MOOC, sciences expérimentales et laboratoires virtuels

Des laboratoires virtuels pour pratiquer des expériences dangereuses ou coûteuses à prix réduit … Quel enseignant de sciences n’en n’a pas rêvé ? A force de m’intéresser aux retours sur investissement des systèmes éducatifs, j’avais commencé il y a quelques années de cela à me poser des questions sur le bien-fondé de l’approche traditionnelle des travaux pratiques. Alors, faut-il remplacer la bonne vieille paillasse par des laboratoires virtuels que l’on intégrerait au sein des MOOC ? Fini les expériences de chimie douteuses, fini les bonnes vieilles dissections de souris ? Place à l’écran ? Retour sur une idée qui séduira plus d’un enseignant de sciences (et qui hérissera naturellement les autres).

Tout d’abord, quelques éléments de contexte. Après avoir échoué à monter mon projet d’académie numérique Skillwiki, je devais trouver à tout prix une thèse dans le domaine du numérique éducatif. Le premier jet de mon sujet de thèse a été rédigé en novembre 2011, quelques semaines avant que Sebastian Thrun et Daphne Koller ne lancent leurs premiers cours en ligne d’Intelligence Artificielle et de Machine Learning, respectivement. Ces cours ne s’appelaient pas encore des MOOC, et personne ne pensait alors que le mouvement prendrait une telle ampleur. Impossible dans ces conditions de proposer directement un sujet de thèse sur la question. J’avais dû trouver un compromis entre ce qui me plaisait, mes anciens projets d’académique numérique de science, mon passé de biologiste, et la réalité du terrain.

Le laboratoire virtuel semblait être ce qui correspondait le mieux à l’ensemble de ces critères, et c’est pour cette raison le site theses.fr, qui répertorie les sujets de thèse en préparation, rapporte qu’officiellement je fais un doctorat sur les laboratoires virtuels. Ce qui est en vérité tout à fait faux. Entre le moment où j’ai déposé le sujet, et le moment où j’ai commencé officiellement ma thèse, en octobre 2012, la bombe MOOC avait explosé. Dès le premier jour de ma thèse, je travaillais déjà sur les MOOC. De toute façon le sujet de la thèse se construit au cours de la première année. Ces évolutions sont un grand classique. Fermons la parenthèse et revenons à nos moutons.

Pour maîtriser une science expérimentale, il ne s’agit pas uniquement de mémoriser des concepts, il faut être capable de mettre les mains dans le cambouis, de mettre en place des expériences, de savoir les analyser, etc. Et ça, cela passe nécessairement à un moment ou un autre par des travaux pratiques. Soit. Mais est-ce que l’approche qui consiste à suivre étape après étape un protocole mis au point par d’autres (approche cook book pour les anglo-saxons) est intéressante du point de vue pédagogique ? Pour avoir fait des dizaines de séances de TP au cours de mes études et pour en avoir encadré quelques-uns quand j’étais moniteur de biologie (au cours de ma première année de thèse), j’en doute.

Car dans l’approche « cookbook », pas besoin de réfléchir. Il faut juste suivre ce qu’il y a écrit sur le protocole. Pas de défi, pas de réflexion, et on peut même très bien réussir le TP sans avoir du tout compris ce que l’on faisait. Qu’en retire-t-on concrètement ? Éventuellement davantage de dextérité dans la manipulation des appareils. Mais  en termes de réflexion, a-t-on progressé ? Cela reste à prouver. Pire, la plupart des séances de travaux pratiques auxquelles j’ai assistées faisaient à mon sens davantage régresser que progresser. Pourquoi ? Parce que nous passions notre temps à bidouiller les résultats – et les enseignants étaient parfois pousse-au-crime à certains égards – pour que cela corresponde à ce qui était attendu. Or le manque de rigueur dans la démarche expérimentale est certainement le pire défaut du scientifique.

Certes, mais on ne va pas laisser les étudiants monter eux-mêmes leurs expériences sous prétexte que c’est plus intéressant du point de vue pédagogique, si ? Vu le coût des séances de TP traditionnelles, si en plus on doit dépenser des sous pour laisser aux étudiants faire leurs erreurs, on va exploser les budgets. Cependant, il faut savoir qu’aux Etats-Unis (en avance par rapport à nous, comme d’habitude), l’approche cook book est de plus en plus critiquée, et certains expérimentent d’autres formes de pédagogie. Certaines expérimentations de Stanford ont d’ailleurs donné des résultats particulièrement encourageants.

Soit, mais comment fait-on quand on n’a pas le budget de Stanford ? Quand on ne peut pas se permettre de payer 200 euros de consommable par étudiant pour un TP. Quand on considère que ce qui compte, c’est ce que l’étudiant a appris, et non les sommes qui ont été dépensées. A mon sens, nous devons penser en termes d’obligation de résultats, et non pas en termes d’obligation de moyens. Et les résultats, ce sont les progrès de l’étudiant, qu’il faut pouvoir mesurer individuellement. Eh bien, dans ce contexte, les laboratoires virtuels pédagogiques ont du sens. Ce sont des salles d’expérimentation virtuelles qui permettent aux étudiants de réaliser des travaux pratiques de manière informatisée (Zumbach 2006, Cobbs 2009). Ils offrent une liberté d’exploration et d’essais et d’erreurs impossible à envisager dans la pratique. Sauf qu’en fait, ils ne sont pas (encore) vraiment au point.

Laboratoire virtuel Lifelab

L’idée n’est pas vraiment nouvelle à vrai dire, circule déjà depuis un certain temps dans la communauté MOOC, et s’impose comme une idée phare des futurs MOOC de sciences expérimentales. Economie de consommables, respect de la vie animale (surtout pour les travaux pratiques de biologie, car quand vous aurez comme moi passé au mixer le cerveau de mignonnes petites souris blanches, on en reparle), intérêt pédagogique et surtout passage à l’échelle de l’enseignement, qui peut être ouvert à l’ensemble de la planète (la démocratisation de l’enseignement supérieur, tout ça tout ça) … Il y a beaucoup de raisons d’y réfléchir. Et beaucoup l’ont déjà fait à vrai dire … Nous y reviendrons.

Zumbach et al. Learning Life Sciences: Design and Development of a Virtual Molecular Biology Learning Lab. Journal of Computers in Mathematics and Science Teaching, 25, 281-300 (2006)