© EDP Sciences / Société Internationale Francophone d’Education Médicale, 2019

Introduction

La physiologie humaine est une discipline scientifique préclinique qui constitue une des bases de la pratique médicale [1]. L’enseignement de la physiologie a pour objectifs l’acquisition de connaissances relatives aux mécanismes du fonctionnement normal de l’homme, mais aussi l’initiation à la démarche expérimentale [1], cœur du raisonnement physiologique. La manipulation expérimentale en laboratoire est la clé pour atteindre ces objectifs. Elle permet à l’apprenant de construire ses savoirs et un apprentissage plus profond quand le degré de guidage de l’expérimentation est adapté [2,3]. Elle permet surtout l’acquisition d’une démarche transférable dans le domaine de la pratique médicale. La manipulation expérimentale constitue donc aussi un objectif d’apprentissage en soi.

En France, les étudiants autorisés à poursuivre leurs études de médecine sont sélectionnés à partir de leurs performances dans le cadre d’un concours évaluant des connaissances purement déclaratives (première année commune des étude de santé ou PACES). En conséquence, les étudiants de deuxième année du diplôme de formation général en sciences médicales (DFGSM2) n’ont pas reçu de formation formelle en matière de raisonnement physiologique. L’initiation au raisonnement physiologique démarre lors d’enseignements dirigés (ED) ou de travaux pratiques (TP), organisés durant cette année en petits groupes, au cours desquels la manipulation expérimentale est réalisée à l’aide d’outils d’exploration fonctionnelle. Au cours de ces enseignements, l’organisation de différentes tâches d’apprentissage vise l’acquisition de compétences de raisonnement. Ces tâches, synthétisées et vérifiées dans les domaines des sciences naturelles [4] et de la physiologie [5,6] sont les suivantes :

• définir le problème et formuler des hypothèses ;

• utiliser les connaissances (lois, formules) dans des situations nouvelles ;

• proposer une expérience simple pour tester les hypothèses ;

• décrire les résultats attendus (schémas) ;

• effectuer des mesures, décrire les résultats observés et les relations avec la structure étudiée ;

• critiquer les résultats, discuter les limites méthodologiques ;

• interpréter les résultats observés sur la base des travaux existants et d’un raisonnement logique ;

• synthétiser l’idée centrale de l’expérimentation.

Actuellement en DFGSM2, au sein de notre faculté, ces tâches d’apprentissage sont mises en œuvre dans le cadre de formats d’enseignement et d’apprentissage qui s’inspirent de certains principes de l’apprentissage par problèmes (APP), sans pour autant en reprendre complètement le format princeps. Prenant en compte certaines recommandations visant à prévenir les risques d’une surcharge cognitive [7,8], une guidance explicite de leurs apprentissages est fournie aux étudiants. C’est notamment dans cette optique que le choix a été fait de décomposer les problèmes à résoudre –  tâches complexes – en tâches plus simples suivant un guidage détaillé, tout en étant conscients que certaines approches pédagogiques, par exemple celles qui s’adossent à la perspective constructiviste, invitent plutôt à confronter d’emblée les étudiants à la complexité, sous réserve qu’une assistance appropriée puisse être fournie.

Nonobstant ces différentes limites, des formats de type APP ont montré leur intérêt dans l’enseignement de la physiologie [9,10], notamment dans un curriculum « partiellement orienté APP » dans lequel des problèmes cliniques travaillés au cours des séances d’ ED/TP, sous la forme d’activités en groupes tutorés, en complément des cours magistraux d’un curriculum traditionnel [11]. Cependant, la réalisation d’APP en ED ou TP pose actuellement un problème majeur de faisabilité en DFGSM2, car le nombre d’étudiants augmente.

Les nouvelles technologies de l’information et de la communication pour l’enseignement (TICE) pourraient permettre de faciliter la mise en œuvre de dispositifs pédagogiques dédiés à l’initiation du raisonnement physiologique. En effet, une revue systématique a montré l’intérêt des TICE (logiciels d’apprentissage, le tableau blanc interactif (TBI) et les plate formes pédagogiques numériques[13]) pour la mise en œuvre de l’APP dans le domaine des sciences pour la santé [12]. Toutefois, certaines conditions doivent être satisfaites, dans la mesure où il a été montré que l’utilisation des TICE, en modifiant les tâches d’apprentissage, pouvaient parfois, à l’inverse, compliquer leur mise en œuvre [14]. En effet, l’utilisation exclusive des TICE sous forme de dispositif de type « e-learning » sans face-à-face avec l’enseignant, expose à des difficultés liées au déficit d’interactions entre l’apprenant et l’enseignant ou ses pairs [15]. Les dispositifs pédagogiques de type « hybride », combinant cours/ED en ligne et face-à-face avec un enseignant [16], visent notamment à dépasser ces limites. Les formats concernés par les dispositifs hybrides sont cependant très hétérogènes [17], ce qui complexifie l’évaluation de leur impact sur les apprentissages. Ainsi, ces dispositifs hybrides nécessitent a minima une évaluation de leur faisabilité dans le contexte académique où on envisage de les implanter. Dans le champ de la physiologie, l’utilisation de dispositifs hybrides pour l’enseignement se résumait à l’association de cours à des explications ou quizz en ligne [18]. En revanche, à notre connaissance et à ce jour dans le contexte français, aucun dispositif combinant TICE et enseignements présentiels dans une démarche d’hybridation approfondie n’a été développé pour soutenir des dispostifs de type APP en physiologie. De plus, la faisabilité d’un dispositif hybride de typologie caractérisée reste à démontrer.

Dans ce contexte, nous avons planifié au cours de la deuxième année du cursus de médecine un dispositif pédagogique visant à initier les étudiants au raisonnement physiologique. Ce dispositif a été élaboré dans le cadre des ED de physiologie, en mettant en œuvre des activités s’inspirant de l’APP et intégrant des ressources permises par les TICE. Pour cela, nous avons développé un « laboratoire numérique de physiologie (e-ϕsioLab) », dispositif « hybride » combinant à la fois des ED présentiels (EDP), recourant au tableau blanc interactif (TBI) et à des supports multimédia, et des ED dématérialisés (EDD) sur plate-forme pédagogique (Moodle).

Objectifs

L’objectif de l’étude est d’évaluer la faisabilité de l’intégration de TICE à des dispositifs de type APP, dans le cadre des ED de physiologie en DFGSM2. L’évaluation de la faisabilité a été déclinée en deux objectifs secondaires :

• l’évaluation des traces des tâches d’apprentissage permettant l’acquisition du raisonnement physiologique réalisées par les étudiants et ;

• l’évaluation de la participation des étudiants sur l’e-ϕsioLab.

Méthodes

Participants

L’ensemble des étudiants de DFGSM2 de la faculté de médecine de Montpellier-Nîmes a participé à cette étude (n = 225) au premier (« UE appareil respiratoire ») et au second semestre (« UE métabolisme nutrition ») de l’année universitaire 2014–2015. Pour les EDP, les étudiants étaient répartis en 11 groupes de 20–21 étudiants. Pour les EDD, les étudiants étaient répartis en 44 sous-groupes de cinq ou six étudiants. Dix enseignants de physiologie ont tutoré les différents groupes au cours des EDD et EDP. Les supports des EDP ont été adaptés de l’existant par un seul enseignant, et les EDD développés par deux enseignants.

Dispositif curriculaire

Une UE regroupait des enseignements relatifs à un système ou organe. Chaque UE comportait des cours magistraux de différentes disciplines (anatomie, physiologie…), administrés en présentiel puis mis en ligne sur la plate-forme Moodle.

L’UE débutait par un cours d’introduction d’une heure sur le fonctionnement du « laboratoire de physiologie e-ϕsioLab ». Se succédaient ensuite :

• l’EDP, à l’issue duquel les travaux des étudiants au TBI étaient mis à disposition sur l’e-ϕsioLab ;

• l’EDD, initié à partir de la une mise en ligne d’un problème physiologique. Des questions pouvaient être posées à l’enseignant du groupe. Les étudiants devaient rendre leur travail à la date indiquée (un mois après la mise en ligne). Un corrigé général était alors fourni immédiatement. Ensuite, les enseignants rendaient les évaluations notées et avec un commentaire. L’évaluation des travaux de groupe sur l’e-ϕsioLab participait hauteur de quatre points sur les 20 de la note finale de l’UE.

Dispositif pédagogique de type apprentissage par problème

L’APP a été effectué par des enseignants-tuteurs formés, selon les principes de cette approche : proposition de problèmes mal structurés et authentiques, détermination des besoins par l’apprenant, rôle de facilitateur de l’enseignants-tuteurs [19]. L’APP se déroulait au sein d’un curriculum traditionnel, à l’occasion d’ED ou TP en petits groupes (20 étudiants, divisés en quatre sous-groupes) de deux heures [11].

Lors de chaque ED/TP, un problème clinique physiologique était présenté aux étudiants pour être analysé et décomposé en tâches simples. L’élaboration d’hypothèses et l’identification des connaissances/ressources ou des mesures/signes à recueillir étaient systématiques. Compte-tenu des principes de la théorie de la charge cognitive [8], le guidage de l’APP était détaillé et standardisé par des questions et réponses préparées par l’enseignant [11]. La recherche d’informations était également orientée vers des tâches prévues au préalable, comme pour l’expérimentation et la réalisation de mesures. Les étudiants étaient invités à rechercher des informations, à proposer des hypothèses, des mesures, des mécanismes, et à échanger entre eux.

La seconde partie de l’ED/TP permettait aux étudiants de rapporter hypothèses, observations (relations structure-mesure physiologique), mesures, analyses, calculs, résultats, schémas et interprétations effectives ou publiées. Le dernier temps de l’ED/TP était consacré à un retour sur les hypothèses et le problème clinique. Une attention particulière était donnée à la clarté formelle des travaux, à la clarté des questions et hypothèses formulées, à la qualité des arguments, à l’adéquation des observations/mesures aux hypothèses, aux erreurs de raisonnement.

Pour l’EDP, le problème de physiologie respiratoire portait sur un problème d’adaptation de la respiration (V’O2) de l’organisme à l’exercice ; le problème de physiologie métabolique portait sur un problème de balance énergétique. Le guidage était assuré par le tuteur, sur la base de questions et de tâches préparées au préalable (calculer une V’O2, schématiser le parcours de l’O2, émettre des hypothèses sur l’évolution des paramètres, comparer les hypothèses aux mesures…). Les 40 premières minutes étaient consacrées à l’analyse du problème, à l’identification d’hypothèses et des besoins (connaissances et mesures) pour résoudre le problème. Les 60 minutes suivantes étaient consacrées à l’expérimentation et au recueil d’informations, et la dernière partie de la session (20 minutes) au retour sur le problème. Les questions, hypothèses, besoins, observations, mesures, calculs, schémas, interprétations étaient notées au TBI.

Pour l’EDD, le problème de physiologie respiratoire portait sur un problème d’adaptations de l’appareil respiratoire à l’altitude (Annexe A) ; le problème de physiologie métabolique portait sur un problème de surpoids. Les deux problèmes étaient en rapport avec les cours et l’EDP. Le guidage était assuré par différentes questions en rapport avec différentes tâches d’apprentissage :

• analyser le problème : questions réactivant des connaissances : stimulus hypoxique VE, interrogatoire d’un patient ;

• formuler des hypothèses de réponses physiologiques dans différentes conditions (altitude, anémie, surpoids, changement de régime alimentaire…) et proposer les résultats attendus ;

• initier la recherche d’information : questions portant sur les explorations, mesures ou d’interventions pour tester une hypothèse (test d’hypoxie, sevrage tabac, nutrition…) ;

• effectuer un retour sur le problème et les hypothèses : questions portant sur l’interprétation des résultats attendus (enquête alimentaire, etc…) ;

Les étudiants étaient invités à effectuer une recherche d’information à partir de différentes ressources : laboratoire numérique de physiologie (cours, support d’ED…), internet et bibliothèque universitaire. Des questions pouvaient être posées à l’enseignant-tuteur sur la plate-forme pédagogique. Les étudiants d’un groupe étaient invités à se réunir pour faire la synthèse de travaux et les colliger sous forme d’un document word ou pdf à remettre à l’enseignant-tuteur dans le délai imparti (un mois). Le retour sur le problème était effectué par l’enseignant-tuteur sous la forme d’un document de synthèse et d’un commentaire spécifique sur le travail du groupe.

Outils

Pour l’EDP, les enseignants de physiologie ont utilisé le tableau blanc interactif Activeboard 387 Pro Mobile system (Promethean SAS, France). Le TBI était connecté à un PC standard sous Windows XP. Un vidéoprojecteur permettait de projeter l’image du PC sur l’écran du TBI, et le logiciel Active Inspire (Promethean SAS, France) permettait son utilisation (https://support.prometheanworld.com/fr/download/activinspire.html).

L’étude de paramètres physiologiques a été effectuée sur des supports multimédia, notamment des films élaborés en collaboration avec le Lipcom, service multimédia de la Faculté de médecine de l’Université de Montpellier.

L’acquisition de paramètres physiologiques en condition réelle a été effectuée par les étudiants à l’aide du système MP35 et logiciel StudentLab, (Biopac systems, USA). Le système était connecté au PC relié au TBI. Pour l’ED métabolisme-nutrition, les paramètres de la balance énergétique mesurés par les étudiants étaient la composition corporelle, le métabolisme de base (impédancemétrie), la dépense énergétique liée à l’activité physique (actimètre remis aux étudiants deux jours avant l’ED) et les apports énergétiques (rappel des 24 heures, sur 2 jours, analysés à l’aide d’un logiciel).

Pour la plate-forme d’apprentissage nécessaire à l’EDD, nous avons utilisé un outil permettant d’effectuer les taches d’apprentissages dans le cadre d’un format de type APP. Nous avons mis en place des fonctionnalités permettant la participation des étudiants à distance, la production de travaux, la communication, l’organisation et la collaboration, mais aussi la médiatisation des ressources multimédia pour les contenus et les travaux des étudiants. Enfin, la possibilité d’une aide méthodologique pour les étudiants a été intégrée. Un espace dédié (« Le laboratoire numérique de physiologie e-ϕsioLab », Figure 1) sur la plate-forme d’apprentissage Moodle a nécessité un investissement des ingénieurs pédagogiques de la Direction des systèmes d’information et du numérique (DSIN) pour obtenir une ergonomie de l’outil non-linéaire et adéquate à l’APP. L’évaluation d’une version Beta a été effectuée avec un petit groupe d’étudiants.

Le laboratoire numérique de physiologie a été structuré de la manière suivante : la page d’accueil dévoile plusieurs liens vers l’agenda, le descriptif de l’enseignement, le fonctionnement de la plate-forme, la messagerie permettant de contacter un enseignant, et un fil de dernières nouvelles. Une partie de l’espace de physiologie est restreinte au secrétariat et à l’équipe enseignante. La partie dédiée aux étudiants se subdivise en cinq sous-parties (Figure 1) :

• « Cours Magistraux » : lien vers les cours magistraux DFGSM ;

• « Documents issus des ED » comprenant : (a) les documents issus des ED ; (b) l’accès au laboratoire (tracés et signaux physiologiques), salle de réunion (paperboards issus des ED), bibliothèque (ouvrages et publications), l’hôpital (documents multimedia chez patients) ;

• « Devoirs de groupe » comprenant différentes icônes : (a) téléchargement du problème de physiologie ; (b) dépôt du travail ; (c) corrigé général ; (d) note et les commentaires ;

• « Espace d’échanges » avec un lien vers forums et tchat ;

• « Préparation de l’examen SIDES » avec un lien vers la plateforme d’entraînement SIDES, sur laquelle sont disponibles des questions de physiologie pour préparer l’examen facultaire de l’UE.

Figure 1 Présentation de la page d’accueil du Laboratoire numérique de physiologie e-ϕsioLab sur la plateforme pédagogique Moodle de l’Université de Montpellier. Exemples de travaux remis par des étudiants de deuxième année du diplôme de formation générale en sciences médicales sur l’e-ϕsioLab (problème de physiologie métabolique et problème de physiologie respiratoire).

Évaluations

Conformément aux objectifs et aux tâches d’apprentissage permettant l’acquisition de compétences de raisonnement définis en en physiologie [4] au cours d’ED ou de TP, l’évaluation a porté sur :

• les traces des tâches d’apprentissage effectivement réalisées par les étudiants

Cette évaluation a concerné deux EDP (problème respiratoire et métabolique) et a été effectuée « en ouvert », en accord avec les tâches d’apprentissage validées pour l’enseignement de laboratoire [4]. Cette évaluation a porté sur les paperboards annotés par les étudiants par deux physiologistes indépendants, sur grille d’évaluation standardisée. Nous avons recherché si les étudiants avaient pu :

• définir la question, le problème ;

• élaborer des hypothèses ;

• proposer des mesures et des résultats attendus ;

• visualiser et décrire les relations entre la mesure de la fonction et la structure de l’organisme, de l’organe, dans la condition donnée ;

• manipuler des paramètres physiologiques ;

• interpréter des mesures.

Nous avons également recherché si les enseignants avaient pu corriger les erreurs.

Cette évaluation a aussi concerné deux EDD (problème respiratoire et métabolique) et a été effectuée « en ouvert », en accord avec les tâches d’apprentissage validées pour l’enseignement de laboratoire [4]. L’évaluation a porté sur les travaux remis. Etaient évalués :

• la qualité des travaux, sur la base d’un barème détaillé sur 20 points ;

• l’originalité des travaux, sur la base du taux de redondances et/ou plagiats, mesurés par le logiciel compilatio.net de l’université de Montpellier) ;

• la proportion de travaux référencés et leur nombre ;

• le nombre de schémas, de formules physiologiques ;

• la lisibilité du document, des schémas ;

• le nombre d’hypothèses par question ;

• le nombre d’erreurs de raisonnement logique ;

• le nombre de mesures et d’expérimentations proposées ;

• la participation des étudiants sur l’e-ϕsioLab

Cette évaluation a concerné deux EDP (problème respiratoire et métabolique) et a été effectuée de manière « comparative » et randomisée (tirage au sort). La moitié des groupes a suivi un EDP sur l’e-ϕsioLab tel que précédemment décrit et l’autre moitié un EDP classique effectué par un enseignant projetant l’énoncé sur écran. Les deux EDP ont été effectués sur le même lieu et au même horaire, sans communication entre les groupes. L’évaluation de la participation a été effectuée à l’aide d’un questionnaire auquel les étudiants devaient répondre au décours immédiat de l’EDP.

Pour les EDD, l’évaluation a été effectuée « en ouvert » : la participation des étudiants a été appréciée en comptabilisant le temps passé sur l’e-ϕsioLab, l’utilisation des différentes fonctionnalités (agenda, tchat, forum,) et la proportion de travaux rendus dans les délais.

Analyse statistique

Les variables qualitatives sont présentées sous la forme de proportions, alors que les variables quantitatives sont présentée sous la forme de moyenne ± ecart-type (SD) lorsque la distribution était normale ou sous la forme de médiane [intervalle interquartile 25–75] dans le cas contraire. Les comparaisons entre les deux groupes ED e-ϕsioLab et classiques sont effectuées par le test du Chi-2 ou de Fisher pour les variables qualitatives et par le test T de Student ou de Wilcoxon pour les variables quantitatives. Une valeur du p a été considérée comme significative si < 0,05. Les analyses statistiques ont été effectuées sur Sigmaplot.

Résultats

Deux cent vingt cinq étudiants de DFGSM2 de la faculté de médecine de Montpellier-Nîmes ont participé au dispositif en 2014–2015. Un diagramme des flux (Figure 2) présente les effectifs et travaux et les questionnaires analysés pour l’ensemble de la promotion.

Figure 2 Diagramme des flux de l’étude.

Production des étudiants sur l’e-ϕsioLab

L’ensemble de la promotion de DFGSM2 de la Faculté de Montpellier-Nîmes a bénéficié des deux EDP au TBI sur l’e-ϕsioLab. L’ensemble des mesures et des paperboards annotés par les étudiants ont été déposés au format .pdf sur la plate-forme Moodle. Huit et quatre paperboards (8 groupes soient 163 étudiants) ont été étudiés pour chaque EDP. Des exemples sont présentés sur les figures 3 et 4. Les résultats sont résumés dans le tableau I. Pour le problème métabolique et d’adaptation à l’exercice, respectivement 5,9 ± 0,9 et 3 questions ont été proposées. La manipulation de paramètres a pu être effectuée pour le problème métabolique, mais les paramètres n’ont été que visualisés sur films pour le problème d’adaptation à l’exercice. Dans ce dernier, les étudiants ont en revanche proposé plus d’hypothèses, de schémas de mesures et présenté des résultats attendus.

Pour l’EDD (Figure 1), tous les travaux étaient lisibles, rédigés sous traitement de texte (type word), et illustrés de schémas lisibles plus nombreux que demandé dans l’énoncé (Tableau II). Les formules physiologiques apparaissaient régulièrement et l’argumentaire était parfois référencé, spontanément. Pour les problèmes respiratoire et métabolique, respectivement 3,7 ± 1,3 et 3,3 ± 1,0 hypothèses par question apparaissaient. Comme demandé, les étudiants ont proposé des expérimentations et/ou mesures pour vérifier leurs hypothèses. À titre d’exemple, afin de mettre en évidence de l’effet du tabagisme sur le métabolisme (via la nicotine sur le système nerveux autonome), un groupe a proposé une expérimentation sur modèle de souris exposées à la nicotine ou un placebo (± inhibiteur du système nerveux autonome) et des mesures métaboliques. Les travaux étaient originaux, comme le montre le taux de redondance et/ou plagiat inférieur à 25 %, seuil considéré comme devant poser question. Finalement, les erreurs de raisonnement logique (de l’hypothèse à l’observation à l’interprétation) se sont révélées régulières (2,2 ± 1,9 pour le problème respiratoire), et ont permis de donner matière à un commentaire de l’enseignant. Les notes rendues dans les délais se sont révélées bonnes, indépendamment de l’enseignant qui corrigeait (15,7 ± 2,7 et 17,4 ± 1,7 sur 20 pour les problèmes respiratoire et métabolique, respectivement).

Figure 3 Exemples de paperboard au tableau blanc interactif issus de l’enseignement dirigé présentiel sur l’e-ϕsioLab, Problème d’adaptation de la respiration (V’O2) l’organisme à l’exercice et identification du facteur limitant de l’exercice (unité d’enseignement de l’appareil respiratoire de deuxième année du diplôme de formation générale en sciences médicales). A : Définition des questions et du problème. B : Schématisation d’hypothèses. C : Proposition de mesures. D :Visualisation des relations entre la mesure de la fonction et la structure de l’organisme, de l’organe à l’exercice. E : Présentation de résultats attendus et hypothèses (Hypothèse étudiantes Morgane : élévation de la ventilation liée au stimulus hypoxique des centres respiratoires). F : Correction des erreurs.

Figure 4 Exemples de paperboard au tableau blanc interactif issus de l’enseignement dirigé présentiel sur l’e-ϕsioLab, Problème de métabolique de balance énergétique (unité d’enseignement de métabolisme-nutrition de deuxième année du diplôme de formation générale en sciences médicales). A : Manipulation des paramètres physiologiques (dépense énergétique liée à l’activité physique et apports énergétiques alimentaires). B : Interprétation des mesures.

Participation des étudiants sur l’e-ϕsioLab

La participation de 41 étudiants de l’EDP sur l’e-ϕsioLab a été comparée à celle de 38 étudiants ayant bénéficié d’un ED au format classique, où les mesures étaient présentés sous forme d’un diaporama. Les étudiants du groupe EDP e-ϕsioLab ont pu mieux manipuler les paramètres que les étudiants du groupe ED classique (p < 0,05). Si l’attention tend à être mieux maintenue au cours de l’EDP e-ϕsioLab, la différence n’était pas significative par rapport aux ED classique (p = 0,35), par manque de puissance. En effet, les étudiants ont posé plus de questions, discuté, échangé des hypothèses et présenté des mesures au TBI (p < 0,05) (Tableau III). Il n’existait pas de différence significative sur la clarification des notions abordées en cours (p = 0,178), ni sur le degré de confiance des étudiants sur leur capacité à résoudre un problème physiologique posé à un examen (p = 0,213), mais probablement par « effet plafond », car plus de 65 % des étudiants des deux groupes déclaraient être « d’accord » ou « tout à fait d’accord » sur ces deux points. Enfin les étudiants des deux groupes ont exprimé le besoin de travailler plus de situations physiologiques pour maitriser les notions (>75 % d’entre eux), et comptent utiliser les ressources mises en ligne (>65 % d’entre eux), confirmant le besoin éducatif des étudiants pour les objectifs visés.

La participation aux EDD a été importante, avec un nombre de connexions de 14,2 ± 5,2 par étudiant, représentant une durée cumulée de 112 ± 17 min par étudiant passée sur le laboratoire numérique du 21 octobre 2014 au 21 janvier 2015. Seul six étudiants ne se sont jamais connectés. Les recours par les étudiants à la fonctionnalité d’aide pour problème technique ont été exceptionnels. Les forums (n = 22) ont été utilisés de manière adéquate, avec 289 messages postés (13,1 par groupe), et même probablement sous-estimés, car de nombreux groupes ont utilisés d’autres plateformes d’échanges du type Google doc. En revanche, le tchat a peu été utilisé (un seul groupe sur 44), les étudiants ayant privilégié d’autres réseaux sociaux. Tous les groupes ont pu poser une question au tuteur, qui a fourni un corrigé spécifique ou des commentaires au groupe dans plus de 50 % des cas. La majorité des sous-groupes (41/44, 93 %) a rendu son travail dans les temps.

Discussion

La mise en œuvre d’un dispositif de type APP en physiologie expose l’étudiant à de tâches d’apprentissages multiples voire complexes. Nous présentons un dispositif hybride utilisant les TICE qui répond à cette approche d’enseignement. De plus, alors que l’utilisation des TICE peut parfois compliquer la mise en œuvre des tâches d’apprentissage, nous montrons la faisabilité de l’utilisation de notre dispositif à fort degré d’hybridation présentiel/à distance pour l’APP en physiologie.

Type du dispositif hybride

Nous avons développé un dispositif hybride « e-ϕsioLab » en rapport avec les besoins d’activités d’enseignement et d’apprentissage en physiologie de type APP. Bien qu’il en reprenne certaines finalités et certains principes, le dispositif de type APP, tel que nous l’avons mis en œuvre, diffère du format princeps sur plusieurs points. Dans sa dimension curriculaire, il succède et complète ainsi des enseignements transmissifs classiques (cours magistraux) alors que dans sa mise en œuvre plus radicale, il a vocation à s’y substituer très largement. Dans sa dimension didactique, et même si les problèmes exploités pour l’enseignement et l’apprentissage ont un ancrage clinique, les activités concernées et les apprentissages visés restent contingentés dans le cadre d’une seule discipline (en l’occurrence la physiologie), organisées de façon juxtaposée par rapport aux autres dispositifs disciplinaires mis en œuvre dans le cadre de l’UE organe-système, alors qu’un curriculum de type APP vise en principe le décloisonnement des disciplines tant précliniques que cliniques, au travers de dispositifs interdisciplinaires intégrateurs. Dans sa dimension pédagogique, enfin, de manière à prévenir les risques d’une surcharge cognitive, nous avons favorisé, de manière partiellement réductrice mais assumée, une guidance favorisant une approche des problèmes du simple vers le complexe, davantage en phase avec une perspective behavioriste de l’apprentissage, alors qu’une perspective constructiviste, aujourd’hui généralement promue pour l’APP, plaide pour le primat de la complexité, sous réserve qu’un compagnonnage cognitif approprié soit mis en œuvre, en cohérence avec l’intérêt d’une guidance explicite [7].

Plus spécifiquement, le dispositif hybride mis en oeuvre peut être caractérisé selon la typologie proposée par Lebrun et al. [20], qui distingue six types selon qu’ils sont respectivement centrés sur l’enseignement (type 1) ou centrés sur l’apprentissage au (type 6). Notre dispositif se rapproche du type 3 de cette typologie, car il offre une large médiatisation de contenus multimédia, et favorise la participation active (présentielle et à distance) et la collaboration entre les étudiants. Par ailleurs, l’interaction étudiants/enseignant-tuteur souhaitée s’est révélée effective (mise à disposition du problème, guidage par des questions, réponse aux questions des étudiants, correction, notation). Ainsi, la présence d’un accompagnement des étudiants rapproche ainsi notre dispositif aussi des types 4, 5 et 6, dispositifs centrés sur l’apprenant. Toutefois, d’autres potentialités des TICE auraient pu être utilisées pour notre dispositif hybride, tels le recours à des ressources et acteurs externes. Cette potentialité, conforme aux principes de l’APP, apparaît pertinente vu la qualité de la recherche d’information effectuée par les étudiants, comme l’indiquent les proportions de travaux référencés pour chaque EDD (12,5 et 26,3 %). Enfin, l’hybridation présentiel/à distance de l’e-ϕsioLab a été effective. En effet, les notions abordées en EDP ont pu être reprises en EDD. Nous avons même intégré les travaux issus des EDP au TBI au sein du dispositif de manière à ce que les étudiants s’appuient sur ces nouvelles ressources pour les EDD et près de 65 % des étudiants ont déclaré qu’ils comptaient les utiliser. Si nous n’avons pas évalué le degré d’utilisation des ressources issues des EDP aux EDD, cette forme d’hybridation est originale par rapport aux dispositifs existants. Au final, notre dispositif hybride e-ϕsioLab apparaît centré sur l’apprenant et se caractérise par une forte hybridation entre enseignements présentiels et à distance.

Utilité, utilisabilité acceptabilité l’e-ϕsioLab

Le modèle d’acceptation des technologies de Davis [21] permet de prédire l’utilisation des TICE dans l’enseignement. Il constitue donc une grille de lecture de la faisabilité de notre dispositif hybride à partir des données d’inspection [21]. Si ce modèle a récemment été enrichi par d’autres facteurs [22], il repose sur trois dimensions principales : utilité perçue, utilisabilité perçues et acceptabilité.

L’utilité a été perçue comme satisfaisante par les étudiants, car ces derniers ont déclaré avoir clarifié certaines notions lors de l’EDP, et être en mesure de répondre à un problème physiopathologique autant qu’après un EDP classique. Le dispositif a aussi été perçu comme utile par les enseignants : il a permis de susciter les tâches d’apprentissage prévues pour l’initiation au raisonnement physiologique, et les enseignants ont unanimement reconnu « avoir refait de l’enseignement de physiologie », reconnaissant chez les étudiants la mise en jeu de processus cognitifs dans l’apprentissage de la méthode expérimentale.

Notre dispositif hybride apparaît utilisable, répondant besoins des utilisateurs au prix de contraintes minimes. Si nous n’avons pas effectué de test chez l’utilisateur [21], les étudiants ont effectué plus de tâches d’apprentissage qu’au cours d’un EDP classique de deux heures à temps égal pour l’EDP et inférieur pour l’EDD (112 min). La prise en main du TBI par les étudiants a été immédiate. Les outils utilisés ont été fiables : aucun problème technologique n’a été noté au cours de l’utilisation de l’e-ϕsioLab par les étudiants ou enseignants, quelle que soit la fonctionnalité. Coté enseignants, la prise en main des TICE a été facilitée par une formation initiale d’une heure et le téléchargement d’une version dégradée du logiciel du TBI sur le PC personnel des enseignants. Toutefois, les étudiants ont utilisé d’autres outils de communication, ce qui peut poser question sur l’utilisabilité de cette fonction de l’e-ϕsioLab. Si nous n’avons pas pu recueillir les raisons de l’utilisation préférentielle de ces autres outils, il est possible que les habitudes des étudiants ou la liberté d’échanger sans contrôle par l’enseignant soit en cause. Enfin, pour la construction du travail commun, les étudiants ont travaillé sur Google.doc, en l’absence de fonctionnalité wiki. Celle-ci pourrait donc être implémentée ultérieurement dans l’e-ϕsioLab.

Enfin, notre dispositif hybride pourrait être acceptable par ses utilisateurs. En situation réelle sur promotion entière, les étudiants ont participé activement aux EDP (plus qu’au format traditionnel) et aux EDD. L’effet positif de l’usage du TBI sur la participation est compatible avec les publications antérieures [23]. L’évaluation à hauteur de quatre points sur la note finale y a certainement contribué. Toutefois, le cours d’introduction sur le fonctionnement de l’e-ϕsioLab pourrait avoir favorisé son acceptabilité, au même titre que d’autres facteurs organisationnels, ou liés aux TICE ou aux utilisateurs [22]. Si le questionnaire pour l’évaluation de l’acceptabilité n’a pu être accessible aux étudiants, les dispositifs hybrides sont généralement acceptables pour les étudiants [24]. Coté enseignants, l’écueil d’acceptabilité était lié au tutorage à distance l’EDD. La séance de travail d’une heure et demi dédiée à la synthèse des questions posées et l’harmonisation des réponses a permis de contourner la difficulté. Les enseignants ont également proposé une animation du travail de groupe via une tâche d’hétéro-évaluation des étudiants entre eux ou la mise en ligne de ressources (ex. : article scientifique) pour alimenter l’APP de l’EDD. Ainsi, le dispositif serait acceptable par les enseignants, comme récemment publié pour un enseignement hybride [25]. Enfin, ce dispositif apparaît acceptable au niveau de l’institution, car d’autres EDP/EDD ont été instaurés. A ce titre, un projet d’extension à d’autres disciplines précliniques est actuellement en cours de développement.

Pertinence du dispositif hybride e-ϕsioLab dans le cadre des activités de type APP de physiologie

Notre dispositif hybride a également favorisé l’engagement des apprenants dans les tâches : la participation des étudiants a été supérieure à l’ED traditionnel pour sa partie présentielle. Malgré les limites inhérentes à ce type d’étude, notre travail est l’un des rare à avancer des données quantitatives sur l’évaluation d’un nouveau dispositif hybride. De plus, nos résultats sont en accord avec l’apport des TICE à la participation des étudiants [3]. En effet, les TICE permettent de souligner, répéter, résumer, expliquer, effectuer un retour critique sur une notion (exploitation de l’erreur en faveur de l’apprentissage) [3]. Notre dispositif hybride a également permis une recherche d’information et de co-construction plus riche qu’au cours d’EDP traditionnels, et le retour sur le problème clinique a été amélioré par la session d’analyse des réponses par les enseignants. La qualité du raisonnement physiologique était satisfaisante comme en témoignent les notes des EDD, même si l’absence de groupe « contrôle » constitue une limite évidente.

Ces bénéfices pourraient induire une amélioration des apprentissages au cours de l’APP. En effet, une méta-analyse récente a montré un effet positif de l’utilisation des TICE pour l’APP sur les connaissances et les compétences dans les formations de santé [26]. Les résultats sont plus variables pour les dispositifs hybrides, mais également favorables par rapport à l’enseignement purement présentiel ou dématérialisé pour l’acquisition des connaissances [27]. Inversement, le dispositif hybride développé pour l’APP pourrait induire une surcharge cognitive extrinsèque (liée à l’outil) et intrinsèque (liée à la tâche) [28], qui mobiliserait alors toutes les ressources attentionnelles nécessaire à la résolution du problème et freinerait l’apprentissage. Nous avons cherché à prévenir ce risque par le guidage détaillé de l’APP [8] et l’utilisation de TICE ergonomiques. Notre dispositif hybride a également eu un effet positif sur les enseignants. Par effet « cheval de Troie » des TICE [3], les enseignants ont remanié leur enseignement en faveur d’une pédagogie active, pertinentes pour l’enseignement des sciences [29]. Enfin, cette hybridation de l’enseignement en premier cycle est en phase avec l’intégration des TICE dans l’enseignement de la médecine en second et troisième cycle (plate-forme pédagogique du système inter-universitaire dématérialisé d’évaluation en santé −SIDES- ou Moodle). L’intégration précoce des TICE dès premier cycle prend alors tout son sens pour initier les étudiants le plus tôt possible à l’utilisation de ces outils. De plus, l’utilisation des TICE permettra une évaluation de l’impact de notre dispositif sur les apprentissages, qui est une perspective prévue de notre étude.

Conclusion

Ce travail présente pour la première fois un modèle d’intégration des outils numériques dans un dispositif de type APP en physiologie sous la forme d’un enseignement hybride (e-ϕsioLab). La combinaison d’ED au TBI et ED sur la plate-forme pédagogique, avec forte hybridation entre enseignements présentiels et à distance est apparue faisable. Il a permis aux étudiants de DFGSM2 de réaliser les tâches d’apprentissage de l’APP et en rapport avec l’objectif d’initiation au raisonnement physiologique. Enfin, cette modalité d’enseignement hybride pour les ED et TP de physiologie pourrait favoriser l’engagement des étudiants dans l’enseignement, et l’utilisation de pédagogies actives par les enseignants.

Contributions

Fares Gouzi a participé à la conception du protocole de recherche, de l’e-ϕsioLab, au recueil des données, à l’interprétation des résultats, à l’analyse statistique et à l’écriture du manuscrit. Lucie Barateau a participé à l’interprétation des résultats et à la relecture du manuscrit. François Bughin, Dalila Laoudj-Chenivesse, Emilie Passerieux, Régis Lopez, Antonia Perez-Martin, Iris Schuster-Beck, Stephan Matecki, Michel Dauzat, Yves Dauvilliers, Maurice Hayot et Jacques Mercier ont participé au développement de l’e-ϕsioLab, à la réalisation des enseignements et au recueil des données. Agathe Hubert et Savine Volland ont participé au développement de l’e-ϕsioLab.

Liens d’intérêts

Les auteurs déclarent n’avoir aucun conflit d’intérêts concernant les données publiées dans cet article

Approbation éthique

Non sollicitée

Remerciements

Nous remercions toute l’équipe du Lipcom de l’UFR Médecine de l’université de Montpellier, l’équipe du bureau Accompagnement à la pédagogie numérique de la DSIN de Montpellier. Une partie du travail a fait l’objet d’une conférence au congrès PedagoTICE 2015 à Toulouse (France).

Annexe A Problème respiratoire lié à l’altitude.

Un étudiant en médecine pratiquant régulièrement des sports d’endurance, décide de faire un séjour de plusieurs jours au sommet du Mont Blanc avec un ami. Il vous demande votre avis sur les effets attendus de l’altitude leur état de santé en altitude.

1/ À partir d’un schéma commenté du parcours de l’oxygène dans l’organisme expliquez-lui les variations de pression partielle en O2, de l’air ambiant au sang artériel, par rapport celles observées à l’altitude de Montpellier. (note sur 4 points)

2/ À son arrivée au sommet du Mont Blanc, il ressent un essoufflement. En mesurant sa ventilation externe (VE en L/min) vous constatez une valeur plus élevée qu’au niveau de la mer. (note sur 6 points)

• Expliquez-lui le principal mécanisme de cette hyperventilation.

• Quelles autres variations physiologiques pourriez-vous observer dès son arrivée en altitude ?

• À quelle situation expérimentale auriez-vous pu l’exposer en laboratoire à Montpellier, pour mesurer les réponses physiologiques à l’altitude ?

3/ L’ami de cet étudiant est asthmatique et présente une légère obstruction bronchique. Il vous demande donc si l’altitude pourrait avoir un effet sur les résistances des voies aériennes. Quelle est votre réponse argumentée ? Sur une courbe débit-volume mesurée en spirométrie, illustrez le résultat attendu par rapport celui du niveau de la mer. (note sur 4 points)

4/ Son ami a également un taux d’hémoglobine (Hb) bas à 10 g/100 mL. Quelles seront les différences entre les 2 amis arrivés au Mont Blanc, sur leur PaO2 et sur le contenu d’oxygène transporté sous forme liée à l’Hb ? (note sur 4 points)

Note de participation globale à l’enseignement dirigé numérique : 2 points

Références

Liste des tableaux

Liste des figures

	Figure 1 Présentation de la page d’accueil du Laboratoire numérique de physiologie e-ϕsioLab sur la plateforme pédagogique Moodle de l’Université de Montpellier. Exemples de travaux remis par des étudiants de deuxième année du diplôme de formation générale en sciences médicales sur l’e-ϕsioLab (problème de physiologie métabolique et problème de physiologie respiratoire).
Dans le texte

	Figure 2 Diagramme des flux de l’étude.
Dans le texte

Figure 3 Exemples de paperboard au tableau blanc interactif issus de l’enseignement dirigé présentiel sur l’e-ϕsioLab, Problème d’adaptation de la respiration (V’O2) l’organisme à l’exercice et identification du facteur limitant de l’exercice (unité d’enseignement de l’appareil respiratoire de deuxième année du diplôme de formation générale en sciences médicales). A : Définition des questions et du problème. B : Schématisation d’hypothèses. C : Proposition de mesures. D :Visualisation des relations entre la mesure de la fonction et la structure de l’organisme, de l’organe à l’exercice. E : Présentation de résultats attendus et hypothèses (Hypothèse étudiantes Morgane : élévation de la ventilation liée au stimulus hypoxique des centres respiratoires). F : Correction des erreurs.

Dans le texte

Figure 4 Exemples de paperboard au tableau blanc interactif issus de l’enseignement dirigé présentiel sur l’e-ϕsioLab, Problème de métabolique de balance énergétique (unité d’enseignement de métabolisme-nutrition de deuxième année du diplôme de formation générale en sciences médicales). A : Manipulation des paramètres physiologiques (dépense énergétique liée à l’activité physique et apports énergétiques alimentaires). B : Interprétation des mesures.

Dans le texte