Classe inversée : exemple de mise en œuvre pour les leçons de sciences physiques de BTS Electrotechnique

15/01/2016
Auteurs : Florent HOLST
Publication 3EI 3EI 2016-83
OAI : oai:www.see.asso.fr:1044:2016-83:14883
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Classe inversée : exemple de mise en œuvre pour les  leçons de sciences physiques de BTS Electrotechnique

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Classe inversée : exemple en sciences physique de BTS électrotechnique La Revue 3EI n°83 Janvier 2016 Hors Thème 62 Classe inversée : exemple de mise en œuvre pour les leçons de sciences physiques de BTS Electrotechnique Florent HOLST Lycée Edmond Labbé – 59500 DOUAI florent.holst@ac-lille.fr Introduction : Quel professeur n’a jamais été confronté à la passivité intellectuelle d’élèves durant un cours magistral, réduisant pour ceux-ci ce dernier à une perte de temps ? Pour palier à ce problème, l’auteur a fait le choix de mettre en œuvre avec ses étudiants de Section de Techniciens Supérieurs (STS) en électrotechnique le principe de la classe inversée en la combinant avec l’évaluation par compétences. Le descriptif et l’analyse de cette pratique pédagogique sont présentés dans cet article 1. Principe général de la classe inversée : Le terme « inversée » est utilisé en rapport avec le déroulement classique et historique d’une classe. Dans ce dernier, la majorité du temps de classe est consacré à un cours magistral, le travail à la maison consistant alors à mémoriser cette leçon et à réaliser des exercices d’applications. Dans ce fonctionnement classique, le professeur passe beaucoup de temps au tableau, en étant peu disponible pour une aide individuelle si profitable aux élèves pour la réalisation des exercices. Le fonctionnement en classe inversée permet de palier à cet inconvénient. En effet, le travail à la maison consiste alors à étudier seul la leçon à partir de supports en ligne (document audio ou vidéo, diaporama, fichier pdf,…). En classe, l’élève pose des questions sur la leçon étudiée et réalise les exercices d’application en bénéficiant de l’aide du professeur. Cette description de la classe inversée est cependant très générale : il en existe en effet maintes déclinaisons d’application face aux élèves. Il est notamment possible de coupler la classe inversée avec d’autres pratiques pédagogiques (pédagogie de projet, démarche scientifique, …). 2. Mise en œuvre par l’auteur : Du fait d’une population d’étudiants de STS provenant majoritairement du lycée professionnel et donc peu habitués à un travail très fourni à la maison, mais également de par des convictions personnelles sur l’égalité des chances à l’école, l’auteur a fait le choix de réaliser la quasi-totalité du travail en classe. Pour cela, le principe de la classe inversée a été couplé à l’évaluation par compétences en séance de Travaux Pratiques (TP). Ces séances s’articulent autour d’une problématique industrielle et permettent de développer six compétences :  s’approprier (compréhension de la problématique) ;  analyser (réflexion sur la problématique qui débouche sur l’émission d’hypothèses et l’élaboration de protocoles expérimentaux) ;  réaliser (mise en œuvre des protocoles) ;  valider (interprétation des mesures et validation des hypothèses)  communiquer (élaboration d’un compte- rendu écrit ou oral du travail effectué pour répondre à la problématique) ;  être autonome (résolution seul des problèmes rencontrés et réalisation de tâches complexes). Les parties de sujet de TP portant sur les compétences s’approprier, analyser et valider nécessitent généralement une recherche documentaire au travers d’annexes ou sur la toile. L’idée de l’auteur a été d’axer cette recherche sur les notions de cours à l’aide de ressources en ligne ; permettant ainsi de réaliser en classe le travail normalement effectué à la maison dans le fonctionnement en classe inversée. Résumé : Cet article présente un exemple d’application du principe de la classe inversée en sciences physiques. L’auteur l’a mis en œuvre avec une classe de section de techniciens supérieurs en électrotechnique en la combinant avec l’évaluation par compétences en séance de travaux pratiques. Les intérêts de cette pratique pédagogique sont exposés au travers d’une réflexion sur les méthodes actives et la sollicitation des « Intelligences Multiples ». Classe inversée : exemple en sciences physique de BTS électrotechnique La Revue 3EI n°83 Janvier 2016 Hors Thème 63 3. Leçon s’appuyant sur une séance de travaux pratiques : La figure 1 représente la carte conceptuelle pédagogique de ce type de leçon. Figure 1 : carte conceptuelle pédagogique d’une leçon s’appuyant une séance de TP Les éléments de la leçon sont donnés en annexe du TP (voir exemple de séquence de TP sur le déphasage [1]en annexe 1). Pour résoudre la problématique, l’étudiant est conduit à consulter cette annexe plusieurs fois durant la séance. Il doit également réinvestir le vocabulaire nouveau pour l’élaboration du compte- rendu. Le cours magistral sur cette leçon devient alors inutile. Lors de la séquence de cours en classe entière, les étudiants réalisent directement une fiche résumée de la leçon à partir de l’annexe du TP et des objectifs pédagogiques visés distribués aux étudiants sous la forme d’un tableau regroupant les connaissances et capacités à acquérir (voir annexe 2). Cette fiche résumée est ensuite utilisée pour réaliser les exercices d’entrainement ; permettant ainsi le début de sa mémorisation. Les étudiants bénéficient ainsi d’une aide personnalisée du professeur, que ce soit pour la résolution de la problématique du TP, l’élaboration de la fiche résumée ou la réalisation des exercices d’entraînement. Le professeur n’intervient alors que très rarement au tableau : il circule de table en table engendrant une disponibilité très appréciée par les étudiants. Les séances de TP ne suffisant pas à couvrir l’ensemble des leçons et l’ensemble des leçons ne pouvant pas trouver support dans une séance de TP, l’auteur a conçu en parallèle des leçons s’appuyant directement sur une problématique industrielle. 4. Leçon s’appuyant directement sur une problématique industrielle : La figure 2 représente la carte conceptuelle pédagogique de ce type de leçon. Figure 2 : carte conceptuelle pédagogique d’une leçon s’appuyant directement sur une problématique industrielle Au début de la séquence, l’étudiant prend connaissance de la problématique, puis il lit entièrement l’annexe qui correspond à la leçon (voir leçon sur l’énergie annexe 3). Après cette lecture, et seulement après, il réalise la fiche résumée à partir des objectifs visés. Il utilise ensuite cette dernière pour répondre à la problématique puis pour réaliser les exercices d’entraînement. L’étudiant bénéficie à nouveau d’une aide personnalisée de la part du professeur pour l’intégralité du travail. Si l’étudiant a réalisé son travail sérieusement en classe ; il repart avec pas ou peu de travail à la maison. Si à l’inverse la concentration n’a pas été bonne, il sera contraint de rattraper à la maison le retard pris en classe. Le seul travail systématiquement demandé à la maison correspond à la préparation des Devoirs Surveillés (DS). Pour cela, l’étudiant doit relire ses fiches résumées, refaire les réponses aux problématiques des leçons s’appuyant sur une problématique et quelques exercices ciblés par le professeur pour les leçons s’appuyant sur une séance de TP. Ce travail représente environ 2 heures par DS à raison d’un DS par mois. Il est à noter que l’auteur autorise les fiches résumées pour les DS[2] mais les interdit pour les évaluations semestrielles (condition d’examen). 5. Intérêts des méthodes actives : Il est toujours opportun de réfléchir sur l’intérêt d’une pratique pédagogique quelle qu’elle soit. L’objet de ce paragraphe est d’apporter cette analyse sur la stratégie décrite dans cet article mais également sur les méthodes actives en générale. Classe inversée : exemple en sciences physique de BTS électrotechnique La Revue 3EI n°83 Janvier 2016 Hors Thème 64 La figure 3 représente les liens qui relient les élèves, les professeurs et les savoirs. [3] Figure 3 : relations entre élève, savoirs et professeur L’objectif de toute pratique pédagogique doit être l’accession de l’élève aux savoirs : c’est l’apprentissage. Le professeur ne peut pas intervenir directement sur celui-ci. En effet, le cheminement intellectuel qui permet cet apprentissage est propre à chaque élève. Le professeur peut intervenir sur les savoirs en les réorganisant de manière à les rendre plus accessibles : c’est la didactique. Il peut également choisir sa façon de faire classe en fonction du type d’élèves et des connaissances qu’il a sur le cognitif : c’est la pédagogie. On peut classer en deux grandes familles les pratiques pédagogiques en opposant les méthodes actives[4] (l’élève mène des actions pour apprendre) aux méthodes passives (l’élève écoute pour apprendre).La forme la plus connue de méthode passive est le cours magistral. Mais faire regarder une vidéo à un élève chez lui sans aucune consigne est également une méthode passive. Par contre, en ajoutant à cette vidéo un questionnaire en ligne, la classe inversée devient une méthode active. La pratique pédagogique décrite dans cet article est également à classer dans les méthodes actives. Il en existe bien d’autres exemples : la démarche d’investigation, la démarche expérimentale, la pédagogie de projet, … En rendant actif l’élève pendant les séquences de cours, on évite l’écueil de l’élève qui prend note du cours sans en chercher à en comprendre le sens. En effet, les séquences pédagogiques présentées dans cet article permettent à l’élève de s’approprier lui-même les connaissances, ce qui augmente considérablement les savoirs acquis durant le temps de classe. De plus, même si le professeur ne peut toujours pas influer directement sur l’apprentissage, il peut, de par une plus grande disponibilité en classe, vérifier que chaque élève atteigne les savoirs. 6. Mobilisation des Intelligences Multiples : Une pratique pédagogique peut également être évaluée au travers des aptitudes intellectuelles qu’elle mobilise chez les élèves. Howard Gardner a élaboré une théorie[5] [6]recensant7 puis 8aptitudes intellectuelles qu’il a nommées « Intelligences Multiples ». Ce sont les intelligences :  logico-mathématique (aptitude aux raisonnements mathématique et scientifique)  verbo-linguistique (aptitude à l’utilisation du vocabulaire pour comprendre ou s’exprimer)  interpersonnelle (aptitude à communiquer avec les autres et à travailler en équipe)  intra-personnelle (aptitude à réfléchir sur soi-même et à travailler seul)  spatiale (aptitude à la représentation visuelle et au repérage dans l’espace)  Corporelle-kinesthésique (aptitude à l’expression corporelle et aux mouvements)  Musicale-rythmique (aptitude à mémoriser, reconnaître, interpréter et créer des rythmes ou des mélodies)  Naturaliste (aptitude à observer pour comprendre et classifier) Selon H. Gardner, chaque individu a développé de manière prépondérante 2 ou 3 de ces intelligences. Cependant ce profil n’est pas figé et peu évoluer dans le temps en fonction de l’expérience de l’individu. Cette théorie permet d’aller plus loin quele concept des mémoires visuelle, auditive et kinesthésique uniquement basé sur les sens. En effet et à titre d’exemple, siles intelligences verbo-linguistique et musicale-rythmique sont bien distinctes, elles peuvent permettre toutes les deux d’obtenir une mémoire auditive performante. Figure 4 : Comparatif des intelligences sollicitées pour le cours magistral et les deux activités décrites dans cet article Classe inversée : exemple en sciences physique de BTS électrotechnique La Revue 3EI n°83 Janvier 2016 Hors Thème 65 Il est à noter que seules les intelligences logico- mathématique et verbo-linguistique sont sollicitées dans les tests d’évaluation au QI. Or le tableau de la figure 4 montre que ce sont uniquement ces deux intelligences qui sont sollicités lors du suivi d’un cours magistral. Or, si un élève ayant développé 1 voire 2 de ces intelligences est placé d’emblée dans des conditions favorables à la réussite, les autres peuvent être mis en situation d’échec simplement parce que l’on ne mobilise pas leurs aptitudes intellectuelles. Les pratiques pédagogiques ont donc tout intérêt à solliciter un maximum de ces intelligences.Les deux types de leçons présentés dans cet article en mobilisent au moins deux supplémentaires par rapport au cours magistral :  l’intelligence intra-personnelle : on laisse à chaque étudiant le temps de réflexion qui lui est nécessaire pour s’approprier les notions ;  l’intelligence interpersonnelle ; les échanges autorisés entre étudiants pour le travail en classe favorisent l’acquisition des savoirs. Sans qu’aucune consigne ne soit passée, les étudiants les plus rapides apportent naturellement une aide à leurs camarades. Il faut bien sûr encourager cette démarche qui permet la différenciation pédagogique. Au travers de la manipulation expérimentale, les leçons s’appuyant sur une séance de TP mobilisent une 5èmeaptitude : l’intelligence corporelle-kinesthésique. Il est à noter que quelle que soit la pratique pédagogique, l’intelligence spatiale peut être mobilisée en fournissant ou en faisant réaliser des schémas de synthèse (cartes heuristiques ou autre). Conclusion : Les 2 types de leçons présentées dans cet article sont à classer parmi les méthodes actives. Elles permettent :  à chaque élève d’avancer à son rythme (différenciation pédagogique) ;  de revenir en plusieurs fois sur les notions abordées en laissant des intervalles de temps favorables à la maturation des savoirs ;  de libérer du temps au professeur pour apporter une aide individualisée ;  de mobiliser un nombre plus important d’intelligences multiples qu’un cours magistral ;  de susciter une motivation accrue de la part des élèves. C’est autant de facteurs qui limiteront le décrochage et favoriseront la réussite scolaire. Il est à noter que cette pratique pédagogique fait perdre du temps en début d’année scolaire : les élèves ont en effet besoin d’être formés à cette méthode de travail. En effet, des séquences pédagogiques de ce type seraient vouées à l’échec si elles étaient bornées pas des contraintes de temps trop rigides. Cependant ce retard est ensuite très vite comblé, le cours magistral étant bien plus chronophage au final. Bibliographie : [1] Florent HOLST, Approche concrète du régime sinusoïdal dans le cadre de l’adaptation Bac Pro – BTS, La Revue 3EI n°73 juillet 2013 [2] Florent HOLST, Une évaluation formative critériée pour une pédagogie différenciée en sciences physiques, BUP n°953 avril 2013 [3] Jean BEAUTE, Courants de la pédagogie 5e édition, Erasme 2004 [4] Philippe MEIRIEU, L’école mode d’emploi, des « méthodes actives » à la pédagogie différenciée, ESF éditeur 1995 [5] Howard GARDNER, Les formes de l’intelligence, Editions Odile Jacob avril 1997 [6] Interview de Howard GARDNER par Sylvie ABDELGABER, Les intelligences multiples, Cahiers Pédagogiques n°437 novembre 2005 Classe inversée : exemple en sciences physique de BTS électrotechnique La Revue 3EI n°83 Janvier 2016 Hors Thème 66 ANNEXE 1 : EXEMPLE D’UNE SÉQUENCE DE TP QUI SERA PRISE COMME SUPPORT POUR UNE LEÇON BTS ELT 1 ère année - Sciences physiques appliquées TP n°2 : Correction d’un mauvais déphasage Enjeu : On cherche à minimiser la facture énergétique d’une usine en jouant sur de multiples facteurs. Problématique : En tant que responsable d’une unité de production, il vous revient la charge de contrôler que le déphasage d’une machine-outil corresponde au critère imposé par les fournisseurs d’énergie. Le déphasage répond-il aux normes ? Si non, comment y remédier ? Rapport au programme : A.1 ELECTRICITE GENERALE : A.1.2 Circuit en régime sinusoïdal Une note de synthèse du travail effectué doit être réalisée sous traitement de texte. A. S’APPROPRIER : A.1 Quelle condition le déphasage de la machine doit-il remplir pour éviter les surtaxes des fournisseurs d’énergie ? A.2 Comment peut-on remédier le plus simplement à un mauvais déphasage ? A.3 Quel est l’intérêt d’améliorer le déphasage de chaque machine plutôt que de le faire directement sur l’ensemble de l’installation ? B. ANALYSER : Le modèle électrique équivalent de la machine-outil est donné ci-dessous : R=33Ω ; r=12Ω et L=0,1H  Déterminer un protocole expérimental permettant de vérifier la valeur du déphasage C. REALISER ET VALIDER : C.1 Réaliser le protocole de la partie B. C.2 Le déphasage répond-il au critère de la partie A ? C.3 Rechercher par simulation la valeur de la capacité permettant de passer en dessous de la valeur limite de déphasage imposée par les fournisseurs d’énergie. Pour cela utiliser les paramètres de simulation suivant : C.4 Vérifier expérimentalement la solution de remédiation déterminée par simulation. D. COMMUNIQUER :  Répondre à la problématique Classe inversée : exemple en sciences physique de BTS électrotechnique La Revue 3EI n°83 Janvier 2016 Hors Thème 67 BTS ELT 1ère année - Sciences physiques appliquées Annexe 1 du TP n°2 : le déphasage courant /tension en régime sinusoïdal 1. Qu’est-ce que le déphasage ? En électrotechnique, lorsque l’on parle pour un système du déphasage φ sans autre précision, cela correspond au déphasage du courant par rapport à la tension. φ pourrait s’appeler également retard du courant sur la tension : en effet, lorsque i est en retard sur v, φ est compté positivement (et négativement si i est en avance sur v). φ>0 (inductif) i est en retard sur v φ<0 (capacitif) i est en avance sur v φ=0 (purement résistif)i et v sont en phase φ=0 correspond au cas idéal : il correspond à un minimum de courant en ligne pour une valeur donnée de puissance reçue par un système. C’est le cas d’un chauffage résistif. Dès lors que les systèmes contiennent par exemple des moteurs, φ sera supérieur à zéro. 2. Quelle est l’importance de ce déphasage dans l’industrie ? Les installations industrielles sont de type inductif : de ce fait, le déphasage du courant par rapport à la tension est positif. Le principal effet de ce déphasage est une augmentation de l’intensité du courant en ligne pour un apport d’énergie identique. Le surcoût financier engendré à l’entreprise est double : L’installation doit être surdimensionnée (câbles de section plus importante,…) Le fournisseur d’énergie, devant alors supporter des pertes d’énergie en ligne plus importantes, impose une taxe aux clients dont les installations admettent un trop grand déphasage. Une des préoccupations économiques de l’entreprise est donc de minimiser au maximum ce déphasage. Il n’est pas toujours possible d’obtenir φ=0, mais pour éviter les surtaxes des fournisseurs d’électricité, il suffit de le ramener en dessous de 0,38 rad (21,5°). 3. Comment mesure-t-on un déphasage ? Pour déterminer φ sur une représentation temporelle, on mesure le décalage temporel Δt. Il s’agit du décalage temporel entre les 2 courbes (entre 2 valeurs maximales, entre 2 passages par zéro de même nature,…). Il s’exprime en seconde (s). On en déduit la valeur absolue du déphasage par un produit en croix : Classe inversée : exemple en sciences physique de BTS électrotechnique La Revue 3EI n°83 Janvier 2016 Hors Thème 68 En radians : 2π T (période) |φ|Δt |