Une habileté est la capacité de faire quelque chose avec adresse, la qualité de ce qui est fait avec intelligence. 

• Dans le domaine des sciences, on dénote deux types d’habiletés intellectuelles : les habiletés de base et les habiletés complexes.
• Les scientifiques font utilisation de ces habiletés lorsqu’ils font enquête.  C’est en les utilisant que le savoir se construit.  Par conséquent, il est important que les élèves les développent.
• Les habiletés sont essentielles pour que l’élève puisse :
• faire le lien entre ses conceptions et celles de la communauté scientifique;
• concevoir une investigation;
• investiguer des pistes de recherche;
• construire de nouvelles représentations.
• Quoique les habiletés soient présentées individuellement, il faut noter qu'elles agissent ensemble et sont rarement exercées indépendamment les unes des autres.

La mobilisation des habiletés complexes dans l’enquête est fondamentale pour que s’effectue une restructuration des connaissances, une modification des conceptions de l’élève;  c’est un élément fondamental pour l’apprentissage. 

• Les habiletés complexes sont les pièces d’ancrage qui soutiennent l'acquisition des savoirs scientifiques et technologiques. 
• Ce sont les outils intellectuels utilisés pour confirmer ou infirmer une idée.
• L’utilisation judicieuse des habiletés complexes participe à la construction du savoir et, par ricochet, au changement conceptuel.
• Les habiletés complexes reconnues sont entre autres l’identification et le contrôle de variables, la définition opérationnelle, la formulation d’hypothèses, l’élaboration d’une investigation, la communication au moyen de tableaux et de graphiques, l’interprétation des données.
• Les habiletés de base se greffant aux habiletés complexes, leur maîtrise est essentielle pour une application éclairée de ces dernières.  À titre d’exemple,
• l’observation suivie d’une classification donne lieu à l’identification de variables;
• les mesures (observations quantitatives) permettent la définition opérationnelle des variables ainsi que la communication au moyen de tableaux et de graphiques;
• pour être en mesure de formuler une hypothèse, il faut avoir au préalable identifier des variables et formuler une prédiction.
  

Identification et contrôle de variables

L’identification et le contrôle de variables sont essentiels pour mener à bien une investigation.  Reconnaître les facteurs qui influent dans une situation donnée guide l’élaboration d’un protocole d’investigation.  Par conséquent, cette habileté complexe est incontournable pour entamer les deux premières étapes du processus d’enquête qui sont de faire le lien entre ses conceptions et celles de la communauté scientifique et de concevoir une investigation.

• Une variable est un facteur qui est susceptible de se modifier, de changer selon les circonstances.
• Dans toute investigation, plusieurs facteurs ou variables sont habituellement en cause.
• Pour être en mesure d’analyser les données d’une investigation et de tirer des conclusions justes, uniquement deux variables doivent être étudiées.
• Une variable indépendante est une variable qui est manipulée par la personne qui fait l’investigation.  Elle prend différentes valeurs.  À l’occasion, cette variable se nomme la variable manipulée.
• Une variable dépendante est une variable qui répond au changement de valeurs de la variable indépendante.  À l’occasion, cette variable est appelée la variable répondante.
• En d’autres mots, la variable indépendante est la cause et la variable dépendante est l’effet.
• Lorsque les données des variables dépendante et indépendante se prêtent à leur consignation sur un graphique, la variable dépendante est placée sur l’axe des y et la variable indépendante, sur l’axe des x.  La variable dépendante est fonction de la variable indépendante.

Exemple : Joël veut vérifier l’effet de la température sur la quantité de sel dissout dans l’eau.  Dans cette investigation, la température (la cause) va peut-être influer sur la quantité de sel dissout (l’effet).  Donc, les axes seront identifiés de la façon suivante :

• Les autres facteurs ou variables dans une investigation sont désignés variables contrôlées Dans la mesure du possible, ces variables sont gardées constantes.

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Définition opérationnelle

La définition opérationnelle consiste à définir de façon plus précise les facteurs ou les variables qui vont être à l’étude.   Exemple : on veut savoir quel type de gobelet conserve mieux la chaleur.  Dans ce type d’investigation, il est nécessaire tout d’abord d’identifier le matériau dont seront faits les gobelets (papier, verre, styromousse ou plastique).  Plus encore, il est essentiel de déterminer comment on va mesurer la conservation de chaleur.

• Une définition opérationnelle décrit ce qui est observé et souvent, à partir d’observations quantitatives i.e., de mesures.
• Rendre une variable opératoire signifie établir comment la variable va être mesurée.  C’est donc une étape fondamentale dans la conception d’une investigation.
• Pour une même investigation, une variable dépendante et une variable indépendante peuvent être définies de plusieurs façons. 

Exemple d’investigation: déterminer l’influence d’un engrais sur la croissance des plantes.  

• L’engrais – variable indépendante
• Dans cette investigation, comment va-t-on déterminer l’influence de l’engrais si on ne connaît pas au préalable le type d’engrais et/ou la quantité utilisée? Si l’engrais n’est pas défini ou précisé avant le début de l’investigation, il n’y a aucune façon de savoir quoi faire. Les questions suivantes se posent :
• Est-ce qu’on prend un engrais et on fait varier la quantité pour voir s’il y a une influence?  Ou
• Est-ce qu’on prend une quantité définie de plusieurs types d’engrais afin de comparer leur influence respective?
• Par conséquent, il est essentiel de définir ou de préciser les activités ou les actions nécessaires pour reconnaître l’engrais par des caractéristiques observables et mesurables.
• La croissance des plantes – variable dépendante
• Dans cette investigation, comment va-t-on déterminer la croissance des plantes?  Il y a plusieurs façons de mesurer la croissance.  Laquelle va-t-on utiliser?  Si le facteur croissance n’est pas défini ou précisé avant le début de l’investigation, il n’y a aucune façon de pouvoir dire s’il y a eu croissance ou non.  Pour déterminer la croissance,
• Est-ce qu’on compte le nombre de nouvelles feuilles dans une période de temps donné?  Ou
• Est-ce qu’on mesure croissance par la longueur de la tige centrale?
• Comme c’était le cas pour la variable indépendante, il est essentiel de préciser des caractéristiques observables et mesurables afin de reconnaître s’il y a eu croissance ou non.
• Les définitions opérationnelles sont déterminées par la personne qui fait l’investigation.

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Formulation d’hypothèses

La formulation d’hypothèses se fait habituellement à la suite de nombreuses observations.  Selon celles-ci, on énonce alors une tentative d’explication des phénomènes observés.  Elle fait partie du processus initial d’enquête qui consiste à faire le lien entre ses conceptions et celles de la communauté scientifique.

• L’hypothèse est de nature provisoire.
• L’hypothèse est une forme d’inférence généralisée tirée à partir de plusieurs observations.   Exemple : j’observe que ma fougère pousse mieux à la lumière.  Donc, j’infère que la fougère a besoin de lumière pour croître.  Par la suite, j’observe le même phénomène chez plusieurs types de plantes.  Donc, j’infère que toutes les plantes ont besoin de lumière, ce qui est une inférence généralisée, i.e.une hypothèse.
• L’hypothèse met habituellement en cause deux variables; les autres variables restant constantes.
• Une hypothèse vérifiable est liée étroitement à l’identification des variables.
• Une hypothèse est généralement formulée avant une investigation et la guide lors de la collecte de données. Cette hypothèse prédit l’effet qu’aura une variable (l’indépendante) sur l'autre (la dépendante).
• La forme d’une hypothèse vérifiable est la suivante : si on décrit le changement qui s’effectue à la variable indépendante, on décrit alors le changement qui va se produire à la variable dépendante.  Exemple : si la quantité de lumière est augmentée, les plantes vont croître davantage.

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Élaboration d’une investigation

Une investigation est élaborée à la suite de la formulation d’une hypothèse.  Il y a des étapes essentielles à l’élaboration d’une investigation.  Entre autres,

1. définir de façon opérationnelle la variable indépendante
2. définir de façon opérationnelle la variable dépendante
3. identifier les facteurs qui sont des constantes (variables contrôlées)
4. établir l’étendue de la variable indépendante.  Celle-ci doit être suffisante pour pouvoir faire la collecte d’un nombre suffisant de données.
5. décrire les procédés à suivre.  Ceux-ci doivent être clairs et succincts de sorte qu’une autre personne puisse faire à son tour l’investigation.
6. décrire le nombre d’essais (s’il y a lieu)
7. établir le contrôle

Tableaux et graphiques Une image vaut mille mots!

Dans une investigation où les observations sont quantitatives, il est possible et souhaitable de placer les données sous forme de tableau. De plus, un graphique peut être élaboré à partir des données.

• Tous deux, le tableau et le graphique, sont des moyens de communication.
• Le tableau et le graphique sont des éléments clés du processus d’enquête notamment dans l’investigation des pistes de recherche.
• Le tableau et le graphique font partie des données qui sont à analyser quand vient le temps de répondre à la question ou à l’hypothèse dans l’étape de la construction de nouvelles représentations. 

Tableau

• Il n’y a pas de règles absolues sur la façon de construire un tableau.
• Par convention et organisation facilitatrice, les valeurs de la variable indépendante sont placées dans la colonne de gauche tandis que celles de la variable dépendante sont placées dans la colonne de droite.

 

• Par convention, les valeurs de la variable indépendante sont placées en ordre croissant. Les valeurs de la variable dépendante dépendent de celles de la variable indépendante;  chaque valeur est donc placée par rapport à la valeur de la variable indépendante correspondante.
• Chaque valeur de la variable indépendante est jumelée à sa valeur correspondante de la variable dépendante pour former les coordonnées d’un point sur le graphique.
• Un tableau permet de constater d’un coup d’œil des tendances.
• Il y a autant de colonnes représentant la variable dépendante qu’il y a d’essais.  Exemple : une investigation à 2 essais.

Variable indépendante	Variable dépendante (1er essai)	Variable dépendante (2e essai)	Moyenne variable dépendante

 

• Un tableau comprend un titre qui représente les deux types de variables à l’étude.  Le titre peut être sous forme de questionnement.
• Chaque colonne est étiquetée; si la variable a des unités, son symbole est placé entre parenthèses.

Graphique :

• Un graphique (ou diagramme) permet de faire des interpolations, des extrapolations et autres prédictions.
• Placer les données sous forme de graphique permet aussi de tirer des inférences.
• Un graphique permet d’un coup d’œil de constater des tendances.
• Un graphique comprend un titre qui représente les deux types de variable à l’étude et couvre au moins le quart de la page.
• La variable indépendante est placée sur l’axe des X, l’abscisse.
• La variable dépendante est placée sur l’axe des Y, l’ordonnée.
• Chaque axe est bien identifié.  Si la variable a des unités, son symbole est placé entre parenthèses, en dessous ou à côté de la variable.
• Chaque axe a sa propre échelle qui est calibrée en fonction des données de la variable qu’il représente.  Chaque division d’un axe est régulière et de valeur égale aux autres divisions sur l’axe.  Il n’est pas nécessaire de commencer à zéro.
• Dans un graphique, la ligne qui rejoint les points (les coordonnées) s'appelle une courbe.
• Si certains points s’éloignent du tracé de la courbe, on trace une courbe moyenne.  Cette courbe moyenne est tracée en respectant les critères suivants :
• la courbe doit être une ligne droite ou un tracé en forme de courbe;
• tous les points doivent être sur la courbe ou très près d’elle;
• il devrait y avoir approximativement un nombre égal de points de part et d’autre de la courbe moyenne.

Exemples de courbes moyennes

• Un graphique peut renfermer plusieurs courbes.
• Les courbes peuvent indiquer une proportionnalité directe – si les valeurs de la variable indépendante augmentent (ou diminuent), les valeurs de la variable dépendante augmentent (ou diminuent) de façon proportionnelle.
• La courbe des proportionnalités directes est une droite qui passe par l’origine.
• La courbe qui est une droite qui ne passe par l’origine est une courbe linéaire.

• Les courbes peuvent indiquer une proportionnalité inverse – si les valeurs de la variable indépendante augmentent (ou diminuent), les valeurs de la variable dépendante diminuent (ou augmentent) de façon proportionnelle.

• Il y a plusieurs types de graphiques dont le diagramme à bandes et le graphique linéaire (ou diagramme à ligne brisée).
• Le diagramme à bandes est utilisé quand la variable indépendante est composée d’éléments distincts, de phénomènes discontinus et énumérables.
• Le graphique linéaire est utilisé quand les variables sont continues, i.e.qu'elles peuvent prendre n’importe quelle valeur dans un intervalle.

Exemple 

On mesure la distance parcourue par une bille le long d’une rampe après chaque seconde de descente.  Après 1 s, la bille a parcouru une distance de 2 cm, 8 cm après 2 s, 18 cm après 3 s, 32 cm après 4 s.  À la 5^e seconde, la distance parcourue est 50 cm.  Placez ces données dans un tableau et tracez le graphique de la distance en fonction du temps.  

Étant donné que le temps est la variable indépendante, cette donnée sera placée dans la colonne de gauche du tableau et la distance (la variable dépendante), dans la colonne de droite.

Titre : Distance parcourue par une bille en fonction du temps

Temps (s)	Distance (cm
1	2
2	8
3	18
4	32
5	50

L'effet du temps sur la distance parcourue

 

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Interprétation de données

Cette habileté consiste à donner un sens, à tirer une signification des données obtenues. Dans l’exercice de cette habileté, on utilise explicitement les données pour répondre à la question ou à l’hypothèse. La qualité de l’interprétation repose donc sur un certain nombre de facteurs. Entre autres,

• la formulation d’une question ou d’une hypothèse qui peut être testée ou répondue grâce à des données;
• la rigueur dans la conception de l’investigation;
• la précision des observations, autant qualitatives que quantitatives;
• la quantité de données recueillies;
• la conception d'un tableau (ou autre format) qui permet de représenter les données de façon adéquate;
• l’utilisation de connaissances antérieures et du raisonnement.

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