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Étude expérimentale

Publié le 16 mai 2018

Expérience en laboratoire : de son élaboration à son application

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Description

L’Étude expérimentale est une activité dans laquelle les élèves créent une expérience à réaliser en laboratoire qui leur permettra d’étudier les causes, les effets, la nature ou les propriétés d’objets ou de phénomènes par la manipulation ou l’expérimentation. L’enseignant a pour rôle de bien planifier les séances de laboratoire et de les superviser adéquatement. Il doit également discuter au préalable avec les élèves du sujet, des exigences, des consignes et des détails concernant la tâche à réaliser en laboratoire, de même que des comportements à adopter. Ce qui est particulier avec cette technique, c’est qu’il revient aux élèves de développer leur propre protocole expérimental, lequel devra être approuvé par l’enseignant. Généralement, à la fin de l’Étude expérimentale, les élèves doivent remettre un rapport partiel ou complet qui fait entre autres état des résultats obtenus ainsi que d’une analyse de ces derniers. En somme, l’Étude expérimentale est une activité permettant aux étudiants de mettre en application et de concrétiser leurs connaissances théoriques et procédurales sur un sujet précis par la manipulation et l’expérimentation.

Procédure

  1. Présenter aux élèves les différents montages expérimentaux disponibles ainsi que le matériel de laboratoire à leur disposition. Cela les guidera dans le choix du sujet de leur étude expérimentale.
  2. Demander aux élèves de rédiger un protocole de laboratoire afin qu’ils se préparent à la séance. Ce dernier doit présenter les objectifs d’apprentissage, le matériel requis, les consignes de sécurité à respecter, les notions théoriques en lien avec l’expérience à réaliser, la série de manipulations à effectuer ainsi que les consignes relatives au travail qu’ils doivent remettre après la séance de laboratoire. Ce travail peut consister soit en un rapport de laboratoire soit partiel, soit complet.
  3. Prévoir des séances en classe lors desquelles l'enseignant encadre les élèves dans l'élaboration de leur protocole de laboratoire et répond à leurs questions.
  4. Récupérer les protocoles de laboratoire et les évaluer en laissant beaucoup de commentaires sur les copies. Celles-ci doivent être rendues aux élèves avant la ou les séances de laboratoire afin qu'ils puissent prendre connaissances des correctifs à apporter à leur étude expérimentale. 
  5. Au début de la séance de laboratoire, rappeler aux élèves les consignes de sécurité à respecter et leur présenter le matériel avec lequel ils doivent travailler.
  6. Lors de la séance de laboratoire, superviser le travail des élèves en circulant entre les montages expérimentaux.
  7. À la fin de la séance de laboratoire, récupérer le travail des élèves (rapport partiel ou complet).
  8. Corriger le travail des élèves à l’aide d’une grille d’évaluation ou de critères de correction qui leur ont été préalablement communiqués.

Matériel requis (technologie)

  • Équipements de protection individuelle (sarrau, lunettes de laboratoire, gants)
  • Équipements de laboratoire nécessaires à la réalisation de l'expérience sélectionnée

Conseils à donner aux enseignants en lien avec la formule pédagogique

  • Il est conseillé que les élèves soumettent à l'enseignant leur protocole de laboratoire pour correction et approbation avant la ou les séances de laboratoire. 
  • L'enseignant doit présenter aux élèves les critères d'évaluation avant la ou les séances de laboratoire. 
  • Si d'autres personnes sont concernées par le déroulement des séances de laboratoire (techniciens de laboratoire, chargés de laboratoire), l'enseignant doit veiller à régler tous les aspects de logistique avec elles.

Exemple d'application

L'Étude expérimentale a été utilisée dans le cours GCH3100C – Projet d'opérations unitaires, qui est suivi par les élèves de 3e année du Département de génie chimique de Polytechnique Montréal.

Dans le cadre de ce cours, les élèves doivent sélectionner un montage expérimental disponible en laboratoire et une expérience à réaliser sur le montage en question. Ce dernier consiste en un équipement typique du génie chimique, couramment rencontré en industrie, comme par exemple une colonne à distiller. Dans un premier temps, les élèves visitent les montages en laboratoire et se familiarisent avec ces derniers. À ce moment, l'enseignant leur remet un fascicule d'informations pour chacun des montages. Dans ces documents, on retrouve principalement un schéma détaillé du montage ainsi qu'un survol des notions théoriques en lien avec l'opération du montage et l'analyse des résultats expérimentaux obtenus. À la suite de cette visite, les élèves sont invités à sélectionner le montage de leur choix ainsi que l'expérience précise qu'ils aimeraient réaliser. Il est à noter qu'il est possible de faire plus d'une expérience différente par montage. Puis, les élèves ont trois semaines afin de développer leur protocole expérimental. Au cours de ces trois semaines, une séance de consultation est prévue avec l'enseignant. Lors de cette séance, l'enseignant regroupe les élèves qui travaillent sur le même montage et les rencontre afin de répondre à leurs questions. Une fois les protocoles de laboratoire remis par les élèves, l'enseignant les évaluent en laissant plusieurs commentaires écrits sur les travaux afin de guider les élèves dans la réalisation de leur Étude expérimentale.

Ensuite, l'enseignant élabore un horaire de passage des élèves au laboratoire et ces derniers sont donc en mesure de réaliser l'expérience qu'ils ont planifiée. Lors des séances de laboratoire, l'enseignant assiste les élèves dans le démarrage des montages, puis leur donne le plein contrôle de l'opération et de l'exécution de leur étude expérimentale. Pendant que les élèves travaillent, l'enseignant circule afin d'encadrer le travail des élèves et de s'assurer que toutes les consignes de sécurité sont respectées. Puis, après leur expérience, les élèves produisent un rapport final dans lequel ils analysent les résultats obtenus. L'enseignant évalue ce travail en utilisant une grille d'évaluation ayant été préalablement communiquée aux élèves.

Cette activité est généralement appréciée des élèves, quoiqu'elle les rende parfois nerveux. En effet, pour la grande majorité d'entre eux, c'est la première fois qu'ils doivent eux-mêmes élaborer un protocole expérimental. Par contre, une telle activité permet de développer l'autonomie des élèves, leur sens critique ainsi que leurs compétences réflexives et rédactionnelles. Ainsi, même si elle est un peu angoissante, cette activité reste tout de même très enrichissante pour les élèves.

Variante(s)

Une variante de l’Étude expérimentale serait la technique du Laboratoire, pour laquelle une vignette a également été créée et qu’il est possible de consulter sur ce site. La majeure différence entre ces deux formules pédagogiques est que, dans le cas de l’Étude expérimentale, ce sont les élèves qui proposent un protocole de laboratoire pour l’expérience à réaliser alors que, pour le Laboratoire, c’est l’enseignant qui fournit le protocole de laboratoire.

Une autre variante intéressante de l’Étude expérimentale serait de demander aux élèves d’interchanger entre eux leurs protocoles de laboratoire afin qu’ils testent les expériences de leurs collègues et soient en mesure de les commenter. Cette façon de procéder requiert des élèves de fournir des protocoles de laboratoire suffisamment clairs et détaillés afin qu’ils puissent être bien compris et bien mis en application par leurs pairs. De plus, en procédant de la sorte, les élèves sont en mesure de critiquer le travail de leurs collègues et même de leur formuler des recommandations.

Contexte virtuel

Activité qui peut se faire dans un contexte virtuel

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