MOSFECCS
Les cours de chimie organique I et II (Biol./Pharm. Sci./HST) sont deux cours de première année des programmes d'études Biologie, Sciences et technologies de la santé, et Sciences pharmaceutiques (500 - 600 étudiants). Tandis que OC I se concentre sur la structure des molécules, OC II introduit les types de base des réactions organiques. La réactivité des molécules doit être comprise à partir de leur structure.
Les cours se composent d'un cours, d'une section d'exercices et d'un centre d'étude. En outre, les étudiants ont à leur disposition un cours Moodle avec un large éventail d'exercices en ligne.
Le présent projet concerne les exercices en ligne. Il s'agit d'un outil logiciel (MOSFECCS) développé pour permettre le dessin de structures moléculaires et leur encodage sous forme de chaînes alphanumériques (appelées SMILES), qui peuvent être saisies comme réponses dans des quiz textuels Moodle et notées par le système.
MOSFECCS = MOlecular Structural Formula Editor Calculating Canonical SMILES
SMILES = Système simplifié d'entrée moléculaire en ligne
Mise en œuvre du cours pendant la période d'apprentissage à distance
L'environnement d'apprentissage en ligne Moodle utilisé à l'ETH est en grande partie basé sur le texte, ce qui constitue une grave lacune en chimie, où la génération graphique et le traitement électronique des structures moléculaires sont essentiels. De plus, l'effet d'apprentissage pour les étudiants est nettement plus grand lorsqu'ils dessinent des molécules à partir de rien plutôt que de faire simplement des sélections à choix multiples.
Out of this need, we have developed the structural formula editor MOSFECCS. Par rapport aux générateurs SMILES existants, il présente un certain nombre d'avantages techniques et didactiques : l'interconversion "formule structurelle ⇄ code SMILES" est bi-unique, le code généré est indépendant de l'ordre dans lequel les atomes et les liaisons sont tirés, la gestion des structures dites de résonance a été grandement améliorée, il n'y a pas d'auto-correction des erreurs chimiques, les structures doivent être tirées dans le détail complet (il n'y a pas de blocs de construction prédéfinis), et enfin, le code source est publié.
Le début du projet précède la pandémie, mais l'importance croissante des exercices en ligne dans l'apprentissage à distance a forcé son développement et son optimisation, de sorte que le code source était prêt à être publié en mai 2021 : https://github.com/mosfeccs-editor/MOSFECCS. Les capacités du simple encodeur de structure initial MOSFECCS ont été étendues pour permettre de dessiner et de convertir en SMILES non seulement des atomes et des liaisons mais aussi des paires d'électrons isolés (→ structures de Lewis complètes) et des arcs de déplacement d'électrons (→ mécanismes de réaction), et même des schémas de réaction complets, prêts à être saisis comme réponses dans des quiz Moodle.
L'éditeur fonctionne sur les ordinateurs de bureau ou les ordinateurs portables, ainsi que sur les tablettes et les smartphones, par exemple dans le cadre de la nouvelle application Moodle de l'ETH. MOSFECCS est programmé en JavaScript et peut être intégré sans effort dans n'importe quel cours Moodle.
Si une structure moléculaire est demandée comme réponse dans un quiz en ligne, les étudiants la dessinent à l'aide de MOSFECCS et génèrent le code SMILES correspondant, qu'ils copient dans le champ de réponse du quiz. Une fois soumis, le code est comparé à une ou plusieurs réponses stockées (partiellement) correctes. En fonction du concept du quiz, des feedbacks intermédiaires peuvent être renvoyés en cas de réponses partiellement correctes et une nouvelle tentative sera autorisée. Après la soumission finale, la réponse est classée comme (partiellement) correcte ou incorrecte et notée. Le feedback final comprend un échantillon de solution.
Dans les cours de CO I et II, il est apparu que des solutions élaborées à partir d'échantillons sont une motivation importante pour les étudiants à persévérer dans les exercices en ligne. Si une solution n'est pas facilement compréhensible, les étudiants peuvent abandonner et renoncer à faire d'autres quiz. C'est pourquoi, en plus de l'optimisation de MOSFECCS et de l'élargissement de la gamme d'exercices, la période de pandémie a été utilisée pour réviser les solutions d'échantillons existantes et pour développer en détail les chemins de solution.
Toutes les questions restantes peuvent être posées dans un forum Moodle. Idéalement, elles seront répondues par d'autres étudiants, ou une discussion s'ensuivra. Si ce n'est pas le cas, l'enseignant fournira une réponse. Le forum permet également de signaler des erreurs ou des problèmes techniques. Il n'est pas surprenant que les réponses rapides à n'importe quel message aient un effet motivant sur les étudiants.
Les exercices en ligne et les auto-évaluations en OC I et II sont facultatifs et les notes attribuées par Moodle ne servent que de feedback, c'est-à-dire qu'elles ne comptent pas comme performance semestrielle (décision du professeur). La participation aux auto-évaluations est recommandée au début, au milieu et à la fin du semestre. Les quiz sont organisés en fonction des chapitres du cours et du niveau de difficulté, mais les étudiants sont libres de choisir ceux qu'ils veulent prendre et quand ils le font (en général, il y a une activité accrue sur Moodle pendant la période de préparation de l'examen).
En conclusion, le développement de MOSFECCS a rendu possible un traitement complet de la matière de la chimie organique I et II dans des exercices en ligne Moodle grâce à sa capacité à générer des structures moléculaires encodées alphanumériquement qui peuvent être saisies dans l'environnement d'apprentissage en ligne essentiellement basé sur le texte. L'importance de MOSFECCS dans l'apprentissage à distance de la chimie se reflète, entre autres, par une augmentation d'environ 45% de l'activité des étudiants sur Moodle au cours du semestre de printemps 2020. C'est également MOSFECCS qui a permis le passage du papier aux examens en ligne dans le cours de chimie organique de 1ère année susmentionné avec >500 participants.
Concept général du cours avant, pendant et après la pandémie
Avant la pandémie :
Les cours de chimie organique I et II avec vidéo en streaming de salle de cours à salle de cours présentent les concepts de base de la chimie organique. Les principaux supports utilisés sont un vidéoprojecteur (présentation de diapositives) et une caméra document (exemples de problèmes en classe, manipulation de modèles moléculaires). A la maison, les étudiants approfondissent leurs connaissances à l'aide de notes de cours, de la présentation de la conférence et de cahiers de textes.
Cela devrait leur permettre de résoudre le problème de la semaine, qui est discuté en détail pendant le cours d'exercice (petits groupes d'environ 25 étudiants par assistant d'enseignement). Dans l'OC I, le professeur se rend régulièrement dans les groupes d'exercices pour donner à tous les étudiants (500-600 au total) la possibilité de lui parler directement. En OC II, un centre d'étude est proposé en plus de la leçon d'exercice.
Spécifique au projet : les exercices constituent une partie extrêmement importante de ce cours, les étudiants sont équipés d'un large éventail de quiz en ligne supplémentaires, d'auto-évaluations et d'anciens examens en ligne. Ils se familiarisent ainsi dès le premier jour avec le système (Moodle) et les outils (MOSFECCS) utilisés lors de l'examen en ligne de 1ère année.
Pendant la pandémie :
Comme les cours OC I et II sont diffusés en continu de salle de cours en salle de cours par défaut, relativement peu d'ajustements ont été nécessaires pendant la pandémie (livestream internet plus enregistrement par le service multimédia de l'ETH). Les étudiants ont pu poser des questions en direct dans le chat eduApp, auxquelles le professeur a répondu oralement à la fin de chaque section. Les cours d'exercice ont été dispensés via Zoom.
Spécifique au projet : L'éditeur de formules structurelles MOSFECCS, essentiel pour la saisie de structures moléculaires dans les exercices en ligne, a été optimisé et développé de manière à ce que son code source puisse être publié en mai 2021. En outre, la gamme d'exercices en ligne a été élargie (≥ 1000 questions individuelles). Conjointement à l'élaboration d'échantillons de solutions détaillés, cela a entraîné une augmentation significative de l'utilisation (plus 30-45% au cours de la 1ère année de la pandémie).
Après la pandémie :
Spécifique au projet : MOSFECCS continuera d'être développé et utilisé de manière intensive dans le cadre d'exercices et d'examens en ligne. Après la publication de son code source, cela sera possible dans le monde entier.