Physics Lab Courses in Corona times
Nous proposons des cours de laboratoire pour débutants à tous les étudiants en physique et comme service aux étudiants d'autres départements. Notre personnel enseignant se compose de 6 personnes principales responsables (auteurs de cette documentation) ainsi que de plus de 40 assistants d'enseignement.
Dans le mode d'enseignement traditionnel du cours de laboratoire de physique, les étudiants viennent au laboratoire plusieurs heures par semaine et réalisent une sélection d'expériences en utilisant des configurations existantes.
Mise en œuvre du cours pendant la période d'apprentissage à distance
Après la fermeture de toutes les salles de cours le 16 mars 2020 en raison des restrictions de COVID, 7 nouvelles expériences "@home" ont été conçues et développées dans un court laps de temps de seulement 2 semaines, et le cours a été relancé en mode d'apprentissage à distance dans la semaine du 30 mars. Plus tard, 8 expériences supplémentaires ont été ajoutées et nous pouvons maintenant offrir un total de 15 expériences "@home" en ligne.
Toutes les nouvelles expériences devaient être basées sur des objets et du matériel disponibles pour les étudiants à la maison, car il était impossible d'acheter des articles non essentiels à la vie quotidienne pendant la période de lock-down. En même temps, nous avons pris grand soin de préserver la valeur didactique, le contenu physique et le niveau d'enseignement du cours. Une des idées les plus importantes dans la conception du projet était de remplacer les instruments de mesure disponibles au laboratoire de physique par des capteurs présents dans chaque smartphone, complétés par de simples outils de mesure domestiques. En même temps, nous n'avons pas pu nous appuyer sur les nombreuses expériences disponibles sur smartphone qui complètent les applications : ces expériences sont généralement conçues pour des élèves du secondaire et ne sont pas assez stimulantes pour nos étudiants. Nous avons donc dû concevoir une série de nouvelles expériences avec un contenu physique plus élevé.
Les nouvelles tâches expérimentales que nous avons conçues comprenaient, entre autres, la détermination de la vitesse du son à l'aide d'une bouteille à boire ordinaire, la construction d'un spectromètre visible-lumineux en carton et d'un disque compact, la mesure de la vitesse du son et des modes d'ondes stationnaires dans un tube en carton, et la vérification de la loi de Malus avec un écran d'ordinateur et des lunettes polarisées. Pour les étudiants en physique qui sont généralement plus expérimentés en matière de modèles mathématiques et de programmation, trois expériences de simulation sur ordinateur ont également été générées pour illustrer des phénomènes avancés, tels que le rôle du bruit thermique pour les capteurs nanomécaniques.
Le problème le plus crucial à résoudre était le remplacement du suivi personnel rapproché et de la supervision pratique des étudiants pendant les cours traditionnels en laboratoire par une communication à distance. Nous avons développé un protocole qui exigeait que des groupes d'étudiants (qui s'étaient inscrits à la même expérience) participent à une réunion commune de zoom en ligne avec un ou deux assistants d'enseignement. Lors de cette première réunion, les assistants ont vérifié que les étudiants avaient lu et compris le manuel d'instructions, qu'ils étaient bien préparés et qu'ils avaient tout le matériel nécessaire à leur disposition. Les assistants d'enseignement ont répondu aux questions, donné des conseils utiles et utilisé des salles de pause avec certains étudiants lorsque cela était nécessaire. Dès lors, les étudiants ont été invités à réaliser l'expérience de manière autonome. Différents canaux de communication étaient disponibles sur demande pour que les étudiants posent des questions ou confirment leurs idées, tandis que les assistants surveillaient les progrès et offraient leur aide. Vers la fin de l'expérience, un dernier appel vidéo a été organisé avec chaque étudiant pour discuter des résultats, obtenir des commentaires et donner des instructions finales pour le rapport écrit que les étudiants devaient fournir pour passer l'expérience. En cas de problèmes sérieux avec le rapport, les assistants organisaient des réunions de zoom supplémentaires avec des étudiants particuliers, afin que chaque étudiant soit en mesure de répondre aux exigences standard de la formation.
Le processus en ligne reflète plus ou moins les différentes étapes que nous avons appliquées pendant les périodes non codifiées. Nous avons délibérément renoncé à surcharger les aspects organisationnels afin de permettre une future intégration sans faille des nouvelles expériences en ligne dans notre portefeuille d'expériences en classe.
Course description
Concept général du cours avant la pandémie - pendant - après
Avant la pandémie, toutes les expériences étaient réalisées sur place dans les laboratoires de physique. Sous la supervision d'assistants et avec des instructions détaillées, les expériences de physique ont été réalisées, évaluées et consignées dans un rapport. Ces rapports ont été corrigés par les assistants et améliorés par les étudiants si nécessaire.
Pendant la pandémie, les installations de laboratoire étaient soit indisponibles, soit seulement disponibles pendant une partie du semestre. Dans ces circonstances, les configurations expérimentales existantes n'ont pas pu être utilisées. Pour surmonter cet obstacle, nous avons eu recours à de nouvelles expériences en ligne générées par nous-mêmes et nos assistants, qui pouvaient être réalisées par les étudiants à domicile avec des matériaux faciles à obtenir, avec des capteurs de smartphone, et éventuellement avec des simulations informatiques. Le contact avec l'assistant a été maintenu par des réunions de zoom tout au long de l'expérience. La grande majorité des expériences disponibles en ligne (par exemple la collection PhyPhox) sont trop simples pour nos étudiants. Le défi pour notre équipe a alors été de définir des expériences qui nécessitaient que les étudiants soient créatifs dans leur conception expérimentale et précis dans leur réalisation, tout en présentant de manière vivante au moins un aspect important de la physique expérimentale.
Par exemple, les étudiants en physique ont été capables de générer une onde sonore stationnaire et de détecter directement les maxima et minima locaux de l'onde en déplaçant un microphone de smartphone. Les rapports écrits et leur correction ont été gérés de la même manière qu'avant la pandémie, à l'exception du contact personnel entre les étudiants et les assistants qui s'est fait via Zoom. Nous avons sélectionné et conçu toutes les expériences en ligne de manière à ce qu'elles répondent pleinement à nos objectifs d'apprentissage et favorisent nos attentes en matière de développement des compétences. Pour illustrer le succès de nos efforts, le D-MAVT - qui compte le plus grand nombre d'étudiants inscrits - a accepté de rendre obligatoire au moins une expérience en ligne dans son programme d'études.
Après la pandémie, nous proposerons à nouveau des expériences sur site pour la plupart, mais nous les compléterons de manière sélective par les expériences en ligne les plus instructives et les plus populaires. Si possible, nous prévoyons de travailler au développement d'autres expériences en ligne. Notre objectif principal, cependant, est de maintenir et de développer notre portefeuille d'expériences sur site.
