Par cette recherche, nous voulons évaluer de manière exhaustive les bénéfices qu’apporte l’ExAO (Expérimentation Assistée par Ordinateur) dans les laboratoires scolaires de sciences et technologie au Liban. Nous aimerions aussi qu’elle contribue d’une manière tangible aux recherches du laboratoire de Robotique Pédagogique de l’Université de Montréal, notamment dans le développement du µlaboratoire ExAO. Nous avons voulu tester les capacités de l’ExAO, son utilisation en situation de classe comme : 1. Substitut d’un laboratoire traditionnel dans l’utilisation de la méthode expérimentale; 2. Outil d’investigation scientifique; 3. Outil d’intégration des sciences expérimentales et des mathématiques; 4. Outil d’intégration des sciences expérimentales, des mathématiques et de la technologie dans un apprentissage technoscientifique; Pour ce faire, nous avons mobilisé 13 groupe-classes de niveaux complémentaire et secondaire, provenant de 10 écoles libanaises. Nous avons désigné leurs enseignants pour expérimenter eux-mêmes avec leurs étudiants afin d’évaluer, de manière plus réaliste les avantages d’implanter ce micro laboratoire informatisé à l’école. Les différentes mise à l’essai, évaluées à l’aide des résultats des activités d’apprentissage réalisées par les étudiants, de leurs réponses à un questionnaire et des commentaires des enseignants, nous montrent que : 1. La substitution d’un laboratoire traditionnel par un µlaboratoire ExAO ne semble pas poser de problème; dix minutes ont suffi aux étudiants pour se familiariser avec cet environnement, mentionnant que la rapidité avec laquelle les données étaient représentées sous forme graphique était plus productive. 2. Pour l’investigation d’un phénomène physique, la convivialité du didacticiel associée à la capacité d’amplifier le phénomène avant de le représenter graphiquement a permis aux étudiants de concevoir et de mettre en œuvre rapidement et de manière autonome, une expérimentation permettant de vérifier leur prédiction. 3. L’intégration des mathématiques dans une démarche expérimentale permet d’appréhender plus rapidement le phénomène. De plus, elle donne un sens aux représentations graphiques et algébriques, à l’avis des enseignants, permettant d’utiliser celle-ci comme outil cognitif pour interpréter le phénomène. 4. La démarche réalisée par les étudiants pour concevoir et construire un objet technologique, nous a montré que cette activité a été réalisée facilement par l’utilisation des capteurs universels et des amplificateurs à décalage de l’outil de modélisation graphique ainsi que la capacité du didacticiel à transformer toute variable mesurée par une autre variable (par exemple la variation de résistance en variation de température, …). Cette activité didactique nous montre que les étudiants n’ont eu aucune difficulté à intégrer dans une même activité d’apprentissage les mathématiques, les sciences expérimentales et la technologie, afin de concevoir et réaliser un objet technologique fonctionnel. µlaboratoire ExAO, en offrant de nouvelles possibilités didactiques, comme la capacité de concevoir, réaliser et valider un objet technologique, de disposer pour ce faire, des capacités nouvelles pour amplifier les mesures, modéliser les phénomènes physiques, créer de nouveaux capteurs, est un ajout important aux expériences actuellement réalisées en ExAO. / Through this research we will fully assess the benefits brought by the ExAO (Computer Assisted Experimentation) in school laboratories of science and technology in Lebanon. We would also like to mention its contribution in a tangible way in laboratory research of Pedagogic Robotic from Montreal University, particularly in the development of ExAO µlaboratory. We wanted to test the capabilities of the ExAO, its use in the classroom such as: 1. A replacement of a traditional laboratory in the use of the experimental method. 2. A scientific investigation tool. 3. An integration tool of experimental sciences and mathematics. 4. An integration tool of experimental sciences, mathematics and technology in the technoscientific learning. To do so, we have mobilized 13 group classes, designated teachers to experiment themselves along with their students in order to assess, in a more realistic way, the benefits of implementing this micro computer laboratory at school. Different testing, evaluated using the results of learning activities undertaken by students, their responses to a questionnaire and feedback from teachers, show that: 1. The replacement of a traditional laboratory with an ExAO µlaboratory does not seem to pose problem, expected that students have adapted to it in only ten minutes, indicating that the speed with which data were graphed was more productive. 2. In order to investigate a physical phenomenon, the usability of the tutorial associated with the ability to amplify the phenomenon before its graph representation, has allowed students to design and implement quickly and independently an experiment to verify their prediction. 3. The integration of mathematics into an experimental approach can quickly grasp the phenomenon. In addition, it gives more autonomy and a meaning to the graphs and algebraic representations allowing to use them as a cognitive tool to interpret this phenomenon. 4. The approach made by the students to design and construct a technological object, showed that this activity was easily carried out by the use of universal sensors, amplifiers to offset the graphical modeling tool, and the tutorial ability to transform any measured variable by another variable (for instance, the resistance variation in temperature change, …). This educational activity shows that students had no difficulty integrating in a single learning activity the mathematics, experimental sciences and technology, in order to design and implement a functional piece of technology. The ExAO µlaboratory, by offering new educational opportunities, such as the ability to design, produce and validate a technological object, in order to do so, new capacities to boost measures, modeling physical phenomena, developing new sensors, is an important addition to the experiments being conducted in ExAO.

Par cette recherche, nous voulons évaluer de manière exhaustive les bénéfices qu’apporte l’ExAO (Expérimentation Assistée par Ordinateur) dans les laboratoires scolaires de sciences et technologie au Liban. Nous aimerions aussi qu’elle contribue d’une manière tangible aux recherches du laboratoire de Robotique Pédagogique de l’Université de Montréal, notamment dans le développement du µlaboratoire ExAO. Nous avons voulu tester les capacités de l’ExAO, son utilisation en situation de classe comme : 1. Substitut d’un laboratoire traditionnel dans l’utilisation de la méthode expérimentale; 2. Outil d’investigation scientifique; 3. Outil d’intégration des sciences expérimentales et des mathématiques; 4. Outil d’intégration des sciences expérimentales, des mathématiques et de la technologie dans un apprentissage technoscientifique; Pour ce faire, nous avons mobilisé 13 groupe-classes de niveaux complémentaire et secondaire, provenant de 10 écoles libanaises. Nous avons désigné leurs enseignants pour expérimenter eux-mêmes avec leurs étudiants afin d’évaluer, de manière plus réaliste les avantages d’implanter ce micro laboratoire informatisé à l’école. Les différentes mise à l’essai, évaluées à l’aide des résultats des activités d’apprentissage réalisées par les étudiants, de leurs réponses à un questionnaire et des commentaires des enseignants, nous montrent que : 1. La substitution d’un laboratoire traditionnel par un µlaboratoire ExAO ne semble pas poser de problème; dix minutes ont suffi aux étudiants pour se familiariser avec cet environnement, mentionnant que la rapidité avec laquelle les données étaient représentées sous forme graphique était plus productive. 2. Pour l’investigation d’un phénomène physique, la convivialité du didacticiel associée à la capacité d’amplifier le phénomène avant de le représenter graphiquement a permis aux étudiants de concevoir et de mettre en œuvre rapidement et de manière autonome, une expérimentation permettant de vérifier leur prédiction. 3. L’intégration des mathématiques dans une démarche expérimentale permet d’appréhender plus rapidement le phénomène. De plus, elle donne un sens aux représentations graphiques et algébriques, à l’avis des enseignants, permettant d’utiliser celle-ci comme outil cognitif pour interpréter le phénomène. 4. La démarche réalisée par les étudiants pour concevoir et construire un objet technologique, nous a montré que cette activité a été réalisée facilement par l’utilisation des capteurs universels et des amplificateurs à décalage de l’outil de modélisation graphique ainsi que la capacité du didacticiel à transformer toute variable mesurée par une autre variable (par exemple la variation de résistance en variation de température, …). Cette activité didactique nous montre que les étudiants n’ont eu aucune difficulté à intégrer dans une même activité d’apprentissage les mathématiques, les sciences expérimentales et la technologie, afin de concevoir et réaliser un objet technologique fonctionnel. µlaboratoire ExAO, en offrant de nouvelles possibilités didactiques, comme la capacité de concevoir, réaliser et valider un objet technologique, de disposer pour ce faire, des capacités nouvelles pour amplifier les mesures, modéliser les phénomènes physiques, créer de nouveaux capteurs, est un ajout important aux expériences actuellement réalisées en ExAO. / Through this research we will fully assess the benefits brought by the ExAO (Computer Assisted Experimentation) in school laboratories of science and technology in Lebanon. We would also like to mention its contribution in a tangible way in laboratory research of Pedagogic Robotic from Montreal University, particularly in the development of ExAO µlaboratory. We wanted to test the capabilities of the ExAO, its use in the classroom such as: 1. A replacement of a traditional laboratory in the use of the experimental method. 2. A scientific investigation tool. 3. An integration tool of experimental sciences and mathematics. 4. An integration tool of experimental sciences, mathematics and technology in the technoscientific learning. To do so, we have mobilized 13 group classes, designated teachers to experiment themselves along with their students in order to assess, in a more realistic way, the benefits of implementing this micro computer laboratory at school. Different testing, evaluated using the results of learning activities undertaken by students, their responses to a questionnaire and feedback from teachers, show that: 1. The replacement of a traditional laboratory with an ExAO µlaboratory does not seem to pose problem, expected that students have adapted to it in only ten minutes, indicating that the speed with which data were graphed was more productive. 2. In order to investigate a physical phenomenon, the usability of the tutorial associated with the ability to amplify the phenomenon before its graph representation, has allowed students to design and implement quickly and independently an experiment to verify their prediction. 3. The integration of mathematics into an experimental approach can quickly grasp the phenomenon. In addition, it gives more autonomy and a meaning to the graphs and algebraic representations allowing to use them as a cognitive tool to interpret this phenomenon. 4. The approach made by the students to design and construct a technological object, showed that this activity was easily carried out by the use of universal sensors, amplifiers to offset the graphical modeling tool, and the tutorial ability to transform any measured variable by another variable (for instance, the resistance variation in temperature change, …). This educational activity shows that students had no difficulty integrating in a single learning activity the mathematics, experimental sciences and technology, in order to design and implement a functional piece of technology. The ExAO µlaboratory, by offering new educational opportunities, such as the ability to design, produce and validate a technological object, in order to do so, new capacities to boost measures, modeling physical phenomena, developing new sensors, is an important addition to the experiments being conducted in ExAO.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

We present here SOUL: the Single conjugated adaptive Optics Upgrade for LBT. Soul will upgrade the wavefront sensors replacing the existing CCD detector with an EMCCD camera and the rest of the system in order to enable the closed loop operations at a faster cycle rate and with higher number of slopes. Thanks to reduced noise, higher number of pixel and framerate, we expect a gain (for a given SR) around 1.5-2 magnitudes at all wavelengths in the range 7.5 <mR <18. The correction at short wavelength will be greatly improved (SR>70% in I-band and 0.6asec seeing) and the sky coverage will be multiplied by a factor 5 at all galactic latitudes. Upgrading the SCAO systems at all the 4 focal stations, SOUL will provide these benefits in 2017 to the LBTI interferometer and in 2018 to the 2 LUCI NIR spectro-imagers. In the same year the SOUL correction will be exploited also by the new generation of LBT instruments: V-SHARK, SHARK-NIR and iLocater.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Le domaine des énergies est au cœur des préoccupations technologiques, politiques et économiques de notre société moderne. Ce domaine nécessite une compréhension minimale du concept scientifique de l’énergie. Elle est selon nous essentielle à toute formation citoyenne. Nous avons dans un premier temps, à partir de considérations théoriques et pratiques, examiné pourquoi ce domaine si important dans notre société technologique est si peu abordé dans le cursus scolaire québécois? Pourquoi se contente-t-on d’un enseignement théorique et discursif de ce concept? Pourquoi, au contraire de tout enseignement scientifique, n’a-t-on pas envisagé de situations d’apprentissages en laboratoire pour l’étude des énergies? Dans un deuxième temps, nous avons proposé une idée de solution concrète et réaliste pour répondre à l’ensemble de ces questions. Une solution qui invite les élèves à s’investir de manière constructive dans des activités de laboratoire afin de s’approprier ces concepts. Pour ce faire, nous avons conçu des variables globales énergies qui ont permis aux élèves de les mesurer et d’expérimenter facilement des transformations énergétiques. Cette recherche de développement technologique en éducation consiste donc à profiter des nouveaux développements technologiques de l’informatique et de la micro-électronique pour concevoir, réaliser et mettre à l’essai un environnement informatisé d’apprentissage en laboratoire pour les sciences et la technologie. Par ce que l’énergie est au confluent de trois domaines, cet environnement a été conçu pour supporter dans une même activité l’apprentissage des mathématiques, des sciences et de la technologie. Cette intégration recommandée par les nouveaux programmes est, selon nous, essentielle à la compréhension des concepts liés à l’énergie et à ses transformations. Par cette activité d’apprentissage multidisciplinaire, nous voulons, via une approche empirique et concrète, aborder ces problèmes de transformations énergétiques afin de donner aux élèves la capacité de perfectionner les prototypes qu’ils construisent en technologie de manière à améliorer leurs performances. Nous avons montré que cette démarche technoscientifique, assimilable à la conception d’un schème expérimental en sciences, favorise la compréhension des concepts liés aux énergies et à leurs transformations. Ce développement, ouvert à l’investigation scientifique, apporte un bénéfice didactique, non seulement, pour des enseignants en exercices et des étudiants-maîtres, mais aussi pour des élèves de 5ème année du niveau secondaire, ce que nous avons démontré dans une mise à l’essai empirique. / The energy sector is at the heart of the concerns technological, political and economic modern society. This area requires a basic understanding of the scientific concept of energy. It is our opinion essential to any citizen training. We initially, from theoretical and practical considerations, examined why this area is so important in our technological society is so little discussed in the Quebec curriculum? Why do we merely a theoretical and discursive concept? Why, contrary to all scientific education, have we not considered learning situations in the laboratory for the study of energy? In a second step, we proposed an idea of practical and realistic solution to address all these questions. A solution that invites students to engage constructively in laboratory activities to appropriate these concepts. To do this, we have developed global variables energies that allowed students to experiment and measure energy transformations easily. This quest for technological development in education is therefore to take advantage of new technological developments in computing and microelectronics to design, build and test a computerized environment learning laboratory for science and technology. With this energy is at the confluence of three domains, this environment has been designed to support the same activity in the learning of mathematics, science and technology. This integration recommended by the new programs we believe is essential to the understanding of concepts related to energy and its transformations. For this learning activity multidisciplinary, we want, via an empirical and practical address these issues of energy transformations in order to give students the ability to develop the prototypes they build technology to improve their performance. We have shown that this approach techno, similar to the design of an experimental design in science, promotes understanding of concepts related to energy and their transformations. This educational development, open to scientific investigation, provides educational benefit, not only for practicing teachers and student teachers, but also for students from the fifth year of high school, we have shown in a setting tested empirically.

Le domaine des énergies est au cœur des préoccupations technologiques, politiques et économiques de notre société moderne. Ce domaine nécessite une compréhension minimale du concept scientifique de l’énergie. Elle est selon nous essentielle à toute formation citoyenne. Nous avons dans un premier temps, à partir de considérations théoriques et pratiques, examiné pourquoi ce domaine si important dans notre société technologique est si peu abordé dans le cursus scolaire québécois? Pourquoi se contente-t-on d’un enseignement théorique et discursif de ce concept? Pourquoi, au contraire de tout enseignement scientifique, n’a-t-on pas envisagé de situations d’apprentissages en laboratoire pour l’étude des énergies? Dans un deuxième temps, nous avons proposé une idée de solution concrète et réaliste pour répondre à l’ensemble de ces questions. Une solution qui invite les élèves à s’investir de manière constructive dans des activités de laboratoire afin de s’approprier ces concepts. Pour ce faire, nous avons conçu des variables globales énergies qui ont permis aux élèves de les mesurer et d’expérimenter facilement des transformations énergétiques. Cette recherche de développement technologique en éducation consiste donc à profiter des nouveaux développements technologiques de l’informatique et de la micro-électronique pour concevoir, réaliser et mettre à l’essai un environnement informatisé d’apprentissage en laboratoire pour les sciences et la technologie. Par ce que l’énergie est au confluent de trois domaines, cet environnement a été conçu pour supporter dans une même activité l’apprentissage des mathématiques, des sciences et de la technologie. Cette intégration recommandée par les nouveaux programmes est, selon nous, essentielle à la compréhension des concepts liés à l’énergie et à ses transformations. Par cette activité d’apprentissage multidisciplinaire, nous voulons, via une approche empirique et concrète, aborder ces problèmes de transformations énergétiques afin de donner aux élèves la capacité de perfectionner les prototypes qu’ils construisent en technologie de manière à améliorer leurs performances. Nous avons montré que cette démarche technoscientifique, assimilable à la conception d’un schème expérimental en sciences, favorise la compréhension des concepts liés aux énergies et à leurs transformations. Ce développement, ouvert à l’investigation scientifique, apporte un bénéfice didactique, non seulement, pour des enseignants en exercices et des étudiants-maîtres, mais aussi pour des élèves de 5ème année du niveau secondaire, ce que nous avons démontré dans une mise à l’essai empirique. / The energy sector is at the heart of the concerns technological, political and economic modern society. This area requires a basic understanding of the scientific concept of energy. It is our opinion essential to any citizen training. We initially, from theoretical and practical considerations, examined why this area is so important in our technological society is so little discussed in the Quebec curriculum? Why do we merely a theoretical and discursive concept? Why, contrary to all scientific education, have we not considered learning situations in the laboratory for the study of energy? In a second step, we proposed an idea of practical and realistic solution to address all these questions. A solution that invites students to engage constructively in laboratory activities to appropriate these concepts. To do this, we have developed global variables energies that allowed students to experiment and measure energy transformations easily. This quest for technological development in education is therefore to take advantage of new technological developments in computing and microelectronics to design, build and test a computerized environment learning laboratory for science and technology. With this energy is at the confluence of three domains, this environment has been designed to support the same activity in the learning of mathematics, science and technology. This integration recommended by the new programs we believe is essential to the understanding of concepts related to energy and its transformations. For this learning activity multidisciplinary, we want, via an empirical and practical address these issues of energy transformations in order to give students the ability to develop the prototypes they build technology to improve their performance. We have shown that this approach techno, similar to the design of an experimental design in science, promotes understanding of concepts related to energy and their transformations. This educational development, open to scientific investigation, provides educational benefit, not only for practicing teachers and student teachers, but also for students from the fifth year of high school, we have shown in a setting tested empirically.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

La thèse vise à apprécier les effets de la mise en oeuvre d'un dispositif d'ExAO comparativement à d'autres modalités plus classiques de TP (laboratoire traditionnel et exposé d'expériences). L'apprentissage concerné est celui du concept de réaction chimique par des élèves de 5ème au Liban. Les élèves soumis aux trois modalités pédagogiques ont été confrontés à deux reprises à une épreuve commune de connaissances (prétest et post-test). Les données analysées portent de plus sur les comptes rendus d'expérience réalisés par les élèves des trois groupes. Les résultats attestent d'un effet positif plus important de la modalité de travail par ExAO. Du point de vue quantitatif les élèves de ce groupe ont nettement plus progressé que les autres eu égard à la plupart des dimensions de l'apprentissage concerné. D'un point de vue qualitatif, il s'avère en outre que ces élèves ont fait preuve d'un meilleur niveau de compréhension du contenu du TP réalisé. / The thesis aims at assessing the effects of the implementation of MBL compared with two other classic lab work methods (the presentation of lab work and lab work displaying). The course given to students in grade 7 in Lebanon focuses on the concept of chemical reaction. The students in all three groups sat for both a pre-test and a post-test of knowledge, created specifically for this study. The analyzed data cover also the reports made by students of all three groups.The results are consistent with a positive effect of the modality of MBL work. From a quantitative point of view, the students in this group are significantly more advanced than others in relation to the most relevant dimensions of learning. From a qualitative point of view, it also turns out that these students have demonstrated a greater level of understanding of the content of lab work achieved.