Les enseignants redeviennent étudiants lors d’un atelier sur les données physiques

30 août 2023 | Julianne Hodges

Note de l'éditeur : Fermilab propose une large gamme de programmes éducatifs STEM. Cet article est le premier d’une série en plusieurs parties qui met en évidence certaines des opportunités disponibles au laboratoire.

Pour la première moitié d'un atelier d'une semaine au Laboratoire national des accélérateurs Fermi du ministère américain de l'Énergie, un groupe sélectionné d'enseignants du secondaire ont enfilé leur « chapeau d'étudiant » et ont appris à utiliser des scénarios du monde réel pour exposer leurs élèves à la physique des particules.

Ils l’ont fait au QuarkNet Data Camp. QuarkNet est un programme d'enseignement scientifique de renommée nationale, financé par la National Science Foundation et coordonné par l'Université de Notre Dame. Fermilab, un contributeur majeur du programme QuarkNet depuis sa création, a accueilli le Data Camp annuel du programme en juillet.

Le camp dure une semaine et attire environ deux douzaines de professeurs de lycée, principalement des professeurs de physique, de tout le pays. D'autres enseignants du secondaire qui enseignent et apprennent pour QuarkNet dirigent le Data Camp et instruisent les participants. En plus des activités principales, les enseignants participant à l'atelier ont l'occasion de voir le Laboratoire Fermi et d'apprendre des scientifiques.

Au cours des premiers jours de l'atelier, les enseignants ont travaillé ensemble en groupes pour analyser les données réelles de collision de particules provenant du détecteur Compact Muon Solenoid du Large Hadron Collider. Les enseignants doivent utiliser les données – un peu nettoyées pour les rendre plus faciles à utiliser – pour déterminer les masses des particules et rechercher un type particulier d’événement de collision de particules. Les particules créées lors de la collision se désintègrent en d'autres particules, et en trouvant ces particules post-désintégration, les enseignants peuvent déduire quel type d'événement ils voient.

"Ils étaient étudiants pendant la première partie de la semaine", a déclaré Jodi Hansen, professeur de physique dans une école secondaire du Minnesota et chargée d'enseignement et d'apprentissage pour QuarkNet, qui a contribué à animer le programme pendant plus d'une décennie. « Nous les avons poussés ; parfois ils étaient mal à l’aise et parfois ils faisaient des choses qui étaient difficiles pour eux. Beaucoup d’entre eux n’avaient jamais fait de physique comme celle-ci auparavant, et c’est ce que font tout le temps les physiciens qui travaillent sur le LHC.

Un groupe d'enseignants participant au QuarkNet Data Camp présente ce qu'ils ont appris de leur ensemble de données au cours des derniers jours. Photo : Spencer Pasero, Laboratoire Fermi

Spencer Pasero, membre du Bureau de l'éducation et de l'engagement du public du Laboratoire Fermi, a déclaré que donner aux enseignants des ensembles de données réels que les physiciens ont utilisés offre une expérience plus authentique et leur apprend que les données réelles peuvent être compliquées et ambiguës. L’un des défis pour les enseignants consiste à identifier les signaux ou les informations utiles dans le bruit de fond qui obscurcit les données du monde réel.

« Vous devez explorer et comprendre : « Qu'est-ce que cela me dit réellement ? » », a-t-il déclaré. « Y a-t-il des choses que je pourrais supposer et qui ne sont pas exactes ? Comment distinguer le signal et l’arrière-plan ? Dans de nombreux laboratoires de lycées, il n'y a pas d'arrière-plan, tout est signal, et il est donc utile de pouvoir distinguer ces éléments.

Mettre les enseignants dans la position d'étudiants et leur demander de résoudre des problèmes peut être intimidant, a déclaré Jeremy Smith, professeur de physique à Baltimore et chargé d'enseignement et d'apprentissage pour QuarkNet, qui aide à animer le camp de données. Mais lui et Pasero ont tous deux déclaré que le processus était gratifiant et laissait les enseignants désireux de partager ce qu'ils avaient appris avec leurs élèves.

"Il peut être très utile de découvrir de nouveaux sujets, de nouveaux contenus, de nouvelles façons de penser et de travailler, du point de vue de l'étudiant", a déclaré Pasero. « Cela les aide à entrer dans cet état d'esprit : maintenant que j'ai vécu cela et que je sais ce que j'avais besoin d'apprendre pour pouvoir comprendre ces données, comment vais-je les transmettre à mes élèves ? »

Emily Rosen, enseignante de Cincinnati et participante au camp de données de cette année, enseigne depuis 18 ans et est impliquée dans QuarkNet depuis le début de sa carrière.