Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

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L’innovation pédagogique pour elle-même s’avère parfois discutable, mais elle se justifie quand les enseignants se heurtent aux difficultés d’apprentissage de leurs étudiants. En particulier, certaines notions de physique sont réputées difficiles à appréhender par les étudiants, comme c’est le cas pour l’effet photoélectrique qui n’est pas souvent compris par les étudiants au niveau collégial. Cette recherche tente de déterminer si, dans le cadre d’un cours de physique, la simulation de l’effet photoélectrique et l’utilisation des dispositifs mobiles et en situation de collaboration favorisent une évolution des conceptions des étudiants au sujet de la lumière. Nous avons ainsi procédé à l’élaboration d’un scénario d’apprentissage collaboratif intégrant une simulation de l’effet photoélectrique sur un ordinateur de poche. La conception du scénario a d’abord été influencée par notre vision socioconstructiviste de l’apprentissage. Nous avons effectué deux études préliminaires afin de compléter notre scénario d’apprentissage et valider la plateforme MobileSim et l’interface du simulateur, que nous avons utilisées dans notre expérimentation : la première avec des ordinateurs de bureau et la seconde avec des ordinateurs de poche. Nous avons fait suivre à deux groupes d’étudiants deux cours différents, l’un portant sur une approche traditionnelle d’enseignement, l’autre basé sur le scénario d’apprentissage collaboratif élaboré. Nous leur avons fait passer un test évaluant l’évolution conceptuelle sur la nature de la lumière et sur le phénomène de l’effet photoélectrique et concepts connexes, à deux reprises : la première avant que les étudiants ne s’investissent dans le cours et la seconde après la réalisation des expérimentations. Nos résultats aux prétest et post-test sont complétés par des entrevues individuelles semi-dirigées avec tous les étudiants, par des enregistrements vidéo et par des traces récupérées des fichiers logs ou sur papier. Les étudiants du groupe expérimental ont obtenu de très bons résultats au post-test par rapport à ceux du groupe contrôle. Nous avons enregistré un gain moyen d’apprentissage qualifié de niveau modéré selon Hake (1998). Les résultats des entrevues ont permis de repérer quelques difficultés conceptuelles d’apprentissage chez les étudiants. L’analyse des données recueillies des enregistrements des séquences vidéo, des questionnaires et des traces récupérées nous a permis de mieux comprendre le processus d’apprentissage collaboratif et nous a dévoilé que le nombre et la durée des interactions entre les étudiants sont fortement corrélés avec le gain d’apprentissage. Ce projet de recherche est d’abord une réussite sur le plan de la conception d’un scénario d’apprentissage relatif à un phénomène aussi complexe que l’effet photoélectrique, tout en respectant de nombreux critères (collaboration, simulation, dispositifs mobiles) qui nous paraissaient extrêmement utopiques de réunir dans une situation d’apprentissage en classe. Ce scénario pourra être adapté pour l’apprentissage d’autres notions de la physique et pourra être considéré pour la conception des environnements collaboratifs d’apprentissage mobile innovants, centrés sur les besoins des apprenants et intégrant les technologies au bon moment et pour la bonne activité. / The educational innovation itself is sometimes debatable but it is justified when the teachers confront the learning difficulties of their students. In particular, some notions of physics are notoriously hard for students to understand, as is the case for the photoelectric effect which is not often comprehended by the students at the college level. This research tries to determine if, as part of a physics course, the simulation of the photoelectric effect and the use of mobile devices in collaborative situations facilitate an evolution of the student’s conceptions about the concept of light. We have proceeded to develop a scenario of collaborative learning by integrating a simulation of the photoelectric effect on handheld devices (Pocket PC). The design of scenario was first influenced by our socioconstructivist vision of learning. We conducted two preliminary studies to complete our scenario of learning and to validate the platform « MobileSim » and the interface of the simulator used in our experiment. The first studies were completed with a simulation on computers and the second with a simulation on Pocket PC. After that, we carried out the experimentation with two groups of students. The control group was assigned to the traditional approach of teaching and the experimental group was assigned to the approach based on the developed scenario of collaborative learning. We have conducted a test twice to assess a conceptual change about the nature of light and about the phenomenon of the photoelectric effect and related concepts. The first test (pre-test) before the students are involved in the course and the second (post-test) after completion of experiments. Our results in the pre-test and post-test were completed by conducting semi-structured individual interviews with all students, by video recordings and recovered traces (on log files or on paper). Students in the experimental group obtained good results in the test compared to those of the control group. We noted an average gain of learning qualified at a moderate level according to Hake (1998). Interview results were used to identify some conceptual difficulties of student learning. Analysis of collected data from video sequences, questionnaires and recovered tracks allowed us to better understand the process of collaborative learning and has revealed that the number and the time of interactions between students are strongly correlated with the gain of learning. At first, this research project is a success in the designing of a learning scenario of a phenomenon as complex as the photoelectric effect and respects many criteria (collaboration, simulation, mobile devices, etc.) that it seemed for us extremely utopian to combine them in an effective learning situation in the classroom. For instance, this scenario could be adapted to the learning of other concepts in physics. It could also be considered for the design of collaborative environments for innovative mobile learning focused on the needs of learners that integrate the technologies at the right time and for the right activity.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

L’innovation pédagogique pour elle-même s’avère parfois discutable, mais elle se justifie quand les enseignants se heurtent aux difficultés d’apprentissage de leurs étudiants. En particulier, certaines notions de physique sont réputées difficiles à appréhender par les étudiants, comme c’est le cas pour l’effet photoélectrique qui n’est pas souvent compris par les étudiants au niveau collégial. Cette recherche tente de déterminer si, dans le cadre d’un cours de physique, la simulation de l’effet photoélectrique et l’utilisation des dispositifs mobiles et en situation de collaboration favorisent une évolution des conceptions des étudiants au sujet de la lumière. Nous avons ainsi procédé à l’élaboration d’un scénario d’apprentissage collaboratif intégrant une simulation de l’effet photoélectrique sur un ordinateur de poche. La conception du scénario a d’abord été influencée par notre vision socioconstructiviste de l’apprentissage. Nous avons effectué deux études préliminaires afin de compléter notre scénario d’apprentissage et valider la plateforme MobileSim et l’interface du simulateur, que nous avons utilisées dans notre expérimentation : la première avec des ordinateurs de bureau et la seconde avec des ordinateurs de poche. Nous avons fait suivre à deux groupes d’étudiants deux cours différents, l’un portant sur une approche traditionnelle d’enseignement, l’autre basé sur le scénario d’apprentissage collaboratif élaboré. Nous leur avons fait passer un test évaluant l’évolution conceptuelle sur la nature de la lumière et sur le phénomène de l’effet photoélectrique et concepts connexes, à deux reprises : la première avant que les étudiants ne s’investissent dans le cours et la seconde après la réalisation des expérimentations. Nos résultats aux prétest et post-test sont complétés par des entrevues individuelles semi-dirigées avec tous les étudiants, par des enregistrements vidéo et par des traces récupérées des fichiers logs ou sur papier. Les étudiants du groupe expérimental ont obtenu de très bons résultats au post-test par rapport à ceux du groupe contrôle. Nous avons enregistré un gain moyen d’apprentissage qualifié de niveau modéré selon Hake (1998). Les résultats des entrevues ont permis de repérer quelques difficultés conceptuelles d’apprentissage chez les étudiants. L’analyse des données recueillies des enregistrements des séquences vidéo, des questionnaires et des traces récupérées nous a permis de mieux comprendre le processus d’apprentissage collaboratif et nous a dévoilé que le nombre et la durée des interactions entre les étudiants sont fortement corrélés avec le gain d’apprentissage. Ce projet de recherche est d’abord une réussite sur le plan de la conception d’un scénario d’apprentissage relatif à un phénomène aussi complexe que l’effet photoélectrique, tout en respectant de nombreux critères (collaboration, simulation, dispositifs mobiles) qui nous paraissaient extrêmement utopiques de réunir dans une situation d’apprentissage en classe. Ce scénario pourra être adapté pour l’apprentissage d’autres notions de la physique et pourra être considéré pour la conception des environnements collaboratifs d’apprentissage mobile innovants, centrés sur les besoins des apprenants et intégrant les technologies au bon moment et pour la bonne activité. / The educational innovation itself is sometimes debatable but it is justified when the teachers confront the learning difficulties of their students. In particular, some notions of physics are notoriously hard for students to understand, as is the case for the photoelectric effect which is not often comprehended by the students at the college level. This research tries to determine if, as part of a physics course, the simulation of the photoelectric effect and the use of mobile devices in collaborative situations facilitate an evolution of the student’s conceptions about the concept of light. We have proceeded to develop a scenario of collaborative learning by integrating a simulation of the photoelectric effect on handheld devices (Pocket PC). The design of scenario was first influenced by our socioconstructivist vision of learning. We conducted two preliminary studies to complete our scenario of learning and to validate the platform « MobileSim » and the interface of the simulator used in our experiment. The first studies were completed with a simulation on computers and the second with a simulation on Pocket PC. After that, we carried out the experimentation with two groups of students. The control group was assigned to the traditional approach of teaching and the experimental group was assigned to the approach based on the developed scenario of collaborative learning. We have conducted a test twice to assess a conceptual change about the nature of light and about the phenomenon of the photoelectric effect and related concepts. The first test (pre-test) before the students are involved in the course and the second (post-test) after completion of experiments. Our results in the pre-test and post-test were completed by conducting semi-structured individual interviews with all students, by video recordings and recovered traces (on log files or on paper). Students in the experimental group obtained good results in the test compared to those of the control group. We noted an average gain of learning qualified at a moderate level according to Hake (1998). Interview results were used to identify some conceptual difficulties of student learning. Analysis of collected data from video sequences, questionnaires and recovered tracks allowed us to better understand the process of collaborative learning and has revealed that the number and the time of interactions between students are strongly correlated with the gain of learning. At first, this research project is a success in the designing of a learning scenario of a phenomenon as complex as the photoelectric effect and respects many criteria (collaboration, simulation, mobile devices, etc.) that it seemed for us extremely utopian to combine them in an effective learning situation in the classroom. For instance, this scenario could be adapted to the learning of other concepts in physics. It could also be considered for the design of collaborative environments for innovative mobile learning focused on the needs of learners that integrate the technologies at the right time and for the right activity.

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En partant de quelques difficultés observées autour des aspects de la conceptualisation technoscientifique et de l’intégration de la de la théorie et la pratique dans l’apprentissage de la physiologie animale chez les étudiants du programme de Zootechnie de l’Université Nationale de Colombie, siège Medellín, cette recherche propose une stratégie didactique s’appuyant sur la méthode de l’Apprentissage Basé sur les Problèmes (ABP), appliquée spécifiquement aux sujets de thermorégulation et stress physiologique des animaux domestiques. Dans cette étude de cas on a travaillé avec un échantillon de huit étudiants à qui on a présenté dès la première session un problème didactique pour être résolu à travers le cours. Afin d’évaluer le processus on a réalisé trois enquêtes nommées Épreuves de Niveau de Formulation (NF) réalisées à différents moments de l’essai : l’une avant de commencer avec le sujet (NF 1), l’autre après la troisième classe théorique donnée et avant de faire la pratique sur le terrain (NF 2), et l’autre à la fin du processus (NF 3). Finalement on a réalisé des entretiens individuels avec chaque étudiant afin de connaître sa perception concernant la méthode. L’information obtenue a été soumise à une analyse qualitative et par des correspondances, par le biais du programme QDA Miner à travers de la révision et codification des textes provenants des enquêtes et de l’entretien individuel, complétés à leur tour par des observations sur le terrain, en analysant le changement conceptuel, la relation théorie-pratique et les correspondances entre les variables et les catégories établies. Parmi les principaux résultats obtenus on souligne le fait qu’après avoir appliqué l’ABP dans ce cours de Physiologie Animale le changement conceptuel a été favorisé et le problème formulé a servi comme connecteur entre la théorie et la pratique. En outre, on a observé la fusion des connaissances préalables avec les nouveaux acquis, l’apprentissage significatif, l’amélioration du niveau de formulation et l’augmentation de la scientificité des définitions; également il a mené à la solution viii de problèmes et à surmonter les obstacles épistémologiques comme la pluridisciplinarité et la non-linéarité. Il reste comme recommandation celle d’évaluer cette méthode dans d’autres sujets de la Physiologie Animale, dans d’autres sciences, dans des échantillons d’une taille majeure, ainsi comme approcher le sujet de l’évaluation appliquée directement à cette méthode. / Based on difficulties observed on the subject of technical-scientific conceptualization and the integration of theory and practice in learning animal physiology for students in the Animal Science program at the National University of Colombia in Medellin, this research paper proposes a problem-based learning strategy founded on the method of Problem Based Learning (PBL), applied specifically to the issues of thermoregulation and physiological stress in domestic animals. In this case study, a sample size of eight students was presented with a pedagogical problem during the first session that would then be solved during the course. In order to evaluate the process, three surveys were conducted called Level Test Formulations (NF) performed at different times of the trial: one before beginning the topic (NF 1), one after three theoretical classes had been given and before beginning the fieldwork (NF 2), and another one after the end of the process (NF 3). Finally, individual interviews were conducted with each student to know the students' perceptions regarding the method. The information obtained was subjected to a qualitative analysis and categorization, using the QDA Miner program which reviewed and coded texts from the surveys and individual interviews, supplemented in turn, by field observation, analyzing the conceptual change, the theory-practice relationship and the correlation between the variables and categories established. x Among the main results obtained, it should be noted that following the implementation of PBL in this Animal Physiology course, support for conceptual change was demonstrated and the formulated problem served as a connector between theory and practice. Moreover, there was a fusion of prior knowledge with newly acquired knowledge, meaningful learning, improvement in the level of conceptualization and an increase in the scientificness of definitions; it also led to problem-solving and overcoming epistemological obstacles such as multidisciplinarity and nonlinearity. As a result of this research, it is recommended that this method be evaluated in other topics related to Animal Physiology, in other sciences, in larger sample sizes, as well as to address the issue of evaluation applied directly to this method. / Partiendo de algunas dificultades observadas en torno a los aspectos de la conceptualización técnico-científica y de la integración de la teoría y la práctica en el aprendizaje de la fisiología animal en los estudiantes del programa curricular de Zootecnia de la Universidad Nacional de Colombia, sede Medellín, la presente investigación propone una estrategia didáctica de enfoque problémico fundamentado en el método del Aprendizaje Basado en Problemas (ABP), aplicado específicamente en los temas de termorregulación y estrés fisiológico de los animales domésticos. En este estudio de caso se trabajó con una muestra de ocho estudiantes, a quienes se les presentó desde la primera sesión un problema didáctico para ser resuelto a través del curso. Con el fin de evaluar el proceso se llevaron a cabo tres encuestas denominadas Pruebas de nivel de formulación (NF) realizadas en distintos momentos del ensayo: una antes de comenzar con el tema (NF 1), otra después de las clases tres teóricas impartidas y antes de ir a la práctica de campo (NF 2), y otra después al final de todo el proceso (NF 3). Finalmente se realizaron entrevistas individuales a cada estudiante con el fin de conocer la percepción de los estudiantes con respecto al método. La información obtenida se sometió a un análisis cualitativo y por correspondencias, por medio del programa QDA Miner a través de la revisión y codificación de los textos provenientes de las encuestas y la entrevista individual, complementadas a su vez con la observación de campo, analizando el cambio conceptual, la relación teoría-práctica y las correspondencias entre las variables y categorías establecidas. vi Entre los principales resultados obtenidos cabe destacar que tras la aplicación del ABP en este curso de Fisiología Animal se favoreció el cambio conceptual y el problema formulado sirvió como conector entre la teoría y la práctica. Además, se observó la fusión de los conocimientos previos con los recién adquiridos, aprendizaje significativo, mejoramiento del nivel de formulación e incremento de la cientificidad de las definiciones; igualmente indujo la solución de problemas y la superación de obstáculos epistemológicos como la pluridisciplinariedad y la no-linearidad. Queda como recomendación el evaluar este método en otros temas de la Fisiología Animal, en otras ciencias, en muestras de mayor tamaño, así como abordar el tema de la evaluación aplicada directamente a este método.

Cherchant à établir un pont théorique et pratique entre les sciences de l'éducation, les sciences cognitives et la philosophie des sciences, la thèse développe un modèle didactique à l'interface entre ces disciplines : le modèle allostérique de l'apprendre initié et développé par Giordan (1988) et al. (1992), qui s'inscrit dans le paradigme des théories du changement conceptuel. Nourri par les travaux récents des psychologues cognitifs sur les processus d'apprentissage tels que les théories du recyclage neuronal (Dehaene, 2007) ou de l'inhibition cérébrale (Houdé & Tzourio-Mazoyer, 2003), ainsi que sur diverses théories relatives à l'élaboration de la pensée telles que l'économie comportementale (Tversky & Kahnernan, 1982) ou le modèle-cadre SRK (Rasmussen, 1990), ce modèle développe et précise le concept d’allostérie à travers la description et la formalisation des processus de déconstruction-reconstruction des conceptions, qui ont lieu lors des apprentissages complexes. De la phase de théorisation du modèle, effectuée par un recours aux formalismes de la réactivité chimique en accord avec la métaphore initiale de l'allostérie, il est possible de déduire divers environnements didactiques opératoires et féconds pour le praticien de l'enseignement et de la médiation scientifiques. Ces prévisions théoriques sont alors mises à l'épreuve de l'expérimentation didactique à travers une recherche de terrain centrée sur la notion d'expérience contre-intuitive (Eastes & Pellaud, 2004) menée auprès de différents types de publics. / Aiming at bridging education sciences, cognitive sciences and philosophy of science both theoretically and practically, this thesis develops a didactical model at the interface between these fields: the allosteric learning model developed by Giordan (1988) et al. (1992), understood in the context conceptual change theories paradigm. Fueled by the recent works of cognitive psychologists on learning processes such as neuronal recycling (Dehaene, 2007) or cerebral inhibition (Houdé & Tzourio-Mazoyer, 2003), as well as on various theories related to the thought processes such as behavioral economies (Tversky & Kahneman, 1982) or the Skills-Rules-Knowledge framework model (Rasmussen, 1990), this model develops and refines the concept of allostery through the description and formalization of specific processes that take place in complex learning situations : the deconstruction-reconstruction of conceptions. Based on the theorization of the model, done through the use chemical reactivity formalisms in line with the initial metaphor of allostery, it is possible to deduce various operational and fruitful didactical environments for teaching practitioners or science communication professionals. These theoretical projections are then put to the test through didactic experimentation taking the shape of field research on the notion of counter-intuitive experiment (Eastes & Pellaud, 2004) conducted with different types of target groups.