Interros en peer-corection

Copies du jour

Ça, c'est une super idée de LP, que j'ai mise à ma sauce. À chaque fin de chapitre (4 chapitres pour le cours EM1), je leur propose une interro de 2 questions sur 10 points. À la fin de l'interro (je leur laisse le temps pour que la majorité de la promo estime avoir fini ce qu'elle savait faire), je ramasse les copies, puis un des étudiants redistribue de manière plus ou moins aléatoire, ça fait partie du jeu. Ensuite je fais une correction au tableau et j'indique ce que j'attendais, et où il faut mettre les points. À la fin je récupère les copies, je les relis, je fais quelques commentaires et je récupère les notes.
La première fois il y avait une question de réflexion et un exo fait en TD chez eux (ou comment les inciter à préparer leurs TDs!), la seconde fois, c'est à dire ce matin, c'était une question qualitative largement discutée en cours, et un problème légèrement ouvert. 

Les points positifs : 

• Les étudiants ont immédiatement une rétroaction sur ce qu'ils ont compris, ou pas... Ils peuvent en temps réel me poser les questions si ils ne comprennent pas quelque chose
• En corrigeant la copie d'un autre : 
• Ils se replongent dans le raisonnement une fois de plus
• Ils apprennent à comprendre ce que veut l'examinateur, comment est construit une épreuve... 
• L'exercice a un côté ludique et récréatif qui rend moins pénible la situation d'examen pour ceux et celles qui y sont "sensible"
• Les étudiants comptent les points, ce que je déteste faire!
• Ils comprennent le côté formatif et non pas normatif de l'évaluation, ce qui les aide à devenir acteur de leur apprentissage
• Ils acceptent beaucoup plus facilement les mauvaises notes. 

Les points négatifs : 

• Lorsque je fais la correction, je ne sais pas sur quoi les étudiants ont en moyenne buté, je le découvre lors de ma deuxième correction. Il faudrait peut être que je leur demande quelles sont les erreurs de raisonnement qu'ils repèrent dans les copies qu'ils corrigent. En plus ça serait une éducation à la didactique... hum hum, je ferais ça la prochaine fois. 
• ça me prend le double de temps d'une évaluation simple, mais je pense que c'est le prix à payer pour que l'évaluation soit formative... 

2 sphères métalliques - la part du sens commun

Je n'ai pas trouvé grand chose sur les conceptions naïves des étudiants en électrostatique, mais il faut avouer que je n'ai surement pas assez cherché, la faute à pas le temps. Dans le livre de Laurence Viennot il y a bien quelques points abordés : la superposition et l'absence de champ électrique dans les diélectriques. Mais en le lisant, ça ne m'avait pas paru ultra pertinent, c'était basé sur une étude dans une seule classe avec une seule enseignante, à un seul niveau. Cet apparté étant passé, je n'avais pas l'impression d'avoir rencontré d'obstacles majeurs chez eux, hormis la recherche des symétries, mais c'est un problème plus vaste. 

Fabriquer un doublet électrostatique

Dans le cours nous avons travaillé sur comment charger une sphère métallique, comment réaliser 2 sphères métalliques portant la même charge, comment réaliser un dipôle électrique, et je crois qu'ils ont bien compris. Seulement, j'ai toujours traité l'exemple avec 2 sphères de la même taille, ben oui, pour faire un dipôle ou un doublet, c'est ce qu'il faut. Mais du coup ils n'ont pas du réfléchir au pourquoi des 2 sphères de la même taille, ils ont même pu se dire que c'était juste esthétique! 

Pour comprendre l'effet de pointe
On part de ce schéma

 Donc ce matin, quand j'ai posé en interro l'exo permettant de comprendre l'effet de pointe, où l'on donne une charge Q à une sphère que l'on a connecté à une autre sphère plus petite par un fil conducteur, au lieu de prendre comme point de départ l'égalité des potentiels, ils ont pris comme point de départ, l'égalité des charges sur chacune des 2 sphères, et bim, patatras. 

Du coup plusieurs conclusions/questionnements : 

• Est ce que cette conception était présente avant mon enseignement et je n'ai fait que l'ancrer davantage en prenant de mauvais exemples? 
• Est ce que j'ai créé cette conception avec mes exemples? 
• Est ce que présenter des contre exemples dans la première partie du cours les aiderait à mieux répondre à cet exercice?

Lois et induction en physique

Lois et inductions : 

Si l'on écoute le philosophe Héraclite qui dit "qu'on ne peut pas descendre deux fois le même fleuve", alors il n'est pas possible de faire de sciences physiques. Le physicien, lui, est à la recherche des invariants, pour établir des lois. La loi physique traduit l'expression d'une certaine régularité dans les phénomènes naturels. 

L'opération permettant de passer du "fait mesuré" (tableau de nombres) à une forme fonctionnelle est le traitement des données qui repose sur l'induction. Selon Poincaré, on ne peut se passer de l'induction : "Sans généralisation, la prévision est impossible. Les circonstances où l'on a opéré ne se reproduiront jamais tout à la fois. Le fait observé ne recommencera donc jamais ; la seule chose que l'on puisse affirmer, c'est que dans des circonstances analogues, un fait analogue se produira. Pour prévoir il faut donc au moins invoquer l'analogie, c'est à dire, généraliser. "

L'induction s'éloigne du réel, puisque il faut inférer ce qui sera pour des points non mesurés, et il faut accepter une loi qui ne passe pas réellement par tous les points mesurés : 

"il faut bien qu'on interpole ; l'expérience ne nous donne qu'un certain nombre de points isolés, il faut les réunir par un trait continu ; c'est là une véritable généralisation. [...] Ainsi on ne se borne pas à généraliser l'expérience, on la corrige." (Poincaré)

Comment choisit-on parmi plusieurs lois permettant de rendre compte des même points mesurés? Poincaré propose de choisir la plus simple des lois : "Il est clair qu'un fait quelconque peut se généraliser d'une infinité de manières, et il s'agit de choisir ; le choix ne peut être guidé que par des considérations de simplicité".

 Critique de l'induction :

"L'induction, appliquée aux sciences physiques, est toujours incertaine, parce qu'elle repose sur la croyance en un ordre général de l'univers, ordre qui est en dehors de nous." Poincaré. 

"Il est impossible d'établir la légitimité de l'induction sur des fondements absolument logiques. Le seul argument est l'efficacité des lois ainsi obtenues, mais le raisonnement est circulaire. "(Perdijon)

 De la loi à la théorie :

 Les lois de la physique rendent compte des phénomènes, permettent de faire des prédictions, mais ne permettent pas d'expliquer pourquoi les choses se passent comme ça. Comme exemples on peut citer la loi de Mariotte pour les gaz, la loi d'Ohm pour les circuits résistifs ; ces lois rendent compte des faits, mais ne répondent pas à la question pourquoi... Auguste Comte suggère, lui, de ne s'en tenir qu'au loi et aux faits, c'est à dire, de s'abstenir de proposer des théories, alors que le physicien, au contraire, considère que le connu doit être compris.

biblio : 

La formation des idées en physique, Perdijon

La science et l'hypothèse, Poincaré

Le modèle ou la modélisation?

Expérience classique pour étudier les lois de la réfraction

En sciences, on élabore des modèles qui permettent de prédire des choses dans le réel à partir d'une théorie plus générale. Ces modèles sont performants pour expliquer certains faits, mais ils ont des limites, des  domaines d'applications... 

À travers les travaux expérimentaux et les activités que l'on propose aux étudiants, il faut se demander si on les amène à apprendre des modèles ou apprendre à modéliser?

L'exemple en photo est réfléchi de manière à ne poser aucun problème de modélisation, tout a été bien choisi en amont, l'étudiant n'a plus qu'à apprendre à utiliser les lois dans le cadre de ce modèle.

Quel apport de la didactique pour un département de physique?

Hans Niedderer

En surfant sur le net, parce que je trouve que la formation que je suis est trop centrée sur le primaire-collège, je suis tombée sur une traduction de l'article de H. Niedderer : Research and development in physics didactics at university ; issues and trends par M. Méheut et A. Tiberghien. Ben c'est vraiment intéressant, et je regrette vachement de ne pas avoir lu ce document avant ma présentation d'hier!

Je vous mets le lien pour le télécharger sur didaskalia (gratuit) là.

L'auteur part du constat que : 

1. Les étudiants n'ont pas plus la vocation des sciences
2. Avec les cours classiques basés sur un modèle transmissif de l'information sont insuffisants pour permettre aux étudiants de comprendre les concepts de la physique.  

Image tirée de l'article

L'auteur défend la nécessité Nécessité d'un enseignement constructiviste innovant : 

• Parties de cours plus interactives 
• Clarification des objectifs (dans les énoncés...) 
• TP mind-on (Lunetta) : on trouve le fait peut être contre-intuitif pour l'enseignant que la plupart des étudiants, les TPs c'est chiant.

Quels sont les domaines de la didactique qui peuvent intéresser un département de physique? 

1. Recherche sur la motivation des étudiants pour étudier la physique
1. Quelles sortes de sujet, de types d'enseignement et de média sont intéressants et motivants pour les étudiants ?
2. Quelles sont les attentes des étudiants quand ils démarrent la physique à l'université ?
3. Pendant un cours spécifique de physique, qu'est-ce qui est intéressant, qu'est-ce qui est ennuyeux pour les étudiants ?
4. Quelles sont les raisons qui poussent les étudiants à quitter la physique après l'avoir étudiée quelque temps ?
2. Recherche reliée à la compréhension de la physique par des étudiants
1. Comment la compréhension des concepts de base de la physique peut-elle être améliorée?
2. Comment peut-on évaluer la compréhension des étudiants ?
3. Quels types de connaissance les étudiants ont-ils après ces cours de physique du début de l'université
4. Quelles connaissances ont-elles été acquises à partir des différents cours, selon les différentes approches?
   Il existe déjà un certain nombre d'études qui ont mesuré ces progrès, voir réf dans l'article page 8.
3. Études de processus d'apprentissage
1. Quels sont les états intermédiaires de connaissance pendant le processus d'apprentissage se déroulant lors d'un cours 
4. Recherches sur les cours magistraux
1. Quelle est la contribution des cours à la compréhension et à l'apprentissage de la physique ?
2. Quel est le point de vue des étudiants sur différents types de cours ?
3. Comment les effets de motivation des étudiants et d'apprentissage de la physique diffèrent selon différents types de cours ?
4. Quelle vision de l'apprentissage (plus active ou plus passive) les étudiants ont-ils ? Quelles sont leurs métaconnaissances sur l'apprentissage
5. Recherches concernant l'utilisation des nouvelles technologies
6. Recherches sur les travaux pratiques
1. Quels types de processus d'apprentissage se déroulent durant des TP?
2. Si des travaux pratiques spécifiques visent certains objectifs, dans quelle mesure le TP est-il efficace par rapport à ces objectifs ?

J'essaierai d'essayer de me souvenir de cet  article le jour où je devrais défendre ma place dans une université!

Grandeur et mesure : l'exemple de la masse

La balance numérique,
Un mauvais outil pour enseigner la masse

Aujourd'hui cours sur la mesure. Comprendre la différence entre grandeur et mesure : les psychologues (Piaget & co) ont montré que l'on pouvait savoir mesurer sans avoir compris ce que voulait dire la grandeur. Un exemple? Si on présente une suite d'allumettes à des enfants, et que les enfants répondent que la longueur mise bout à bout est différente selon que les allumettes sont mises en une seule ligne, ou alors en zig-zag par exemple. 

Les allumettes en ligne et en zig-zag

Les psychologues ont donc suggéré de considérer d'abord la grandeur (longueur, masse, ... ), en classant ce qui est plus ou moins long, plus ou moins lourd... Avant de la ramener à une grandeur étalon, ce qui va permettre de devenir une mesure.

Je me souviens de mon petit frère qui faisait des gâteaux au yaourt (on compare tout au volume d'un yaourt), on peut aussi voir l'exemple du quatre-quatre, ou l'on ramène tout au poids des oeufs, en utilisant non pas une balance numérique comme tout en haut, mais une balance de Roberval : 

Raisonner en physique - la part du sens commun

Lecture du WE

En didactique de la physique, on entend de manière un peu rabâchée, un peu toujours les 2 mêmes exemples d'obstacles conceptuels des enfants : la construction des images en optique et l'impetus en mécanique. 

J'ai donc emprunté le livre de Laurence Viennot qui détaille ces 2 exemples, et beaucoup d'autres. J'ai retrouvé les schémas que l'on nous avait proposé en cours de didactique et j'ai appris beaucoup de choses (voir par exemple le post sur le sténopé). 

J'ai beaucoup aimé les exemples du début, l'envie de prendre de la hauteur en ne se cantonnant pas au catalogue. Par contre j'ai trouvé que du point de vue de la physique, c'était parfois un peu creux : le bon raisonnement doit être celui là, je ne vous détaille pas comment on arrive à ce raisonnement là, et je vous montre que les élèves ne comprennent pas. Parfois les exemples sont un peu bâclés (sans connaître le cadre exact dans lequel la question est posée, on serait amenés à répondre différemment de ce qu'elle propose comme raisonnement expert) : un exemple, le cas de la compression d'un gaz. C'est dans le chapitre quasi-statique, donc on suppose une compression quasi-statique, mais elle ne dit pas si les parois sont conductrices de la chaleur ou non. Et moi, je n'ai toujours pas compris comment l'énergie cinétique des molécules augmente lors d'une transformation quasi statique. Le raisonnement est peut être simple, mais elle ne le développe pas. 

Bref, je suis contente de l'avoir lu, je pense que cet ouvrage fait partie des livres à avoir lu quand on enseigne en physique, mais ça n'est pas une bible!

Réunion avec les collègues de L1

Hier avait lieu une réunion sur la refondation du L1 à la fac, en lien avec la réforme des lycées. 2 thèmes ont été abordés : 

1. Ou comment rendre les cours et TD plus interactif
2. Les TP par projet

Moi, je devais introduire le deuxième thème. 

Bon, alors une réunion de prof de fac, c'est quand même très cliché... Et là, c'est le gratin des enseignants-chercheur qui s'impliquent en enseignement... D'ailleurs, y'avait pas un professeur des universités, uniquement des maîtres de conf.

En gros, dès que quelque chose est présenté, ou c'est classé comme nul, ou alors c'est évidemment ce que l'on fait déjà... mouais. 

Je pense que la personne qui a introduit le premier point aurait du mettre les références des études scientifiques, ça aurait été plus convaincant pour des maitres de conférence en physique. De meme il aurait du présenter des exemples à la fac. 

Pour ma part, j'ai l'impression que ce que j'ai présenté, sans ambition, a plu et n'a pas trop clivé. Les gens ne se sont pas trop senti remis frontalement en cause, et du coup j'ai l'impression que ça a des chances de prendre! Ils ont beaucoup aimé la présentation de l'échelle de Schab-Herrin que j'avais empruntée à une présentation de JY Carriou qui caractérise le degré de démarche scientifique d'un TP.

Les didacticiens se battent encore pour décrire ce qu'est une activité de recherche, pour mettre des critères, mais je pense que le point n'était pas là... 

L'idée que j'ai défendue est que c'est une histoire continue d'un curseur que l'on pourrait déplacer à différents moments du TP. Par exemple, on peut avoir des moments guidés et des moments où l'étudiant doit prendre plus d'initiatives.

Par contre ce matin, je ne suis plus totalement d'accord, je pense que le point le plus important pour avoir de la vraie démarche expérimentale, c'est que l'énoncé ne soit pas prescriptif. Par exemple, si c'est juste laisser du temps aux étudiants pour qu'à la fin ils doivent tous avoir le même protocole, ben je pense qu'on est encore loin du principe même de la démarche de projet...

Le sténopé - histoire d'un abandon

Camera oscura

Le sténopé, ou chambre noire, ou encore camera oscura, est l'ancêtre de l'appareil photo. C'est un dispositif extrêmement simple, facile à construire, basé sur le seul principe de proe principe de son fonctionnement. Laurence Viennot spagation de la lumière en ligne droite en l'absence de changement de milieu et il a disparu des programmes... mais pourquoi diantre? 

Dans mes lectures préparatoires au cours d'optique j'avais appris qu'un obstacle conceptuel fréquent chez les enfants concernant la formation des images était le concept d'image voyageuse, de persona : l'image se propage en se contractant ou en se dilatant entre l'objet et l’œil. L'une des situations problèmes adaptées pour faire évoluer les connaissances de l'apprenant, c'est l'image de mickey et de la demi lentille. Il s'agit d'un obstacle substantiel comme on l'a défini dans un post précédent.

Ce que je n'avais pas compris, c'est que dans ce problème, il y a aussi la notion d'image, qu'est ce qu'une image en optique : c'est un ensemble de rayons lumineux qui se croisent (réellement ou fictivement ) quelque part. Et cette notion d'image est très dure à construire chez l'apprenant, elle passe par l'utilisation de systèmes rigoureux, avant d'introduire ensuite la notion d'aberrations. 

Dans le cas du sténopé, on ne construit pas une image au sens de l'optique, mais on voit une image au sens courant du terme. Le fait que les étudiants ne sachent pas expliquer ce qui va se passer si on augmente ou si l'on réduit l'ouverture du sténopé prouve qu'ils n'ont pas compris le principe de cette expérience.

Laurence Viennot suggère donc de ne pas utiliser cette expérience comme expérience introductive, mais à la rigueur comme une expérience de synthèse. En faisant bien attention à tracer des pinceaux lumineux partant de chaque point dont on va faire la pseudo-image.

Je ferai donc attention l'an prochain quand je traiterai de cette expérience dans mon cours d'optique1.

Substantialisation et synthèse additive des couleurs

Quand la lumière est comprise comme la matière

Ce WE j'ai lu le livre de Laurence Viennot : Raisonner en physique, la part du sens commun. Dans ce livre l'auteure décrit comment le sens commun est souvent un obstacle pour la compréhension de la physique de niveau lycée. Plutôt que de faire un catalogue abscons des différents obstacles répertoriés dans la littérature (ce qui à mon niveau me paraissait déjà très intéressant), elle regroupe les obstacles selon leur nature. 

Un dénominateur commun à un certain nombre d'obstacles est la substantialisation. C'est à dire le fait de donner corps, substance et existence matérielle à ce qui n'en a pas, comme la chaleur qui s'écoulerait et se transmettrait d'un corps à l'autre, le rayon lumineux que l'on peut voir depuis le côté, la couleur de la lumière... 

La couleur de la lumière? 

Je n'ai jamais vu cet obstacle à l’œuvre, mais je n'ai jamais enseigné la synthèse additive des couleurs. D'après les études de didactique, le sens commun fait dire à des enfants (des adultes aussi?) que si on fait se croiser 2 faisceaux laser rouge et vert, et bien les faisceaux laser changeront de couleur après leur croisement, comme le feraient 2 encres. La couleur de l'un a en quelque sorte salit l'autre.

L'enfant attribue là une substance à ce qui n'en a pas, à savoir la couleur d'un faisceau lumineux.

C'est un exemple parmi d'autres du phénomène de substantialisation des concepts, pour mieux les appréhender. Le sens commun fait alors obstacle à la compréhension de la théorie de la synthèse additive des couleurs.

Théorie des situations didactiques - un résumé enfin!

Dans cet article, Brousseau est, selon moi, amené à :

1. Définir la notion de milieu et de contrat didactique.
   
   L'enseignement n'est pas le fruit de la simple relation élève-enseignant et de leurs connaissances respectives, il faut aussi prendre en compte : 
   1. le milieu (ce qui est autre que l'enseignant et l'élève, milieu effectif, connaissances antérieures...)  
   2. le contrat didactique (les règles du jeu implicites de la relation élève enseignant). 
    
2. Étudier les situations d'enseignement en : 
1. Nommant et décrivant les différents types de situation d'enseignement
1. Situations de diffusion de connaissances sans contrat didactique
2. Contrats faiblement didactiques portant sur un savoir nouveau
3. Stratégies fortement didactiques portant sur un savoir nouveau
4. Contrats basés sur la transformation des savoirs anciens
   
2. Dénonçant certains effets pervers du contrat didactique
1. Âge du capitaine, effet Topaze...
   
3. Construire des situations adidactiques
   
   dans lesquelles l'élève apprend au contact du milieu adidactique, dans une perspective constructiviste. Dans un tel contexte, l'élève construit son savoir sans connaître a priori le savoir qu'il doit construire en dépassant les obstacles épistémologiques constitués par ses connaissances anciennes (paradoxe du contrat didactique)
   L'auteur définit les différents moments d'une séquence d'enseignement adidactique :
1. La dévolution
2. Situation d'action
3. Situation de formulation
4. Situation de preuve
5. Phase d'institutionnalisation

Peer instruction - Eric Mazur

C'est AT qui m'a parlé de ce prof de Harvard qu'elle a rencontré en colloque et qu'elle avait trouvé passionnant.
En cherchant sur youtube, j'ai trouvé cette vidéo d'une conférence sur la façon dont cet enseignant a été amené à repenser son enseignement dans le supérieur. C'est passionnant évidemment, sa solution ressemble un peu aux cours que j'avais adoré en prépa agreg sur le magnétisme!

Derek bok center for teaching and learning

Van de Graaf, mise en route!

Notre Van de Graaf et son plumeau

Il y a quelques mois j'ai commandé pour les manips de cours un van de Graaf de démonstration chez Jeulin, je l'ai reçu un peu avant Noël, et j'ai commencé à jouer avec... Grosse déception, ça marchait pas du tout.... bouhhh!

Pour une description du van de Graaf et des trucs fun qu'on peut faire avec, voir par exemple cette vidéo :

http://www.youtube.com/watch?v=EsZQS2GOMQE

Mais la vidéo qui m'a aidé à connaître mon ami pour jouer avec le VdG, c'est celle du national stem centre :
Vidéo d'explication du VdG


Je vous présente mon nouvel ami :

Le sèche cheveux de salon

J'ai donc laissé tourné le van de Graaf 5 minutes à petite vitesse avec le chauffage à fond à une vingtaine de centimètres, et miracle, les cheveux du plumeau ont commencé à s'éloigner les uns de autres... Oh yeah!!

En mettant le chauffage contre les faux cheveux, on a encore progressé...

En résumé :

1. Régler les balais à 1 ou 2mm de la courroie
2. Bien sécher la courroie (et le plumeau ou..) avec un chauffage ou mieux avec un sèche cheveux
3. Connecter la base du Van de Graaf (prise à laquelle on connecte la sphère de déchargement ) à la Terre, c'est à dire à un objet métallique en contact avec le sol.

Et avec tout ça ça devrait être bon! Nous il nous reste un pépin : pourquoi ça accumule moins de charges quand ça tourne plus vite? That's the question!