Catégorie 4 : Compréhension du fonctionnement d’un instrument de mesure électronique 1 Examen préalable sur les conceptions initiales
5.2.1.1. Catégorie 1 : Construction autonome du manomètre
Pour vérifier si un sujet est parvenu à construire son manomètre électronique de façon autonome, nous avons utilisé deux outils de collecte de données, le rapport écrit d’examen pratique de laboratoire et la liste chronologique des actions effectuées dans l’environnement d’apprentissage, liste obtenue à partir de l’enregistrement vidéo de ses actions. Le rapport écrit nous a permis de voir la démarche générale de chaque apprenant et de déterminer si son manomètre était fonctionnel, particulièrement grâce à ses graphiques de transformation et de validation ainsi qu’à l’équation algébrique de transfert et l’équation de validation. La liste chronologique des actions effectuées nous a permis d’étudier en détail la démarche de chaque apprenant et d’identifier les difficultés rencontrées et le degré d’aide individuelle apporté.
153 Tel qu’il est courant de le faire en enseignement, nous avons fixé le seuil minimal de réussite à 60%
128 5.2.1.1.1. Rapports écrits d’examen pratique de laboratoire
Nous avons évalué les rapports écrits remplis par chaque sujet lors de l’examen pratique de laboratoire. Ces rapports constituent une synthèse des interactions de l’apprenant avec l’environnement d’apprentissage lors de la réalisation du manomètre électronique. À la figure 26, nous avons représenté graphiquement les résultats obtenus à ce rapport écrit en fonction du nombre de sujets.
Figure 26 : Résultats obtenus au rapport écrit d’examen pratique de laboratoire en fonction du nombre de sujets
Il est possible de constater que 29 sujets ont un résultat supérieur ou égal à 60%, tandis que quatre sujets n’ont pas atteint ce seuil de réussite. Le résultat moyen a été de 74,2%. Rappelons que la clé de correction que nous avons utilisée pour évaluer ce rapport a été présentée dans la section modèle d’action (voir section 4.2.4). De plus, les rapports écrits de tous les sujets sont disponibles à l’annexe X. Nous présentons dans le tableau V les points obtenus par chaque sujet dans chacune des parties du rapport écrit. Nous avons identifié dans ce tableau, par des cases colorées en noir, le résultat final des sujets 2, 20, 21 et 33 qui ont obtenu moins de 60%. En considérant le postulat posé en début de section, comme ces sujets n’ont pas réussi dans au moins une des évaluations, nous pouvons avancer qu’ils n’ont pas réalisé l’apprentissage interdisciplinaire en situation adidactique. Toutefois, les données issues de la correction de ce rapport ne suffisent pas à établir une telle conclusion. Pour appuyer celle-ci, nous devrons croiser ces données avec les résultats de ces sujets aux prochaines évaluations (triangulation des méthodes).
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Nombre de sujets 30-39% 40-49% 50-59% 60-69% 70-79% 80-89% 90-100%
129
Matériel Schéma Préca
u ti on Fo n ct io n in it ia le Pro toc ole de tra n sfor ma ti on Équ ati on de tra n sfor ma ti on Protoc ole de validation Équati on de validation Graphi ques Total Total e n p o ur centag e Sujet /4 /4 /2 /2 /5 /2 /4 /2 /5 /30 1 4 4 2 1 5 2 4 0 5 27 90% 2 3 2 1 1 5 0 1 0 1 14 47% 3 3,5 3,5 2 2 5 2 4 0 2 24 80% 4 3,5 3 1 2 3 2 2 2 4 22,5 75% 5 4 3 2 1 4 2 1 1 4 22 73% 6 3,5 3,5 1 1 5 2 4 0 2 22 73% 7 3,5 4 2 2 5 2 3 0 4 25,5 85% 8 3,5 2,5 1 2 5 2 4 2 4 26 87% 9 3,5 3 2 1 4 2 4 2 3 24,5 82% 10 3,5 3 1 1 3 2 4 2 4 23,5 78% 11 4 2,5 1 1 4 0 3 0 3 18,5 62% 12 3,5 3,5 1 1 5 2 4 2 5 27 90% 13 4 4 2 2 5 2 4 0 4 27 90% 14 3 2 2 2 5 0 2 0 2 18 60% 15 4 3,5 2 1 5 2 3 0 4 24,5 82% 16 3,5 4 2 2 5 2 4 2 4 28,5 95% 17 4 3,5 2 2 5 2 4 2 4 28,5 95% 18 3,5 3,5 2 1 4 2 4 0 3 23 77% 19 4 1 1 1 5 2 4 2 5 25 83% 20 2,5 3 1 1 4 2 2 0 2 17,5 58% 21 3,5 2 1 1 4 1 0 1 3 16,5 55% 22 3 2,5 1 1 3 2 3 0 4 19,5 65% 23 3 1 2 2 2 2 2 0 4 18 60% 24 4 3 2 2 5 2 4 2 5 29 97% 25 3,5 3 1 2 5 2 4 2 3 25,5 85% 26 3,5 1,5 1 1 5 2 2 2 4 22 73% 27 2,5 1,5 1 1 4 2 2 0 4 18 60% 28 4 3 1 1 4 1 4 2 4 24 80% 29 3 3 1 1 5 2 3 0 3 21 70% 30 1 1 1 1 4 2 4 2 4 20 67% 31 3,5 1 1 2 4 2 4 2 4 23,5 78% 32 3,5 0,5 1 1 4 2 4 0 3 19 63% 33 2 1 0 0 2 1 0 0 4 10 33%
Tableau V : Compilation par sujet des résultats des différentes parties du rapport écrit d’examen pratique de laboratoire
130 5.2.1.1.2. Observation des enregistrements vidéo
En observant les enregistrements vidéo de la construction du manomètre, nous avons dressé la liste chronologique des actions posées par chaque sujet dans l’environnement d’apprentissage. Cette liste nous a permis d’évaluer l’efficacité de chaque sujet dans sa démarche de réalisation du manomètre, d’identifier les difficultés rencontrées et l’aide individuelle apportée au besoin. Pour ce faire, nous avons comparé les manipulations de chaque sujet avec celles qui étaient attendues d’un élève expert, présentées dans la section modèle d’action (voir tableau IV). Ainsi, nous avons décrit toutes les actions effectuées par chaque sujet dans l’environnement d’apprentissage en incluant celles incomplètes ou reprises, mais aussi les questions qu’il nous a posées et les réponses que nous lui avons données. Le tableau VI représente la liste chronologique des actions posées par le sujet 31. La colonne action(s) effectuée(s) décrit l’action posée, la colonne temps indique le moment (minutes (min) : secondes (s)) dans l’enregistrement vidéo où l’action a été observée et la colonne ligne note le numéro de la ligne du tableau.
Temps (min : s)
Action(s) effectuée(s) Ligne
3 :00 Il connecte les fils sur la capsule universelle. 1 9 :00 Il construit le montage expérimental adéquat. 2 13 :00 Il clique sur la capsule universelle et sélectionne la fonction transformer ce
capteur en fonction d’une variable intérieure : Manomètre.
3 13 :40 Il change les paramètres expérimentaux en augmentant au maximum le
nombre de points et en augmentant la fréquence d’acquisition des données. 4 17 :00 Essai 1 en mode graphique. Il pousse et tire sur la seringue et obtient une
dizaine de points.
5 18 :25 Il change les paramètres expérimentaux et augmente au maximum la fréquence
d’acquisition des points.
6 18 :30 Essai 2 en mode graphique. Il tire et pousse sur la seringue et obtient des
centaines de points superposés sur une droite.
7 20 :25 Il sélectionne l’outil modéliseur et choisit la droite qu’il applique sur son nuage
de points.
8 21 :50 Il assigne et applique la fonction au capteur. 9 24 :30 Il passe en mode graphique et place les capteurs l’un par rapport à l’autre. 10 26 :30 Il change les paramètres expérimentaux en augmentant au maximum la
fréquence d’acquisition des points ainsi que le nombre de points total.
11 26 :35 Essai 1 validation en mode graphique. Il tire et pousse sur la seringue et obtient
des centaines de points.
12 28 :30 Il sélectionne l’outil modéliseur et choisit la droite qu’il applique sur son nuage
de points.
13
131 Ainsi, à 3 min, le sujet 31 a effectué la connexion de ses fils à la capsule universelle comme indiqué à la ligne 1, et à 28 min et 30 s, il a utilisé l’outil mathématique modéliseur pour effectuer la modélisation de ses données de validation tel que présenté à la ligne 13. Il est ainsi parvenu à construire son manomètre en moins de 30 minutes. Il est à noter que, pour plus de fluidité dans la lecture, nous avons parfois regroupé plus d’une action par ligne. De plus, nous n’avons pas identifié les moments de rédaction du rapport écrit. En étudiant les actions posées par le sujet 31, nous remarquons qu’il a été complètement autonome. Il ne nous a pas posé de question. De plus, il a bien intégré la démarche de réalisation d’un instrument de mesure étant donné que les actions posées correspondent aux manipulations attendues d’un élève expert.
Une fois la liste chronologique des actions dressée pour chaque sujet, nous avons effectué le codage des données en classant ces actions par catégorie. Les catégories que nous avons définies pour le codage sont les suivantes :
• Fonctions en page d’accueil : transformation (T), étalonnage (ETA), étude (ETU) ; • Paramètres expérimentaux (PE) ;
• Acquisition de transformation (AT) ou de validation (AV) ; • Fonctions du logiciel (FL) ;
• Manipulations du prototype (MP) ;
• Assignation et application d’une fonction (AA) ; • Problèmes ou questions (PQ).
Chaque catégorie contient plusieurs codes. Chacun de ces codes correspond à une action différente posée dans l’environnement d’apprentissage, soit avec le prototype, le logiciel ou une question posée au chercheur. Les codes de départ correspondaient aux manipulations attendues d’un élève expert, mais de nombreux codes se sont ajoutés au fur et à mesure de notre observation lorsque nous constations une nouvelle manipulation. Ce type de codage est dit émergent (Thouin, 2014). Il y a 112 codes qui ont ainsi émergé de notre observation. La liste complète des codes et la compilation de toutes les actions menées dans l’environnement d’apprentissage sont disponibles à l’annexe II.
Par exemple, le tableau VII représente le codage des actions du sujet 31. Il comprend trois colonnes : le code qui correspond à une action, le nombre de fois où cette action a été posée par le sujet et la ligne correspondante à cette action dans le tableau de la liste des actions (tableau VI pour le sujet 31). Ce tableau contient un coefficient d’efficacité, un indice de performance de chaque sujet, que nous avons établi en divisant le nombre d’actions efficaces par le nombre d’actions totales posées dans l’environnement.
132 Tableau VII : Le codage des actions posées dans l’environnement par le sujet 31
Il est possible de remarquer que le sujet 31 a effectué à trois reprises l’action PE27, il ajuste la fréquence des points, aux lignes 4, 6 et 11. De plus, nous pouvons reconstituer l’ordre des actions de ce sujet en regardant la numérotation des lignes (1,2,3… 13). Ce dernier a posé un total de 20 actions dans l’environnement. De ces actions, aucune d’entre elles n’a été considérée comme inefficace lors de notre observation. Ce sujet a ainsi obtenu un coefficient d’efficacité de 100%.
Le codage des actions permet de synthétiser les informations contenues dans la liste chronologique des actions d’un sujet. Il permet aussi de départager les actions efficaces et les actions inefficaces en mettant un trait de soulignement sous le numéro de ligne de ces dernières. Pour démontrer ceci, nous présentons, au tableau VIII, la liste des actions du sujet 32 et, au tableau IX, le codage de ces actions. C’est le sujet 32 qui a posé le plus d’actions dans l’environnement d’apprentissage, plus précisément 134 actions que nous avons décrites en 87 lignes dans le tableau VIII et synthétiser en quelques lignes dans le tableau IX. Ajoutons toutefois que, malgré ce nombre d’actions élevé, ce sujet est parvenu à réaliser son manomètre de manière autonome en environ 48 minutes avec un coefficient d’efficacité de 87%.
Code Nb d'actions - sujet 31 Ligne
T1 1 3 PE27 3 4;6;11 PE28 2 4;11 AT30 2 5;7 AT31 1 12 FL36 2 8;13 FL45 1 10 FL49 1 10 MP67 3 5;7;12 MP74 1 1 MP76 1 2 AA91 1 9 AA92 1 9 Nb total d'actions 20 Actions inefficaces 0 Coefficient d'efficacité 100%
133
Temps (min : s)
Action(s) effectuée(s) Ligne
5 :00 Connexion des fils à la capsule universelle. 1
3 :00 Il fait le montage expérimental en raccordant le petit tuyau au transducteur. 2 8 :30 En page d’accueil, il vérifie le signal des capteurs. 3 12 :44 Il clique sur la capsule universelle et sélectionne la fonction étalonner ce
capteur en fonction d’une variable intérieure : Manomètre.
4 13 :00 Il change les paramètres expérimentaux en diminuant la fréquence
d’acquisition des données et en augmentant le nombre de points total.
5 13 :07 Essai 1 en mode graphique. Il tire sur la seringue, mais aucun point n’est pris. Il
revient en page d’accueil.
6 13 :48 Il clique sur la capsule universelle et sélectionne la fonction transformer ce
capteur en fonction d’une variable intérieure : Manomètre.
7 13 :55 Il change les paramètres expérimentaux en augmentant au maximum la
fréquence des points.
8 14 :05 Essai 2 en mode graphique. Il tire sur la seringue et obtient une centaine de
points, mais sur une droite brisée. On dirait que la seringue n’est pas étanche. 9 14 :20 Il change les paramètres expérimentaux en augmentant le nombre de points
total.
10 14 :30 Essai 3 en mode graphique. Il pousse sur la seringue et obtient une centaine de
points
11 15 :00 Il sélectionne l’outil modéliseur et choisit la droite qu’il applique sur ses
données.
12 15 :45 Il assigne et applique la fonction au capteur. 13 16 :11 Il clique sur le capteur construit et sélectionne la fonction étalonner ce capteur
en fonction d’une variable intérieure : Manomètre. Il revient en page d’accueil. 14 16 :24 Il désactive la fonction de transformation appliquée à la capsule universelle. 15 18 :00 Il clique sur la capsule universelle et sélectionne la fonction étalonner ce
capteur en fonction d’une variable intérieure : Manomètre.
16 18 :15 Il veut enlever la capsule universelle, car elle semble avoir conservé une
fonction de transformation même si cette dernière a été retirée manuellement. Un fil s’est déconnecté sur la capsule universelle et il l’a reconnecté.
17
19 :30 Il clique sur le capteur construit et sélectionne la fonction étalonner ce capteur en fonction d’une variable intérieure : Manomètre. Il déconnecte la seringue.
18 19 :35 Il change les paramètres expérimentaux en augmentant le nombre de points
total.
19 19 :45 Essai 4 en mode graphique. Il tire et pousse sur la seringue à quelques reprises
et obtient une trentaine de points (seulement 5 points sont pris lors d’une poussée ou d’une traction à cause de la faible fréquence d’acquisition de points).
20
20 :40 Il change les paramètres expérimentaux en diminuant la fréquence d’acquisition.
21 20 :50 Essai 5 en mode graphique. Il tire et pousse sur la seringue à quelques reprises
et obtient un seul point.
134 21 :15 Il change les paramètres expérimentaux en diminuant la fréquence
d’acquisition au maximum.
23 21 :20 Essai 6 en mode graphique. Il tire et pousse sur la seringue et n’obtient aucun
point.
24 21 :30 Il change les paramètres expérimentaux en diminuant le nombre de points total
(au milieu environ) et en augmentant la fréquence d’acquisition des points.
25 21 :40 Essai 7 en mode graphique. Il tire et pousse sur la seringue et obtient un seul
point. Il retourne en page d’accueil.
26 22 :25 En page d’accueil, il fait varier le signal des capteurs. 27 22 :40 Il clique sur le capteur construit et sélectionne la fonction étalonner ce capteur
en fonction d’une variable intérieure : Manomètre.
28 22 :50 Il change les paramètres expérimentaux en augmentant la fréquence
d’acquisition des points ainsi que le nombre total de points.
29 23 :00 Essai 8 en mode graphique. Il tire et pousse sur la seringue et obtient une
centaine de points.
30 23 :30 Il sélectionne l’outil modéliseur et choisit la droite qu’il applique sur ses
données.
31 24 :20 Il assigne et applique la fonction au capteur. 32 24 :40 Il passe en mode graphique. Il place les capteurs l’un par rapport à l’autre. 33 24 :55 Il change les paramètres expérimentaux en diminuant la fréquence
d’acquisition des points et en augmentant le nombre de points total.
34 25 :15 Essai 1 validation en mode graphique. Il tire et pousse sur la seringue et obtient
trois données placées en triangle sur le graphique.
35 25 :30 Il change les paramètres expérimentaux en augmentant au maximum la
fréquence d’acquisition des points.
36 25 :40 Essai 2 validation en mode graphique. Il tire et pousse sur la seringue, mais
aucun point n’est obtenu.
37 26 :15 Il change les paramètres expérimentaux en augmentant au maximum la
fréquence d’acquisition.
38 26 :30 Essai 3 validation en mode graphique. Il tire et pousse sur la seringue, et des
données sont obtenues en quatre points du graphique.
39 26 :50 Il passe en mode vumètre. Les deux signaux des capteurs sont plafonnés,
autant le capteur de pression que le capteur construit.
40 27 :15 Il clique sur le capteur construit et sélectionne la fonction propriétés du
capteur. Il observe les propriétés.
41 27 :20 Il clique ensuite sur le capteur étalon et sélectionne la fonction propriétés du
capteur. Il observe les propriétés.
42 27 :25 Il clique sur le capteur construit et sélectionne la fonction propriétés du
capteur. Il change le maximum du capteur en le mettant à 1500, tout comme le capteur de pression étalon.
43
27 :45 Il passe en mode graphique et place les capteurs l’un par rapport à l’autre. 44 28 :00 Essai 4 validation en mode graphique. Il tire et pousse sur la seringue, et
aucune donnée n’est obtenue.
45 28 :18 Il clique sur le capteur construit et sélectionne la fonction propriétés du
capteur.
135 29 :00 Il connecte et déconnecte la capsule universelle, désactivant ainsi la fonction
d’étalonnage.
47 29 :10 Il clique sur la capsule universelle et sélectionne la fonction transformer ce
capteur en fonction d’une variable intérieure : Manomètre.
48 29 :15 Il change les paramètres expérimentaux en augmentant le nombre de points
total.
49 29 :30 Essai 9 en mode graphique. Il tire et pousse sur la seringue à quelques reprises
et obtient une trentaine de points (seulement 5 points sont pris lors d’une poussée ou d’une traction à cause de la faible fréquence d’acquisition de points).
50
29 :50 Il sélectionne l’outil modéliseur et choisit la droite qu’il applique sur ses données.
51 30 :50 Il change les paramètres expérimentaux en diminuant la fréquence
d’acquisition des points.
52 30 :55 Essai 10 en mode graphique. Il tire et pousse sur la seringue. Aucune donnée
n’est prise.
53 31 :05 Il change les paramètres expérimentaux en augmentant au maximum la
fréquence des points.
54 31 :10 Essai 11 en mode graphique. Il tire et pousse sur la seringue et obtient plusieurs
centaines de points.
55 31 :33 Il sélectionne l’outil modéliseur et choisit la droite qu’il applique sur ses
données.
56 34 :00 Il assigne la fonction de transformation à la capsule universelle. 57 34 :25 Il applique la dernière fonction d’étalonnage à la capsule universelle, au lieu de
lui appliquer la fonction de transformation qu’il vient d’assigner.
58
34 :36 Il passe en mode graphique. 59
34 :40 Il change les paramètres expérimentaux en augmentant le nombre de points total.
60 34 :40 Essai 5 validation en mode graphique. Il prend une acquisition sur 5 secondes.
Seuls les points du capteur de pression s’affichent. Il place les capteurs l’un par rapport à l’autre. Aucune donnée ne s’affiche, étant donné que l’échelle de l’axe du capteur construit n’a pas changé (0-3.5V). Il revient en page d’accueil.
61
35 :50 Il fait varier les signaux du capteur en page d’accueil. Il observe une variation. 62 36 :10 Il clique sur le capteur construit et sélectionne la fonction propriétés du
capteur.
63 37 :35 Il passe en mode graphique et place les axes l’un par rapport à l’autre. 64 37 :50 Il change les paramètres expérimentaux en augmentant le nombre de points et
la fréquence d’acquisition des points.
65 38 :00 Essai 6 validation en mode graphique. Il tire et pousse sur la seringue, mais
aucun point n’est pris.
66 38 :30 Il pose une question à l’enseignant : ma prise de données ne fonctionne pas
pour la validation. Réponse de l’enseignant : Passe en mode vumètre.
67
136 40 :40 Il change les paramètres expérimentaux en augmentant le nombre de points
total.
69 41 :00 Essai 7 validation en mode graphique. Il fait une acquisition sur 300 secondes. Il
prend une vingtaine de secondes et arrête l’acquisition étant donné que seul le capteur de pression varie. Il retourne en page d’accueil. Il déconnecte la seringue.
70
41 :50 Il passe en mode vumètre. Il sélectionne la visualisation en colonne. Il remarque que le capteur construit est dans le tapis, tandis que le capteur de pression étalon ne l’est pas.
71
42 :30 Il clique sur le capteur construit et sélectionne la fonction propriétés du capteur. Il observe les propriétés.
72
42 :40 Il clique ensuite sur le capteur étalon et sélectionne la fonction propriétés du capteur. Il observe les propriétés.
73 42 :50 Il clique sur le capteur construit et sélectionne la fonction propriétés du
capteur. Il change le type de capteur pour mettre le manomètre.
74 43 :15 Il passe en mode graphique. Les échelles des deux capteurs sont identiques,
mais la valeur de la pression affichée par le capteur construit donne dans les 6 chiffres. Il retourne en page d’accueil.
75
43 :30 Il déconnecte et reconnecte le capteur de pression pour que la fonction de transformation se désactive.
76 44 :38 Il clique sur le capteur universel et sélectionne la fonction transformer ce
capteur en fonction d’une variable intérieure : Manomètre.
77 44 :45 Il change les paramètres expérimentaux en augmentant le nombre de points
expérimentaux et en augmentant au maximum la fréquence d’acquisition de données.
78
44 :50 Essai 12 en mode graphique. Il tire sur la seringue et obtient plusieurs centaines de points.
79 45 :12 Il sélectionne l’outil modéliseur et choisit la droite qu’il applique sur ses
données.
80 45 :49 Il assigne et applique la fonction au capteur. 81 46 :20 Il passe en mode graphique. Il place les capteurs l’un par rapport à l’autre. 82 46 :35 Il change les paramètres expérimentaux en augmentant au maximum le
nombre de points total et la fréquence d’acquisition.
83 46 :45 Essai 8 validation en mode graphique. Il tire sur la seringue et obtient une
centaine de points. Il revient en mode graphique.
84
47 :18 Il passe en mode graphique. 85
47 :24 Il change les paramètres expérimentaux en augmentant le nombre total de points presque au maximum et en augmentant la fréquence d’acquisition des points au maximum.
86
47 :28 Essai 9 validation en mode graphique. Il ne tire ni ne pousse sur la seringue étant donné que l’acquisition qu’il a paramétrée dure 1 seconde. Il est satisfait du graphique de validation obtenu.
87
137 Tableau IX : Le codage des actions posées dans l’environnement par le sujet 32
Code Nbre d'actions - sujet 32 Ligne
T1 3 7;48;77 ETA2 2 4;16 ETA25 3 14;18;28 PE27 15 5;8;21;23;25;29;34;36;38;52;54;65;78;83;86 PE28 13 5;10;19;25;29;34;49;60;65;69;78;83;86 AT30 9 9;11;20;22;26;30;50;55;79 AT31 3 6;24;53 AV33 4 35;39;84;87 AV34 3 37;45;66 AV35 2 61;70 FL36 5 12;31;51;56;80 FL43 2 40;71 FL44 3 3;27;62 FL45 8 33;44;59;64;68;75;82;85 FL49 5 33;44;61;64;82 FL54 2 43;74 FL56 6 41;42;46;63;72;73 FL61 6 6;14;26;70;75;84 MP67 10 24;26;30;35;37;39;45;53;55;66; MP68 3 20;22;50 MP69 4 6;9;79;84 MP70 1 11 MP72 2 18;70 MP74 1 1