Étapes suggérées dans une approche par problèmes

Leçon 1 :
Phase d'exploration (grand groupe)
Élément déclencheur : l'enseignant discute avec les élèves pour savoir s'ils sont déjà allés voir un film dans un cinéma IMAX. Il parle de l'écran gigantesque et des lunettes qu'il faut porter pour voir en 3D. Il leur montre un dessin anaglyphe qu'il a trouvé et les lunettes qu'il a fabriqué pour voir le dessin en 3D. Il se demande comment cela fonctionne.
Mise à jour des idées initiales sur le sujet : L'enseignant distribue des dessins et des lunettes (quelques exemplaires construits par l'enseignant) aux élèves et les laissent se familiariser avec le matériel quelques minutes. Pendant ce temps, les élèves sont invités à échanger entre eux et avec l'enseignant : Qu'observent-ils ? Qu'y a-t-il de particulier ?

Phase de définition du problème ou de la question à résoudre
Formation d'équipes de quatre élèves et défi de l'enseignant : un organisme gouvernemental offre une subvention à l'équipe qui lui expliquera le mieux possible le principe de la vision stéréoscopique à partir de l'exemple des images anaglyphes. Une seule subvention est disponible et le temps à consacrer à la recherche est limité (2 cours). Consignes : prendre en note ce que l'on sait et ce que l'on a besoin de savoir pour établir le modèle (Tableau S/BS : ce qu'on Sait, ce qu'on a Besoin de Savoir). Exemple : je sais que l'effet de profondeur est dû à l'utilisation de deux couleurs, mais je ne sais pas si ça fonctionne avec toutes les couleurs. Tenter de trouver des façons originales d'expérimenter.

Exemples de manipulations possibles:
• Inverser les lunettes.
• Inverser l'image.
• Fermer l'oeil droit, le gauche.
• Changer de filtre.
• Changer d'image.
• Pointer la ligne qu'on voit.
• Faire une image anaglyphe avec d'autres couleurs.
• Faire d'autres filtres de différentes couleurs ou intensités.

Phase de planification de la recherche (grand groupe)
L'enseignant fournit aux élèves des livres de référence et permet un accès à Internet. Les élèves doivent imprimer des images anaglyphes pour expérimenter (voir suggestions à la fin) et des lunettes pour chaque combinaison de couleur (ex : rouge et bleu). Les élèves ont aussi accès à du matériel pour dessiner leur explication du phénomène.

Répartition des tâches de recherche entre les élèves (planification en équipes de quatre) :
Quoi chercher, où (livres, revues, dictionnaire, Internet, parents et amis), quand (échéancier) et par qui. Répartition des rôles de chacun (s'il y a lieu) : recherchiste, scribe, porte-parole, responsable des échéanciers, etc.

Première recherche d'informations (hors classe)
Dans leur portfolio, les élèves consignent leurs trouvailles, leurs références, prennent en note les informations recueillies, décrivent leur démarche, font une description synthétique des informations recueillies.
 

Leçon 2 :
Analyse et critique des informations (en équipes)
Mise en commun des informations : les élèves mettent en commun les résultats de leur recherche et les analysent pour tenter de bâtir un premier modèle. Une fois qu'un premier croquis a été effectué, les élèves se questionnent : avons-nous suffisamment d'informations, sont-elles valides, pertinentes ? Devons-nous poursuivre la recherche d'informations ? Quelles sont les questions demeurées en suspens ?

Planification de la deuxième cueillette d'informations s'il y a lieu :
Quoi, Qui, Où, Quand ?
Recherche d'informations factuelles (livres, revues, Internet, etc.)
Entretiens auprès d'« experts » : physiciens, ophtalmologistes, etc.
Expérimentations possibles (protocole détaillé ou construit par les élèves)

Deuxième recherche d'informations (hors classe)
Dans leur portfolio, les élèves consignent leurs trouvailles, leurs références, prennent en note les informations recueillies, décrivent leur démarche, font une description synthétique des informations recueillies. Ils améliorent le premier croquis.
 

Leçon 3 : présentation du modèle final
Synthèse des informations (30 minutes)
Mise en commun des informations, critique et validation (comparaison avec d'autres sources) : les équipes élaborent leur modèle final.

Présentation scientifique (45 minutes)
L'enseignant invite les équipes à lui présenter (ainsi qu'aux autres équipes) leur modèle expliquant la vision stéréoscopique par le biais des images anaglyphes à l'aide du support visuel qui a été élaboré.

Hors classe
Choix du modèle gagnant : les élèves choisissent le modèle qui mérite la subvention individuellement et notent les raisons qui appuient leur choix.
 

Leçon 4:
Choix final
L'enseignant, aidé par les élèves (évaluation par les pairs), attribue la « subvention » à une équipe en demandant les arguments déjà trouvés par les élèves et fait ressortir les points forts de chaque modèle. Comparaison avec certains modèles repérés sur Internet. Puis, l'enseignant fait une synthèse des concepts importants à retenir (selon que le cours est en biologie ou en physique ou les deux).

Retour sur les acquis (objectivation) (60 minutes)
Qu'est-ce que nous avons appris (contenu, processus, compétences) ? Avons-nous répondu à nos questions ou au problème ? Où pourraient nous servir ces nouveaux savoirs ?

Exemple de questions réflexives sur la démarche d'élaboration d'un modèle explicatif

Discussion sur le processus
• Avez-vous suivi une démarche linéaire, structurée ?
• Quelle est la part de la pensée créative et de la pensée critique dans cette démarche ?
• Quelle est la part des connaissances antérieures dans la définition du problème ?
• Dans la cueillette et l'interprétation des données ?
• Quel a été le rôle des pairs dans cette démarche ?
• Pouvez-vous qualifier cette résolution de problèmes de démarche scientifique ?

Discussion sur le modèle présenté au mini-colloque scientifique
• Quelles sont les limites expérimentales ?
• Quels sont les éléments théoriques utilisés dans votre modèle sans qu'il y ait une remise en question de leur véracité ?
• Quels sont les arguments forts pour convaincre vos collègues de la valeur de votre modèle ? Arguments faibles ?
• Quelles sont les limites du modèle ?
 

À retenir
• Un modèle est une interprétation de données et non de perceptions directes.
• Les modèles sont des représentations visuelles de théories.
• Les observations sont plus ou moins des interprétations de ce que l'on voit.
• Les observations sont biaisées par nos attentes, nos croyances, etc.
• Les observations comportent parfois des erreurs systématiques.
• On ne peut contrôler toutes les variables.
• On ne peut faire un nombre infini d'expériences.
• Le choix conscient ou non des informations ou des observations dépend du problème.
• Il n'y a pas une démarche scientifique, mais bien plusieurs façons d'arriver à produire des connaissances scientifiques.
• Une démarche scientifique ou une démarche de résolution de problèmes n'est pas linéaire, mais bien un aller-retour continuel avec des périodes analytiques, synthétiques, critiques et créatives.
• La science est une construction humaine, donc elle n'est pas entièrement objective et neutre. Mais elle n'est pas totalement arbitraire, car le savoir est accepté par consensus à partir de certains critères.
• Les valeurs de la société conditionnent les types de problèmes de recherche et, donc, de « découvertes ».