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Mise en pratique
De bonnes séances de laboratoire donnent aux étudiant-e-s la possibilité d’analyser, discuter de et résoudre des problèmes réels, en plus de favoriser le développement de compétences pratiques, techniques et d’ingénierie.
Les labos sont des expériences d’apprentissage efficaces lorsque les étudiant-e-s comprennent non seulement comment faire l’expérience, mais aussi pourquoi le concept ou le processus est important dans leurs études et comment il pourrait être appliqué ou relié à des situations du monde réel.
Les expériences traditionnelles de laboratoire fournissent généralement aux étudiant-e-s trois éléments :
- un problème ou une question,
- une procédure pour obtenir les informations nécessaires,
- une solution à laquelle on peut arriver en répondant à des questions d’analyse ou calculs effectués avec leurs données expérimentales.
Bien que cette approche, désobligeamment dite du « livre de recettes », soit généralement efficace pour que les étudiant-e-s apprennent les procédures de base, il a été montré qu’elle l’est moins pour le développement de compétences de compréhension et de raisonnement conceptuels. Des outils plus efficaces consistent à ne fournir aux étudiant-e-s que :
- un problème et la procédure associée, les obligeant à développer leur propre analyse.
- un problème, les obligeant à développer leur propre procédure et leur propre analyse (approche axée sur l’investigation).
- un concept ou une question à explorer, leur demandant de définir un problème pertinent et d’élaborer une procédure et une analyse (approche axée sur la découverte).
Par exemple, un sujet de laboratoire axé sur la découverte par M. Gindy & G. Tsiatas, Université de Rhode Island donne les instructions suivantes aux étudiants :
Vous disposez de deux structures en treillis d’acier semblables à celles utilisées dans les laboratoires précédents. L’un des treillis est endommagé et l’autre pas. Votre tâche est d’identifier la structure endommagée à l’aide de mesures et de simulations, de préparer un rapport préliminaire décrivant l’approche de test et la méthodologie utilisée pour prendre votre décision, et de proposer un plan d’essais pour localiser et évaluer le type et le degré des dommages, y compris le type, le nombre et l’emplacement des capteurs, les méthodes expérimentales et les résultats attendus.
Dans ce cas, un groupe d’étudiants a proposé d’évaluer les propriétés vibratoires des treillis au moyen d’un marteau à impulsions et d’accéléromètres, tandis qu’un second groupe a évalué la déformation et le déplacement de la structure sous charge contrôlée en utilisant différentes méthodes de mesure.
Les séances de laboratoire sont de précieuses occasions de renforcer les compétences transversales, telles que le travail collaboratif et les compétences de gestion de projet et de résolution de problèmes. Elles donnent en outre aux étudiant-e-s l’occasion d’apprendre à travailler en laboratoire en toute sécurité, à affûter leur esprit critique dans de nouvelles situations, à analyser et interpréter les données, et enfin à noter et rapporter les procédures et les résultats de façon correcte et professionnelle.
Importance du cahier de laboratoire
Souvent les étudiant-e-s ne comprennent pas que le cahier de laboratoire doit être un recueil complet des procédures mises en oeuvre, y compris les observations brutes et les idées naissantes ou explications suscitées pendant l’expérience. Les étudiant-e-s pensent plutôt que le but du cahier de laboratoire est de présenter un exposé propret et linéaire de l’expérience « parfaite » et non le récit authentique de leurs actions et des résultats. Ce faisant, ils passent à côté de la complexité et de la créativité de la véritable recherche. Lors de la définition des critères d’évaluation, il faut donc être attentif à ce que les étudiant-e-s ne se contentent pas de vous donner ce qu’ils pensent que vous attendez, au lieu de réaliser qu’il s’agit de leur propre rapport, décrivant leurs propres expériences. Les laboratoires de découverte ou d’investigation où les étudiant-e-s ne se contentent pas de reproduire un procédé imposé se prêtent bien à leur faire apprécier le véritable rôle d’un cahier de laboratoire.
Il convient d’aider les étudiants à choisir le bon équipement pour la tenue du cahier de laboratoire, sur papier ou électronique (par exemple le service LIMS en SV), et la mise en place d’une structure pour l’organisation de leurs dossiers. En outre, les étudiant-e-s doivent apprendre à considérer leur cahier de laboratoire comme un document juridique important pour les futures demandes de brevet ou pour écarter tout soupçon de fraude dans leur recherche.
Soutenir la réflexion dans les laboratoires
Poser des questions est un bon moyen de vérifier la compréhension des étudiant-e-s et de les maintenir sur la bonne voie. Les questions que vous posez peuvent dépendre du stade où en sont les étudiant-e-s dans le laboratoire.
- Au début : Que vous attendez-vous à voir ? Qu’estimez-vous difficile à mesurer/quantifier/évaluer ? Quels équations/théorèmes/cadres pensez-vous appliquer ?
- En cours d’exercice : Sur quel genre de choses prenez-vous des notes ? Vos observations sont-elles conformes à ce que vous attendiez ? Pourquoi pensez-vous que ceci s’est passé ? Qu’allez-vous faire ensuite ?
- En phase finale : Avez-vous pensé à la rédaction de votre rapport ? Qu’avez-vous appris aujourd’hui ? Comment l’expérience d’aujourd’hui s’intègre-t-elle dans le cours ?
En répondant à votre tour à leurs questions, essayez de faire en sorte que ce soient les étudiant-e-s qui fassent le gros de la réflexion (plutôt que de compter sur vous ou un-e assistant-e) en recadrant leurs questions ou en posant des questions suggestives qui les incitent à trouver eux-mêmes la réponse. Vous pouvez également suggérer aux étudiant-e-s de discuter avec un autre groupe, revoir leurs notes de cours ou consulter un ouvrage de référence.