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Les open TP : des travaux pratiques à la sauce Fab-Lab


Depuis quelques années, les outils sont enfin disponibles pour démocratiser la mesure physique, et paradoxalement ces outils ne viennent pas des physiciens. Issue du monde des Fab-Labs, la carte Arduino est un microcontrôleur qui est utilisée par une grande communauté d’utilisateurs enthousiastes dans des projets qui vont du robot à l’horloge lumineuse, de la chatière RFID au préparateur de cocktails automatique. Nous − l’équipe « La physique autrement » et d’autres enseignants-chercheurs du laboratoire − avons profité du nombre élevé de capteurs disponibles et du faible coût de ces matériels pour concevoir un nouvel enseignement pour les étudiants du parcours L3 physique fondamentale de l’université Paris Sud : les étudiants doivent fabriquer eux-mêmes leur TP !

Le but est de sortir les étudiants du TP trop guidé et leur offrir une grande autonomie afin qu’ils découvrent la physique expérimentale. Ce sont donc eux qui décident de leur sujet, sans piocher dans une liste préétablie. Avant cela, les étudiants sont initiés à l’utilisation des microcontrôleurs Arduino pendant deux jours. Cette initiation se fait sous une forme d’apprentissage par le faire, les étudiants sont immédiatement mis en condition de manipuler et très rapidement sont mis au défi de fabriquer un jeu, en utilisant du matériel choisi dans un bric-à-brac mis à disposition (balles de ping-pong, papier aluminium, gobelet en plastique, légo, pâte à modeler …). Ces deux jours permettent aux étudiants de se rendre compte qu’ils peuvent facilement fabriquer des dispositifs utilisant les capteurs. Après avoir eux-mêmes définis leur projet, ils ont ensuite cinq jours consécutifs pour le mener à bien : construire leur système de mesure, le tester, l’utiliser pour mener l’étude physique qu’ils ont choisie, analyser leurs données. Un mini travail de recherche en cinq jours.

Les réalisations des étudiants sont très variées, étude de la résistance d’un supraconducteur, élasticité d’une tige de cuivre, percolation, chaos, magnétisme de la matière, … Un projet sur l’étude du frottement dynamique a même fait l’objet d’une publication à laquelle les étudiants ont participé. Quand on interroge les étudiants, ils disent en grande majorité avoir énormément appris sur la façon de faire une expérience (comment faire des mesures, comment les interpréter), mais aussi avoir énormément apprécié la liberté de mener leur propre projet. Cet enseignement nouveau porté par une équipe d’enseignant-chercheurs du LPS s’étend maintenant dans d’autres licences.

Au-delà, la démocratisation de ces nouveaux outils (carte Arduino, mais aussi smartphones) offre aux enseignants une opportunité de repenser l’enseignement de la physique expérimentale, en permettant des mesures plus faciles, en dehors des salles de classes, et de changer la vision qu’en ont les étudiants. Et surtout, cela permet de proposer aux étudiants une démarche expérimentale plus proche de la vraie démarche des chercheurs dans les labos. Pour fédérer une communauté d’utilisateurs physiciens, nous avons travaillé avec des illustratrices pour produire des ressources librement utilisables par tous : des fiches défis pour s’initier à Arduino, et un système de tuto-BD pour partager ses projets avec la communauté. Ces ressources se retrouvent en français et en anglais sur le site www.opentp.fr .

Références

Site de ressources :
www.opentp.fr

Article présentant les open TP :
Project-based physics labs using low-cost open-source hardware
F. Bouquet, J. Bobroff, M. Fuchs-Gallezot, and L. Maurines
American Journal of Physics 85, 216 (2017)
doi:10.1119/1.4972043

Article présentant le projet mené par des étudiants sur l’étude du frottement solide :
A study of kinetic friction : The Timoshenko oscillator
Robin Henaff, Gabriel Le Doudic et al.
American Journal of Physics 86, 174 (2018)
doi:10.1119/1.5008862

Contact

Frédéric Bouquet