme :
5- Compléter le trajet lumineux suivant :
6- En considérant les six cas de figure suivant, tracez l'image d'un objet AB et indiquer la nature de l'image, son sens, sa longueur et sa position. (par comparaison à l'objet AB) 1er cas. L'objet se trouve à une distance très loin par rapport à la lentille :
2e cas. L'objet se trouve à une distance plus grande que 2lf :
3e cas. L'objet se trouve à la distance 2lf par rapport à la lentille :
4e cas. L'objet se trouve entre lf et 2lf :
5e cas. L'objet se trouve au foyer objet :
6e cas. L'objet se trouve entre le foyer objet et la lentille
7- Identifier le type de lentille qui permettra de corriger les anomalies de l'oeil des deux cas suivants et portez les corrections dans les schémas en dessous :
ANNEXE 2 : Fiche pédagogique du postest
ANNEXE 3 : Transcription des interviews fait avec les quatre groupes Q= Question, R= Réponse 1er groupe : Q. « En quoi est ce que ce produit vous été utile ? » Q. « La différence par rapport à la méthode traditionnelle ? » Q. « Concernant l'utilisation du produit, quelles sont les difficultés qui peuvent entraver votre compréhension ? » Q. « Avez-vous rencontré des difficultés d'ordre technique, et pensez-vous que l'utilisation de cet outil nécessite des compétences informatiques ? » 2e groupe. Q. « Qu'avez-vous appris de l'utilisation de cet outil ? » Q. « Avez-vous rencontré des difficultés ? » Q. « concernant les difficultés, est ce que vous pensez que le produit exige d'avoir des compétences informatiques ? » Q. « est-ce que vous avez trouvé des différences par rapport aux méthodes classiques ? » Q. « pendant l'apprentissage des sciences physique, préfériez-vous utiliser les TIC ? » Q. « Pouvez-vous me donner des exemples de concepts en sciences physiques qui nécessitent l'utilisation des TIC, outre que celles de l'optique géométrique ? » 3e groupe : Q. « pouvez-vous nous dire quels sont les apports de ce produit ? » Q. « Par comparaison à la méthode classique (utilisation du tableau), est ce que vous trouvez des difficultés de compréhension ou d'apprentissage ? » Q. « Concernant l'apprentissage et l'enseignement des sciences physique, est ce que vous trouvez qu'il a des concepts qui nécessitent l'utilisation des TIC pour les assimiler ? »
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