Le processus d’enquête scientifique

Les étapes du processus d’enquête 1. Cerner des questions à étudier 2. Formuler des hypothèses 3. Expérimenter 4. Analyser et interpréter des résultats 5. Tirer des conclusions

1. Cerner des questions à étudier Cette première étape débute avec l’observation qui se définit par percevoir à l’aide de ses sens. On peut observer de façon passive, mais plus important, on peut observer en manipulant. Manipulations : Les élèves devraient avoir la chance d’explorer soit en classe ou à l’extérieur, des phénomènes qui les intéressent. Ils doivent verbaliser ce qu’ils voient, ce qu’ils pensent et à quoi ils pensent. Le questionnement : L’enseignante ou l’enseignant joue un très grand rôle à cette étape. Il devrait reprendre des affirmations (croyances, hypothèses) des élèves et les transformer en question. Un e autre stratégie intéressante est d’ajouter à cette affirmation «  Comment sais-tu que cela est vrai? ». Cette question peut amener à une investigation scientifique

L’observation… si l’observation ne correspond pas à nos Permet d’obtenir de l’information Permet de construire ses connaissances (croyances) Cherche à donner du sens à ce qui est perçu (interprète) Amène un questionnement: si l’observation ne correspond pas à nos croyances (déséquilibre cognitif) si l’observation apporte un nouvel élément

L’observation : exemple Sébastien remarque que l’eau qu’il laisse sur le plancher après le bain s’évapore plus rapidement certaines fois que d’autres. Il se dit que les fois où il est plus pressé il doit laisser plus d’eau sur le plancher. Cette réponse ne le satisfaisant pas, il se met à réfléchir davantage. Et s’il y avait d’autres facteurs qui peuvent influencer cette situation…

Le questionnement C’est poser des questions sur ce qui est observé afin de mieux comprendre et de donner du sens à nos idées. Les premières questions sont souvent vagues et larges ou, au contraire, trop restrictives et se répondent par un « oui » ou par un « non ». Cette question n’est pas précise. Il serait important de demander à l’élève d’identifier des facteurs qui pourraient influencer la distance parcourue et parmi ces facteurs, lui demander de choisir celui qu’il pense avoir le plus d’influence.

Le questionnement : exemples Quels autres facteurs peuvent influencer la vitesse d’évaporation? Pourquoi l’eau s’évapore-t-elle plus rapidement certains jours?

Critères d’une bonne question Elle doit être précise. La question doit déjà comprendre des éléments qui vont encadrer la recherche et ainsi diriger le chercheur. Elle doit mener à une enquête. La question doit être vérifiable expérimentalement. (Inciter à l’expérimentation plutôt qu’à la recherche d’une réponse déjà prête.)

Une bonne question scientifique Quel est l’effet de la surface de contact de l’eau sur sa vitesse d’évaporation?

2. Formuler des hypothèses Une hypothèse C’est une tentative d’explication (une solution possible): pour les scientifiques, elle est appuyée de ce qui est déjà connu du monde scientifique pour les non scientifiques, elle est appuyée de leurs croyances Elle vérifie le rapport entre deux variables Elle est vérifiable expérimentalement

L’hypothèse : exemple Plus la surface de contact de l’eau est grande, plus l’eau va s’évaporer rapidement. L’évaporation est un phénomène qui se produit à la surface du liquide. Les molécules d’eau à la surface du liquide qui ont assez d’énergie, se détachent des molécules qui les côtoient et se retrouvent à l’état gazeux dans l’air.

3. Expérimenter L’élève doit concevoir une expérience fiable qui permet de vérifier l’hypothèse. La démarche proposée doit être assez claire et complète pour permettre à une autre personne de la répéter et d’obtenir des résultats semblables dans les mêmes conditions. « Les mêmes conditions » doivent être définies : variables qui doivent demeurer constantes Très important que l’élève prenne conscience de la valeur scientifique de cette démarche : si elle est répétée en respectant les étapes, les résultats devraient être semblables. Ceci s’appelle régularité ou constance.

3. Expérimenter (suite) L’élève doit faire des observations qu’il note. Il est important qu’il développe de la précision dans ses observations (vocabulaire et absence de biais) et dans l’utilisation des instruments de mesure. L’élève doit se préoccuper de la sécurité.

L’élaboration d’une démarche : exemple Liste du matériel Récipient 1 : surface de contact de 514,46 cm2 Récipient 2 : surface de contact de 188,60 cm2 Récipient 3 : surface de contact de 136,78 cm2 Récipient 4 : surface de contact de 98,78 cm2 Récipient de 8 L Eau Thermomètre Tasse à mesurer

L’élaboration d’une démarche : exemple (suite) Remplir le récipient de 8 L d’eau du robinet et en prendre la température. De ce récipient, mesurer 350 mL d’eau et les verser dans le récipient 1. Répéter cette manipulation de sorte à avoir la même quantité d’eau dans les quatre récipients. Placer ces récipients sur une table qui n’est pas exposée au soleil ni aux courants d’air. Mesurer chaque jour, pendant 5 jours, la quantité d’eau qui se trouve dans chaque récipient. Noter les quantités mesurées dans un tableau. Répéter la démarche en respectant les différentes étapes.

L’élaboration d’une démarche : exemple (suite) Variables qui devront demeurer constantes La température initiale de l’eau placée dans chaque récipient doit être la même. La quantité d’eau placée dans chaque récipient doit être la même au départ. Chaque récipient sera exposé aux mêmes conditions (à la même quantité de lumière, à la même température ambiante et à l’abri des courants d’air.) La variable manipulée ou variable indépendante est la surface de contact de l’eau. La variable dépendante est la vitesse d’évaporation de l’eau.

Photos du montage

Photos du montage (suite)

Observations notées La température initiale de l’eau est de 22 OC. La quantité d’eau initiale placée dans chaque récipient était 350 mL. L’expérience a été répétée deux fois. Premier essai Le récipient 1 contient 15 mL d’eau après 5 jours. Le récipient 2 contient 236 mL d’eau après 5 jours. Le récipient 3 contient 262 mL d’eau après 5 jours. Le récipient 4 contient 290 mL d’eau après 5 jours. Deuxième essai Le récipient 1 contient 20 mL d’eau après 5 jours. Le récipient 2 contient 255 mL d’eau après 5 jours. Le récipient 3 contient 262 mL d’eau après 5 jours. Le récipient 4 contient 307 mL d’eau après 5 jours.

4. Analyser et interpréter des résultats Préparer des tableaux, préparer des graphiques et transcrire les données. Expliquer les résultats obtenus à la lumière des observations faites.

Tableau d’observations (1er essai) Jours Quantité d’eau en mL Récipient 1 Récipient 2 Récipient 3 Récipient 4 1 270 325 330 338 2 213 300 315 328 3 148 280 298 316 4 85 260 281 303 5 15 236 262 290

Tableau d’observations (2e essai) Jours Quantité d’eau en mL Récipient 1 Récipient 2 Récipient 3 Récipient 4 1 280 330 332 341 2 210 310 315 333 3 160 294 300 327 4 85 272 316 5 20 255 262 307

Graphique du premier essai

5. Tirer des conclusions Accepter ou rejeter l’hypothèse de départ en s’appuyant d’observations. Identifier de nouvelles questions qui découlent de l’expérimentation.

5. Tirer des conclusions : exemple Le récipient qui a la plus grande surface de contact est celui dans lequel l’eau s’évapore le plus rapidement. D’après les résultats obtenus, je peux donc accepter mon hypothèse de départ. Je remarque que la vitesse d’évaporation n’est pas constante dans un même récipient d’un jour à l’autre. Il doit donc y avoir d’autres facteurs qui agissent sur la vitesse d’évaporation de l’eau.

5. Tirer des conclusions (suite) Nouvelles questions qui découlent de l’expérimentation Quels autres facteurs peuvent influencer la vitesse d’évaporation de l’eau? Est-ce que la vitesse d’évaporation est proportionnelle à la surface de contact? Est-ce que tous les liquides se comportent comme l’eau?

En conclusion… Permettre à vos élèves de s’approprier le processus d’enquête est leur donner la chance de goûter à ce que les plus grands scientifiques ont fait et continuent à faire pour mieux comprendre le monde dans lequel nous vivons.