Avec le nouvel accent mis sur la pratique, l'apprentissage actif tout au long de l'enseignement supérieur, les cours en laboratoire semblent avoir un avantage - quoi de plus actif que de faire des expériences ? Mais de nouvelles recherches surprenantes révèlent que les laboratoires traditionnels sont loin d'atteindre leurs objectifs pédagogiques.
Dans un article publié le 2 janvier dans La physique aujourd'hui , "Laboratoires d'introduction à la physique :nous pouvons faire mieux, " Natasha Holmes, Cornell professeur adjoint de physique, et le lauréat du prix Nobel Carl Wieman de l'Université de Stanford rendent compte de leur analyse de neuf cours d'introduction à la physique en laboratoire dans trois institutions, enseignés par sept instructeurs et impliquant près de 3, 000 étudiants. Les laboratoires ont tous été conçus pour aider les étudiants à apprendre le contenu du cours magistral associé. Étant donné que les sections de laboratoire étaient facultatives, les chercheurs ont pu comparer les résultats avec un groupe témoin d'étudiants qui n'avaient pas suivi les cours en laboratoire.
Les résultats étaient si cohérents, et si catastrophique, que les chercheurs appellent cela « choquant ». Ils écrivent que « avec un degré élevé de précision, il n'y avait aucun avantage statistiquement mesurable en laboratoire. ... Aucun des effets moyens n'était statistiquement supérieur à 2 pour cent; ils étaient tous indiscernables de zéro."
Même lorsque les chercheurs ont limité leur analyse aux questions d'examen qui ne nécessitaient pas de calculs quantitatifs, mais seulement un raisonnement conceptuel qui aurait dû être amélioré dans un cours de laboratoire, ils ont obtenu les mêmes résultats pour le bénéfice du laboratoire :zéro.
Les cours en laboratoire sont censés permettre aux étudiants de voir comment les principes de la physique fonctionnent dans la vie réelle; mener des expériences devrait les aider à mieux comprendre la physique et renforcer l'enseignement en classe. Pourquoi cela n'arrive-t-il pas ?
"Bien que l'on puisse penser que les laboratoires sont intrinsèquement actifs, nos recherches montrent que dans les laboratoires traditionnels, les étudiants peuvent être actifs avec leurs mains mais pas vraiment avec leur cerveau, " dit Holmes. " Suivre des procédures par cœur pour obtenir un résultat proscrit à la fin ne fait pas grand-chose. "
Lors d'entretiens approfondis avec des étudiants, Holmes et Wieman écrivent qu'ils ont trouvé, « la seule réflexion que les étudiants ont déclaré avoir faite dans des laboratoires structurés et axés sur le contenu … était d'analyser les données et de vérifier s'il était possible de terminer le laboratoire à temps. »
Dans une activité de laboratoire typique, « les équations et les principes pertinents sont énoncés dans le préambule ; on dit aux élèves quelle valeur ils devraient obtenir pour une mesure particulière ou compte tenu de l'équation pour prédire cette valeur ; on leur dit quelles données collecter et comment les collecter ; et souvent ils sont même indiqués sur quels boutons appuyer sur l'équipement pour produire la sortie souhaitée, " écrivent les chercheurs.
Etudiants en labos traditionnels, donc, n'avez pas besoin de penser au contenu de la physique mais seulement à la façon de suivre correctement les instructions. Mais, écrivez Holmes et Wieman, « surmonter les obstacles et tirer des leçons de l'échec sont des compétences vitales pour tout scientifique expérimental... Il est également important d'avoir le temps à la fois de réfléchir à ces décisions et de leurs résultats et de corriger et d'améliorer les expériences de manière itérative. »
La conception de laboratoire innovante que Holmes et Wieman proposent comme alternative dans leur article - les laboratoires d'enquête quantitative structurée (SQILabs) - mettent l'accent sur l'expérimentation itérative, la prise de décision et le développement d'aptitudes à la pensée critique quantitative. Alors que les activités du SQILab donnent aux étudiants un objectif limité et réaliste, les élèves décident comment mener l'expérience et interprètent les données. Ils ont la possibilité de dépanner, réviser et tester des modèles, et essayer de nouvelles choses.
Les chercheurs ont découvert que les activités du SQILab sont plus agréables pour les étudiants et diminuent leur sentiment de frustration lorsque les choses ne se déroulent pas comme prévu. Les étudiants étaient également moins susceptibles de manipuler les données pour obtenir le résultat souhaité.
"Plutôt que d'être vu par les étudiants comme des cerceaux inutiles et frustrants qu'il faut franchir, les laboratoires d'introduction à la physique peuvent plutôt offrir des expériences intellectuelles enrichissantes, " concluent Holmes et Wieman.
