Ressources unisciel : maths pour les sciences

Image tirée du diaporama : mathématiques pour la physique

L'enseignement des maths pour les sciences est un enjeu pour la réussite des étudiants qui arrivent à l'université ou en classes préparatoires. Calcul, géométrie, nombres complexes... Autant de sujets vus avant le bac mais qui ne sont pas maîtrisé par la majorité des étudiants arrivant dans le supérieur, surtout dans des contextes différents de celui du cours de maths. Et ces lacunes sont d'autant plus problématiques qu'elles sont corrélées à l'échec en fin de première année de licence. 

Dans ce billet, je liste les différentes ressources d'unisciel qui peuvent être utilisées pour faire de la remédiation en "maths pour les sciences".

• Pour commencer, des ressources de maths de L1 conçu par l'université Lille1 (cours, exos de maths, corrigés d'exos en vidéo) avec la chaîne Youtube Exo7 ainsi que le site associé : http://exo7.emath.fr/.
  C'est fait par des matheux et donc rarement en contexte de maths pour les sciences. 
• Un cours en ligne de maths pour la physique fait par l'université de Nancy : http://uel.unisciel.fr/physique/outils_nancy/outils_nancy/co/outils_nancy.html
  Style un peu vieillot mais pas mal de notions abordées avec souvent quelques exerciseurs. 
• Un ensemble de ressources de maths de niveau TS conçu par l'université de Bordeaux : http://www.unisciel.fr/ramses/
  Des capsules au look assez vieillot, mais avec du contenu qui peut être intéressant, et quelques exercices corrigé. 
• Un ensemble de question de maths pour la physique construit par l'insa de Lyon. Pour le moment ces ressources ne sont pas diffusées mais elles seront très bientôt disponibles dans la banque de positionnement d'unisciel : http://pos.unisciel.fr/ . 

La théorie de l'embarquement

Grâce à Twitter et à @FarbodSaraf j'ai découvert cette animation sur : "comment embarquer les passagers d'un vol le plus rapidement possible?". Et là, je suis en train d'attendre dans un aéroport, donc l'occasion se prête très bien à la rédaction de ce petit billet...

Remplir la cabine en commençant par le fond

D'un point de vue théorique, il parait tout à fait logique de faire rentrer d'abord les passagers du fond de l'avion, puis ceux du milieu, et enfin ceux des premières rangées. Tout à fait logique et c'est d'ailleurs ce que font de nombreuses compagnies. Oui mais... ça donne quoi en pratique?

Temps d'embarquement en fonction de la méthode choisie

Et bien le test a été fait, et en fait, l'expérience montre que c'est la méthode la plus longue pour embarquer les voyageurs! Au delà des considérations commerciales pour lesquelles les compagnies peuvent continuer à faire embarquer leurs passagers ainsi, cet exemple montre qu'il est impossible de savoir si une théorie décrit et prédit correctement ce qu'il se passe "en vrai" tant qu'une expérience n'a pas été réalisée!

Référence : http://mythresults.com/airplane-boarding 

Le chercheur et son article

Je voulais partager avec vous une chouette vidéo que j'utilise en formation avec des étudiants scientifiques et avec des étudiants non-scientifiques pour faire vivre le processus de publication d'un article de sciences. L'idée est aussi/surtout de montrer le fonctionnement du peer-reviewing dans la publication des articles scientifiques...
 

Le chercheur et son article: une aventure en trois actes from La physique autrement on Vimeo.

Toutes les explications ne sont pas scientifiques

Un de ces soirs, j'étais avec une amie qui me racontait une histoire d'arbre. Elle me dit que quand on coupe les branches ça fait je-ne-sais-plus-quoi aux racines et que du coup ça améliore le sol. J'avoue que je ne comprenais pas tout. Pour elle, c'était un exemple de sciences, pour ma part, je n'en étais pas convaincue. Enfin, peut-être, ou peut-être pas. Avec ses explications, je n'étais pas capable de juger.

Elle a été très surprise : "si ça c'est pas des sciences, c'est quoi alors les sciences?".

Sur le coup j'ai pas compris. Après quelques jours, je crois que je comprends un peu mieux : à l'école les sciences ce sont des descriptions (on met des noms sur des choses) ou des explications (on nous explique comment ça marche). Et pour réussir à l'école, il faut croire ce que le prof de sciences raconte, même si ça ne semble pas toujours très logique ou très intuitif.

Une activité de sciences au collège

À ce compte là, cette histoire d'arbre, c'est autant des sciences que ce qu'on apprend en classe de physique!

Bah c'est quoi la différence alors? La différence réside dans la justification de ce que l'on raconte. En sciences il faut une cohérence interne (que ça soit logique), une cohérence externe (que ça soit cohérent avec les expériences) et qu'il y ait un consensus parmi les experts. Quand je suis élève je ne vois pas tout ce processus, l'administration a choisi des savoirs pour moi et je dois la croire sur parole. C'est surement plus pratique pour apprendre la théorie de l'atome, mais peut-être que comme le propose Osborne, on pourrait plus souvent insister sur la justification des savoirs que l'on enseigne en les comparant, par exemple, à des théories alternatives.

La durée de vie des neutrons

Illustration de l'article

Bonne surprise en ouvrant le "Pour la science" d'octobre 2016 reçu au congrès de l'Union des Professeurs de Physique-Chimie cette semaine. Un article sur les neutrons (pourtant pas mon domaine de prédilection) super compréhensible où les héros sont les incertitudes de mesure.

  http://www.pourlascience.fr/ewb_pages/a/article-l-enigme-de-la-duree-de-vie-du-neutron-37523.php

Deux types d'expériences différentes cherchent à mesurer la durée de vie des neutrons. Dans l'une des expérience, on piège des neutrons dans une bouteille, on attend, et on compte ce qu'il reste. Dans l'autre expérience, on envoie un faisceau de neutrons dans un piège EM à protons. Au bout d'un certain temps, on coupe le piège et on compte les protons issus de la désintégration des neutrons. 

Ces deux expériences ont été répliquées par des groupes de recherche différents avec des résultats cohérents. Mais, aux incertitudes de mesure près, ces résultats ne sont pas cohérents entre les deux méthodes!
Erreur systématique dans l'une, ou l'autre, ou les deux méthodes? Théorie à modifier?

L'avenir nous donnera la réponse mais cet article me semble une très bonne base pour construire une analyse de documents en physique autour des incertitudes de mesure. Ou pour introduire un cours sur le sujet avec une question d'actualité... 

Bonne fin de semaine,
Aude

[J'ai lu] Teaching critical thinking? New directions in science education _ Osborne

J'entame aujourd'hui une série de billets sur les articles de sciences de l'éduc que je lis sur mes trajets quotidien en train... Une manière de partager mes lectures et de me forcer à faire des fiches de lecture!

Jonathan Osborne

Donc cet article est écrit par Jonathan Osborne, un chercheur en sciences de l'éducation qui travaille à Stanford et qui est très connu et très actifs (77 publis sur RG) en didactique des sciences. Il a travaillé sur de nombreux sujets et en particulier sur l'argumentation. 

Cet article est un point de vue écrit dans la revue "School Science Review" qui est une revue de "the Association for Science Education". Il ne s'agit pas d'une revue où sont publiés des résultats de recherche mais davantage d'une revue pour informer les différents membres de l'association.

Dans cet article, J. Osborne aborde la question de l'enseignement de l'esprit critique dans les cours de sciences. Dans l'introduction, Osborne défend l'idée que la critique est centrale dans le fonctionnement des sciences en ce qu'elle permet la comparaison des prédictions des théories avec les résultats expérimentaux. C'est par la critique des pairs que les résultats scientifiques sont acceptés ou rejetés. 

À l'opposé, Osborne constate que les sciences telles qu'on les enseigne forment souvent une sorte de dogme constitué d'un ensemble de faits et de savoirs incontestés et incontestables. Les didactiques des sciences ont bien établi que les élèves qui arrivent en classe de sciences possèdent des connaissances quotidiennes pour interpréter le monde. Ces connaissances quotidiennes sont parfois décrites sous le nom de : conceptions naïves, idées initiales, ... Lorsque ces connaissances diffèrent ou sont incompatibles avec le savoir à enseigner en classe, de nombreux auteurs parlent de misconceptions. J. Osborne propose donc d'utiliser ces conceptions pour développer l'esprit critique des élèves en pesant les arguments pour et contre les connaissances scientifiques et les connaissances quotidiennes.

Osborne utilise deux arguments pour défendre cette proposition :

1. Une pratique plus efficace. Plusieurs études semblent montrer qu'une telle pratique, en plus de permettre aux élèves d'avoir une meilleure compréhension du fonctionnement des sciences, pourrait aider les étudiants à comprendre les concepts scientifiques. En particulier, l'étude de Hynd and Alvermann (1986) montre que des textes de physique qui explique pourquoi les connaissances quotidiennes ne marchent pas avant d'expliquer les connaissances de physique donnent lieu à des apprentissages plus significatifs que des textes présentant uniquement les connaissances de physique. 
2. L'évolution des attentes de la société. Aujourd'hui, les sociétés occidentales modernes attendent de l'école, et en particulier des enseignements de sciences, qu'ils forment l'esprit critique des futurs citoyens. Cette évolution se retrouve en particulier dans les objectifs de tests internationaux comme le test PISA mené par l'OCDE. Dans le test PISA, la culture scientifique (scientific literacy) est évaluée selon les critères suivants : Explain phenomena critically, evaluate and design scientific enquiry et interpret data and evidence scientifically.

 Références :
Osborne (2014), Teaching critical thinking? New directions in science education, School Science Review, v95 n352 p53-62
Hynd and Alvermann (1986), The role of refutation text in overcoming difficulty with science concepts. Journal of Reading, 29, 440–446.

Très bonne idée ... pour évaluer?

Il y a quelques jours je discutais avec une collègue d'enseignement et de vulgarisation. Pour aider les étudiants à distinguer deux concepts ("espèce sauvage" versus "espèce domestique"), je proposai une activité où il fallait replacer différentes espèces d'animaux dans deux colonnes. L'idée intéresse ma collègue, je lui raconte comment il me semble possible d'intégrer cette idée dans une exposition itinérante pour des élèves de collège ou au cours d'un cours avec des étudiants adultes. 

Instantanément, ma collègue voit l'intérêt de cette activité pour évaluer ses étudiants en fin de module.  

Il y a quelques années, Nathalie Younès, une chercheuse en sciences de l'éducation de Clermont Ferrand présentait à une conférence les résultats d'une étude qualitative sur l'usage des boitiers de vote par des enseignants universitaires. La plupart ont d'abord commencé par utiliser les boitiers de vote pour évaluer les étudiants et voir "où ils en étaient" et "s'ils avaient appris leur cours" avant parfois de passer à un usage plus "moderne" dont le but de l'évaluation soit de permettre à l'étudiant de se situer. 

Après ces deux exemples, je me demande pourquoi les enseignants semblent détourner les "innovations pédagogiques" d'abord pour évaluer... 

• Si les enseignants sont en manque de matériel pour mener les évaluations sommatives (fin de module)? 
• S'il s'agit d'un manque de compréhension du rôle des rétroactions dans l'apprentissage? 

D'autres idées? 

Bref, j'ai organisé une conf

 

L'an passé, j'étais allée à la conf Enseigner la Physique à l'Université à Paris, et j'avais trouvé ça super. Des enseignants chercheurs super intéressés et intéressant, une passerelle entre didactique et enseignement de la physique, bref, j'étais enthousiaste et je l'ai un peu trop fait savoir puisque l'on m'a "gentiment" tendu une perche pour que j'organise une réplique à Lyon en 2016, et que j'ai accepté...

En septembre j'ai donc contacté des collègues que je connaissais et que j'aimais bien, lancé quelques perches à l'INSA (rencontres top), à Centrale (pas de réponse) etc. Et bon an mal an, on avait réuni un petit comité d'organisation de 10 personnes pour une petite conf (80 personnes estimées, 78 participants officiellement!).

Quelques réunions au cours de l'année, l'organisation est totalement multi-sites : la gestion financière est à l'ENS, le site est sur sciences-conf mais l'ENS refuse qu'on puisse payer en CB par le site. La conf aura lieu à la fac, dans un amphi prêté gracieusement, les repas auront lieu dans le restaurant des personnels de la fac. Les départements et la SFP acceptent de sponsoriser, mais tout le monde refuse de faire un virement à l'ENS, chacun veut payer une facture de son côté. Financièrement c'est bien, ça nous permet d'avoir un peu plus que prévu. En pratique, c'est galère à gérer (sauf à l'INSA grâce à Brice!). Et puis et puis et puis. Fin juin début juillet, la boite mail s'affole, il faut gérer les problèmes d'inscriptions et de paiement. Je fais les relances mais ce n'est pas moi qui fais les encaissements. Du coup, je passe mon temps à relancer des personnes dont les paiements sont plus ou moins en cours et à recevoir des mails de personnes plutôt agacées...

Puis viennent les derniers jours, week end tout pourri car j'ai eu la mauvaise idée de proposer un oral plus d'animer 3 ateliers et évidemment, rien n'est prêt.

Et lundi matin, la conf commence, je suis à la bourre, j'ai oublié mon tel à la maison ce qui nous a coûté un petit AR gratuit. J'arrive, stressée, et Cécile, Oriane, Fatiha, Brice, Sophie et les autres sont là : ils gèrent. Et pendant les deux jours, malgré de nombreux couacs, tout se passe bien, le comité d'organisation gère au poil. Il y a dix fois trop à manger aux pauses + pot, mais au moins ça fait opulent. Lundi soir resto, on peut enfin profiter pour discuter un peu, la pression retombe, j'oublie de payer mais le serveur me rattrape! Mardi matin, j'ai dormi, ça c'est bien passé la veille, je suis sereine et je profite. Le mardi soir arrive vite, presque trop vite. Les gens ont l'air content, Maria est OK pour reconduire à Paris en 2017, Christian est OK pour tenter Grenoble en 2018. On range,  on plie, il se met à pleuvoir, c'est la fin... déjà...

Et dans les jours qui suivent je sais qu'il nous reste plein de choses à faire, mais je breake. Et pendant ce temps je reçois plein de petits mots gentils de gens que je connaissais, ou pas, et qui ont apprécié la conf, et ça, ça vaut tout l'or du monde!

Au final, je suis contente de l'avoir fait, j'ai l'impression que ça m'a bouffé en tout un mois de boulot (et un WE), mais je suis contente de l'avoir fait, et je me promets de ne pas le refaire avant 4 ou 5 ans...

Et pour la prochaine fois : 
- Réunir un plus petit comité d'organisation pour que chacun se sente davantage impliqué lors de la préparation et que tout ne retombe pas sur 2 ou 3 personnes, 
- Commander moins de bouffe!
- Demander à la personne qui gère les encaissement de faire les relances,
- Demander à ce que les abstracts des ateliers soient rendus beaucoup plus tôt et peut être faire un appel à contributions pour les ateliers plutôt que tout organiser dans le comité.

Les incertitudes de mesure lors des journées EPS Lyon 2016

Les 11 et 12 juillet ce sont tenues à Lyon les journées : Enseigner la Physique dans le Supérieur.

Lors de ces deux journées, des enseignants du supérieurs (Enseignants-chercheurs de physique, professeurs agrégés, profs de prépa, chercheurs en didactique) se sont retrouvés à Lyon pour échanger autour de l'enseignement de la physique dans le supérieur. 

Lors de ces rencontres, le thème de l'enseignement des incertitudes de mesure en physique a été abordé 3 fois : 

• Lors d'une présentation orale : L'utilisation des incertitudes de mesure en licence, Aude Caussarieu
• Lors d'un atelier formation : Formation incertitudes dans l'approche métrologie, Aude Caussarieu & Hélène Delanoé
• Lors d'une table ronde : Quel enseignement des incertitudes de mesure? 

Les discussions ont été riches entre enseignants de différents horizons avec peut être comme point commun que l'approche actuelle se focalise beaucoup sur les aspects mathématiques des incertitudes au détriment de la compréhension des concepts. 

Arrêt sur images et L214

Ce midi j'ai regardé l'émission d'arrêt sur images sur les images d'abattoir tournées par L214. Comme souvent, j'ai été impressionnée par la qualité de cette émission qui alors qu'il n'y avait comme invité que des représentant de L214 a réussi à présenter plusieurs points de vue tout en laissant réellement s'exprimer les invités.
En vrac, à chaud, quelques réflexions qui me font dire qu'on pourrait vraiment utiliser cette émission à l'école en sciences :

• Ce qui se passe dans la plupart des abattages de France, c'est moche, très moche. Dans certains (les?) élevages industriels, c'est moche aussi. 
• Il y a eu une super discussion sur ce que c'est qu'une preuve vidéo. Pour qu'un témoignage vidéo soit une preuve, il faut que sur le rush de la vidéo on voit des indications du lieu et de la date (coupure de journal du jour par exemple). Je trouve que cette discussion est très intéressante et pourrait avoir lieu en classe de sciences.
• J'ai bien aimé le passage sur enthoven qui les critique de manière un peu stupide, ça pourrait faire un bon point de départ d'une analyse de documents sur l'esprit critique (là c'est mon côté prof qui ressort)
• J'ai beaucoup aimé la discussion de la fin sur le combat que servent ces images. En fait, ça a fait écho pour moi à l'argumentation selon le schéma : claim, evidence, reasoning. 
• Ici, ce qui est clair, ce sont les "evidences", les preuves. Les images tournées dans les abattoirs et dans les élevages sont les preuves. 
• La "claim", c'est la thèse, l'opinion qui est défendue et qui doit être démontrée (ou renforcée) et ici, il y en a deux, qui ne sont pas toujours assez clairement énoncées  : (1) les animaux souffrent dans ces abattoirs, il faut améliorer les pratiques, (2) de quel droit mangeons nous et exploitons nous des animaux. Il y a ici deux combats qui sont portés en même temps. J'ai compris en regardant ces vidéos pourquoi je ne soutenais pas totalement le propos. Je soutiens le premier combat, mais pas le deuxième. 
• Le reasoning : pour moi là c'est pas clair. Je crois justement que dans les images montrées par L214 on va directement de la preuve au réquisitoire sans passer par la case plaidoirie - raisonnement. 
•  Toujours sur ce point d'argumentation, j'ai beaucoup aimé la comparaison des images qu'ils diffusent avec 
• un montage avec une musique angoissante, puis calme étouça faite par un 'ami monteur'
• un clip avec une actrice super calme qui accompagne les images
• les images d'autres associations qui font des mises en scène un peu trash où ils se font marquer au fer rouge
  Je trouve que la comparaison des ces images est ultra intéressante pour comprendre la communication sur les sujets controversés. Dans un cas on a juste les "preuves", dans d'autres 
J'ai trouvé ça super intéressant pour comparer l'usage qui est fait des preuves d'une part et la plus ou moins grande visibilité de l'opinion défendue et du raisonnement.

Au final je trouve que cette émission constitue un super support de formation à l'esprit critique et à l'analyse des images. Merci arrêts sur image!

EPS Lyon 2016

Quelques heures de perdues plus tard... voilà une belle affiche! 

Enseigner la mesure et les incertitudes

Un nouveau blog est né! Il a pour but de faire partager des enseignants autour de l'enseignement de la mesure et des incertitudes en physique. Ressources, biblio, points de vue, tout sera sur le blog!
http://incertitudes-physique.blogspot.fr/

Une BD sur les physiciens des temps modernes

(en fait plutôt sur la physique chez Bobroff et Bouquet, mais c'est super chouette quand même! )
http://hebergement.u-psud.fr/supraconductivite/bd/index.html

Une super façon de présenter des sciences!