Variables et tests équitables; enseigner le cœur des expériences scientifiques

Enseigner les tests variables aux étudiants

Bien que ce ne soit pas l’article scientifique le plus “amusant” à couvrir, il couvre l’un des aspects les plus importants de l’enseignement des sciences qui doit être abordé si vous voulez vous assurer que votre classe comprend exactement comment la méthode scientifique fonctionne réellement. Que vous enseigniez les sciences aux enfants du primaire, aux élèves du secondaire, aux enfants d’âge préscolaire ou aux étudiants de premier cycle, votre capacité à transmettre l’importance et l’habileté de tester équitablement les variables est essentielle pour les apprenants qui font leurs premiers pas dans le monde scientifique. Nous enseignons la méthode scientifique dans une incursion scientifique depuis plusieurs années dans les écoles, et au cours de ces visites, nous avons souvent constaté que les gens demandent un aperçu simple de la façon dont les enseignants peuvent enseigner la méthodologie scientifique dans leurs propres salles de classe, quel que soit le scénario en réalité.

En langage simple, la plupart de la méthode scientifique se résume simplement à une capacité des chercheurs à identifier une question qu’ils veulent poser, où ils peuvent utiliser des contrôles pour modifier un seul aspect d’une situation donnée afin que des mesures puissent être prises et qu’une conclusion valide puisse être tirée. Cela implique généralement un processus étape par étape, encore une fois dans un langage simple:

1. Identifiez quelles sont les choses qui se passent dans une situation donnée (température, humidité, niveaux de lumière, hauteur de la plante, etc.). Nous appellerons ces conditions à partir de maintenant.
2. Déterminez si l’une des conditions ci-dessus peut être modifiée. À partir de maintenant, nous appellerons le changement “variable”.
3. Si l’une des conditions peut être modifiée, pouvez-vous mesurer avec précision cette condition (par exemple. température)?
4. Déterminer si le reste des conditions peut être contrôlé (par exemple. tout mettre dans une serre?). Si c’est le cas, allez plus loin. Si ce n’est pas le cas, pensez–vous que cela compte ou que vous adoptiez une autre voie – vos résultats seraient-ils ouverts à quelqu’un disant que votre expérience a été mal faite car il y avait quelque chose d’autre affectant votre expérience dont vous auriez dû tenir compte?
5. Sachant que vous pouvez modifier avec précision une condition et la mesurer pendant que vous contrôlez tout le reste, y a-t-il quelque chose dans la situation que vous aimeriez découvrir? Ce que je veux dire par là est, pouvez-vous créer une expérience où vous pouvez changer une condition mesurable pour voir si elle a un effet sur une autre condition mesurable de l’expérience (par exemple. la hauteur de la plante est-elle affectée par la température)?
6. Faites une prédiction basée sur vos connaissances antérieures sur la façon dont vous pensez que la variation de cette condition affectera l’autre condition (par exemple. peut-être pensez-vous que la hauteur de la plante augmente à mesure que vous augmentez la température).
7. Exécutez l’expérience, selon laquelle les conditions d’une situation ne changent jamais du tout (par exemple. la plante reste à la même température pendant 2 semaines) et en même temps, exécutez une autre situation où l’une des conditions est modifiée au cours du même laps de temps donné et vous mesurez les effets (par exemple, la hauteur de la plante est mesurée régulièrement chaque fois que vous augmentez la température dans une expérience et ne le faites pas dans une autre expérience).
8. Enregistrez les résultats avec précision chaque fois que vous faites l’expérience. J’espère que vous reproduisez votre étude de nombreuses fois pour vous débarrasser de toutes les erreurs que vous auriez pu commettre.
9. Tirez une conclusion basée sur vos résultats
10. Rédigez l’expérience afin que quelqu’un d’autre puisse reproduire ce que vous avez fait en utilisant vos instructions et voir s’il produit également le même résultat.

Maintenant, après avoir expliqué ce qui précède à vos étudiants et les avoir habitués à l’idée, vous pouvez commencer à introduire le langage scientifique. Changez le mot “condition” en “variable” pour commencer et soulignez que le mot variable vient du mot “varier”, c’est-à-dire changer. Cela indique à peu près ce que nous essayons de faire de nombreuses façons! Ainsi, une fois que l’élève a compris que vous avez des variables dans une expérience, il est temps d’introduire les types de variables sans les confondre. Personnellement, j’ai trouvé plus facile de demander ce qui suit:

• qu’avons-nous varié à chaque fois dans l’expérience?
• qu’avons-nous mesuré dans l’espoir de voir un résultat différent après avoir fait varier l’expérience?
• quelles autres choses avons-nous contrôlées dans notre expérience?

Dans l’exemple ci-dessus, les élèves identifieront rapidement que vous changiez de température à chaque fois et que nous espérions voir un changement de hauteur de la plante, tout le reste restant constant dans la serre. Maintenant, il est temps de mettre une liste sur le tableau des questions ci-dessus, sauf que cette fois, nous leur donnons leurs noms scientifiques:

• La variable indépendante est celle que nous avons modifiée à chaque fois dans l’expérience.
• La variable dépendante était celle que nous avons mesurée dans l’espoir de voir un changement de résultat en réponse au changement de la variable indépendante.
• Les variables contrôlées étaient les autres variables que nous avons contrôlées au cours de l’expérience.

Juste une légère répétition et maintenant les élèves peuvent voir d’où vous venez. Vous y êtes presque ! Demandez aux élèves de savoir s’ils sont satisfaits de la façon dont l’expérience s’est déroulée. Ils diront bien sûr oui / non / peut-être / pas sûr, mais vous pouvez reformuler une phrase en demandant directement “L’expérience était-elle juste ou non?”. Les enfants ont une idée inhérente de ce qui est juste ou non, il suffit de les regarder se disputer dans la cour de récréation à tour de rôle! Tout ce que vous avez à faire est de leur demander d’évaluer l’expérience et de déterminer si la façon dont vous avez mené l’expérience vous a permis de tester équitablement la question que vous avez posée, c’est-à-dire: “La température affecte-t-elle la croissance des plantes?’. En cela, vous pouvez leur poser une variété de questions:

• Avons-nous mesuré avec précision la température? Y avait-il quelque chose qui pourrait conduire à une erreur ici?
• Avons-nous mesuré avec précision la hauteur de la plante? Y avait-il quelque chose qui pourrait conduire à une erreur ici aussi?
• Avons-nous contrôlé avec précision les autres variables? Y avait-il quelque chose qui pourrait conduire à une erreur ici?
• Y avait-il autre chose dans les réplications de l’expérience qui donnait un résultat qui pouvait être considéré comme injuste?

C’est le bon moment pour discuter des raisons pour lesquelles vous avez demandé aux élèves de mener l’expérience plusieurs fois. Pourquoi? Pour obtenir une lecture moyenne des expériences afin de réduire les erreurs expérimentales. À ce stade, vous l’avez plus ou moins cloué! En demandant aux élèves de suivre la séquence d’identification et de contrôle des variables et de mesurer avec précision le résultat, tout en se demandant si l’expérience est équitable ou non, vous contribuerez grandement à mettre en place l’état d’esprit nécessaire pour exécuter une expérience dans n’importe quelle discipline. Ce que vous enseignez en fait, c’est la conception expérimentale, un processus de pensée critique qui ne devrait jamais être ignoré avant de lancer une expérience dans le monde réel. Un excellent scénario à poser aux étudiants sur les valeurs d’un bon design expérimental est le suivant: imaginez si vous avez passé 3 ans et des milliers de dollars sur une étude particulière pour découvrir à la fin que votre expérience était défectueuse depuis le début. Vous seriez plus que contrarié!

Enfin, vous devez mentionner que le but d’écrire l’expérience est que quelqu’un d’autre puisse répéter la façon dont vous l’avez exécutée et vérifier s’il obtient les mêmes résultats. En termes scientifiques, vous créez une expérience falsifiable et reproductible. En d’autres termes, inventez-vous simplement des choses ou quelqu’un peut-il tester la validité de vos réclamations? Cela me rappelle une citation très célèbre!

“Aucune quantité d’expérimentation ne peut jamais me donner raison; une seule expérience peut me prouver le contraire.”Albert Einstein

Bien sûr, le moment est venu de renforcer le concept en posant une expérience entièrement nouvelle et en les guidant dans l’identification des types de variables, des tests équitables et enfin évaluer ce qu’ils ont fait. Si vous répétez cet exercice suffisamment de fois, les processus de pensée d’un chercheur seront enracinés dans vos étudiants et l’ensemble du processus de travail des scientifiques sera moins un mystère. Ils seront ensuite en mesure d’identifier rapidement des variables dans une expérience donnée et de poser une question testable qui produit un résultat valide qui peut être répété par quelqu’un d’autre. Il vaut vraiment la peine de discuter avec les étudiants de la façon dont ils pourraient appliquer le processus scientifique à leur propre vie;

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Pour la grande majorité des situations que vous examinez, il existe souvent un moyen de vérifier scientifiquement ce qui se passe réellement. Essentiellement, la méthode scientifique dit: “si j’ai une situation de X, Y, Z what qu’adviendrait-il de Z si je fais varier X et contrôle Y… et comment puis-je tester cela de manière équitable pour enregistrer une réponse valide reproductible et testable par quelqu’un d’autre?’

Si vous suivez tout cela et commencez à l’appliquer dans votre classe, l’esprit des enfants ne peut que grandir en conséquence. C’est l’avènement même de la méthode scientifique qui a vraiment accéléré la civilisation pour produire notre mode de vie actuel. Comprendre le fonctionnement des scientifiques est une tâche très importante que tous les enseignants doivent inculquer à nos élèves, qu’ils soient ou non doués sur le plan académique. Malheureusement, ne pas le faire risque de créer une génération avec un manque de compréhension des processus scientifiques qui peuvent rapidement susciter la méfiance du public et même l’animosité contre les mêmes personnes qui travaillent dur pour utiliser des preuves vérifiables pour améliorer nos vies. En plus de cela, ne serait-il pas juste génial d’avoir les compétences nécessaires pour comprendre pourquoi les choses se passent tout le temps? Ça me semble un plan !

Bon enseignement,

Ben