STEM Instead : apprendre les sciences autrement

Par Brooke A. Whitworth, Stephanie Beyea et Melora Purell

Traduction par Antoine Lafrance

Nos élèves s’alimentent chaque jour dans ce buffet mondial de connaissances que sont les médias sociaux, mais ils en savent très peu sur les écosystèmes qui les entourent ou les phénomènes naturels qui se déroulent dans leur propre environnement. Le philosophe Comenius ne disait-il pas que la connaissance de ce qui est près de nous doit être acquise d’abord, et celle de ce qui est loin de nous, ensuite[1]? Comment faire pour motiver les jeunes à s’engager dans la culture locale, les aider à comprendre l’environnement qu’ils habitent et leur faire voir la place qu’occupe la science dans leur vie de tous les jours? En fait, pour rendre la science pertinente et accessible aux yeux des élèves, on peut faire appel à l’approche que prône l’éducation pragmatique.

Le programme STEM Instead (qui signifie science, technologie, ingénierie et mathématiques autrement) s’inscrit parfaitement dans cette approche. Il a été créé en remplacement d’un programme d’été traditionnel pour les élèves de l’école intermédiaire (les 11 à 14 ans) de Waimea, sur l’île d’Hawaii, dans l’État du même nom. Cet ancien programme comprenait beaucoup de théorie et d’instructions à suivre, ce qui laissait peu de place aux initiatives des élèves. C’est d’ailleurs pourquoi nous avons nommé le nouveau programme STEM Instead : nous souhaitions que ce nom communique l’idée que les cours se donnent autrement, qu’ils sont radicalement différents de ce que les élèves ont connu jusqu’à maintenant dans les cours d’été traditionnels. STEM Instead demande des élèves qu’ils explorent leur environnement et la culture locale pour acquérir des connaissances et une compréhension de ce qui les entoure, et d’ensuite utiliser ce savoir dans d’autres contextes. Dans cet article, nous tenterons de vous faire reconnaître la valeur de l’éducation pragmatique en prenant pour exemple STEM Instead, et nous vous donnerons des idées pour que vous puissiez concevoir votre propre programme du même genre.

            Grâce à l’éducation pragmatique, on apprend aux élèves à s’impliquer dans l’environnement, la culture et le paysage de leur communauté. En invitant les élèves à s’engager dans des expériences sociales, culturelles et environnementales, vous stimulerez chez eux le goût d’en apprendre davantage sur leur environnement afin de mieux le comprendre. Des recherches indiquent, sans grande surprise, que l’éducation pragmatique contribue à améliorer le taux de réussite scolaire. De plus, les cours d’été à visée participative poussent les élèves à s’intéresser à la science et à l’ingénierie³. Grâce à ces activités, ils comprennent mieux la nature même de la science et enrichissent leur culture scientifique. De plus, la mise sur pied d’un tel programme permet à l’école de bâtir des partenariats avec des bénévoles et des organismes locaux.

STEM Instead : notre programme

Le programme STEM Instead a été conçu au printemps 2015 afin de remplacer un programme d’été traditionnel de trois semaines destiné aux élèves de l’école intermédiaire de Waimea. Nous avons donc lancé ce programme à l’été 2015, et nous comptons bien l’offrir à nouveau dans les années à venir. Nous avons encouragé les élèves à y postuler et avons accepté 62 d’entre eux. L’un des critères d’acceptation était la disponibilité : les élèves devaient assurer leur présence aux trois semaines de cours. Ceux qui prévoyaient de manquer plus d’un ou deux jours n’ont pas été acceptés.

Pendant ces trois semaines, des groupes constitués d’élèves de toutes les années ont été formés. Ils ont abordé tour à tour trois domaines thématiques différents, soit la biologie, la science environnementale et la physique. Ce programme a permis aux élèves de vivre des expériences pratiques portant sur la culture et la nature locales grâce aux sorties éducatives et à l’enseignement sur le terrain. Ils ont également fait de la recherche sur le terrain et entrepris des projets d’ingénierie, acquérant ainsi des compétences pratiques et une connaissance scientifique de leur environnement.

Biologie

Dans le volet Biologie, les élèves ont étudié les plantes, les caractéristiques de la vie, les systèmes de classification utilisés en science et la nature même de la science. Ils ont aussi appris des méthodes pour recueillir des spécimens sur le terrain et les conserver de façon sûre. Voici quelques exemples d’activités réalisées au cours du premier été de notre programme : les élèves ont participé à trois excursions scolaires en nature dans la région, se sont servis du jardin communautaire comme d’un site de recherche et ont proposé leurs services comme bénévoles pour retirer des espèces envahissantes dans une réserve naturelle. En excursion, les élèves ont eu la chance d’en apprendre beaucoup sur les aspects culturels et historiques des endroits visités. Tout au long de la semaine du volet Biologie, ils ont dû tenir un journal d’observation et travailler à la création de leur projet final, une création artistique représentant leur appréciation et leur compréhension de la diversité végétale et de la culture hawaiienne. Les élèves ont également dû remettre une fiche d’identification d’un des végétaux qu’ils ont incorporé à leur œuvre ainsi qu’un texte descriptif sur cette dernière.

Science environnementale

La semaine consacrée au volet Science environnementale visait à faire connaître aux élèves les plantes et les animaux (les plus grands comme les plus petits) qui vivent dans les forêts tropicales d’Hawaii et à leur faire découvrir les relations entre géographie, climat, espèces indigènes et espèces envahissantes. Les élèves ont appris le nom hawaiien de plusieurs espèces communes de plantes et d’oiseaux indigènes. Ils ont également conçu un plan de recherche sur le terrain qu’ils ont ensuite concrétisé dans la forêt. Au cours de cette semaine en science environnementale, les élèves ont dû tenir un journal d’observation et mettre en pratique sur le terrain diverses techniques d’échantillonnage. Comme projet final, ils ont dû cette fois choisir une question de recherche et y répondre en se fiant à leurs observations et à ce qu’ils avaient appris en classe. Pour répondre à leur question, ils ont également dû mettre au point une procédure d’échantillonnage, recueillir leurs données sur le terrain et rédiger une analyse nourrie du fruit de leurs recherches.

Physique

Dans le cadre du volet Physique, les élèves ont exploré les notions de force, de mouvement et de mécanique. Ils ont étudié des objets en mouvement comme des ballons de basketball, des voitures miniatures, des planches à roulettes et même leur propre corps en se servant de différents types de technologies. Ils ont appris à recueillir des données, à tracer des graphiques et à faire l’analyse et l’interprétation de leurs données pour rédiger un argumentaire. Dans ce volet, les élèves ont dû tenir un carnet de conception technique. Pour leur projet final, grâce aux connaissances qu’ils avaient acquises au cours de ces expériences, ils ont conçu des fusées à partir de bouteilles d’eau, lesquelles devaient voler le plus haut possible tout en protégeant un œuf. Compte tenu des contraintes imposées par les moyens de transport et le nombre d’accompagnateurs restreint, ce volet a été créé pour se dérouler à l’école.

Mise sur pied de votre propre programme

En nous fiant à notre expérience de conception et de mise en application du programme STEM Instead, nous formulons ici plusieurs recommandations pour vous aider à concevoir votre propre programme d’été selon l’approche pragmatique. Dans les prochaines sections, vous trouverez des conseils et des idées sur, par exemple, le recrutement du personnel nécessaire, l’élaboration du programme d’enseignement, la mise en place de partenariats, la recherche de sites locaux à visiter et la planification de sorties éducatives, ainsi que la gestion logistique associée à la création de votre programme. Vous y trouverez également des conseils tirés de notre expérience qui vous aideront dans l’élaboration de votre projet.

Structure du programme

Dans notre cas, nous avons offert les cours d’été sur trois semaines, à raison de six heures par jour, et avons couvert trois domaines thématiques. Nous avons formé des groupes d’élèves de tous âges (entre 11 et 14 ans) qui ont abordé tour à tour les trois domaines thématiques, un pour chaque semaine. Alors que deux groupes étaient en excursion, le troisième restait à l’école. Selon la durée de votre programme, le nombre d’élèves que vous souhaitez y faire participer et les ressources à votre disposition, vous pourrez le structurer d’une multitude de façons. Dans l’ensemble, nous étions satisfaits de notre façon de faire, mais nous croyons qu’une semaine complète axée sur un seul domaine d’étude était peut-être un peu trop pour les élèves. À l’avenir, nous prévoyons de varier les activités plus souvent, c’est-à-dire que les élèves aborderont tous les domaines thématiques les lundis et les vendredis; ils disposeront aussi d’au moins une heure pour le repas du midi et le développement de l’esprit communautaire entre eux. Les trois autres journées seront consacrées à l’exploration des domaines d’étude, à raison d’un par jour. Ainsi, les élèves auront accès à plus de variété, abordant plusieurs sujets différents dans une même semaine, et ils pourront encore faire des excursions sur le terrain d’une journée complète.

Recrutement du personnel

Au moment de trouver du personnel pour le projet STEM Instead, nous avons fait appel à trois types d’employés : les enseignants principaux en science, les instructeurs de terrain et les moniteurs (des étudiants plus âgés que les élèves inscrits au programme). Après coup, nous sommes heureux de notre façon de faire et recommandons à tous ceux et celles qui souhaitent mettre sur pied un tel programme d’opter pour une formule similaire. Les enseignants principaux devraient se charger de l’élaboration du programme, de l’enseignement et de la gestion dans la salle de classe. Il serait préférable qu’ils soient eux-mêmes enseignants ou anciens enseignants et qu’ils possèdent une bonne maîtrise du contenu, qu’ils soient à l’aise de diriger les élèves à l’extérieur de la classe et qu’ils aient de l’expérience dans la conception de leçons de recherche scientifique. Pour ce qui est des instructeurs de terrain, ils devaient épauler les enseignants principaux, tant dans la classe que sur le terrain, accompagner les élèves et les transporter en véhicule lors des excursions. Les moniteurs devraient eux aussi soutenir les enseignants principaux dans la classe et sur le terrain, en plus de veiller au bon comportement des élèves pendant les repas et les pauses et de tisser des liens avec eux. Nous vous conseillons de choisir des moniteurs qui ont de l’expérience en excursion scientifique sur le terrain et en supervision d’enfants plus jeunes. Tous les candidats ont dû fournir des lettres de recommandation et passer par un processus de sélection en bonne et due forme.

Nous nous sommes rendu compte que trois adultes pour 20 élèves était un ratio satisfaisant pour les journées en excursion. De plus, les moniteurs ont passé les trois semaines du programme avec le groupe auquel ils avaient été assignés au départ, ce qui a aidé à créer un fort sentiment de communauté et de continuité entre eux et les élèves. Un bon moyen de faire participer des membres de la communauté au programme est certainement de recruter des instructeurs de terrain habitant dans votre région. Pour pourvoir ces postes, pensez à contacter des enseignants d’autres écoles ou universités à proximité, des scientifiques qui travaillent pour des entreprises et des organismes de la région ou toute autre organisation qui œuvre dans le domaine de l’environnement ou du développement durable.

Création de votre programme

Une fois que vous aurez décidé de la structure de votre programme et sélectionné vos enseignants principaux, il vous faudra énoncer des objectifs qui serviront de fils conducteurs pour choisir le contenu à présenter aux élèves. Pour nous, ces objectifs étaient d’explorer la science et les pratiques d’ingénierie, la nature de la science et les aspects culturels et historiques des endroits visités. En vous basant ensuite sur vos objectifs, choisissez les domaines d’étude que vous souhaitez couvrir dans votre programme. Au moment d’y réfléchir, pensez aux endroits à visiter dans votre communauté et à leur accessibilité, à l’expertise des employés que vous aurez recrutés et aux ressources à votre disposition (par exemple : le nombre d’autobus ou de fourgonnettes pour les transports). Dans notre programme, chaque enseignant principal a lui-même élaboré un cursus d’enseignement d’une semaine qui pouvait facilement être reproduit de semaine en semaine pour les différents groupes, ce qui nous a été d’une grande aide; comme les enseignants principaux pouvaient répéter le programme qu’ils avaient mis au point d’une semaine à l’autre, nous avons réussi à limiter le temps de planification à 5 jours plutôt que de l’étendre sur les 3 semaines du programme. Toutefois, comme nous étions limités en nombre de véhicules et d’accompagnateurs pour les excursions sur le terrain, nous avons préféré que les activités d’un des trois domaines d’étude aient lieu à l’école.

Recherche d’endroits à explorer dans votre région

Pour qu’un programme comme STEM Instead ait du succès, il faut bien sûr trouver de bons endroits dans la région où emmener les élèves en excursion. Tournez-vous d’abord vers des organisations œuvrant dans le tourisme, la conservation ou l’écologie et cherchez à savoir quels endroits de votre région sont fréquemment visités. Ces endroits plus populaires sont idéaux, car les sentiers y sont généralement accessibles et sécuritaires. Vous trouverez peut-être au fil des recherches des groupes locaux qui souhaiteront devenir vos partenaires ou vous soutenir dans votre initiative. Les collèges et universités de la région disposent souvent d’endroits à visiter ou de ressources qu’ils peuvent vous rendre accessibles si vous en faites la demande. Fait à noter : nous avons remarqué que nos sorties avaient plus de succès là où les élèves avaient accès à des endroits pour manger leur repas, jouer à des jeux et profiter de la nature.

Grâce à ce type de programmes, plusieurs partenariats peuvent voir le jour entre votre école et la communauté. Souvent, plus on crée de liens avec la communauté, plus on est sollicité par des organisations souhaitant faire des propositions ou donner des idées pour de futures collaborations. Ainsi, un premier effort pour bâtir des ponts entre votre école et la communauté sera directement utile à votre programme, en plus de multiplier les bénéfices pour votre école au fil du temps.

Sécurité lors des excursions scolaires

Une bonne planification des excursions scolaires est essentielle au succès de votre programme. Les élèves et leurs parents doivent obligatoirement remplir des formulaires de consentement et de personnes à contacter en cas d’urgence, ce qui, d’après notre expérience, réduit considérablement les efforts de suivi nécessaires auprès des élèves avant les sorties. Évidemment, pendant une excursion, on ignore quels ennuis peuvent survenir; il est donc essentiel de considérer tous les problèmes de sécurité potentiels avant le départ⁴, par exemple visiter les lieux des excursions avant le début du programme. Vous devrez également vérifier que les véhicules pourront accéder à l’endroit à visiter et s’y stationner, définir le point de départ et d’arrivée de l’excursion ainsi que le principal lieu d’intérêt et vous assurer qu’il y aura suffisamment d’accompagnateurs pour le nombre d’élèves. Avant le départ, prenez le temps de clairement communiquer à vos élèves les comportements à adopter et à éviter pendant la sortie, ainsi que les conséquences qui surviendraient s’ils ne respectaient pas vos directives. Pour vous faciliter la tâche et éviter certains problèmes de gestion, formez des groupes à l’avance pour les transports et le travail sur le terrain.

Puis, en fonction du lieu où vous allez, vous pourriez devoir aborder avec les élèves la question de la manipulation sécuritaire d’organismes dans la nature et les renseigner sur les organismes potentiellement dangereux qu’ils pourraient rencontrer : animaux et insectes venimeux, plantes vénéneuses ou tout autre organisme pouvant causer des réactions allergiques. Il est également essentiel que tous les groupes sachent qui contacter en cas d’urgence et qu’ils aient une trousse de premiers soins appropriée ainsi qu’un outil de communication (par exemple : un téléphone cellulaire, un émetteur-récepteur portatif) qui fonctionnera tout au long de l’excursion. Dans notre cas, avant le départ pour chaque sortie, nous nous assurions que tous les accompagnateurs avaient en main l’information nécessaire à la sécurité des élèves.

Logistique

Ce type de programmes exige une préparation logistique méticuleuse. Vous devrez, par exemple, songer à la promotion de votre programme, à son application, aux ressources nécessaires, au transport, à la formation des groupes, à la surveillance lors de l’arrivée des élèves, à la prise des présences, à la surveillance pendant les heures de repas, à l’intégration de temps de jeu et à l’événement de fin de programme. Vous devrez réfléchir aux façons de promouvoir votre programme et décider si vous demanderez aux élèves de s’y inscrire, et, le cas échéant, par quel moyen. Vous aurez aussi à décider si vous accepterez tous les élèves qui veulent participer, ou seulement un nombre limité d’entre eux. Si tel est le cas, vous devrez définir les critères d’acceptation (par exemple : premier arrivé, premier servi; les élèves en sciences ont la priorité; etc.). Le processus d’inscription doit être clair afin de vous permettre d’obtenir : l’engagement des élèves à respecter les attentes relatives à leur comportement, la permission des parents pour les sorties, les coordonnées de la personne à contacter en cas d’urgence et, si nécessaire, une autorisation pour publier des photos, des vidéos et des recherches impliquant des enfants.

Pour mener à bien un tel programme, il est crucial de disposer de l’équipement, de l’espace, du matériel et du personnel dont on aura besoin. Il faudra noter les ressources qui sont déjà accessibles à l’école et celles qui devront être achetées. Également, pour ces dernières, un mode de financement devra être convenu (prix d’inscription des élèves, subventions ou autres sources). Une fois ces renseignements en main, vous serez en mesure de constituer un budget et de choisir ce que vous achèterez pour le programme (fournitures de laboratoire, appareils technologiques, etc.). De plus, assurez-vous que votre budget couvre les frais associés aux transports et que tous les véhicules et les conducteurs requis pour les excursions sont disponibles lorsque vous aurez besoin d’eux.

Avant le début du programme, il nous a semblé très utile d’affecter les élèves à des groupes et de créer des porte-noms, des feuilles de présence et plusieurs autres petites choses pratiques du genre. Nous avons donné un nom à chaque groupe (les Green Honu [tortue verte], les Black Pipipi [nérite noire] et les Yellow Ilima [Sida fallax]) ce qui nous a aidés lorsque les élèves changeaient d’enseignant ou participaient à des jeux à l’extérieur. Le nom des groupes a également été transmis aux parents, tout comme l’endroit où se trouveraient leurs enfants tout au long du programme au cas où surviendrait un imprévu, comme une absence ou une situation d’urgence. Il faut aussi penser à la supervision de l’arrivée des élèves sur le campus, la prise des présences et la gestion des moments de repas. Vous devrez avoir un moyen de communiquer avec les parents des élèves si ces derniers sont absents ou ne se trouvent pas là où ils devraient être.

En plus de la supervision des repas, prévoyez celle des moments de récréation. Dans notre cas, ce sont les moniteurs qui se sont chargés de surveiller les élèves pendant les repas et les pauses. Nous avons également demandé à nos instructeurs de terrain de se relayer pendant ces périodes pour que les professeurs principaux puissent se reposer. Les instructeurs de terrain et les moniteurs prenaient quant à eux leurs pauses pendant que les élèves étaient en classe. Nous avons trouvé utile d’intégrer des périodes de récréation au programme pour permettre aux élèves de s’amuser. Ces périodes étaient parfois structurées, parfois non, mais à l’avenir, nous souhaitons qu’elles soient plus structurées pour consacrer davantage de temps à des activités qui nous permettent de favoriser la création d’un esprit communautaire. Nous utiliserions ces moments pour nous livrer à des jeux et à des compétitions entre différents groupes. La façon dont vous vous y prendrez importe peu; nous avons compris que l’important, c’est d’accorder des moments de détente et de jeu aux élèves pour les aider à demeurer concentrés toute la journée.

Finalement, il faut penser à un événement de fin de programme. Pour le nôtre, nous avons organisé une activité « sociocrème glacée » afin de célébrer la participation des élèves au programme, et nous avons invité leurs parents, leur famille ainsi que des membres de la communauté. À cette occasion, les enseignants principaux ont décrit les activités auxquelles les élèves avaient participé, les moniteurs leur ont remis des certificats et les instructeurs de terrain ont diffusé un montage vidéo des trois semaines du programme, que tous ont regardé avec plaisir. Nous avons également exposé dans l’auditorium divers projets réalisés au cours du programme. Les parents ont exprimé à quel point l’expérience avait avait donné à leurs enfants la motivation d’en apprendre davantage sur les sciences. D’autres parents ont surtout apprécié les volets culturel et historique et nous ont remerciés de les avoir inclus au programme. La cérémonie de remise de certificat s’est terminée par des jeux et une distribution de friandises, au grand bonheur de tous.

Nous voulons remercier Friends of the Future et 21^st Century Community Learning Center Grant (spécialement Angela Thomas et Susan Maddox), le Kohala Center, le Kohala Watershed Partnership et le Kahua Ranch. Nous aimerions également remercier nos autres administrateurs et enseignants, les instructeurs de terrain et auxiliaires d’enseignement en 2015 : Patti Cook, Amy Kendziorski, Janice English-Somerville, Franny Kinslow Brewer, Seri Niimi-Burch, Erica Owens, Deann Nishimura Thornton, KaMele Sanchez, Zoe Somerville, et Sidney Vermeulen. Finalement, nous voulons remercier la Neilan Foundation, le Big Island Invasive Species Committee et tous les employés de la programmation d’été à la Waimea Middle School qui ont soutenu STEM Instead.

Notes et références (en anglais seulement)

1. Sobel, D. (2004). Place-based Education: Connecting Classrooms and Communities. Nature and Listening, 4.
2. Place-based Education Evaluation Collaborative [PEEC]. (2010). The Benefits of Place-based Education: A Report from the Place-based Education Evaluation Collaborative (2^e édition). Le 27 juillet 2015, de www.litzsinger. org/PEEC2010_web.pdf
3. National Research Council [NRC]. (2012). A Framework for K-12 Science Education: Practices, Crosscutting Concepts, and Core Ideas. Washington, DC: The National Academies Press.
4. Roy, K. (2011). Safety in the Field. Science Scope, 34 (7), 86-87.

[1] Ndt : Traduction libre de la citation « Knowledge of the nearest things should be acquired first, then that of those farther and farther off. »

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Brooke A. Whitworth est professeure adjointe en enseignement des sciences au Center for Science Teaching and Learning de l’Université Northern Arizona, à Flagstaff, en Arizona.

Stephanie Beyea enseigne les sciences à la Trinity Christian School, à Prescott, en Arizona.

Melora K. Purell est coordonnatrice du Kohala Watershed Partnership, à Waimea, à Hawaii.

Antoine Lafrance est étudiant en traduction professionnelle de l’anglais au français de l’Université de Sherbrooke et diplômé au certificat en traduction de l’espagnol au français de l’Université de Montréal.

Ce qui précède est une traduction de « STEM: Learning in Your Own Backyard » qui a été publié en Green Teacher 108, Hiver 2016.