Qualité diagnostique et efficacité d'un dispositif en ligne entraînant à la résolution de problèmes complexes en physique

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Application des principes de la classe inversée aux travaux pratiques de physique

Une enquête interne au sein du département de Physique de l’Université de Liège (Belgique) a révélé que les assistants en charge des travaux pratiques considéraient importante l’aide qu’ils apportent aux étudiants en laboratoire. Malgré cela, les assistants sondés considèrent que les étudiants sont insuffisamment motivés lors de leur arrivée et observent un manque d’investissement dans la tâche au cours de ces laboratoires. En réponse à ces constats, un projet a été développé afin de tenter de faciliter la compréhension de la matière par les étudiants et d’accroître leur motivation à s’investir davantage dans leur formation, et en particulier, lors des travaux pratiques de physique. Basé sur le principe de la classe inversée, ce projet consiste en la réalisation de courtes séquences vidéo introductives aux travaux pratiques. Elles ont notamment pour objectif de présenter la matière sous une autre forme que celle utilisée lors des cours en classe. Concrètement, une première séquence est publiée quelques jours avant le laboratoire. Les concepts de base y sont illustrés et rapidement mis en application. Les étudiants sont alors invités à commenter une application particulière et non expliquée. Quelques jours plus tard, une seconde séquence vidéo est postée. Elle comprend la solution au problème et la présentation du matériel de laboratoire. Ces vidéos ont été conçues en accord avec les standards pédagogiques en la matière au niveau de la durée, de la distribution de la charge cognitive et des principes du multimédia. Une attention particulière a été apportée afin de rendre signifiante la matière enseignée au public particulier auquel elles s’adressent. Enfin, un test formatif composé de QCM permet à l’étudiant de s’auto-évaluer avant le laboratoire. Une analyse portant sur une éventuelle augmentation des notes obtenues aux questions en rapport avec ces deux laboratoires et sur la satisfaction des étudiants et des assistants sera effectuée

La vidéo interactive pour lutter contre les conceptions erronées rencontrées en physique chez les étudiants arrivant à l'université

Un MOOC (Massive Open Online Course), portant sur la physique et dont l’objectif sera de faciliter la transition « secondaire-supérieur » en physique, est en cours de réalisation actuellement à l’ULiège (Belgique). Son contenu et sa structure ont été réfléchis et discutés dans un groupe constitué d’enseignants du secondaire et du supérieur. Chaque séquence commencera par la mise en évidence d’une conception erronée, souvent rencontrée par ces enseignants. Daud et al. indiquent que « les élèves arrivent en classe avec des théories et des conceptions antérieures qui sont les résultats des expériences quotidiennes et des convictions de bon sens. À mesure qu’ils progressent dans leur éducation, ces conceptions seront renforcées et il sera extrêmement difficile de changer » (Daud et al., 2015). D’autres travaux de recherches (Thouin, 1985 ; Verhaeghe et al., 2004) ont mis en évidence les problèmes liés aux représentations première de la réalité qu’ont les étudiants en abordant différents concepts en sciences physiques. Ce constat est particulièrement marquant en mécanique, de par son rapport à la vie quotidienne (Caramazza et al., 1981 ; Champagne et al., 1980 ; Clement, 1982 ; McCloskey, 1983). Dans un premier temps, nous nous sommes attardés sur les difficultés conceptuelles que rencontrent de nombreux apprenants dans l’analyse du mouvement balistique d’un objet. Afin de mettre en évidence la persistance de ces conceptions, même à l’université, une étude a été menée auprès de l’ensemble des étudiants de l’Université de Liège inscrit en première année et ayant un cours de physique dans leur programme. Le même test formatif, composé de douze questions, a été soumis aux étudiants à deux reprises : une première fois avant d’aborder cette matière à l’université et à l’issue des différents cours et séances pratiques portant sur la cinématique. L’étudiant est invité à évaluer quatre grandeurs en deux points spécifiques de la trajectoire (le sommet et le point d’impact) et d’y indiquer si elles sont nulles ou non. Il s’agit donc de questions à choix multiples à deux propositions (Figure 1). Les questions relatives à la fin de la trajectoire sont dédoublées afin de mesurer, chez l’étudiant, l’impact du type de sol (sol dur ou eau) sur lequel arrive l’objet. Les quatre grandeurs testées sont : - la composante horizontale du vecteur vitesse vx de l’objet, - la composante verticale du vecteur vitesse vy de l’objet, - la vitesse v de l’objet, - l’accélération a subie par cet objet. Seize combinaisons de réponses sont possibles et seule l’une d’entre elle est correcte (vx ≠ 0 : vy = 0 ; v ≠ 0 ; a ≠ 0). Sept combinaisons sont fausses mais néanmoins réalistes. Elles ne correspondent simplement pas à la situation décrite. Les huit dernières combinaisons sont incohérentes. Par exemple, il est physiquement impossible qu’un objet possède une vitesse non nulle tout en présentant des composantes du vecteur vitesse nulles. Les analyses de l’expérimentation réalisée auprès de 1555 étudiants entre septembre et novembre 2019 sont réalisées selon trois axes : - Scores globaux des étudiants et évolution d’un test à l’autre. - Comparaison des sections en fonction des méthodes pédagogiques. - Analyse des profils de réponses, et des éventuelles migrations d’un test à l’autre. Au vu des résultats déjà disponibles, une amélioration de la note globale est constatée pour l’ensemble des sections. Cette évolution positive est plus marquée dans certaines sections. L’éventuel impact des différentes méthodes pédagogiques développées dans chacune de ces sections sera prochainement étudié. Les analyses actuelles sont essentiellement centrées sur les réponses fournies aux quatre questions relatives au sommet de la trajectoire. Il est à noter qu’une diminution des notes est observée dans un des seize sections sondées. Diverses investigations doivent être menées pour expliquer cela. En parallèle, l’étude des migrations d’étudiants d’un profil de réponses à un autre est en cours. Un premier résultat intéressant montre que les sections pour lesquels les étudiants doivent réussir un examen présentent une part plus grande d’étudiants dit « résistant à l’apprentissage ». L’analyse plus approfondies de ces résultats sera réalisée d’ici au colloque Didactifen 2020. Par ailleurs, afin de lutter contre ces difficultés, dans le cadre du MOOC consacré à la physique et qui paraitra en septembre 2020, une vidéo interactive portant sur le tir balistique a été imaginée. Comme l’énonce Dontaine et al (2015), « l’utilisation des séquences filmées permet de rencontrer un certain nombre des conditions énoncées par Viau (2000) afin de susciter la motivation chez les apprenants ». Nous pensons que l’aspect interactif de la vidéo devrait permettre à l’étudiant de se rendre compte très rapidement des erreurs commises, de les corriger en temps réel et donc, de lui permettre d’évoluer dans son apprentissage. En pratique, dès l’entame de la séquence consacrée aux mouvements à deux dimensions, une animation illustre le début du mouvement parabolique d’un ballon lancé obliquement. Lorsqu’il atteint le sommet de sa trajectoire, l’animation se met en pause. L’étudiant est alors invité à indiquer la nullité/non nullité des quatre grandeurs physique précitées (vx, vy, v et a) La suite de la vidéo diffère en fonction de la combinaison de réponses fournies. Dans le cas où la combinaison est illogique, une illustration « bug » apparait à l’écran signifiant à l’apprenant l’incohérence de ses réponses. Dans le cas où l’étudiant a encodé une combinaison plausible mais fausse, le ballon suit la trajectoire correspondant aux réponses fournies. Il lui sera alors possible d’identifier sur quelle(s) grandeur(s) portent son(ses) erreur(s) et la(les) corriger en conséquence. Enfin, dans le cas où l’apprenant fournit la bonne combinaison de réponses, le ballon poursuit sa trajectoire parabolique normalement. Le même développement pédagogique a été réalisé dans le cas où le ballon arrive au niveau du sol. Une réflexion portant sur la création d’autres vidéos interactives est en cours dans le cadre de ce MOOC dont le public cible sera tant les étudiants finissant leurs études secondaires et désireux de se préparer à l’universitaire qu’aux étudiants universitaire ayant besoin d’un outil de remédiation. Bibliographie Caramazza, A., McCloskey, M., & Green, B. (1981). Naive beliefs in “sophisticated” subjects: Misconceptions about trajectories of objects. Cognition, 9(2), 117-123. Champagne, A. B., Klopfer, L. E., & Anderson, J. H. (1980). Factors influencing the learning of classical mechanics. American Journal of physics, 48(12), 1074-1079. Clement, J. (1982). Students’ preconceptions in introductory mechanics. American Journal of physics, 50(1), 66-71. Daud, N. S. N., Karim, M. M. A., Hassan, S. W. N. W., & Rahman, N. A. (2015). Misconception and Difficulties in Introductory Physics Among High School and University Students: An Overview in Mechanics (34-47). EDUCATUM Journal of Science, Mathematics and Technology (EJSMT), 2(1), 34-47. Dontaine, M., & Plumat, J. (2015). Utilisation de séquences vidéo pour la mise en évidence du raisonnement causal en physique. Éducation et didactique, 9(2), 95-105. McCloskey, M. (1983). Naive theories of motion. Mental models, 299-324. Thouin, M. (1985). Les représentations de concepts en sciences physiques chez les jeunes. Revue des sciences de l'éducation, 11(2), 247-258. Verhaeghe, J.-C., Wolfs, J.L., Simon, X. & Compère, D. (2004). Pratiquer l’épistémologie. Un manuel d’initiation pour les maîtres et formateurs. Bruxelles : De Boeck. Viau, R. (2000). Des conditions à respecter pour susciter la motivation des élèves. Correspondance, 5(3), 2-4

Quels facteurs, dans les parcours des étudiants, permettent d’expliquer les problèmes de représentations en mécanique ? Comment y répondre ?

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Synoviocytes, not chondrocytes, release free radicals after cycles of anoxia/re-oxygenation

peer reviewedBy oxymetry and electron paramagnetic resonance (EPR), we investigated the effects of repeated anoxia/re-oxygenation (A/R) periods on the respiration and production of free radicals by synoviocytes (rabbit HIG-82 cell line and primary equine synoviocytes) and equine articular chondrocytes. Three periods of 20 min anoxia followed by re-oxygenation were applied to 10(7)cells; O(2) consumption was measured before anoxia and after each re-oxygenation. After the last A/R, cellular free radical formation was investigated by EPR spectroscopy with spin trapping technique (n=3 for each cell line). Both types of synoviocytes showed a high O(2) consumption, which was slowered after anoxia. By EPR with the spin trap POBN, we proved a free radical formation. Results were similar for equine and rabbit synoviocytes. For chondrocytes, we observed a low O(2) consumption, unchanged by anoxia, and no free radical production. These observations suggest an oxidant activity of synoviocytes, potentially important for the onset of osteoarthritis

Dispositif en ligne d’entraînement à la résolution de problèmes de physique

peer reviewedDans le cadre de la lutte contre l’échec en premier cycle supérieur, le LabSET et des enseignants de physique de l’université de Liège ont développé un dispositif en ligne d’entraînement à la résolution de problèmes en physique. Deux problématiques sont abordées ici : le diagnostic de la maîtrise des processus cognitifs à mobiliser pour résoudre des problèmes de physique et le lien entre entraînement en ligne et performance des étudiants lors de la résolution de problèmes à l’examen. Les analyses reposent sur une étude menée auprès de 876 étudiants inscrits en première année en médecine. Elles ont été effectuées sur la base des données subjectives (auto-évaluation du processus et du produit) et objectives (nombre de connexions aux exercices en ligne, résultats de maîtrise des questions spécifiques aux processus cognitifs étudiés, taux de réussite et notes aux examens). Les résultats indiquent que le processus d’analyse est celui posant le plus de difficultés aux étudiants. De plus, une dépendance est observée entre travail en ligne et réussite aux problèmes présentés à l’examen de juin. Les notes des étudiants ayant travaillé en ligne sont supérieures à celles des étudiants n’ayant réalisé aucun problème en ligne. Cependant, étant donné que les étudiants ayant réussi l’examen de physique sont aussi ceux ayant réussi les épreuves dans les autres matières scientifiques, il est difficile d’établir un rapport de causalité entre travail en ligne et performances.As part of projects aiming to reduce failure during bachelor studies, LabSET and physics teachers of the university of Liège developed an online package designed to improve skills in solving physics problems. Research focuses, on one hand, on diagnosis as to whether cognitive processes used in solving physics problems are mastered by the user or not and, on the other hand, on the link between effective online training and students performance at solving examination problems. Analyses rely on a 1 study conducted with 876 first-year medicine students. They were performed on the basis of subjective (self-evaluation of process and product) and objective (number of connections, results on specific questions for each cognitive process, passing rate and examination results) data. At the end of the research, we observed that the analysis process is the one for which the students show most difficulties. Almost 50 % of the students are aware of this. Although the strength of association is weak to medium, dependence is observed between online work and success at solving the examination problems. The results of students who worked online are higher than those of students who did not. However, considering that students who passed the physics examination also passed the examinations on other scientific subjects, it is difficult to establish a causality link between online work and performance

the nucleus at the service of medicine

Le noyau au service de la médecine Le noyau de l'atome, qu'il soit radioactif ou non, est un outil majeur en médecine, tant dans les techniques d'imagerie, anatomiques ou fonctionnelles, que dans certains traitements thérapeutiques. Parmi les techniques basées sur la radioactivité, on peut notamment citer la curiethérapie, la scintigraphie et le PETscan. D'autres techniques s'appuient sur les propriétés de noyaux non radioactifs comme l'IRM (proton ou noyau d'hydrogène) ou l'hadronthérapie (proton ou carbone). Cette dernière technique de radiothérapie permet de traiter des cancers particulièrement résistants ou localisés dans des zones particulièrement sensibles telles que l'oeil ou les sinus. Elle permet aussi de mieux cibler la tumeur, limitant les dommages aux tissus sains...et, soyons "cocoricos", elle est un des fleurons de la Wallonie. La firme IBA, l'une des firmes les plus importantes dans le développement des accélérateurs des noyaux pour cette thérapie et des softwares associés, se trouve en effet à Louvain-la-Neuve