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Publié le 29 mars 2017 | Physique

20 nouvelles situations-problèmes pour le site Apprentissage par problèmes en physique au collégial

L'approche pédagogique basée sur l'apprentissage par problèmes (APP) a prouvé son succès dans de nombreuses disciplines différentes, notamment en physique. C’est en cherchant des problèmes spécifiques aux 3 domaines de la physique au collégial qu’Olivier Tardif-Paradis, Mathieu Riopel et Alexandre April, 3 enseignants au Cégep Garneau, se sont lancés dans un projet d’une durée de 2 ans afin de créer de nouveaux problèmes pour le site internet existant du Centre collégial de développement de matériel didactique (CCDMD) intitulé « Apprentissage par problèmes en physique au collégial ».

Avec l'équipe de soutien du CCDMD et le financement provenant du CCDMD et du Cégep Garneau, ces enseignants ambitieux ont créé 20 nouvelles situations-problèmes ainsi que des guides pour les enseignants et les étudiants. Le site offre maintenant des activités d’APP en mécanique, en électricité et magnétisme, et en ondes et physique moderne. Les 34 situations-problèmes sont disponibles en français et en anglais.

Page d’accueil du site.

Comment tout a commencé

Le développement d’une approche d’APP et son utilisation en classe nécessitent de disposer d'une banque de situations-problèmes adaptées aux compétences à atteindre dans un cours. Cela prend du temps à mettre en place et c’est cette réalité qui a amené le créateur de l'outil, Nathaniel Lasry, à développer la première version de cette ressource avec le CCDMD. Vous pouvez lire son expérience dans ce récit de Profweb (en anglais). Mathieu et Olivier se sont tout de suite familiarisés avec cet outil développé en 2008.

En 2008, il n’y avait que 14 situations-problèmes disponibles sur le site, toutes liées à la mécanique. Puisque Mathieu et Olivier enseignaient dans d'autres domaines de la physique, ces situations-problèmes ne leur convenaient pas dans leurs cours. Après avoir assisté à une présentation du CCDMD, Olivier a eu l'idée d'élargir l'outil pour fournir des situations-problèmes dans tous les domaines de la physique pour les cours collégiaux et il a demandé à Mathieu de se joindre à lui.

Le site internet invite les enseignants à soumettre des situations-problèmes pour constituer la banque de matériel disponible. Peu de professeurs l'ont fait entre la création du site en 2008 et 2014, l’année où Olivier et Mathieu ont commencé leur projet. Cela est compréhensible compte tenu du temps qu'il faut pour créer une situation-problème fiable, valide et complexe, avec l'ajout, pour chaque activité, d’un guide de l'élève et d’un guide de l'enseignant.

Le processus de création

Au cours de l'automne 2013, Olivier et Mathieu ont contacté Nathaniel Lasry pour discuter de leur projet. Avec l'approbation de Nathaniel, ils ont soumis leur proposition de projet au CCDMD et au Cégep Garneau. Le projet a débuté au début de 2014 avec le financement du Cégep Garneau, le financement du CCDMD ayant été confirmé quelques mois plus tard. Pendant la première année du projet, ils ont travaillé dur pour produire 10 situations-problèmes. Au cours de la deuxième année, avec le renouvellement du financement du CCDMD et l'ajout d'Alexandre à l'équipe, 10 autres situations-problèmes ont vu le jour.

Les 3 domaines de problèmes (la mécanique, l'électricité et le magnétisme, les ondes et la physique moderne) sont maintenant accessibles en ligne, totalisant 34 situations-problèmes.

Chacun des enseignants impliqués a apporté ses points forts et ses expériences, permettant de créer une équipe dynamique. Leur première étape consistait à identifier quels sujets manquaient à partir de la liste existante de situations-problèmes. Ensuite, ils ont dressé une liste de sujets potentiels issus de leurs expériences personnelles et professionnelles: Alexandre a un doctorat en optique et a enseigné des cours de physique dans différents programmes (tels qu’Optique géométrique dans le programme de technologies optiques), Olivier et Mathieu travaillent avec le Centre de démonstration en sciences physiques, Mathieu a enseigné des cours de physique dans différents programmes (comme la Biomécanique, dans le programme de techniques en physiothérapie) et Olivier aime l'histoire des sciences. Ils ont d’ailleurs saisi l’occasion pour élargir les horizons des étudiants en ajoutant des éléments de science, de culture, d'histoire et de citoyenneté à chacune des nouvelles situations-problèmes.

Voici quelques exemples de situations-problèmes qu’ils ont développées :

Chaque problème est accompagné d'un guide de l'élève et d'un guide de l'enseignant, élaboré pour chaque nouvelle situation-problème. Le guide de l'enseignant explique comment utiliser le problème étape par étape, y compris les explications sur la façon de préparer et d'utiliser une démonstration, si nécessaire. Il fournit également des réponses aux questions contenues dans le guide de l'élève ainsi qu'une grille d'évaluation proposée pour l'évaluation sommative.

Le guide de l'enseignant commence chaque situation-problème par un résumé détaillé de l'objectif du problème et comment celui-ci peut être utilisé.

Chaque section du guide de l'enseignant fournit des réponses aux questions sur lesquelles les étudiants travaillent.

Le guide de l'élève fournit des renseignements généraux sur chaque situation-problème et guide les étudiants à tirer des conclusions finales. Il s'agit d'un document Word, ce qui permet aux enseignants d'apporter des modifications et d'utiliser la situation-problème différemment, tout en permettant aux étudiants de travailler directement dans le document.

Les renseignements de base figurant dans le guide de l'élève fournissent des renseignements essentiels à la situation-problème.

Exemple d’une page d’accompagnement des questions du guide de l’élève, comme indiqué dans le guide de l'enseignant.

Utilisation de l’APP et retour des étudiants

L'utilisation de l'APP implique souvent le fait que l'enseignant doive convaincre les étudiants qu'ils apprendront les compétences du cours de la même façon qu’avec une approche plus classique. Les étudiants d'Olivier, dans un cours portant sur les ondes, étaient habitués à l'approche traditionnelle et s'inquiétaient de leur niveau de compréhension avec cette nouvelle méthode. Il a passé du temps à expliquer les concepts derrière cette approche, et lentement mais sûrement, ils se sont fait à l’idée et habitués à celle-ci. Les résultats positifs du premier examen ont donné confiance aux étudiants dans cette approche pédagogique.

Alexandre trouve les problèmes très utiles, cependant il les utilise pour son inspiration et les modifie pour correspondre à ses besoins. Il constate que les étudiants sont étonnés de ce qu'ils apprennent quand ils arrivent à la fin d'une situation-problème. Ils sont allés plus loin dans leur processus de réflexion et leur apprentissage global. Mathieu n'a utilisé que quelques-unes des nouvelles situations-problèmes, mais il est satisfait des résultats. Il est ravi d'avoir des documents qui sauront susciter l’intérêt de ses étudiants. Olivier a, quant à lui, utilisé les problèmes des 3 domaines proposés et il en est très satisfait.

Ces enseignants expérimentés avec l’APP ont quelques recommandations pour les enseignants qui veulent commencer à utiliser ce type d’approche :

  • Démarrez lentement - commencez par essayer 1 ou 2 situations-problèmes.
  • Prenez le temps de vous familiariser avec le matériel et la situation-problème choisie.
  • Faites vôtre chaque situation-problème - adaptez ou modifiez le problème pour qu’il convienne à vos besoins.

Citation « Je n'ai jamais eu de mauvaise classe en utilisant l’APP, mais j'ai par contre eu de mauvaises classes avec une approche traditionnelle. » Olivier Tardif-Paradis

L'achèvement de ce projet a abouti à un total de 34 situation-problèmes maintenant disponibles sur le site, qui couvrent 3 domaines différents de la physique. Le site est bilingue, grâce à l’appui du CCDMD qui s'est occupé de traduire tout le matériel produit pour les situations-problèmes. Cette ressource en ligne a également fait ses preuves en dehors de la province de Québec: 3177 enseignants provenant de 84 pays ont déjà utilisé le site pour leurs cours en APP! Un réel succès!

À propos des auteurs

Alexandre April a obtenu son doctorat en physique optique en 2009 à l'Université Laval. Il a commencé à enseigner au Cégep Garneau en 2010. En 2013 et 2014, il a travaillé sur un autre projet de collaboration avec Olivier. Ils ont écrit des problèmes pour le site d’accompagnement des manuels de René Lafrance.

Mathieu Riopel enseigne depuis 2008. Après 2 ans au Cégep de Trois-Rivières, il est arrivé au Cégep Garneau où il enseigne depuis 6 ans. Il est très impliqué au Centre de démonstration en sciences physiques, où il développe des problèmes et des expériences pour les élèves et les enseignants du secondaire. Il a complété son Certificat d'enseignement en même temps qu'Olivier, pendant lequel un de ses professeurs avait utilisé l'APP.

Olivier Tardif-Paradis a enseigné au Cégep de Victoriaville pendant 3 ans avant de venir au Cégep Garneau en 2011. Il est également très impliqué au Centre de démonstration en sciences physiques, où il participe au développement des problèmes et des expériences, ainsi que des présentations. Comme mentionné précédemment, il a également écrit des problèmes pour le site d’accompagnement des manuels de René Lafrance.

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