L’impact d’une simulation sur des dispositifs mobiles et en situation de collaboration sur la compréhension de l’effet photoélectrique au niveau collégial

L’innovation pédagogique pour elle-même s’avère parfois discutable, mais elle se justifie quand les enseignants se heurtent aux difficultés d’apprentissage de leurs étudiants. En particulier, certaines notions de physique sont réputées difficiles à appréhender par les étudiants, comme c’est le cas pour l’effet photoélectrique qui n’est pas souvent compris par les étudiants au niveau collégial. Cette recherche tente de déterminer si, dans le cadre d’un cours de physique, la simulation de l’effet photoélectrique et l’utilisation des dispositifs mobiles et en situation de collaboration favorisent une évolution des conceptions des étudiants au sujet de la lumière. Nous avons ainsi procédé à l’élaboration d’un scénario d’apprentissage collaboratif intégrant une simulation de l’effet photoélectrique sur un ordinateur de poche. La conception du scénario a d’abord été influencée par notre vision socioconstructiviste de l’apprentissage. Nous avons effectué deux études préliminaires afin de compléter notre scénario d’apprentissage et valider la plateforme MobileSim et l’interface du simulateur, que nous avons utilisées dans notre expérimentation : la première avec des ordinateurs de bureau et la seconde avec des ordinateurs de poche. Nous avons fait suivre à deux groupes d’étudiants deux cours différents, l’un portant sur une approche traditionnelle d’enseignement, l’autre basé sur le scénario d’apprentissage collaboratif élaboré. Nous leur avons fait passer un test évaluant l’évolution conceptuelle sur la nature de la lumière et sur le phénomène de l’effet photoélectrique et concepts connexes, à deux reprises : la première avant que les étudiants ne s’investissent dans le cours et la seconde après la réalisation des expérimentations. Nos résultats aux prétest et post-test sont complétés par des entrevues individuelles semi-dirigées avec tous les étudiants, par des enregistrements vidéo et par des traces récupérées des fichiers logs ou sur papier.  Les étudiants du groupe expérimental ont obtenu de très bons résultats au post-test par rapport à ceux du groupe contrôle. Nous avons enregistré un gain moyen d’apprentissage qualifié de niveau modéré selon Hake (1998). Les résultats des entrevues ont permis de repérer quelques difficultés conceptuelles d’apprentissage chez les étudiants. L’analyse des données recueillies des enregistrements des séquences vidéo, des questionnaires et des traces récupérées nous a permis de mieux comprendre le processus d’apprentissage collaboratif et nous a dévoilé que le nombre et la durée des interactions entre les étudiants sont fortement corrélés avec le gain d’apprentissage.  Ce projet de recherche est d’abord une réussite sur le plan de la conception d’un scénario d’apprentissage relatif à un phénomène aussi complexe que l’effet photoélectrique, tout en respectant de nombreux critères (collaboration, simulation, dispositifs mobiles) qui nous paraissaient extrêmement utopiques de réunir dans une situation d’apprentissage en classe. Ce scénario pourra être adapté pour l’apprentissage d’autres notions de la physique et pourra être considéré pour la conception des environnements collaboratifs d’apprentissage mobile innovants, centrés sur les besoins des apprenants et intégrant les technologies au bon moment et pour la bonne activité. The educational innovation itself is sometimes debatable but it is justified when the teachers confront the learning difficulties of their students. In particular, some notions of physics are notoriously hard for students to understand, as is the case for the photoelectric effect which is not often comprehended by the students at the college level.  This research tries to determine if, as part of a physics course, the simulation of the photoelectric effect and the use of mobile devices in collaborative situations facilitate an evolution of the student’s conceptions about the concept of light.  We have proceeded to develop a scenario of collaborative learning by integrating a simulation of the photoelectric effect on handheld devices (Pocket PC). The design of scenario was first influenced by our socioconstructivist vision of learning. We conducted two preliminary studies to complete our scenario of learning and to validate the platform « MobileSim » and the interface of the simulator used in our experiment. The first studies were completed with a simulation on computers and the second with a simulation on Pocket PC. After that, we carried out the experimentation with two groups of students. The control group was assigned to the traditional approach of teaching and the experimental group was assigned to the approach based on the developed scenario of collaborative learning. We have conducted a test twice to assess a conceptual change about the nature of light and about the phenomenon of the photoelectric effect and related concepts. The first test (pre-test) before the students are involved in the course and the second (post-test) after completion of experiments. Our results in the pre-test and post-test were completed by conducting semi-structured individual interviews with all students, by video recordings and recovered traces (on log files or on paper). Students in the experimental group obtained good results in the test compared to those of the control group. We noted an average gain of learning qualified at a moderate level according to Hake (1998). Interview results were used to identify some conceptual difficulties of student learning. Analysis of collected data from video sequences, questionnaires and recovered tracks allowed us to better understand the process of collaborative learning and has revealed that the number and the time of interactions between students are strongly correlated with the gain of learning. At first, this research project is a success in the designing of a learning scenario of a phenomenon as complex as the photoelectric effect and respects many criteria (collaboration, simulation, mobile devices, etc.) that it seemed for us extremely utopian to combine them in an effective learning situation in the classroom. For instance, this scenario could be adapted to the learning of other concepts in physics. It could also be considered for the design of collaborative environments for innovative mobile learning focused on the needs of learners that integrate the technologies at the right time and for the right activity.

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