But visé par ce module
Le but de ce module est d’outiller davantage le personnel enseignant en ce qui a trait aux fondements du processus d’enquête. Il servira de guide à l’enseignant pour amener ses élèves à devenir d’avides enquêteurs. De façon plus précise, ce module traitera du processus d’enquête dans le but d’inscrire les sciences dans la culture de l’apprenant. Puisque l’enquête repose sur l’expérimentation et l’observation, les élèves seront outillés pour mieux comprendre le monde de la nature et pour transformer leurs savoirs en action. Les habiletés et les compétences acquises seront transférables dans toute situation du quotidien ce qui démontre jusqu’à quel point le processus est unique et puissant dans la résolution de problèmes.
Enseigner des sciences en utilisant le processus d’enquête permet de développer chez les élèves les habiletés et les savoirs nécessaires à une bonne culture scientifique. Les élèves qui font des sciences de cette façon utilisent les mêmes processus cognitifs et effectuent le même genre d’activités que les scientifiques qui cherchent à mieux comprendre le monde dans lequel nous vivons. Ils seront donc en mesure de conceptualiser une question et de se mobiliser pour en chercher la réponse. Quels défis devons-nous surmonter avant de faire vivre le processus d’enquête en salle de classe?
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Défis liés à l’implantation du processus d’enquête en salle de classe
Les recherches identifient cinq éléments qui peuvent freiner l’implantation du processus d’enquête en salle de classe. Ils se résument comme suit.
1. Le manque de connaissances du processus d’enquête est le premier obstacle. Puisque les élèves auront à développer des habiletés semblables à celles utilisées par les scientifiques, il faut aussi comprendre comment ces derniers travaillent. Deux questions peuvent se poser.
2. Le personnel enseignant doit avoir une bonne compréhension des concepts scientifiques visés par le programme d’études. Ces connaissances s’acquièrent de différentes façons. Entre autres, nous mentionnons le partage entre collègues, la formation continue, l’accompagnement de mentors ainsi que l’utilisation des ressources pédagogiques et communautaires. Il est important de souligner que l’enseignant ne peut pas tout savoir. Un enseignement fondé sur le processus d’enquête crée une communauté d’apprenants. L’apprentissage est alors favorisé chez tous les individus ce qui inclut le personnel enseignant et les élèves.
3. Le personnel enseignant doit avoir acquis des fondements en psychologie cognitive. La préparation des activités doit respecter les temps d’une démarche d’apprentissage. En comprenant comment se fait l’apprentissage, l’enseignant sera en mesure de mettre en place des formules gagnantes qui favorisent les transferts.
4. Le personnel enseignant doit posséder une bonne gestion de son groupe. Le climat doit être propice à l’apprentissage. Il doit toujours avoir la préoccupation suivante « Est-ce que mes élèves apprennent? » Ceci implique qu’il doit savoir quand et comment intervenir auprès de ses élèves.
5. Le personnel enseignant doit développer l’art de questionner (voir Le questionnement). Par un questionnement de qualité, il peut
- relancer le questionnement,
- introduire le doute,
- déceler les conceptions erronées,
- engager davantage les élèves et
- augmenter la qualité ainsi que la fréquence des réponses données.
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Un scientifique au travail
Afin d’en faciliter la compréhension, nous avons structuré la démarche d’un scientifique en cinq étapes tout en étant conscient que dans la réalisation d’une investigation, ces étapes se croisent et s’entremêlent sans suivre d’ordre séquentiel. Tout le processus mène à l’élaboration d’hypothèses grâce à l’imagination fertile, à la cueillette d’information pertinente, à un raisonnement logique, à l’identification de biais et à la construction d’explications en fonction de l’information recueillie.
1. Le scientifique fait des observations
Il observe en utilisant ses cinq sens pour comparer l’information recueillie avec ce qu’il connaît déjà afin de déceler des similitudes, des différences ou encore des anomalies de connu. En d’autres mots, il est déjà en processus d’analyse. Ses observations l’amènent à formuler les premières questions et la curiosité le guide dans la précision du champ de recherche. Ce qui distingue un scientifique d‘une personne qui n’est pas scientifique est son sens de l’observation. Une personne qui n’a pas développé le sens de l’observation, regarde sans voir ou encore sans se poser de questions. Il est possible que cette personne n’ait pas acquis assez de connaissances dans le domaine et donc, elle sera peu stimulée à poursuivre son questionnement.
2. Le scientifique fait la collecte de données
À l’aide d’outils et d’instruments de mesure ainsi que de calculs mathématiques, il cherche des réponses aux questions posées. Il cerne davantage la problématique, en éliminant ainsi certaines causes non probables. Des résultats de recherches précédentes lui permettent de voir certains liens entre les variables qu’il retient.
3. Le scientifique formule une hypothèse
Le scientifique fait la collecte de données qu’il analyse attentivement car ces dernières doivent appuyer l’hypothèse qu’il a émise. Si tel est le cas, il poursuit sa recherche. Si par ailleurs, l’information recueillie ne lui permet pas de soutenir son explication, il doit rejeter son hypothèse et revenir au point de départ en effectuant de nouvelles recherches. La nouvelle information recueillie ainsi que celle qu’il avait au départ lui permettront de formuler une nouvelle hypothèse.
4. Le scientifique publie les résultats de sa recherche
Le scientifique analyse ses données, tire des conclusions et publie les résultats de sa recherche. Les explications qu’il donne sont basées sur ses observations et les connaissances qu’il avait déjà du sujet. Puisque les acquis diffèrent d’un scientifique à l’autre, différents chercheurs peuvent interpréter les mêmes résultats de différentes façons. Ceci conduit à de nouvelles observations et à de nouvelles recherches.
5. Le scientifique utilise toute nouvelle recherche qui peut l’appuyer dans son domaine de recherche
De nouvelles recherches peuvent permettre au scientifique d’appuyer davantage les conclusions ou les hypothèses émises.
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Liens entre l’apprentissage et le processus d’enquête
Les auteurs tels que Perrenoud et Morissette nous indiquent qu’une des conditions à respecter pour aboutir à des apprentissages fiables et durables est le sens que donnent l’apprenant au concept à l’étude. Si ce dernier est signifiant et pertinent aux yeux de l’apprenant, il sera classé dans sa mémoire à long terme, ce qui le rend davantage accessible au besoin. Un enseignement traditionnel en est un où l’élève est nourri à la cuiller de connaissances scientifiques connues. De plus, les théories scientifiques sont souvent présentées comme des vérités irréfutables. L’élève les classe en mémoire sans se questionner sur leur véracité et sans faire de liens avec ce qu’il connaît déjà. Lorsqu’il en a besoin, plus souvent qu’autrement, il ne peut les récupérer. Remplir des têtes de savoirs scientifiques ne fait pas la promotion du développement de la résolution de problèmes, de la communication et de la pensée critique.
L’être humain est naturellement curieux. Il découvre son monde en utilisant la technique d’essai et d’erreur. Cette démarche implique qu’il tente quelque chose, en évalue les résultats et révise sa démarche. L’enfant, comme l’adulte, tente de comprendre ce qui se passe et de prédire ce qui se passera. Lorsqu’il est devant un phénomène naturel qui l’intéresse, il est alors en interaction avec la nature. Sa façon de réagir peut faire de lui une interrogation vivante, sans même qu’il ait à poser une seule question. Ses gestes tels que toucher, goûter et observer lui donnent des réponses aux questions non posées. Il assemble, analyse et synthétise l’information qu’il reçoit en développant au besoin des outils qui lui permettront de poursuivre sa démarche. Il vérifie et revérifie ses représentations, puis les transforme à la suite de nouveaux apprentissages. Cette façon d’apprendre et de comprendre le monde dans lequel nous vivons est un outil d’apprentissage puissant. Les sciences sont alors des constructions mentales qui résultent d’une interaction constante entre le monde réel et l’esprit humain.
Le grand défi de tout système d’éducation est d’exploiter la curiosité naturelle présente chez l’enfant de sorte à soutenir sa motivation pendant le processus d’apprentissage. Chez l’élève, cette curiosité se manifeste, entre autres, par un questionnement du comment et du pourquoi de phénomènes observables. Puisque l’apprentissage se fait pendant toute une vie, il faut alors trouver des moyens de valoriser son questionnement. Il doit apprendre à transformer ses questions souvent trop larges et imprécises en de bonnes questions (voir Le questionnement ou Résumé bonnes questions pour plus de renseignements à ce sujet). Ces dernières le dirigeront vers une enquête qui tentera de répondre au problème soulevé. De cette façon, les questions viennent des élèves, ce qui donne ainsi un sens aux objectifs poursuivis. Mise à part l’importance de donner du sens aux apprentissages, le facteur le plus important dans la détermination d’un nouvel apprentissage est de partir du connu de l’élève. L’apprenant doit faire des liens entre le nouveau et le connu. Ce processus le prépare aux nouveaux apprentissages à venir.
D’autre part, il est important que l’apprenant soit exposé à des défis réalisables qui lui permettent de goûter au succès et d’augmenter ainsi la confiance en soi. Les élèves sont alors en mesure d’apprécier les défis et se voient capables de résoudre des problèmes de plus en plus complexes. L’apprentissage des principes scientifiques doit se faire progressivement et dans l’action et développer ainsi des talents d’enquêteur.
Bref, nous avons identifié deux défis qu’il faudra, à tout prix, tenir en ligne de compte lors de notre enseignement scientifique :
- celui d’amener l’élève à donner un sens aux apprentissages qu’il fait,
- celui de soutenir sa motivation pendant le processus d’apprentissage.
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La section Comment amener le processus d'emquête en salle de classe vous propose des pistes qui peuvent répondre à ces deux défis.
Selon le National Research Council, l’enseignement des sciences doit viser le développement de trois types d’habiletés et de savoirs :
- apprendre des concepts et des principes scientifiques,
- développer le raisonnement et les habiletés procédurales d’un scientifique,
- concevoir les fondements de la nature scientifique comme un effort humain d’interpréter le monde dans lequel on vit.
Apprendre veut dire transformer sa représentation. Puisque le processus d’enquête nous permet de cheminer, d’avancer et de remettre en question certaines croyances, c’est un moyen par excellence d’assurer des apprentissages. Les élèves construisent leurs savoirs en étant activement engagés dans leurs apprentissages.
Comment amener le processus d’enquête en salle de classe?
Une salle de classe où les élèves s’amusent et manipulent abondamment n’est pas nécessairement l’indication d’un enseignement de qualité. Les activités choisies doivent avoir un lien direct avec les résultats d’apprentissage visés. L’enseignant intervient à des moments stratégiques, ce qui favorise la formation de liens entre les idées des élèves et leurs observations. Ils seront en mesure de découvrir des relations entre deux phénomènes qui semblent être isolés. L’expérience est là non pour montrer la vérité mais pour permettre à l’apprenant de confronter ses représentations. En plus de manipuler, il doit utiliser des habiletés scientifiques qui lui permettent de tirer des conclusions scientifiquement valables. Le processus d’enquête favorise alors le développement de la pensée critique et une meilleure compréhension des concepts scientifiques à l’étude.
Une pédagogie basée sur le processus d’enquête n’est pas une pédagogie de la redécouverte. L’élève expérimente et confronte ses représentations à ce qu’il observe ; ceci lui permet de modifier ses croyances. En cours de route, il reçoit de façon magistrale de l’information de l’enseignant et il consulte des sources secondaires. Tout cet accompagnement servira de tremplin pour soutenir sa motivation. L’apprenant deviendra plus habile à réguler ses apprentissages et développera des attitudes de persévérance et de responsabilisation envers la résolution de problèmes.
Tel qu’indiqué dans la section Lien entre l'apprentissage et le processus d'enquête. Les enfants sont naturellement curieux et ils posent beaucoup de questions. Il est important de percevoir ce questionnement comme un point tournant dans le processus d’apprentissage de l’enfant. Du côté du personnel enseignant, la clé est de bien connaître les programmes d’études afin d’être en mesure de faire le lien entre ces programmes et les domaines d’intérêt du groupe d’élèves. Cette façon de faire permet de répondre au premier défi identifié dans la dite section : amener l’élève à donner un sens aux apprentissages qu’il fait.
À partir des domaines d’intérêt du groupe, l’enseignant pourra travailler l’habileté de questionner en vue de la formulation de bonnes questions scientifiques. L’enseignant qui ose partir du questionnement de l’enfant aura à prendre des risques en ne sachant trop où les questions du départ vont mener. Certaines questions scientifiques restent toujours sans réponse et l’élève doit comprendre qu’il en est ainsi dans le quotidien. Cet élément d’incertitude est un très grand changement pour le personnel enseignant, mais il permet de mieux saisir la nature même des sciences. L’enseignant peut alors se lancer à l’aventure avec son groupe en faisant vivre des situations authentiques qui favorisent le développement d’habiletés de recherche semblables à celles utilisées par les scientifiques en quête de réponses plausibles.
Au quotidien, le scientifique vit cette incertitude en ne sachant trop où mènera son enquête. Plusieurs questions restent non répondues et de nouvelles questions surgissent. C’est un processus sans fin où chacun peut y apporter des éléments de réponse. Tous les efforts déployés ne garantissent pas à coup sûr le dégagement des savoirs de la nature. En d’autres mots, une enquête menée avec rigueur et qui respecte les étapes du processus d’enquête ne garantit pas de nouvelles découvertes. Les scientifiques qui se sont démarqués dans l’histoire sont ceux qui ont établi des relations entre deux phénomènes qui, à prime abord, ne semblaient avoir aucun lien. C’est grâce à leur persévérance, leur curiosité et leurs efforts soutenus qu’ils ont réussi à démontrer l’existence de ces liens.
En partant des questions des élèves, l’enseignant peut faire vivre le processus d’enquête dans sa salle de classe. Les élèves doivent comprendre comment les scientifiques font leurs recherches et, dès la maternelle, ils sont en mesure de respecter certaines de ces conditions. Il est alors opportun de se poser la question suivante : « À quoi peut-on s’attendre d’élèves de la maternelle à la quatrième année? » La description suivante décortique le processus d’enquête en étapes en résumant les habiletés que peut développer ce groupe d’âge. Le processus doit se poursuivre jusqu’à la fin de la 12e année en pratiquant davantage les habiletés en cours de route et favoriser ainsi la construction d’une culture scientifique solide.
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Le processus d’enquête dans les salles de classe de la maternelle à la quatrième année
À la différence des mathématiques, le processus d’enquête ne se réduit pas à résoudre des problèmes : il consiste d’abord à les poser. Puisqu’il s’agit d’une démarche complexe, nous l’avons divisée en étapes que nous avons résumées ci-dessous. Il est important de constater qu’il n’est pas nécessaire de suivre chacune des étapes dans la séquence donnée. Par contre, nous pouvons ajouter qu’en général, toutes ces étapes sont abordées lors de la résolution d’un problème.
La synthèse ci-dessous ne précise pas les habiletés à développer à chaque niveau. Cette information se trouve dans le document Habiletés M à 4e. Une lecture horizontale dudit document vous donne le continuum des habiletés à développer de la maternelle à la quatrième année. Une lecture verticale vous permet de voir ce qui est attendu à chaque niveau.
Le document Le processus d’enquête est une présentation PowerPoint qui résume davantage les étapes du processus d’enquête. Cette présentation comprend aussi un exemple de problème qui a été étudié en respectant les étapes décrites ci-dessous.
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Étapes du processus d’enquête
1. Cerner des questions à étudier (Vidéo: formuler des prédictions )
À la suite d’observations d’un phénomène naturel, les élèves posent des questions. Ces dernières sont retravaillées afin de les préciser pour qu'elles mènent à une enquête. Il est important que cette question soit une bonne question scientifique (voir Résumé bonnes questions ). Le questionnement est plus important que les réponses. Il met à l’épreuve des idées exprimées, des représentations et des modèles. C’est ce questionnement qui amène l’élève à donner ses explications et à les confronter à d’autres et au réel.
2. Formuler des explications ou des hypothèses (Vidéo: formuler des hypothèses )
À l’aide d’un remue-méninges, le groupe de la salle de classe détermine des pistes possibles de solutions. Il est important d’encourager la créativité dans la tentative d’explications. Les différentes pistes doivent être analysées de près afin de choisir les plus plausibles. Si plusieurs pistes sont retenues, il faudra toutes les vérifier. Ces pistes doivent être transformées en hypothèses, des énoncés qui comprennent une variable indépendante et une variable dépendante. Il est important de noter que toute hypothèse est fondée sur ce qui est déjà connu. La conception de l’hypothèse est une étape très importante puisqu’elle guide le chercheur dans sa démarche et lui permet d’avoir en tête toutes les autres variables qu’il devra maintenir constantes pendant l’expérimentation. Le chercheur poursuit en élaborant sa démarche de collecte d’information permettant de vérifier l’hypothèse. Il y a plus d’une façon de solutionner le problème. L’élève doit en être conscient et choisir la solution qui semble la plus prometteuse, la plus juste et la plus scientifiquement valable.
Ces deux premières étapes représentent le plus grand moment de créativité du processus d’enquête.
3. Expérimenter ( Vidéo: expérimenter)
L’élève manipule ou transforme des objets afin d’observer comment ils vont réagir dans certaines conditions déterminées à l’avance. Sans pouvoir à cet âge déterminer et contrôler toutes les variables importantes, l’élève comprend le sens d’une expérience fiable. Il est conscient qu’il ne peut faire de comparaisons valables s’il ne respecte pas les conditions de l’expérience. Il est alors important de l’amener à déterminer toutes les conditions qui permettront d’en faire une expérience juste. Pour guider l’élève dans l’identification des différentes variables, les questions suivantes peuvent être posées.
Pour la variable indépendante : « Que devons-nous changer durant l’expérience? »
Pour la variable dépendante : « Quel aspect devrait-on observer? »
Pour les variables à contrôler : « Qu’est-ce qui doit demeurer constant? »
La variable indépendante peut être la cause d’un effet sur une autre variable, qui est la variable dépendante. C’est ce que l’expérience veut vérifier.
L’élève doit apprendre à faire de bonnes observations et les prendre en note à l’aide d’un schéma, d’un dessin ou d’un tableau. Observer c’est plus que regarder : c’est considérer avec attention et en détail les phénomènes, les faits, les objets et les examiner de manière critique et nuancée. L’observateur cherche à obtenir de l’information qui confirme ou non l’hypothèse de départ. Il doit procéder sans biais en mettant de côté ce qu’il s’attend de voir et en ne se laissant pas influencer par ses croyances. Il est particulièrement attentif à certaines variables, à certains faits et à certaines composantes du phénomène étudié. Il observe avec vigilance et note tout de façon précise.
Il comprend l’importance de répéter les manipulations dans les conditions déterminées à l’avance avant de tirer toute conclusion. Il est sensible au fait que répéter l’expérience dans des conditions semblables devrait donner des résultats semblables. S’il n’obtient pas de résultats semblables, il peut déjà questionner la démarche suivie, la précision avec laquelle les observations ont été notées ou l’influence d’une variable externe non déterminée.
4. Analyser les données ( Vidéo: traiter les données )
L’élève doit développer des habiletés de raisonnement réfléchi qui font ainsi le lien entre ses observations et les conclusions qu’il va tirer. C’est ici que l’élève peut faire des comparaisons. Il peut exprimer les liens qu’il établit entre la variable indépendante et la variable dépendante par un tableau, un graphique ou des calculs.
5. Tirer des conclusions ( Vidéo: faire des conclusions )
C’est à cette étape que l’élève est en mesure d’accepter ou de rejeter son hypothèse de départ. Pour ce faire, il doit s’appuyer sur les observations faites lors des manipulations. Ses explications devraient comprendre la réponse à la question suivante : « Comment le sais-tu? ». Cette étape l’aidera à adhérer à des croyances fondées sur des faits ou sur une explication logique plutôt que sur des ouï-dire.
Selon J.P. Astolfi, le bon chercheur, c’est celui qui sait reconnaître dans les résultats qu’il obtient autre chose que ce qu’il en attendait. C’est ce que l’enseignant veut amener l’élève à faire.
L’élève doit voir ses explications comme une réponse plausible. Ceci implique qu’il doit être à l’écoute et se questionner sur des explications différentes fournies par d’autres élèves. Il doit vérifier expérimentalement toutes autres pistes plausibles et s’ouvrir ainsi à de nouvelles sources d’explications. Tout ce processus apporte de la crédibilité à ses résultats et l’aide à cerner les limites de son expérience. Il doit savoir communiquer les résultats de ses recherches et suggérer des pistes pouvant améliorer les résultats obtenus.
En guise de conclusion…
Le processus d’enquête est un contexte idéal pour travailler la communication orale et la communication écrite. L’élève devrait pouvoir exprimer clairement ce qu’il a observé, ce qu’il a fait et ce qu’il conclut à la suite de ses expériences scientifiques. En devant souvent expliquer ses résultats, il constatera l’importance de la précision en sciences. Puisque l’écrit est l’outil par excellence du développement de la pensée structurée et cohérente, il faut y avoir recours souvent et en tenir compte dès le plus jeune âge lors de l’apprentissage de la langue.
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