TraAM Classes inversées 2016-2017

Faire des sciences expérimentales en classe inversée autour d’une course caritative - Seconde Eléa, Ethercalc, Screenpresso, ScolawebTV, ExAO, Projet bidisciplinaire Physique-Chimie/SVT

Professeur(s) expérimentateur(s)

- F. Berna-Verderi (Physique Chimie)
- D. Séchet (SVT)
- Lycée de l’Essouriau, Les Ulis (91)

LIAISON AVEC LE PROGRAMME
Niveau concerné Seconde générale
Partie du programme : Thème 3 - Corps humain et santé : l’exercice physique - Des modifications physiologiques à l’effort
PLACE DANS LA PROGRESSION
Début du thème 3
MOTIVATION DU CHOIX DE LA SÉQUENCE A INVERSER
Cette partie de programme présente des points de convergence avec l’étude des signaux périodiques en physique chimie. Ayant constaté des difficultés à différencier les notions de rythme et de fréquence, nous avions, avec la professeure de Physique Chimie, le projet de rendre plus cohérente l’étude des signaux périodiques et des modifications physiologiques à l’effort. L’accès à des mesures crédibles, effectivement réalisées pendant une course, et la possibilité de partager le travail d’exploitation des résultats entre les deux disciplines ont guidé notre choix. Il nous semblait également que cette séquence permettait de mettre en œuvre une partie des facteurs identifiés par R. Viau comme régissant la motivation des élèves en contexte d’apprentissage.
PROBLEME A RESOUDRE
Comment l’analyse de signaux périodiques émis par le corps humain permet elle d’identifier et comprendre les modifications physiologiques nécessaires à l’effort physique ?
NOTIONS, SAVOIR-FAIRE, COMPETENCES
Notions Modification des paramètres physiologiques à l’effort :
- fréquence cardiaque,
- fréquence ventilatoire,
- volume courant,
- débit ventilatoire,
- pression artérielle,
- signaux périodiques,
- période,
- fréquence,
- distinction fréquence/rythme.
Ces modifications physiologiques permettent un meilleur approvisionnement des muscles en dioxygène et en nutriments.
Savoir-faire -
- Mettre en œuvre un protocole expérimental d’Expérimentation Assistée par Ordinateur et enregistrer un spirogramme et un ECG.
- Mesurer des pressions artérielles avec un brassard électronique.
- Identifier le caractère périodique d’un signal sur une durée donnée.
Compétences -
- Coopérer, réaliser un projet.
- Organiser son travail personnel.
- Mobiliser des outils numériques pour apprendre, échanger, communiquer.
- Mener une démarche scientifique.
- Utiliser et produire des graphiques.
ACTIVITE
Durée : 4 à 5 semaines Coût : consommables (embouts anti-bactériens, électrodes adhésives, sparadrap pour faire tenir les électrodes pendant la course) Sécurité : respect des consignes usuelles de sécurité au laboratoire
Outils numériques et ressources
-
- Plate-forme de e-éducation (Eléa) ou Blog avec exerciseur (Exelearning, Netquiz Web).
- Ethercalc et Etherpad (si pas de plate-forme).
- Logiciel de capture d’écran Screenpresso.
- Logiciel de montage vidéo OpenShot.
- Hébergement des vidéos sur la ScolawebTv. de l’académie de Versailles :
Explorer un spirogramme avec LatisBio : introduction
Exploiter un spirogramme avec LatisBio : paramètres respiratoires
Exploiter un enregistrement de spirométrie : la consommation de dioxygène
- Matériel d’expérimentation assisté par ordinateur
- Déroulement d’une course au sein de l’établissement

Déroulement de la séquence

Déroulé du projet

Scénario détaillé :

Scénario détaillé page 1
Scénario détaillé page 2

Estimation du temps passé :

SituationTemps passé en moyenne
En classe 4,75 h en PC et 4,75 h en SVT + 1h00 de contrôle
A la maison 40 minutes en plusieurs fois
Le jour de la course 3h00
Correction du contrôle sur la plate-forme 10 minutes à 2h00 selon les élèves

Avant la classe
Etape 1
- Constitution des équipes un(e) coureur(se) associé à un(e) "scientifique".
- Découverte de la manifestation caritative et de l’action de l’association partenaire.
- Réalisation du questionnaire interactif "Souvenir de la tension".

Pendant la classe
Etape 2
- Découverte du matériel d’Expérimentation assisté par ordinateur et conception des protocoles utilisés pendant la course (SVT) et découverte des notions de Fréquence et Période (PC).

Avant la classe
Etape 3
- Course et réalisation des mesures (1/2 journée banalisée).

Le "scientifique" prépare le "coureur" pour ses mesures
Portion du parcours de la course
Mise en place des électrodes pour l’ECG

Pendant la classe
Etape 4
- Exploitation des enregistrements réalisés pendant la course (électrocardiogrammes en PC, spirogrammes et mesures de la pression artérielle en SVT).

Graphique des variations de pression artérielle des élèves suivant le moment de la course

Etape 5
- TP : effet physiologique de l’effort sur la respiration (travail type tâche complexe).

Après la classe/avant l’évaluation
Etape 6
- Collaboration à la réalisation d’une base de questions/réponses, relative aux notions étudiées, par les élèves.

Etape 7
- Utilisation de la base corrigée comme support de révision.

Pendant la classe
Etape 8
- Réalisation d’un devoir commun Physique Chimie et SVT (sur une heure de cours de Physique Chimie) intégrant des questions issues de la base.

Résultats de l’évaluation par compétences effectuée en SVT en fin de projet

Après la classe
Etape 9
- Réalisation individuelle à la maison d’une correction interactive du contrôle final (partie SVT).

Exemple de correction apportée à une réponse libre d’élève dans le module Leçon de Moodle

Visite du parcours en images

Diaporama de la visite du parcours sur la plate-forme Eléa
Le diaporama s’ouvre directement dans un navigateur. Changement de diapositive au clic ou avec les flèches du clavier.
ANALYSE ET EVALUATION DU DISPOSITIF
Plus-values dégagées
Le jour de la course



L’engagement des élèves et leur autonomie, lors de la réalisation des mesures pendant la course a été important. De nombreuses questions pertinentes ont été posées et les élèves ont fait beaucoup de remarques, se posant des questions à la lecture des résultats obtenus. Ils ont également pu recommencer des mesures après s’être aperçus qu’un mauvais suivi du protocole ne permettait pas d’obtenir des résultats exploitables. Cela n’est en général pas possible pendant une séance de TP classique.

Mutualisation



Les questions que les élèves avaient soulevées le jour de la course ont alimenté l’ensemble des problématiques traitées au cours du thème 3. De plus, la mutualisation de leurs résultats, possible grâce à l’architecture numérique du projet, a permis de réaliser des graphiques et d’observer différences inter-individuelles et modifications systématiques des paramètres enregistrés à l’effort.

Collaboration



Le QCM de Physique a été réalisé par 20 élèves sur 32. Ils ont obtenu une moyenne de 5.8/7. L’activité collaborative a mobilisé 26 élèves. Le support numérique a été le fil conducteur du projet et quelques élèves ont consulté l’ensemble des ressources mises à disposition. Dans une classe hétérogène, cela a été un moyen de différenciation très appréciable qui a aussi permis de satisfaire les élèves les plus intéressés par les sciences.
L’alimentation de la base de données de questions et de réponses a été faite avec sérieux dans l’ensemble. Il y a eu peu de corrections nécessaires. Cela montre que les élèves ont bien saisi l’intérêt de collaborer pour produire des contenus destinés aux apprentissages.

Certains élèves n’avaient cependant pas compris (bien qu’une explication ait été donnée au préalable) que, sur une plate-forme, les heures de connexion sont enregistrées et qu’il n’est pas possible de recopier le travail d’un camarade sans que cela ne se voit ! Cette nouvelle modalité de travail permet ainsi d’ouvrir des discussions sur l’intérêt de réaliser un travail par soi même et l’inutilité des stratégies de recopiage et de plagiat.

Autonomie



Grâce au parcours et à la plate-forme, les élèves connaissaient leurs rôles, le travail à réaliser et pouvaient retrouver les documents utilisés en travaux pratiques. Ils ont pu continuer à préparer leur évaluation plusieurs semaines après le déroulement de la course (en raison des vacances scolaires) et utiliser leurs connaissances pour interagir sur la plate-forme sans que la quantité de travail à réaliser ne soit trop importante.

Bénéfice de l’inversion



Les professeurs ont utilisé la plate-forme pour matérialiser le travail réalisé en commun.
Le guidage du travail en ligne des élèves a été l’occasion d’interventions qui concernaient les deux disciplines et a permis d’homogénéiser le vocabulaire utilisé pour parler des fréquences et des rythmes. L’analyse des électrocardiogrammes, préparée par l’activité réalisée en ligne avant la séance, a été réalisée en travaux pratiques de sciences physiques. Elle a été plus approfondie et plus pertinente que si elle avait été faite pendant la séance de SVT, en parallèle de l’analyse des spirogrammes. Cela a permis de dégager du temps, pendant la séance de SVT, pour réaliser une tâche complexe et permettre là encore aux élèves de produire et partager des contenus.

Si cette séquence est considérée comme une initiation à une nouvelle démarche pédagogique et de nouvelles modalités de travail (modification des temps et des lieux d’apprentissage) avec les élèves et avec un professeur d’une autre discipline, elle a rempli ses objectifs. Cette première expérience doit être renouvelée dans l’année de façon à tirer bénéfice des nouvelles compétences transversales en cours d’acquisition par les élèves. Le travail en présence et à distance, assisté par une plate-forme de e-éducation, a permis de proposer, après l’évaluation une correction interactive. Lors de cette correction les élèves ont pu travailler sur leurs erreurs sans se sentir jugés. Cette dernière partie permet aux élèves de réfléchir à leurs méthodes de travail et à leurs stratégies de résolution des exercices proposés.

Difficultés rencontrées
Planification des séances



Pour cette première expérimentation le projet a souffert d’une configuration peu favorable. Il s’agit d’une classe comportant de nombreux élèves en difficulté au premier trimestre. La date de la course, fixée nationalement, n’a pas permis de choisir le moment le plus judicieux pour cette classe qui a été prise en charge par des stagiaires de M1 sur la partie à distance de la fin de la séquence. Cela a probablement déstabilisé des élèves déjà perturbés par les nouveautés techniques et organisationnelles de cette séquence.

Usages numériques



Les outils numériques n’ont pas été acceptés comme support pertinent pour les apprentissages par une partie des élèves et probablement des familles. L’établissement commence seulement à s’engager dans les démarches de e-éducation (Généralisation de l’ENT comme point d’entrée de tous les outils numériques depuis la rentrée 2016 seulement). Cela a été l’occasion de constater la réalité de la fracture numérique en ce qui concerne les usages, le taux d’équipement n’ayant pas posé problème. En effet, sur 32 élèves, 13 n’ont aucun parent ou responsable ayant activé son compte ENT, permettant d’accéder aux outils de vie scolaire. On observe que 6 élèves n’ont pas souhaité participer à l’activité collaborative de construction d’une base de données de questions réponses, quand bien même elle était assortie d’une évaluation. Les professeurs avaient fait en sorte que chaque élève dispose à nouveau des informations nécessaires pour se connecter à l’ENT, point d’accès de la plate-forme de e-éducation. Des démonstrations de l’usage de la plate-forme avaient également été réalisées. On observe que 4 élèves ne se sont jamais connectés à la plate-forme et n’ont jamais répondu aux propositions d’aide et d’accompagnement proposés. Il est intéressant de constater que, suite à une enquête réalisée en début d’année, tous les élèves de cette classe ont déclaré des usages numériques sociaux et/ou ludiques.

Cela permet de confirmer qu’un dispositif numérique destiné à engager les élèves reste inefficace quand les difficultés prennent aussi leurs racines dans l’absence d’autonomie et de stratégies d’apprentissages opérationnelles. On voit ici que, pour les élèves les plus fragiles, seules les activités collaboratives menées en présence de l’enseignant ou avec un guidage très important sont un succès.

Par ailleurs, de nombreux élèves ont utilisé la base de données de questions réponses pour réviser mais ils n’ont pas pu utiliser ce support numérique pour mémoriser efficacement les notions présentées. Une élève a expliqué avoir dû recopier l’intégralité des textes pour préparer son évaluation.

Difficulté à s’engager dans un projet collectif



Pour finir, l’état d’esprit de la classe n’était pas très favorable puisque certains élèves ont, dans un premier temps refusé de participer à la course caritative. Dans un deuxième temps, 4 élèves sont allés en cours pendant la course au lieu de participer au projet.

Angoisse face à des modalités pédagogiques nouvelles



L’évaluation de fin de séquence a été assez réussie en Physique mais pas en SVT, alors même qu’elle était restée très proche du travail réalisé en classe et à distance. Les élèves qui ont le moins réussi le contrôle ont montré par la suite, sur d’autres évaluations, une grande difficulté à auto-réguler leur travail. Ils ne savent pas identifier ce qui peut servir à réussir un contrôle et pensent savoir, alors même que leur compréhension des phénomènes étudiés reste très limitée. Leur attention en classe est très labile et l’est probablement encore plus lorsqu’il sont seuls devant une tâche à réaliser à distance. Ce sont des élèves qui réalisent habituellement leurs exercices à la maison a minima et recopient beaucoup sur leurs camarades. Le travail sur une plate-forme de e-éducation agit alors comme un révélateur de leurs difficultés à exercer un travail personnel. Dans ce cadre, réviser à partir de supports numériques, construits en collaboration avec leurs camarades, même s’ils n’ont pas de problème à utiliser un ordinateur ou une tablette, n’a pas été plus motivant pour ces élèves. L’arrivée simultanée des vœux d’orientation de la classe, confirme également une majorité de choix où il n’y aura pas de poursuite d’études en SVT (STI2D, STMG, S-SI) ou une méconnaissance de l’importance des SVT dans certaines sections (classes de première L et ES).
De plus, dans l’établissement, pour 3 classes de seconde, l’évaluation en SVT est réalisée par compétences uniquement. Il est sensible, dans cette classe, que les élèves les plus en difficulté, ont sous estimé la valeur de cette évaluation et préféré investir du temps en Physique Chimie où l’évaluation continue à être chiffrée.

Pistes d’amélioration Il semble nécessaire de produire un autre travail avec la plate-forme Eléa en collaboration avec le professeur de Physique Chimie, avec cette classe. Il est nécessaire de former les élèves à cette nouvelle façon de travailler. Il faut aussi prendre le temps d’analyser, avec eux, l’efficacité de leurs méthodes de travail et de leurs stratégies d’apprentissage. Une intervention plus directive sur la régulation du travail à distance des élèves les plus fragiles est nécessaire. Des points de pilotage, très réguliers, du travail à effectuer à distance au fur et à mesure du déroulement de la séquence doivent être faits, ce qui demande de trouver des solutions quand on ne voit une classe qu’une fois par semaine.

Un recours plus important aux QCM est une condition indispensable à l’investissement des élèves. Le parcours devra ainsi être enrichi en questionnaires interactifs. De plus les QCM doivent comporter des rétro-actions pertinentes et bienveillantes, ce que nous n’avons pas pu faire sauf pour la correction interactive du contrôle en SVT.

La conversion de la base de données de questions réponses en fichier utilisable avec un logiciel de mémorisation et répétition espacée type Anki semble être une bonne piste pour aider les élèves à manipuler plus facilement les connaissances à mémoriser.

La gamification de cette séquence en ligne, grâce à l’utilisation de badges, acquis en réalisant les activités, est une option qui peut aider à engager certains élèves sur un dispositif de ce type. Si nous renouvelons l’expérience, nous modifierons le parcours en ce sens.

En SVT, un travail particulier devra être fait pour que la plate-forme puisse servir à mieux expliquer les évaluations par compétence. La plate-forme donne le plus souvent des résultats chiffrés qu’il faut convertir en niveaux d’acquisition de la compétence. Cela n’est pas bien compris (même après explication) par les élèves les plus fragiles.

Nous pensons aussi réfléchir à la conception d’un contrôle final avec une plus forte intégration des documents et des questions relatives aux deux disciplines.

Devant le temps de réalisation d’une séquence de ce type et la nécessité d’adapter chaque parcours aux caractéristiques de la classe, il paraît donc nécessaire de prévoir une construction et une évolution du parcours et des activités collaboratives sur plusieurs années.

Voir en ligne : Visiter le support numérique alternatif (sans plate-forme) du projet

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