Conception d

1
Conception dun protocole expérimental avec un
logiciel dédié
Isabelle Girault, Cédric dHam et Mustafa
ErgunMeTAH, Université Joseph Fourier, Grenoble
2
Plan

• Les travaux pratiques et la tâche de conception
  de protocole
• Educaffix un prototype pour la conception de
  protocole en chmie
• Description
• Evaluation
• Le projet COPEX conception de protocoles en
  biologie, chimie, physique et sciences de la terre

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La démarche expérimentale
Modèle - Théorie
Monde du réel
Définir le problème
Concevoir une expérience
Suggérer des hypothèses
Réaliser lexpérience
Interpréter les résultats
Traiter les résultats
Conclure
4
Objectifs dapprentissage
Contenu 1 - Identifier des objets et des phénomènes et devenir familier avec eux
Contenu 2 - Apprendre un fait
Contenu 3 - Apprendre un concept
Contenu 4 - Apprendre une relation
Contenu 5 - Apprendre une théorie / un modèle
Procédure 6 - Apprendre à utiliser un instrument classique de laboratoire ou un appareil
Procédure 7 - Apprendre à exécuter un protocole
Procédure 8 - Apprendre à planifier une investigation pour répondre à une question ou un problème spécifique.
Procédure 9 - Apprendre à traiter des résultats
Procédure 10 - Apprendre à utiliser des données pour proposer une conclusion
Procédure 11 - Apprendre à communiquer les résultats du travail
Tiberghien et al. Science Education 2001
5
Structure des travaux pratiques
Définir le problème
Suggérer des hypothèses
Concevoir une expérience
Réaliser lexpérience
Interpréter les résultats
Traiter les résultats
Conclure
6
Le protocole expérimental un arbre des tâches
Tâche principale résoudre le problème
7
Concevoir un protocole une tâche complexe
1 hypothèse

• La conception de protocole aide les élèves à
  sapproprier lensemble de la démarche
  expérimentale

3 questions de recherche

• Les difficultés rencontrées
• Lassistance
• Les apprentissages

8
Educaffix
Internet
9
Scenario pédagogique
Demande d'évaluation
Modification du protocole
10
Pré-structurer le protocole expérimental dans
Educaffix
Déterminer la concentration du colorant rouge
dans le sirop de grenadine
Etapes
T1.1
T1.2
Etc.
T2.2
T2.1
T2.3
T2.4
T2.5
T3.1
T3.2
T3.3
T3.4
T3.5
T3.6
T3.7
T3.8
T3.9

• Actions
• Objectif
• Paramètre
• Equipement

T3.10
11
Interface de conception de protocole
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Le tuteur artificiel

• Cohérence interne des actions
• Cohérence entre les paramètres
• Adéquation du matériel choisi
• Conformité de la sécurité
• Cohérence entre les actions par rapport aux
  objectifs du TP
• Le protocole répond-il au problème posé ?
• Le protocole conduit-il à un résultat
  significatif ?
• Actions et leur arrangement
• Paramètres

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Interface des rétroactions du tuteur
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Evaluation du logiciel questions de recherche

• Question (1)
• Evaluation de la capacité des élèves à concevoir
  un protocole cohérent par rapport au problème
  initial
• Hypothèse ils ont des difficultés liées
• aux concepts (conceptions, contrat didactique)
• à la déportation de la manipulation
• Question (2)
• Evaluation des apprentissages associés à la
  conception de protocole.
• Hypothèse la conception de protocole favorise
  lapprentissage de connaissances procédurales.

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Carte conceptuelle
Savoirs procéduraux
Détermination de la concentration d'une substance
par spectrophotométrie
Utiliser un spectrophotomètre
Réaliser une gamme étalon (GE)
Faire une dilution
Choisir la référence
Choisir le domaine de concentration de la GE
Choisir la longueur d'onde
Homogénéiser la solution
Choisir l'étalon
Rincer le matériel
Domaine de validité de la loi de BL
Homogénéité d'une solution
Loi de Beer-Lambert (BL)
Spectre d'absorbance
Additivité des absorbances
Concentration
Longueur d'onde
Absorbance
Espèce en solution
Quantité de matière
Savoirs théoriques (Concepts)
Composé chimique
Solvant
Lumière
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Méthodologie
56 étudiants (binôme), 2 classes de terminale S
Conception du protocole avec Educaffix
Interviews des enseignants
Post-test
Pré-test
5 semaines
4 semaines

• Protocole final
• Traces logicielles
• Enregistrements audio

• Questionnaire
• 6 savoirs théoriques
• 5 savoirs procéduraux

Evaluation du contrat didactique

• Questionnaire
• 6 savoirs théoriques
• 5 savoirs procéduraux

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Résultats (1)
Q1 Evaluation de la capacité des élèves à
concevoir un protocole cohérent par rapport au
problème initial

• Des étudiants réussissent totalement la tâche(90
  minutes)
• 14 / 28 groupes parviennent à la fin du protocole
• 7 / 28 groupes conçoivent un protocole valable
  (gt95)

18
Résultats (2)

• Difficultés rencontrées
• 5 conceptions détectées

17 / 28
C1 leau na pas dinfluence sur le système
chimique
11 / 28
C2 dans une solution, la concentration en
soluté est homogène
13 / 26
C3 le domaine de validité de la loi de
Beer-Lambert est illimité
4 / 28
C4 la longueur donde na pas dinfluence sur
labsorbance dune solution
13 / 28
C5 la solution de référence est constituée de
la solution mère

• Des difficultés identifiées comme un problème de
  contrat (rincer le matériel, choisir la longueur
  donde)
• Des difficultés identifiées comme une conséquence
  de la manipulation déportée dans le temps

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Résultats (3)
Q2 Evaluation des apprentissages

• Pré-test et post-test
• Connaissances théoriques

T1 Concentration molaire T2 Homogénéité
T3 Longueur donde T4 Spectre
dabsorbance T5 Loi de BL T6 Additivité des
absorbances
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Résultats (4)
Q2 Evaluation des apprentissages

• Pré-test et post-test
• Connaissances procédurales

P1 Rincer le matériel P2 Faire une
dilution P3 Homogénéiser P4 Application de
BL P5 Choisir la référence
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Résultats (5)
Q2 Evaluation des apprentissages

• Pré-test et post-test
• Conception de protocole avec Educaffix
• Tâches liées à des connaissances procédurales
  7 à 67
• Hypothèse une connaissance procédurale est
  construite lorsque lapprenant met en relation le
  problème expérimental avec les connaissances
  théoriques associées
• gt Interactions verbales

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Educaffix conclusions

• Le logiciel permet de concevoir un protocole
  dexpérience
• Limitations du robot sur le scénario
  dapprentissage
• Acquisition de connaissances procédurales
• Stratégie essai-erreur possible avec le tuteur

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Le projet COPEXConcevoir des protocoles en
biologie, chimie, physique et sciences de la terre
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COPEX 3 étapes

• Caractérisation des protcoles expérimentaux dans
  les TP actuels (terminale, L1 et L2)
• Construire et évaluer des séances de TP dans
  lesquelles les apprenants conçoivent un protocole
• Spécifications pour un environnement informatique
  dédié à la conception de protocole en sciences
  expérimentales

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Structure possible de lEIAH
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(No Transcript)