Les élèves comprennent mieux le calculs lorsque les leçons sont actives

Les étudiants apprennent davantage le claculus dans un cours d’apprentissage actif dans lequel les étudiants résolvent des problèmes pendant les cours que dans un cours traditionnel basé sur des cours magistraux. C’est ce que révèle une étude évaluée par des pairs, que mes collègues et moi avons publiée dans Science. Nous avons également constaté que les étudiants comprenaient mieux les concepts complexes du claculus et obtenaient de meilleures notes dans le cours d’apprentissage actif.

Les résultats s’appliquent à tous les groupes raciaux et ethniques, à tous les sexes et à toutes les spécialisations universitaires, ainsi qu’aux nouveaux étudiants et aux étudiants transférés, favorisant ainsi la réussite de tous les étudiants. Les étudiants du cours d’apprentissage actif avaient un taux de réussite associé de 11 % plus élevé.

Si vous appliquez ce taux aux 300 000 étudiants qui suivent actuellement des cours de claculus chaque année aux États-Unis, cela pourrait signifier que 33 000 étudiants supplémentaires réussiront leur cours.

Notre essai expérimental s’est déroulé sur trois semestres – de l’automne 2018 à l’automne 2019 – et a impliqué 811 étudiants de premier cycle d’une université publique désignée comme établissement au service des hispaniques . L’étude a évalué l’impact d’une méthode d’enseignement du claculus d’apprentissage actif axée sur l’engagement en plaçant au hasard les étudiants dans un cours traditionnel basé sur des cours magistraux ou dans un cours de claculus d’apprentissage actif.

L’intervention d’apprentissage actif a favorisé le développement de la compréhension du claculus pendant les cours, les étudiants travaillant à travers des exercices conçus pour développer leurs connaissances en claculus et les professeurs surveillant et guidant le processus.

Cela diffère du cadre magistral où les étudiants écoutent passivement l’instructeur et développent leur compréhension en dehors des cours, souvent par eux-mêmes.

Une approche d’apprentissage actif permet aux étudiants de travailler ensemble pour résoudre des problèmes et s’expliquer mutuellement leurs idées. L’apprentissage actif consiste à comprendre le « pourquoi » d’un sujet plutôt que d’essayer simplement de le mémoriser.

En cours de route, les élèves expérimentent leurs idées, apprennent de leurs erreurs et, finalement, donnent un sens au calcul. De cette manière, ils reproduisent les pratiques des mathématiciens, notamment en faisant et en testant des suppositions éclairées, en donnant du sens et en expliquant leur raisonnement à leurs collègues. Les professeurs jouent un rôle essentiel dans le processus. Ils guident le processus à travers des questions approfondies, démontrent des stratégies mathématiques, surveillent les progrès du groupe et adaptent le rythme et les activités pour favoriser l’apprentissage des élèves.

Pourquoi est-ce important

Le claculus est une discipline fondamentale pour la science, la technologie, l’ingénierie et les mathématiques, car il fournit les compétences nécessaires pour concevoir des systèmes ainsi que pour étudier et prévoir le changement.

Mais historiquement, c’est un obstacle qui a empêché de nombreux étudiants d’atteindre leur objectif de carrière dans les STEM. Seuls 40 % des étudiants de premier cycle ayant l’intention d’obtenir un diplôme en STEM terminent leurs études, et le claculus joue un rôle dans cette perte. Les raisons varient selon l’étudiant. Un échec en claculus peut être la goutte qui fait déborder le vase pour certains.

Et c’est particulièrement préoccupant pour les groupes historiquement sous-représentés. Les chances que les étudiantes abandonnent une spécialisation STEM après le claculus sont 1,5 fois plus élevées que celles des hommes . Et les étudiants hispaniques et noirs ont un taux d’échec 50 % plus élevé que les étudiants blancs en claculus . Ces pertes privent chaque étudiant de ses aspirations STEM, de ses rêves de carrière et de sa sécurité financière. Et cela prive la société de ses contributions potentiellement innovantes à la résolution de problèmes difficiles, tels que la résilience climatique, l’indépendance énergétique, les infrastructures et bien d’autres encore.

Ce qu’on ne sait toujours pas

Un défi épineux dans l’enseignement du claculus – et dans toutes les disciplines STEM – est l’adoption généralisée de stratégies d’apprentissage actif qui fonctionnent. Nous avons commencé cette recherche pour fournir des preuves convaincantes démontrant que ce modèle fonctionne et pour susciter de nouveaux changements. La prochaine étape consiste à éliminer les obstacles, notamment le manque de temps, les questions d’efficacité et les politiques institutionnelles qui n’incitent pas les professeurs à apporter l’apprentissage actif dans leurs salles de classe.

Une prochaine étape cruciale consiste à améliorer les stratégies de changement pédagogique fondées sur des données probantes qui favoriseront l’adoption d’un enseignement d’apprentissage actif en classe.

Et après

Nos derniers résultats motivent notre équipe à approfondir davantage les stratégies pédagogiques sous-jacentes qui stimulent la compréhension des élèves en calcul. Nous recherchons également des opportunités de reproduire l’expérience dans diverses institutions, y compris les lycées, ce qui fournira davantage d’informations sur la manière d’étendre l’adoption à travers le pays.

Nous espérons que cet article augmentera le taux de changement de tous les professeurs adoptant l’apprentissage actif dans leurs salles de classe.

Laird Kramer

Professeur de physique, Florida International University