Les auteurs remercient les enseignants concernés par cette étude pour leur disponibilité et leur enthousiasme, ainsi que l’IDEX-Formation de la COMUE Grenoble Alpes pour son soutien financier.
1Nous nous intéressons aux situations d’apprentissage qui permettent aux étudiants de s’approprier une démarche expérimentale. Nous avons développé un outil numérique, la plateforme LabNbook, capable de servir de support à de telles activités pédagogiques expérimentales. Dans le cadre d’un projet sur l’innovation pédagogique, cet outil a été proposé à des enseignants universitaires pour qu’ils l’utilisent librement en support de leurs enseignements, pour les contenus et avec les pédagogies de leur choix. Les besoins d’évaluation de ce projet nous ont amenés à caractériser les enseignements construits sur LabNbook. Parmi ceux examinés, nous avons identifié un cas où un objectif d’apprentissage vise l’acquisition d’une démarche expérimentale et où les enseignants sont dans une recherche d’amélioration pédagogique. Ces enseignements sont suivis par une même cohorte d’étudiants à travers quatre unités d’enseignements expérimentaux sur une année universitaire complète. C’est là un terrain d’étude rare où l’apprentissage d’une démarche expérimentale court sur un temps long avec des possibilités intéressantes de guidage. Se pose la question de l’apport de l’outil numérique. Nous étudions les guidages mis en place dans la plateforme par les enseignants prescripteurs, en vue de faire apprendre des démarches expérimentales à leurs étudiants. Cela passe par l’identification préalable de ces démarches expérimentales et des objectifs d’apprentissage visés par ces enseignants de l’enseignement supérieur.
2Dans leur synthèse bibliographique sur l’enseignement des sciences au laboratoire, Hofstein et Lunetta (2004) montraient la prédominance des approches pédagogiques de type « recette de cuisine » où il est attendu des élèves qu’ils effectuent des expériences en suivant une liste de tâches prédéfinies. Cet enseignement traditionnel comporte des limites car il ne favorise que certains types d’apprentissages, comme par exemple la gestuelle. Les études qui se sont intéressées aux démarches de type investigation, principalement dans l’enseignement secondaire, montrent que les élèves ont davantage tendance à penser à ce qu’ils font et peuvent en tirer des bénéfices pour leurs apprentissages (Millar, 2004). Donner plus de responsabilités aux étudiants dans les activités expérimentales permettrait ainsi de favoriser d’autres apprentissages, comme le montrent Etkina, Karelina et Ruibal-Villasenor (2010) dans le cas de la conception d’expériences par des étudiants à l’université.
3D’autres auteurs questionnent cependant l’efficacité des démarches de type investigation. Des évaluations internationales à grande échelle indiquent une corrélation négative entre les résultats aux tests de connaissances scientifiques et un enseignement par investigation (Cairns & Areepattamannil, 2019). Aditomo et Klieme (2020) ont réexaminé cette question et arrivent à la conclusion que ce type d’enseignement complexe peut conduire à un apprentissage efficace lorsqu’il est associé à un guidage par les enseignants. Mener une démarche expérimentale fait partie des tâches complexes. Il est donc pertinent de prévoir un accompagnement pour aider les étudiants à se l’approprier.
4Le modèle proposé par D’Ham et al. (2020) permet de décrire une démarche expérimentale dans un contexte d’enseignement. Il comporte sept étapes, centrales dans la construction de sens par les apprenants car elles nécessitent d’articuler des concepts ou relations du monde des « théories et modèles » (Tiberghien, Vince & Gaidioz, 2009) avec des matériels, phénomènes ou mesures du monde des « objets et événements ». Toutes les étapes ne sont pas nécessairement à la charge de l’apprenant, l’enseignant prescripteur pouvant décider, selon ses objectifs pédagogiques, des tâches dévolues à l’apprenant. Ce modèle montre que quatre étapes se situent à l’interface des mondes des « théories et modèles » et des « objets et événements » : Définir le problème, Concevoir l’expérience, Traiter les données et Interpréter les résultats.
Fig. 1 : un modèle en forme de cycle pour décrire des démarches expérimentales (D’Ham et al., 2020)
5Bien que les sept étapes de ce modèle soient présentées séquentiellement, le processus n’est pas forcément linéaire (figure 1) : les chemins pointillés correspondent à des retours, par exemple d’une étape où l’on identifie un comportement inattendu, vers des étapes antérieures qui sont alors vérifiées ou remises en question. Les travaux qui montrent l’intérêt de concevoir une expérience, montrent aussi sa complexité (Etkina, Karelina & Ruibal-Villasenor, 2010 ; Berthet, Girault & D’Ham, 2015) et l’utilité d’un guidage par un outil numérique (Girault & D’Ham, 2014).
6La mise en place de pédagogies favorisant l’apprentissage d’une démarche expérimentale implique la réalisation de tâches nouvelles pour les étudiants et les enseignants. Cela peut accroître la complexité des séquences pédagogiques et faire émerger le besoin d’aide pour les apprenants. Pour amener leurs étudiants à s’approprier une telle démarche, les enseignants doivent suivre, structurer et orienter le travail des étudiants. Le terme d’étayage a été proposé par Wood, Bruner et Ross (1976) pour caractériser des dispositifs d’aide qui permettent la réussite des élèves, réussite qu’ils ne pourraient atteindre sans cet étayage, sans pour autant altérer le potentiel d’apprentissage porté par la situation. Notons que l’étayage implique des diagnostics sur l’activité de l’élève, donnant lieu à la personnalisation de l’aide apportée. La diminution progressive de l’étayage, ou fading, introduit par Collins, Brown et Newman (1989) est un autre aspect fondamental du processus d’étayage.
7L’utilisation de supports numériques est un moyen d’aider l’élève en complément de l’aide apportée par l’enseignant ou des pairs. Dans la littérature sur les étayages, nous retenons les travaux qui prennent en compte la pratique d’une démarche expérimentale avec un étayage apporté par des environnements informatiques. Dans les travaux récents de ce domaine apparaît le terme de guidage, plus général que celui d’étayage. En cessant d’élargir et adapter la notion d’étayage au risque de la dévoyer, l’intention est de pouvoir décrire et penser les dispositifs d’aides dans ces Environnements informatiques pour l'apprentissage humain (EIAH), y compris s’ils ne répondent pas à tous les critères d’un étayage. Notamment le fading n’est pas souvent pris en charge dans les EIAH et les travaux présentés.
8Des travaux montrent les apports d’un guidage, que ce soit en réduisant la complexité de la tâche par la structuration de l’activité (Quintana et al., 2004 ; Reiser, 2004), ou bien en aidant les élèves à donner du sens à leur activité (Quintana et al., 2004 ; Linn & Eylon, 2011), ou encore en proposant une évaluation de l’activité et des rétroactions à l’élève (Gerard et al., 2015).
9Des auteurs ont proposé des catégorisations de guidages qui les caractérisent de façon technique, indépendamment d’un modèle de démarche expérimentale prescrit aux élèves. Azevedo, Cromley et Seibert (2004) proposent une classification qui distingue des dispositifs d'aide fixes et adaptatifs. Les premiers sont statiques, identiques pour tous les apprenants, alors que les seconds permettent de répondre à un besoin individuel. Un étayage est donc adaptatif, ce qui n’est pas le cas de tous les guidages d’un EIAH. Plus récemment, De Jong et Lazonder (2014) ont proposé une classification qui classe les guidages selon la forme qu’ils prennent (voir partie 3.3), et non selon les intentions de guidage comme cela est le cas dans d’autres classifications (Van de Pol, Volman & Beishuizen, 2010).
10Dans cette étude, nous nous intéressons à l’usage que font les enseignants de la plateforme LabNbook pour guider leurs étudiants dans l’apprentissage d’une démarche expérimentale. Pour analyser ces guidages, nous avons besoin de catégories qui n’anticipent pas sur les intentions de ces enseignants, notamment sur leurs objectifs d’apprentissage. Ils doivent donc être suffisamment génériques, tels que proposés par Azevedo, Cromley et Seibert et par De Jong et Lazonder.
11LabNbook est un EIAH destiné aux apprenants de lycée et de l’enseignement supérieur. La plateforme est conçue pour leur permettre de produire et de partager des cahiers de laboratoire, des comptes rendus de travaux pratiques (TP). LabNbook leur fournit des outils de production et de communication, pour produire collaborativement les écrits (au sens large) d’une démarche expérimentale. Les enseignants créent librement l’activité destinée à leurs étudiants, avec les stratégies pédagogiques de leur choix (démarche expérimentale, apprentissage par problème, TP classique, etc.). Ils construisent une mission qui constitue un « patron » organisant l’espace de travail des apprenants. Cet espace est structuré en un ensemble de parties dans lesquelles les étudiants produisent ensuite leurs documents.
12La figure 2 montre l’espace de travail des apprenants pour une mission avec trois parties dans lesquelles les étudiants doivent compléter des documents, appelés labdocs.
Fig. 2 : un espace de travail dans une mission LabNbook
Les consignes de parties et les labdocs sont repliés, leurs contenus ne sont pas visibles. L’espace Ressources affiche la consigne générale.
13La plateforme intègre quatre outils avec lesquels les apprenants produisent leurs documents (labdocs) :
- les outils de traitement de texte et de dessin, non spécifiques d’une étape particulière d’une démarche expérimentale ;
- l’outil Données, spécifique au Traitement de données ;
- l’outil Protocole, pour l’écriture structurée d’un protocole expérimental (Concevoir une expérience).
14Des documents peuvent être déjà inclus dans la mission, et doivent alors être complétés par les apprenants. Des espaces dédiés aux consignes sont prévus pour un accompagnement. L’enseignant a la liberté de donner plus ou moins d’informations, de mobiliser ou non certains outils. Il choisit ce qu’il souhaite laisser à la charge de l’étudiant et ce qu’il souhaite guider selon ses priorités pédagogiques. LabNbook offre diverses possibilités d’implémenter des guidages fixes dans une mission :
- insérer des instructions ou des informations dans les espaces non modifiables par les étudiants, comme dans les consignes de parties qui apparaissent en tête de chaque partie du rapport ou encore dans l’espace ressources qui comprend une consigne générale et un espace documentaire (cf. figure 2) ;
- insérer dans la mission des labdocs modifiables par les étudiants. Ils peuvent être vides, n’indiquer que le titre, ou bien présenter un contenu ;
- structurer le rapport, en choisissant le nombre de parties et en les nommant (obligatoire), en intégrant et en organisant des labdocs au sein de ces parties (facultatif) ;
- imposer l’utilisation des outils Protocole et Données.
15L’outil Protocole (figure 3) permet d’organiser une partie d’une démarche expérimentale, principalement l’étape de Conception de l’expérience. Dans sa configuration par défaut, il propose des rubriques à renseigner : (1) la question de recherche ou l’objectif de l’expérimentation, (2) les hypothèses ou les résultats attendus, (3) le principe de la manipulation, (4) la liste de matériel et (5) le mode opératoire. Le mode opératoire incite à une organisation hiérarchique en étapes, sous-étapes et actions. Une courte description de chaque rubrique est proposée par défaut.
16L’outil Données intervient dans l’étape de Traitement des données et intègre trois sous-étapes : (1) le traitement mathématique des données, (2) la représentation graphique des résultats numériques, (3) leur modélisation par une fonction mathématique. Les guidages intégrés se réfèrent à des pratiques scientifiques courantes, par exemple en proposant un champ pour renseigner l’unité d’une donnée.
Fig. 3 : les rubriques de l’éditeur de protocole expérimental et le menu du mode opératoire
17À la différence d’autres environnements informatiques d’apprentissage ciblant des situations d’investigation scientifique dans l’enseignement primaire et secondaire, LabNbook est une plateforme qui permet aux enseignants d'implémenter la pédagogie de leur choix, conçue dans la perspective d’un usage dans l’enseignement supérieur. Se pose la question de l’apport d’un tel outil numérique lorsque des enseignants du supérieur l’utilisent librement, en particulier dans l’objectif de faire acquérir une démarche expérimentale à leurs étudiants. Nous avons choisi ce cas d’étude en raison de l’importance que cet apprentissage semble y prendre. Son originalité est qu’il court sur un temps long. Il est donc propice à la mise en place de diminutions progressives des guidages (fading), ce qui est rarement observé dans les études sur les guidages avec un environnement informatique d’apprentissage portant sur les situations d’investigation scientifique.
18Nous souhaitons examiner les guidages mis en place par les enseignants dans la plateforme, avec une attention particulière pour le processus de fading. On peut faire l’hypothèse que le choix de guidage sera orienté par les objectifs d’apprentissage ainsi que par les difficultés que les enseignants anticipent pour leurs étudiants. C’est pourquoi, avant de repérer et caractériser ces guidages, il est nécessaire d’identifier la démarche préconisée par ces enseignants et les enjeux associés.
19Cette étude vise à répondre aux questions de recherche suivantes :
- quels sont les objectifs de ces enseignants de l’enseignement supérieur concernant l’apprentissage d’une démarche expérimentale ?
- quels guidages ces enseignants mettent-ils en place sur la plateforme LabNbook et en quoi la plateforme les y aide-t-elle ?
20Dans les sections suivantes, nous décrivons les méthodes de recueil et d’analyse des données, puis nous présentons et discutons les résultats.
21Dans le cadre d’un projet portant sur l’innovation pédagogique, la plateforme LabNbook a été utilisée entre septembre 2017 et juin 2020 par 115 enseignants répartis dans une vingtaine d’enseignements différents de plusieurs établissements d’enseignement supérieur. Nous avons sélectionné quatre unités d’enseignements (UE) suivies par une même cohorte d’étudiants tout au long d’une année et dans lesquelles l’appropriation d’une démarche expérimentale complexe occupe une place importante.
22Il s’agit d’enseignements expérimentaux de physique de niveau L3 en école d’ingénieurs, suivis par une cohorte d’environ 350 étudiants chaque année. Ces travaux pratiques (TP) portent sur deux thématiques disciplinaires différentes, l’une visant la connaissance d’objets techniques et des appareils et méthodes de mesure associés (notée E), l’autre orientée vers l’étude de phénomènes physiques (notée P). Chaque thématique est enseignée sur deux UE, l’une au premier semestre (E1 et P1), l’autre au second semestre (E2 et P2). Chaque thématique est conçue et gérée par un binôme d’enseignants prescripteurs.
23Chaque TP, consacré à un sujet précis, dure quatre heures. Voici pour chaque UE, le nombre total de TP et le nombre de TP utilisant LabNbook.
- E1 : 4 TP dont 1 sur LabNbook
- E2 : 6 TP dont 1 sur LabNbook
- P1 : 3 TP sur LabNbook
- P2 : 6 TP sur LabNbook
24Le déploiement de la plateforme LabNbook en contexte écologique a été l’objet d’un processus d’évaluation de 2017 à 2019, élaboré et mis en place dans le cadre d’un projet portant sur l’innovation pédagogique (Mandran et al., 2019).
25Pour cet article, nous mobilisons deux types de données recueillies dans le cadre de cette évaluation : (i) les missions produites par les quatre enseignants prescripteurs dans LabNbook jusqu’à janvier 2020 et (ii) les entretiens réalisés avec ces enseignants prescripteurs. Les missions produites par les enseignants sont accessibles aux chercheurs dans la base de données de la plateforme. Ces enseignements, missions comprises, sont intégralement l’œuvre des enseignants, les chercheurs n’y ont aucune part. Nous analysons les missions correspondant au deuxième semestre 2018-2019 et au premier semestre 2019-2020.
26Les entretiens, de type semi-directif, ont été réalisés en deux temps avec les enseignants prescripteurs : avant le premier enseignement avec LabNbook en 2017, puis après le dernier enseignement de notre étude, début 2020. Pour la présente étude, nous disposons de quatre entretiens réalisés auprès de ces deux binômes d’enseignants responsables des UE. Ces entretiens, d’une durée variant de 45 à 110 minutes, ont été enregistrés et intégralement retranscrits. Les grilles d’entretien comportent des items relatifs à la description et l’organisation pédagogique des enseignements, leur intérêt et les difficultés ressenties, les tâches à la charge des étudiants (de manière générale et concernant les étapes d’une démarche expérimentale), l’utilisation de la plateforme LabNbook (intentions et réalisations).
27Les enseignants interrogés sont de jeunes enseignants en poste depuis moins de six ans. Ils sont tous engagés dans une dynamique d’amélioration de la pédagogie des TP dispensés aux étudiants de première année de l’école d’ingénieur (niveau L3). Lorsque nous les rencontrons pour la première fois, une réflexion collective est déjà engagée depuis quelques années autour de la refonte de la maquette des TP. Les enseignants responsables de chaque thématique font néanmoins évoluer les enseignements de leurs UE de manière indépendante.
28Nous utilisons le modèle présenté précédemment (figure 1) pour identifier, caractériser et discuter les démarches préconisées par les enseignants. Les deux étapes Réaliser l’expérience et collecter des données et Diffuser les résultats ne se révèlent pas pertinentes pour notre étude, notamment parce que les missions et les entretiens ne contiennent pas d’information notable sur la réalisation de l’expérience. Nous retenons les cinq étapes suivantes pour notre analyse :
- définir le problème : le problème peut correspondre soit à une investigation, soit à un problème technique ; il peut être issu de réflexions théoriques ou viser l’observation d’un fait singulier ;
- proposer des hypothèses : cela peut être une relation entre grandeurs ou de l’anticipation sur des résultats numériques ;
- concevoir l’expérience : produire un protocole expérimental. C’est un document écrit et un outil scientifique incontournable du travail expérimental ;
- traiter les données : appliquer des transformations aux données collectées. Cela inclut la modélisation des résultats expérimentaux le cas échéant ;
- interpréter les résultats. C’est au niveau de cette étape que se placent les actions de contrôle qui en confrontant les résultats expérimentaux avec les hypothèses vont amener à valider ou réviser les étapes précédentes et amener à la critique et/ou à la validation de l’expérience.
29Une mission LabNbook est un « patron » du compte-rendu d’un TP, accompagné de consignes et de documents. Le contenu des missions LabNbook, tel que les enseignants prescripteurs les ont créées, a été analysé par deux chercheurs de manière indépendante.
30L’analyse des missions cherche d’une part à caractériser la démarche préconisée par les enseignants et d’autre part à identifier et caractériser les guidages mis en place pour cet apprentissage.
31Nous recherchons dans les consignes, générale ou de partie, dans les labdocs déposés par les enseignants, que ce soit dans leurs titres ou leurs contenus, tout ce qui est relatif aux étapes du cycle expérimental que nous avons retenues. Pour chaque étape identifiée, nous cherchons si elle est mise en jeu dans la situation d’enseignement et dans quelle mesure elle est à la charge de l’étudiant (3 niveaux : donné par l’enseignant, partiellement ou totalement à la charge de l’étudiant).
32Un accent particulier est mis sur la conception de l’expérience en relation avec un usage possible de l’outil d’écriture de protocole expérimental de LabNbook (figure 3).
33L’analyse des missions permet d’accéder uniquement aux informations sur les guidages fixes (Azevedo, Cromley & Seibert, 2004) implémentés dans LabNbook. Nous caractérisons les guidages mis en place par les enseignants en nous basant sur les catégories proposées par De Jong et Lazonder (2014). Le tableau 1 résume les catégories de guidages fixes dont nous avons eu besoin pour analyser les missions.
Tableau 1 : les éléments de guidage recherchés dans les missions LabNbook et mis en place par les enseignants
| Catégories de guidage |
Description |
| Contrainte du processus |
Le but est de réduire la complexité de la démarche, par exemple en restreignant l’activité de l’étudiant, le nombre d’options qu’il doit considérer pendant le processus. Des éléments guident l’étudiant, structurent son travail, lui montrent le chemin. Certaines tâches peuvent ainsi être déjà réalisées, en totalité ou en partie, ou encore supprimées ou simplifiées. Ce type de guidage est appelé à disparaître au cours de l’apprentissage et devrait donc être l’objet d’un processus de fading. |
| Consigne |
Consigne ou message pour rappeler des actions à faire. |
| Heuristique |
Instructions sur la façon de réaliser une tâche. C’est un guidage plus spécifique qu’une consigne, qui correspond à une tâche en particulier. |
| Présentation directe d’informations |
La tâche est totalement ou partiellement réalisée par l’enseignant. La totalité, ou une partie des informations qui en composent le contenu est alors fournie telle quelle aux étudiants. |
| Guidage par un outil spécifique |
Outils qui guident le travail de l’étudiant en structurant et aménageant son travail. En choisissant d’utiliser ces outils, les enseignants optent pour le guidage qui y est implémenté. |
34Par rapport aux six catégories proposées par De Jong et Lazonder (2014), nous n’avons pas retenu « un tableau de bord de performance ou un bilan de l’état » qui relève d’un guidage adaptatif. Par ailleurs, la catégorie guidage par un outil spécifique correspond à la catégorie nommée scaffold par ces auteurs, mais ce terme n’est pas adapté à tout type d’outil permettant un guidage.
35L’analyse des missions est complétée par les entretiens, en particulier lorsqu’elle ne permet pas de répondre à une question. Cela permet notamment de relever des éléments de guidage qui ne sont pas accessibles dans les missions ou peu perceptibles lors de l’analyse des missions.
36Les entretiens fournissent des éléments de compréhension favorisant l’interprétation des données observées dans l’analyse des missions. Nous avons effectué une analyse thématique des quatre entretiens (Creswell, 2013 ; Paille & Mucchielli, 2011). Pour notre analyse, nous avons identifié cinq thèmes en lien avec l’apprentissage et le guidage d’une démarche expérimentale :
- objectifs d’apprentissage visés par les enseignants en termes de connaissances et de compétences ;
- apprentissage d’une démarche (expérimentale) : propos relatifs d’une part à l’apprentissage d’une démarche, d’une structure et d’autre part relatifs à une démarche expérimentale prise par étapes ou comme un tout ;
- perception des difficultés des étudiants par les enseignants ;
- guidages mis en place par les enseignants pour faciliter des apprentissages visés ;
- intérêt (ou non) de l’utilisation de LabNbook relativement à l’apprentissage d’une démarche expérimentale.
37Acquérir une démarche expérimentale ressort très clairement comme un objectif majeur d’apprentissage pour ces enseignants, dans les entretiens et par l’analyse des missions. Les entretiens et l’analyse des missions permettent également d’identifier un modèle de démarche expérimentale unique, que l’on retrouve de façon systématique dans l’ensemble des missions analysées. Nous avons ensuite recherché dans les entretiens les objectifs des enseignants associés à l’acquisition de cette démarche.
38De manière générale, les termes utilisés par les enseignants pour désigner la démarche qu’ils préconisent ou ses étapes, varient beaucoup dans les interviews et un peu suivant les missions. Le modèle de référence (D’Ham et al., 2020) fournit un socle de référence pour désigner et décrire les étapes de manière univoque. Nous repérons ces étapes dans les interviews et à deux niveaux dans les missions LabNbook : (i) dans les consignes générales qui s’appliquent à toutes les expériences, (ii) dans les noms et l’organisation des labdocs utilisés et dans les consignes détaillées associées à ces labdocs.
39Dans la structure des missions de ces quatre UE, nous trouvons des constantes quel que soit le sujet traité. Chaque mission comporte plusieurs expériences. Pour toutes les UE, chaque expérience est agencée de manière identique, lorsque les labdocs sont imposés, par une suite ordonnée de quatre labdocs de type différent, Protocole, Dessin, Données et Texte. Leur succession réifie la démarche expérimentale préconisée par les enseignants. Le tableau 2 liste les étapes de la démarche préconisée, dénommées suivant notre modèle de référence et précise le type du labdoc correspondant. Même s’il existe de rares et légères variations suivant les expériences, cette structure est remarquablement constante.
Tableau 2 : étapes de la démarche expérimentale préconisée pour chaque expérience
| Étapes et sous-étapes de la démarche expérimentale préconisée |
Ordre et type du labdoc |
| Définir le problème |
|
1- Protocole |
Proposer des hypothèses (ou résultats attendus) |
|
| Concevoir l’expérience |
Mode opératoire |
| Schéma de montage |
2- Dessin |
| Traiter les données |
|
3- Données |
| Interpréter les résultats |
Décrire les données |
4- Texte |
|
Interpréter les résultats
|
Dans les missions, elle est donc matérialisée par une suite de quatre labdocs dont le type est précisé.
40Cette démarche expérimentale est assez complète si l’on se réfère à notre modèle de référence. Les données collectées lors de l’étape Réaliser l’expérience apparaissent dans le tableau du labdoc de type Données. Les enseignants introduisent cependant quelques sous-étapes. Ainsi, l’étape Concevoir l’expérience est subdivisée en Mode opératoire (produit dans la rubrique idoine d’un labdoc Protocole) et Schéma de montage (labdoc de type Dessin). L’étape Interpréter les résultats est également subdivisée en deux sous-étapes Décrire les données et Interpréter les résultats.
41On retrouve cette description de la démarche préconisée dans les consignes générales des missions des quatre UE, comme par exemple dans la consigne de la figure 2 qui se trouve dans les missions des UE E1 et E2. Cette démarche est également explicite dans les entretiens, bien que les enseignants utilisent fréquemment le terme de compte rendu lorsqu’ils font référence à la structure mise en place pour chaque expérience dans les missions : « C’est plutôt la structure globale d’un compte rendu qu’ils [les étudiants] reproduisent bien. C’est-à-dire de partir d’un objectif, d’hypothèses, mettre un protocole [...] les résultats, la description des résultats et l’analyse des résultats ».
42L’analyse des entretiens montre que l’acquisition de cette démarche expérimentale repose sur quatre objectifs d’apprentissages complémentaires et interdépendants : (i) apprendre à suivre une démarche globale, étape par étape, (ii) apprendre à maîtriser certaines étapes, (iii) apprendre à pratiquer une démarche expérimentale dynamique exprimant son caractère non linéaire, (iv) apprendre à anticiper, c’est-à-dire à concevoir les expériences et les traitements de données avant la réalisation des expériences au laboratoire.
43(i) Apprendre à suivre une démarche globale. Les enseignants ont identifié un ensemble de comportements d’étudiants qui se font écho : les étudiants manquent de vision globale sur leur TP, « ils ont le nez dans le guidon », « ils ne savent pas pourquoi ils font et ensuite on leur demande de modifier le montage, et ils ne savent pas quoi modifier, ils n’arrivent pas à se projeter pourquoi ils font les choses ». Pour les enseignants, les étudiants devraient pouvoir surmonter ces difficultés par l’acquisition d’une démarche globale qui devra être reproduite de manière systématique (« automatisée ») lors de la production d’un compte rendu expérimental, lequel sera donc organisé, pour chaque expérience, suivant les étapes de la démarche préconisée. Cela devrait permettre aux étudiants d’accéder à une vision globale de l’expérience à réaliser, d’identifier clairement un objectif, d’avoir le temps d’aller au bout du travail demandé de manière approfondie.
44(ii) Apprendre à maîtriser des étapes. Les enseignants mettent l’accent sur les étapes suivantes : Proposer des hypothèses car il leur semble important d’anticiper sur les résultats expérimentaux ; Concevoir l’expérience car les étudiants doivent savoir anticiper sur l’expérience à réaliser et établir un Mode opératoire détaillé et complet ; analyser les résultats expérimentaux, en particulier en les confrontant aux résultats attendus et/ou aux hypothèses. Un enseignant dit qu’il explique à ses étudiants « Si vous n’avez pas d’hypothèses, qu’il n’y a pas des attendus qui sont mis en avant, je ne sais pas avec quoi vous allez conclure ». L’accent sur ces étapes est motivé par le fait qu’elles sont mal connues des étudiants et sont difficiles à comprendre et à pratiquer. L’ajout de l’étape Décrire les données est introduite pour inciter les étudiants à identifier certaines caractéristiques des données (interdépendances, etc.) sur lesquelles s’appuieront ensuite l’analyse critique et l’interprétation des résultats.
45(iii) Apprendre à pratiquer une démarche expérimentale dynamique. Cet objectif d’apprentissage ressort quand les enseignants parlent de développer l’esprit critique vis-à-vis des résultats expérimentaux obtenus, de savoir remettre en question un résultat, un protocole, une hypothèse ou un modèle. C’est alors une dynamique de la démarche expérimentale qui est mise en avant. Notamment les contrôles à effectuer permettent de revenir sur des étapes antérieures, par exemple en vérifiant et éventuellement reprenant le protocole ou les hypothèses si les résultats ne sont pas conformes à ce qui était attendu. Il se produit un dialogue entre les étapes, figuré par les flèches en pointillé de notre modèle de référence (figure 1). Cela permet d’appréhender la nécessaire cohérence de ces étapes et leur interdépendance.
46(iv) Les enseignants insistent sur la nécessité d’une véritable anticipation portant sur l’écriture des protocoles, des traitements à réaliser et des résultats attendus en amont de la réalisation de l’expérience. Ce travail est presque systématiquement demandé en préparation des TP. Dans son ouvrage sur les principes de la conception expérimentale dans la recherche en sciences de la vie, Selwyn (1996) explique qu’une expérimentation doit être soigneusement planifiée et décrite. La préparation doit notamment comporter des objectifs, un protocole et des traitements de données en assurant la cohérence de et entre ces trois étapes. Selwyn décrit les problèmes rencontrés quand ce processus est pris en défaut lors de la mise en œuvre.
47On perçoit que les enseignants agissent de manière cohérente quant aux connaissances et compétences qu’ils souhaitent faire acquérir aux étudiants, en prenant en compte les difficultés rencontrées par leurs étudiants. Les difficultés et objectifs cités ci-dessus sont souvent reliés entre eux : que les étudiants sachent où ils vont et comprennent ce qu’ils font, va de pair avec le besoin de gagner du temps en séance pour leur permettre d’aller au bout des tâches qui leur sont confiées ; le travail d’anticipation doit permettre la construction d’une vision structurée et détaillée de ce que les étudiants doivent faire en séance, mais aussi produire tous les documents nécessaires à la mise en œuvre des expériences (protocoles) et des traitements et analyses des données (tableaux de données et hypothèses).
48Les enseignants témoignent dans les entretiens des gains obtenus : les étudiants peuvent mieux se concentrer en séance sur des tâches plus délicates (production d’une hypothèse, analyse critique des résultats, amélioration d’un protocole) en identifiant leurs erreurs et ce qu’ils n’ont pas compris, en bénéficiant du guidage prodigué en séance par les enseignants. Les enseignants peuvent alors effectuer un guidage différencié en séance sur ces tâches plus complexes : « Je les guide pas à pas d’assez près ce qui m’aide à transférer pas mal de connaissances sur le sujet […]. On interagit beaucoup plus sur qu’est-ce que c’est un compte rendu avec un protocole. [...]. On peut discuter directement pendant la séance de cette boucle de retours [référence au processus dynamique de la démarche] ».
49L’analyse des missions permet d’accéder aux guidages fixes mis en place par les enseignants dans LabNbook. Dans les entretiens, les enseignants décrivent les guidages qu’ils ont mis en œuvre, nous donnant accès aux principes qui motivent leurs choix. Ils commentent aussi bien les guidages mis en place sur LabNbook que ceux qu’ils apportent en séance. Les guidages en séance sont personnels à chaque enseignant, ils ne sont pas généralisables.
50Un premier résultat est que plusieurs guidages cohabitent dans les UE, dans une même mission suivant les expériences du TP, voire dans une même expérience. Un processus de fading est appliqué à la fois pour guider la démarche dans son ensemble, mais aussi pour guider les étapes de la démarche. On doit plutôt considérer le guidage comme un dispositif complexe associant plusieurs guidages, de différents types, qui évoluent au cours d’une mission ou d’une UE.
51Tout d’abord, nous décrivons et analysons le processus de fading mis en place sur LabNbook, ainsi que les principes suivis par les enseignants pour ce faire. Ensuite, et pour chacun des objectifs d’apprentissage identifiés précédemment, nous analysons les guidages selon les catégories de guidage retenues (tableau 1).
52La décroissance du guidage dans un processus de fading peut être décrite ici par des stades successifs : le guidage initial est le plus intense, puis le guidage est progressivement réduit jusqu’à une absence totale de guidage lorsque l’apprenant peut réaliser la tâche seul. La réduction du guidage dans les missions étudiées se manifeste par la disparition progressive des guidages mis en place au stade initial. Le fading intervient dans les UE E1, E2 et P1. Le guidage implémenté dans l’UE P2 reproduit à l’identique le dernier stade de guidage de P1, qui est très faible. Néanmoins, aucune mission n’arrive au stade d’une absence totale de guidage dans la succession de ces quatre UE. Les enseignants pensent qu’il est nécessaire de maintenir du guidage tout au long de l’année.
53L’analyse thématique des entretiens a permis de dégager les principes qui ont présidé aux choix des enseignants de pratiquer un fading d’une part, et d’autre part concernant le premier stade de guidage. Tout d’abord il ressort que les apprentissages se font de manière progressive et que, par conséquent, la tâche doit être réalisée plusieurs fois avec un transfert progressif de responsabilité de la tâche aux étudiants, qui va donc se faire ici par diminution du guidage. « Au début, on montre ce qu’on attend, tout. Le deuxième [TP], on remet toutes les feuilles [labdocs] pour qu’ils sachent ce qu’on attend, mais c’est à eux de le remplir. Et le troisième, c’est à eux de le faire. Ça veut dire qu’à partir de la deuxième séance au moins, maximum la troisième, ils doivent à la maison préparer leurs feuilles ». Au premier stade du processus de fading, les enseignants font ainsi le choix de guider très fortement le travail des étudiants, en particulier en procédant par monstration. La monstration répond à plusieurs principes : il faut faire percevoir aux étudiants ce qui est attendu en vue du transfert ultérieur de la tâche aux étudiants ; il faut leur montrer à quoi ressemble une tâche nouvelle ou mal connue d’eux et leur faire percevoir sa raison d’être ; il faut leur faire percevoir l’intérêt d’anticiper sur la séance.
54Les enseignants de E1 et E2 soulignent que la structure de la démarche doit être visible et suivie systématiquement. Ils considèrent le changement de support entre les TP, papier et numérique, comme indispensable pour que les étudiants ne confondent pas la démarche préconisée avec le support numérique et identifient cette démarche comme un outil (cf. l'objectif des enseignants « apprendre à suivre une démarche globale »). « C’est aussi comme ça qu’on veut utiliser LabNbook pour qu’ils voient une structure, qu’ils l’utilisent et se disent “tient il faut que je continue de la réutiliser” ».
55Deux types de guidage sont associés à la démarche globale dans les missions. Le premier relève de la monstration et appartient à la catégorie contrainte du processus. Il contraint les étudiants à suivre et identifier la démarche préconisée : l’espace dédié à une expérience donnée est structuré précisément par la suite des quatre labdocs qui matérialisent les étapes de la démarche, les sous-étapes éventuelles étant explicitées dans les labdocs concernés (tableau 2). Au premier stade du processus de fading, les labdocs sont remplis (entièrement ou à compléter). Au second stade, les labdocs sont présents mais vides avec des titres mentionnant les étapes, contraignant toujours les étudiants à suivre cette même démarche. Au dernier stade, il n’y a plus aucun labdocs, donc plus de contrainte du processus. Le guidage, de type consigne, se fait par la prescription d’une liste d’étapes à suivre systématiquement pour chaque expérience à réaliser, exprimée dans un espace de consigne de la mission (exemple en figure 2). Les deux types de guidage, contrainte du processus et consigne, peuvent coexister. Cette coexistence peut procéder d’un effet d’explicitation et d’insistance.
56Nous avons vu précédemment que les objectifs d’apprentissages des enseignants varient suivant les étapes. Le dispositif de guidage va dépendre de ces objectifs et des difficultés des étudiants identifiées par les enseignants.
57Le guidage de la démarche globale dans une consigne fait apparaître une liste des étapes qui peut être complétée par de courtes descriptions de chaque étape, précisant ce qui est attendu (voir l’exemple de la figure 2). Ces descriptions relèvent d’un type heuristique et peuvent être considérées comme un guidage de l’étape elle-même. Des descriptions de ce type peuvent également apparaître dans les labdocs à remplir par les étudiants à la suite d’un titre ou d’un sous-titre destiné à localiser une étape ou une sous-étape.
58Au premier stade du processus de fading, le choix de « tout montrer » se manifeste par le fait que les labdocs sont soit entièrement remplis, soit partiellement remplis et donc à compléter. Les étapes sont donc totalement ou partiellement réalisées par l’enseignant. Destiné à la monstration, ce guidage d’une étape relève d’une présentation directe d’information. Cela ne concerne que ce qui peut être anticipé, c’est-à-dire les étapes avant la mise en œuvre expérimentale, mais aussi l’étape Traiter les données.
59Nous allons détailler les guidages par étape, en présentant d’abord les étapes les moins guidées.
- Définir le problème n’est jamais à la charge des étudiants. Le problème est donc toujours donné, parfois en demandant une reformulation.
- L’étape Traiter les données est fortement guidée dans les premiers stades du fading, par programmation des traitements numériques à effectuer et de certains graphes, effectuée avec l’outil Données (présentation directe d’information). À un stade ultérieur quand aucun contenu n’est fourni, un guidage de type heuristique est parfois apporté concernant des traitements spécifiques. Des informations sont alors fournies sur les calculs à faire dans les espaces de consignes.
- L’étape Interpréter les résultats est peu guidée, avec tout au plus des sous-titres pour les sous-étapes dans le labdoc dédié (au premier et deuxième stade du fading). La sous-étape Décrire les données est guidée en séance par les enseignants afin de préciser leurs attentes aux étudiants : « La description reste simple, c’est-à-dire je vois que ça monte avec telle valeur ou je vois qu’il y a indépendance ou… mais ça s’arrête là ». La sous-étape d’interprétation consistant à expliquer les résultats en s’appuyant sur « la physique », est considérée comme connue des étudiants. Les choix quant à cette sous-étape posent cependant question. Elle ne paraît pas moins importante que les autres étapes dans les propos des enseignants, mais ils disent tous qu’elle reste un point faible des comptes rendus. Cependant et contrairement aux autres étapes, ils n’abordent pas les difficultés éventuelles des étudiants et l’introduction d’un guidage n’est pas envisagée.
60Maîtriser les étapes Proposer des hypothèses et Concevoir l’expérience constituent des objectifs majeurs d’apprentissage. C’est d’autant plus vrai que l’apprentissage de la dynamique de la démarche visé ici fait essentiellement dialoguer ces deux étapes avec l’étape Traiter les données. Les apprentissages de ces étapes et de la pratique de la dynamique de la démarche sont de fait, interdépendants. Les enseignants des UE E1 et E2 discutent beaucoup ces deux étapes qu’ils jugent délicates à appréhender par les étudiants. Ainsi, nous verrons que ces deux étapes sont retravaillées et approfondies grâce au travail sur la dynamique de la démarche.
- Proposer des hypothèses (ou des résultats attendus) suit le processus de fading précédemment décrit. Au premier stade les résultats attendus sont donnés en présentation directe d’information. Dans les missions de E1 et E2, une activité est aussi proposée dans laquelle l’étudiant doit sélectionner et/ou compléter des hypothèses formulées par l’enseignant (heuristique). Les enseignants mentionnent leur guidage en séance, qui consiste essentiellement en explications ou discussions destinées à faire saisir aux étudiants la nature et la raison d’être de cette étape : « Un énorme travail avec eux, c’est de comprendre que l’hypothèse n’est pas toujours de dire “je suppose que tout est parfait’’. Parce que si on ne les guide pas, c’est ce qu’on lit à chaque fois. Du coup, il faut qu’ils aient une hypothèse avec attentes sur les mesures ».
- Concevoir l’expérience correspond à l’écriture d’un Mode opératoire détaillé, complété par un Schéma de montage, dans les missions étudiées. Le Schéma de montage est soit donné ou à compléter dans un labdoc dessin (présentation directe d’information), soit totalement à la charge des étudiants avec juste une consigne. Pour le Mode opératoire, l’utilisation systématique de l’outil Protocole aux premiers stades du fading, active la catégorie guidage par un outil spécifique. Cet outil (figure 3) situe le mode opératoire par rapport au problème à résoudre et aux hypothèses et suggère aux étudiants de hiérarchiser le mode opératoire en étapes et actions commentées. Au premier stade du fading, le mode opératoire est complet dans toutes les UE (E1, E2, P1) suivant une présentation directe d’information. La disparition du guidage est parfois plus progressive que pour les autres étapes, en particulier dans E1, avec un protocole à compléter au second stade du fading.
61Réalisé en séance par les enseignants (voir le verbatim en fin du paragraphe 4.1.), le guidage de ce dialogue entre étapes de la démarche n’est perceptible que dans les entretiens. « Pouvoir remettre en cause le résultat et savoir expliquer le pourquoi et le comment… Et là, je vois quand même qu’il y a un gain qu’on a obtenu et qu’on n’avait pas les années précédentes. » « Si vous n’avez pas d’hypothèses ici et qu’il n’y a pas d’attendus qui sont mis en avant, je ne sais pas avec quoi vous allez conclure ». Les enseignants accordent beaucoup d’importance au contrôle des résultats expérimentaux par confrontation avec les résultats attendus. Ce contrôle bénéficie parfois d’un léger guidage de type heuristique dans les missions, réalisé par des questions dans le labdoc Texte ou dans une consigne.
62Les enseignants des UE E1 et E2 ont également mis en place dans deux missions, des exercices dont le but est, en confrontant les étudiants à des obstacles, de leur faire prendre conscience par la pratique de la dynamique de la démarche et de ses enjeux. Nous détaillons ces deux exercices.
63Le premier exercice non perceptible par l’analyse des missions, nous est révélé dans les entretiens. « Les hypothèses et les résultats attendus, on les prémâche pas mal sur les premiers quatre TP, voire même on induit les étudiants en erreur pour qu’ils se rendent bien compte de ce que c’est une hypothèse ». Les hypothèses et le protocole complet sont donnés, mais une des hypothèses est inadéquate. L’objectif est d’amener les étudiants à discuter le protocole et les hypothèses à partir de l’analyse des résultats expérimentaux, afin de leur faire percevoir la nature de ces deux objets et de leurs relations.
64Les enseignants mentionnent que les résultats expérimentaux des étudiants sont fréquemment erronés à cause d’un protocole défectueux. Ils cherchent en séance à faire entrer les étudiants dans une démarche de contrôle qui va remettre le protocole en question : « ils ne comprennent toujours pas que sans protocole, je ne sais pas interpréter d’où vient l’erreur. Je leur fais à chaque fois comme retour mais c’est assez difficile pour eux de concevoir jusqu’où il faut entrer dans les détails pour que j’aie les informations nécessaires pour pouvoir interpréter les mesures sans qu’il y ait du superflu ». Ces enseignants proposent alors ce deuxième exercice, centré sur le protocole mais mettant en jeu le traitement et l’analyse des données expérimentales. Une consigne dans la mission indique que chaque binôme d’étudiants doit transmettre à un autre binôme, le protocole qu’il a écrit et les données expérimentales qu’il a obtenues pour une expérience désignée. À charge pour le binôme receveur d’analyser et interpréter les données. « Si le protocole n’est pas bien défini, les mesures ne sont pas interprétables. C’est le but du jeu que ce ne soit pas bien fait pour qu’ils s’en rendent compte ».
65Ces exercices ne peuvent être classés dans une catégorie de guidage, car ce ne sont pas véritablement des guidages. L’objectif premier n’est pas d’aider les étudiants à mener à bien la tâche, puisqu’on y fait obstacle, mais de susciter leur réflexion et de les amener à une prise de conscience. Les enseignants prévoient d’apporter ensuite un guidage en séance pour aider les étudiants à dépasser l’obstacle et réussir la tâche. Mais les instructions et les contenus intégrés dans la mission visent à les amener à un échec ... temporaire.
66Même si la question de l’anticipation ressort fortement dans les discours des enseignants, cette tâche n’apparaît dans les missions que par quelques instructions données dans la consigne générale ou des consignes de parties, indiquant le travail préparatoire à effectuer. De fait, il s’agit de produire une partie du travail en amont de la séance et chacune des tâches à effectuer possède son propre guidage, déjà décrit.
67Afin de motiver les étudiants dans ce travail d’anticipation, les enseignants veulent leur démontrer les avantages d’une anticipation de qualité qui allège notablement la tâche en séance. En mettant ces avantages en balance avec les contraintes de temps et d’évaluation auxquels les étudiants sont soumis, le discours porte aussi la menace d’une mauvaise note : « Vous voyez, là on vous a tout préparé, il y avait juste à faire les mesures, les mettre dans le tableau et mettre quelques lignes de commentaire, et vous n’avez pas eu le temps de finir. Donc vous imaginez que la prochaine fois, il y aura les feuilles mais elles seront vides. Si vous ne les préparez pas à l’avance… » « Notre but implicite était de leur forcer la main sur la préparation [...] que sans préparation ils se rendent compte qu’ils prennent trop de temps à mettre en place leur protocole [...] s’ils s’y sont pris à l’avance, ils ont bien préparé leur schéma, “je fais d’abord ces mesures, après ces mesures-là, je tire une conclusion, etc.’’, [...] ils font leurs mesures dans la séance, ils ont tout le temps qu’il faut pour mettre les conclusions [...]. Ça les forcerait à préparer sans qu’on ait à passer pour des correcteurs méchants ».
68En quoi, finalement, la plateforme LabNbook apporte-t-elle une aide aux enseignants pour guider les étudiants dans l’apprentissage d’une démarche expérimentale ?
69Le guidage fixe de structuration porté par LabNbook s’est avéré utile et efficace.
- LabNbook porte efficacement la structure globale de la démarche (du rapport) et le processus de fading : « Ces quatre premiers TP, il faudrait qu’ils aient la forme, qu’ils [les étudiants] sachent où ils vont et qu’ils aient des moyens, qu’ils découvrent au fur et à mesure mais à répétition dans chacun des quatre TP là, il y a les mêmes appareils qui reviennent et donc du coup, à un moment donné, ça devient aussi un acquis. Donc, LabNbook a aidé à structurer ça parce qu’on savait où on voulait aller » « C’est vraiment un outil qui aide à structurer et que vous devrez reproduire par ailleurs. Et là, du coup, c’est je pense une réussite ».
- Cette structuration suivant une démarche expérimentale, associée aux facilités apportées par les outils numériques, permet aux étudiants de gagner du temps et contribue à améliorer leur disponibilité pour des tâches plus difficiles : « LabNbook intervient parce que du coup, ne pas avoir à écrire tout, on cible sur “qu’est-ce qu’on attend de vous’’ ». « Le retour qu’on a c’est qu’ils trouvent pénible de devoir rédiger sur papier pendant la séance. Donc s’il y a un outil qui leur permet une saisie plus rapide pour le compte rendu, je pense qu’ils sont tout à fait pour. Et si la structure est déjà faite, ils ont juste à se concentrer sur la réponse qu’ils doivent donner, ils savent où la mettre, ils n’ont pas besoin de s’occuper de la mise en page, les courbes se tracent toutes seules ».
- La structure apportée par LabNbook facilite également le guidage en séance pour les enseignants. « C’est quand même assez agréable parce que comme ils sont tous à peu près [...] au même avancement dans la séance, c’est plus facile de les amener dans les explications. […] Quand ils font des comptes rendus papiers, j’ai plus de mal à vraiment cibler où ils se trouvent dans le TP ».
70LabNbook se révèle bien adapté au travail scientifique de ces étudiants en école d’ingénieur, grâce aux outils Protocole et Données.
- L’outil Données facilite en particulier l’analyse critique des données : « Voir en direct les graphes et courbes qui sortent et de pouvoir leur dire “écoutez, là vous avez un point, ce serait bien de le remesurer”. De dire, c’est un point aberrant, il faut le remesurer parce que sinon, la courbe ça ne ressemble à rien. C’est une interaction plus directe que quand ils font un tableau et qu’après ils font leur graphe. En général, le graphe on ne le voit que quand on corrige les copies ».
- Une étude antérieure montre que les étudiants semblent trouver un intérêt à l’usage de l’outil Protocole (Wajeman et al., 2020). Une analyse des traces pour l’ensemble des rapports produits par les étudiants pour l’UE P2, montre que 89 % des étudiants utilisent spontanément l’outil Protocole pour les six missions de P2 où aucun labdoc n’est imposé. Le seul guidage réside dans une consigne générale concernant la démarche globale.
71Les enseignants constatent un meilleur investissement des étudiants dans leur préparation. « J’ai l’impression que les étudiants préparent mieux, arrivent un peu moins les mains dans les poches, donc ça c’est un côté positif ». Il n’est pas aisé de dégager en quoi LabNbook a participé à cette amélioration car les enseignants ne relient pas souvent les gains obtenus avec la plateforme dans leurs propos. Un élément est apporté par un enseignant « [Avant, il y avait] aussi des questions préparatoires mais finalement on se rendait compte qu’elles n’étaient même pas faites sur un bout de post-it, ils se les passaient entre eux et ils n’avaient pas lu, ils n’avaient pas réfléchi sur le TP ». LabNbook facilite le travail à distance et collaboratif des étudiants en amont du TP, ce qui n’est pas le cas avec des fiches papier-crayon. « Mais du coup la préparation et l’anticipation, c’est vrai qu’elles sont un peu […] aidées par le fait qu’ils peuvent se répartir sur LabNbook, tout préparer en binôme à la maison et arriver le jour j, ils ont leur LabNbook, ils n’ont plus qu’à faire les mesures ».
72Nous terminons avec un autre atout de la plateforme dont les enseignants parlent beaucoup. Même si cela ne relève pas du guidage par la plateforme, le travail d’encadrement des enseignants est facilité par la plateforme. Les enseignants mentionnent des améliorations reposant sur des aspects plutôt techniques. C’est le cas par exemple de la préparation du TP qu’ils devaient vérifier pendant la durée de la séance, avec toute la lourdeur des échanges de documents papier. C’est aussi parce qu’ils s’y retrouvent plus facilement dans les comptes rendus des étudiants grâce à la structure qu’ils ont contraint puis incité les étudiants à suivre dans leurs rapports. La production de retours aux étudiants sur leur travail est également facilitée et plus rapide.
73Dans cette étude de cas, quatre enseignants de physique en école d’ingénieur sont engagés dans un processus de réforme pédagogique. Ils expriment une forte volonté de faire acquérir une démarche expérimentale à leurs étudiants en TP de physique tout au long de leur première année d’étude. Nous avons pu décrire la démarche assez complexe qu’ils font pratiquer aux étudiants en L3, et qu’ils souhaitent voir persister en M1 dans une pratique spontanée et systématique. Leurs objectifs d’apprentissage concernant une démarche expérimentale sont multiples. Ils ciblent autant l’acquisition d’une pratique scientifique et professionnelle que le dépassement de difficultés qu’ils ont identifiées chez leurs étudiants.
74Dans le but d’amener progressivement leurs étudiants à ce résultat, ces enseignants mettent en œuvre un véritable dispositif de guidage. La démarche préconisée étant complexe, l’effort de guidage est important et prend en compte le temps de l’apprentissage et du transfert de responsabilité des tâches aux étudiants. Le dispositif de guidage est porté pour partie par l’environnement informatique LabNbook sur lequel les étudiants produisent leur compte-rendu, et pour partie par les enseignants en séance.
75Le guidage décidé et mis en place par les enseignants sur la plateforme est progressivement réduit, ce que nous avons identifié comme un processus de fading. Cette technique de guidage permet une dévolution progressive de la tâche aux apprenants. Un résultat de cet article est d’avoir pu décrire un tel processus porté par un environnement informatique et mis en place spontanément par des enseignants du supérieur, et cela pour l’apprentissage d’une démarche scientifique expérimentale. Le fading apparaît très rarement dans les recherches de ce domaine car, pour qu’un processus de fading puisse être mis en place, la situation d’apprentissage doit être répétée, ce qui se fait en général sur un temps long. Dans cette étude de cas, les enseignants maintiennent l’effort de guidage sur une année universitaire et quatre unités d’enseignement. Le fading concerne principalement deux aspects de l’apprentissage visé : acquérir une démarche expérimentale qui structure le travail et maîtriser deux des étapes de cette démarche identifiées par les enseignants comme plus difficiles : la production d’hypothèses (principalement de résultats attendus) et d’un protocole expérimental.
76Les catégories de guidage, adaptées à partir de celles proposées par De Jong et Lazonder (2014), permettent de caractériser les guidages fixes mis en place par les enseignants dans les missions qu’ils ont construites sur LabNbook. Un fort guidage est apporté au premier stade du processus de fading. Il oblige les étudiants à la pratique d’une démarche expérimentale très structurée, organisant toutes les étapes dans un guidage de type contrainte du processus. Procédant par monstration, le guidage exemplifie les étapes qui peuvent être anticipées sur la mise en œuvre expérimentale, en présentant directement les informations telles qu’elles sont attendues. Avec la réduction du guidage, la démarche globale à suivre est rappelée dans des consignes, et les étapes peuvent faire l’objet de courtes descriptions d’une nature heuristique. Enfin les enseignants ont fait le choix de s’appuyer pleinement sur les deux outils scientifiques proposés par LabNbook adoptant ainsi les guidages qui y sont intégrés.
77Les enseignants ont non seulement totalement adopté le potentiel structurant offert par la plateforme et les outils Protocole et Données, mais ils systématisent le procédé. Dans ces outils, des espaces sont dédiés à des étapes d’une démarche expérimentale, par exemple dans l’outil Protocole, pour Proposer des hypothèses ou pour le Mode opératoire. Dans les documents (labdocs) que les enseignants introduisent dans les missions, les labdocs Dessin sont réservés aux Schémas de montage et les labdocs Texte à l’Interprétation des résultats. Une expérience apparaît donc d’une manière très visuelle dans un rapport expérimental sur LabNbook, par un ensemble de quatre labdocs, chacun de type différent, chacun à une place définie, chacun matérialisant précisément l’espace destiné à traiter une étape donnée de la démarche expérimentale préconisée (tableau 2).
78LabNbook a ainsi permis aux enseignants de s’instrumenter au sens de la genèse instrumentale (Béguin & Rabardel, 2000) : ils se sont appropriés les outils Protocole et Données pour les intégrer dans leur pratique. Ils ont aussi instrumentalisé la plateforme, par exemple en attribuant aux labdocs Texte une fonction spécifique dans la démarche à enseigner. Deux processus sont donc à l’œuvre simultanément : l’activité des enseignants a été influencée par l’utilisation de la plateforme et ils ont ajusté les outils à leur main. Ce sont les mécanismes d’appropriation de la plateforme par les enseignants qui sont en jeu ici, et il serait intéressant de pouvoir mieux les décrire.
79Pour atteindre leurs objectifs, les enseignants effectuent des guidages en séance en complément des guidages fixes qu’ils ont construits sur LabNbook. Ils s’appuient aussi sur d’autres leviers, comme l’évaluation et le temps, pour obliger les étudiants à entrer dans le TP en amont de la séance. Ils estiment que le temps gagné en séance par le travail d’anticipation en amont de la séance, permet aux étudiants de mieux se concentrer en séance sur des tâches plus délicates, comme la production d’une hypothèse, la confrontation des résultats avec les résultats attendus, ou l’amélioration d’un protocole, en identifiant les erreurs et ce qui n’a pas été compris. Le temps gagné permet également aux enseignants d’affiner leur guidage en séance, par exemple « discuter de ce qu’est un compte rendu » et faire percevoir aux étudiants ce qu’est le processus dynamique de contrôle et d’amélioration lors de l’analyse des données dans une démarche expérimentale. Les enseignants font des choix pour recentrer les efforts et l’attention de leurs étudiants sur les apprentissages qu’ils privilégient ; ils décident alors de faciliter certains aspects du travail, de rédaction par exemple, ou encore de gagner du temps en séance. Cependant ils prennent également soin que leurs étudiants apprennent à faciliter leur travail par eux-mêmes et qu’ils en perçoivent l’intérêt.
80L’usage de la plateforme joue un rôle important ici. En premier lieu parce que la structure de la démarche qu’ils ont intégrée, rendue explicite et systématique dans les missions, guide le cheminement des étudiants en séance et lors du travail de préparation du TP. Ensuite parce qu’elle facilite la discussion de l’enseignant en séance avec les étudiants. Cette facilité repose sur des aspects très pratiques : par exemple l’immédiateté des représentations graphiques de données, ou encore parce qu’étudiants et enseignants s’y retrouvent plus facilement dans les documents. Les enseignants disent aussi être plus efficaces dans la production des retours qu’ils font aux étudiants après les séances.
81Les enseignants proposent une structure identique pour la démarche expérimentale préconisée, dans les 19 TP de ces quatre UE, mais sur des supports différents (LabNbook, ou papier-crayon). Cela leur paraît nécessaire pour permettre aux étudiants d’identifier cette pratique comme un outil scientifique pérenne, indépendant du support numérique, réutilisable. Autrement dit, les modalités d’enseignement incluent des phases de recontextualisation de la démarche enseignée, avec l’objectif qu’elle soit mobilisable dans des contextes différents de celui où elle a été apprise (Perrenoud, 2002). Nous pouvons identifier deux leviers utilisés : changement du support (LabNbook et papier) et changements disciplinaires (grande variété de sujets abordés dans deux thématiques). Les enseignants disent que les étudiants réutilisent la démarche préconisée spontanément dans des TP de l’année suivante, en M1. Cela ouvre la question de la capacité des étudiants à mobiliser ultérieurement les acquis, qui demanderait d’examiner les démarches expérimentales employées en TP par les étudiants, dans les années d’étude ultérieures.
82Le dispositif mis en place a permis aux enseignants d’atteindre des objectifs d’apprentissage là où leurs efforts pédagogiques antérieurs avaient échoué. Les enseignants ont le sentiment d’une avancée sensible dans les acquis concernant la démarche expérimentale qu’ils préconisent, mais ils restent critiques et indiquent qu’ils n’en ont pas de mesure objective. Ils considèrent que l’acquisition d’une démarche globale par les étudiants est une réussite, que cela les aide à structurer leur pensée, à se situer dans le TP et à mieux comprendre ce qu’ils font. Un enseignant cite la remarque d’un étudiant à la fin d’un TP : « C’est un TP que j’ai particulièrement apprécié parce que ça nous a permis de vraiment bien voir les choses, de bien ordonner, de bien structurer, et de mieux comprendre ce qu’on fait ». Les enseignants indiquent également des avancées dans l’acquisition des étapes de la démarche préconisée, comme celle, jugée la plus complexe, de l’écriture d’un protocole qui, si elle « reste fragile », partait de zéro. Un marqueur subjectif de ces avancées repose sur la mise en perspective des sentiments de satisfaction quant à ces objectifs d’apprentissage en regard des insatisfactions et des sentiments d’échec des stratégies pédagogiques antérieures exprimés avant la mise en place des enseignements sur LabNbook. Il conviendrait cependant d’évaluer les acquis mentionnés par les enseignants de manière objective. La variabilité du guidage produit en séance par l’enseignant constitue toutefois une difficulté. En effet, les équipes pédagogiques sont constituées de nombreux enseignants, avec de grandes différences d’expérience et d’implication pédagogiques, et d’adhésion au dispositif. Ainsi le guidage délivré en séance peut fortement différer de celui pensé par les concepteurs.
83Il semble que l’utilisation de la plateforme LabNbook ait vraiment aidé les enseignants à progresser dans cet effort de transformation pédagogique. Il faudrait cependant pouvoir mieux identifier ce qui revient à l’outil numérique dans le processus de maturation de leur réflexion pédagogique.