Conclusion du chapitre

C’est à partir des résultats obtenus lors de nos mises à l’essai que nous pouvons déterminer si nous avons atteint nos deux objectifs de recherche et s’il est nécessaire d’effectuer une nouvelle mise à l’essai fonctionnelle ou empirique. Tout d’abord, notre premier objectif de recherche concernait l’apprentissage interdisciplinaire en situation adidactique. Étant donné la complexité de cet apprentissage, nous avons utilisé plusieurs outils d’évaluation, présentés tout au long de la section 5.2, pour recueillir des données qualitatives et quantitatives diversifiées que nous avons ensuite croisées pour dresser un portrait fiable de l’apprentissage des apprenants. Comme la majorité des sujets sont parvenus à effectuer cet apprentissage, plus précisément 67% d’entre eux, nous considérons qu’avec ces résultats, notre premier objectif de recherche est atteint.

Ensuite, notre second objectif concernait l’amélioration didactique et technologique de l’environnement d’apprentissage des systèmes MicrolabExAO. Parmi les 15 améliorations que nous souhaitions effectuer sur cet environnement, nous sommes parvenus à en réaliser 14. En effet, seule l’amélioration #5, qui voulait permettre à l’apprenant d’écrire par lui-même le titre de ses axes sous le graphique, n’a pas été effectuée, car elle aurait nécessité trop de temps en programmation. Les autres améliorations ont nécessité dans l’ensemble environ douze heures en développement, que ce soit en programmation ou autres. Nous considérons qu’avec ces résultats, notre second objectif de recherche est atteint.

Ainsi, comme nos deux objectifs de recherche ont été atteints suite à la mise à l’essai empirique, il n’est pas nécessaire d’effectuer de nouvelle mise à l’essai.

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Conclusion

Dans le cadre de cette recherche de développement, nous avons développé et validé une intervention didactique permettant à des apprenants, placés dans un environnement d’apprentissage des systèmes MicrolabExAO, de réaliser différents instruments de mesure électroniques et d’en appréhender le fonctionnement. Ces apprenants se sont progressivement approprié une démarche interdisciplinaire de résolution de problème leur permettant de construire ces instruments en intégrant des outils mathématiques à la démarche expérimentale et à la démarche technologique de conception. À la fin de cette intervention, ils ont dû réaliser un manomètre de façon autonome, démontrant ainsi l’intégration de cette démarche et le transfert de celle-ci sur un autre objet d’apprentissage. C’est principalement ce transfert qui nous permet de conclure à la mobilisation adéquate de leurs savoirs et savoir-faire en sciences expérimentales, en mathématique et en technologie. Cette activité est un bon exemple d’interdisciplinarité, car ces matières ne sont pas simplement juxtaposées pour résoudre un problème, mais véritablement interreliées pour réaliser un instrument de mesure. L’environnement d’apprentissage des systèmes MicrolabExAO est ainsi un puissant outil didactique pour favoriser la mise en place d’activités interdisciplinaires dans la pratique enseignante.

Traditionnellement, en sciences expérimentales, dans sa démarche inductive de laboratoire, l’apprenant devrait pouvoir manipuler intuitivement une relation de causalité entre deux variables, mettre à l’essai expérimentalement ses hypothèses et formuler cette relation de causalité sous la forme d’une loi physique. Pour valider cette loi, il devra d’abord prédire l’interaction entre la variable dépendante et la variable indépendante pour ensuite mettre à l’essai expérimentalement ces prédictions dans les mêmes conditions. Il procède alors, dans une démarche déductive de laboratoire, à une validation analytique pour déterminer si la théorie, c’est-à-dire sa loi physique, se confirme dans la pratique. En combinant ces démarches inductive et déductive, il accomplit ainsi un cycle complet de la démarche d’investigation scientifique en passant de la réalité au modèle et du modèle à la réalité.

186 Dans notre environnement d’apprentissage, tout comme en sciences expérimentales, l’élève s’est d’abord placé dans une démarche inductive pour construire un modèle prenant la forme d’une équation algébrique de transfert. C’est en utilisant celle-ci qu’il est parvenu à construire son instrument de mesure. Ensuite, dans une démarche déductive, en mettant cet instrument de mesure à l’essai, il a déterminé si son modèle, l’équation algébrique de transfert, lui permettait de représenter fidèlement la réalité physique en prenant des mesures identiques à celle de l’étalon. Cette démarche déductive, à la différence de la démarche déductive traditionnelle analytique, lui a permis de valider son modèle avec un objet concret, c’est-à-dire un instrument de mesure construit. Il a alors vérifié l’exactitude de cet instrument. Ce faisant, l’élève effectue aussi un cycle complet de la démarche d’investigation scientifique en passant de la réalité au modèle et du modèle à la réalité. Cependant, étant donné le caractère technologique de l’instrument de mesure construit, sa validation est concrète plutôt qu’analytique. Nous pensons que cet aspect est intéressant vu qu’il donne une finalité concrète à la démarche de l’élève.

L’instrumentation électronique utilisée au secondaire ne révèle pas de prime abord son fonctionnement, contrairement aux instruments de mesure traditionnels comme le thermomètre à alcool. Avec notre intervention didactique, nous avons démontré que la réalisation d’instruments de mesure électroniques avec les systèmes MicrolabExAO rend accessible la compréhension de ce fonctionnement par les élèves. Pour ce faire, nous avons évalué la conception initiale des apprenants, avant l’intervention, et l’avons comparé à leur conception suite à l’intervention. Nos résultats nous ont montré que notre intervention didactique a permis à l’ensemble des apprenants de démystifier et de comprendre certaines applications technologiques qui font aujourd’hui partie de leur quotidien, comme les instruments de mesure électroniques.

Lors de la première mise à l’essai fonctionnelle, nous avons testé l’environnement auprès d’un enseignant de Science et technologie et d’une technicienne en travaux pratiques. Cette mise à l’essai visait à avoir l’avis de ces experts concernant la faisabilité de notre intervention didactique auprès d’élèves du secondaire. Les commentaires de ces experts nous ont permis de constater que cette intervention était fonctionnelle et

187 pertinente pour l’apprentissage, ce qui nous a autorisés à aller de l’avant avec la mise à l’essai empirique.

Nous avons effectué cette mise à l’essai empirique auprès de 27 étudiants universitaires en enseignement des sciences et technologie ainsi que de six élèves du deuxième cycle du secondaire. En quatre séances, ces sujets ont respectivement réalisé un thermomètre, un luxmètre, un détecteur de position et un manomètre. Nous avons dirigé leur démarche pas à pas par un protocole de manipulations lors de la réalisation du thermomètre au cours de la première séance. Ensuite, cette démarche était de moins en moins guidée d’une séance à l’autre. Lors de la dernière séance, nous avons demandé aux apprenants de réaliser le manomètre de manière autonome pour vérifier le transfert de cette démarche en situation adidactique.

Pour pouvoir déterminer si nos deux objectifs de recherche étaient atteints, nous avons effectué la triangulation des méthodes (Thouin, 2014) en utilisant quatre méthodes de collecte de données : 1) nous avons filmé les sujets lors de la réalisation du manomètre, 2) nous avons recueilli leurs réponses écrites dans des examens, 3) nous avons recueilli leur perception écrite dans un questionnaire d’évaluation et 4) nous avons recueilli leurs réponses écrites dans leurs rapports de laboratoire. À partir de ces quatre méthodes, nous avons développé plusieurs outils d’évaluation pour collecter des données variées, à la fois qualitatives et quantitatives.

Notre premier objectif de recherche portait sur la réalisation d’un apprentissage interdisciplinaire en situation adidactique par les sujets. Nous avions fixé a priori comme critère de succès la réussite des apprenants à chacune des évaluations réparties dans les quatre catégories suivantes : construction autonome du capteur de pression, capacité à exploiter l’ExAO en situation nouvelle, habiletés de résolution de problème et compréhension du fonctionnement d’un instrument de mesure électronique. Nos résultats nous montrent que, lors de la réalisation du manomètre, 67% des sujets (22 participants sur 33) ont réussi à effectuer un apprentissage interdisciplinaire en situation adidactique. Ces résultats sont plutôt encourageants étant donné la complexité d’un tel apprentissage. Ainsi notre objectif de recherche a été atteint puisque la majorité des apprenants ont réussi à effectuer un véritable apprentissage interdisciplinaire en situation adidactique.

188 Notre second objectif de recherche portait sur l’amélioration de l’environnement d’apprentissage sur les plans didactique et technologique. Nous avions proposé, suite à la mise à l’essai empirique, 15 améliorations à apporter à l’environnement d’apprentissage des systèmes MicrolabExAO, et ce, au niveau du prototype, du logiciel, des protocoles, de la formation donnée à la première séance et du rapport écrit de l’examen pratique de laboratoire. Nous avons réussi à effectuer 14 des 15 améliorations envisagées. Avec ces résultats, nous considérons que l’objectif de recherche concernant l’amélioration de notre environnement d’apprentissage a été atteint.

Dans le chapitre Problématique, nous avons exprimé notre problème sous forme d’une question générale de recherche : serait-il possible de développer une séquence didactique qui permettrait à un élève du deuxième cycle du secondaire d’appréhender le fonctionnement des instruments de mesure électroniques en intégrant une démarche complète de résolution de problème qui nécessite le déploiement de savoirs et savoir-faire en science, en mathématique et en technologie? Nous pensons que cette recherche nous a permis de répondre à cette question générale. En effet, elle nous a permis de développer et de valider :

1) Une démarche qui permet à un élève de concevoir et construire des objets technologiques complexes, des instruments de mesure qui seront validés en évaluant leurs caractéristiques métrologiques (exactitude et précision) ;

2) Une démarche qui permet à un élève d’appréhender et de comprendre le fonctionnement d’un instrument de mesure électronique ;

3) Une démarche qui permet à un élève de démontrer une expertise de traitement interdisciplinaire par l’intégration de ses savoirs et savoir-faire en sciences expérimentales, mathématique et technologie ;

4) Une intervention didactique qui permet à l’élève de transférer ses apprentissages en situation adidactique ;

5) Une version améliorée d’un environnement d’apprentissage MicrolabExAO, en faisant progresser la technologie de cet environnement en mettant celle-ci au service de la pédagogie.

189 Prospectives

Pour aller plus loin, nous pensons que l’intervention didactique que nous avons développée permettrait de rendre complètement autonome l’apprenant dans la recherche de solutions face à un besoin de mesurage. Par exemple, il serait envisageable d’intégrer la réalisation d’un nouvel instrument de mesure dans une situation d’apprentissage plus large qui imposerait à l’apprenant d’identifier par lui-même un besoin lié à une difficulté de mesurage pour laquelle sa solution serait de concevoir et construire un nouvel instrument de mesure en ExAO. En ce sens, un étudiant universitaire faisait la remarque suivante dans son questionnaire d’évaluation en disant que « il faudrait créer un capteur dans le but de l’utiliser. Il faut que le capteur puisse faire quelque chose que le thermomètre à alcool ne peut pas faire ». Une fois son instrument de mesure construit et validé, l’élève pourrait répondre par une expérimentation au besoin qu’il a identifié.

L’amélioration de l’expérimentation assistée par ordinateur est un processus de recherche de développement continu et sans fin étant donné qu’il y aura toujours des améliorations didactiques ou technologiques envisageables. En effet, nous avons mis un terme à nos mises à l’essai lorsque nos résultats nous montraient que nos objectifs de recherche étaient atteints. Toutefois, il serait toujours possible de continuer à améliorer l’environnement d’apprentissage des systèmes MicrolabExAO. Cette amélioration continue est présente dans les origines de cette recherche qui s’inscrit dans la continuité des travaux menés au Laboratoire de robotique pédagogique de l’Université de Montréal. Nous nous sommes inspirés d’un environnement d’apprentissage élaboré progressivement durant plusieurs années en centrant notre recherche sur l’intégration et le transfert par les apprenants d’une démarche interdisciplinaire de réalisation d’instruments de mesure électroniques et sur l’appréhension du fonctionnement de ces instruments. Plus spécifiquement, la réalisation d’instruments de mesure électroniques avec les systèmes MicrolabExAO continuera aussi à être bonifiée. Par exemple, actuellement, les chercheurs du laboratoire tentent de trouver dans l’industrie un transducteur peu coûteux pour fabriquer un oxymètre en le branchant à la capsule universelle. Étant donné que l’intérêt du Laboratoire de robotique pédagogique est didactique et non commercial, l’idée des systèmes MicrolabExAO est de démocratiser l’expérimentation assistée par ordinateur en la rendant accessible et peu coûteuse. Nous pensons ainsi que ces systèmes