Les tablettes numériques et les smartphones sont des appareils faciles à manipuler et largement répandus parmi toutes les générations, l'utilisation de ces dispositifs mobiles comme instruments de mesure dans les expériences (en anglais «Mobile Devices as Experimental Tools» – MDETs) dans les cours de sciences est aujourd'hui une réalité: les capteurs intégrés les rendent des vrais instruments de laboratoire compactes et relativement peu coûteux, capables d’effectuer des mesures pour un grand nombre de phénomènes tels que la mécanique, l'électricité, l'acoustique, l'optique et la radioactivité (entre autres).
Un premier avantage de l'utilisation des MDETs dans l'enseignement des sciences est la possibilité d'effectuer des mesures précises et – par rapport aux instruments de classe traditionnels – relativement sans effort, tout en permettant une interprétation en temps réel des données, et ce à l'intérieur et à l'extérieur de la salle de classe. Cela donne aux élèves la possibilité d'apprendre les sciences dans de nouveaux contextes, pouvant être perçus comme plus authentiques par rapport aux cours de sciences traditionnels (contexte situationnel). De plus, puisqu'il s'agit d'appareils familiers, faisant partie de la vie quotidienne des apprenants, les smartphones et les tablettes sont perçus comme des instruments authentiques en soi, en constituant ainsi un contexte matériel. Cette double authenticité correspond au cadre théorique de l'enseignement des sciences basé sur le contexte (« Context Based Science Education »): des observations empiriques ont indiqué qu’en fournissant de la pertinence dans les cours par des contextes authentiques il est possible d’avoir un impact positif sur la motivation et l’apprentissage.
En dépit de la croyance répandue selon laquelle un effet positif sur la motivation peut entraîner des effets positifs considérables sur les résultats d'apprentissage, les méta-analyses indiquent plutôt que seulement une corrélation modérée existe entre la motivation et l'apprentissage. En outre, les preuves empiriques des effets directs des MDETs sur les résultats d'apprentissage ne semblent pas concluantes à l'heure actuelle. D'une part, les MDETs représentent des instruments à grand potentiel, dont les applications peuvent produire aisément et rapidement des tableaux, des schémas et bien d'autres fonctions qui, dans un cours traditionnel, doivent être produites par les élèves eux-mêmes. En conséquence, les élèves qui maîtrisent déjà ces fonctionnalités peuvent idéalement bénéficier d'une réduction de la charge cognitive étrangère au cours des expériences, résultant en une capacité d'apprentissage accrue.
Cet effet a d’ailleurs déjà été observé pour l’utilisation d'autres technologies de l'information et des communications (TIC) dans le contexte l'apprentissage des sciences. Par ailleurs, d'autres études ont également indiqué des effets négatifs des TIC sur l'apprentissage, par exemple des effets distrayants entravant l'apprentissage.
Bien que de nombreuses expériences utilisant les MDETs aient été proposées, il n'existe que peu d'études empiriques évaluant leurs effets en didactique. Des études ont été menées au niveau secondaire II, remplaçant uniquement les instruments de mesure par des MDETs (fournissant donc uniquement le contexte matériel), lors d’une seule session de laboratoire de mécanique. Des effets ont été ainsi observés
- la curiosité – mais pas sur l'apprentissage – pour les élèves des classes non spécialisées en physique ;
- Sur l'apprentissage de la physique – mais pas sur les variables affectives – chez les élèves des classes spécialisés en physique.
Une autre étude concernant des étudiants universitaires en physique, où des exercices d'analyse vidéo utilisant les MDETs ont été ajoutés aux exercices des séances hebdomadaires, a montré des
L'étude qui a été effectué su secondaire genevois entre 2017 et 2021, dans le cadre d’une thèse de doctorat a concerné les élèves non spécialisés en physique, en remplaçant les instruments de laboratoires traditionnels de cinématique et de dynamique par des activités avec et des applications d’analyse vidéo sur des tablettes, cela pendant un semestre entier. Ici aucun effet, ni positif, ni négatif, n’a pu être observé sur les variables dépendantes affectives et sur l’apprentissage de la mécanique des élèves du secondaire non spécialisés en physique. Toutefois, on observe la possibilité d’un effet de l’utilisation de ces dispositifs sur l’apprentissage de mathématiques sous-jacentes.
Ainsi, bien que l'intervention ait été globalement aussi bonne mais pas meilleure qu'un apprentissage conventionnel assez efficace en physique, de perspectives s'ouvrent quant à l’utilité des MDETs pour un meilleur apprentissage des mathématiques sous-jacentes à la physique. De plus, les perspectives restent ouvertes quant à l'utilisation de ces dispositifs pour créer des situations authentiques dans l’apprentissage de la physique, par exemple lors de travaux à domicile ou dans le cadre extrascolaire.
Outre l'impact sur les élèves, l'utilisation des MDETs offre des perspectives intéressantes pour l'enseignement de la physique dans les classes de lycée pour diverses raisons. Tout d'abord, la facilité et la praticité de la préparation des expériences par les enseignants constitue un avantage certain: pour le même contenu qu’une activité classique, les activités avec les MDETs permettent une mise en œuvre plus rapide, et un gain de temps précieux pour d’autres moments pédagogiques. Les élèves ont également la possibilité de d’économiser de la charge cognitive et du temps, lors de la prise de données et lors de la production de représentations (graphiques, tableaux, régressions), à condition qu'ils soient familiarisés avec les différentes formes de représentations fournies par les applications. Le facteur le plus limitant pour une utilisation prolongée des MDETs dans les écoles reste la capacité de fournir ces appareils dans le cadre strictement scolaire et de les entretenir dans le temps, car les tablettes doivent être régulièrement mises à jour ou changées, et leur disponibilité et celle des applications nécessaires pour tous les élèves n'est pas évidente.
- Les références théoriques et plus d’informations concernant les résultats de la recherche en didactique sur ce sujet se trouvent dans la thèse :
«Using Mobile Devices as Experimental Tools in Physics Lessons. An empirical study of the effects on learning and motivation at secondary school level» Thesis_Alice.pdf - Résumé de la thèse en français : resumeMDETs.pdf
- Slides de la présentation de la récherche et ses résultats : Slides_MDETs.pdf