Regarder des rangées de nombres ou de formules sur une page peut être rebutant pour de nombreux enfants qui étudient les mathématiques ou les sciences à l'école. Mais la musique, le dessin et même le mouvement du corps offrent de nouvelles façons prometteuses d'enseigner des matières complexes aux jeunes.

Le bourdonnement d'une corde de violon ou le battement d'un tambour peut sembler à première vue n'avoir rien à voir avec la physique, fractions ou angles. En effet, les sciences et les matières artistiques comme la musique ont traditionnellement été traitées entièrement séparément dans l'éducation.

Mais les chercheurs pensent que briser les barrières arbitraires entre la science et l'art pourrait aider les élèves à saisir plus facilement des concepts délicats. Elle conduit à une nouvelle façon d'enseigner qui vise à combiner la science, La technologie, ingénierie, arts et mathématiques, collectivement connu sous le nom de STEAM.

"Nous essayons de faire connaître cette approche d'apprentissage STEAM à la communauté éducative, " a déclaré le Dr Vassilis Katsouros de l'Institut pour le traitement du langage et de la parole du Centre de recherche Athena à Athènes, Grèce, et coordinateur d'un projet appelé iMuSciCA. « Lorsque vous rassemblez des gens des arts et des matières STEM, ils peuvent travailler ensemble pour avoir des idées très créatives."

Ce type de collaboration interdisciplinaire est de plus en plus courant au niveau universitaire et dans l'industrie, menant souvent à de nouveaux développements technologiques passionnants, sciences et arts. Le Dr Katsouros et ses collègues espèrent introduire cette façon de penser à un stade plus précoce.

Théorie des ondes

Le projet iMuSciCA utilise la musique pour enseigner aux élèves du secondaire des concepts difficiles comme la théorie des ondes en physique et les équations en mathématiques. Les élèves conçoivent un instrument de musique virtuel sur ordinateur, où ils peuvent modifier ses propriétés physiques pour comprendre comment cela affecte le son qu'il produit.

"S'ils changent le métal dont est faite une corde, alors la façon dont la corde vibre et la forme d'onde du son qu'elle produit est différente, " a expliqué le Dr Katsouros. " Les étudiants peuvent voir comment la densité du matériau affecte le son et voir l'onde sonore qu'il produit. Cela peut les aider à comprendre des concepts comme la fréquence et l'amplitude."

L'équipe a créé un « établi » en ligne qui permet aux enseignants d'intégrer la technologie et les outils développés dans le cadre d'iMuSciCA dans leurs cours. Grâce aux outils en ligne, les étudiants peuvent créer des instruments à cordes ou à percussion en utilisant le programme iMuSciCA.

La technologie peut également permettre aux étudiants d'apprendre d'autres concepts de niveau supérieur tels que la géométrie et la symétrie en démontrant comment la modification de la forme ou de l'orientation d'une surface peut modifier la façon dont le son est réfléchi. Il peut également fournir des informations sur le caractère aléatoire et la périodicité.

Les élèves sont encouragés à travailler en équipe pour composer leur propre musique, même créer des versions physiques des instruments qu'ils ont conçus en ligne à l'aide de l'impression 3D. Lors d'un événement pilote, les étudiants ont également formé un groupe pour se produire ensemble.

"Pour le moment ce ne sont que des instruments à vent, car l'impression 3D en plastique est moins chère et plus facile que dans des matériaux comme le métal, " a déclaré le Dr Katsouros.

Jusqu'à présent, iMuSciCA a été testé dans 10 écoles en Grèce, France et Belgique, impliquant plus de 300 élèves âgés de 15 à 16 ans. Une soixantaine d'enseignants ont également participé à des ateliers pour apprendre à intégrer les outils musicaux dans leurs cours.

Motivation

"Nous sommes encore en train de mesurer et d'analyser l'impact qu'il a eu, " a déclaré le Dr Katsouros. " Mais nous avons vu la motivation des étudiants augmenter considérablement. Les élèves de cet âge sont très familiers et intéressés par la musique, il semble donc se connecter avec eux. "

Mais la musique n'offre pas seulement de nouvelles façons d'enseigner aux adolescents les sciences et les mathématiques. Les chercheurs l'ont combiné avec des mouvements du corps, applaudir et toucher des objets physiques pour développer de nouvelles façons d'enseigner aux jeunes enfants aussi.

"L'information visuelle n'est pas toujours le meilleur moyen de communiquer des choses comme la géométrie ou l'arithmétique, " a déclaré le Dr Monica Gori, neuroscientifique à l'Istituto Italiano di Tecnologia de Gênes, Italie, et coordinateur du projet WeDraw.

Son équipe a créé une série de jeux avec des technologies qui encouragent les enfants de moins de huit ans à créer des angles avec leur corps ou à jouer avec le son.

Une partie, appelé RobotAngle, utilise des caméras à détection de mouvement pour détecter lorsque les élèves écartent leurs bras au-dessus de leur tête pour créer des angles. Chaque angle est associé à différentes notes de musique similaires à celles d'un violon, avec un pas plus élevé utilisé pour les angles aigus et un pas faible pour les angles obtus.

Le même système permet aux enfants de créer des fractions en ouvrant leurs bras pour changer le numérateur et les jambes pour changer le dénominateur. Les applaudissements ont également été utilisés pour déclencher un battement de batterie au rythme d'un point en mouvement sur l'écran, aider à nouveau à enseigner aux enfants les fractions grâce à l'utilisation du rythme.

Un autre jeu, appelé Jardin cartésien, permet aux enfants de dessiner des formes dans un environnement virtuel en se promenant physiquement dans une pièce pour collecter des objets. Un tiers, appelé Spaceshape, enseigne aux enfants les formes tridimensionnelles en les encourageant à les dessiner et à les déplacer sur un écran tactile.

Essais

Tests initiaux dans les écoles primaires en Italie, L'Irlande et le Royaume-Uni par l'équipe WeDraw ont vu plus de 200 enfants essayer les jeux dans 10 classes différentes. Dans chaque, une moitié de classe a utilisé les jeux multisensoriels pendant 15 minutes chaque jour pendant une semaine dans le cadre de leurs cours et l'autre moitié a été enseignée à l'aide d'une version simplifiée du jeu utilisant des techniques visuelles traditionnelles.

« Nous constatons une amélioration chez la plupart des enfants, " a déclaré le Dr Gori. " Pour le jeu Spaceshape, par exemple, nous avons vu une compréhension de la forme et du mouvement 3D."

Mais certaines des améliorations ne semblent être apparentes que dans des groupes d'âge spécifiques. Par exemple, l'équipe n'a constaté une amélioration de la compréhension des fractions et des formes que chez les enfants de sept ans.

'"C'est l'âge auquel ils devraient commencer à comprendre ces concepts et sont donc plus sensibles aux avantages potentiels, " a déclaré le Dr Gori.

L'équipe a également développé des techniques multisensorielles afin qu'elles puissent être utilisées par des élèves dyslexiques ou malvoyants. L'utilisation de mouvements corporels associés au son peut vraiment aider les enfants aveugles à comprendre les angles, par exemple.

Le Dr Gori a ajouté qu'ils espèrent à l'avenir combiner encore plus les mouvements musicaux et corporels pour utiliser la danse comme outil d'enseignement.

"Jusqu'à présent, nous avons utilisé des mouvements de bras, applaudissements et sons, mais ce serait bien d'utiliser la danse à l'avenir, " elle a dit.