Les approches déductive et inductive

En sciences expérimentales, l'approche déductive passe de la théorie à la pratique. Le travail de l'élève en laboratoire consiste alors à vérifier expérimentalement une loi physique qu'il a apprise en classe. Par exemple, si « l’élève part d’une loi apprise pour déduire une idée d’expérience et la vérifier » (Nonnon, 1986, p. 25), il se place dans une approche déductive. Souvent, l’élève connaît le résultat théorique qu'il cherche à atteindre expérimentalement. Il émet d'abord une hypothèse, élaborée à partir de cette loi apprise en classe, décrivant l’effet d'une variable sur une autre variable. Ensuite, en laboratoire, il teste son hypothèse. S'il obtient le résultat attendu, il aura en quelque sorte démontré expérimentalement que la loi est valide dans le domaine où il l’a expérimentée.

31 De son côté, l'approche inductive part de la réalité pour aller vers la théorie. L'élève se situe dans une approche inductive en laboratoire lorsqu'il tente de construire une théorie à partir d'une expérience qu'il réalise sans avoir de « connaissances explicites sur le résultat » (Nonnon, 1986, p. 25). Comme le présente Nonnon, l'élève « est engagé dans un processus de construction théorique, partant d’une pure exploration puis de l’élaboration de concepts quantitatifs » (Nonnon, 1986, p.26). Par exemple, c’est par son expérimentation sur les différentes variables d'un phénomène physique que l'élève pourra déterminer la relation causale qui les unit et prédire l’effet de la manipulation d’une variable sur une autre. À partir de ses résultats, il tentera de dégager une loi. Dans cette approche, « il va provoquer des interactions entre ces concepts et formuler des hypothèses qui pourraient exprimer ces interactions, élaborer et conduire des expérimentations pour établir des lois et, peut-être enfin, tenter une synthèse explicative de ces lois ou constructions théoriques » (Nonnon, 1986, p.26). C'est dans une approche inductive que se situe le travail du scientifique sur le point de faire une découverte expérimentale.

Finalement, selon Séré (2008), l'enseignement des sciences expérimentales s'organise désormais autour de la situation-problème. Les approches inductive et déductive deviennent alors complémentaires en concourant toutes deux à résoudre le problème. Par exemple, une situation-problème pourrait exiger de l'élève qu'il propose une solution élaborée par induction et qu’il valide cette solution par déduction. Nonnon (1986) propose une boucle induction-déduction, illustrée à la figure 5, qui permettrait l’élaboration et la validation en laboratoire d’une solution prenant la forme d’un modèle théorique en sciences expérimentales. En induction, l’élève devrait identifier les variables physiques en jeu, dire comment elles interagissent, c’est-à-dire si elles sont dépendantes, indépendantes ou contrôlées, élaborer une hypothèse, déterminer les paramètres et le déroulement de l’expérimentation, effectuer l’expérimentation et dégager une loi physique. Il aurait ainsi utilisé l’interaction entre les variables physiques en cours d’expérimentation pour construire des savoirs théoriques à partir de la réalité. La loi physique obtenue devrait lui permettre d’effectuer des prédictions expérimentales qu’il chercherait à valider en déduction par une démonstration en laboratoire. Il démontrerait ainsi que les savoirs qu’il a construits sont valides, partant de la théorie pour aller vers la réalité.

32 Il serait intéressant d'établir un parallèle entre la boucle induction-déduction et le processus de construction des savoirs en situation adidactique. En effet, dans la situation adidactique, l’élève construit un savoir à partir de ses interactions avec le milieu, passant ainsi de l’action au savoir ou, en d’autres termes, de la réalité à la théorie. Par la suite, il doit démontrer la validité de ce savoir en le recontextualisant dans une nouvelle situation, passant de la théorie à la réalité.

Par exemple, un problème pourrait amener l’élève à décrire la relation entre le volume et la pression d’un gaz. L’apprenant aurait alors du matériel de laboratoire à sa disposition comme une seringue et un manomètre électronique. En faisant varier le volume de la seringue connectée au manomètre, il serait ainsi en mesure d’obtenir des données qui, une fois modélisées graphiquement et algébriquement, lui indiqueraient une relation mathématique inversement proportionnelle entre le volume et la pression d’un gaz. Il aurait ainsi construit un savoir prenant la forme d’une loi physique. À partir de cette loi, il pourrait prédire quelle est la pression du gaz pour tel volume et vice-versa. Il n’aurait ensuite qu’à effectuer une nouvelle expérience pour confirmer ou infirmer sa prédiction expérimentale,

33 recontextualisant ainsi le savoir construit. Il y a ainsi une phase de construction du savoir en induction et une phase de validation du savoir construit en déduction.

Dans notre intervention didactique, nous pourrions demander à l’élève de construire un instrument de mesure électronique en induction et de valider celui-ci en le mettant à l’essai en déduction pour voir s’il permet de prendre des mesures exactes. Une telle activité serait adidactique si l’apprenant élabore lui-même son protocole de manipulations en déterminant les étapes de la construction et de la validation de son instrument de mesure. Il mettrait ainsi à l’essai ses propres choix dans une démarche heuristique de laboratoire.

2.6. Le rôle de la mesure en sciences expérimentales

Dans cette section, nous prendrons le temps de comprendre le principal outil utilisé par les élèves dans notre intervention didactique et en sciences expérimentales, soit l’instrument de mesure. En effet, l'utilisation d'instruments de mesure en sciences expérimentales est nécessaire étant donné la nature empirique des phénomènes physiques étudiés. Nous nous intéresserons à la mesure en tant que telle et à son évolution avant de comparer le recueil et le traitement des données des systèmes de mesures traditionnels et des systèmes de mesure modernes.