Titre de l article : Le numérique au service des Travaux Pratiques Jean-Marie Blondeau Enseignant chercheur jean-marie.blondeau@univ-lille1.fr Franck Rouzé IGE informatique franck.rouze@univ-lille1.fr Karine Gouriet Enseignant chercheur karine.gouriet@univ-lille1.fr Bernard Mikolajczyk IGE vidéo bernard.mikolajczyk@univ-lille1.fr RESUME Un domaine a encore trop peu bénéficié des avancées pédagogiques découlant de l usage du numérique : il s agit de l enseignement expérimental au sein des universités scientifiques. Trop souvent, les travaux pratiques sont encore présentés aux étudiants par des feuilles de TP uniquement textuelles alors que les possibilités sont multiples de présenter les travaux pratiques de façon attractive par des animations, des simulations, des documents interactifs, des vidéo. Nous présentons ici une expérience menée à l Université de Lille concernant une feuille de TP numérique. Elle comprend de nombreuses illustrations, une présentation vidéo du TP par l enseignant et des manipulations virtuelles sur le matériel utilisé réellement. La feuille de TP est accessible à partir d un serveur et d un navigateur dans l ENT de l établissement. Elle est aussi accessible à partir d un pdf interactif avec lecture de QR code, d une tablette ou d un smartphone. Les animations sont réalisées à partir du logiciel SEMMLabs qui est une création du SEMM (Service Enseignement et MultiMedia ) de l. Les usages pédagogiques sont multiples : préparation et révision des TP en présentiel, gain de temps sur les séances de TP (problème de sureffectifs d étudiants comme souvent en francophonie), préparation des TP avant regroupement pour l EAD, présence d un enseignement expérimental pour les étudiants empêchés ou en cas de manque de matériel, MOTS-CLES : Travaux pratiques numériques, simulation, sciences expérimentales 1 INTRODUCTION Dans le cadre de l enseignement scientifique, en particulier en licence, de nombreuses avancées pédagogiques ont été déjà mises en place pour une meilleure réussite des étudiants, où souvent les enseignants se sont appuyés sur les possibilités qu offre le numérique. 1/5 max.
Il apparaît que le secteur des travaux pratiques a souvent échappé à ces avancées et que l aspect expérimental des sciences reste encore très traditionnel alors que l utilisation des media modernes pourrait l optimiser dans des proportions considérables. Après avoir fait l état des lieux actuel et les possibilités de changement, nous présenterons un exemple d innovation pédagogique en travaux pratiques réalisé à l. Le dispositif technique sera également décrit. En particulier, nous présenterons le logiciel de création de simulations SEMMLabs, réalisé également au sein du SEMM à Lille1. 2 DEROULEMENT DU PROJET 2.1 Objectifs et méthodologie de mise en œuvre : la vision du pédagogue 2.1.1 Le point de vue de l enseignant Pourquoi réaliser une feuille de TP numérique et interactive à la demande de l enseignant? Quel est son point de vue? L enseignant constate souvent que les étudiants n ont pas préparé le TP avant de venir en séance. Il doit présenter le TP à chaque groupe d étudiants et ampute ainsi le temps d expérimentation. Il ne souhaite plus répéter inlassablement les mêmes réponses aux mêmes questions basiques posées régulièrement par les étudiants par exemple «comment fonctionne le vernier?» «Où se trouve le bouton de réglage?». Ces tâches mineures, répétitives, chronophages, prennent du temps sur ce qui est le plus important: à savoir faire découvrir les concepts scientifiques et acquérir une méthodologie de l expérimentation. Il veut également apporter un soutien personnalisé aux étudiants les plus en difficulté. Il souhaite gagner du temps pour approfondir les notions fondamentales dans l utilisation d appareils de mesure car le fait de les ignorer perturbe immanquablement la manipulation et génère des erreurs de mesure. Examinons l état des lieux actuel et le progrès que peut apporter l usage du numérique aux pratiques actuelles : Cas de la feuille de TP classique Elle est souvent purement textuelle ne présentant pas toujours des photos des différents appareils. Elle est séquentielle, il n y pas de navigation possible dans l information. L étudiant a souvent des difficultés à comprendre ce que l on attend de lui : tout est nouveau pour lui, la feuille de TP lui parait dense et touffue L étudiant, devant la feuille de TP, se trouve devant des éléments d informations statiques alors que souvent les phénomènes à étudier sont dynamiques L étudiant stresse devant un nouveau matériel à manipuler qu il découvre en arrivant dans la salle de TP. Cas de la feuille de TP numérique Elle est fortement illustrée d images et de vidéo. Elle présente un menu de navigation. La présentation vidéo par l enseignant des objectifs et des manipulations permet à l étudiant de saisir l essentiel et les lignes directrices La possibilité est donnée à l étudiant de visualiser les manipulations qu il aura à effectuer et surtout d accéder à une animation dynamique basée sur l image du vrai matériel qu il aura devant lui lors de la séance de TP Le matériel est présenté sous forme d images ou de vidéos: l étudiant se familiarise avec le matériel et se sent plus confiant. 2/5 max.
L étudiant a peur de détériorer le matériel par une fausse manœuvre ou une mauvaise compréhension de la manipulation à réaliser. L étudiant a parfois des difficultés à terminer le travail demandé dans sa feuille de TP. En cas d absence ou d impossibilité a venir en présentiel (situation d handicap, EAD ), il n y pas de possibilité de faire le TP. Il n y pas de révision possible du TP s il n y a pas de séances de révision organisées. Des animations incluses permettant à l étudiant de manipuler avant la séance de manière virtuelle et d observer le résultat de ses actions sur la manipulation. Grâce à la préparation avant la séance de TP, il a plus de temps pour réaliser l ensemble de son TP et mieux assimiler les concepts scientifiques à vérifier. Les manipulations sont enregistrées sous forme vidéo ou d animation. L aspect expérimental est tout de même présent dans l enseignement. Il y a possibilité de revoir ou de manipuler les différentes expériences de manière virtuelle en l absence de séance de révision. 2.1.2 les animations : le point de vue de l enseignant Les animations interactives ont été réalisées à partir de l application SEMMLABS développée au SEMM à partir d'une série de photos prises lors de la réalisation d'une manipulation. il s'agit de réaliser simplement et sans aucune programmation donc sans aucune connaissance informatique, une manipulation qualifiée de virtuelle qui ne remplacera en aucun cas la vraie manipulation mais permettra de la préparer ou de la revoir à la limite, dans le pire des cas, de la remplacer si le vrai matériel n'est pas disponible pour des raisons de coût ou de dangerosité par exemple. Les étudiants peuvent alors manipuler ces appareils comme en salle de Travaux Pratiques en relevant des valeurs expérimentales réelles issues de vraies images (celles qui ont été enregistrées sur le vrai matériel de TP). Les étudiants peuvent modéliser les résultats expérimentaux et discuter de la validité du modèle choisi, contrairement aux simulations que l on peut voir sur le Web qui ne peuvent faire constater un écart entre l expérience et la théorie, puisque l algorithme de calcul est lui-même basé sur la théorie qu on veut vérifier. 2.2 Objectifs et méthodologie de mise en œuvre : la vision du technologue 2.2.1 Objectifs Le technologue a un double objectif : La production d un document multimédia attractif qui plaise aux étudiants et qui les motive à le consulter La diffusion multi supports sur les media favoris des étudiants : o Accès à partir d une tablette, en ligne ou à partir de la feuille préalablement téléchargée (scenari reader) o Accès à partir d un smartphone, en ligne ou à partir de la feuille préalablement téléchargée (scenari reader) o Accès à partir d un pdf interactif ou allégé o Possibilité, à partir de la feuille imprimée pdf, de jouer les vidéos à partir d une tablette ou d un smartphone si l on dispose d une connexion grâce au QR code intégré et d un lecteur de Qrcode préalablement téléchargé. o Lecture possible du fichier pdf à l écran avec lecture directe des vidéos basse résolution (réalisé à partir d Adobe Acrobat XI). 3/5 max.
2.2.2 Méthodologie 2.2.2.1 La feuille de TP La feuille de TP numérique a été réalisée grâce à la chaîne éditoriale SCENARI (http://scenari-platform.org) en ajoutant l extension Scenari reader. La chaîne éditoriale permet de générer une sortie web, une sortie mobile (après avoir téléchargé Scenari reader sur la tablette ou le smartphone (depuis Applestore pour la version mac ou Playstore pour la version Android), une sortie papier (odt ou pdf interactif), et ceci à partir du même contenu source. 2.2.2.2 Les animations Les animations interactives ont été réalisées à partir de l application SEMMLABS gratuite développée au SEMM. A partir d'une série de photos prises lors de la réalisation d'une manipulation à l'aide d'appareils scientifiques, Semmlabs est constitué de 2 outils : un "éditeur" pour l'enseignant un "player" pour l'étudiant SemmlabsEditor : L application est développée en Python 3.x + framework QT pour des raisons de portabilité. Elle est utilisable sous Windows, Mac OsX, Linux, elle permet à un non informaticien de générer les données du TP numérique à partir d'un jeu de photos. Actions de l'auteur : intégration d'un jeu de photo, définition de zones actives sur les photos, définition de variables/valeurs associées aux zones, association des variables/valeurs avec les photos. SemmlabsPlayer : Utilise les technologies HTML5 / CSS3,développement en javascript + JQuery Utilisable sur les navigateurs récents sous Windows, Mac OsX, Linux Utilisation perfectible sous Android, IOS Composé de 3 parties : un jeu d'images découpées faites dans l'éditeur à partir des photos prises un ensemble de données pour le TP numérique (fait dans l'éditeur) le code de manipulation des images et données zoom 3 RESULTATS ATTENDUS On peut attendre une rénovation profonde des travaux pratiques, et par là de l enseignement scientifique expérimental. Les usages sont nombreux dans trois types de situations : A. Utilisations de la feuille de TP numérique en présentiel Les feuilles de TP sont plus attractives et adaptées à la culture des étudiants. Un gain de temps en séance de TP permettant de mieux approfondir les concepts scientifiques explorés et d arriver à l acquisition d une meilleure maîtrise de l expérimentation. Dans le cas de massification de l enseignement comme en francophonie, le gain de temps permet de multiplier les séances de TP et de faire passer plus de groupes. L étudiant peut choisir entre plusieurs usages : En support direct lorsque il se trouve devant sa manipulation. 4/5 max.
En révision du TP avant une séance d examen de TP. En manipulation virtuelle lorsque il n a pas accès à la manipulation réelle. B. Enseignement à distance La préparation des séances de regroupement destinées aux TP, de durée souvent réduite pour les étudiants salariés, est optimisée. Il y a pprésence d un enseignement de caractère expérimental en l absence de regroupement étudiants handicapés, longue maladie, milieu carcéral etc.. C. Manque de matériel, matériel coûteux On peut ne mettre en place qu une seule manipulation réelle montée pour «toucher le matériel» et démultiplier la prise de mesures sur les postes informatiques installés autour de cette manipulation. 4 CONCLUSIONS, IMPACTS ET PERSPECTIVES ATTENDUS 4.1 La vision du pédagogue Une première étude d impact (sondage et captation vidéo) montre que les étudiants ayant bénéficié d une feuille numérique prennent immédiatement le TP en main en arrivant en salle, comprennent mieux et se montrent plus autonomes grâce à leur meilleure préparation. Ce projet remet à l honneur l aspect expérimental de l enseignement des sciences en France. On peut attendre qu il apporte sa pierre à la lutte contre la désaffection des Sciences constatée au niveau national. Une perspective est de créer et mutualiser une banque nationale de TP numériques, par exemple via les UNT. Une banque internationale de TP a déjà été initiée par UNISCIEL avec le Maroc, la Tunisie, le Liban, la Palestine et le projet a rencontré un très vif succès. Cette banque pourrait être étendue à l ensemble de la francophonie qui désire vivement développer son enseignement expérimental à l université et trouver une solution à la massification de ses étudiants 4.2 La vision du technologue Ces perspectives ne peuvent se faire sans les technologues qui permettent une diffusion facilitée des produits pédagogiques. Notre diffusion actuelle sur Smartphone est populaire auprès des étudiants au niveau national. On peut noter également qu en francophonie, le développement de la téléphonie est plus rapide que l équipement en ordinateurs. Notre projet tient compte de cette diffusion sur smartphone très répandue. Par exemple, la diffusion en Afrique en particulier sub saharienne peut donc s élargir très rapidement Remerciements Nos remerciements vont à l UFR de Physique de l pour la participation des enseignants dans l élaboration des feuilles de TP numériques, ainsi qu au SEMM pour avoir mis à disposition du projet un ingénieur vidéo et un ingénieur informaticien. Références : http://semmlabs.univ-lille1.fr 5/5 max.