Des laboratoires dont vous êtes le héros

Pour augmenter l’engagement des étudiants de mon cours de physique lors des activités de laboratoire, le Cégep de La Pocatière m’a aidée à mettre en oeuvre des « laboratoires inversés ». Cela s’inscrit dans une optique de conception universelle des apprentissages (CUA) et a eu des effets très intéressants sur la compréhension qu’ont les étudiants de ce qu’ils font au laboratoire.

Faire sans comprendre…

Dans les laboratoires de physique « traditionnels », il m’arrive souvent d’avoir l’impression que les étudiants ne comprennent pas ce qu’ils font. Quand je demande à l’un d’eux : « T’es rendu où? Qu’est-ce que tu es en train de faire? », l’étudiant me répond ordinairement « À l’étape 3 ». Si j’ajoute : « OK. Tu fais quoi? », l’étudiant me répondra en lisant le protocole pour l’étape 3. Et si je demande ensuite « Mais pourquoi tu fais ça? Qu’est-ce que tu veux trouver, dans cette partie-là du laboratoire? », je n’obtiendrai pas de réponse.

C’est pour cela que j’ai eu envie de donner aux étudiants les outils nécessaires pour qu’ils comprennent ce qu’ils font pendant le laboratoire (et non qu’ils attendent après le laboratoire, avec leurs données en mains, pour essayer de se débrouiller pour produire un rapport). J’espérais ainsi augmenter leur engagement… et leur motivation : comprendre, c’est satisfaisant!

Une solution : des laboratoires inversés

La solution que j’ai trouvée est à la fois d’exploiter des travaux « pré-laboratoires » et de mettre en place des activités de classe inversée pour bâtir de véritables « laboratoires inversés ».

Ces laboratoires inversés ont eu lieu aux sessions d’hiver 2018 et 2019, dans 2 groupes de 13 et 16 étudiants du cours Ondes, optique et physique moderne, en dernière session du programme de Sciences de la nature. C’étaient des étudiants motivés et relativement indépendants. Plusieurs personnes du groupe étaient inscrites aux Services adaptés.

La vérification de la préparation

Je m’attends, à l’arrivée au laboratoire, à ce que le protocole soit rempli et que les étudiants comprennent les grandes lignes de ce qu’ils vont faire. Si quelque chose n’est pas clair, je leur demande de venir me poser leurs questions avant la séance. Je peux aller jusqu’à leur donner les réponses.

Au début de la séance, je circule entre les équipes pour vérifier la préparation. Il s’agit d’une évaluation orale formative informelle. Je regarde les protocoles et complète avec quelques questions. Lorsque les réponses des étudiants d’une même équipe sont différentes, je les fais argumenter jusqu’à l’obtention d’un consensus. Si la préparation est bien faite, cette étape me prend environ 2 minutes par équipe.

Si la préparation d’un étudiant n’est pas adéquate, je me réserve le droit de lui refuser l’accès au laboratoire. Il s’agit d’une question de sécurité puisqu’il n’y a pas de consignes supplémentaires avant de manipuler le matériel.

Les étudiants apprennent assez rapidement que le temps passé en préparation leur est bénéfique. En comprenant ce qu’ils font, ils évitent des erreurs de manipulation et ont l’opportunité de discuter avec moi de l’interprétation des résultats. Même en passant moins de temps sur leur mini-rapport, ils obtiennent de meilleures notes.

Il m’est rarement arrivé que les étudiants ne fassent pas la préparation ou travaillent avec peu de sérieux. Une seule fois, j’ai dû sévir. Sachant que les manipulations étaient courtes, j’ai obligé l’étudiant à faire sa préparation avant d’avoir accès au laboratoire. Je l’ai envoyé dans un autre local pour écouter les vidéos et compléter son protocole. Sa partenaire a dû effectuer le début du laboratoire seule pendant 45 minutes (sa note a reflété son travail). Elle a montré à l’étudiant son mécontentement par rapport à son manque de support. Le problème ne s’est pas répété.

Les outils que j’ai créés

Pour rassembler les informations que je diffuse aux étudiants, j’ai créé un site WordPress, hébergé sur un Espace web de Profweb.

Mon site pour le cours Ondes, optique et physique moderne

Les étudiants doivent consulter le site avant chaque laboratoire pour savoir ce qu’ils ont à faire.

Capture d’écran du site web, où l’on voit les tâches suggérées aux étudiants pour le premier laboratoire de la session

Les étudiants ont des vidéos à regarder avant chaque laboratoire. Ils peuvent retourner les consulter au besoin pendant le laboratoire.

Typiquement, pour chaque laboratoire, il y a quelques vidéos présentant les manipulations, et une vidéo à propos de l’analyse des données. La vidéo portant sur l’analyse des données revêt une importance particulière : elle permet aux étudiants de comprendre à quoi serviront les données et comment elles permettront d’atteindre le but. Dans la mesure du possible, chaque vidéo ne dépasse pas 10 minutes, et j’essaie de garder la durée totale des vidéos obligatoires sous la barre des 15 minutes.

Pour le premier laboratoire, j’ai ajouté une vidéo sur la façon de rédiger le mini-rapport, ce qui leur servira pour toute la session.

J’ai aussi produit des vidéos, dont le visionnement est facultatif à propos de logiciels à utiliser ou de notions théoriques vues en classe.

J’ai conçu des protocoles dans lesquels je pose aux étudiants des questions auxquelles ils doivent répondre avant d’être en classe pour les manipulations. Les « trous » varient d’un protocole à l’autre, selon les notions à accentuer. Les éléments à compléter peuvent être :

• des notions théoriques à résumer;
• des prédictions où il faut comprendre comment appliquer la théorie;
• des éléments de manipulation importants, indiqués dans les vidéos;
• des éléments d’analyse où il faut montrer que l’approche globale est comprise;
• n’importe quel élément mentionné dans les vidéos!

Extrait d’un protocole à compléter : prédictions des observations

Extrait d’un protocole à compléter : résumé de la théorie

Extrait d’un protocole à compléter : compréhension de l’analyse et interprétation de l’approche globale.

Après le laboratoire, les étudiants doivent produire un mini-rapport. Je veux minimiser le temps passé sur ce travail. Idéalement, s’ils arrivent au laboratoire suffisamment prêts, les mesures iront vite et ils auront le temps de compléter en grande partie leur analyse et leur mini-rapport.

Les résultats

Je suis très satisfaite des résultats. Mon but premier a été atteint : maintenant, au laboratoire, quand je demande à un étudiant : « Qu’est-ce que tu es en train de faire? », il me répond correctement. Les étudiants comprennent mieux ce qu’ils font.

De plus, les étudiants sont moins stressés par les manipulations et paniquent moins quand ils font face à une difficulté. J’entends moins de « Madame! Ça marche pas! » et je vois plus d’étudiants proactifs.

Les sections « Discussion » des mini-rapports produits par les étudiants ont également gagné en qualité.

J’ai fait un sondage informel auprès des étudiants et leur appréciation de la nouvelle approche est, globalement, très positive.

À mon avis, la hausse du temps de travail a directement contribué à l’amélioration de la compréhension. Cette hausse a surtout été déplorée par les étudiants les plus forts. Je pense que, pour eux, l’approche traditionnelle des laboratoires (arriver au labo sans trop comprendre, se débrouiller avec les données après) fonctionnait malgré tout relativement bien. Comme prévu, le laboratoire inversé a particulièrement été apprécié des étudiants en situation de handicap. D’une façon ou d’une autre, les vidéos étaient utiles pour tous les étudiants.

Vu mon trouble de déficit de l’attention (TDA) j’aime bien cette formule qui me permet de revoir les vidéos à volonté et quand je le veux. Cela m’aide à mieux assimiler l’information, et ce, à mon rythme. Si j’ai des questions, je peux toujours les poser à mon enseignante. Ainsi, à mon arrivée au laboratoire, je sais ce que j’ai à faire, comment le faire et pourquoi je le fais, car j’ai pu l’observer dans les vidéos. De plus, la méthode des vidéos est plus rapide, agréable et explicite que si ce n’était que des instructions à lire.

Un étudiant en situation de handicap

Quelques conseils…

J’ai bénéficié d’un dégrèvement de la part de mon collège pour ce projet (10% de ma tâche de l’année ), financé par une enveloppe budgétaire allouée aux étudiants à besoins particuliers ou en situation de handicap. Cela a été essentiel pour moi; je n’y serai pas arrivée autrement! Le montage prend beaucoup de temps! Si vous n’avez pas la même chance que moi, le plus raisonnable est de se contenter d’inverser une séance de laboratoire par session; d’y aller graduellement. Et il faut abandonner l’idée d’être perfectionniste, en ce qui concerne le rendu des vidéos. Néanmoins, je vous encourage fortement à utiliser un micro et une caméra (avec trépied) de qualité. Cela vaut la peine!

Le matériel pédagogique doit être développé avec soin. Avant de « figer un laboratoire dans le béton » en faisant des vidéos, il faut être certain qu’il fonctionne parfaitement!

De plus, notamment pour la théorie, il existe parfois déjà des vidéos. Lorsque c’est possible, n’hésitez pas à les utiliser!

Finalement, utilisez l’expertise que d’autres ont déjà développée. Comment procéder, quelle plateforme et outil utiliser… Demandez des conseils à ceux qui sont déjà passés par là!

Conclusion

Je suis reconnaissante du soutien de la technicienne de laboratoire, Fany, qui a su se plier à mes besoins, ainsi que celui de la bibliothèque et du technicien en audiovisuel, qui ont mis à ma disposition tout le matériel nécessaire.

En tant qu’enseignants, nous sommes exposés à nombre de stratégies possibles pour améliorer nos cours… Beaucoup plus que ce que nous avons le temps d’implanter! Je crois toutefois que l’approche des laboratoires inversés en vaut la peine : les laboratoires représentent une opportunité idéale pour engager nos étudiants et je constate le gain tant en termes d’apprentissage que de motivation.

Il me reste maintenant à trouver le temps d’inverser le reste du cours..!