L’université libre de Hollande (Open Universiteit Nederland) est une institution offrant des cours à distance dans plusieurs disciplines dont des disciplines scientifiques (sciences de l’environnement, nutrition et toxicologie). La portion laboratoire des cours de science représente donc un défi puisque l’environnement éducatif est décentralisé et doit le rester, la présence physique des étudiants sur les différents campus devant être minimale. Afin de concevoir une structure didactique appropriée à de telles contraintes, les chercheurs Paul Kirschner et M.A.M. Meester (1988) ont fait une revue de la littérature pour en dégager quels étaient les objectifs que devraient viser les laboratoires dans un cours de science. Leur catalogue collige plus de 120 objectifs ! Selon leur taxonomie, les objectifs peuvent se classer en deux grandes catégories: I) développement d’attitudes positives face à la science; II) comprendre la méthode scientifique (sic).
La première rubrique de classification, le développement d’attitudes positives face à la science, regroupe les habiletés générales considérées utiles dans toutes les disciplines
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scientifiques. Voici une liste partielle des objectifs publiés dans l’étude. Pour des raisons qui seront explicitées après l’énumération suivante, les objectifs récurrents et liés à cette présente thèse sont mis en relief par l’utilisation de caractères gras.2
1. Formuler des problèmes. 2. Faire une revue de la littérature. 3. Prendre des décisions.
4. Appliquer des raisonnements logiques rigoureux. (cv)
5. Interpréter la fiabilité et la validité de résultats dans un contexte global. (inc.) 6. Formuler des modèles et des généralisations. (mg)
La seconde rubrique, comprendre la méthode scientifique, est sudvisée en objectifs généraux et en huit sous objectifs centrés sur les étudiants. En voici une liste partielle (mise en gras personnelle):
Objectifs généraux
7. Relier la théorie à l’expérience en cours. (mg) 8. Vérifier les faits et les lois.
9. Vivre les défis intellectuels de la méthode expérimentale.
10. Démontrer de l’intérêt à propos de la matière à l’étude ou de la science en général. 11. Expérimenter les joies et les peines de l’expérimentation.
Objectifs liés aux étudiants 12. Formuler des hypothèses.
13. Formuler des hypothèses fondées sur des théories.
14. Traduire une définition conceptuelle en un ensemble de procédures expérimentales. 15. Résoudre des problèmes.
16. Dériver et évaluer des relations. (mg)
17. Utiliser des données expérimentales pour résoudre des problèmes spécifiques. 18. Comprendre ce qu’est une expérience, ce qui doit être mesuré et pourquoi.
(mg, cv)
19. Utiliser des connaissances et des habiletés dans des situations non familières. 20. Reconnaître et définir un problème.
21. Construire de nouveaux modèles qui s’accordent aux données. (mg) 22. Appliquer les principes fondamentaux ainsi que le bon sens. (inc. cv)
Légende : inc. = incertitude, mg = mise en graphique, cv = contrôle des 2
23. Concevoir des expériences (simples) pour tester des hypothèses. (cv) 24. Concevoir un devis d’observations.
25. Concevoir un devis de mesures à prendre.
26. Reconnaître les sources de danger et les mesures adéquates de sécurité. 27. Utiliser des habilités de laboratoires lors d’une expérience (simple). 28. Comprendre et suivre un protocole.
29. Démontrer des habiletés psychomotrices. 30. Connaître le bon usage des appareils de mesure.
31. Connaître des techniques pour améliorer la fiabilité et la précision des données. (inc.)
32. Observer qualitativement et quantitativement. (inc.) 33. Interpréter des données expérimentales.
34. Recueillir et interpréter des données. (inc., mg)
35. Appliquer des définitions opérationnelles pour relier des concepts symboliques aux observations. (mg)
36. Appliquer des notions élémentaires de statistique (erreurs aléatoires, erreurs systématiques, moyenne, écart-type, incertitude et intervalle de confiance). 37. Comprendre comment des incertitudes sur des données affectent l’incertitude
de résultats dérivés. (inc.)
38. Faire des estimations et des calculs d’ordre de grandeur. 39. Décrire clairement l’expérience.
40. Résumer les aspects importants de l’expérience en se basant sur les observations et les données recueillies.
41. Définir la portée et les limites d’une expérience, de la théorie sous-jacente et des méthodes employées. (mg)
42. Communiquer par écrit. 43. Communiquer oralement. 44. Tenir un journal de laboratoire.
45. Discuter des résultats et proposer des expériences subséquentes.
46. Se souvenir de l’idée centrale d’une expérience pour un intervalle de temps significatif.
47. Présenter sous forme écrite l’essence d’une expérience effectuée préalablement sans avoir recours à ses notes personnelles.
48. Concevoir des expériences futures dans le même champ de recherche.
Comme nous l’avons vu, la liste des objectifs des laboratoires est longue. On peut cependant identifier trois thèmes récurrents. Les laboratoire devraient, idéalement donner aux étudiants l’occasion de: 1) parfaire leur compréhension de la qualité des données (inc.); 2) interpréter des données et des résultats à la lumière d’un modèle théorique (mg) et; 3) concevoir des expériences simples (cv). Il appert donc que quantifier la qualité de la
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maîtrise de ces trois outils intellectuels par des étudiants de niveau collégial peut servir de postulat à un jugement positif (ou négatif) sur la qualité didactique des laboratoires de sciences qu’ils auraient rencontrés dans leur cursus. Cependant, ce choix de limiter notre regard à ces trois seuls aspects peut sembler arbitraire, outre leur large représentativité au vu des objectifs recensés, dans une certaine mesure et maints autres objectifs auraient pu être ciblés. Des motivations théoriques qui seront détaillées dans le prochain chapitre viennent également appuyer cet ensemble d’objet de recherches. De plus, une problématique propre à la didactique des sciences vient également conforter notre choix restreint d’objectifs: si de nombreuses études issues de la psychologie génétique du développement de Piaget ont porté sur le contrôle des variables, elles sont nettement moins nombreuses sur l’emploi concret de cette méthodologie générale (le contrôle des variables) dans une situation didactique concrète (laboratoires de science au collégial). Deuxièmement, les deux autres aspects ciblés (interpréter des données et des résultats à la lumière d’un modèle théorique et parfaire leur compréhension de la qualité des données) ont été encore moins couverts par des recherches en didactiques des sciences.
1.3.3 Lacunes dans le corpus des recherches portant sur les laboratoires