L'enseignement des mathématiques et des sciences exige bien plus que la simple transmission de connaissances et d'idées fondamentales. Les élèves doivent s'immerger dans des pratiques qui leur permettent de développer des compétences transversales telles que le calcul, la modélisation, la résolution de problèmes et le raisonnement s'ils veulent réussir dans un monde qui utilise de plus en plus les sciences et la technologie. Dans le passé, il a été difficile de mesurer les compétences du XXIe siècle, comme la résolution de problèmes et la collaboration, car les évaluations traditionnelles des mathématiques et des sciences contiennent des éléments de test qui sont notés, en fonction de la réponse finale de l'élève.
Bien que les rubriques de notation vous permettent d'attribuer des points en fonction du degré de correction de la réponse ou de la partie de réponse (entièrement, partiellement ou pas du tout), ce type de score ne fournit pas les données riches qui permettraient à un éducateur de déterminer comment ses élèves arrivent à leurs réponses à des problèmes donnés. De plus, alors que l'évaluation passe à un environnement numérique, les types d'items de mathématiques et de sciences couramment utilisés aujourd'hui sont principalement des questions à choix multiples et des réponses construites : des types d'items qui sont relativement simples à développer et qui peuvent facilement être administrés dans un cadre à grande échelle.
La solution : Interactions personnalisées portables
En déployant des évaluations numériques qui incluent des éléments interactifs construits à l'aide d'interactions personnalisées portables (PCI), il est possible d'ouvrir la fenêtre à des expériences de test plus créatives et immersives pour voir le processus de réflexion d'un étudiant tout au long d'une activité de résolution de problème. Il n'y a pas si longtemps, les éléments améliorés par la technologie (TEI) nécessitaient un investissement important en termes de temps, d'argent et d'expertise en programmation avant même d'être considérés comme une composante d'un environnement d'apprentissage ou d'évaluation. Or, ce n'est plus le cas. Aujourd'hui, les éléments PCI sont simplement des éléments améliorés par la technologie qui sont construits selon la "norme ouverte PCI".
Les applications logicielles d'évaluation et d'apprentissage qui intègrent la norme PCI donnent aux utilisateurs la possibilité de créer des éléments de résolution de problèmes et la flexibilité d'inclure dans l'élément un nombre et un type illimités d'interactions (basées sur la norme QTI), comme le point chaud, le glisser-déposer, la saisie de texte et le graphique. Ces mêmes normes garantissent l'interopérabilité du contenu et des données de l'élément dans l'environnement numérique d'une institution. En termes pratiques, les modules de création d'articles conformes aux normes QTI et PCI, tels que le module Item Creator de TAO, permettent aux auteurs d'articles de faire preuve d'une créativité illimitée pour conceptualiser des tâches de résolution de problèmes qui tirent parti de n'importe quel modèle d'interaction parmi toute la gamme.
Ces items riches, et apparemment complexes, peuvent être utilisés pour mesurer la façon dont les élèves interagissent dans une situation donnée pour analyser et résoudre un problème. Par exemple, la Direction de l'évaluation, de la prospective et de la performance (DEPP) du ministère français de l'Éducation nationale a publié un certain nombre d'items interactifs types utilisant la norme PCI.
L'un de ces items évalue les connaissances et les compétences liées à la relativité du mouvement, et permet à l'étudiant d'interagir avec les personnages à l'écran pour voir le mouvement dans le scénario du point de vue de chaque personnage.
Les exercices et les questions inclus dans les éléments interactifs font participer les élèves à plusieurs niveaux et saisissent non seulement leurs réponses, mais aussi leur processus de réflexion. En fait, les riches données de journal (événements d'apprentissage) capturées par ces éléments, telles que l'heure à laquelle les étudiants commencent et arrêtent leur travail, les mouvements de la souris, l'utilisation de différents outils à l'écran, le temps d'inactivité et une capture d'écran des dernières actions, permettent aux éducateurs d'avoir une vision approfondie de la façon dont les étudiants abordent le problème et d'identifier les domaines qui pourraient nécessiter une attention supplémentaire. En d'autres termes, les PCI permettent de collecter bien plus que les réponses numériques et fournissent des données pour faciliter la boucle de rétroaction entre l'enseignement, l'apprentissage et l'évaluation.
Résultats de l'impact de l'apprentissage
Dans cette optique, la DEPP, le ministère luxembourgeois de l'éducation et leurs contractants Vretta et Wiquid ont collaboré pour créer un certain nombre d'items PCI à plusieurs étapes en utilisant TAO. Vretta a développé les items PCI en mathématiques, et Wiquid a développé les items PCI en sciences. L'objectif était d'introduire ces items dans le CEDRE (cycle des évaluations disciplinaires réalisées sur échantillons/Cycle of Sample-based Subject Specific Assessments), qui sont des tests annuels à faible enjeu en France donnés dans une variété de sujets, dont l'histoire, la géographie, les sciences, les mathématiques, les langues étrangères et le français.
Les examens CEDRE ont été introduits en 2003 sous forme d'évaluations papier-crayon, ont migré au format numérique en 2016 et sont maintenant administrés sur des ordinateurs de bureau. Les examens de sciences et de mathématiques contiennent chacun entre 50 et 60 items issus d'une banque de 300 items. En mai 2016, la DEPP a introduit pour la première fois trois PCI de mathématiques et deux PCI de sciences dans un test standardisé à l'échelle nationale, qui a été administré à 8 000 élèves de 9e année. La DEPP a collaboré avec Capgemini pour analyser les données de journal résultantes des trois PCI de mathématiques. Cet exercice a fourni des observations très riches et intéressantes en ce qui concerne les stratégies utilisées par les élèves pour résoudre les questions interactives.
Par exemple, une question demandait aux élèves d'estimer la circonférence d'un lac. Les données de journal recueillies ont montré que les élèves confondaient souvent "circonférence" et "superficie", à en juger par les étapes qu'ils suivaient pour résoudre le problème. Vous trouverez ci-dessous des exemples de données recueillies dans quatre réponses d'élèves.
Les données recueillies pour chaque réponse montrent les lignes que chaque élève a tracées pour tenter de résoudre le problème, le pourcentage qui se trouve à l'intérieur du bord (ou de la circonférence) du lac, et l'estimation de la mesure par l'élève.
Au printemps 2017, lorsque la DEPP a poussé la pratique un peu plus loin et a augmenté l'échelle à la fois en termes de nombre de PCI administrés et de nombre d'élèves participants. Cette fois, 12 PCI de sciences ont été administrés à 10 000 élèves, tandis que 25 PCI de mathématiques ont été administrés à 11 000 élèves.
Retour sur investissement
Les PCI et leurs données d'enregistrement peuvent fournir un excellent retour d'information à la communauté éducative - y compris les enseignants, les chercheurs et les décideurs - sur le niveau d'engagement des élèves, leur compréhension des matières enseignées et la façon dont ils abordent la résolution de problèmes. Comme le TAO est construit sur une source ouverte, le DEPP peut tirer parti de ressources supplémentaires fournies par la communauté des utilisateurs.
