LES AIDES DIDACTIQUES AU TRAVAIL PERSONNEL
DANS L'APPRENTISSAGE DE LA PHYSIQUE
A L'UNIVERSITE
Jacques LEGA
Laboratoire de didactique de la physique et d'enseignement assisté par ordinateur Université catholique de Louvain - Louvain-la-Neuve. Belgique
MOTS·CLES: PHYSIQUE - PREMIER CYCLE UNIVERSITAIRE.
RESUME : Deux aides didactiques sont présentées, dont le but est de soutenir les étudiants dans leur étude de la mécanique classique.Lapremière a la forme d'un ouvrage d'exercices résolus, tandis que l'autre consiste en un monitorat de rattrapage destiné aux étudiants ayant échoué lors de leur première présentation de l'examen d'exercices.
SUMMARY : Two didactic aids are presented which objective is to assist students in their study of c1assical mechanics. The frrst has the form of a resolved exercises book, whereas the other consist in a tutorial specially intended for students which failed in the fust exerci ses examination.
1. INTRODUCIlON
Panni les objectifsàpoursuivre dans tout enseignement de la physique,ilnous paraît essentiel de favoriser une compréhension synthétique des lois et des concepts fondamentaux au détriment de la mémorisation pure et simple, d'apprendre àraisonner sur des bases solides et bien comprises, et de développer l'esprit critique.
Dans cette optique, la mécanique classique, qui constitue la première partie de la plupart des enseignements universitaires de physique générale, présente un intérêt particulier car elle n'est basée que sur un nombre assez restreint de lois et de concepts. Son étude ne nécessite dès lors qu'une faible mémorisation et demande un grand effort de compréhension et de raisonnement.
Pour les étudiants qui nous concernent, en l'occurence, ceuxde première candidature en sciences biologiques, chimiques, géographiques, géologiques et minéralogiques,ilnous semble que la meilleure évaluation de leur apprentissage consiste à tester leur capacité d'appliquer les notions fondamentales dans des situations concrètes nouvelles, sous forme d'une épreuve d'exercicesàlivre ouvert ne faisant pas appel
àla mémoire.
Il est donc important que l'enseignement dispensé à ces étudiants soit adapté en fonction de ces exigences et l'objet de cette communication estde présenter les aides didactiques destinéesàfavoriser l'apprentissage de cette discipline.
2. LA STRUCTURE DE L'ENSEIGNEMENT
L'enseignement est dispensé durant 14 semaines et réparti entre différentes activités complémentaires l'une de l'autre:
le cours théorique qui,àraison de deux heures par semaine, introduit les lois et les concepts sur base d'observations expérimentales et illustre ceux-ci à travers de nombreux exemples concrets;
le cours d'exercices qui, au rythme de une heure par semaine, vise à développer des méthodes générales de résolution de problèmes basées essentiellement sur le raisonnement;
les travaux dirigés dont le but est de guider les étudiants dans leur approche personnelle des problèmes et qui sont organisés en groupes de 15 à 20 étudiants, à raison de deux heures toutes les deux semaines en alternance avec
les laboratoires qui servent à l'apprentissage des méthodes expérimentales.
Outre sa participation activeà ces activités organisées,ilest absolument indispensable que l'étudiant fournisse un travail personnel important s'il veut assimiler et dominer les bases de la mécanique classique au cours des premiers mois passésàl'Université. Il est dès lors indispensable de mettreàsa disposition des aides didactiques afin de l'orienter et de le soutenir dans son effort.
3. LES AIDES DIDACfIQUES AU TRAVAIL PERSONNEL 3.1. Un recueil d'exercices résolus
Cet ouvrage (Lega, 1987) met à la disposition des étudiants environ 500 problèmes variés se rapportant directement à leur cours de base. Les réponses à tous les exercices sont consignées en fin de texte afin de permettre à l'utilisateur de vérifier ses propres résultats. De plus. des solutions détaillées sont données pour une centaine de problèmes types (dont l'énoncé est imprimé en italique) dans le but d'apprendre à résoudre des exercices aux étudiants qui ne savent pas le faire. Enfm, les problèmes les plus simples, qui devraient pouvoir être résolus sans trop de difficultés par la majorité des étudiants, apparaissent clairement, leur énoncé étant bordé d'une ligne verticale continue.
Une méthode de travail est développée dans l'avant-propos. Il y est conseillé de d'abord essayer de résoudre les exercices imprimés en italique et, si des difficultés surgissent, de relire les parties correspondantes du cours et de revoir les éléments théoriques fondamentaux. Si, après cette lecture, l'étudiant ne trouve pas de lui-même la marche à suivre,illui est suggéré de consulter attentivement la solution détaillée et d'essayer de comprendre les raisons des difficultés rencontrées. Une fois celles-ci surmontées,ilpourra alors s'attaquer aux exercices simples et ensuite aux autres. Mais, dans tous les cas, il faudra qu'il s'arme d'une bonne dose d'opiniâtreté cariltirera toujours unmaximumd'enseignements des exercices pour lesquelsilaura cherché longtemps et dont il aura fmaJement trouvé lui-même la solution.
Après quelques années d'expériences, des défauts majeurs ont pu être décelés. Ils consistent principalement en un manque de structuration à l'intérieur des grands chapitres (vecteurs, statique, cinématique, dynamique du point, dynamique des systèmes et gravitation), en une surabondance de problèmes semblables et en une explicitation insuffisante de la méthode de travail conseillée. Nous envisageons, dès lors, d'apporter des modifications qui consisteront à inclure des rappels théoriques, à développer les méthodes générales de résolution, à guider l'étudiant dans le choix des problèmes et à supprimer les exercices les moins intéressants.
3.2. Unrnooitoratderattrapage
Cette activité est destinée aux étudiants ayant échoué à l'examen d'exercices lors de la première session d'examens se déroulant dans le courant du mois de janvier. Elle vise à leur fournir une assistance individuelle afm de leur permettre de mieux comprendre quelles sont leurs lacunes et les manières d'arriver à les combler.
Laméthode utilisée consiste à soumettre deux problèmes par semaine aux étudiants qui y participent en leur demandant d'essayer de les résoudre dans les mêmes conditions qu'à l'examen, c'est-à-dire seuls et dans un temps limité, et de venir ensuite exposer les difficultés auxquelles ils ont été confrontés. Les exercices proposés sont soigneusement choisis de façon à pouvoir mettre clairement en évidence le manque de compréhension de certains concepts et les défauts de raisonnement dans leur application.
Les figures 1 et 2 présentent une évaluation de cette activité effectuée au cours de 6 années d'expérience. Les résultats qui yapparaissent représentent la moyenne des résultats obtenus par les étudiants en fonction du nombre de séances suivies. Les barres d'erreurs correspondent aux écans-types de ces valeurs moyennes et le nombre d'étudiants concernés est chaque fois indiqué au-dessus du nombre de
RESULTATS DE LA SESSION DE JUIN
Points/20 10 9 8 6f
î
f
4f
i
Q
~
(290) (36) (23) (23) (24) (29) (20) (18) (20) (14) 0 2 3 4 6 7 8 ~9 Différence de points /20î
+5l
+4f
f
+3f
+2î
~J
+1f_
2
0--1 -2 (231 ) (30) (17) (22) ( 18) (27) (16) (17) (19) (13) 0 3 4 5 6 7 8 ~9
FIGURE
497 étudiants Nombre de séances de Monitorat 410 étudiants Nombre de séances de MonitoratMEILLEURS RESULTATS DES SESSIONS DE JUIN
ETSEPTEMBRE
Points/20tIf
l
10 9 8f f
7 6 5 42
2 (233) (36) (24) (25) (24) (29) (19) (18) (21 ) (17) 446 étudiants 0 4 5 6 7 8 »9 Nombre de séancesde Monitorat Différence de pointsl
l
120 +6!
+5î
+4f
f
l
+3f
+2f
2
+1 0-(192) (31 ) (17) (24) ([9) (27) ([5) ([7) (19) ([5) 376 étudiants -1 0 4 5 6 8 ,,9 Nombre de séances de Monitorat
FIGURE
séances. La figure 1 donne les résultats de la session de juin et la figure 2 les meilleurs résultats obtenus au cours des sessions de juin et de septembre. Cette dernière évaluation permet de tenir compte des résultats des étudiants n'ayant pas présenté l'examen en juin et, pour ceux qui ont participé aux deux épreuves, de choisir leur meilleure performance. On peut ainsi éliminer les accidentsde parcours dus, par exemple, à des ennuis de santé, une fatigue excessive ou une mauvaise organisation du travail au cours de la session d'examens. Lapartie supérieure de chaque graphique donne la moyenne des points obtenus sur 20, tandis que la partie inférieure présente la moyenne des différences de points obtenues par rapportà l'examen de janvier.
On constate, dans tous les cas, que les résultats s'améliorent nettement en fonction de la fréquentation de l'activité et que celle-ci s'avère donc bénéfique pour les étudiants assidus et disposés à fournir l'effort demandé. Il faut malheureusement constater que seule une petite minorité d'entre eux profite réellement de celle assistance pédagogique pourtant bien nécessaire au vu des nombreuses difficultés rencontrées dans l'apprentissage des bases de la mécanique classique.
Références :
