Marcotte, Alice, oct-nov 2008. «Comment introduire des préoccupations environnementales dans

un cours?» Spectre : L’intégration des préoccupations environnementales en Science et

technologie. APSQ, Vol. 38, no 1, p.42-46.

Résumé de l’article

Un projet de recherche offre de multiples possibilités en matière d’éducation relative à

l’environnement, en particulier lorsque les sujets sont proposés par les élèves, qui sont

sensibilisés à ces problèmes. Cet article montre comment ces questions sont traitées dans une

activité d’intégration en sciences, réalisée au collégial mais adaptable au secondaire. Y sont

présentés des exemples de projets scientifiques réalisés avec une démarche expérimentale ou

s’inspirant d’une recherche développement en éducation. Un accent particulier est mis sur la

façon dont cette dernière a été adaptée pour guider les élèves dans la réalisation de projets

concrets, innovateurs dans leur milieu.

Comment introduire des préoccupations environnementales dans un cours ? Par Alice Marcotte, Ph.D. Didactique, professeure de biologie au Collège Ahuntsic.

Cet article montre comment des questions environnementales peuvent être traitées en biologie au

Collège Ahuntsic dans le cours Projet de fin d’études en Sciences de la nature. Cette activité

d’intégration (en approche par compétences) a été élaborée lors d’une recherche doctorale qui a

porté sur la conception et la mise en oeuvre d’un environnement d’apprentissage en laboratoire

incluant l’expérimentation assistée par ordinateur (ExAO) et la pédagogie par projet (Marcotte,

2004).

Un environnement d’apprentissage coopératif en ExAO qui n’évite pas la résistance du réel

Dans le cadre d’un projet de recherche réalisé en équipe de trois ou quatre, les élèves s’engagent

dans la résolution de problèmes scientifiques ouverts et progressent grâce aux rétroactions

obtenues (Marcotte et Sabourin, 2002). Divers outils didactiques visent à soutenir leur démarche

et à évaluer leur progression dans une pédagogie différenciée. Notamment, un cahier d’équipe

permet de conserver les traces de la période de tâtonnement, des expériences pour voir qui

servent à cerner la question de recherche. Les difficultés pratiques rencontrées dans la conception

et la réalisation des protocoles, la cueillette et l’analyse des données sont riches d’enseignements

(Coquidé, Bourgeois-Victor et Desbeaux-Salviat, 1999, p. 60). C’est pourquoi lorsque l’élève fait

face à la résistance du réel, les personnes ressources (professeur et technicien) l’aident à

approfondir sa compréhension par de nouvelles questions au lieu de simplement lui donner la

solution.

Dans les projets, l’ExAO (consistant en l’acquisition de mesures à l’aide d’une interface et de

capteurs) s’intègre naturellement aux autres tâches qui sont aussi, à divers degrés, assistées par

ordinateur : recherche de documentation, traitement de données, présentation orale et rédaction.

Un logiciel conçu dans un but pédagogique (Nonnon, 1999) permet une représentation graphique

des données en temps réel, ainsi l’élève peut observer et interpréter le phénomène simultanément.

L’ExAO permet d’augmenter la part d’induction dans la démarche, tant dans le cadre d’un projet

que dans une séance de laboratoire, et la diversité de capteurs disponibles élargit les champs

d'expérimentation (ex : qualité de l’eau, effet de serre).

2

Plusieurs des moyens proposés par Sauvé (2006) pour associer plus étroitement l'éducation

relative à l'environnement au programme de science et technologie au secondaire se retrouvent

dans cette activité d’intégration, d'autant plus qu’on y invite les élèves à formuler la question de

recherche et qu’ils sont sensibilisés aux problèmes environnementaux. Malgré la complexité de

ces sujets, la réalisation d’un projet de recherche basé sur une démarche scientifique aide les

élèves à dégager les facteurs en jeu. Ils sont guidés par un questionnaire approprié selon qu’ils

font une recherche expérimentale, une recherche exploratoire ou une recherche développement.

Cette dernière offre une alternative intéressante pour des innovations, alors qu’une recherche

exploratoire permet d’obtenir une meilleure connaissance d’un phénomène et d’augmenter

l’expertise lorsqu’une question est moins documentée ou que ses aspects pratiques sont peu

contrôlés.

Des projets en environnement réalisés avec une démarche expérimentale

Voici trois exemples de projets traitant d’environnement qui sont réalisés avec une démarche

expérimentale, envisagée « comme un système où une question, une hypothèse et une

argumentation fonctionnent avec des interactions multiples » (Giordan, 1999, p. 52). Le premier

projet témoigne d’une démarche inductive où l’ExAO (oxymètre, capteur de température et sonde

pH) est combinée à des moyens traditionnels (tests colorimétriques et microbiologiques).

Dans le but de comparer la qualité d’eaux naturelles, des élèves1 ont pris des échantillons en

amont et en aval de trois rivières de la région montréalaise, totalisant six points

d’échantillonnage. Ils ont mesuré plusieurs variables (température, pH, teneur en sulfates, opacité

de l’eau, etc.) pour enfin décider de se concentrer sur les plus pertinentes : le nombre de

coliformes fécaux (indice de pollution par des excréments), la teneur en phosphates (responsable

de l’eutrophisation) et la demande biochimique en oxygène ou DBO (présence de matières

organiques). Ils ont interprété leurs résultats en relation avec le sens du courant, la proximité de

terres agricoles et l’absence de collecteurs d’égout.

Le deuxième exemple montre qu’on peut étudier l’environnement à partir de milieux facilement

accessibles, tels que des bacs de vermicompostage entretenus depuis quelques années dans le

local des projets au Collège Ahuntsic. Tout en valorisant des résidus alimentaires, ces bacs

offrent divers sujets d’expérimentation : maturation d’un compost, diversité des décomposeurs,

reproduction des vers, écotoxicologie, etc. Dans ce projet, des élèves2 ont vérifié si un produit

ménager, dit biodégradable, est dangereux pour l’environnement en testant son effet sur les vers à

compost. Leurs résultats ont montré que le produit nettoyant restant dans la bouteille apportée de

sa résidence par l’un d’entre eux était moins nocif pour les vers que celui d’une bouteille neuve

achetée par la suite. Cela leur a fait comprendre d’une manière inattendue que le produit est

effectivement biodégradable, mais non sans danger.

Dans ce troisième exemple, des élèves3 ont examiné les poubelles des corridors du collège.

Notant l’emplacement (étages et pavillons) et la journée de la semaine, ils ont trié leur contenu

(papier, carton, plastique, verre, métal, matières organiques et déchets). Ayant mesuré la masse et

le volume de chaque catégorie, ils ont trouvé que 77 % du contenu des poubelles pourrait être

récupéré, en accord avec leur hypothèse basée sur les données de Recyc-Québec. Éventuellement,

ce bilan environnemental des matières résiduelles a été utilisé par le collège pour cibler les

endroits les plus appropriés pour installer des bacs de récupération.

3

Des projets d’innovation en environnement réalisés avec une recherche développement

Préoccupés d’améliorer leur environnement, plusieurs élèves veulent s’impliquer activement, de

façon concrète. Comment éviter le militantisme aveugle, «l’effet Brigitte Bardot»? En s’inspirant

de la recherche développement en éducation.

Reconnaissant que la documentation sur ce type de recherche n’est pas abondante, Loiselle

(2001, p. 91) la distingue du simple développement de produit, car elle «vise non pas simplement

la réalisation d’un produit, mais surtout la production de connaissances suite à l’expérience de

développement de ce produit». Orientée vers les décisions, les politiques et la résolution de

problèmes, cette démarche est appropriée pour des innovations et notamment lorsqu’il existe peu

de savoirs théoriques disponibles dans un domaine. Nonnon (1993) en a proposé un modèle qui a

été utilisé dans plusieurs thèses menées au Laboratoire de robotique pédagogique de l’Université

de Montréal, tant pour la production d’outils technologiques (interface, logiciels et capteurs) que

didactiques, tel un guide pédagogique (Marcotte et Fournier, 2008).

Une recherche développement se caractérise notamment par le fait que l’idée de recherche

apparaît avant les considérations théoriques et non, comme dans une recherche expérimentale, à

partir d’un cadre théorique d’où émergent des questions puis des hypothèses. Elle consiste

essentiellement, à partir d’une idée d’innovation ou d’un problème à résoudre, à concevoir un

modèle d’action puis à le mettre à l’essai afin d’obtenir des rétroactions pour l’améliorer ; la

conception et la révision du modèle représentent le coeur de la recherche. L’activité d’intégration

présentée dans cet article est le fruit d’une telle démarche, illustrée en Figure 1. On peut y

visualiser une spirale d’où émerge un modèle d’action amélioré grâce aux rétroactions obtenues

lors de mises à l’essai successives.

Figure 1. Modèle pédagogique de Nonnon adapté pour la recherche de Marcotte (2004, p. 32).

Voici cinq projets réalisés dans cette activité d’intégration avec une démarche scientifique

inspirée de la recherche développement, choisie lorsque la question de recherche s’y prête mieux,

par exemple : « Comment implanter un système de compostage simple et efficace dans une

école? » Le questionnaire présenté en Tableau 1 a été conçu pour guider les élèves.

Théories

Problème à

résoudre

Idée: ExAO

et projet

Analyse de type

déductive

Considérations

théoriques

Élaboration de

l’idée

Première mise à

l’essai empirique

Seconde mise à

l’essai empirique

Modèle

d’action

Révision

Validation

4

La résistance du réel peut produire un écart entre une idée et sa réalisation. Dans ce projet, une

équipe4 voulait sensibiliser les enfants de l’école primaire de leur quartier en les initiant au

compostage. Elle a d’abord acquis une expertise théorique et pratique au collège en vérifiant que

l’aération et l’ajout de vers Eisenia foetida accélèrent la décomposition des matières. Avec le

support du directeur, le vermicompost obtenu a été présenté en classe à l’occasion d’une activité

fort appréciée des enfants. Toutefois, l’achat d’un bac économique et conçu pour l’intérieur a été

difficile en novembre, période hors saison. Le bac installé dans la salle à dîner de l’école a dû

éventuellement être déplacé à l’extérieur à cause d’un problème de ruissellement provoquant un

assèchement du compost.

Motivée par un projet concret, une équipe5 voulait implanter un système de compostage dans leur

ancienne école secondaire pour responsabiliser des jeunes envers l’environnement. Leur

démarche est schématisée en Figure 2. Lors de travaux préalables au collège, ils ont comparé un

vermicompost à un compostage en tas. Vu la quantité de résidus organiques produits par la

cafétéria de l’école, ils ont dessiné les plans d’un bac double pouvant contenir beaucoup de

biomasse. Ce bac a été construit par une personne ressource de l’école et placé à l’extérieur. Ils

ont implanté le vermicompostage en mai après avoir offert une formation à des élèves de cette

École d’éducation internationale pour son entretien. Notamment, ils leur ont recommandé de

rentrer un échantillon de compost à l’intérieur durant l’hiver pour réensemencer le bac en vers au

printemps suivant.

Tableau 1. Questionnaire de réflexion pour une recherche développement

Quelle est la question générale à laquelle votre projet tente de répondre?

Quelle est votre idée de développement, c’est-à-dire quelles possibilités envisagez-vous et quel

produit est attendu de cette recherche?

Quelles considérations théoriques peuvent enrichir, préciser ou modifier votre idée?

Quelle est votre stratégie, c’est-à-dire quelle forme prend votre modèle d’action?

Comment mettez-vous à l’essai votre modèle dans nos locaux?

Quelles contraintes ou rétroactions sont susceptibles d’apparaître, ou sont apparues lors de la

première mise à l’essai empirique?

De quelle façon votre modèle pourra-t-il être modifié après l’avoir mis à l’essai?

Comment envisagez-vous la seconde mise à l’essai empirique ou l’insertion de ce nouveau

développement dans un autre milieu? Quelles contraintes pourront éventuellement se présenter?

5

Figure 2. Démarche pour implanter un système de compostage dans une école secondaire.

Une démarche de recherche développement permet aux équipes d’aborder des situations

complexes et de mettre en œuvre des solutions créatives. Dans ce projet, des élèves6 voulaient

élargir la récupération du papier aux autres matières dans l’ensemble du Collège Ahuntsic. Leur

démarche illustrée en Figure 3 montre qu’après avoir constaté l’ampleur de la tâche, ils ont révisé

leur modèle en se concentrant sur le Café étudiant. Ils se sont familiarisés avec des techniques de

gestion, obtenu une subvention pour l’achat des bacs, déterminé leur emplacement et rédigé des

affiches explicatives. Ils ont aussi compris que la réduction et la réutilisation sont souvent

oubliées dans la gestion des matières résiduelles. Grâce à eux, le comité environnemental du

collège a appris que la municipalité acceptait de prendre en charge les bacs remplis. Le bilan de

leurs actions a servi de projet pilote pour une implantation à plus grande échelle dans

l’institution.

Figure 3. Recherche développement pour une collecte multi-matières.

Implantation et suivi du

système de

vermicompostage

Kiosque de

sensibilisation et

séance de

formation des

jeunes

Construction

d’un bac double

pour l’extérieur Choix du

système

approprié

aux besoins

de l’école

Recherches

théoriques et essais

dans nos locaux

pour comparer

deux méthodes de

compostage

Contacter l’école

secondaire et les

jeunes

Implanter

la collecte

multi-

matières

Projet trop

complexe à

cette échelle

Perte de

matières

recyclables

Seconde mise à

l’essai au Café

étudiant

Grande

population =

plus de déchets

75% des

déchets

sont

recyclables Organiser

la collecte

au collège

Récupérer verre,

plastique et

métal

6

L’existence d’un comité environnemental composé de divers représentants de l’institution peut

aider à coordonner les projets des élèves avec les différentes instances, mais il faut se rappeler

que le projet demeure avant tout un moyen d’apprentissage, il n’est pas le but en soi. Dans

l’exemple suivant, l'équipe7 voulait créer un aménagement paysagé à l’extérieur du collège. Leurs

semis de plantes à fleurs vivaces, faits en février dans un local mal éclairé et trop chaud, ont dû

être refaits sous des néons horticoles avec les meilleurs spécimens. Ayant obtenu l’autorisation

pour déterminer l’emplacement du jardin extérieur, l’équipe y a transplanté les plantules en mai.

Même si ce jardin a été détruit durant l’été à cause de travaux de rénovation, l’emplacement

choisi, où trois bacs de compostage sont installés, sera aménagé en aire éducative paysagée.

Dans ce dernier exemple, les élèves8 ont eu l’idée d’embellir l’intérieur du collège. Leur

recherche, illustrée en Figure 4, comprend autant la collecte d’informations théoriques (sur les

plantes d’intérieur) que des démarches pratiques (sur la disponibilité du matériel). Ils ont

déterminé des critères de sélection pour des plantes de coût abordable, aux besoins modérés en

arrosage, etc. Mesurant avec ExAO la température et la luminosité, ils ont élaboré une éco-carte

des endroits les plus propices à la croissance végétale, pour arrêter leur choix sur un couloir très

éclairé avec de grandes fenêtres. Après avoir obtenu le financement et les autorisations

nécessaires, ils ont acheté trois espèces de plantes de différentes tailles ainsi que des contenants

(élégants, mais lourds pour tenir compte de problèmes possibles comme le vol). Ils ont installé le

tout et en ont fait un suivi afin d’émettre des recommandations sur l’entretien nécessaire durant

l’été après leur départ.

Figure 4. Recherche développement pour un aménagement végétal intérieur.

Conclusion

Les conditions décrites dans cette activité d’intégration pourraient favoriser les apprentissages

dans des contextes semblables à ceux qui sont proposés par la réforme actuelle de l’enseignement

de la science et de la technologie au secondaire. Retenons qu’une question ouverte à laquelle les

Idée de départ

L’ajout de plantes pourrait rendre plus vivant notre collège

Considérations théoriques

Emplacements favorables

Choix de plantes d’intérieur

Coûts d’achat et d’entretien

Considérations techniques Rencontres de personnes ressources

Inventaire des plantes existantes au collège

Autorisations à obtenir

Demande de financement possible

Agrandissement possible

du projet?

Conception

d’un modèle et

Mise à l’essai dans un endroit

ciblé

Rétroactions : facilité

d’entretien, état des

plantes, appréciation du

public, vol ou

vandalisme, etc.

Validation et/ou révision

du modèle

7

élèves tentent de répondre en situations expérimentales leur permet de s’engager dans une

véritable démarche d’investigation scientifique, qui n’évite pas la résistance du réel. De plus,

l’expérimentation assistée par ordinateur en pédagogie par projet offre des possibilités

intéressantes en sciences intégrées pour explorer des questions environnementales.

La recherche expérimentale aboutit à un constat fiable, alors que la recherche développement en

éducation permet de prendre en compte les idées, les besoins ou les problèmes nouveaux

lorsqu’ils apparaissent. Selon Nonnon (2002, p. 55), la finalité et l’intérêt de cette méthode sont

« de créer un environnement d’apprentissage riche et performant qui permet à l’apprenant de

s’investir facilement et de manière productive en science expérimentale ou en technologie ». Elle

aboutit à des réalisations concrètes et à des recommandations pour améliorer l’environnement, ce

qui est très motivant, tant pour les élèves que leur professeur.

Notes

1 Bergeron, P., Brodeur, J., Brunet, G.-A. et Camato, H. Étude comparative de la qualité d’eaux

naturelles de la région de Montréal. Collège Ahuntsic, automne 2001. 2 Alexandre, K.-T., Giguère, V. et Neault, M. Étude de l’effet d’un produit nettoyant domestique sur des

vers à compost. Collège Ahuntsic, hiver 2006. 3 Dimaria, J., Kakhadze, D., Namsavanh P. et White, J. Bilan environnemental des matières résiduelles du

Collège Ahuntsic. Collège Ahuntsic, hiver 2007. 4 Morissette, K., Paquin, M.-A., Savard Saucier, C. et Tremblay, I. Implantation d’un système de

compostage dans une école primaire. Collège Ahuntsic, automne 2005. 5 Asselin-Mercier, K., Dang, P., Pérusse, J. et Picard- Dufresne, P. Élaboration d’un programme de

compostage dans une école secondaire. Collège Ahuntsic, hiver 2006. 6 Forest-Allard, É., Orr-Albert, A. et Patoine, G. Conception et mise en place d’un système de collecte

multi matières au café étudiant du Collège Ahuntsic. Collège Ahuntsic, hiver 2006 7 Al Haddad, C., Belgacem, M., Homier, R. et Jasmin, T. Développement d’un aménagement paysager

durable au collège. Collège Ahuntsic, hiver 2007. 8 Dahak-el-Ward, E., Ly, H. K., Peev, I. et Ahmed Yahia, N., Aménagement végétal dans notre collège.

Collège Ahuntsic, hiver 2008.

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Dans M. Anadon (Dir.) avec la collaboration de M. L’Hostie, Nouvelles dynamiques de

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8

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Nonnon, P. (1999). L'expérimentation assistée par ordinateur. Spectre, 28, p. 4-5.

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Sauvé, L. (2006). Environnement et consommation : stimuler l’engagement et construire l’espoir.

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