Microlab ExAO : pour visualiser la science

La mathématique et les sciences en général ouvrent les portes vers de multiples carrières. Pourtant, ces disciplines demeurent souvent abstraites et difficiles à comprendre pour les élèves qui risquent alors de passer à côté de certaines possibilités. Pour contrer cela, Pierre Nonnon, professeur titulaire au département de didactique de la Faculté des sciences de l’éducation à l’Université de Montréal, a eu l’idée de concevoir le Microlab ExAO.

Que signifie le Microlab ExAO? Il s’agit de la conception et du développement d’un environnement de microlaboratoire informatisé d’apprentissage avec des expérimentations assistées par ordinateur (ExAO).

Plus simplement, il s’agit d’un appareil, un microcontrôleur sur lequel sont branchés différents capteurs détectant diverses variables comme la vitesse, la température ou encore la luminosité. Le microcontrôleur est lui-même relié à un ordinateur. Lors d’une expérience, l’information est acheminée des capteurs au microcontrôleur, qui les transmet ensuite à l’ordinateur. L’information reçue est alors illustrée directement à l’écran sous forme de graphiques. Ce système a l’avantage de rendre rapidement plus concret les résultats d’une expérience en un seul coup d’œil.

Visualiser l’invisible

Voici un exemple. Vos élèves vous ont-ils déjà posé ce type de question : pourquoi a-t-on l’impression en hiver que la nuit est plus lumineuse qu’au mois de novembre quand tout est sombre? Pour démontrer l’absorption de la lumière par la neige, des principes physiques s’appliquent. Voici comment vous pourriez l’expliquer si votre classe était équipée d’un Microlab.

Dans un premier temps, il s’agirait de mesurer, avec une source de chaleur, la température de l’asphalte et de la neige. Aux fins de l’expérience, ceux-ci seraient remplacer par un carré blanc et un carré noir sous lesquels on aurait placé des thermomètres. À l’écran, grâce au logiciel de l’ExAO, les élèves verraient en temps réel, après une exposition à la lumière des deux cartons, dans les mêmes conditions, lequel absorbe ou non la chaleur. Pourquoi? Parce que chaque carton serait muni d’un capteur. À l’écran, simultanément, les élèves constateraient que la chaleur du carton noir progresse, alors qu’elle sera plus stable pour le blanc.

Après la France, le Québec?

Pour M. Nonnon, le Microlab n’est pas qu’un simple projet universitaire. Il y voit des applications bien réelles dans les salles de classe du primaire et du secondaire. Il est d’ailleurs déjà en train d’implanter son système au Maroc. « On l’a développé en France. Il est présent dans tous les lycées et collèges (secondaire) », assure-t-il. Le Microlab est aussi pertinent pour les étudiants au niveau professionnel. Dans tous les cas, il permet de « visualiser les interactions des variables présentées en même temps sur l’écran de l’ordinateur sous formes graphiques. »

Évidemment, l’objectif du professeur Nonnon est d’équiper les écoles québécoises (et d’ailleurs aussi) en leur fournissant gratuitement les plans et fichiers Gerber qui permettent d’assembler leur propre Microlab. Il a fait la proposition au ministère de l’Éducation. Selon lui, une école pourrait s’équiper d’un Microlab ExAO pour environ 100 $.

« Nous voulons avec ce projet favoriser, précise-t-il, une pratique soutenue des sciences expérimentales, en proposant un environnement réel de laboratoire par opposition aux simulations. Il est informatisé et portable, accessible à tous, devant n’importe quel ordinateur (Windows). »

Des applications dans plusieurs cours

Jusqu’à maintenant, il a conçu quelque 250 microcontrôleurs et 600 capteurs vérifiant près d’une dizaine de variables comme la pression, la distance ou encore la fourchette optique. D’après M. Nonnon, outre les cours de physique, sa création peut aussi servir dans les cours de biologie grâce aux capteurs analysant l’oxygène, la luminosité ou la pression; les cours de chimie en mesurant le pH et la conduction; et enfin, la technologie en permettant aux élèves de construire leurs propres capteurs.

En ces temps de classe virtuelle, l’outil pédagogique pourrait même être amené à la maison par les élèves pour poursuivre leurs expérimentations. Le professeur Nonnon accepte d’être contacté par ceux qui souhaiteraient en savoir plus sur le Microlab ExAO.