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Travaux pratiques virtuels en physique-chimie

Travaux pratiques virtuels en physique-chimie

L’année 2020 a bouleversé bon nombre de nos habitudes, notamment dans le domaine de l’enseignement. La mise en place des confinements a emmené les établissements scolaires à faire des cours à distance. Ce mode d’enseignement est sans encombre pour beaucoup de matières. Mais il existe certaines matières à caractère technico-pratiques qui nécessitent des manipulations sur des équipements didactiques dans des salles dédiées (laboratoires physique-chimie, ateliers de mécanique, d’électricité, d’électronique, art plastique, de musique).
Pour ces matières il fallait trouver des alternatives pour compenser la partie pratique des cours. En physique-chimie, il est possible d’utiliser des ateliers virtuels.
Qu’est-ce que c’est ?
Très souvent ce sont des applications ou des sites web de simulation 2D ou 3D d’une manipulation. Il est très souvent question de réaliser des manipulations en modifiant certains paramètres et observer une modification scientifiquement cohérente des résultats. Il est possible d’utiliser ces travaux pratiques (TP) virtuelles, en présentiel ou en distanciel.
Comment mettre en œuvre des travaux dirigés (TP) virtuels ?
Comme toute démarche scientifique, il y a un cheminement à suivre. On commencera par définir le principe à mettre en œuvre dans le travail pratique, ensuite définir le matériel nécessaire, élaborer le chemin ou le dessin représentant la manipulation, mettre en œuvre le protocole expérimental via l’ordinateur à disposition, relever les résultats et rédiger un compte-rendu final.
Les éléments nécessaires à la réalisation d’un travail pratique virtuel sont :
– Un ordinateur doté d’un système d’exploitation
– Un logiciel de simulation ou un site internet doté les simulateurs de manipulation. (PCCL, Proteus, Electronic Workbensh, …)
– Une connexion internet si nécessaire.
J’ai réalisé des travaux pratiques virtuels dans trois collèges sur quatre niveaux de la sixième en troisième.
Entend qu’identifiant en qualité de professeur de physique-chimie, les commanditaires de cette expérimentation étaient les élèves d’un des trois collèges où j’interviens qui n’était pas doté de laboratoire pour réaliser les travaux pratiques (TP) des cours de physiques-chimie. L’enjeu était de trouver une solution alternative pouvant compenser suffisamment cette partie de la formation. La solution valable trouvée était de réaliser des travaux pratiques virtuels qui permet d’effectuer des expériences dans un dispositif numérique tel qu’un ordinateur, une table ou un smartphone.

La réalisation de cette expérimentation prenait tout son sens dans la situation où on se trouvait pour remédier au manque de laboratoire. Et il se trouve que dans le contexte sanitaire du COVID-19 et les restrictions conséquentes, renforce la pertinence de mise en œuvre d’une telle expérimentation. La mise en place de ces travaux pratiques virtuels garantie ainsi la pérennité des activités pratique qui accompagnent les cours qui en requièrent.
En termes de cohérence de l’expérimentation, bien que disposant d’ordinateurs et de connexion internet, essentiels des moyens matériels nécessaire, il a manqué un minimum de prérequis informatique qu’une partie des apprenants ne disposaient pas.
Une bonne synergie était établie entre mes élèves et moi. Ceci favorisait une bonne coopération entre les acteurs que nous étions, qui débouchait sur une exécution de qualité des travaux pratiques virtuels. Étant donné que les acteurs en présence ici sont le professeur et ses élèves, il y règne une ambiance pleinement favorable pour atteindre les objectifs fixés
En efficacité, la réalisation des travaux pratiques virtuels atteint de manière satisfaisante les objectifs fixés en assurant une compréhension des protocoles expérimentaux des différentes manipulations. Cependant, leur mise en œuvre est privée de la perfection à cause des difficultés de certains élèves face à l’usage des outils numériques. Ce qui est remédiable à travers des formations en amont, sur l’usage des TICE.
Pour le bon conditionnement de l’efficience de l’expérimentation, l’établissement a mis à notre disposition une salle informatique dotée d’ordinateurs connectés à internet. Ces équipements étaient suffisants pour la réalisation des TP virtuels. Il va sans dire qu’il était possible, s’il fallait faire encore mieux que chaque élève ait un ordinateur.  Mais bien qu’ils soient 2 ou 3 par poste, la structuration des tâches était propice à la réalisation des TP.
Les élèves, commanditaires de cette expérimentation, était disposé a maintenir durablement cette pratique tant qu’ils n’avaient de laboratoire aménagé. Les professeurs des autres matières n’ont pas épousé l’idée par manque de retour d’expérience sur cette pratique. J’ai tout de même étendu cette pratique aux deux autres établissements où j’interviens. Bien qu’équipés de laboratoires, les élèves ont adhéré au concept et apprécié cette approche autre que celle qu’ils avaient l’habitude effectuer. Ceci a validé la reproductibilité de l’expérimentation.
Dans le cadre de la flexibilité, une fois commencé, il n’y a pas de possibilité de réorganiser le déroulement d’une séance de travaux pratiques. Parce qu’elle est préparée en amont et réalisée suivant un protocole prédéfini. Les travaux pratiques virtuels ont été également étendus aux autres établissements pour activités d’introduction aux leçons dispensées. Les élèves n’ont pas eu à prendre d’initiative, ils se sont tenus à suivre les consignes, donc pas de possibilités de redéfinir les rôles des acteurs.
En somme, la réalisation des travaux pratiques virtuels est bénéfique en cours présentiels comme en distanciels. Il faut juste que les participants disposent d’un dispositif numérique (ordinateur, tablette, smartphone) avec une connexion à internet.
Il est à souligner qu’en distanciel le professeur accompagne les élèves dans la manipulation mais ne pas intervenir dans leur manipulation. Il les oriente de manière verbale et les élèves doivent manipuler individuellement chez eux sur leur machine et atteindre les objectifs. Il n’est pas possible de faire un travail de groupe à proprement dit. Mais chaque élève est obligé de réaliser toute la manipulation seul.
Les avantages des travaux virtuels sont de plusieurs ordres :
– Financier : il n’y a pas d’atelier ni de laboratoire à équiper
– Sécurité : il n’y a pas de risque d’autant d’accident que dans un laboratoire réel
– L’implication des élèves : tous les élèves peuvent manipuler s’il y a assez de machine ou si le cours est en distanciel.
– Il est possible de faire des manipulations chez soi pour les élèves.
– Les élèves arrivent à se fonder des repères visuels les noms des équipement et matériels cités en cours théorique.
Il existe cependant des limites à ces travaux pratiques virtuels :
– En effet l’outil numérique est incontournable pour sa réalisation, en son absence il n’y pas de manipulation.
– Il faudrait que les apprenants aient des bases en informatique pour en faire un outil d’étude et non un objet d’étude pendant les travaux pratiques.
– Les manipulations virtuelles restent biaisées par le manque de « touché » des équipements concrets qui marquent plus les apprenants.
Il n’en demeure pas moins que malgré ces inconvénients, les travaux pratiques virtuels compensent suffisamment le défaut d’accès aux laboratoires et ateliers, lorsque ceux-ci sont réalisables.

brice

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