Travaux pratiques électricité

Question : c’est quoi une expérience ?

L’objectif de l’enseignement de la physique est l’apprentissage d’un ensemble de connaissances et de méthodes , en particulier la logique , la raison , la démarche scientifique et la démarche expérimentale.

Travaux pratiques ont pour mission l’acquisition de la démarche expérimentale par les apprenants, à travers un ensemble d’activités diverses, selon les circonstances : illustrations de lois, construction d’un modèle expérimentale, vérification d’une hypothèse, . . .

Toute démarche expérimentale commence par un problème concret et se termine par l’élaboration d’une théorie et revient à l’expérience

Michael Faraday un génie d’électricité, surtout du côté pratique

Notices oscilloscope

Mesure en physique est une étape cruciale, qui consiste à maîtriser l’utilisation des outils de mesure selon les circonstances pour obtenir le résultat le plus précis, car les lois qui vont resultés dépendent de la qualité de mesures faites à ce sujet.

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Les activités expérimentales d’électricité
dans les lycées marocains :
entre les attentes et les réalisations

Mohammed Chekour, Mohammed Laafou, Rachid Janati-Idrissi
 

Introduction

   L’expérimentation est considérée comme une activité primordiale dans l’enseignement et l’apprentissage des sciences. L’objectif des activités expérimentales est de maintenir la compréhension des phénomènes physiques à partir de manipulations et d’observations (ALBE, 1999). Toutefois, ces activités ne réussissent pas à atteindre cet objectif. Dans cet article, nous avons réalisé une enquête pour mettre en lumière certains aspects liés au déroulement des activités expérimentales au sein des laboratoires marocains et pour comparer les connaissances théorique et pratique chez les lycéens marocains en l’électricité. Les résultats obtenus montrent que le manque des activités expérimentales influence négativement sur les concepts pratiques des lycéens marocains. Dans cette situation, l’intégration de la simulation dans l’enseignement des concepts de l’électricité sera une alternative efficace pour augmenter la motivation des apprenants (Taylor, Williams, Sarquis et Poth, 1990), simplifier les systèmes réels étudiés (Droui et El Hajjami, 2014) et réaliser les expériences inaccessible à cause du manque et /ou absence du matériel scientifique (Chekour, Laafou et Janati-Idrissi, 2015c).

   Le reste de ce papier est organisé comme suit : la section suivante présente le cadre théorique dans lequel s’inscrit ce travail. Dans la section 2, nous présentons la valeur ajoutée de la simulation informatique à l’enseignement traditionnel. La section 3 est dédiée à la méthodologie suivie dans cette recherche. L’analyse des résultats du questionnaire est présentée dans la section 4. La section 5 est consacrée à la discussion des résultats. La dernière section conclut le papier.

1. Cadre théoriques

   Les pédagogues valorisent le rôle central des travaux pratiques dans l’enseignement des sciences (Hofstein et Lunetta, 2004). Ils favorisent l’acquisition de connaissances scientifiques en encourageant le développement de plusieurs compétences lié à la démarche scientifique. L’objectif des travaux pratiques est de maintenir la compréhension des phénomènes physiques à partir de manipulations et d’observations. Pour Millar (2004), les travaux pratiques visent à développer le raisonnement scientifique chez les apprenants. Plusieurs recherches montrent que les expériences du laboratoire et les technologies éducatives sont des ressources précieuses pour accroître la motivation des élèves pour les sciences (Taylor et al., 1990). Or, ces technologies sont peu exploitées dans les établissements scolaires marocaines (Alj et Benjelloun, 2013). En effet, les enseignants de sciences physiques, dans les classes marocaines, passent moins de temps à faire des activités expérimentales et passent plus de temps à parler dans la classe (Chekour, Laafou et Janati-Idrissi, 2016).

   Dans le contexte marocain, plusieurs recherches ont montré les handicaps liés à l’apprentissage de disciplines scientifiques :

  • Les élèves entretiennent des représentations naïves des notions d’intensité et de tension (Benseghir et Closset, 1993).
  • Le manque des activités expérimentales est la principale cause de l’introduction de fausses représentations chez les apprenants (Houssaini, Hassouni, Echalfi et Ziali, 2014).
  • Le manque du matériel scientifique dans les laboratoires influence sur l’apprentissage de concepts physiques (Chekour et al., 2015c).
  • L’absence de formation continue des enseignants de sciences physiques en matière de l’intégration des technologies éducatives dans leurs pratiques quotidienne (Chekour, Laafou et Janati-Idrissi, 2015a).

2. Simulation informatique : une solution pour les expériences inaccessibles

   La simulation informatique permet à l’apprenant de construire son savoir en lui permettant de modifier les paramètres du simulateur (Alessi et Trollip, 1991). En effet, elle permet à l’apprenant de changer les paramètres d’une expérience virtuelle et visualiser immédiatement les résultats et être responsable de ses propres choix pour résoudre les problèmes (Hargrave et Kenton, 1999). Elle présente une alternative aux expériences dangereuses, manipulations relativement longues ou qui coûtent cher (Strauss et Kinzie, 1994). Depuis le début des années 1970, les chercheurs ont comparé les méthodes d’enseignement traditionnelles avec celles utilisant des simulations informatiques dans l’acquisition des concepts scientifiques. La majorités de ces études montrent que ces simulations sont plus efficaces que les méthodes traditionnelles d’enseignement (Smetana et Bell, 2012). D’autres études (Z. C. Zacharia, 2003 ; Z. C. Zacharia, 2005 ; Z. C. Zacharia, Olympiou et Papaevripidou, 2008) indiquent que la combinaison de la simulation informatique et l’enseignement traditionnel peuvent être l’approche pédagogique la plus efficace pour l’enseignement des disciplines scientifiques. Ces études soulignent l’importance de cette approche qui donne l’occasion à l’apprenant de se familiariser avec la technologie et l’accès aux matériels du laboratoire (Z. C. Zacharia et al., 2008).

3. Méthodologie

   La méthodologie adoptée dans cette recherche s’articule autour d’un questionnaire destiné aux élèves du Tronc Commun Sciences du lycée marocain. Nous avons distribué 1 000 exemplaires et on a obtenu un taux de réponse de 73 % (730 élèves ont fourni des réponses).
Le questionnaire, rédigé en arabe, était individuel et anonyme. Il se déroule durant des séances de cours de sciences physiques.

   Les deux axes principaux du questionnaire sont :

  • Le diagnostique du niveau des élèves dans les concepts de base de l’électricité ;
  • Le déroulement des activités expérimentales.

   Dans le premier axe, nous avons posé cinq questions théoriques et cinq questions pratiques sur les lycéens de première année du cycle secondaire qualifiant (élèves de 16 ans avec 10 ans de scolarité). Dans le deuxième axe, nous avons interrogé ces élèves à propos du nombre d’expérience du laboratoire pour chaque chapitre du module de l’électricité et en ce qui concerne la manipulation de ces expériences.

4. Analyse des résultats du questionnaire

4.1. Axe1 : Diagnostique du niveau des élèves dans les concepts de base de l’électricité

   Les résultats du questionnaire ont montré que les lycéens trouvent plus de difficultés en répondant aux questions pratique (38 % de réponses justes) par rapport aux questions théoriques (74 % de réponse juste)

4.2. Axe2 : Le déroulement des activités expérimentales

4.2.1 Nombre d’expérience du laboratoire pour chaque chapitre du module de l’électricité

   Les résultats du questionnaire ont montré que presque de la moitié des lycéens interrogé ont signalé que les cours sont purement théorique sans aucune expériences. Et seulement 7 % de ces lycéens ont indiqué qu’ils réalisent plus de trois expériences par chapitre. Ces résultats sont en accord avec une autre recherche exploratoire qui indique que 68 % des enseignants de sciences physiques marocain réalisent moins de 50 % des expériences programmées dans le manuel scolaire (Chekour, Laafou et Janati-Idrissi, 2015b).

4.2.2. La manipulation de ces expériences

   Les résultats du questionnaire ont montré que 51 % des lycéens ont signalé que les travaux pratiques (TP) sont réalisés par les enseignants, ce qui montre que le rôle de ces élèves est limité dans l’observation de la manipulation de leurs enseignants et l’analyse des résultats de l’expérience. En revanche, 6 % des lycéens interrogées ont indiqué qu’ils réalisent par eux même les TPs et 19 % des lycéens ont affirmé que les travaux pratiques sont réalisés par l’enseignant et tous les élèves. Ces résultats sont en accord avec une autre recherche, basé sur un questionnaire destiné aux enseignants de sciences physique, qui a conclu que seulement 23 % de ces expériences sont réalisées par l’enseignant et toute la classe (Chekour et al., 2015b).

5. discussion

   Les résultats de cette recherche montrent un écart remarquable entre les connaissances théorique et pratiques de lycéens marocains. Cet écart est dû au manque des activités expérimentales. Dans le contexte marocain, une recherche exploratoire a montré que le matériel nécessaire pour la réalisation des expériences de l’électricité n’est « toujours disponible » que pour 10 % des enseignants interrogés (Chekour et al., 2015b). De plus, les enseignants de sciences physiques marocains signalent, suite à la même recherche exploratoire, que l’intégration de la simulation a motivé d’une manière remarquable leurs élèves et a permis à ces élèves de construire leurs propres savoirs en modifiant les paramètres du logiciel de simulation. Dans cette situation, la simulation s’impose comme l’unique solution pour la réalisation des expériences inaccessibles à cause du manque du matériel. Aussi, la simulation permet de comprendre des phénomènes cachés et de visualiser les phénomènes ainsi que leurs conséquences(Gobin, Barka, Ferrieres et Grando, 2002).

Conclusion

   Les concepts des sciences physiques ne doivent pas être utilisés en dehors du domaine de validité où ils ont été définis (Rumelhard, 2000). En effet, le manque d’activité expérimentale entrave un enseignement adéquat en sciences physiques (Houssaini et al., 2014). Les résultats de cette recherche est en fort accord avec les deux affirmations précédentes. En effet, l’écart entre le pourcentage des réponses juste des questions théorique (74 %) et pratique (38 %) est justifié par le manque des activités expérimentales dans les laboratoires : 47 % des lycéens interrogé ont signalé que les cours sont purement théoriques sans aucune activité expérimentale. Le manque de ces activités est dû au manque du matériel scientifique au sein des laboratoires (Chekour et al., 2015b). Dans cette situation, l’intégration de la simulation dans l’enseignement des concepts de l’électricité sera une alternative efficace pour augmenter la motivation des apprenants, simplifier les systèmes réels étudiés et réaliser les expériences inaccessible à cause du manque et/ou absence du matériel scientifique.

Mohammed Chekour,
Mohammed Laafou,
Rachid Janati-Idrissi,
Laboratoire interdisciplinaire de recherche en ingénierie pédagogique,
École normale supérieure,
Tétouan université Abdelmalek Essaadi, Tétouan, Maroc.

Cet article est sous licence Creative Commons (selon la juridiction française = Paternité – Pas de Modification). http://creativecommons.org/licenses/by-nd/2.0/fr/

Références

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http://documents.irevues.inist.fr/handle/2042/23879

Alessi, S. M. et Trollip, S. R. (1991). Computer-based instruction : Methods and development. USA : Prentice Hall Professional Technical Reference. Consulté à l’adresse :
http://dl.acm.org/citation.cfm?id=574643

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Benseghir, A. et Closset, J.-L. (1993). Prégnance de l’explication électrostatique dans la construction du concept de circuit électrique : points de vue historique et didactique. Consulté à l’adresse :
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Chekour, M., Laafou, M. et Janati-Idrissi, R. (2015a). Distance Training for Physics Teachers in Pspice Simulator. Mediterranean Journal of Social Sciences6(3 S1), 232.

Chekour, M., Laafou, M. et Janati-Idrissi, R. (2015b). Les facteurs influençant l’acquisition des concepts en électricité : cas des lycéens marocains. Adjectif [En ligne] :
http://www.adjectif.net/spip/spip.php?article354

Chekour, M., Laafou, M. et Janati-Idrissi, R. (2015c). Vers l’introduction du simulateur Pspice dans l’enseignement de l’électricité : Cas du Tronc commun Sciences. Consulté à l’adresse :
http://www.epi.asso.fr/revue/articles/a1505e.htm

Chekour, M., Laafou, M. et Janati-Idrissi, R. (2016). Comment remédier au problème du manque de matériel scientifique dans les laboratoires marocains : cas de l’électricité. info-CRDE, (19), 30-32.

Droui, M. et El Hajjami, A. (2014). Simulations informatiques en enseignement des sciences : apports et limites. EpiNet, (164). Consulté à l’adresse :
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Gobin, V., Barka, A., Ferrieres, X. et Grando, J. (2002). La modélisation électromagnétique au bénéfice des études de signatures d’antennes, de signatures radar et de compatibilité électromagnétique : le projet PAME. REE. Revue de l’électricité et de l’électronique, (3), 62-67.

Hargrave, C. P. et Kenton, J. M. (1999). Preinstructional simulations : Implications for science classroom teaching. Journal of Computers in Mathematics and Science Teaching19(1), 47-58.

Hofstein, A. et Lunetta, V. N. (2004). The laboratory in science education : Foundations for the twenty-first century. Science education88(1), 28-54.

Houssaini, W. I., Hassouni, T., Echalfi, F. et Ziali, F. (2014). Importance des expériences dans l’enseignement et l’apprentissage du système nerveux au collège : étude de cas. European Scientific Journal10(28). Consulté à l’adresse :
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Millar, R. (2004). The role of practical work in the teaching and learning of science. High school science laboratories : Role and vision. Consulté à l’adresse :
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Rumelhard, G. (2000). Sciences de la vie, philosophie, sciences humaines. Aster, 2000, 30 « Rencontres entre les disciplines ». Consulté à l’adresse :
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Zacharia, Z. C., Olympiou, G. et Papaevripidou, M. (2008). Effects of experimenting with physical and virtual manipulatives on students’ conceptual understanding in heat and temperature. Journal of Research in Science Teaching45(9), 1021-1035.

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