Un 1er prix scientifique pour les élèves de 1èreS4

Finale académique du concours QuinteSciences à l’École 2014

Elias El Atchia, Martin Baudouin et Léo Parpais, élèves de 1èreS4, présentent leur TPE mercredi 21 mai au concours Quintesciences et remportent un 1er prix.

Travaux personnels encadrés (TPE) : SVT - Maths

Récit d’une aventure pas gagnée d’avance

Lever à 6h, une heure de trajet à travers des routes cabossées, enfin nous arrivons. Le campus d’Orsay est plutôt désert, le ciel est gris. Le trio, courbaturé, baille et s’étire se demandant probablement ce qu’ils sont venus faire dans cette galère. Mais pas le temps de se poser trop de questions car une fois installés dans les locaux, c’est à eux d’ouvrir le bal .

Préparation pendant un quart d’heure dans la salle attribuée : ils se connaissent bien, savent ce qu’ils ont à dire, le travail d’équipe fonctionne.

Puis le jury arrive. Les élèves se présentent et Martin se lance :

Partie 1
Partie 2

Analyse du TPE

Analyse du TPE

Les points forts :
- La démarche du TPE est une véritable démarche scientifique et non un simple exposé. Elle est claire et facile à suivre.

Les élèves se sont posés une question :
la musique - de part les émotions qu’elle nous fait ressentir - peut-elle aider l’apprentissage à la maison ?

Dans un premier temps ils ont démontré le lien entre musique et émotion : en allant chercher des informations auprès d’experts (neurologue et leur ancien professeur de musique), mais aussi par une démonstration pratique (musique et mise en scène : entrée orale de leur TPE).

Cette démonstration pratique, empirique, ils l’approfondissent et la prouvent à l’aide de l’imagerie cérébrale (cerveau d’une adolescente écoutant un morceau qu’elle aime et un morceau inconnu) et en profitent pour expliquer le lien entre musique (ensemble de stimuli sonores) et le cerveau.

Dans un second temps ils ont mené une expérimentation sur les élèves de la classe en construisant un protocole élaboré et bien pensé.

Ils ont ensuite analysé leurs résultats de manière statistique et les ont présenté sous forme graphique, lisible, ce qui leur a notamment permis de tirer des conclusions pertinentes quant à leur question initiale - en particulier celle que l’écoute musicale limite notre capacité à nous concentrer sur une tâche active.
En effet écouter de la musique et travailler en même temps sont des tâches qui dépendent toutes les deux de processus cognitifs faisant appel à la mémoire de travail (« mémoire à court terme »)...

Les limites du protocole ont été soulevées par le jury, mais cela n’enlevait rien à la qualité de leur démarche (démarche d’investigation).

- Autre point fort, la rigueur de leur présentation : à chaque fois qu’ils présentent un de leurs éléments de réponse, ils en tirent des conclusions, mais en nuançant leurs propos quand c’est nécessaire, ils font donc preuve d’esprit critique.

- Leur diaporama est clair, il n’est pas surchargé de texte et soutient bien leur oral.

- La présentation orale est menée avec subtilité : les élèves entrent dans leur sujet par une démonstration pratique, et trouvent le moyen dans leur première partie, tout en avançant dans leur présentation, de démontrer par l’expérience qu’il est peu aisé de se concentrer sur un discours si on lui associe une musique, même classique.

L’écoute musicale en même temps qu’on cherche à se concentrer, nuit à la fois à la qualité d’écoute et à la compréhension. Le cerveau est en conflit.

Ce qu’ils démontreront expérimentalement dans leur deuxième partie.

L’oral est bien partagé entre les trois élèves.

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Les trois lauréats : Elias El Atchia, Martin Baudouin et Léo Parpais.
Lire la suite : les limites du TPE

Les limites du TPE

Les limites du TPE

Elles ressortent des questions du jury. Ce sont en même temps des pistes pour aller plus loin, voire pour démarrer d’autres TPE.

Les questions du jury :

1) - Alors vous avez diffusé un fond sonore au début pour qu’on n’entende pas ?
Martin : « Ah non, non non » ...

C’était une boutade du jury, mais cela montre qu’ils ont été sensibles à la démonstration par l’expérience faite par les élèves en première partie du TPE.

2) - Qu’est-ce qu’un morceau « neutre » ?
Martin : « Pour la jeune fille fan de Justin Bieber, c’est un morceau qu’elle ne connaît pas. »

Mais en effet qu’est-ce qu’un morceau neutre pour quelqu’un qui a forcément un passif musical, donc qui a ses préférences dans des styles musicaux... ?

« Ce qui implique que le sujet a été questionné auparavant » commente le jury.

Cela amène le jury à sa question suivante :

3) - Est-ce que vous pensez que la culture occidentale ou autre a une influence sur le côté agréable ou non de la mélodie ? Vous vous êtes posés la question dans votre TPE ?

Les élèves ne se sont pas posés la question en tant que telle, même si dans leur protocole expérimental ils ont cherché à tester l’effet d’une musique connue - « Happy » de Pharrell Williams - avec l’idée de tester si elle distraie davantage ou si au contraire elle favorise davantage la concentration.

Léo reprend la main : « Au cours de notre entretien avec notre professeur de musique, il nous a parlé de la culture africaine, où la musique a une place plus importante. »

Les élèves ne répondent donc pas vraiment. Mais on sait que tout comme le goût peut s’éduquer, l’oreille musicale elle aussi s’éduque.

4) - Pour en revenir à votre TPE, vous aviez une série de trois questions et vous posiez ces trois questions à un individu, sans musique et après avec musique, mais ce sont les mêmes questions ?

Les élèves ont expliqué leur protocole, mais assez rapidement, il est donc très important pour le jury de le préciser et de s’assurer d’avoir bien compris.

Martin, Léo : « Non, c’est le même type de questions ».

Martin : « Par exemple dans les questions de calcul mental, ce ne sont jamais les mêmes calculs, dans les associations mentales, jamais les mêmes associations »

Pourquoi est-ce important : il est évident que si cela avait été les mêmes questions, il aurait été de plus en plus facile pour les sujets d’y répondre, et le protocole aurait perdu sa valeur.

Cela conduit à la question suivante :

5) - Mais avez-vous une expérience témoin ? ... Pour regarder la variabilité dans les réponses, non pas avec ou sans musique mais avec deux lots de jeu de questions différentes... Comment vous caractérisez la difficulté des question ?

Encore une question importante : si la difficulté varie trop entre les questions posées, que ce soit avec ou sans la musique, ce qui ralentira le temps de réponse ou poussera les personnes à se tromper ce sera non pas l’interaction entre la musique et la tâche à effectuer, mais la variabilité dans les questions elles-mêmes.

Les élèves ont néanmoins réfléchi à ce point dans leur protocole, Léo le précise :
« Chaque fois qu’on faisait passer le test, le sujet avait d’abord les trois questions sans musique, puis trois questions de ce type avec extrait musicaux, mais pas les mêmes, et pour chaque sujet on inversait l’ordre des séries. En fait on avait cinq diaporamas différents et on en changeait à chaque fois. »

Exemple : sujet 1 Pharrell Williams + série 1, sujet 2 Pharrell + série 2 etc. , sujet 22 Parrell Williams + série 2".

Martin : « Cela donnait une moyenne de la difficulté à la fin pour le morceau correspondant »

6) - Et les incertitudes, alors, vous avez une idée de la façon de les quantifier sur 22 sujets ?

Là les élèves sèchent. Mais Léo rebondit : « par exemple sur la fréquence cardiaque on peut voir quelques effets comme par exemple ici lorsque la question est posée, on pense qu’ici la fréquence cardiaque reste élevée plus longtemps que sur les autres musiques parce que l’émotion provoquée est peut-être plus intense. Mais on peut voir qu’il y a seulement huit battements de différence entre la valeur la plus basse et la valeur la plus haute donc on ne peut pas réellement en tenir compte ».

7) - Vous avez dit qu’il y a une accoutumance du rythme cardiaque et que c’est ce qui expliquait la baisse constatée après chaque série. Est-ce que vous avez essayé du coup d’intervertir l’ordre des morceaux pour éviter d’avoir ce phénomène d’accoutumance ?

Martin : « On n’a pas fait ça parce qu’ensuite on n’aurait pas pu faire de moyenne pour chaque extrait »

Jury : « Mais du coup vous ne savez pas à quoi est liée cette baisse régulière : est-ce lié au fait que la personne écoute de la musique ou si c’est lié au fait que Raining Blood entraîne un rythme plus bas que Nevergreen par exemple »

Martin : « Oui ça c’est vrai »

- C’est en effet une critique importante du protocole qui rend les résultats liés au rythme cardiaque - et donc relatif à l’émotion suscitée - peu concluants : elle peut être liée à l’accoutumance face aux questions. L’individu sait à quoi s’attendre, il réagit avec moins de stress à la deuxième série de questions.

On pourrait imaginer une expérience témoin où on présente ces séries de questions sans aucun morceau pour évaluer l’effet de cette accoutumance.

- Elle peut être liée à l’accoutumance musicale, après la première musique qui aurait déclenché des émotions, la deuxième aurait un effet moindre, ou elle peut être liée à ce que cherche à éveiller la musique elle-même comme émotion, c’est ce que cherchaient les élèves à la base.

Comme le souligne le membre du jury, il aurait fallu pouvoir intervertir l’ordre des morceaux, mais cela aurait demandé un autre groupe témoin, et beaucoup de temps supplémentaire.

Léo et Elias d’ailleurs le soulignent : « on ne pouvait pas vraiment faire d’autres expériences car faire passer 22 sujets nous a pris beaucoup d’heures, sans compter l’analyse ».

Leur protocole en détail
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Protocole
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Questionnaire

8) - Vous connaissiez les élèves et les deux enseignants, et parmi eux, ceux qui avaient une pratique musicale ?

Martin : « On a posé la question, oui. Il n’y en avait qu’un seul qui avait fait de la musique. »

Jury : « Est-ce que la pratique musicale modifie le fonctionnement du cerveau ? »

Martin (musicien lui-même) : « Je pense que quand on fait de la musique et qu’on en écoute, on a une tendance à jouer de notre instrument dans notre tête, à plus se concentrer sur la musique et à l’analyser et donc ça défavorise encore plus la concentration ».

Voilà une question qui ouvre un nouveau sujet de TPE : est-ce que la pratique musicale change notre façon d’écouter un morceau inconnu et d’y réagir (ce qui n’est pas forcément aisé à évaluer !)

9) - Est-ce que vous connaissez un type de mémoire particulier qui est renforcé par la pratique musicale et qui pourrait du coup éventuellement avoir un impact positif sur la capacité scolaire des individus qui font de la musique ?

Les élèves ont parlé de mémoire à court terme au cours de leur TPE, donc on peut supposer qu’ils ont creusé un peu sur ce sujet, composante importante de leur protocole. Mais ils n’ont pas approfondi cet aspect et ne l’ont pas étudié en classe. Cette question est complémentaire de la précédente.

Le jury remercie les élèves et nous nous retirons pendant qu’il délibère.

Débriefing rapide entre nous : « ça s’est plutôt bien passé » ; « les questions n’étaient pas faciles » mais je les vois soulagés d’en avoir terminé et satisfaits d’avoir pu partager et discuter de leurs recherches et expérimentations.

Lire la suite : flash-back ou comment les élèves en sont-ils arrivés là ?

Flash-back

Comment les élèves en sont-ils arrivés là ?

- Septembre 2013 : présentation des TPE aux élèves... « par groupe de 3 - meilleurs amis ou non - accorder dans vos méthodes de travail - investigation - blablabla ... »

Léo, Martin et Elias savent qu’ils veulent travailler sur la musique, c’est ce qui les passionne. C’est un choix intelligent car cela les amènera à traiter un sujet avec une sensibilité et un regard original qu’on n’a pas forcément quand on choisit un sujet sans trop savoir pourquoi.

- Pourtant, les débuts sont difficiles : beaucoup de recherches qui n’aboutissent à aucune ligne directrice, pas de professeur pour les obliger à travailler, des distractions à proximité avec les copains et l’ordinateur. Bref les premières séances sont peu productives.

Mais au lieu de se décourager et de changer de sujet comme beaucoup font, ils s’accrochent et peu à peu l’idée se met en place de tester les effets de la musique sur des personnes via les moyens du bord comme le cardiofréquencemètre.

- Encore quelques séances pendant lesquelles les élèves cherchent, éliminent des possibilités, en choisissent d’autres, discutent avec les professeurs : leur projet se dessine mais le temps a bien passé.

S’ils veulent concrétiser leur projet, il va falloir s’y mettre et rapidement. Maintenant qu’ils savent où ils vont, leur attitude change radicalement : ils ne comptent plus leur temps, rencontrent des professionnels, préparent leur protocole et prennent sur leur temps libre pour le mettre en œuvre, recueillir et traiter les données, les analyser.

- Au final les professeurs qui les encadrent n’en reviennent pas : quand leur projet est-il devenu aussi structuré ?

Léo, Martin et Elias démontrent qu’il n’est jamais trop tard pour bien faire, et même très bien !

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Le trio « bascanais » du concours académique Quintesciences.

Voir en ligne : site « Sciencesalecole »

P.-S.

Lire l’article sur le site de l’académie de Versailles

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