ARCHIVÉE — Des ordinateurs « sur roulettes » dans le laboratoire de sciences
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- Une technologie qui marche sur des roulettes
- En roulant…
- Des projets d'apprentissage autonome différents
Bob Sanders
Sir Wilfrid Laurier Collegiate Institute
Scarborough (Ontario)
Bob Sanders aime les sciences et adore travailler avec les élèves. Sachant fort bien que le travail en laboratoire les intéresse beaucoup, il a très souvent recours aux projets de recherches pratiques pour enseigner les rudiments des sciences et amener les élèves à aimer la matière.
Il y a environ dix ans, M. Sanders s'est rendu compte que les progrès de l'informatique ouvraient de grandes possibilités aux professeurs de sciences. Les ordinateurs leur permettent en effet de créer des situations d'apprentissage très intéressantes qui auraient autrement été trop coûteuses et accaparantes pour une école secondaire ordinaire. Ses chariots informatiques mobiles sont un outil innovateur, pratique et peu coûteux permettant d'intégrer la technologie dans toute école et tout programme d'études.
Une technologie qui marche sur des roulettes
Je me décrirais comme un enseignant traditionnel, qui s'efforce de maintenir un équilibre entre l'enseignement et la formation pratique. Les deux ont leur place dans ma classe, mais au fur et à mesure que le semestre avance, j'ai tendance à délaisser progressivement les cours magistraux et les outils d'enseignement classiques que sont le tableau, les acétates et le matériel audiovisuel, optant plutôt pour des leçons où je deviens simplement une ressource pour les élèves qui prennent en main leur apprentissage.
De la même manière, je vise à passer des activités traditionnelles en laboratoire à des activités qui misent sur les technologies les plus récentes. Le travail de laboratoire habituel permet à une classe de s'initier à un sujet, mais les élèves peuvent plus rapidement et plus aisément se concentrer sur la recherche scientifique lorsqu'ils ont accès à des interfaces de laboratoire informatisées; la technologie met à leur disposition des sondes pour établir les valeurs des données, des réactions animées dont ils peuvent se servir par exemple pour reproduire des molécules à l'écran, et de nombreux autres logiciels.
Quelques facteurs doivent être pris en ligne de compte lorsqu'on décide d'introduire les ordinateurs dans le laboratoire de sciences. Le premier est celui du coût et du budget.
En 1992, notre département a décidé de consacrer une portion importante (40 p. 100) de son budget à l'acquisition de nouvelles technologies pour la classe plutôt qu'à l'achat de manuels. Les ordinateurs ne remplacent pas les manuels; les élèves ont encore besoin de documents imprimés pour les connaissances de base et pour avoir une ressource d'accès rapide leur permettant de mener à bien les activités en classe. Nous avons toutefois décidé de continuer d'utiliser les manuels que nous possédions déjà de manière à pouvoir nous procurer certaines de ces nouvelles technologies pour nos classes.
En ayant à l'esprit cette nouvelle importance accordée à la technologie, nous sommes allés visiter, il y a quatre ans, une école de notre région en pleine restauration. Le directeur du département des sciences de cette école profitait des travaux pour ajouter des ordinateurs dans deux des nouveaux laboratoires de sciences, espérant ainsi créer un environnement propice à l'apprentissage coopératif. Il prévoyait installer cinq postes de travail informatisés, un à chaque banc de laboratoire, où des groupes de trois ou quatre élèves pourraient travailler ensemble.
Ces installations allaient visiblement coûter assez cher. Mes collègues et moi-même sommes rapidement arrivés à la conclusion que nous ne pouvions reproduire un tel investissement dans notre école; c'est alors que nous est venue l'idée d'utiliser des chariots informatiques mobiles, la meilleure solution de rechange. Ces chariots se sont d'ailleurs avérés un moyen très abordable de remplacer les salles d'ordinateurs ordinaires et de profiter des avantages de l'utilisation de l'informatique et des logiciels d'enseignement scientifique dans le cadre du programme d'études. Lorsque nous avons commencé, en 1994, nous n'avions qu'un seul poste de travail informatisé sur un chariot mobile; aujourd'hui, nous en avons huit.
Chaque poste de travail se compose d'un chariot de hauteur standard sur lequel est posé un Macintosh LC575 et une interface de laboratoire Vernier (qui permet de recueillir des données telles que la température, le pH ou la pression, obtenues lors des expériences en laboratoire, et de les exprimer sous une forme numérique pour l'ordinateur). L'école a acheté des ordinateurs d'occasion de CPUsed à Toronto, qui vend des ordinateurs Macintosh et du matériel périphérique d'occasion. (Une filiale de cette entreprise, PCUsed, offre des ordinateurs usagés à plate-forme IBM.) Nous avons acheté des LC575 d'occasion pour les raisons suivantes :
- Les écoles de Scarborough utilisent les Mac, qui sont plus conviviaux, depuis le milieu des années 1980, époque à laquelle la complexité des ordinateurs tournant sous DOS en restreignait l'usage aux enseignants et aux élèves des cours d'informatique qui possédaient la formation nécessaire. Même depuis l'avènement de Windows, la plate-forme Macintosh continue d'offrir un environnement plus stable, qui exige moins de connaissances spécialisées pour installer et configurer un logiciel et qui est beaucoup moins sensible aux virus et aux défaillances de système.
- Le Macintosh LC575 est une unité monobloc dont le moniteur est intégré dans l'unité centrale de traitement. Sur un chariot mobile, il est préférable d'avoir le moins d'éléments possible.
- Au début des années 1990, le processeur 68040 était l'utilitaire de la famille Macintosh (comme l'était le 486 dans l'univers des PC). Presque tous les logiciels que nous avions examinés existaient en format Windows et Mac. En ce moment, la plupart des logiciels scientifiques sont offerts sous forme de cédéroms hybrides. Certains des logiciels produits dernièrement nécessitent l'emploi du processeur Mac Power PC (semblable au Pentium) et sont donc incompatibles avec nos LC575.
Le matériel est attaché aux chariots à l'aide de câbles de sécurité, ce qui permet aux enseignants de les déplacer sans crainte d'une pièce à l'autre. Le clavier est placé sur une tablette coulissante installée quelques pouces plus haut que les bancs de laboratoire. À cette hauteur, certains élèves ne sont pas à l'aise pour taper, mais le clavier est à l'abri de la plupart des produits qui sont renversés dans le laboratoire. Quatre des chariots transportent également une imprimante à jet d'encre et sont munis d'une boîte-commutateur à interrupteur avec un câble d'imprimante de six mètres permettant de raccorder l'imprimante aux chariots qui n'en ont pas. C'est un réseau rudimentaire, mais il fonctionne. (Un avantage supplémentaire de ce système est qu'il oblige les élèves à coordonner l'impression.)
En 1996, le coût de chacun de nos huit postes de travail mobiles s'établissait comme suit :
| Un Macintosh LC575 (d'occasion) | 1200 $ |
| Un chariot de hauteur standard | 200 $ |
| Une interface de laboratoire Vernier | 500 $ |
| Une imprimante partagée | 200 $ |
| Des logiciels partagés | 750 $ |
| Des sondes de laboratoire | 500 $ |
| Coût total par poste de travail | 3350 $ |
| Coût total pour huit postes | 26 800 $ |
Les professeurs prennent possession des chariots et les transportent d'une classe à l'autre, exactement comme les chariots porteurs d'une télévision et d'un magnétoscope. Ils peuvent demander à utiliser un seul ordinateur à la fois, ou encore deux ou trois, ou même les huit, selon leurs besoins.
Selon nous, la salle d'ordinateur normale, équipée de 24 à 28 ordinateurs, ne convient pas à l'enseignement des sciences. (Le coût d'une telle salle serait plutôt entre 75 000 $ et 90 000 $). L'ordinateur est un outil qui doit être utilisé à l'intérieur du laboratoire scientifique. S'il est relégué à une pièce indépendante, les élèves ne peuvent plus se servir de la technologie pour le travail qu'ils réalisent en laboratoire. Huit postes de travail, ce n'est pas nécessairement un chiffre magique, mais nous avons constaté que c'est un nombre qui favorise le travail en groupe au laboratoire et qu'il convient parfaitement à des classes de 24 à 32 élèves. En outre, comme certains de nos laboratoires de sciences comptent déjà 30 années d'existence, ils ne sont pas assez spacieux pour accueillir un plus grand nombre de chariots informatiques sans compromettre la sécurité.
Nous aurions pu installer ces ordinateurs sur les bancs d'un de nos huit laboratoires, et faire en sorte que les élèves des 50 classes de sciences s'en servent à tour de rôle. Nous avons opté pour les chariots informatiques mobiles pour plusieurs raisons :
- le laboratoire spécial aurait eu pour effet d'élever l'ordinateur à un rang supérieur à celui des autres instruments de laboratoire, aux yeux des élèves;
- le déplacement des classes d'une salle à l'autre est toujours une tâche ardue;
- les ordinateurs n'auraient pu être utilisés que par une classe à la fois, alors que certaines activités nécessitent tout au plus un, deux ou trois ordinateurs dans le laboratoire;
- le fait d'apporter la technologie à chaque laboratoire permet plus de flexibilité et favorise une utilisation plus spontanée de l'ordinateur que lorsqu'il faut se rendre dans une salle spéciale.
Ceci m'amène à un deuxième aspect de l'intégration des ordinateurs dans les laboratoires de sciences. La plupart des écoles qui ont la chance d'avoir des salles d'ordinateurs standard ont tendance à les réserver pour les cours d'informatique et d'administration qui portent principalement sur le fonctionnement de l'ordinateur même. Les ordinateurs servent alors à des programmes de gestion des affaires, de traitement de texte ou de chiffrier. En sciences et dans d'autres domaines, l'ordinateur ne fait pas l'objet de la leçon. C'est donc dire que le marché des logiciels d'enseignement des sciences est restreint et que peu d'entreprises de fabrication de logiciels acceptent d'investir du temps et de l'argent pour mettre au point de tels programmes. De plus, peu de professeurs savent comment en tirer le meilleur parti dans le cadre d'un cours de sciences, non seulement parce que les programmes sont rares, mais aussi parce que les cours de formation sont peu accessibles.
Les logiciels coûtent cher. Comme notre budget est limité, je ne peux pas me permettre de faire une erreur dans mes achats. Nous avons découvert que Tangent Scientific à St. Catharines, en Ontario, fournit un large éventail de logiciels d'enseignement des sciences — biologie, chimie et physique — et que son service à la clientèle est excellent. Le catalogue des titres offerts chez Tangent s'est beaucoup étoffé au cours des dernières années, et au fur à mesure que le marché des logiciels scientifiques s'est élargi, les prix ont baissé. Les logiciels en vente chez Tangent que j'ai eu l'occasion de visionner m'ont semblé de très bonne qualité. Vous pouvez joindre cette entreprise par téléphone (1 800 363-2908) ou par courrier électronique. Vous pouvez également visiter son site Web, Tangent Scientific (en anglais seulement).
Lorsque je découvre un logiciel qui me semble utile, j'en demande un exemplaire pour l'évaluer et le mettre à l'essai. Mes collègues qui enseignent la physique et la biologie l'explorent aussi. Si le logiciel nous semble réellement utile, nous commençons habituellement par en acheter un exemplaire que nous installons sur un seul ordinateur et dont nous nous servons pour concevoir un projet d'apprentissage autonome. Il sert aux projets de recherche d'un semestre complet, réalisés par les élèves de 12e année et du cours préuniversitaire de l'Ontario.
Par exemple, le projet peut exiger l'étude d'une réaction chimique organique. Les élèves peuvent créer les molécules en se servant d'un programme de modélisation, qui permet d'illustrer les liaisons chimiques selon l'orientation correcte, puis animer la réaction à l'aide d'un logiciel de diaporamas. Ils peuvent ensuite effectuer une recherche sur les utilisations courantes de la substance chimique et se servir de tous les renseignements ainsi obtenus pour faire une présentation sur papier ou sur vidéo.
Nous achetons un plus grand nombre d'exemplaires d'un logiciel qui est soumis avec succès à ce processus officieux de contrôle. Nous pouvons alors l'installer sur d'autres ordinateurs. Or, compte tenu du coût des licences d'utilisation sur site, nous installons uniquement les logiciels les plus souvent utilisés sur chacun des huit ordinateurs.
Il en résulte que nos postes de travail n'ont pas tous les mêmes logiciels. Normalement, nous possédons un seul exemplaire de certains logiciels utilisés exclusivement pour les projets d'apprentissage autonome; quant aux autres logiciels, nous en avons parfois quatre exemplaires, mais dans la plupart des cas, nous en avons huit. Afin d'aider tout le monde à se rappeler des logiciels qui sont installés sur les différents ordinateurs, nous utilisons un code de couleurs. Un collant en vinyle de couleur, de 10 cm de largeur, est apposé sur les deux côtés des Mac, et un plus petit sur le devant, ce qui permet d'identifier les ordinateurs peu importe où l'on se situe. La même couleur apparaît sur chacun des écrans. Nous utilisons le blanc, le rouge, l'orange, le jaune, le vert, le bleu, le violet et le noir, ce qui correspond à une version modifiée des couleurs du spectre. La couleur indique aux professeurs quels logiciels sont installés sur chacun des ordinateurs.
Les ordinateurs ne sont pas reliés à un serveur central; ce sont des ordinateurs autonomes possédant leur propre disque dur. Certaines expériences s'étalent sur plusieurs périodes de laboratoire et les élèves font la sauvegarde du travail en cours sur un ordinateur. Lorsqu'ils doivent travailler sur le même appareil au prochain cours, le code de couleurs leur est vraiment utile. La séquence du spectre aide les élèves et les professeurs à placer les Mac au bon poste de travail dans le laboratoire lorsqu'ils les déplacent d'un local à l'autre.
En roulant…
Un seul chariot informatique peut être infiniment utile dans une classe de sciences. Par exemple, si les élèves réalisent une expérience comportant des travaux de laboratoire à caractère quantitatif et la collecte de valeurs de données, nous nous servons d'un seul ordinateur et d'un chiffrier électronique. À la fin de chaque expérience, les élèves inscrivent les résultats obtenus. Le chiffrier électronique effectue rapidement les calculs en arrière-plan (sans que les élèves puissent les voir). Les élèves doivent ensuite effectuer ces mêmes calculs en guise de devoir.
À la fin du cours, j'imprime les résultats des calculs du chiffrier électronique et je les reproduis sur un acétate dont je me sers pour la leçon du lendemain. Dès que j'allume le rétroprojecteur, les élèves peuvent tout de suite comparer leurs calculs aux résultats prévus des expériences. Puisque le chiffrier électronique a déjà fait tous les calculs pour chaque élève qui a saisi ses données, je peux tout simplement vérifier les résultats, sans m'attarder aux calculs. Cette méthode réduit le temps de correction et je peux mieux me consacrer à la réalisation de ce genre de travail pratique intéressant avec mes élèves.
Les élèves des cours de physique peuvent utiliser un ordinateur pour réaliser des simulations dans lesquelles les variables sont légèrement modifiées chaque fois. Ceux des cours de biologie peuvent programmer les ordinateurs à contrôler des expériences sur le métabolisme des plantes pendant qu'ils font d'autres activités. Ceux des cours de chimie peuvent créer et animer des réactions chimiques sur écran. Il n'y a que les limites du savoir et des logiciels offerts qui restreignent les activités et les apprentissages possibles.
Après quatre ans d'utilisation, il est clair que les chariots informatiques mobiles ont été une bonne initiative. À l'école, l'informatique est maintenant largement intégrée dans les programmes d'études et les chariots sont toujours en demande. Et il s'avère que les ordinateurs et les logiciels sont probablement un meilleur investissement que ne l'auraient été les manuels, car nous pouvons les adapter facilement à toutes les nouvelles exigences des programmes d'études. À l'intérieur de chaque cours, nos élèves consacrent davantage de temps à des expériences pratiques, explorent par eux-mêmes les principes et les phénomènes scientifiques, et apprennent réellement.
Des projets d'apprentissage autonome différents
Lorsque je conçois un projet d'apprentissage autonome pour mes classes de chimie, je donne à mes élèves le choix d'un certain nombre de projets différents. Ainsi, les élèves qui possèdent des habiletés et des styles d'apprentissage variés ont la possibilité de me montrer ce qu'ils ont appris à leur manière. Chaque projet explore un contenu et des processus semblables, mais les élèves ont la possibilité de choisir leur mode de présentation.
En voici quelques-uns, offerts au fil des ans :
Le modèle moléculaire et la fiche technique : Construire un modèle moléculaire en trois dimensions à l'aide des matériaux de votre choix. Rédiger une fiche technique (et non une dissertation) décrivant les propriétés et les utilisations d'un produit chimique.
Le jeu de société de chimie : Créer un jeu de société afin de réviser des notions de chimie. Préparer une page d'instructions et une fiche de renseignements sur le sujet étudié.
Votre propre tableau périodique : Concevoir un tableau périodique permettant d'organiser des entités autres que les éléments. Démontrer l'existence d'au moins quatre tendances périodiques. Fournir une fiche de renseignements faisant le lien entre ces tendances et le tableau périodique réel.
Une autobiographie chimique : Rédiger l'autobiographie d'une substance, et décrire ses propriétés en tant que qualités anthropomorphiques. Cette autobiographie peut aussi prendre la forme d'une énigme accompagnée d'indices ou d'un conte illustré pour enfants.
Affiche des applications et fiche technique : Illustrer un concept chimique ou un procédé industriel de manière originale. Préparer une fiche technique (et non une dissertation) décrivant les utilisations et les répercussions de ce concept ou procédé dans la vie quotidienne.