La valeur pédagogique du laboratoire-démonstration au secondaire : apprentissages relatifs à la théorie de la gravité d’Albert Einstein

Abstract

Enseigner la science au secondaire s’avère difficile quand vient le temps d’expliquer à l’élève un concept théorique complexe. La Théorie de la Relativité Générale d’Albert Einstein (aussi appelé théorie de la gravité) illustre bien ce défi pédagogique puisqu’elle est habituellement enseignée à l’université. Notre but s’est ainsi fixé à deux niveaux : 1) quantifier la valeur pédagogique du laboratoire-démonstration (de type modeling) lors de l’enseignement, à l’aide d’un simulateur de gravité de grand format (Ø = 2 m), de la théorie d’Einstein, en comparant les savoirs acquis avant versus après la démonstration; et 2) tester qualitativement si la pédagogie de l’intégration, associée à l’environnement numérique, pouvait appuyer le personnel enseignant à mieux enseigner au secondaire une théorie complexe. Nous avons testé notre SAÉ dans un collège privé situé sur la rive-sud de Montréal au sein de trois groupes enrichis de 87 élèves inscrits en 5e secondaire aux deux cours à option Techniques et Méthodes en Science de même que Physique. Cet arrangement unique nous a permis de contraster le concept de gravité selon Newton versus Einstein, tout en insistant sur la pertinence du second auteur. Tout en utilisant comme élément déclencheur la découverte spectaculaire des exoplanètes et la probabilité grandissante de découvrir de la vie extraterrestre, nous avons trouvé que le laboratoire-démonstration permettait significativement de réduire de 4 fois la proportion d’élèves incapables d’expliquer la théorie d’Einstein (de 4,7% avant à 1,2% après la démonstration) et de 5 fois la proportion qui ne savait rien de cette théorie (de 61,2 à 12,2%). De plus, la proportion d’élèves qui ont répondu d’une manière partiellement correcte a doublé après la démonstration (de 24,7 à 48,8%) et celle des élèves qui ont offert une réponse entièrement correcte a quadruplé (de 9,4% à 37,8%). Ces différences sont hautement significatives sur le plan statistique (Test Q de Cochran pour échantillons appariés = 37,74, DF = 1, N = 82 élèves, P = 8,11 x 10^-10). De manière qualitative, nous concluons que l’élève a apprécié le fait d’être stimulé par des questions scientifiques complexes (tel que prédit par la pédagogie de l’intégration), alors que l’utilisation de l’environnement numérique lui a permis de maintenir et possiblement d’augmenter sa motivation face à ses apprentissages. Notre projet d’enseigner une théorie aussi complexe que la gravité d'Einstein à des élèves du secondaire nous a poussé à réfléchir sur notre développement en tant que professionnel de l’enseignement. Le plus difficile aura sans nul doute été de développer le projet de telle sorte qu’il favorise à la fois la motivation et l’apprentissage de l’élève.