La mise à l'essai fonctionnelle nous permettra d’évaluer certains aspects du développement avant que celui-ci ne soit soumis à des apprenants lors de la mise à l’essai empirique. Un enseignant de Science et technologie et une technicienne en travaux pratiques agiront en tant qu’experts lors de cette mise à l’essai étant donné leur expérience en sciences expérimentales au secondaire. Ils testeront l’environnement d’apprentissage dans le but de vérifier si le modèle d’action est réaliste et pertinent pour l’apprentissage
84 des élèves. Pour ce faire, nous leur demanderons de réaliser en une séance les quatre instruments de mesure électroniques que construiront les apprenants lors de la mise à l’essai empirique. Comme les systèmes MicrolabExAO utilisés dans notre intervention didactique sont régulièrement testés et améliorés au Laboratoire de robotique pédagogique, nous ne leur avons pas demandé de s’attarder sur les aspects technologiques de cet environnement.
La mise à l’essai empirique est centrale dans notre recherche étant donné qu’elle nous permettra d’évaluer notre modèle d’action, l’utilisation du logiciel et des prototypes d’instruments de mesure, les protocoles et rapports de laboratoire, ainsi que l’apprentissage des apprenants concernant le fonctionnement d’un instrument de mesure électronique. Lors de cette mise à l’essai, il y a aura 33 apprenants qui se placeront dans l’environnement pour effectuer notre intervention didactique. Il s’agit de 27 étudiants universitaires en enseignement des sciences et technologie au secondaire, plus précisément 15 étudiants en formation initiale des maîtres (groupe E1) et 12 étudiants en maîtrise qualifiante (groupe E2), ainsi que six élèves du deuxième cycle du secondaire (groupe E3). Si nécessaire, une mise à niveau sur l’utilisation des systèmes MicrolabExAO leur aura été préalablement donnée avant la mise à l’essai. Nous utiliserons différentes méthodes, décrites plus loin, pour recueillir des données variées qui nous permettront d’évaluer si nos objectifs de recherche ont été atteints.
Les activités proposées aux participants lors de la mise à l’essai empirique seront réparties sur quatre séances de trois heures. Nous prévoyons répartir ces séances sur quatre semaines. Nous envisageons les activités suivantes dans notre intervention didactique : Séance 1 :
• Examen préalable sur le fonctionnement d’un instrument de mesure électronique (conception initiale) ;
• Formation sur les transducteurs, le diviseur de tension, leur insertion dans la chaîne de mesure en ExAO, et retour sur les connaissances antérieures en électricité ;
• Construction du premier instrument de mesure électronique ; • Rédaction du premier rapport de laboratoire ;
Séance 2 :
• Discussion post-laboratoire sur la séance 1 ;
• Construction du deuxième instrument de mesure électronique ; • Rédaction du deuxième rapport de laboratoire ;
85 Séance 3 :
• Discussion post-laboratoire sur la séance 2 ;
• Construction du troisième instrument de mesure électronique ; • Rédaction du troisième rapport de laboratoire ;
Séance 4 :
• Discussion post-laboratoire sur la séance 3 ;
• Construction du dernier instrument de mesure (examen pratique de laboratoire en situation adidactique) ;
• Rédaction du rapport écrit d’examen pratique de laboratoire ;
• Examen final sur le fonctionnement d’un instrument de mesure électronique (conception suite à l’apprentissage) ;
• Remise du questionnaire d’évaluation du projet aux participants.
Pour évaluer adéquatement l’intégration de la démarche de résolution de problème du participant qui construit son instrument de mesure, nous filmerons chaque apprenant de façon individuelle lors de la construction du dernier instrument de mesure, l’examen pratique de laboratoire en situation adidactique. Nous pourrons observer ses actions avec le prototype et le logiciel, de même qu’enregistrer les questions qu’il pourrait nous poser. Au cours des trois premières séances, notre rôle en tant que chercheur sera d’être une aide pour l’apprentissage de l’élève en utilisant la méthode dialectique proposée par Nonnon (1993). Par nos interactions verbales avec l’apprenant, nous effectuerons à la fois des régulations interactives et des régulations rétroactives (Thouin, 2009). En effet, par des régulations interactives, nous aiderons chaque participant en l’amenant, si possible à répondre à ses propres questions. Par des régulations rétroactives lors des discussions post- laboratoire, nous reviendrons avec chaque sujet sur sa démarche en discutant avec lui et en lui remettant son rapport de laboratoire évalué de façon formative.
Au cours de la dernière séance, soit lors de l’examen pratique de laboratoire en situation adidactique, notre rôle sera de répondre, si nécessaire, aux questions individuelles des sujets. Si possible, nous les amènerons à répondre par eux-mêmes à leurs questions. Si cela ne fonctionne pas et qu’un apprenant nous demande ce qu’il doit faire comme étape suivante pour réaliser son instrument, son coefficient d’efficacité91diminuera.
61 En partant des manipulations et des commentaires des participants à la mise à l’essai empirique, nous envisagerons des modifications didactique et technologique sur les différents composants de l’environnement d’apprentissage des systèmes MicrolabExAO.
3.8. Triangulation des méthodes pour l’analyse des données
Notre recherche repose principalement sur une analyse qualitative. Nous avons collecté les données en nous appuyant sur le principe de la triangulation des méthodes «lqui consiste à se servir de plus d’une méthode de collecte de données pour augmenter la fiabilité des informations obtenues » (Thouin, 2014). Ainsi, c’est en combinant les données obtenues avec l’utilisation de nos différents outils de collecte de données que nous comptons évaluer l’atteinte de nos deux objectifs de recherche. Voici les quatre méthodes de collecte de données que nous utiliserons durant la mise à l’essai empirique :
• Nous filmerons les sujets lors de l’examen pratique de laboratoire ; • Nous recueillerons les réponses écrites des sujets aux examens ;
• Nous recueillerons la perception écrite des sujets dans le questionnaire d’évaluation ; • Nous recueillerons les réponses écrites des sujets dans les rapports de laboratoire. Pour recueillir les données en vue d’atteindre nos objectifs de recherche, à partir de ces méthodes, nous avons développé plusieurs outils :
• Liste chronologique des actions de chaque élève dans l’environnement d’apprentissage, effectuée à partir des enregistrements vidéo ;
• Des grilles d’observations avec échelle numérique remplies par le chercheur durant l’observation des enregistrements vidéo ;
• Trois examens à développement évalués par le chercheur avec une clé de correction : Un examen préalable sur les conceptions initiales concernant le
fonctionnement d’un instrument de mesure électronique ;
Un examen final sur les conceptions suite à l’intervention didactique concernant le fonctionnement d’un instrument de mesure électronique ; Un rapport écrit d’examen pratique de laboratoire pour identifier les choix des sujets et la succession des manipulations effectuées pour construire le manomètre.
• Un questionnaire d’évaluation du projet comportant des échelles numériques d’attitudes et des espaces pour laisser des commentaires et suggestions ;
• Trois rapports de laboratoire évalués de façon formative par le chercheur : Rapport sur la construction du thermomètre ;
Rapport sur la construction du luxmètre ;
Rapport sur la construction du détecteur de position.
62 Nous décrirons plus en détail ces différents outils d’évaluation et de collecte de données dans les prochains chapitres.
Tel que nous venons de le souligner, c’est par la combinaison des données avec les outils ci-haut que nous comptons évaluer l’atteinte de nos deux objectifs de recherche. Notre premier objectif de recherche, qui concerne l’apprentissage, veut amener les sujets à réaliser un apprentissage interdisciplinaire en situation adidactique. Rappelons que cet apprentissage consiste, pour l’apprenant, à manifester une expertise de traitement interdisciplinaire de façon autonome dans une situation complexe de résolution de problème. L’examen pratique de laboratoire est ici une situation adidactique puisque le sujet ne recevra aucun protocole de manipulations ni de montage expérimental préétabli – il devra réaliser celui-ci à partir du matériel qui lui est remis – et ne devrait pas poser de questions à l’enseignant, si ce n’est pour lui permettre d’avancer s’il est bloqué, moyennant une diminution de son coefficient d’efficacité.
Étant donné la complexité de l’apprentissage interdisciplinaire en situation adidactique, nous aurons besoin de données diversifiées provenant de différentes méthodes pour évaluer cet apprentissage. Suite à la mise à l’essai empirique, nous effectuerons une analyse des productions de chaque sujet ainsi qu’une analyse de ses interactions avec l’environnement lors de la dernière séance, interactions qui auront été filmées. Nous aurons des données variées, à la fois qualitatives et quantitatives, qui nous permettront de justifier, pour chaque sujet, la réalisation de l’apprentissage interdisciplinaire en situation adidactique. Nous pouvons organiser les outils d’évaluation nous permettant de recueillir ces données en quatre catégories qui seront explicitées plus loin :
Catégorie 1 : Construction autonome du manomètre ;
Catégorie 2 : Capacité d’exploiter l’ExAO en situation nouvelle ; Catégorie 3 : Les habiletés de résolution de problème ;
Catégorie 4 : Compréhension du fonctionnement d’un instrument de mesure électronique. En fonction des résultats de la mise à l’essai empirique, nous évaluerons aussi l’atteinte de notre second objectif de recherche qui concerne l’amélioration didactique et technologique de l’environnement d’apprentissage. Nous pourrons alors, si besoin est, améliorer cet environnement en travaillant sur le logiciel et les prototypes pour optimiser la démarche des apprenants. Nous entendons par prototype toutes les composantes
63 physiques utilisées en laboratoire, soit l’interface d’acquisition de données, les instruments de mesure, la capsule universelle, les transducteurs, les résistances fixes, etc. Nous pourrons aussi agir sur le déroulement de l’intervention didactique, modifier les protocoles et le rapport d’examen pratique ainsi que bonifier la formation donnée lors de la séance 1 sur les notions clés de l’activité.
Pour déterminer les améliorations à apporter, nous utiliserons les données issues des enregistrements vidéo et les suggestions des participants dans le questionnaire d’évaluation. Nous porterons une attention particulière aux informations similaires qu’il serait possible de tirer de ces deux méthodes de collecte de données. Par exemple, si notre analyse des interactions d’un sujet avec l’environnement révèle un problème technique avec le prototype, et que ce problème ressort aussi des commentaires des participants suite à la mise à l’essai, nous porterons une attention particulière à l’amélioration technologique du prototype permettant d’éliminer ce problème.
Pour faciliter l’analyse des données issues des enregistrements vidéo, nous avons effectué la transcription des actions de chaque élève dans l’environnement d’apprentissage. Nous avons ensuite effectué le codage de ces actions en les catégorisant. Ceci nous a permis de développer un indicateur de performance, le coefficient d’efficacité, qui est un outil d’analyse nous permettant de discriminer les actions efficaces, qui ont du sens dans la démarche de l’élève, des actions inefficaces.
De plus, il serait aussi intéressant d’évaluer le prototype en considérant l’exactitude des instruments de mesure construits par les sujets. Pour ce faire, nous consulterons les équations des graphiques de validation effectués par chaque sujet lorsqu’il compare dans un plan cartésien la mesure de l’instrument de mesure étalon avec celle de l’instrument construit.
Dans le prochain chapitre, Développement, nous décrirons certains aspects que nous avons développés concernant notre intervention didactique et l’environnement d’apprentissage.
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