Gage, P. L. (1989). The Effectiveness of Three Instructional Treatments with Visual Aids of Varying Realism in Teaching a Topic in the Physics of Wave Motion. Thèse de doctorat, Standford University, 108 pages et annexes.

Des étudiants apprennent des connaissances en physique selon plusieurs démarches.

Voir aussi Tableau-synthèse 1.7

Variable principale. 4 (démarche / mode de présentation)

Sujets. Deux cent quatre-vingt-quatre étudiants de sept classes du secondaire, situées à proximité de San Francisco, participent à l’expérience (8e année: 5 étudiants; 9e année: 12; 10e année: 5; 11e année: 48; 12e année: 204; sans spécification: 10). L’assignation des sujets aux quatre traitements expérimentaux est décrite comme étant aléatoire (n = 68, 82, 69 et 64, respectivement).

Traitement. Au premier des deux jours de l’expérience, les étudiants participent d’abord à un test d’aptitude en mathématique et à un test de rotation de cartes, les deux étant issus du manuel d’Ekstrom et al. (1976). Ils font ensuite un prétest, composé de 30 items à choix multiple, portant sur les connaissances reliées au traitement expérimental de la deuxième journée. Au deuxième jour de l’expérience, les étudiants travaillent d’abord pendant quarante minutes selon leur traitement respectif:

Variable 1: Démarche / mode de présentation
1.1 Lecture d’un texte illustré (20 minutes) - test de 10 questions (20 minutes): Les étudiants lisent un chapitre sur le mouvement des vagues, chapitre issu de Physics (Physical Science Study Committee, 1960, Boston: D. C. Heath & Co.). Le chapitre comprend du texte et des illustrations, y compris un diagramme. Le support pictural et le texte expliquent comment un objet est affecté par le mouvement des vagues. Immédiatement après la lecture du chapitre, les étudiants répondent à une série de 10 questions.
1.2 Lecture d’un texte illustré (20 minutes) - simulation en laboratoire (20 minutes): Les étudiants lisent le même chapitre que ceux assignés au premier traitement. Immédiatement après la lecture, ils font des simulations en laboratoire en petits groupes de 2 ou de 3 personnes sur le mouvement des vagues. Comme cette activité a lieu en salle de classe, les étudiants des trois autres traitements peuvent observer ce qui se passe (cf. note 1).
1.3 Ordinateur (20 minutes) - test de 10 questions (20 minutes): Les étudiants utilisent un programme informatisé permettant de simuler le phénomène physique en question. Selon l’école, de un à 10 étudiants sont assignés à un même ordinateur ( Apple II) de sorte que les modalités d’utilisation de l’ordinateur varient beaucoup (cf. note 2). Ensuite, les étudiants répondent à une série de 10 questions semblables à celles du traitement Var 1.1.
1.4 Groupe contrôle: Les étudiants lisent un autre chapitre, qui n’a pas de lien avec le thème étudié (voir cependant note 1).

Par la suite, tous les étudiants répondent au même posttest, qui est le même que le prétest.

Mesure. Le posttest comprend 30 questions à choix multiple sur le thème étudié, chacune des questions comportant trois choix. Le test est conçu en conformité avec les objectifs d’apprentissage de la taxonomie de Bloom (1956). Il contient 18 items sur des connaissances spécifiques à la leçon (i.e. définitions, concepts, universaux), 6 items de compréhension et 6 items de transfert des connaissances. Les questions et les items de réponse sont principalement de type linguistique.

Résultats. Les scores des sujets au posttest sont significativement supérieurs à ceux obtenus au prétest (test t). Ce constat vaut également pour le groupe contrôle. Calculés au moyen d’une analyse de variance à un facteur (démarche / mode de présentation), les quatre scores obtenus au posttest ne se distinguent pas significativement. Les différences entre les quatre traitements sont également non significatives si l’on se fie à une analyse de covariance avec comme covariables le score obtenu au test d’aptitude en mathématiques et celui obtenu au test de rotation de cartes.

Lorsqu’on utilise le prétest comme covariable, l’analyse de covariance indique un effet significatif: Var 1.1 > Var 1.2 = Var 1.4. (Le traitement Var 1.3 n’est différent d’aucun autre traitement).

Discussion. " It ought to be stated that certain flaws in the experiment make any results doubtful. The optimal situation for conducting a research study could not be obtained. One major problem was the shortness of time to conduct the experiment and collect the data. Only two periods of class time or a total of 1 hour 20 minutes per class was used. In this time four tests and a treatment had to be conducted. Only 20 minutes were given to the treatment. In such a short time little progress was made by any of the treatment groups.

Another problem was confounding the treatments. When more than one treatment took place in the same room, students could observe what another group was doing. The treatments were not entirely independent of each other as they should have been.

A serious problem is presented by the only moderate reliability of the posttest. With the reliability of only 0,5394, it is doubtful if the same results could be observed were the experiment to be conducted again. The low reliability of the postttest combined with the small gains because of a short treatment time indicate that no definite conclusions can be drawn from the data " (p. 89-90).

Références bibliographiques. Total de 57 références dont:

Bloom, B. S. (1956). Taxonomy of Educational Objectives. New York: Longmans, Green.

Ekstrom, R. B., French, J. W., Harman, H. H. et Dermen, D. (1976). Manual for Kit of Factor-Referenced Cognitive Tests. Princeton: Educational Testing Service.

Note 1. " All four treatments were carried out in the classroom at the same time, unless some subjects went to another room to use a computer. The slinky spring lab [= Var 1.2] was visible to many students even if they did not participate in it. A more controlled experiment would have conducted the lab in a separate room. However, none of the schools had extra rooms available or supervision personnel " (p. 51).

Il est à noter que même les sujets du groupe contrôle (Var 1.4) pouvaient assister aux simulations en laboratoire: " Even with no treatment control subjects could have been affected by observing other treatments in process " (p. 35).

L’auteure note une autre variable parasite: " Several classes also received homework assignments from their teacher between day 1 and day 2 of the experiment. This was not part of the planned experiment. All students received the same homework. This extra information in the form of physics homework about wave motion may have affected outcomes in unknown and unmeasurable ways " (p. 56). Ces biais expérimentaux affectent évidemment l’interprétation qu’on peut faire des résultats. L’auteure en discute aux pages 100 - 102 de sa thèse.

Note 2. " Subjects in Treatment III used the computer. There were seldom enough computers, so one person would type answers into the computer while others watched. [...] Sometimes computers were set up in the science classroom, but often the computer was in another room. Unfortunately treatments could not be made more uniform across schools " (p. 55).