À propos des différents modes d'enseignement

On discute ici de la nouveauté que représente la classe inversée, en commençant par rappeler en quoi consiste l’enseignement classique, dit aussi ex cathedra , encore le plus répandu dans les universités, à l’EPFL en particulier.

Enseignement classique

Cet enseignement correspond grosso modo à ce qu’on imagine être un “cours”: l’enseignant.e parle, les étudiant.es écoutent. Plus précisément (c’est mon point de vue, à propos des cours donné aux grandes classes de l’EPFL):

Dans un auditoire, les étudiant.es sont tournés vers l’enseignant.e. Pendant le cours, il/elle parle, écrit au tableau, et les étudiant.es écoutent, peuvent prendre des notes. Les questions sont bienvenues, mais rares puisque personne n’ose en poser. Quelques étudiant.es (de l’ordre de $2%$ ) posent des questions à la pause, mais la grande majorité ne demande jamais rien.
À la séance d’exercices, les étudiant.es peinent sur des exercices portant sur la matière qu’ils commencent à peine à assimiler, et avancent comme ils peuvent, l’aide des assistant.e.s étant primordiale.
Un forum de discussion est à disposition, et permet aux étudiant.es de poser des questions à tout moment pendant le semestre, de manière anonyme.

Les avantages du système classique:

Les cours sont à horaire fixe, donc ça aide à structurer sa semaine et son travail.
C’est agréable d’avoir quelqu’un qui nous raconte des choses “prémâchées”. Même si on ne comprend pas tout tout de suite, on retient toujours un petit quelque chose. On comprend mieux plus tard en relisant ses notes ou en discutant avec des collègues.
Le côté social est sympa: ça permet de voir les copains et copines, éventuellement de boire le café avant ou après le cours.
Ça permet de voir l’enseignant.e (hé oui!), qui a sa façon de présenter les choses et fait parfois des commentaires ou des remarques qu’on ne trouve pas dans les livres.
Quand on discute avec les assistant.e.s, on peut leur poser toutes les questions qu’on veut, ce qui inclut les questions informelles qui ne portent pas forcément sur le cours ou les exercices.

Les désavantages du système classique:

Il confère, par défaut, un rôle passif aux étudiant.es, au lieu de les encourager à aller lui/elle-même à la recherche des informations.
C’est à horaire fixé, donc faut y être sinon on rate un cours! Il faudra ensuite le rattraper, en demandant les notes de quelqu’un, ou alors, si l’enseignant.e fournit les enregistrements, il faudra trouver un moment pour les regarder, ce qui prend en général plus de temps (si on veut le faire comme il faut) que de juste suivre un cours.
Si l’enseignant.e va trop vite, et qu’on veut prendre des notes, on n’a pas le temps d’écouter les commentaires additionnels qu’il fait. Donc on ne profite pas vraiment de la présence de l’enseignant.
Si l’enseignant.e va trop lentement, ou s’il/elle parle sur un ton monotone qui donne envie de dormir, si la leçon du jour porte sur de la matière qu’on a l’impression de déjà bien connaître, alors on se dit qu’on perd son temps assis sur cette chaise, et qu’on aurait pu lire ça tout.e seul.e.
Si l’enseignant ne fournit pas de notes de cours, s’il n’utilise pas un texte de référence, ou s’il ne disponibilise pas les enregistrements de ses cours, alors on est obligé de prendre des notes, ou alors de demander à quelqu’un de nous passer les siennes.
Si il y a quelque chose qu’on ne comprend pas bien sur le moment, on aimerait bien lever la main mais devant $> 200$ personnes on a toujours peur que notre question soit trop bête. (Grave erreur!)
Le contact avec les assistant.e.s, c’est une seule fois par semaine pendant la séance d’exercices, donc faut vraiment en profiter. Et comme tout le monde en a besoin, ils sont très solicités, et on reste parfois longtemps la main levée avant d’avoir enfin de l’aide.

Même si ce format “classique” d’enseignement semble placer le contact humain au premier plan, en mettant l’enseignant.e et sa classe dans un même espace physique trois fois (!) par semaine, le vrai potentiel de l’enseignant.e est généralement sous-utilisé, puisqu’il a assez peu de contact avec ses étudiant.es.

Dans mes grandes classes, j’estime qu’environ

80%

de mes étudiant.es ne m’ont pas adressé une seule fois la parole.

Principe de la classe inversée

Par opposition à l’enseignement classique, le fonctionnement d’une classe inversée (Wiki) repose sur le principe suivant: la matière n’est plus présentée systématiquement devant un parterre passif d’étudiant.e.s, puisque ceux/celles-ci étudient la théorie avant la rencontre avec l’enseignant.e. Elles et ils viennent ensuite au contact de l’enseignant.e et de ses assistant.e.s, pour poser des questions sur la matière et les exercices.

Le système inversé représente un changement radical, puisqu’il suppose que la prise de contact avec le sujet du cours précède la rencontre avec l’enseignant.e:

Les avantages, pour commencer:

L’étudiant.e est libéré de la présence en auditoire à horaire fixe, lui donnant la liberté de s’organiser comme il/elle l’entend pour découvrir la matière théorique à son rythme, en utilisant le matériel fourni par l’enseignant.e.
L’enseignant.e s’appuie sur son matériel disponible à tout instant, et l’épargne de devoir déballer toute la matière au tableau chaque semaine. Il/elle peut ainsi se concentrer sur l’aide fournie à ses étudiant.es, en accompagnant leurs difficultés.

Ces avantages ont un prix, puisque le système donne des responsabilités aux deux parties:

S’il a une plus grande liberté, l’étudiant.e doit savoir la gérer: il/elle devra avoir la rigueur d’organiser son temps pour se dédier à l’étude du matériel didactique fourni.
Pour garantir que le système fonctionne, l’enseignant.e se doit fournir un matériel varié (en termes de texte, audio et vidéo), et une assistance efficace permettant d’aider ses étudiant.e.s dans leur assimilation du matériel. Ceci inclura en particulier la mise en place d’un système en ligne pour les questions/réponses.

Sur les classes inversées à l’EPFL

Les classes inversées existantes à l’EPFL (Analyse 1, d’Algèbre Linéaire, Physique, ICS, etc.) ont fait leurs preuves, et ont montré que les résultats finaux obtenus aux examens sont équivalents à ceux des classes normales.

Pour plus d’informations:

Dans cette section, on considère des fonctions

f : A \to B

que l’on appellera réelles, ce qui signifie que

A

B

sont des sous-ensembles de

R

. L’étude des fonctions de ce type constitue un des objectifs de ce cours, surtout via la notion de limite qui sera introduite bien plus tard. Ici nous ne ferons qu’illustrer les notions de la section précédente dans ce cas particulier.

II.3.1 Graphe et ensemble image

Lorsque

A

B

sont des sous-ensembles de

R

, on peut représenter géométriquement toute l’information contenue dans une fonction

f : A \to B

dans son graphe, qui est défini comme l’ensemble des points

(x, f (x))

du plan cartésien, obtenus en laissant

x

parcourir tout l’ensemble

A

graphe (f) = {(x, y) \in R^{2} : x \in A, y = f (x) \in B} .

Sur l’animation ci-dessus, on peut “voir”

Im (f)

en activant “trace”, et en faisant varier

x \in A

, pour voir apparaître les points de

Im (f)

sur l’axe

y

.
Dans la pratique, on détermine l’ensemble image de

f : A \to B

par le calcul: en cherchant les

y \in B

pour lesquels l’équation

f (x) = y (II.1)

possède au moins une solution

x \in A

. Dans les cas simples, cela revient à pouvoir isoler

x

dans cette dernière expression.

Exemple II.13.

Soit

f : [2, 3] x \to R \mapsto f (x) := \frac{3 x - 4}{2} .

Par définition,

Im (f) = {y \in R : \exists x \in [2, 3] tel que f (x) = y}

Pour calculer

Im (f)

, fixons

y \in R

, et essayons de résoudre l’équation

y = f (x)

, c’est-à-dire

y = \frac{3 x - 4}{2} .

En isolant simplement

x

, on trouve la préimage de

y

x = \frac{2 y + 4}{3} .

Comme il faut que la préimage appartienne à

A = [2, 3]

, on veut que

2 ⩽ \frac{2 y + 4}{3} ⩽ 3,

qui est équivalente, après quelques manipulations, à

1 ⩽ y ⩽ \frac{5}{2} .

On résume: l’équation

y = f (x)

possède une solution

x \in [2, 3]

si et seulement

y \in [1, \frac{5}{2}]

. Ceci signifie que

Im (f) = [1, \frac{5}{2}]

. On peut le vérifier graphiquement:

II.3.2 Injections, surjections, bijections

Dans le cas des fonctions réelles, l’injectivité et la surjectivité peuvent se caractériser en termes du graphe de

f

, comme suit. Une fonction réelle

f : A \to B

est

surjective si toute droite horizontale d’équation $y = b$ , avec $b \in B$ , coupe le graphe de $f$ en au moins un point,
injective si toute droite horizontale d’équation $y = b$ , avec $b \in B$ , coupe le graphe de $f$ en au plus un point .

II.3.3 Graphe de la fonction réciproque

Si une fonction réelle

f

est bijective, comment le graphe de

f^{- 1}

est-il relié à celui de

f

?
Plus précisément, considérons une fonction

f : A x \to B \mapsto f (x) .

On rappelle que le graphe de

f

est l’ensemble des paires

(x, y)

, où

y = f (x)

x \in A

. Si

f

est bijective, le graphe de sa réciproque

f^{- 1} : B y \to A \mapsto f^{- 1} (y)

est l’ensemble des paires

(y, x)

, où

x = f^{- 1} (y)

y \in B

. On a donc qu’un point

(x, y)

appartient au graphe de

f

si et seulement si le point

(y, x)

appartient au graphe de

f^{- 1}

. Or dans le plan, l’opération qui transforme

(x, y)

(y, x)

est une réflexion par rapport à la diagonale du premier quadrant. On en conclut que si le graphe de

f

est connu, alors le graphe de

f^{- 1}

s’obtient en réfléchissant celui de $f$ à travers la diagonale du premier quadrant. Voyons quelques exemples.

Exemple II.14.

Considérons

f : R x \to R \mapsto \frac{x}{2} + 1 .

Soient

x, x^{'} \in R

tels que

f (x) = f (x^{'})

. Ceci signifie que

\frac{x}{2} + 1 = \frac{x ^{'}}{2} + 1,

qui après simplification donne

x = x^{'}

. Donc

f

est injective. Ensuite, montrons que tout

y \in R

possède une préimage

x

. En effet, on peut isoler

x

dans

y = f (x) = \frac{x}{2} + 1

, qui donne

x = 2 (y - 1)

. Donc

f

est aussi surjective.
Ainsi,

f

est bijective, et sa réciproque est donnée par

f^{- 1} : R y \to R \mapsto 2 (y - 1) .

Remarquons que l’on peut nommer la variable comme on veut, et on peut donc écrire

f^{- 1} : R x \to R \mapsto f^{- 1} (x) = 2 (x - 1) .

Le graphe de

f^{- 1} (x) = 2 (x - 1)

s’obtient à partir de celui de

f (x) = \frac{x}{2} + 1

, par une réflexion par rapport à la diagonale:

Exemple II.15.

Considérons la fonction “au carré”:

f : R x \to R \mapsto x^{2} .

Puisque

f (- x) = f (x)

pour tout

x

f

n’est pas injective. On peut la rendre injective en restreignant son ensemble de départ, en prenant par exemple

R^{+}

f : R_{+} x \to R \mapsto x^{2} .

Cette fonction est maintenant injective puisque

f (x) = f (x^{'})

est équivalent à

x^{2} - x^{'}^{2} = 0

, c’est-à-dire

(x - x^{'}) (x + x^{'}) = 0

. En se souvenant que

x, x^{'} \in R_{+}

, on voit que cette identité est vérifiée si et seulement si

x = x^{'}

.
On montrera plus tard (voir ici) que

Im (f) = R_{+}

(plus précisément, nous montrerons que pour tout

y \in R_{+}

, il existe un

x \in R_{+}

tel que

x^{2} = y

). Ainsi,

f : R_{+} x \to R_{+} \mapsto x^{2},

est bijective. Sa réciproque est appelée la fonction racine carrée, et s’écrit en général “

\cdot

”:

f^{- 1} : R_{+} y \to R_{+} \mapsto f^{- 1} (y) = y .

Son graphe s’obtient en réfléchissant celui de

f (x) = x^{2}

à travers la diagonale du premier quadrant:

Quiz II.3.1.Vrai ou faux? Si

f : R \to R

est injective, alors

Analyse I / FLIPPED

À propos des différents modes d’enseignement