Explorer L'art de la Conception Expérimentale : un Guide Étape par Étape Pour les Étudiants et les Enseignants

Conception expérimentale pour les étudiants

Jetez un œil aux pages imprimables et aux modèles de feuilles de travail ci-dessous !

Étapes de conception expérimentale

1. Question

Il s’agit d’un élément clé de la méthode scientifique et du processus de conception expérimentale. Les étudiants aiment poser des questions. La formulation de questions est une activité profonde et significative qui peut permettre aux étudiants de s'approprier leur travail. Un excellent moyen d’amener les élèves à réfléchir et à visualiser leurs questions consiste à utiliser un storyboard de carte mentale.

Demandez aux élèves de réfléchir à toutes les questions auxquelles ils souhaitent répondre sur l’univers ou amenez-les à réfléchir aux questions qu’ils se posent sur un sujet particulier. Toutes les questions sont de bonnes questions, mais certaines sont plus faciles à tester que d’autres.

2. Hypothèse

Une hypothèse est connue sous le nom de supposition éclairée. Une hypothèse doit être une affirmation qui peut être testée scientifiquement. À la fin de l’expérience, regardez en arrière pour voir si la conclusion soutient ou non l’hypothèse. Formuler de bonnes hypothèses peut être difficile à comprendre pour les élèves. Il est important de se rappeler que l’ hypothèse n’est pas une question, c’est une affirmation testable .

Une façon de formuler une hypothèse est de la formuler sous la forme d'un énoncé « si... alors... ». Ce n'est certainement pas la seule ni la meilleure façon de formuler une hypothèse, mais cela peut être une formule très simple à utiliser pour les étudiants qui débutent. Un énoncé « si... alors... » exige que les élèves identifient d'abord les variables, ce qui peut modifier l'ordre dans lequel ils franchissent les étapes de l'organisateur visuel.

Après identification des variables, l'hypothèse prend alors la forme si [changement de variable indépendante], puis [changement de variable dépendante]. Par exemple, si une expérience recherchait l’effet de la caféine sur le temps de réaction, la variable indépendante serait la quantité de caféine et la variable dépendante serait le temps de réaction. L’hypothèse « si, alors » pourrait être la suivante : si vous augmentez la quantité de caféine consommée, le temps de réaction diminuera.

3. Explication de l'hypothèse

Qu’est-ce qui vous a amené à cette hypothèse ? Quel est le contexte scientifique derrière votre hypothèse ? En fonction de leur âge et de leurs capacités, les élèves utilisent leurs connaissances antérieures pour expliquer pourquoi ils ont choisi leurs hypothèses, ou bien effectuent des recherches à l'aide de livres ou d'Internet. Cela pourrait également être le bon moment pour discuter avec les étudiants de ce qu’est une source fiable.

4. Prédiction

La prédiction est légèrement différente de l’hypothèse. Une hypothèse est une affirmation testable, alors que la prédiction est plus spécifique à l’expérience. Lors de la découverte de la structure de l’ADN, l’hypothèse a été proposée selon laquelle l’ADN aurait une structure hélicoïdale. La prédiction était que le diagramme de diffraction des rayons X de l’ADN aurait la forme d’un X.

5. Identification des variables

Vous trouverez ci-dessous un exemple de storyboard de discussion qui peut être utilisé pour amener vos élèves à parler des variables dans la conception expérimentale.

6. Évaluation des risques

En fin de compte, cela doit être signé par un adulte responsable, mais il est important d’amener les élèves à réfléchir à la manière dont ils assureront leur sécurité. Dans cette partie, les élèves doivent identifier les risques potentiels, puis expliquer comment ils vont minimiser les risques. Une activité pour aider les élèves à développer ces compétences consiste à les amener à identifier et à gérer les risques dans différentes situations. À l'aide du storyboard ci-dessous, demandez aux élèves de remplir la deuxième colonne du tableau en T en disant « Qu'est-ce que le risque ? », puis en expliquant comment ils pourraient gérer ce risque. Ce storyboard pourrait également être projeté pour une discussion en classe.

7. Matériaux

Dans cette section, les élèves énuméreront le matériel dont ils ont besoin pour les expériences, y compris tout équipement de sécurité qu'ils ont souligné comme étant nécessaire dans la section d'évaluation des risques. C’est le moment idéal pour discuter avec les étudiants du choix des outils adaptés au travail. Vous allez utiliser un outil différent pour mesurer la largeur d’un cheveu que pour mesurer la largeur d’un terrain de football !

8. Plan général et diagramme

Il est important de parler aux étudiants de reproductibilité. Ils devraient rédiger une procédure qui permettrait à leur méthode expérimentale d’être facilement reproduite par un autre scientifique. La manière la plus simple et la plus concise pour les élèves de procéder consiste à dresser une liste numérotée d’instructions. Une activité utile pourrait consister à demander aux élèves d’expliquer comment préparer une tasse de thé ou un sandwich. Mettez en scène le processus, en soulignant toutes les étapes qu'ils ont manquées.

Pour les apprenants de l'anglais et les étudiants qui ont des difficultés avec l'anglais écrit, les étudiants peuvent décrire visuellement les étapes de leur expérience à l'aide Storyboard That.

Toutes les expériences n'auront pas besoin d'un diagramme, mais certains plans seront grandement améliorés en en incluant un. Demandez aux élèves de se concentrer sur la production de diagrammes clairs et faciles à comprendre.

9. Réaliser une expérience

Les élèves suivent ensuite leur plan et réalisent l'expérience. Il est important que les élèves recueillent leurs résultats d'une manière significative et facile à comprendre. Les données sont souvent enregistrées dans un tableau, mais peuvent également être enregistrées à l'aide de photographies, de dessins d'observations ou d'une combinaison des deux. Il peut être utile de demander aux élèves de noter les difficultés et les problèmes qu'ils ont rencontrés lors de la réalisation de l'expérience. Cela pourrait aider plus tard à évaluer leur méthode expérimentale.

Il est important de mentionner que toute expérience conçue par les étudiants doit être soigneusement évaluée par l'adulte responsable avant de laisser les étudiants effectuer leurs travaux pratiques.

Après avoir terminé la procédure de l'expérience, les élèves analysent les données, tirent des conclusions, puis partagent leurs résultats. Selon le niveau de l'étudiant, il peut s'agir d'un rapport de laboratoire formel, de graphiques, d'une discussion en classe ou d'une autre méthode.

Exemples terminés

Ressources et exemples de conception expérimentale

L’utilisation d’organisateurs visuels est un moyen efficace d’amener vos élèves à travailler en tant que scientifiques en classe.

Il existe de nombreuses façons d'utiliser ces outils de planification d'enquête pour étayer et structurer le travail des étudiants pendant qu'ils travaillent en tant que scientifiques. Les étudiants peuvent terminer la phase de planification sur Storyboard That en utilisant les zones de texte et les diagrammes, ou vous pouvez les imprimer et demander aux étudiants de les compléter à la main. Une autre excellente façon de les utiliser est de projeter la feuille de planification sur un tableau blanc interactif et de travailler en groupe sur la façon de compléter le matériel de planification. Projetez-le sur un écran et demandez aux élèves d’écrire leurs réponses sur des notes autocollantes et de mettre leurs idées dans la bonne section du document de planification.

Les très jeunes apprenants peuvent encore commencer à penser comme des scientifiques ! Ils ont beaucoup de questions sur le monde qui les entoure et vous pouvez commencer à les noter sur une carte mentale. Parfois, vous pouvez même commencer à « enquêter » sur ces questions par le jeu.

La ressource de base s'adresse aux élèves du primaire ou aux élèves qui ont besoin de plus de soutien. Il est conçu pour suivre exactement le même processus que les ressources supérieures, mais légèrement plus simple. La principale différence entre les deux ressources réside dans les détails auxquels les étudiants doivent réfléchir et dans le vocabulaire technique utilisé. Par exemple, il est important que les élèves identifient les variables lorsqu'ils conçoivent leurs enquêtes. Dans la version supérieure, les élèves doivent non seulement identifier les variables, mais aussi faire d'autres commentaires, comme la manière dont ils vont mesurer la variable dépendante. Outre la différence d'échafaudage entre les deux niveaux de ressources, vous souhaiterez peut-être différencier davantage par la manière dont les apprenants sont soutenus par les enseignants et les assistants dans la salle.

Les étudiants pourraient également être encouragés à rendre leur plan expérimental plus facile à comprendre en utilisant des graphiques, ce qui pourrait également être utilisé pour soutenir les ELL.

Évaluation

Les étudiants doivent être évalués sur leurs compétences en recherche scientifique parallèlement à l’évaluation de leurs connaissances. Non seulement cela permettra aux étudiants de se concentrer sur le développement de leurs compétences, mais cela leur permettra également d’utiliser les informations obtenues lors de leur évaluation d’une manière qui les aidera à améliorer leurs compétences scientifiques. Grâce à Quick Rubric , vous pouvez créer un cadre d'évaluation rapide et simple et le partager avec les étudiants afin qu'ils sachent comment réussir à chaque étape. En plus de fournir une évaluation formative qui stimulera l'apprentissage, cela peut également être utilisé pour évaluer le travail des étudiants à la fin d'une enquête et fixer des objectifs pour la prochaine tentative de planifier leur propre enquête. Les rubriques ont été rédigées de manière à permettre aux étudiants d'y accéder facilement. De cette façon, ils peuvent être partagés avec les étudiants pendant qu'ils travaillent sur le processus de planification afin que les étudiants sachent à quoi ressemble un bon plan expérimental.

Ressources imprimables

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Activités connexes

Feuilles de travail supplémentaires

Si vous souhaitez ajouter des projets supplémentaires ou continuer à personnaliser des feuilles de calcul, jetez un œil à plusieurs modèles de pages que nous avons compilés pour vous ci-dessous. Chaque feuille de travail peut être copiée et adaptée à vos projets ou étudiants ! Les étudiants peuvent également être encouragés à créer le leur s’ils souhaitent essayer d’organiser les informations de manière facile à comprendre.

• Feuilles de travail de laboratoire
• Feuilles de travail de discussion
• Feuilles de travail de la liste de contrôle

Ressources associées

1. Étapes de la méthode scientifique
2. Discussion scientifique Storyboards
3. Développer les compétences de pensée critique

Foire aux questions sur la conception expérimentale pour les étudiants

Quels sont les outils et techniques de conception expérimentale courants que les élèves peuvent utiliser ?

Les outils et techniques de conception expérimentale courants que les étudiants peuvent utiliser comprennent l'assignation aléatoire, les groupes de contrôle, la mise en aveugle, la réplication et l'analyse statistique. Les élèves peuvent également utiliser des études d'observation, des enquêtes et des expériences avec des plans naturels ou quasi expérimentaux. Ils peuvent également utiliser des outils de visualisation de données pour analyser et présenter leurs résultats.

Comment la conception expérimentale peut-elle aider les élèves à développer des compétences de pensée critique ?

La conception expérimentale aide les élèves à développer des compétences de pensée critique en les encourageant à réfléchir systématiquement et logiquement aux problèmes scientifiques. Cela demande aux élèves d'analyser des données, d'identifier des modèles et de tirer des conclusions fondées sur des preuves. Il aide également les élèves à développer des compétences en résolution de problèmes en leur offrant la possibilité de concevoir et de mener des expériences pour tester des hypothèses.

Comment la conception expérimentale peut-elle être utilisée pour résoudre des problèmes du monde réel ?

La conception expérimentale peut être utilisée pour résoudre les problèmes du monde réel en identifiant les variables qui contribuent à un problème particulier et en testant les interventions pour voir si elles sont efficaces pour résoudre le problème. Par exemple, la conception expérimentale peut être utilisée pour tester l'efficacité de nouveaux traitements médicaux ou pour évaluer l'impact des interventions sociales sur la réduction de la pauvreté ou l'amélioration des résultats scolaires.

Quels sont les pièges courants de la conception expérimentale que les étudiants devraient éviter ?

Les pièges courants de la conception expérimentale que les étudiants doivent éviter incluent le fait de ne pas contrôler les variables, d'utiliser des échantillons biaisés, de s'appuyer sur des preuves anecdotiques et de ne pas mesurer avec précision les variables dépendantes. Les étudiants doivent également être conscients des considérations éthiques lors de la réalisation d'expériences, telles que l'obtention d'un consentement éclairé et la protection de la vie privée des sujets de recherche.