Disciplines MINT - Conseils pour l'enseignement pratique des MINT
Les souvenirs des cours de mathématiques, de biologie ou d'autres matières scientifiques font frémir certains d'entre nous. Des cours rébarbatifs avec des recueils de formules et le tableau périodique, des notes cryptiques interminables dans les cahiers et aucun rapport avec la réalité. C'était autrefois. Aujourd'hui, les enseignants, les ministères de l'Éducation et les entreprises veillent à ce que les matières dites MINT soient aussi pratiques et passionnantes que possible. Car une chose est claire : ce domaine est très important pour l'économie, car il est au cœur de nombreuses innovations. Les employés titulaires d'un diplôme correspondant sont donc les moteurs de l'innovation qui font progresser les entreprises dans de nombreux domaines. Le problème : la pénurie générale de main-d'œuvre qualifiée et les exigences élevées des études ou de la formation entraînent un manque d'employés qualifiés.
Que sont les MINT ?
MINT est un sigle désignant les matières suivantes : Mathématiques, Informatique, sciences Naturelles et Technologie. Outre les matières classiques enseignées à l'école primaire, dans les établissements secondaires et supérieurs, cela comprend également des expériences et des projets réalisés à l'école enfantine. Ces quatre lettres couvrent donc un large éventail de thèmes pédagogiques, allant de l'algèbre et la géométrie à la chimie et la physique, en passant par la robotique, l'automatisation et la programmation.
Ces matières ne servent pas uniquement à noter les élèves. Au contraire, elles sont le moteur de la force d'innovation de l'économie. Pour relever les défis actuels et futurs, il faut de nombreux spécialistes ayant suivi une formation MINT, par exemple en bionique, technologie numérique, mécatronique ou ingénirie logiciel. Les MINT offrent un large éventail de professions, allant de l'actuaire au biochimiste en passant par le technicien en cardiologie. Dans tous ces domaines économiques, l'approche structurée des matières mathématiques et scientifiques s'allie à l'inventivité et à la créativité. De plus, les diplômés savent à quel point les transitions entre les différents domaines sont interconnectées et fluides. L'informatique nécessite des mathématiques, et les innovations techniques reposent souvent sur des connaissances scientifiques. En bref : sans les MINT, rien ne fonctionne.
Le problème : Ce sont précisément ces professionnels qui manquent en raison de la pénurie croissante de main-d'œuvre qualifiée. De plus, les taux d'abandon dans les filières concernées avoisinent les 50 %. Cela s'explique notamment par la complexité de ces études et par le souhait de nombreux étudiants de se concentrer sur une seule matière.
La solution : Éveiller l'intérêt pour les mathématiques et les sciences dès le plus jeune âge, c'est-à-dire dès l'école enfantine. Les élèves en école enfantine et primaire expérimentent et explorent de manière ludique, poussés par leur curiosité. Les élèves du secondaire I et II sont encouragés de manière ciblée à développer ces compétences. Afin de soutenir les éducateurs et les enseignants, de nombreuses initiatives et associations proposent des formations continues et du matériel pédagogique gratuit. Les entreprises apportent également leur contribution en soutenant de nombreuses initiatives et en développant des kits, des sets de programmation et des robots spécialement conçus pour l'enseignement. L'objectif est d'initier les enfants de tous âges aux matières MINT de manière très pratique afin qu'ils abordent ces matières sans crainte ni appréhension, mais avec beaucoup de curiosité et de créativité. Et cette curiosité ne doit pas s'arrêter à la porte de l'école. À la maison aussi, il est possible de stimuler l'intérêt des enfants grâce à des kits de construction et des coffrets d'expérimentation.
Une étude mondiale commandée par LEGO® Education en 2019 montre que la majorité des élèves qui abordent les MINT avec assurance font également preuve d'une plus grande confiance en eux dans d'autres domaines et ont moins peur des tâches inconnues ou nouvelles. L'apprentissage pratique et le travail en groupe axé sur des projets renforcent également la confiance en soi.
Cela signifie donc que l'enseignement des MINT n'est pas seulement un élément important de l'éducation, mais qu'il contribue également à l'épanouissement personnel. De plus, une formation dans cette discipline offre de bonnes perspectives d'emploi et d'évolution de carrière dans des domaines intéressants et porteurs d'avenir. Afin d'éveiller l'intérêt des enfants pour la biologie, les mathématiques, la chimie, la physique, la technologie, etc., les enseignants peuvent choisir parmi un large éventail d'offres pour soutenir leurs classes.
Ce sont précisément les liens entre les mathématiques, la technologie, la physique et d'autres modules MINT qui rendent possible un enseignement interdisciplinaire. Grâce à du matériel spécialement conçu pour l'enseignement, de petits projets permettent d'illustrer l'application pratique des mathématiques et des sciences naturelles. Le point de départ est généralement un problème concret auquel les élèves cherchent une solution. Cette approche axée sur la résolution de problèmes permet d'éviter d'aborder la solution sous l'angle d'une seule matière scolaire. Le problème est examiné sous différents angles et finalement résolu grâce à l'expérimentation, la recherche, des formes d'apprentissage coopératif et l'utilisation des médias numériques. Les enseignants peuvent ainsi varier les activités pédagogiques, les enfants intéressés s'amusent et apprennent de manière ludique.
Ce qui semble si simple n'est bien sûr pas toujours facile à mettre en œuvre dans la pratique pour les enseignants. En effet, cela nécessite une collaboration étroite entre collègues et une planification intensive. Mais les efforts en valent la peine. Car les élèves acquièrent non seulement des connaissances supplémentaires, mais cela améliore la confiance en soi et leur permet d'aborder les tâches avec plaisir. Cela les aide non seulement à l'école, mais peut également motiver davantage de jeunes diplômés à commencer une formation professionnelle ou des études dans les domaines des mathématiques, de la technologie, de l'informatique ou des sciences naturelles. Mais ces systèmes ne s'utilisent pas uniquement à l'école. À la maison aussi, les bricoleurs, petits et grands, peuvent se lancer dans différents projets et acquérir ainsi des connaissances importantes. Nous vous présentons ci-dessous quelques-uns de ces systèmes.
Modules, coffrets d'expérimentation et kits de développement
Les modules, les coffrets d'expérimentation et les kits de développement constituent une possibilité pour dispenser un enseignement passionnant dans le domaine des sciences naturelles et techniques. Les tâches proposées permettent aux enfants et aux adolescents d'approfondir leurs connaissances de manière ludique tout en renforçant leur esprit d'équipe. Le temps nécessaire varie en fonction du système. Certains projets peuvent être réalisés en une heure de cours, tandis que d'autres nécessitent un semestre scolaire.
Modules, kits à monter
Il existe des kits pour toutes les tranches d'âge, de l'école enfantine au lycée, pour tous les niveaux de connaissances et de complexité. L'avantage de ces kits est qu'en assemblant les différentes pièces, les élèves apprennent à comprendre comment quelque chose fonctionne et quels sont les liens qui existent.
Kits robotiques à monter
Les robots facilitent non seulement la vie quotidienne dans les entreprises et à la maison, mais ils permettent aussi d'apprendre plein de choses.
De l'école enfantine à l'université, il existe des robots humanoïdes qui aident à enseigner des sujets techniques comme la programmation, la robotique, les techniques de commande et de régulation, ainsi que le travail créatif.
La forme la plus simple de programmation, que même les enfants d'école enfantine peuvent apprendre, consiste à programmer et à contrôler les robots à l'aide de blocs de codage colorés ou d'une application. Les élèves plus âgés et les étudiants peuvent contrôler leurs robots à l'aide de langages de programmation plus complexes tels que C++.
Cela permet d'apprendre les relations, la capacité à travailler en équipe et à résoudre des problèmes, ainsi que divers procédés techniques de télémétrie et de mécatronique.
LEGO® Education Spike™ Prime
LEGO® Education propose déjà de nombreux produits destinés à l'enseignement des MINT, et ce dès l'école enfantine. Mais il existe également des offres adaptées aux écoles primaires, aux établissements secondaires et à la formation professionnelle.
Le kit Spike™ Prime de LEGO® permet de réaliser des exercices simples pour débutants, mais aussi des constructions complexes pour les enfants à partir de 10 ans. Il est ainsi possible de construire différents modèles et de les programmer dans l'application à l'aide d'un langage de programmation par glisser-déposer. Ce langage de programmation s'inspire de Scratch. Tous les projets proposés sont alignés sur les programmes scolaires des matières MINT et peuvent être réalisés en une unité d'enseignement de 45 minutes. Les enseignants trouveront en ligne du matériel complémentaire leur permettant de dispenser leurs cours sans connaissances préalables, et l'application propose également plusieurs exercices sur les thèmes de l'ingénierie mécanique et de l'informatique.
Dans la vidéo, notre expert technique explique les premières étapes avec le kit :
Fischertechnik education
fischertechnik education propose aux écoles enfantines et aux établissements des niveaux secondaires I et II différents kits de construction avec des objectifs pédagogiques concrets issus des matières MINT. Il est ainsi possible de réaliser des exercices sur des thèmes allant de la technique et de la physique aux principes de la robotique.
Il existe par exemple des kits de construction axés sur la mesure, le contrôle, la régulation et la programmation ou combinant les thèmes de la robotique, de la cybernétique, de la mécatronique et de l'automatisation. Les kits peuvent être complétés et combinés à volonté et peuvent être programmés et contrôlés via une application ou un logiciel. De plus, les enseignants disposent d'un matériel pédagogique complet en ligne et d'un portail d'apprentissage en ligne.
Dans la vidéo, notre expert technique présente le kit Dynamic avec circuit à billes :
Coffrets d’expérimentation
Les coffrets d'expérimentation ou kits pédagogiques contiennent tout le nécessaire pour aborder un thème donné en chimie, physique, électronique ou mathématiques. Ils permettent par exemple de bricoler des radios, des lampes LED ou des piles à combustible. Il existe également des kits pédagogiques pour les cartes Arduino et les Raspberry Pi, qui s'achètent généralement sans mode d'emploi. Ceux-ci facilitent l'initiation à l'univers des ordinateurs monocarte. Il convient de tenir compte de la restriction d'âge lors de l'achat, car certains kits d'expérimentation sont spécialement conçus pour les adultes.
Kits de développement
Il existe des kits de développement pour débutants ainsi que pour utilisateurs avancés disposant des connaissances préalables requises. Ils conviennent aux classes supérieures du secondaire I et II ainsi qu'à la formation professionnelle, où l'informatique doit être associée aux mathématiques ou aux sciences naturelles. Il s'agit donc d'aller au cœur du sujet, en examinant de près les relations et les modes de fonctionnement des appareils électroménagers, des véhicules automobiles, des smartphones ou des serveurs.
Ordinateur monocarte (SBC)
De nos jours, les ordinateurs monocarte sont connus grâce aux smartphones et aux tablettes. Ces ordinateurs simples à carte unique, comme le Raspberry Pi®, ont environ la taille d'une carte de crédit et réunissent tout ce qui est important : un microprocesseur avec chipset, une mémoire vive, une mémoire cache et un emplacement pour un support de données avec le système d'exploitation Linux. Cet équipement permet déjà de réaliser des commandes séquentielles simples. Comme les SBC n'ont pas de boîtier, ils peuvent être facilement modifiés à tout moment. Ils peuvent également être intégrés dans d'autres systèmes pour des processus de mesure, de commande et de régulation, car ils permettent des applications multitâches complexes.
Selon l'application, des cartes d'extension peuvent être nécessaires pour rendre la carte plus flexible. Ces cartes Breakout ont l'avantage d'avoir des composants déjà soudés et de ne plus avoir qu'à être enfichées sur l'ordinateur monocarte.
Carte à microcontrôleur (MCU)
IContrairement aux SBC flexibles, les MCU sont généralement programmés pour une application spécifique. Les cartes microcontrôleurs, dont fait partie par exemple la carte Arduino, combinent un microcontrôleur, une interface de programmation et des interfaces périphériques. Elles peuvent être connectées à différents actionneurs et capteurs. Dans l'industrie, elles sont utilisées dans l'industrie automobile, la technologie médicale et partout où l'automatisation est nécessaire. Là encore, les cartes Breakout facilitent l'extension.