Les écoles de sciences et d’ingénierie unissent leurs efforts pour transformer l’apprentissage

Dans une salle de classe située sous le Stata Center, les élèves se blottissent autour d’un décor Lego. Une élève ajuste l’alimentation électrique, une autre regarde un petit écran et une troisième saisit le fuseau d’un petit disque rouge, flanqué de petits aimants sur une planche Lego, et tourne pendant que les autres membres de son groupe retiennent leur souffle. Le disque disparaît dans un flou. Après quelques secondes, il semble perdre de l’élan, mais, incroyablement, il commence à tourner encore plus vite qu’avant. Une forme d’onde verte illumine l’oscilloscope, et le groupe éclate d’applaudissements. Pushpaleela « Pushpa » Prabakar attrape un marqueur et court au tableau, où elle enregistre le nouveau record de classe.

Au tournant du XXIe siècle, un groupe d’instructeurs a cherché à transformer la façon dont l’initiation à la physique était enseignée au MIT. Ensemble, ils ont mis au point un modèle de salle de classe révolutionnaire connu sous le nom d’Apprentissage actif assisté par la technologie, ou TEAL (Technology-Enabled Active Learning). Aujourd’hui, 8.02 (Electricité et Magnétisme) est un cours où des expériences magiques donnent vie à des mathématiques rigoureuses. Deux des innovateurs à l’origine de ce projet sont Prabakar, chargé de cours au Département de génie électrique et d’informatique (EECS), et Alex Shvonski, postdoctorant en physique et boursier du Digital Learning Lab.

Pour Prabakar et Shvonski, le voyage vers 8h02 a commencé avec leur intérêt croissant pour la pédagogie.

En tant qu’étudiant diplômé à double diplôme en conception et gestion intégrées et en génie mécanique, Prabakar a découvert la joie de s’engager dans des activités pratiques. « J’étais intéressé à comprendre comment les concepts de physique pouvaient être enseignés de manière pratique. » Elle a enseigné aux étudiants du MBA comment souder, puis s’est rendue en Israël et au Pérou, où elle a enseigné la conception de produits et la robotique.

Shvonski s’est inspiré de plusieurs expériences d’enseignement au cours de son doctorat. « J’étais intéressé à utiliser la technologie pour améliorer l’expérience d’apprentissage des élèves « , dit-il. L’enseignement d’une classe d’introduction pour les non-majors a aidé Shvonski à comprendre la valeur des méthodes d’enseignement alternatives.

Au cours de la dernière année de son programme, Prabakar a commencé comme assistante d’enseignement pour aider ses superviseurs – Jacob White, le professeur Cecil H. Green de génie électrique et d’informatique, et Peter Dourmashkin, professeur principal de physique et co-fondateur de TEAL – à concevoir des expériences pour 8,02.

Pendant ce temps, Shvonski a commencé à travailler comme postdoc avec David Pritchard, professeur de physique, et Michelle Tomasik, à la fois un chargé de cours en physique et MITx scientifique de l’apprentissage numérique. En tant qu’assistant d’enseignement pour 8.02, Shvonski a réfléchi aux moyens de remplacer les examens stressants par des quiz en ligne pour améliorer l’apprentissage des élèves.

Cet automne, les deux ont aidé les élèves à apprendre à fabriquer un piano à partir de papier et à utiliser un simple mouvement du poignet pour créer de la lumière. Chaque expérience de conception prévue à l’article 8.02 permet aux élèves de découvrir les lois de l’univers et de s’amuser tout en le faisant.

Ashhad Alam, étudiant de première année, affirme que les expériences de conception sont l’occasion de tester sa compréhension du matériau : « Ils vous forcent à sortir des sentiers battus. »

Prabakar et Shvonski prennent soin de souligner qu’il est plus difficile de rendre un cours aussi amusant qu’il n’y paraît – il leur a fallu une année d’itérations et de réflexions pour en arriver là. Prabakar savait que de nombreux étudiants n’avaient jamais utilisé d’équipement électrique auparavant, alors elle a conçu et assemblé son propre circuit imprimé. Au printemps, Shvonski l’a aidée à piloter le nouveau prototype. Mais les deux ont découvert que lorsque 700 premières années sont dotées d’une électronique simple pour jouer avec, beaucoup de choses peuvent mal tourner. Les microcontrôleurs surchauffaient et les connexions des circuits tombaient en panne – Prabakar a vu que les étudiants passaient plus de temps à installer leur équipement qu’à l’utiliser. En même temps, Shvonski s’est rendu compte qu’il n’était pas efficace de simplement donner aux étudiants de l’équipement pour jouer ou de leur demander de parcourir un manuel de laboratoire de 20 pages ; les expériences devaient être intégrées aux cours afin que les étudiants puissent établir sans effort des liens entre théorie et pratique.

Prabakar a donc mis au point une deuxième version de sa carte de circuit imprimé, et Shvonski a créé des explications pré-laboratoires, des GIF animés et une combinaison de questions structurées et ouvertes pour guider les élèves dans leur apprentissage. Tous deux ont été conseillés par Josh Wolfe, l’instructeur technique de 8.02, qui a compris l’importance de préparer un contenu de cours bien structuré et les défis techniques de concevoir des expériences qui pourraient être déployées et mises à l’échelle avec facilité.

« J’étais très enthousiaste à l’idée de rendre ces expériences aussi accessibles et efficaces que possible sur le plan intellectuel « , dit Shvonski.

Ce semestre, Shvonski et Prabakar disent que la compréhension des étudiants se reflète dans leurs discussions. Walker Anderson, un chercheur de première année du nom de Walker Anderson, affirme que les expériences remaniées lui donnent la souplesse nécessaire pour faire preuve de créativité, ce qu’il considère comme sa partie préférée. Une autre élève a dit que les expériences l’avaient vraiment aidée à comprendre le matériel.

Mais Prabakar et Shvonski hésitent à s’attribuer trop de mérite. Ils insistent sur le fait que le 8.02 n’est possible que parce qu’ils font partie d’une merveilleuse équipe avec les assistants d’enseignement de premier cycle ; les assistants d’enseignement diplômés Chris Lang et Olumakinde Ogunnaike ; Josh Wolfe, le professeur technique ; Ibrahim Cisse, la promotion 1922 du professeur adjoint de physique en perfectionnement professionnel ; et John Belcher, co-fondateur TEAL et professeur titulaire en physique pour 1922. Le financement des expériences de 8.02 provient de l’EECS, du Département de physique et de l’Association des anciens du MIT.