[Méridienne pédagogique #2] Les TPs

Une quinzaine de personnes pour cette deuxième édition, quelques nouvelles têtes, et une équipe d’habitués qui se dessine 😀

Première question, premiers débats : Quels objectifs pour les TPs ?

La jolie bannière du site pegase.ens-lyon.fr

Pour commencer, je propose une recension des objectifs possibles pour les travaux pratiques basée, entre autres, sur la lecture d’un vieil article d’American Journal of Physics (AAPT, 1998) :

  • Les concepts de physique
    • Ex : Comprendre ce qu’est une image virtuelle
  • Les démarches scientifiques
    • La modélisation
    • Quelles hypothèses ? Quelles limites ? Quel modèle choisir ?
    • Concevoir une expérience / un protocole
    • Présenter ses résultats
      • Incertitudes de mesure, graphes, …
  • Compétences manipulatoires
    • Utiliser un oscilloscope, une balance d’arrachement, ..
  • Compétences transverses
    • Travail en équipe, motivation, …

Les discussions nous montrent bien que si nous pensons toustes que les TPs sont très important nous n’avons pas tous les mêmes objectifs pour nos TPs 😉 . Deux questions émergent :

Sur le point de vue expérimental, que voulons-nous que nos étudiant.e.s sachent faire ?

Quelle progression peut-on penser sur le cycle licence ? Et sur le cycle master ?

Et l’on se dit que la nouvelle accréditation qui se profile dans deux ans serait une bonne occasion d’avancer sur ce point.

Quelques manips de TP

L’idée était de voir deux manips de physique montée récemment et de voir quels usages on pourrait en avoir pédagogiquement.

Chute d’une règle et mesure de g

schema montageRodolphe a d’abord présenté une manip classique de chute libre d’une règle mais avec une instrumentation maison avec une fourche optique. Premier scenario : on récupère le signal avec un oscilloscope et on utilise les curseurs pour mesurer les temps de passage des barreaux de la règle. Deuxième scénario on utilise un microcontrôleur (carte arduino) pour détecter les seuils montants. Le traitement des données est ensuite fait dans un notebook Jupyter (Python).

La discussion embraye directement sur les erreurs systématiques possibles, les manières de faire une mesure plus précise, on n’a pas réuni 14 physicien.e.s pour rien !

Plusieurs pistes à exploiter avec cette expérience :

  • Un raisonnement complexe : C’est une expérience de chute libre mais le raisonnement pour remonter à  est plus complexe qu’avec une chute libre d’une bille filmée par exemple. On pourrait donc utiliser cette expérience dans le cadre d’une UE pour faire travailler la conception de protocole ou l’analyse de données. En mécanique il serait aussi possible d’exploiter cette expérience en TD pour faire travailler les compétences d’analyse et de raisonnement des étudiant.e.s. Il serait ainsi possible de présenter cette expérience en TD, de donner les data aux étudiant.e.s et que l’objectif du TD soit le traitement des données pour trouver .
  • Technique expérimentale : Cette manip trouve aussi sa place dans les années supérieures avec comme objectif de maîtriser une nouvelle technique expérimentale avec le microcontrôleur. C’est d’ailleurs en ce sens qu’elle est utilisée à la préparation à l’agrégation.
  • Modélisation : Et enfin, la discussion que l’on a eu sur comment améliorer l’expérience pour améliorer la précision de la mesure de g (deux fourches optiques pour contrôler la rotation ?) montre comment cette expérience pourrait être utilisée pour faire réfléchir sur la conception d’un protocole et sur le raffinement nécessaire pour passer de la physique à 10% à la physique à 1%. 

Méthode de Rüchardt

schema méthode de ruchardtDeuxième expérience : l’expérience de Rüchardt de mesure de . On lâche une petite bille dans un tube relié à une enceinte fermé, et la bille oscille. De la fréquence des oscillations on en déduit le rapport des capacités thermiques du gaz (\gamma=C_p/C_v). Je ne connaissais pas cette expérience et visuellement l’effet est whaou. Les collègues nous indiquent qu’elle est en fait inclue en plus chiadée dans les TPs de thermo des L2.

Plusieurs pistes à exploiter avec cette expérience :

  • L’instrumentation : on mesure la surpression dans l’enceinte. Pour récupérer un signal correct il faut construire un petit filtre passe bas. Cette expérience pourrait servir de prétexte dans un TP d’électronique pour contextualiser l’étude des filtres.
  • Le lien avec la théorie : il n’est pas du tout évident de voir comment la fréquence des oscillations est reliée aux capacités thermiques des gaz. Comme il n’y a pas beaucoup de paramètres à faire varier (changer le gaz ?), il n’y a pas une énorme plus-value à faire maniper les étudiant.e.s si ielles ne sont pas en charge de l’instrumentation. Une option serait de faire cette expérience en TD (ou de la filmer), les étudiant.e.s auraient à modéliser et expliquer l’expérience.

Des manips de TP en TD

J’ai fait le constat que les enseignant.e.s du secondaire utilisent beaucoup plus de données expérimentales dans leurs énoncés de TD et de DS. Christine raconte alors qu’elle a essayé en L1 de donner une courbe à analyser dans un DST et que le résultat a été catastrophique. Alors que c’était travaillé en TP. Globalement nous retirons de ces échanges la possibilité / nécessité d’exploiter davantage d’expériences ou de données expérimentales en TD.

Faire évoluer les énoncés de TP / les évaluations

Retour sur l’évolution des TPs de physique pour les SVTs

Christine nous a présenté les évolutions apportées aux TPs de physique pour les SVTs. Ces TPs sont historiques et bien ficelés, il n’était pas question de changer les expériences. Par contre tout le monde trouve la correction de ces comptes-rendus fastidieuse (enfin peut être surtout moi) et qu’elle ne permet pas vraiment d’évaluer la compréhension qu’ont les étudiant.e.s du protocole par exemple vu qu’ils recopient le fascicule.

Ensemble l’an dernier nous avions donc :

  1. Explicité les objectifs vis-à-vis de la physique, et vis-à-vis des démarches expérimentales
  2. Modifié un certain nombre de questions

Il reste à faire évoluer la notation des comptes-rendus en produisant une grille d’évaluation critériée. C’est-à-dire une grille qui donne les critères pour avoir tous les points lorsque l’on fait un graphe : axes, unités, légendes, …

Voici quelques exemples :

objectif TP

 

questions

Des TPs moins guidés

Au premier semestre dans l’UE de coloration physique, les TPs sont beaucoup moins guidés : les étudiant.e.s utilisent des smartphones et les mesures se font sur leur temps libre. Les enseignants qui interviennent dans cette UE sont très très satisfaits du travail fait par les étudiant.e.s. Leurs comptes-rendus sont souvent meilleurs que ceux des L2-L3 car ils se sont plus investis dans la tâche. 

L’évaluation des TPs : sujet compliqué

En L1, on note les comptes-rendus de TP qui sont rendus en fin de séance. Du coup c’est compliqué car on mélange l’enseignement et l’évaluation dans une même séance. 

Il y a des années, de  l’époque où il y avait des heures, une séance de TP était sacrifiée (et donc payée) pour que les étudiant.e.s tirent au hasard un TP à refaire.

En L2 (ou L3), Ulysse fait rendre une feuille avec des courbes en fin de séance de TP, les étudiant.e.s doivent rendre un compte rendu parmi les N (tirage au sort) et ont un oral de 5’ de soutenance. Cette durée parait très courte et plusieurs enseignant.e.s sont surpris. J’espère pouvoir assister à ces oraux cette année pour voir comment ça se passe.

Et puis j’ai un peu parlé des grilles critériées que j’utilise. Un enseignant a utilisé un système de ce type avec l’activité de Moodle et a beaucoup apprécié l’usage. On va essayer d’en faire une pour l’UE de L1 de physique pour les SVTs.

On est loin d’avoir éclusé le sujet, mais échanger sur les TPs au-delà du cercle de l’équipe pédagogique d’une UE, c’est bien. Après, en une heure et demi on ne fait pas grand-chose de concret… À suivre… 

Quelques références pour aller plus loin…

  • Site internet qui propose des grilles d’évaluation critériées pour les compétences expérimentales : https://sites.google.com/site/scientificabilities/
  • Article de AJP sur les objectifs des TPs : AAPT. « Goals of the Introductory Physics Laboratory ». Am. J. Phys. 66, no 6 (1998): 4.

Vous aimerez aussi...

Laisser un commentaire

Votre adresse e-mail ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *

Ce site utilise Akismet pour réduire les indésirables. En savoir plus sur comment les données de vos commentaires sont utilisées.

Rechercher dans OpenEdition Search

Vous allez être redirigé vers OpenEdition Search