Atelier "données scientifiques"

Principe

Faire travailler les élèves sur des données simples mais réelles, sur des grandeurs qu'ils connaissent et se rapportant à une question scientifique qu'ils peuvent comprendre.

Les faire passer d'un tableau de chiffres à une représentation graphique qu'ils vont étudier selon leur niveau, en décrivant le résultat (que voit-on ?), en l'interprétant (comment l'expliquer ?) et en proposant de nouvelles hypothèses qui en découleraient (comment tester les hypothèses ?)

 

Niveau

Collège ou lycée (expérimenté avec des élèves de  4ème, de 1ère et de terminale). Adapter le contenu, les données et la conduite de l'atelier en fonction des classes

 

Objectifs

- montrer un aspect moins spectaculaire et photogénique que le travail de terrain (navires, engins, appareils,…) mais aussi important dans le travail des chercheurs : le traitement des données. Que font les scientifiques après une campagne, que font-ils de toutes ces mesures ?

- montrer le rôle de l'approche quantitative, peu ou pas présente dans les récits, les articles ou les reportages sur la recherche, nécessaire entre les phases plutôt qualitatives du questionnement et des conclusions ; aspect particulièrement important dans le cadre d'un accueil à l'IUEM où l'aspect qualitatif prédomine (photos, posters, films, rencontres,…)

- initier à des modes divers de représentation de l'information et à leurs différences : par exemple, un "diagramme en bâtons" peut être une évolution dans le temps (cf. pluviométrie) ou un histogramme de fréquences de données groupées en classes

- initier à un raisonnement et à l'analyse de représentations de données pour en tirer une interprétation

- faire le lien entre une démarche de TP ou d'autres activités conduites en classe et une démarche suivie par des professionnels (lien avec la "vraie vie")

 

Durée

Si l'atelier dure 50 minutes (durée minimale, équivalente à une "heure" de classe), la répartition approximative pourrait être :

- introduction : 10 minutes

- travail des groupes : 25 à 30 minutes

- restitution : 10 à 15 minutes

A adapter selon ce qui est demandé aux élèves (le travail autonome peut prendre beaucoup plus de temps que prévu)

 

Matériel

- si possible, matériel scientifique utilisé pour les mesures (selon sujets et possibilités pratiques)

- feuilles avec tableau de données brutes (une série différente par groupe)

- ordi avec powerpoint pour intro, photos, et “corrigés"

- si travail sur ordinateur : un ordi par groupe avec Excel (si possible la même version pour faciliter le travail de l'animateur)

- si travail sur papier : papier millimétré ou gradué, crayons, gommes,…

 

Déroulement possible

1) Introduction avec l'ensemble du groupe

- principe de l'atelier : comprendre comment on transforme des séries de mesures (des tableaux de chiffres en général impossibles à comprendre tels quels) en quelque chose d'intelligible qui apporte une réponse à la question posée. Pour les plus jeunes, on peut s'appuyer sur l'exemple des coloriages numérotés où les enfants doivent colorier les cases selon le chiffre qu'elles contiennent, faisant apparaître un dessin pas facilement perceptible au départ.

- selon le problème posé et la nature des données, il y a plein de façons de faire ça, et on va en explorer quelques-unes par petit groupe

- présenter à tous la question scientifique (qualitative) posée à chaque groupe, et montrer (si possible en vrai, sinon en photo ou en vidéo) les instruments qui ont effectué les mesures sur le terrain.

2) Travail par groupe (de 3 ou 4 élèves)

- s'assurer que tout le monde a bien compris la question scientifique

- distribuer les feuilles avec les tableaux de données (un tableau différent pour chaque groupe)

- examiner les données dont on dispose : qu'a-t-on mesuré (température, plancton, poissons, courant,…) ? Sur quoi a-t-on fait ces mesures (stations, profondeurs, temps,… ; combien de variables X, Y,Z,…) ? Comment se présente le tableau des données (temps-variable X, point- variable X, point- variable X - variable Y, individu- variable X,…) ?

- chercher ensemble comment on pourrait représenter graphiquement ces données en fonction de la question posée : nuage de points, histogramme, carte, courbe,…

- faire la représentation choisie sur le papier ou sur l'ordinateur. L'expérience montre que cette phase peut être très longue pour certains élèves et se faire au détriment du temps disponible ensuite pour l'interprétation, la restitution et la conclusion. Il est donc préférable de préparer à l'avance les feuilles de papier millimétré (axes, unités, minimum et maximum) ou de saisir au préalable les données dans un fichier Excel.

- décrire le résultat : qu'observe-t-on ?

- proposer une ou plusieurs interprétations : comment expliquer ce qu'on voit ?

- éventuellement, discuter de ces interprétations : comment pourrait-on les tester ?

3) Restitution et mise en commun

- présentation par chaque groupe de ses résultats (avec projection de la représentation correspondante sur le fichier de "corrigés" préparé par l'animateur)

- discussion sur chaque résultat et sur la vision d'ensemble qui se dégage quand on les rapproche

- conclusion de l'animateur

S'il reste assez de temps, on peut finir en montrant quelques "vrais" graphiques scientifiques (publications) pour faire le lien avec le travail des labos et en généralisant le propos (démarche des sciences en général)

 

Données utilisables

Plusieurs jeux de données ont été identifiés dans différents domaines, et sont décrits dans des documents séparés. L'atelier a été testé (avec succès) sur deux d'entre eux :

- "Eau chaude à tous les étages ?" : absorption et restitution de chaleur par l'océan au cours d'une année (données : 5 profils CTD sur l'Atlantique nord tempéré)

- "Quatre saisons en rade de Brest" : cycle annuel des paramètres physico-chimiques et relation de l'apport en nitrates avec la salinité et la pluviométrie (données : cycle annuel Somlit-Brest pour T, S, NO3)