Imaginez que vous soyez accidentellement enfermés dans un musée.

La seule manière de vous en sortir est d’utiliser l’information contenue dans le musée comme des indices pour résoudre un casse-tête et ainsi déverrouiller les portes.

Vous êtes dans le Musée des forces de la nature, où il y a des portraits de femmes qui ont contribué de façon remarquable aux mathématiques et à la physique — des femmes comme Katherine Johnson, l’une des mathématiciennes noires dont l’histoire est racontée dans le film sorti en 2016 intitulé Les figures de l’ombre. Vous vous instruisez sur les forces requises pour faire voler les fusées et vous découvrez que M^me Johnson a calculé des trajectoires pour Apollo 11, la première mission à avoir amené des hommes sur la Lune. Cela vous donne le code pour entrer dans la prochaine salle.

Ce pourrait facilement être le thème de l’un des nombreux et populaires jeux d’évasion qui ont fleuri dans des villes du monde entier, et dans lesquels les gens travaillent en équipe pour résoudre des casse-têtes en temps limité. Mais le contexte pourrait vous surprendre.

Bienvenue dans une classe moderne de physique au secondaire

Le jeu d’évasion du Musée des forces de la nature, auquel on peut jouer à l’aide d’une série d’affiches téléchargeables et de diapos interactives en ligne, est l’un des moyens par lesquels l’Institut Périmètre introduit de l’interactivité et de la diversité dans des classes partout dans le monde.

« Il est question de femmes extraordinaires qui, au cours des années, ont apporté de grandes contributions à la science », déclare Sean Jackson, enseignant de physique et de sciences au secondaire, à l’Institut collégial de Kitchener-Waterloo.

Pendant 2 ans à partir de 2019, M. Jackson a travaillé avec l’équipe de diffusion des connaissances de l’Institut Périmètre à l’élaboration de nouvelles trousses pédagogiques et à la mise à niveau de trousses existantes.

Les nouvelles trousses comprennent des affiches, des diapos, de courtes vidéos YouTube et des activités en ligne qui visent à intéresser les élèves à des sujets tels que les trous noirs, la physique des particules, l’optique et la physique quantique. Il y a aussi un guide intitulé Outils d’enseignement en science pour les enseignants.

Marie Strickland, directrice adjointe de la diffusion des connaissances à l’Institut Périmètre, dit que plus de 4 000 enseignants au Canada, et plus de 6 000 à l’étranger, utilisent ces trousses dans 130 pays. On estime que ces ressources, conçues pour des élèves de la 5^e à la 12^e année, touchent chaque année quelque 10 millions d’élèves.

Sean Jackson affirme que les ressources pédagogiques de l’Institut Périmètre ont contribué à transformer de manière spectaculaire les cours de physique depuis qu’il a commencé à enseigner au début des années 2000.

« L’environnement d’apprentissage n’est plus centré sur l’enseignant, dit-il. Il y a des tables rondes et beaucoup de travaux pratiques. Les élèves suivent les cours en ligne, puis viennent en classe pour travailler ensemble à la résolution de problèmes. »

Et alors que les cours de physique du passé avaient tendance à passer sous silence les contributions des femmes, des groupes minoritaires et des gens de cultures non occidentales, les outils pédagogiques actuels sont beaucoup plus riches de diversité. L’activité portant sur le Musée des forces de la nature en est un exemple.

Rester à jour dans un monde en rapide évolution

De nos jours, les découvertes scientifiques se succèdent à la vitesse de l’éclair. L’équipe de diffusion des connaissances de l’Institut Périmètre travaille toute l’année pour mettre à niveau du matériel pédagogique et y introduire les plus récentes découvertes scientifiques, en ajoutant du contenu inspiré de percées telles que la découverte du boson de Higgs ou l’image historique du trou noir M87* produite par le télescope EHT (Event Horizon Telescope – Télescope Horizon des événements).

« Chaque année, nous cherchons à déterminer ce qui serait le plus utile pour les enseignants », déclare Dave Fish, qui est actuellement l’enseignant en résidence à l’Institut Périmètre.

Parfois, des enseignants suggèrent eux-mêmes un sujet ou une nouvelle activité pour une trousse pédagogique, mais leur implication ne s’arrête pas là. Selon Kelly Foyle, scientifique en diffusion des connaissances à l’Institut Périmètre, les réactions d’enseignants orientent continuellement l’élaboration de nouvelles ressources.

« Des enseignants réviseurs examinent les trousses et les mettent à l’essai dans leurs classes. Ils peuvent ensuite faire état des réactions des élèves. »

La pandémie des 2 dernières années a été difficile pour les enseignants et les élèves. Pendant les mois où les écoles étaient fermées à cause de la pandémie, le personnel de l’équipe de diffusion des connaissances de l’Institut Périmètre a travaillé fort afin d’adapter à un environnement en ligne des ressources initialement prévues pour une utilisation en classe. Selon Dave Fish, les réactions des enseignants sur l’efficacité de ces ressources en ligne ont été cruciales, puisque l’équipe de l’Institut Périmètre ne pouvait pas aller dans les écoles pour tester les activités.

Kelly Foyle affirme que l’Institut Périmètre lui-même constitue une ressource précieuse, avec ses professeurs renommés et ses nombreux chercheurs invités : « Il y a ici toute une mine de connaissances en physique. Je considère que notre rôle consiste à exploiter cette richesse et à la partager avec les enseignants. »

La science contemporaine repousse les limites du savoir humain et explore l’inconnu. Ce processus est en soi passionnant pour les élèves. Souvent, les enseignants veulent faire connaître les plus récentes percées scientifiques à leurs élèves, mais ils ont besoin d’aide, car l’information est si nouvelle qu’elle n’était pas disponible lorsqu’ils ont reçu leur formation. « En tant qu’institut de physique, nous pouvons fournir cette aide », ajoute M^me Foyle.

Dave Fish déclare que lui aussi a vu le programme scolaire évoluer partout au Canada depuis que l’Institut Périmètre a entrepris d’élaborer des ressources pédagogiques il y a plus de 15 ans. À titre d’exemple, la matière sombre ne faisait pas partie du programme autrefois. Maintenant, les élèves peuvent faire une activité pour calculer la valeur d’une masse inconnue, établissant des liens avec la manière dont les astronomes mesurent la vitesse des étoiles dans les galaxies, qui constitue une preuve de l’existence de la matière sombre.

Saara Naudts, enseignante de physique à l’école secondaire Mayfield, à Caledon (Ontario), estime que l’Institut Périmètre et ses ressources ont fondamentalement changé sa manière d’aborder l’enseignement de la physique.

Elle dit que 2011 a été une année charnière dans l’évolution de sa carrière. Elle a participé à EinsteinPlus, atelier intensif d’une semaine organisé à l’Institut Périmètre. Il est offert à des enseignants du secondaire, qu’ils soient au Canada ou à l’étranger, qui cherchent des idées sur la manière d’enseigner la physique moderne — notamment la physique quantique, la relativité restreinte et la cosmologie.

Après cet atelier, elle a commencé à beaucoup utiliser les trousses de l’Institut Périmètre dans ses cours. « Je me sentais comme une convertie, dit-elle. J’avais l’impression de devoir enseigner d’une manière très différente de l’enseignement que j’avais moi-même reçu. La simple mémorisation de formules ne répond pas aux besoins des apprenants. »

Les élèves apprennent encore les bases de la physique comme la quantité de mouvement et l’électromagnétisme, et ils utilisent encore l’algèbre. Mais en faisant le lien avec la science moderne, par exemple la découverte du boson de Higgs, on rend selon M^me Naudts les concepts pertinents et significatifs. « Cela leur montre que ce qu’ils font en 12^e année a du sens. »

Elle ajoute que les ressources de l’Institut aident les enseignants à stimuler les élèves. « Je crois que mon travail consiste à semer beaucoup de graines, dans l’espoir que quelques-unes vont germer. »

Saara Naudts a fait ses recherches de maîtrise sur la réduction de la disparité des genres en science, technologie, génie et mathématiques (STGM). La diversité lui tient à cœur.

Elle apprécie le fait que l’Institut Périmètre propose des ressources telles que les activités et affiches Forces de la nature sur des femmes scientifiques. Elle a téléchargé les affiches et les a suspendues aux murs de sa classe, avec les affiches d’Albert Einstein et d’autres physiciens que les élèves connaissent mieux. Elle souhaite que les élèves constatent que des personnes variées peuvent réussir en physique.

« Nous devons briser les stéréotypes véhiculés par les médias, les parents, et parfois les élèves eux-mêmes, à propos des STGM, dit-elle. Les gens ont tendance à se représenter les scientifiques comme des hommes en sarrau blanc, travaillant seuls dans une tour d’ivoire sur des sujets étranges. Ou ils considèrent les physiciens comme socialement mésadaptés, comme dans la série télé Big Bang Theory. Nous devons déconstruire cette image. »

L’équipe de diffusion des connaissances de l’Institut Périmètre a entre autres pour objectif de créer, à partir d’un jeune âge, un flux de talents pour les recherches à venir.

Mais selon M^me Naudts, même si les élèves ne deviennent pas physiciens, la physique les aide à acquérir des compétences en matière de résolution de problèmes, de pensée analytique, de collaboration et de communication   « La physique constitue un moyen d’acquérir ces compétences, qui seront utiles en physique, en droit ou dans tout autre domaine. Ces compétences sont transférables. C’est la beauté de la physique. »

Saara Naudts se dit extrêmement reconnaissante que ces importantes ressources de diffusion des connaissances soient financées et que les enseignants puissent les télécharger gratuitement.

« Plus il y a d’enseignants qui adoptent ces ressources, plus il y a d’élèves qui sont inspirés par elles, et plus les domaines des STGM en bénéficieront. L’effet se répand comme une onde. »