Enseigner la physique autrement

Expérimentation de l’APP en mécanique

Afin de pallier au manque d’intérêt constaté chez les élèves ingénieurs pour les cours dans les disciplines scientifiques (Maths, Physique…), l’Ecole d’ingénieurs du Cesi a décidé, dans un premier temps, d’expérimenter l’Approche par problèmes (APP). En 2011, l’expérimentation porte sur les cours de mécanique de première année, et elle devrait progressivement s’étendre à d’autres domaines (thermodynamique, électricité…) au cours des années suivantes.

Afin de mesurer l’efficacité de la démarche, il a été décidé que le LIEA suivrait l’expérimentation et comparerait les acquis et les effets cognitifs de l’APP par rapport aux cours traditionnels.

L’expérimentation concerne 5 centres : Arras, Nanterre, Pau, Rouen et Saint-Nazaire. Le cours de mécanique est divisé en deux parties : mise à niveau (harmonisation) au premier semestre, puis cours proprement dit au second semestre. Les objectifs d’apprentissage du cours ojnt été repris pour concevoir les sessions APP : le référentiel a servi de base à la création de 6 problèmes qui le couvrent intégralement (2 en remplacement de la mise à niveau, 4 en remplacement du cours).

Les élèves de 1ère année des établissements concernés sont divisés en deux groupes, l’un suivant le cours traditionnel, l’autre les sessions APP. Avant de démarrer, tout le monde passe le test FCI (Force Concept Inventory – traduit en français). Ce test est repassé à l’issue de la mise à niveau, et avant le démarrage du cours, ainsi que le test MBT (Mechanical Baseline Test– traduit en français). Le test MBT est repassé à la fin du cours. De plus, les élèves passent un examen de connaissances à la fin de la mise à niveau, et un autre à la fin du cours. Les tests sont passés sur la plate-forme Moodle du Cesi. Les examens sont passés sous forme de devoir sur table. Ils sont corrigés selon une grille commune de correction qui reprend les objectifs d’apprentissage et évalue leur atteinte sur une échelle à 4 niveaux.

Deux étudiants du Master IPFA ont été associés aux travaux, pour étudier quelques aspects qualitatifs (entretiens avec les élèves sur leur ressenti ; analyse des interactions dans les diverses phases de l’APP). La recherche est en cours. A l’issue de la phase de mise à niveau, quelques résultats partiels sont contrastés : avantage très net à l’APP à Pau et Saint-Nazaire, mais pas à Nanterre, où les élèves ont contesté la démarche.

Les premiers résultats

Les premiers travaux ont porté sur la démarche APP appliquée aux disciplines scientifiques, qui nécessitent l’acquisition de concepts et de méthodes, et pas seulement celle de savoir-faire. Un premier travail a consisté à établir un référentiel des acquis à l’issue de la formation (« Learning outcomes ») pour la formation traditionnelle, servant de base pour construire les problèmes qui viendront en substitution, lesquels doivent permettre d’acquérir le même référentiel.

Cette démarche est décrite dans la publication suivante :

BLANDIN, B. (2010) Learning Physics: a Competency-based Curriculum using Modelling Techniques and PBL Approach, Oral presentation at the GIREP – ICPE – MPTL International Conference, Reims, 22-27 August 2010. Online at the following URL: http://www.univ-reims.fr/site/evenement/girep-icpe-mptl-2010-reims-international-conference/gallery_files/site/1/90/4401/22908/29321/29322.pdf , accessed 2011-10-01.

La mise en œuvre de l’expérimentation dans 3 établissements (Nanterre, Pau et Saint-Nazaire) a fait l’objet d’un suivi dont les résultats sont en cours d’analyse à la date de la mise à jour du site. Ils ont fait l’objet d’un suivi qualitatif sur le site de Nanterre par une étudiante du Master IPFA (Université Paris-Ouest).

VICHERAT, B. (2011) L’Approche par Problèmes pour l’enseignement des Sciences dans une formation d’Ingénieurs Généralistes Cesi : Etude des processus d’apprentissage et de développement des compétences. Master Professionnel Développement des compétences en formation des adultes, Option Ingénierie Pédagogique en Formation des Adultes. Université Paris-Ouest Nanterre La-Défense. Soutenu le 23/06/2011.

Résultats finaux

La deuxième année d’expérimentation de l’APP et son suivi par les enseignants-chercheurs du LIEA et la stagiaire du Master 2 IPFA a permis plusieurs avancées :

  • Les pratiques des tuteurs ont été ajustées et améliorées en temps réel, en fonction des réactions des élèves et des retours de la stagiaire. Il reste toutefois à réfléchir sur la façon de faire évoluer, rapidement en début d’année, les conceptions du métier d’ingénieur et de l’apprentissage des élèves, et à travailler le feed-back de sorte à remonter le niveau de motivation situationnelle des élèves.
  • L’étude des résultats aux devoirs surveillés évalués par des grilles de type « Rubric » montre que les connaissances acquises par l’APP sont au moins équivalentes à celles acquises via des cours traditionnels. En ce sens, une partie de l’hypothèse initiale est vérifiée. Toutefois, on a aussi constaté que la démarche intellectuelle et le comportement des élèves n’étaient pas évalués de la même façon dans tous les centres. Il conviendrait de travailler ce point dans la perspective de la généralisation du devoir unique au niveau national.
  • L’étude des résultats des tests montre que la seconde partie de l’hypothèse initiale n’est pas vérifiée : l’APP n’améliore pas la conceptualisation des élèves. Mais elle met aussi en évidence le fait que quelle que soit la modalité de formation utilisée (APP ou cours traditionnel), celle-ci n’a quasiment pas d’effet sur les conceptions des élèves. Cela pose le problème de la forme pédagogique qui permettrait d’agir sur ces conceptions. Le travail en cours pour identifier les conceptions alternatives des élèves est nécessaire pour tester des méthodes différentes. Il n’est pas suffisant, car le test CSEM montre que dans une autre discipline que la mécanique, les conceptions alternatives sont aussi très présentes chez la majorité des élèves. Il en est probablement de même dans toutes les disciplines.

A partir des travaux de la seconde année, cette recherche a donné lieu aux publications suivantes :

MEHALLEL, D. (2012) L’Approche par problème en question : entre résistance et persistance des apprenants. Etude des effets d’un dispositif d’apprentissage par problème pour l’apprentissage des sciences sur la motivation des élèves-ingénieurs du Cesi. Mémoire de Master 2 IPFA. Nanterre : Université Paris Ouest Nanterre

POUTOT, G. BACILA, A. AGEORGES, P. BLANDIN, B. (2012) PBL in Mechanics: some results of a controlled experiment, in Proceedings of the World Conference in Physics Education, Istanbul, Turkey, July, 1st – 6th, 2012, p.405-412. [Online] downloaded on 2014-03-01 from http://www.wcpe2012.org/proceedings.html

BLANDIN, B. AGEORGES, P. BACILA, A. POUTOT, G. (2013) Mise en œuvre de l’approche par problèmes dans une école d’ingénieurs: effets cognitifs et conatifs, in Actes du congrès de l’Actualité de la Recherche en Éducation et Formation (AREF – AECSE), Laboratoire LIRDEF – EA 3749 – Universités de Montpellier, Août 2013 [en ligne] http://www.aref2013.univ-montp2.fr/cod6/?q=content/176-mise-en-%C5%93uvre-de-l%E2%80%99approche-par-probl%C3%A8mes-dans-une-%C3%A9cole-d%E2%80%99ing%C3%A9nieurs-effet-cognitifs–0

AGEORGES, P. POUTOT, G. BACILA, A. BLANDIN, B. (2014) Some lessons from a 3-year experiment of Problem-based learning in Physics in a French School of engineering, presented at the International Conference in Physics Education, Prague, Czech Republic, August 5-9th, 2013, p. 664-670. [online] accessed on 2015-11-25 at http://pubs.sciepub.com/education/2/8/1/

POUTOT, G., and BLANDIN, B. (2015) Exploration of Students’ Misconceptions in Mechanics using the FCI, in American Journal of Educational Research 3.2: 116-120. [online] accessed at http://pubs.sciepub.com/education/3/2/2/ on 2015-02-26