Formation des enseignants en sciences : intégrer la technologie à des fins pédagogiques

La finalité pédagogique avant l’outil

Le Cadre européen pour la compétence numérique des éducateurs (DigCompEdu), élaboré par la Commission européenne — Centre commun de recherche (JRC) —, organise la compétence numérique des enseignants en domaines qui comprennent l’engagement professionnel, les ressources numériques, l’enseignement et l’apprentissage, l’évaluation et l’autonomisation des apprenants. Le cadre oriente des décisions telles que la sélection ou la création de ressources en fonction de l’objectif, du contexte, de l’approche pédagogique et des caractéristiques du groupe ; la protection des contenus et des données ; et l’analyse des preuves d’apprentissage. Il s’agit d’une référence professionnelle, et non d’une étude sur une application ni d’une preuve que l’intégration de la technologie améliore à elle seule l’apprentissage (DigCompEdu, Commission européenne — JRC).

Le cadre TPACK complète cette perspective en mettant en relation les connaissances technologiques, pédagogiques et disciplinaires. Il ne suffit pas de savoir utiliser un outil : la manière d’enseigner et le concept scientifique abordé comptent également. Ces deux cadres aident à réfléchir aux décisions pédagogiques, mais ne garantissent pas l’efficacité d’un outil ou d’une activité.

Dans la pratique, il convient d’abord de définir quel concept scientifique on souhaite enseigner, quelle difficulté pourrait survenir et quelle performance montrerait que l’élève a compris. On peut ensuite choisir entre une simulation, un laboratoire virtuel, des capteurs ou des supports non numériques. La question n’est pas de savoir si un outil est novateur, mais s’il aide à atteindre l’objectif et permet d’observer le raisonnement des élèves. DigCompEdu inclut également l’accessibilité, la différenciation et la participation active : la compétence des enseignants ne se réduit pas à la maîtrise technique de la ressource.

Une revue systématique de 2026 sur la compétence numérique dans l’enseignement de la physique, fondée sur des recherches dans Scopus et des publications en anglais, rassemble des travaux aux dispositifs hétérogènes. Elle décrit les possibilités offertes par les simulations et les laboratoires virtuels lorsqu’ils sont alignés sur des objectifs pédagogiques, mais souligne que les perceptions, les autoévaluations ou les validations par des experts ne suffisent pas à démontrer des améliorations de l’apprentissage. Cette revue apporte un éclairage sur le domaine ; elle n’estime pas un effet universel et ses conclusions ne s’étendent pas automatiquement à toutes les sciences et à tous les niveaux (revue sur la compétence numérique dans l’enseignement de la physique).

Concevoir des activités permettant d’examiner le raisonnement

Une séquence d’investigation peut commencer par une question, demander une prédiction, faire varier une condition tout en maintenant les autres constantes, consigner les observations et justifier une explication. La ressource numérique peut aider à explorer un phénomène, mais l’interaction ne constitue pas à elle seule une démarche d’investigation. Pour examiner l’apprentissage, ce que l’élève peut expliquer ou faire importe davantage que le simple fait d’avoir accompli une action à l’écran.

Le tableau présente des propositions d’activités de classe adaptables, et non des activités dont l’efficacité pédagogique a été démontrée. Dans chaque cas, l’objectif et le résultat attendu guident l’utilisation de l’outil ; si celui-ci n’est pas disponible, une solution de remplacement conservant une tâche d’analyse est proposée.

Dans l’activité sur les circuits, PhET permet d’explorer des circuits à courant continu, des composants ainsi que des mesures d’intensité et de tension. Comparer le modèle à un montage réel peut permettre d’aborder ce qu’il représente et ce qu’il ne représente pas : la simulation ne reproduit pas à elle seule les erreurs de contact ni les variations du matériel. Toute activité pratique nécessite un matériel adapté et le respect des règles de sécurité de l’établissement ; le montage ne doit jamais être branché sur le secteur. Cette proposition ne fournit pas de résultats mesurés sur l’apprentissage (documentation de Circuit Construction Kit: DC).

Laboratoires virtuels, mesures et expériences pratiques

Un laboratoire virtuel peut aider à anticiper des procédures et à mettre en évidence les variables et les contrôles avant une activité. Les élèves peuvent prévoir ce qui changerait, justifier ce qu’il convient de maintenir constant, puis comparer le modèle à une pratique réelle, lorsque cela est approprié. Le modèle peut faciliter la visualisation et la préparation, mais il n’entraîne pas automatiquement à la manipulation, à la dextérité manuelle ni à la réaction face aux erreurs du matériel ou aux exigences de sécurité matérielle. Si l’objectif comprend ces expériences, l’activité virtuelle ne remplace ni la pratique physique ni l’accompagnement de l’enseignant.

Dans l’exemple de la lumière, la page de phyphox indique que le capteur de lumière ambiante n’est pas disponible dans l’application sur iPhone. Il est donc préférable de vérifier la compatibilité de l’appareil avant de concevoir l’activité, plutôt que de supposer que tous les téléphones conviendront. Une lecture du capteur n’équivaut pas non plus automatiquement à une mesure calibrée de la puissance solaire : l’éclairement et l’irradiance sont des grandeurs distinctes. Une étude instrumentale sur les capteurs de lumière des téléphones porte sur l’étalonnage et l’incertitude lors de la mesure de l’irradiance solaire ; elle apporte un éclairage sur la mesure, et non des preuves de l’efficacité pédagogique de l’activité proposée (expérience Light de phyphox ; étude instrumentale sur les capteurs de lumière des téléphones).

En cas de panne de connexion, PhET propose des options d’utilisation hors ligne, notamment une application de bureau avec des simulations HTML5 et Java et leurs traductions pour Windows et macOS. Il faut vérifier la compatibilité et les conditions de l’option choisie avant de planifier l’activité. phyphox permet d’enregistrer et d’exporter les mesures ; lors de leur transfert vers un tableur, il faut conserver les unités et le contexte. Tester les ressources sur les appareils disponibles et préparer une solution de remplacement sur papier aide à assurer la continuité, même si cette solution ne reproduit pas à l’identique la manipulation du simulateur (accès hors ligne à PhET ; foire aux questions de phyphox).

Se former à concevoir, à mettre à l’essai et à réviser

Une brève séance technique sur les commandes d’une application ne constitue pas, à elle seule, une formation professionnelle. Le guide de développement professionnel de l’Education Endowment Foundation (EEF) décrit des mécanismes tels que la modélisation, la mise en pratique, le retour d’information, le soutien social et le suivi afin de consolider la mise en application des apprentissages. Dans cette optique, une proposition destinée aux futurs enseignants pourrait inclure l’exploration d’une ressource en tant qu’élève, la conception d’une activité, sa mise à l’essai lors d’un micro-enseignement avec des pairs, la réception de commentaires et la révision des productions obtenues lors de sa mise en œuvre avec l’accompagnement d’un mentor. Du temps et un soutien institutionnel sont également nécessaires pour permettre ces essais et ces révisions.

Le guide de l’EEF s’adresse aux enseignants en exercice ; l’application de ses mécanismes à la formation initiale est donc une adaptation, et non une séquence validée pour ce groupe. Une étude de 2024, fondée sur des groupes de discussion avec de futurs enseignants du secondaire en fin de formation dans une université européenne, décrit la perception selon laquelle l’autoformation peut aider à acquérir des compétences, ainsi que le souhait de bénéficier d’une collaboration et d’un accompagnement pour enseigner les compétences numériques. Elle couvre différentes matières et ne mesure pas une amélioration causale de l’apprentissage des élèves. Elle apporte un éclairage sur les besoins exprimés, et non la preuve qu’un format de formation donné convient à tous les futurs enseignants (guide de développement professionnel de l’EEF ; étude sur les perceptions des futurs enseignants).

Lors de la révision d’une activité, on peut se demander si les consignes ont aidé à formuler une prédiction, si les relevés ont conservé les unités, si l’explication a distingué les éléments de preuve des inférences et s’il existait des obstacles à l’accès. Ces questions permettent d’améliorer la conception, mais ne constituent pas à elles seules une évaluation causale de la technologie.

Inclusion, confidentialité et conditions d’utilisation

L’accessibilité se planifie en même temps que l’activité. Les principes de conception universelle de l’apprentissage de CAST proposent plusieurs moyens de favoriser la participation, la représentation, l’action et l’expression. Dans une tâche d’interprétation de données, par exemple, on peut proposer un tableau en plus du graphique et autoriser une explication orale ou écrite. Selon les besoins du groupe et les caractéristiques de la ressource, il convient de vérifier l’utilisation au clavier, le contraste, l’agrandissement, la compatibilité avec un lecteur d’écran et l’existence d’alternatives textuelles ou sonores. Il ne faut pas supposer que chaque simulation offre les mêmes options ni qu’une adaptation garantit à elle seule l’accessibilité (principes de conception universelle de l’apprentissage de CAST).

La technologie ne devrait pas faire du téléphone personnel une condition obligatoire. On peut prévoir des appareils fournis par l’établissement, un travail en groupe ou une solution de remplacement sur papier. Pour les applications et les plateformes, l’établissement doit savoir quelles données sont collectées, quelles autorisations sont demandées, qui peut accéder aux informations, où et pendant combien de temps elles sont conservées, et comment elles sont supprimées. Les travaux ou données permettant d’identifier une personne ne doivent pas être téléversés vers des services non autorisés ; il convient de partager les fichiers par des canaux approuvés. Le guide de l’Agence espagnole de protection des données propose des recommandations destinées aux établissements scolaires en Espagne et est signalé en cours de révision ; il ne s’agit pas d’une norme universelle et il ne remplace pas la vérification des conditions applicables dans chaque établissement (guide de l’AEPD destiné aux établissements scolaires).

Il faut également évaluer le coût total : équipement, fonctionnement, maintenance, connectivité et formation, en plus de la licence initiale. Les recommandations du Rapport GEM 2023 de l’UNESCO préconisent de prendre en compte la pertinence, l’équité, la durabilité et les preuves indépendantes, en tenant compte des besoins des élèves et des enseignants. Lors de l’évaluation des données probantes sur une technologie, il convient d’examiner les méthodes, l’échantillon, les mesures, les biais possibles, le financement ou les intérêts du fournisseur, ainsi que la pertinence pour le contexte. Il s’agit de recommandations destinées à éclairer les décisions, et non d’une garantie que toute ressource est gratuite ou adaptée à tous les contextes (recommandations du Rapport GEM 2023 de l’UNESCO).

Évaluer avec prudence

Avant de mettre en œuvre une proposition, on peut convenir du résultat scientifique attendu et des éléments qui permettraient de l’observer. Les explications initiales et ultérieures, une tâche de transfert à un autre cas et le suivi des productions peuvent aider à examiner le raisonnement. Il peut également être utile, lorsque cela est réalisable, de comparer avec une solution de remplacement raisonnable. Pour interpréter les résultats, les connaissances préalables, le temps, l’accompagnement de l’enseignant et les obstacles à l’accès sont importants.

La satisfaction, la motivation déclarée ou le temps passé devant un écran ne sont pas, à eux seuls, équivalents à un apprentissage scientifique. Une comparaison avant-après dans un seul groupe ne démontre pas non plus que toute différence est due à l’outil. Pour attribuer des changements à la ressource, il faudrait disposer de résultats d’apprentissage, de comparaisons appropriées et tenir compte des limites du dispositif d’étude ; une association ou une perception favorable ne démontre pas un lien de causalité.

Les documents cités remplissent des fonctions différentes. DigCompEdu et TPACK sont des cadres d’orientation ; les principes de CAST et les recommandations de l’UNESCO orientent la conception ; l’étude sur les futurs enseignants porte sur des perceptions ; l’étude sur les capteurs porte sur la mesure ; et la revue sur l’enseignement de la physique synthétise des travaux utilisant des méthodes hétérogènes. Aucun de ces documents, pris isolément, ne démontre qu’une simulation, un capteur ou une modalité de formation améliore l’apprentissage dans n’importe quelle classe. Une décision pédagogique défendable relie la ressource à un objectif clair, recueille des éléments de preuve pertinents et reconnaît les limites du contexte et de la mesure.