L’approche préconisée par FA2L et le processus de conception UBD

3. L’approche préconisée par FA2L et le processus de conception UBD

Dans le but de mettre en place une ingénierie des dispositifs de formation, FA2L a choisi le processus de conception UbD (Understanding by Design)3 proposé par G. Wiggins & J. McTighe [Wiggins e.a. 2005].

Il s’agit d’une méthode systématique qui envisage les acquis d’apprentissage, le contenu d’un enseignement et l’évaluation dans un ordre plutôt inhabituel. Généralement, l’enseignant/l’équipe enseignante part du contenu à enseigner, c’est-à-dire de la table des matières, pour construire son dispositif (un examen de la plupart des présentations des cours permet de s’en rendre compte).Tout se passe comme si l’accent était mis avant tout sur l’expertise de l’enseignant dans la discipline qu’il enseigne.

Si l’on veut mettre l’accent en premier lieu sur l’apprentissage des élèves, il est important de concevoir les dispositifs à partir des acquis d’apprentissage visés pour les apprenants. Dans leur ouvrage Understanding by Design (UbD), Wiggins & McTighe prônent une approche de la conception de dispositifs de formation qu’ils appellent « conception à l’envers » (« backward design »). L’ordre dans lequel on se préoccupe des différents éléments est en effet l’inverse de celui qui est suivi habituellement. L’approche de Wiggins et McTighe, que nous adoptons, est basée sur les trois phases suivantes (voir Fig. 3) :

cahier 2 image 5

3 Ce titre pourrait être traduit par : « Comprendre, mais à dessein, pas par hasard »

3.1. Première étape du processus de conception : En premier lieu, il importe de déterminer les acquis d’apprentissage4 visés par le dispositif de formation à concevoir : ils décrivent de manière précise ce qui est attendu des apprenants au terme du dispositif d’apprentissage : leurs connaissances, compétences, attitudes, comportements, etc. Ils expriment les intentions des enseignants en ce qui concerne les résultats à atteindre par les apprenants ; on distinguera évidemment les acquis visés des acquis effectivement atteints par chaque apprenant.

Les besoins des parties prenantes mentionnées au § 2.1 sont exprimés par le choix des acquis d’apprentissage visés par le dispositif de formation : ce n’est pas son contenu qui doit être négocié entre les différentes parties prenantes, mais bien les acquis visés. Au niveau d’un cursus complet, il est certain que la société et ses représentants doivent avoir leur mot à dire : ce qu’un médecin, un juriste ou un ingénieur doit être capable de faire à l’issue de ses études les concerne directement. Par contre, au niveau de la constitution du cursus en modules, unités et autres composants, le rôle de la société et de ses représentants diminue tandis que celui des enseignants et des étudiants devient prépondérant pour déterminer les acquis d’apprentissage visés par chaque composant.

Les acquis d’apprentissage visés par le programme de 1er cycle en sciences de l’ingénieur (appelé « bachelier » en Belgique et « licence » en France), à l’Université catholique de Louvain se déclinent en 6 axes :

A la fin du programme, l’étudiant devra être capable de :

AXE 1

Utiliser un corpus de connaissances en sciences fondamentales et polytechniques, lui permettant de résoudre des problématiques disciplinaires cadrées, c’est-à-dire :
1.1. Appliquer les concepts, lois, raisonnements à une problématique disciplinaire de complexité cadrée ;
1.2. Décrire des outils de modélisation et de calcul adéquats pour résoudre une problématique disciplinaire cadrée

 

AXE 2 ET 3

Analyser, organiser et mener à son terme une démarche d’ingénierie appliquée au développement d’un produit (et/ou d’un service) répondant à un besoin ou à une problématique cadrée, à l’analyse d’un phénomène physique donné, d’un système, c’est-à-dire :
2.1. ...
... ...
2.8. ...

 

AXE 4

Contribuer, en équipe, à la réalisation d’un projet disciplinaire ou pluridisciplinaire en respectant une approche cadrée, c’est-à-dire :
4.1. ...
... ...
4.3. ...

 

AXE 5

Communiquer efficacement oralement et par écrit, en français et en anglais, les résultats des missions qui lui sont confiées, c’est-à-dire :
5.1. ...
... ...
5.5. ...

 

AXE 6

Faire preuve de rigueur et d’esprit critique dans ses démarches scientifiques et techniques en se souciant de l’éthique, c’est-à-dire :
Utiliser des ressources bibliographiques pour réaliser et agrémenter un travail, en tenant compte des règles éthiques (sans commettre de plagiat).

 

Notes

Les acquis d’apprentissage visés par le programme tout comme ceux pour la physique (partie électricité) (voir ci-dessous) sont présentés ici de manière synthétique, en omettant certains éléments importants, qui seront détaillés dans le cahier Les acquis d’apprentissage.

Le programme en question comprend notamment un enseignement de la physique, partie électricité. Les acquis d’apprentissage disciplinaires de cet enseignement concernent exclusivement l’axe 1 des acquis d’apprentissage visés pour l’ensemble du programme.

Il s’agit, pour l’étudiant, à la fin de l’enseignement de Physique, d’être capable de :

AXE 1.1

1. Utiliser les notions vectorielles pour exprimer, dans le vide, les forces d’interaction magnétique entre un champ magnétique et des chargesen mouvement ou un courant, ou entre courants (force de Lorentz)
 
2. Décrire des outils de modélisation et de calcul adéquats pour résoudre une problématique disciplinaire cadrée

 

AXE 1.2

3. Calculer la trajectoire d’une particule chargée dans un champ magnétique uniforme et constant

AXE 1.1

4. Distinguer les propriétés magnétiques de différents types de matériaux (dia-, para- et ferromagnétiques) en utilisant la notion de perméabilité magnétique
5. Expliquer et interpréter l’effet produit sur l’inductance d’un solénoïde lorsqu’on y introduit un noyau ferromagnétique
6. Expliquer le phénomène d’hystérésis des matériaux magnétiques et utiliser des valeurs de perméabilité magnétique pour le calcul d’inductances ou de circuits magnétiques simples comportant des matériaux magnétiques linéaires et non-linéaires
7. Expliquer l’origine des pertes d’énergie qui se produisent en régime variable dans un matériau conducteur ou ferromagnétique.
8. Expliquer et justifier les conditions auxquelles les champs B et H doivent satisfaire à l’interface entre deux milieux différents
9. Définir les notions d’inductance et d’inductance mutuelle de structures simples avec et sans noyau ferromagnétique.
10. Définir les lois de Lenz-Faraday exprimant la force électromotrice induite par un flux magnétique variable et les utiliser pour le calcul de générateur de courant alternatif dans des structures géométriques simples (symétriques)
11. Calculer l’énergie emmagasinée sous forme magnétique dans des circuits et structures simples.

AXE 1.2

12. Expliquer le fonctionnement de systèmes électromécaniques simples comme le moteur à courant continu, la dynamo, un transformateur idéal, un électro-aimant simple en manipulant la notion de flux magnétique

AXE 1.1

13. Ecrire les équations de Maxwell pour le champ électromagnétique sous forme intégrale limitée au cas statique  

Les questions centrales liées aux acquis visés par l’apprentissage sont les suivantes :

  • quels sont les différents types d’acquis d’apprentissage que l’on peut viser par un dispositif de formation ?  voir p. ex. [Gérard 2000].
  • comment formuler les acquis d’apprentissage de façon à en faire un instrument efficace pour les enseignants et pour les apprenants ?
  • quels sont les liens qui existent entre les acquis d’apprentissage d’un dispositif de formation et les acquis visés par l’apprentissage de chacun de ses sous-dispositifs ?
  • quels sont les liens qui existent entre les acquis d’apprentissage d’un dispositif de formation et les évaluations ? Le cahier consacré aux acquis d’apprentissage a pour but de répondre à ces questions et à un certain nombre d’autres questions importantes pour le processus de conception de dispositifs de formation.

3.2. Deuxième étape du processus de conception : on se préoccupe ensuite de déterminer comment on évaluera dans quelle mesure les acquis d’apprentissage visés sont atteints par chacun des apprenants : ce sont les évaluations. Il s’agit ici de répondre à la question « Qu’est-ce qui constitue une preuve de l’atteinte d’un acquis visé par l’apprentissage ? ». Les évaluations jouent un rôle essentiel dans la rétroaction envers les étudiants en leur indiquant où doivent porter leurs efforts pour progresser. Elles jouent également un rôle majeur pour les enseignants et les gestionnaires en leur permettant d’agir en vue d’améliorer la qualité ou l’efficacité du dispositif de formation. Le cahier concernant « l’évaluation des apprentissages » montre comment imaginer des dispositifs d’évaluation remplissant correctement leurs différents rôles.

A la fin du quadrimestre, les étudiants de première année en sciences de l’ingénieur présentent oralement le projet qu’ils ont réalisé ainsi que deux évaluations écrites : l’une spécifique aux acquis liés au projet, l’autre spécifique aux acquis disciplinaires en physique

La question suivante a été posée en 2012-2013 pour la physique. Chaque sousquestion est reliée à un ou plusieurs des 13 acquis d’apprentissage (AA) définis pour l’enseignement de la physique ( cfr l’exemple du point 3.1.)

Enoncé :

Une bobine est constituée de N = 200 spires de fil de cuivre bobinées régulièrement sur un noyau semblable à celui traité lors du second APP (voir figure ci-dessous). L’axe central du matériau magnétique supportant la bobine est de section carrée S de 7.2mm de côté. Les autres côtés du circuit magnétique ont des sections droites rectangulaires de 7.2mm x 3.6mm. La longueur moyenne de chaque côté extérieur du circuit magnétique c vaut 21.6mm.

cahier 2 image 6

Le matériau utilisé est du Permalloy 45 cité dans le tableau ci-dessous et on pourra faire l’hypothèse que les champs B et H sont uniformes sur toute la section S du matériau.

cahier 2 image 7

 

Questions

a. Etablissez l’expression du champ magnétisant H en fonction du courant I circulant dans la bobine en utilisant les valeurs numériques fournies.
b. Afin de rester dans la zone linéaire de la courbe d’hystérésis, on souhaite que le champ magnétique B produit ne dépasse pas 10% de la valeur du champ à saturation Bs correspondant au matériau choisi. Dans ce cas, quel est le courant maximum Imax que vous pouvez faire circuler dans la bobine ?
c. Que vaut dans ce cas le flux magnétique présent dans le matériau ?
d. Calculez l’inductance L de ce dispositif.

3.3. Troisième étape du processus de conception : en dernier lieu, il s’agit de définir et de concevoir la collection des sous-dispositifs de formation (exemple : unité d’enseignement n° 1 ou n° 2 ou cours magistral correspondant à l’unité d’enseignement n° 1, etc.  cfr. figure 1) et l’agencement de ces sous-dispositifs qui permettront aux apprenants d’atteindre les acquis d’apprentissage annoncés et d’en apporter la preuve en réussissant la ou les évaluations.

Cette troisième étape du processus est la phase de « réalisation » du dispositif de formation. C’est lors de cette phase que l’on agence des activités telles que séquences de cours (CM), de TD, de TP, d’apprentissages par problèmes (APP), d’apprentissages par exercices (APE), de projets, de stages en entreprise, etc. afin d’amener les apprenants à atteindre les acquis d’apprentissage visés.

Les dispositifs de formation se ramènent donc en fin de compte à des collections de dispositifs de formation de base atomiques. Les dispositifs de formation de base sont les activités d’apprentissage atomiques qui sont proposées aux apprenants : un cours magistral, une séance de travaux dirigés, une visite d’entreprise, un APP, etc. Comme les autres dispositifs de formation, ces activités visent à atteindre des acquis d’apprentissage et il doit être possible d’imaginer comment évaluer dans quelle mesure ces acquis visés sont effectivement atteints. Le terme « atomique » utilisé ci-dessus est relatif : en effet, on peut toujours décider de poursuivre la décomposition si cela s’avère utile.

Le cahier « Les activités d’apprentissage » passe en revue les principaux types d’activités d’apprentissage qui peuvent intervenir dans un dispositif de formation en fonction des types d’acquis visés par l’apprentissage et montre comment les agencer.

Dans l’exemple de l’enseignement de la physique, pour atteindre les acquis d’apprentissage définis, les enseignants ont mis en place, entre autres, le projet suivant (durée 4 mois) comme sous-dispositif.

« Votre objectif est de réaliser, mesurer et qualifier un dispositif comportant un système d’amplification permettant d’écouter sur deux haut-parleurs de votre fabrication les signaux stéréo provenant de la fiche jack 3,5mm d’un smartphone ou d’un baladeur MP3 et d’en faire varier le volume, l’intensité des sons graves et aigus. »

Pour amener les étudiants à s’approprier des acquis d’apprentissage visés par le projet, l’APP de physique suivant leur est proposé :

Un haut-parleur pour notre projet

Pour le projet du quadrimestre, vous devrez mettre au point vous-mêmes un petit système audio. Il s’agit de réaliser, entre autres, des enceintes à faible coût. Ce problème constitue une pré-étude d’un tel dispositif.

 

Vous disposez pour cela de petit matériel mécanique et électrique tel que :

  • des sources de tension comme au laboratoire (max 30V continu),
  • des bobines de fils de cuivre,
  • un amplificateur audio capable de fournir une puissance électrique de 2,5W maximum,
  • des petites pièces mécaniques,
  • des aimants de différentes formes et d’intensité comme celle de ceux cités en référence,
  • des feuilles de carton (masse de l’ordre de 200g/m²) qu’il est possible d’assembler (coller) p.ex. sous la forme de cônes ou de plier en accordéon de manière à obtenir des formes élastiques suspendues dont l’élasticité ou la raideur est connue ou mesurable.

 

IL VOUS EST DEMANDÉ DE :

  1. définir une géométrie particulière de votre haut-parleur ;
  2.  identifier des valeurs caractéristiques des impédances (résistance) de hautparleuret leur raison d’être;
  3. mettre en évidence en les expliquant les « lois » physiques exploitées ou mises en oeuvre;
  4. déterminer, en les justifiant, les valeurs

 

Comme il n’y a évidemment pas de solution unique pour ce problème, n’oubliez-pas de :

  • identifier les options éventuellement divergentes de votre groupe
  • préciser les contraintes techniques que vous vous fixez, (p.ex. en choisissant des constantes de raideur (ou à l’inverse : de compliance - flexibilité) de l’ordre du mm ou de la fraction de mm par N),
  • d’indiquer clairement les valeurs des paramètres que vous avez choisis, en regard de ceux que vous auriez calculés, et de ceux qui dépendent d’éventuellement d’autres paramètres.

 

Avec les consignes suivantes : Rédiger 3 transparents (max) reprenant séparément :

  1. votre démarche pour résoudre le problème proposé
  2. les concepts importants (connus et nouveaux) et leur explicitation claire, y compris les lois (formules)
  3. votre solution
  4. vos résultats numériques, que vous présenterez par tirage au sort.

3.4. Globalement, le processus de conception d’un dispositif est récursif puisqu’il implique, dans sa phase de réalisation, la conception et la réalisation de (sous-) dispositifs eux-mêmes à concevoir suivant le même processus : acquis d’apprentissage visés, évaluations, sous-dispositifs ou activités d’apprentissage.

Le point crucial est d’effectuer cette décomposition de façon telle que l’ensemble des acquis d’apprentissage visés par les sous-dispositifs mènent aux acquis d’apprentissage du dispositif.

3.5. Dans ses ouvrages [Biggs 1999] [Biggs 2003], J. Biggs présente et motive la notion d’alignement constructif, qui est à la base de l’approche de Wiggins & McTighe.

Le processus part des acquis visés par l’apprentissage, qui déterminent ce que les apprenants doivent être en mesure de démontrer à l’issue du dispositif de formation. Les acquis d’apprentissage visés par le dispositif de formation permettent aux enseignants de définir des critères d’évaluation qui correspondent à chacun des acquis visés et, ensuite, de construire des évaluations sur base de ces critères. Les évaluations sont donc « alignées » sur les acquis visés par l’apprentissage.

Les apprenants participent à des activités d’apprentissage qui ont été conçues en vue de leur permettre d’atteindre un ou plusieurs des acquis d’apprentissage visés par le dispositif de formation. Ces activités préparent en outre les apprenants aux évaluations. Les activités sont donc « alignées » sur les acquis visés et sur les évaluations.

cahier 2 image 8

L’exemple développé à propos de l’enseignement de la physique en première année du programme en sciences de l’ingénieur illustre le principe d’alignement. Celui-ci stipule que, si l’enseignant attend que les apprenants se soient appropriés les acquis d’apprentissage visés, il est indispensable que ces mêmes apprenants aient pu s’y exercer aux cours des diverses activités d’apprentissage organisées. Selon cette conception, il ne s’agit donc pas de « montrer comment faire », mais bien de « faire faire par les apprenants ».

3.6. Tableaux d’alignement : Concrètement, pour vérifier le principe de l’alignement, il est intéressant, lors de la conception d’un enseignement et des évaluations qui s’y rapportent, de construire deux tableaux à double entrée : l’un mettant en rapport les acquis d’apprentissage visés (AA) avec les activités organisées pour les étudiants et l’autre mettant en rapport les acquis d’apprentissage visés avec les questions d’évaluation. La comparaison des deux tableaux permet de vérifier si on évalue bien des acquis d’apprentissage qui ont effectivement été visés par des activités pendant l’apprentissage.

Le tableau 1 a été construit à partir des acquis d’apprentissage définis pour l’enseignement de la physique dans le cadre du programme en sciences de l’ingénieur. Dans l’exemple proposé, deux Apprentissages par problème (APP1 et APP2), deux Apprentissages par exercices (APE1 et APE2), un cours magistral (CM) et encore d’autres activités ont été organisés pour les étudiants. Le tableau 1 (partiel) montre quels acquis d’apprentissage sont visés par quelles activités. Le tableau 2 montre quels acquis d’apprentissage sont visés par quelles questions de l’évaluation présentée p. 16.

En examinant ces tableaux, on se rend compte, dans cet exemple-ci, que l’acquis d’apprentissage de physique n° 8 n’a été ni exercé pendant une des activités prises en compte dans le tableau 1, ni évalué lors de l’évaluation en question (voir tableau 2). On en déduit qu’il faudrait sans doute ajuster les activités pour prendre en compte cet acquis d’apprentissage et soit ajouter une question à l’évaluation, soit prévoir une autre évaluation.

 

TABLEAU 1 : Mise en relation Acquis d’apprentissage visés – sous-dispositifs (partiel)

tableau 1 atableau 1 b

 

TABLEAU 2 : Mise en relation Acquis d’apprentissage visés – évaluation

tableau 2 atableau 2 b

 

Dernière modification
21/11/2018