Ressource proposée par Laetitia Darriet et Anna Lia
Niveau
Première enseignement scientifique
Thème
Une longue histoire de la matière
Partie
Des édifices ordonnés : les cristaux
Objectifs généraux
Comprendre la nature du savoir scientifique et ses méthodes d’élaboration.
Le savoir scientifique résulte d’une construction rationnelle. Il se distingue d’une croyance ou d’une opinion. Il s’appuie sur la description et l’analyse de faits extraits de la réalité complexe ou produits au cours d’expériences.
Savoirs / Savoir-faire
Distinguer une croyance ou une opinion d’un savoir scientifique.
Compétences du CRCN :
Présentation du scénario ou de la séance
La lithothérapie, on y croit, on n’y croit pas, on n’a pas d’avis… Là n’est pas la question. Ici, on ne parlera pas de croyance, on cherche à savoir si les vertus annoncées par la lithothérapie sont scientifiquement vérifiables. Cela nous amène à nous questionner sur la démarche scientifique à mener pour chercher à tester une vérité scientifique – les vertus annoncées de la lithothérapie en l’occurrence. L’objectif du scénario est de sensibiliser l’élève à la démarche scientifique sur une thématique qu’il pourra s’approprier facilement.
Description du scénario pédagogique
- Séance n° 1 : Élaboration d’un protocole pour tester une hypothèse (2 h)
- Séance n° 2 : Lancement du protocole expérimental (15 min + travail maison)
- Séance n° 3 : Exploitation des résultats (1 à 2 h)
Pré-requis et place dans la progression
Pas de pré-requis nécessaires. À la fin de la partie « Des édifices ordonnés : les cristaux ». Avant de faire le Projet expérimental et numérique (PEN). Les notions vues dans cette séquence sont utiles pour le PEN.
Analyse critique
L’objectif est d’approcher la notion de démarche scientifique et de comprendre que la phrase « mon oncle m’a dit que la lithothérapie est une thérapie qui fonctionne ; je l’ai testée et ça marche très bien » ne constitue pas une vérité scientifique.
Séance 1 : Élaboration d’un protocole visant à tester les vertus de la lithothérapie
Objectifs de la séance
Objectifs généraux : Comprendre la nature du savoir scientifique et ses méthodes d’élaboration / Mettre en œuvre des pratiques scientifiques.
Savoirs / Savoir-faire
Élaborer un protocole en suivant une démarche scientifique.
Présentation de la séance
Après présentation de la lithothérapie, on amène les élèves à se questionner sur la façon dont on pourrait s’y prendre pour tester les vertus de la lithothérapie. On se focalise sur une pierre (l’améthyste par exemple), on choisit ensemble une vertu prétendument associée à cette pierre (amélioration du sommeil par exemple), et demande aux élèves de réfléchir en groupe à l’élaboration d’un protocole qui permettrait de tester la vertu annoncée.
Mise en situation et questionnements
Présentation de photos prises dans des magasins/marchés, des sites internet sur les vertus des pierres. Réflexion sur la différence entre croyance et vérité scientifique. Présentation d’un document sur les niveaux de preuve. Le questionnement des élèves porte rapidement sur comment ça marche. On rappelle que, dans le cadre d’une démarche scientifique, on commence par « s’assurer du fait avant de s’inquiéter de la cause » (projection d’une vidéo sur l’histoire de la dent d’or de Fontenelle).
Comment fait-on pour vérifier scientifiquement si la vertu annoncée est vraie ?
- Rechercher des études scientifiques qui ont cherché à tester ces vertus.
- Réfléchir à un protocole expérimental qui permettrait de tester la vertu annoncée.
Dans le cadre de cette séquence, on se focalise sur la seconde.
Organisation du travail
Présentation de la lithothérapie en classe entière à partir d’un diaporama. Choix d’une pierre et d’une vertu à vérifier.
Par exemple : L’améthyste contribue à un sommeil calme, profond et réparateur.
- Par groupe de 4 élèves : premières réflexions sur l’élaboration d’un protocole qui permettrait de tester la véracité de cette vertu.
- Mise en commun, comparaison, discussion, critique
- Mise à disposition de ressources complémentaires : effet placebo, étude randomisée, double aveugle, biais cognitifs, biais expérimentaux, démarche scientifique… (voir ressources proposées).
- Par groupe de 4 élèves : amélioration des protocoles en tenant compte des échanges et des ressources complémentaires mises à disposition.
Amener les élèves à réfléchir à la notion de témoin, d’effet placebo, de taille de l’échantillon, du double aveugle, de l’imprécision des vertus prêtées aux pierres et de la difficulté à les tester, de reproductibilité des résultats, de la randomisation, de la variabilité inter-individuelle…
Consignes, productions attendues, critères de réussite
Consigne :
Par groupe de 4, concevez un protocole dont le but serait de tester l’hypothèse selon laquelle l’améthyste contribue à un sommeil calme, profond et réparateur.
Matériel disponible : 30 échantillons d’améthyste, cailloux ramassés dans la cour
- Vous rappellerez l’hypothèse à tester.
- Vous essaierez de réaliser une étude la plus rigoureuse possible d’un point de vue scientifique.
- Vous expliquerez au mieux la démarche que vous comptez mener.
- Vous détaillerez avec précision le protocole de l’étude.
- Si votre étude s’appuie sur un questionnaire, vous le rédigerez.
- Vous prendrez soin d’intégrer les notions vues dans les documents et vidéos ressources (témoin, taille de cohorte, double aveugle, randomisation, biais expérimentaux, effet placebo…).
- Vous expliquerez comment l’exploitation de vos résultats vous permettra de conclure. (ex : si on observe …. alors on pourra conclure que….)
- Vous effectuerez une critique de votre étude : les limites liées aux conditions de réalisation et à la faisabilité de l’étude dans le cadre scolaire notamment.
Production attendue :
Un protocole rédigé par groupe.
Critères de réussite :
- L’hypothèse à tester
- La pierre étudiée est précisée
- La vertu choisie (dans la mesure du possible, elle est mesurable/quantifiable)
- La durée de l’expérimentation
- Le nombre de personnes intégrées à l’étude
- utilise une ou plusieurs situations témoins
- tient compte de la variabilité inter-individuelle
- permet de s’affranchir de l’effet placebo
- se fait en simple (ou double) aveugle
- s’affranchit d’un maximum de biais expérimentaux
- précise les MESURES réalisées
- explique comment elles sont réalisées
- s’il intègre un questionnaire : il est correctement rédigé et permet d’obtenir des résultats exploitables (quantifiables)
- Que doit-on obtenir comme résultats pour valider l’hypothèse ? Pour la réfuter.
- Un regard critique est porté sur le protocole mené>
Sont clairement indiqués dans le protocole :
Le protocole :
Une réflexion est menée sur l’exploitation des résultats :
Matériel et ressources pour mener la séance
Matériel : diaporama de présentation
Supports et ressources :
Pour l’introduction :
Ressources documentaires mises à disposition pour la phase d’amélioration des protocoles :
Ressources vidéo mises à disposition pour la phase d’amélioration des protocoles (à visionner chez soi) :
Ressources vidéo mises à disposition pour la phase d’amélioration des protocoles (à visionner chez soi) :
Pistes pour l’évaluation
Séance 2 : Mise en place du protocole expérimental
Objectifs de la séance
Objectifs généraux : Mettre en œuvre des pratiques scientifiques.
Savoirs / Savoir-faire
Compétences du CRCN :
Présentation de la séance
Ce n’est pas une séance à proprement parler car l’essentiel du travail de l’élève consiste à compléter, chez lui, un formulaire en ligne (sur l’espace numérique de travail du lycée).
À partir des protocoles des élèves, le professeur propose un protocole à suivre et rédige le formulaire qui devra être renseigné en ligne. Les élèves volontaires participent à l’étude.
Par exemple :
La moitié des élèves se voit attribuer une couleur orange / l’autre moitié bleue.
Ils répondent à un formulaire anonyme en ligne (sur lycée connecté) sur la qualité de leur sommeil pendant 1 (ou 2) semaine(s). Chaque réponse doit être quantifiable (qualité du sommeil sur une échelle de 1 à 5 / nombre de fois où ils se sont réveillés / a-t-on fait des cauchemars ? combien ? / temps estimé pour l’endormissement / …). Les élèves précisent si un facteur externe est venu perturber leur sommeil. Ils indiquent s’ils croient ou non à la lithothérapie. Ils indiquent la couleur qui leur a été attribuée.
La semaine suivante ils récupèrent un sachet opaque (bleu ou orange) contenant l’améthyste ou un vulgaire caillou. Ils s’engagent à la garder près d’eux la nuit.
À l’issue de cette 2e semaine avec la pierre, ils renseignent un nouveau formulaire comportant les mêmes questions.
Le professeur récupère les résultats anonymes au format .csv pour que les élèves les exploitent sous tableur en classe à la fin de l’étude (2 à 4 semaines).
Consignes, productions attendues, critères de réussite
Pendant une semaine (en l’absence de pierre) :
- Prendre connaissance des questions du formulaire sur la qualité de votre sommeil.
- Dans votre agenda, noter quotidiennement les réponses.
- En fin de semaine, faire la moyenne de chaque résultat et renseigner le formulaire en ligne de façon anonyme en précisant la couleur, orange ou bleue, qui vous est attribuée.
Réitérer le protocole la semaine suivante en possession du sachet contenant la pierre.
Matériel et ressources pour mener la séance
- Matériel : échantillons d’améthyste (ou autre pierre) + simple caillou + sachets opaques.
Il est important que les questionnaires soient anonymes.
Séance 3 : Exploitation des résultats
Objectifs de la séance
Objectifs généraux : Mettre en œuvre des pratiques scientifiques.
Savoirs / Savoir-faire
Utiliser des outils mathématiques et informatiques simples pour exploiter des résultats chiffrés. Exploiter des résultats expérimentaux.
Compétences du CRCN :
Présentation de la séance
Les résultats de leur étude sont fournis aux élèves sous la forme d’un tableur. Ils doivent les exploiter pour tenter de valider ou d’invalider l’hypothèse.
Mise en situation et questionnements
On cherche à rendre les tableaux de données chiffrées exploitables pour valider ou invalider l’hypothèse selon laquelle l’améthyste contribue à un sommeil calme et profond.
Consignes, productions attendues, critères de réussite
Consigne : Exploiter les résultats bruts de l’étude afin de tenter de valider ou d’invalider l’hypothèse selon laquelle l’améthyste contribue à un sommeil calme et profond.
Dans le compte-rendu numérique sont attendus :
- Une représentation graphique des résultats.
- Une interprétation permettant de dire si les différences observées entre les groupes témoins et expérimentaux sont dues au hasard ou peuvent être attribuées aux vertus de la pierre.
- Une réponse validant ou non l’hypothèse en s’appuyant sur les résultats.
- Une critique de l’étude réalisée en précisant comment vous vous y prendriez pour améliorer l’étude.
Critères de réussite :
- Le choix des graphiques construits est pertinent par rapport à la question.
- Le type de graphique (histogramme, diagramme circulaire, XY…) est adapté.
- Les comparaisons faites ont du sens.
- Les graphiques sont titrés et légendés.
- Estimation des chances (en %) que les différences entre groupes témoins et expérimentaux soient dues au hasard.
- Interprétations cohérentes.
- La réponse intègre l’ensemble des données et distingue l’effet réel de l’effet placebo.
- La critique portée sur l’étude remobilise les notions vues à la première séance et y intègre une analyse personnelle.
Matériel et ressources pour mener la séance
- Matériel : ordinateur avec tableur.
- Fiches techniques tableur : https://pedagogie.ac-toulouse.fr/svt/fiches-techniques
- Feuille de calcul : “Améthyste & Iolite” et sa notice “Améthyste & Iolite – Notice”.
- Diaporama explicatif commenté : et sa notice “bootstrap” de Xavier Noguès.
La construction des graphiques amène a minima à calculer des moyennes avec un tableur. Elle peut amener les élèves à éliminer des données (valeurs aberrantes ou extrêmes faussant les résultats, élèves ayant fait part de facteurs externes ayant perturbé leur sommeil…).
Il faut amener les élèves à se questionner : « est-ce que la différence observée entre groupe témoin et groupe expérimental est due au hasard ou peut-elle être attribuée aux vertus de la pierre ? ». Pour cela, la feuille de calcul et son mode d’emploi permettent très simplement de répondre avec un protocole en échantillons appariés.
Pour les élèves les plus aguerris, on peut les faire réfléchir au fonctionnement du protocole proposé dans la feuille de calcul.
À l’échelle d’une classe, les résultats peuvent se révéler difficilement exploitables. Cela n’empêche pas une réflexion sur l’étude menée.
En cas d’impossibilité d’accès à des ordinateurs, on peut donner les graphiques faits et se contenter de leur demander d’exploiter les résultats et de porter un regard critique sur l’étude.
Compléments scientifiques
- Le concept de P-Value : https://pedagotec.u-bordeaux.fr/CBEstd/capsule/10
- Les méthodes de rééchantillonnage : https://pedagotec.u-bordeaux.fr/CBEstd/capsule/15
