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Séminaire national «Le numérique pour l’enseignement des sciences et de la technologie au collège et au lycée»

Les 28 e 29 mars 2018 s’est tenu un séminaire national co-organisé par les trois inspections générales de Sciences Physiques-Chimie (SPC), Sciences de la Vie et de la Terre (SVT), et Sciences et Techniques Industrielles (STI).

L’enseignement des sciences et de la technologie au collège et au lycée intègre depuis longtemps, dans ses méthodes comme dans ses contenus, le développement de la science informatique, des techniques et des outils numériques.

Ce séminaire interdisciplinaire se proposait de faire le point sur ces usages, sur leurs intérêts didactiques et sur les perspectives offertes par les évolutions récentes des matériels et des algorithmes. Conférences plénières et ateliers en groupes restreints ont permis aux participants des trois disciplines concernées de comparer et d’enrichir leurs approches ainsi que de renforcer leurs convergences sur ces questions. L’article propose un court résumé de chacune des conférences, et fait un focus sur le premier atelier, auquel ont largement contribué des enseignants STI de l’académie de Paris.

Les conférences

Que peut apporter la pensée informatique à l’enseignement des sciences et de la technologie au collège et au lycée ?

Intervenant : Gilles Dowek, chercheur à l’INRIA et professeur à l’ENS Paris-Saclay

Comme toutes les révolutions scientifiques et techniques, la révolution informatique s'accompagne de nouvelles manières de penser. Gilles Dowek détaille quelques-unes de ces nouvelles manières de poser des questions et d'y répondre et explore la manière dont, à travers l'ensemble des enseignements du collège et du lycée, cette pensée informatique peut s'enseigner.

Gilles Dowek a participé à la rédaction du rapport de l'Académie des Sciences L'enseignement de l'informatique - Il est urgent de ne plus attendre. : https://goo.gl/UPTHr9

La simulation dans les activités expérimentales en classe

Intervenant : Patricia Marzin-Janvier, Maître de conférences en didactique de la biologie, à l’Université Grenoble-Alpes

La présentation de Patricia Marzin-Janvier apporte un éclairage de la recherche en éducation sur les conditions de l’utilisation d’outils de simulation pour l’apprentissage et l’enseignement des sciences. En effet il est depuis longtemps possible de modéliser informatiquement un grand nombre de phénomènes scientifiques pour valider des hypothèses et pour élaborer des lois et des théories scientifiques. Des environnements informatiques, des modèles, des animations, des bases de données sont proposés aux enseignants et aux élèves dans le but de les aider à visualiser et à appréhender des objets et des phénomènes difficilement accessibles concrètement ou pour permettre aux élèves d’éprouver leurs idées par des expérimentations virtuelles. L’usage de la simulation est préconisé par les instructions officielles et par les programmes de l’Éducation nationale. Par ailleurs de nombreux chercheurs étudient depuis le milieu des années 80 l’apport de ces outils pour l’apprentissage et l’enseignement. Ces travaux montrent que l’utilisation de la simulation dans l’enseignement a un intérêt, mais à certaines conditions qu’elle précise. Elle commence par présenter les différents types de simulation qui sont utilisés dans l’enseignement des sciences, puis comment ces outils évoluent avec l’innovation technologique. Elle montre également les différents usages et rôles su’ils peuvent jouer dans les apprentissages et dans quelles conditions. Puis elle montre comment la plateforme numérique LabBook (labbok.imag.fr) peut apporter des solutions pour prendre en charge certaines difficultés d’élèves quand ils utilisent des outils de simulation.

Patricia Marzin-Janvier a récemment cordonné le numéro 12 de la revue recherche en didactique des sciences et des technologies et a publié un article intitulé « Pourquoi faire des activités pratiques en sciences ? » dans les Cahiers Pédagogiques : https://goo.gl/SVmDEc

Comment réinventer les travaux pratiques avec des outils numériques bas coût ?

Intervenant : Julien Bobroff, professeur à l'Université Paris-Sud et chercheur au Laboratoire de Physique des Solides.

Julien Bobroff développe à l'Université Paris-Sud de nouvelles formes de travaux pratiques, les "open TPs", qui se basent sur les technologies Arduino. Ici, les cartes Arduino sont utilisées comme des "couteaux suisses" peu chers, nomades et versatiles, pour mesurer et contrôler une large gamme de phénomènes. Mais surtout, ces cartes sont un prétexte pour renouveler le format du TP en le rendant plus créatif, plus ouvert, plus proche d'un projet ou d'une recherche que de la simple reproduction d'une expérience déjà connue.

Learning Analytics : les données collectées sur l'apprentissage peuvent-elles aider  enseignants et  élèves ?

Intervenant : Anne Boyer, professeur en informatique à l'Université de Lorraine

Ecoles, collèges et lycées collectent des données et des informations nombreuses et variées sur leurs élèves, que ce soit notamment lors des conseils de classe, lors du suivi régulier via les espaces numériques de travail (cahier de texte électronique par exemple, interactions avec des dispositifs nomades comme les tablettes) ou dans les environnements numériques d’apprentissage. En effet, la généralisation de l’usage du numérique dans l'éducation conjointement à l’apparition de technologies Big Data permet la constitution et par conséquent l’exploitation de corpus massifs de données sur les profils et les comportements des apprenants, dans un objectif d’amélioration de la qualité de la formation, d’une meilleure efficience, d’une acquisition facilitée et d’une rétention accrue des connaissances. : c'est là l'objectif essentiel des Learning Analytics (LA). La présentation commence par définir le domaine des LA avant d'illustrer sur quelques exemples leurs apports à l'enseignement. 

Anne Boyer est responsable d'une équipe de recherche, KIWI (Knowledge, Information & Web Intelligence), au sein du laboratoire LORIA (www.loria.fr). Les travaux de recherche de l'équipe KIWI, situés dans le domaine de l'intelligence artificielle, concernent essentiellement la modélisation prédictive ou prescriptive par analyse automatique des traces numériques laissées par les utilisateurs

Humanités numériques pour interroger, inspirer les pratiques en sciences et en technologie et les  faire évoluer

Intervenant : Elie Allouche, chef de projet à la Mission d’incubation de projets numériques, Numéri'Lab à la Direction du Numérique pour l’Education, Service du développement du numérique éducatif.

Quelle que soit la discipline d’origine, en quoi devient-il nécessaire aujourd’hui de travailler ensemble sur les implications épistémologiques et didactiques de l’environnement numérique (qui ne se limite ni à la seule science informatique ni à une addition d’outils), devenu le milieu de construction et de diffusion des savoirs ?

A partir du champ interdisciplinaire des humanités numériques, porté originairement par les lettres et les sciences humaines et sociales, cette intervention invite à engager ou à poursuivre une réflexion commune sur les mutations des savoirs et des pratiques pédagogiques à l’ère numérique

Ellie Allouche a écrit en 2016 Le tournant des humanités numériques dans l’éducation : enjeux, repères et chantiers : https://goo.gl/fCN6eH

Ateliers

Cinq ateliers ont été co-animés par les trois disciplines autour des 5 thématiques suivantes :

Thème 1 : Du concret au monde virtuel, quelles expériences ? Expérimentations et modèles numériques ; mesures et numérique ; réalité augmentée

Thème 2 : Les apports de la pensée algorithmique en sciences et technologie ; représentations symboliques et algorithmique

Thème 3 : Pensée critique sur la numérisation des données en démarche expérimentale ; quantification et échantillonnage (limite des mesures, accès à l’erreur) ; capteurs, mesures, erreurs    

Thème 4 : Différenciation pédagogique et « adaptive learning » par le numérique ; utilisation des banques de ressources numériques ; les TraAM

Thème 5 : Les nouveaux équipements de communication dans et hors la classe ; législation – RGPD – données personnelles des élèves, gestionnaire d’accès aux ressources ; avec les outils personnels, nouvelles pratiques pédagogiques pour quels enseignements ?

 

En particulier pour le Thème 1, trois enseignants de l’académie de Paris sont intervenus. L’inspection STI renouvelle ses remerciements pour leur investissement.

  • Sylvain LIEPCHITZ, enseignant au lycée Jean-Baptiste SAY est intervenu afin de montrer les possibilités offertes par un logiciel de modélisation multi-physique. Il montre comment le logiciel Matlab/Simulink peut être utilisé dans la démarche d’ingénieur. Il ouvre également des possibilités sur le pilotage par diagramme d’états d’une partie opérative simulée.

Réalité virtuelle - Seminaire
Intervention de S. LIEPCHITZ au séminaire

Réalité virtuelle - Modele ouvre portail
Exemple de modèle multi-physique d'un mécanisme d'ouvre-portail

 

  • Fabrice LASNE, enseignant au lycée DIDEROT a montré l’usage de la Réalité Virtuelle dans l’enseignement des Sciences de l’Ingénieur. A partir d’un système automatisé de production, il montre comment un élève peut interagir dans un environnement immersif. L’usage d’un prototype virtuel permet de valider des choix de conception et s’avère donc performant dans un contexte de démarche de projet. Fabrice LASNE expérimente actuellement ces nouvelles technologies avec des étudiants de BTS CRSA.

Elève en interaction dans un environnement numérique                          F. LASNE en démonstration au séminaire
Réalité virtuelle - EleveRéalité virtuelle - Démontration

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  • Jean-Luc TAMEN, enseignant au collège Claude CHAPPE a montré l’usage de la Réalité Augmentée qu’il met en œuvre avec des élèves de 5ème. Il utilise la Réalité Augmentée dans une séquence ayant pour thème « Aménager la partie détente d’une salle d’étude ». Les élèves sont amenés à proposer plusieurs modèles de mobilier dans Google Sketchup, puis à l’aide de l’application Augment ils peuvent visualiser la maquette virtuelle du meuble conçu dans le contexte de l’environnement réel, et ainsi valider leurs choix de conception.

Modèle de meuble                       Rendu du modéle en RA              JL TAMEN en pleine explication
Réalité virtuelle - MeubleRéalité virtuelle - Rendu du meubleRéalité virtuelle - Explication