Le cours de sciences de 9^e année poursuit les apprentissages du programme-cadre de sciences et technologie du palier élémentaire, reprenant les mêmes grands domaines d’apprentissage. Le premier domaine d’étude est axé sur les habiletés pour effectuer des recherches et des expériences ainsi que pour résoudre des problèmes scientifiques tandis que les quatre autres se rapportent chacun à l’une des sous-disciplines scientifiques : la biologie, la chimie, la physique et les sciences de la Terre et de l’espace. La transition de la 8^e à la 9^e année est harmonieuse, puisque les domaines d’étude du programme-cadre de sciences et technologie du palier élémentaire s’alignent de très près à ceux du cours de sciences de 9^e année.

Ce cours est conçu pour être inclusif pour tous les élèves afin de faciliter leur transition entre le palier élémentaire et le palier secondaire. Il offre à l’élève la possibilité de bâtir une base solide en sciences, d’élargir ses connaissances et ses habiletés et de développer une identité scientifique positive. Cette approche permet à l’élève de prendre des décisions éclairées dans le choix de ses prochains cours de sciences en fonction de ses champs d’intérêt et soutient son itinéraire futur dans un programme d’apprentissage, à l’université ou au collège, dans la vie communautaire ou sur le marché du travail.

Tout comme le programme-cadre de sciences et technologie du palier élémentaire, le cours de 9^e année est fortement axé sur les démarches et les processus qui favorisent, chez l’élève, la compréhension des concepts scientifiques et le développement des habiletés connexes. L’accent mis sur les démarches scientifiques et les processus de design en ingénierie est considéré comme un élément essentiel d’un programme équilibré en sciences. Les démarches et processus présentés dans ce cours comprennent la démarche de recherche, la démarche expérimentale et le processus de design en ingénierie.

Tout au long du cours, l’élève établit des liens entre des applications authentiques et ses expériences vécues. Le personnel enseignant met en œuvre le cours grâce à des pratiques efficaces d’évaluation et d’enseignement fondées sur une pédagogie sensible et adaptée à la culture (PSAC). Il utilise diverses approches d’évaluation et d’enseignement qui donnent aux élèves plusieurs points d’entrée pour accéder à l’apprentissage des sciences et qui leur fournissent de multiples occasions de démontrer leur rendement en sciences.

Ce cours poursuit l’apprentissage du programme-cadre de sciences et technologie du palier élémentaire et prépare l’élève à la réussite dans tous les cours de sciences du cycle supérieur au palier secondaire, peu importe l’itinéraire d’études qu’elle ou il choisira pour aller de l’avant. L’élève qui a réussi le cours de sciences de 9^e année a le choix de passer à un cours de sciences de 10^e année.

Sciences

Biologie

Chimie

Physique

Sciences de l’environnement

Sciences de la Terre et de l’espace

Remarque : Chaque cours décrit dans les tableaux ci-dessus donne droit à un (1) plein crédit.

Remarque : Pour l’élève qui a terminé l’un des cours de sciences de 9^e année avant septembre 2022, l’organigramme des préalables de la page 12 du document Le curriculum de l’Ontario – Sciences, 9^e et 10^e année, édition révisée (2008) reste en vigueur. 

Les cours donnant droit à des demi-crédits. Le présent cours de sciences a été conçu comme un cours donnant droit à un (1) plein crédit. Toutefois, il peut être offert sous forme de demi-cours valant chacun un demi-crédit (0,5). Les demi-cours exigent un minimum de cinquante-cinq (55) heures d’enseignement et doivent satisfaire aux conditions suivantes :

• Les deux (2) demi-cours élaborés à partir d’un cours donnant droit à un plein crédit doivent ensemble inclure toutes les attentes et les contenus d’apprentissage du cours d’où ils sont tirés.
• L’élève doit réussir les deux (2) demi-cours pour pouvoir utiliser ces cours comme préalables à un autre cours.
• Le titre de chaque demi-cours doit préciser Partie 1 ou Partie 2, selon le cas. La reconnaissance d’un demi-crédit (0,5) sera inscrite dans la colonne de la valeur en crédits du bulletin scolaire et du relevé de notes de l’Ontario.

Les conseils scolaires signaleront tous les demi-cours au ministère de l’Éducation dans les rapports des écoles, au mois d’octobre.

Le curriculum de l’Ontario – Sciences, 9^e année (2022) définit les attentes et les contenus d’apprentissage du cours, qui décrivent les habiletés et les connaissances dont l’élève doit faire preuve dans son travail de classe, dans ses recherches et expériences ainsi que dans toute autre activité servant à évaluer son rendement.

Les composantes obligatoires de l’apprentissage sont décrites dans les attentes et les contenus d’apprentissage du cours.

Les attentes et les contenus d’apprentissage du cours de sciences de 9^e année sont divisés en cinq domaines d’étude interreliés, mais distincts : A – Habiletés liées aux STIM, carrières, et liens connexes; B – Biologie; C – Chimie; D – Physique; et E – Sciences de la Terre et de l’espace. L’ensemble de ces attentes et de ces contenus d’apprentissage constitue le programme d’études prescrit.

Les attentes décrivent en termes généraux les habiletés et les connaissances que l’élève doit démontrer à la fin de chaque cours, tandis que les contenus d’apprentissage décrivent en détail les habiletés et les connaissances que l’élève doit maîtriser pour satisfaire aux attentes. Les attentes sont indiquées par une lettre et un chiffre (p. ex., B1 désigne la première attente du domaine d’étude B). Les contenus d’apprentissage se rattachant à une même attente sont groupés sous une même rubrique qui évoque le sujet de l’attente et sont indiqués par une lettre et deux chiffres (p. ex., B2.1 désigne le premier contenu d’apprentissage se rapportant à la deuxième attente du domaine d’étude B). Cette répartition ne signifie ni que les attentes et les contenus d’apprentissage de chaque domaine d’étude sont à aborder de manière isolée ni que l’apprentissage se produit de manière linéaire et séquentielle. Cette structure vise simplement à aider le personnel enseignant à repérer les connaissances, les concepts et les habiletés pertinents pour traiter des divers sujets lorsqu’il planifie des leçons ou des activités d’apprentissage.

Dans le cours de sciences de 9^e année, les attentes énoncent les concepts fondamentaux et les habiletés nécessaires pour que l’élève devienne une citoyenne ou un citoyen du monde ayant une culture scientifique. Le cours est axé principalement sur le rapprochement, le développement, le renforcement et l’affinement des connaissances, des concepts et des habiletés que les élèves acquièrent pour satisfaire aux attentes du cours. Cette approche correspond et est adaptée à la nature progressive de l’acquisition des connaissances et des concepts et du développement des habiletés dans l’apprentissage de sciences. Dans ce cours, chaque domaine d’étude possède deux attentes et les contenus d’apprentissage en précisent la portée.

Appuis pédagogiques

Les contenus d’apprentissage sont accompagnés d’appuis pédagogiques tels que des exemples et des pistes pédagogiques. Les exemples illustrent l’intention de chaque contenu d’apprentissage, c’est-à-dire le type d’habiletés ou de connaissances, le sujet à l’étude, la profondeur de l’apprentissage ou le niveau de complexité que le contenu d’apprentissage exige. Les pistes pédagogiques offrent des stratégies d’enseignement et des situations authentiques pour le modelage, la pratique et la mise en application des concepts scientifiques. Le personnel enseignant peut choisir de s’inspirer des exemples et des pistes pédagogiques qui conviennent à l’enseignement et à l’apprentissage ayant lieu dans leur salle de classe, en plus de développer leurs propres approches dont le niveau de complexité est semblable. Quels que soient les moyens particuliers de mise en œuvre en classe des exigences énoncées dans les contenus d’apprentissage, ils doivent, dans la mesure du possible, être inclusifs et tenir compte de la diversité de la population scolaire et de la population de la province.

Le cours de sciences offre aux élèves de nombreuses occasions de développer des habiletés essentielles liées aux STIM et d’établir des liens importants qui leur permettront d’approfondir leur compréhension des concepts fondamentaux et des idées maîtresses en sciences. Les concepts fondamentaux en sciences forment un cadre pour l’acquisition de connaissances scientifiques. Ils permettent aux élèves de faire des liens entre ces connaissances et celles acquises dans d’autres disciplines, comme l’éducation technologique, les mathématiques, la géographie, et l’éducation artistique. Les concepts fondamentaux à l’étude dans le cours de sciences sont la matière, l’énergie, les systèmes et les interactions, la structure et la fonction, la durabilité et l’intendance environnementale, et le changement et la continuité. Ces concepts fondamentaux sont présentés dans le tableau ci-dessous.

Dans ce cours, les idées maîtresses indiquent quels aspects des concepts fondamentaux sont abordés dans chaque domaine. Pour comprendre les idées maîtresses, les élèves doivent considérer et appliquer les habiletés liées aux STIM en menant des recherches et des expériences ainsi qu’en établissant des liens entre des concepts scientifiques connexes, entre les sciences et les autres disciplines, et entre les sciences et des situations de la vie quotidienne.

Le diagramme ci-dessous illustre les relations qui existent entre les concepts fondamentaux, les habiletés liées aux STIM et les liens connexes, les idées maîtresses, les objectifs du cours de sciences, et les attentes et les contenus d’apprentissage.

Idées maîtresses

Biologie

• La durabilité environnementale dépend de l’équilibre dynamique des écosystèmes.
• Les cycles de la matière et les transformations d’énergie entre les quatre sphères de la Terre et au sein de celles-ci sont des processus naturels qui contribuent au maintien de l’équilibre des écosystèmes.
• Les activités humaines ont une incidence sur la durabilité environnementale, notamment en contribuant aux changements climatiques; il est de notre responsabilité collective de limiter les effets négatifs.

Chimie

• Les atomes sont les éléments de base de la matière.
• Il existe une relation entre la structure atomique des éléments, leurs propriétés et l’organisation du tableau périodique.
• Les éléments et les composés ont des propriétés physiques et chimiques uniques qui déterminent leurs applications pratiques.
• L’utilisation d’éléments et de composés dans les produits de consommation et dans des technologies en chimie a des effets positifs et négatifs sur la société, l’économie et l’environnement.

Physique

• L’électricité statique et l’électricité dynamique ont des propriétés distinctes, qui sont attribuables au comportement des charges électriques.
• L’énergie électrique est une forme d’énergie provenant de sources renouvelables et non renouvelables et peut être convertie en d’autres formes d’énergie pour répondre à divers besoins.
• La production et la consommation d’énergie électrique ont des répercussions sociales, économiques et environnementales qui peuvent être atténuées par des pratiques durables.

Sciences de la Terre et de l’espace

• Les diverses composantes du système solaire et de l’Univers ont des caractéristiques distinctes, qui peuvent être explorées et quantifiées.
• Le Soleil est essentiel à la vie sur la Terre et contribue à la production d’énergie renouvelable.
• L’observation et l’exploration spatiales ainsi que les technologies connexes font progresser notre compréhension de l’Univers et ont des répercussions sur la société, l’économie et l’environnement.

Les attentes du cours de sciences s’articulent autour de cinq domaines distincts, mais interreliés. Le domaine d’étude A est un domaine « englobant » ciblant les habiletés liées aux STIM et les liens connexes qui permettront aux élèves d’examiner des concepts et d’intégrer des connaissances des autres domaines, ainsi que d’établir des liens entre les sciences et d’autres matières. Ce domaine encourage aussi les élèves à explorer des choix de carrière dans des secteurs d’activité liés aux STIM, y compris des métiers spécialisés. Les élèves intègrent les attentes et les contenus d’apprentissage du domaine A aux domaines B à E au fur et à mesure qu’elles et ils développent une compréhension des concepts de ces quatre domaines, examinent des phénomènes et établissent des liens concrets avec des situations authentiques.

Tout au long du cours, l’apprentissage lié aux attentes dans le domaine A s’inscrit dans le contexte de l’apprentissage des quatre autres domaines d’étude.

Les cinq domaines d’étude sont les suivants :

• A. Habiletés liées aux STIM, carrières, et liens connexes
• B. Biologie
• C. Chimie
• D. Physique
• E. Sciences de la Terre et de l’espace

Le tableau ci-dessous illustre les relations entre le domaine d’étude A et les quatre autres domaines.

Domaine A : Habiletés liées aux STIM, carrières, et liens connexes 

Le domaine A cible les habiletés liées aux STIM qui permettront aux élèves d’explorer et d’examiner des concepts scientifiques. Les élèves appliquent ces habiletés en intégrant les connaissances acquises des quatre autres domaines d’étude et en établissant des liens entre ces habiletés, leurs connaissances scientifiques, des problèmes authentiques en sciences, et divers secteurs d’activité liés aux STIM, y compris les métiers spécialisés.

Dans ce domaine, les élèves utilisent une démarche de recherche, une démarche expérimentale et un processus de design en ingénierie pour mener des recherches et des expériences, élaborer des solutions à des problèmes, développer une compréhension conceptuelle des sciences à l’étude, et communiquer leurs résultats. Elles et ils utilisent le codage pour explorer et modéliser des concepts scientifiques et des relations connexes. Pendant la planification et la mise en œuvre des recherches et des expériences, les élèves mettent en application leurs connaissances et leur compréhension des consignes de santé et sécurité établies. 

Dans le domaine A, les élèves conçoivent une expérience ou un prototype pour explorer un problème authentique concernant un secteur d’activité lié aux STIM ou un métier spécialisé. Elles et ils développent et mettent en application les compétences liées à la culture scientifique pour examiner des enjeux sociaux et environnementaux à l’échelle locale et mondiale et pour évaluer la façon dont le développement et la mise en application des sciences sont influencés par les contextes sociaux, économiques et culturels. Les élèves analysent les contributions apportées aux sciences par des personnes ayant vécu différentes expériences et provenant de diverses communautés, et ont l’occasion de découvrir les sciences autochtones et d’établir des liens avec les systèmes de savoirs et les perspectives des Premières Nations, des Métis et des Inuit.

Domaine B : Biologie

Dans ce domaine, les élèves développent une compréhension des écosystèmes durables et des divers facteurs et processus écologiques ayant trait à la durabilité, comme la biodiversité, la qualité de l’air et de l’eau, et la santé des sols. Elles et ils évaluent les effets de l’activité humaine sur l’environnement, y compris sur les changements climatiques, et explorent des façons de répondre à certains de ces effets. Enfin, elles et ils examinent les cycles de la matière et les transformations d’énergie dans l’environnement et reconnaissent l’importance de ces phénomènes pour maintenir l’équilibre dynamique des écosystèmes.

Domaine C : Chimie

Dans ce domaine, les élèves explorent l’importance de la chimie dans leur vie quotidienne en examinant l’utilisation et l’élimination sécuritaires de divers éléments et composés. En outre, elles et ils évaluent les conséquences des processus et des technologies en chimie sur la société et l’environnement. Pour comprendre la nature de la matière, elles et ils étudient les propriétés des éléments et des composés, la structure des atomes et la relation entre la structure atomique des éléments et l’organisation du tableau périodique.

Domaine D : Physique

Dans ce domaine, les élèves développent leur compréhension des effets de la production et de la consommation d’énergie électrique sur la société, l’économie et l’environnement, et explorent des façons de parvenir à des pratiques durables. Elles et ils examinent la nature des charges électriques, y compris les propriétés de l’électricité statique et de l’électricité dynamique, et apprennent à expliquer la relation entre diverses grandeurs électriques.

Domaine E : Sciences de la Terre et de l’espace

Dans ce domaine, les élèves explorent les répercussions de l’exploration spatiale sur la société, l’économie et l’environnement, et découvrent l’importance pour la société des innovations technologiques qui en ont découlé. De plus, elles et ils apprennent au sujet des composantes du système solaire et de l’Univers, et de la relation entre le Soleil et les processus sur la Terre.

Sujets à l’étude dans le cours de sciences de 9^e année

Les domaines d’étude B à E du cours de sciences de 9^e année couvrent les quatre grandes sous-disciplines scientifiques : la biologie, la chimie, la physique et les sciences de la Terre et de l’espace. Ces domaines, basés sur les connaissances et les habiletés requises du programme-cadre de sciences et technologie du palier élémentaire (notamment de la 6^e à la 8^e année), étendent et approfondissent la compréhension des élèves en ce qui concerne des concepts fondamentaux. Le tableau ci-dessous présente les sujets à l’étude dans le cours de sciences de 9^e année et la façon dont ils se rattachent à ceux du programme-cadre de sciences et technologie de la 6^e à la 8^e année.

En plus d’acquérir des connaissances liées à des concepts précis, l’étude des sciences offre des occasions variées aux élèves de développer des habiletés utiles au quotidien. Le domaine A cible ces habiletés et fait référence aux démarches et processus suivants :

• démarche de recherche;
• démarche expérimentale;
• processus de design en ingénierie. 

Les habiletés associées à ces démarches et processus sont les suivantes : 

• définition et planification (p. ex., poser des questions, éclaircir des questions, élaborer un plan de travail);
• réalisation et consignation (p. ex., suivre un plan de travail, obtenir de l’information, consigner des observations et des résultats);
• analyse et interprétation (p. ex., organiser des données, réfléchir à l’efficacité des actions effectuées, tirer des conclusions);
• communication (p. ex., utiliser un vocabulaire approprié, communiquer les résultats de différentes façons).

Démarches scientifiques

Il y a plusieurs démarches que l’on peut suivre pour étudier une question selon une approche scientifique. En recherche ou expérience scientifique, les élèves prennent part à des activités leur permettant d’acquérir des connaissances et d’améliorer leur compréhension des concepts. Comme les spécialistes des sciences, les élèves doivent aussi développer des habiletés par rapport à deux grandes démarches scientifiques : démarche de recherche et démarche expérimentale. Ces deux démarches jouent un rôle important dans le cours de sciences de 9^e année. Le personnel enseignant devrait veiller à ce que les élèves participent souvent à ces démarches en tenant compte des protocoles éthiques lorsqu’elles et ils développent des habiletés et acquièrent des connaissances dans les domaines d’étude B à E du cours.

Lors de la planification de la recherche ou de l’expérience scientifique, le personnel enseignant devrait également tenir compte de l’incidence des technologies émergentes sur les démarches scientifiques, et la manière dont ces démarches ont mené à des innovations et de nouvelles technologies. Par exemple, les avancées technologiques actuelles transforment les méthodes de collecte, de traitement, de stockage et de consultation des données ainsi que la façon dont les connaissances scientifiques sont communiquées, tandis que les percées liées aux matériaux et à leur utilisation contribuent au développement de nouvelles technologies. Dans ce contexte, le personnel enseignant peut faire des liens importants entre la technologie et les sciences afin d’illustrer leur interrelation. Il peut encourager les élèves à utiliser la technologie pour étayer leurs recherches et expériences scientifiques et à associer leurs découvertes scientifiques à la mise au point de nouvelles technologies.

Démarche de recherche

La recherche scientifique comprend la recherche primaire, qui s’appuie sur l’observation directe d’objets, d’êtres vivants, de phénomènes et de systèmes, et la recherche secondaire, qui s’appuie sur l’examen du travail de recherche et des résultats des autres. La recherche constitue le point d’entrée d’une exploration et peut aussi servir à confirmer ou à étendre des résultats et des observations pendant ou après une expérience.

La recherche n’est pas toujours linéaire. De nouvelles données ou résultats peuvent amener l’élève à préciser la ou les questions de recherche ou à modifier le cours de la recherche initiale. Ceci ne devrait pas être une source de préoccupation, car il y a des moments où la recherche se déroule de cette manière avec de nouvelles découvertes ayant une incidence sur la chercheuse ou le chercheur et la démarche de recherche elle-même.

Les points d’entrée appropriés d’une démarche de recherche, de même que les éléments ciblés, dépendent du niveau de préparation des élèves. L’expérience et les connaissances antérieures, ainsi que l’accès aux ressources, le contexte d’apprentissage et le temps disponible sont d’autres facteurs qui entrent en jeu. C’est pourquoi le personnel enseignant devrait éventuellement prévoir plusieurs points d’entrée pour assurer la participation de tous les élèves à l’apprentissage.

Avec l’accroissement des sources d’information disponibles et de leur facilité d’accès, les élèves doivent savoir comment repérer l’information pertinente lors de leur recherche. La pensée critique est essentielle à l’évaluation de l’information recueillie et à la prise en compte des partis pris, des champs d’intérêt et des motivations des auteures et auteurs. Les élèves doivent aussi prendre en compte la source ou la maison d’édition des travaux de recherche afin de déterminer la fiabilité de l’information. Enfin, les élèves doivent étudier attentivement la manière dont les connaissances scientifiques sont diffusées, que ce soit dans des contextes formels d’évaluation par les pairs ou par des canaux plus informels tels que les réseaux sociaux.

Le schéma ci-dessous résume la démarche de recherche et présente les liens entre ses éléments et les habiletés : la définition et la planification, la réalisation et la consignation, l’analyse et l’interprétation ainsi que la communication. 

Les éléments d’une démarche de recherche sont détaillés ci-dessous. Une démarche ne sera pas toujours linéaire, et les éléments suivants sont présentés pour guider une démarche.

Définition et planification

• Définir la question de recherche
  • Formuler plusieurs questions de recherche précises et concises
  • Sélectionner une question de recherche pertinente à des fins d’examen
  • Déterminer les connaissances et les expériences antérieures ayant trait à la question de recherche
  • Cerner les mots clés
  • Élaborer un plan de travail
  • Tenir compte des ressources disponibles
• Trouver et sélectionner les ressources
  • Déterminer les sources à consulter
  • Consulter les sources sélectionnées à l’aide de divers outils de recherche et/ou visiter une bibliothèque, un musée ou d’autres établissements  
  • Tenir compte des partis pris liés aux ressources
  • Sélectionner les ressources pertinentes  

Réalisation et consignation

• Trouver et consigner l’information
  • Classer les ressources par sujet secondaire
  • Trouver les données importantes à partir des ressources sélectionnées
  • Trouver les données importantes et les consigner sous forme de notes, d’éléments graphiques ou d’illustrations ou encore sur support audio ou vidéo
  • Noter les références bibliographiques de toutes les ressources

Analyse et interprétation

• Analyser l’information et résumer les résultats
  • Repérer les idées manquantes ou contradictoires
  • Classer les données selon leur pertinence
  • Éliminer les données superflues
  • Tenir compte des partis pris liés aux données ou du parti pris de la chercheuse ou du chercheur
  • Vérifier si les données répondent à la question de recherche
  • Répondre à la question de recherche et rédiger un résumé

Communication

• Communiquer les résultats
  • Choisir le mode ou support de communication qui convient au public cible
  • Choisir les données à communiquer et préparer une présentation ou une ébauche en employant le vocabulaire approprié
  • Tenir compte des incidences culturelles, éthiques ou autres de la communication des résultats de recherche
  • Réviser l’ébauche en tenant compte de la perspective du public cible
  • Présenter ou publier la recherche

Démarche expérimentale

L’expérimentation est une démarche qui vise à mettre à l’épreuve une hypothèse dans le but de la valider ou de la rejeter, y compris en manipulant des variables afin d’observer ce qui se produit. Elle comporte un apprentissage par l’expérience pratique qui motive et outille les élèves et leur permet de développer leurs habiletés pour effectuer des expériences.

Une démarche expérimentale est souvent itérative et peut comprendre des tests justes pour déterminer les effets de la modification d’un facteur lors d’une expérience. Pour effectuer un test juste, les élèves définissent des variables qui peuvent avoir une influence sur les résultats de l’expérience, choisissent une variable à modifier (c.‑à-d. à tester) et laissent les autres inchangées, prennent des mesures de la même façon à chaque essai, et répètent les tests pour déterminer la validité des résultats. Dans le cadre de leurs expériences, les élèves sont amenés à explorer le concept de test juste et à se questionner sur la possibilité d’une objectivité absolue et d’une absence de partis pris.

Comme pour la démarche de recherche décrite ci-dessus, les points d’entrée appropriés pour une démarche expérimentale ainsi que les éléments de la démarche sur lesquels il convient d’insister peuvent dépendre du niveau de préparation de l’élève. L’expérience et les connaissances antérieures, l’accès aux matériaux, outils et équipement, le contexte d’apprentissage et le temps disponible sont d’autres facteurs qui entrent en jeu. C’est pourquoi le personnel enseignant devrait éventuellement prévoir plusieurs points d’entrée pour assurer la participation de tous les élèves à l’apprentissage. Les élèves de toute salle de classe présentent collectivement un large éventail de points forts et de besoins. Il appartient au personnel enseignant de planifier des expériences qui tiennent compte de cette diversité et d’utiliser un processus intégré qui répond aux points forts et aux besoins de chaque élève.

Il importe que les élèves participent à des expériences dans tous les domaines d’étude afin d’apprendre à réaliser diverses expériences dans différents contextes. Il peut s’agir de moyens pratiques et stimulants qui favorisent l’expérimentation pour découvrir une multitude de concepts scientifiques. Les expériences, modestes ou d’envergure, peuvent être dirigées par l’enseignante ou l’enseignant ou par les élèves. Elles peuvent viser à consolider des habiletés et des connaissances existantes ou à développer de nouvelles habiletés et à acquérir de nouvelles connaissances.

Les élèves devraient suivre la démarche expérimentale et les procédures de santé et de sécurité établies, ainsi qu’élaborer leur propre démarche expérimentale, toujours dans une optique de protection de la santé et de la sécurité.

Le schéma ci-dessous résume la démarche expérimentale et présente les liens entre ses éléments et les habiletés : la définition et la planification, la réalisation et la consignation, l’analyse et l’interprétation ainsi que la communication. 

Les éléments d’une démarche expérimentale sont détaillés ci-dessous. Une démarche ne sera pas toujours linéaire, et les éléments suivants sont présentés pour guider une démarche.

Définition et planification

• Définir un problème et son contexte
  • Trouver et passer en revue des ressources touchant un domaine de recherche 
  • Soulever des questions touchant le domaine de recherche  
  • Définir un problème particulier et déterminer ce qui doit être élucidé
  • Formuler une hypothèse ou des résultats attendus
• Concevoir l’expérience
  • Définir clairement les étapes de l’expérience
  • Déterminer les matériaux, les outils et l’équipement à utiliser et les mesures de santé et sécurité à suivre 
  • Décider quelles variables demeureront constantes et lesquelles seront modifiées 
  • Déterminer les données à recueillir 

Réalisation et consignation

• Réaliser l’expérience
  • Réaliser l’expérience en portant une grande attention aux étapes définies
  • Suivre tous les procédures et processus liés à la santé, à la sécurité et à l’intendance environnementale
• Consigner les données
  • Déterminer le type de données à recueillir
  • Déterminer la meilleure méthode pour consigner, organiser et présenter les données
  • Consigner des données claires et précises

Analyse et interprétation

• Analyser et résumer les données
  • Effectuer tous les calculs nécessaires
  • Représenter les données à l’aide de moyens appropriés
  • Expliquer le résultat obtenu à partir des données
  • Passer en revue les ressources trouvées, en tenant compte des résultats de l’expérience
  • Tirer une conclusion claire et concise basée sur un résumé des données
  • Considérer les sources d’erreur et comment minimiser ces sources d’erreur dans les expériences futures

Communication

• Communiquer les résultats
  • Choisir le mode ou support de communication qui convient au public cible
  • Choisir les données à communiquer et préparer une présentation ou une ébauche en employant le vocabulaire approprié  
  • Réviser l’ébauche en tenant compte de la perspective du public cible 
  • Présenter ou publier la recherche

Processus de design en ingénierie

Un processus de design en ingénierie sert de cadre aux élèves et au personnel enseignant pour planifier et élaborer des solutions à des problèmes ou pour répondre à un besoin, qui sont associés aux sciences et au monde qui les entoure. Ce processus tient compte de la complexité et de l’ambiguïté possible des problèmes scientifiques du 21^e siècle et suggère des étapes appropriées et ciblées visant à faire face à ces défis. 

Semblable à une démarche de recherche et à une démarche expérimentale (décrites ci-dessus), un processus de design en ingénierie est itératif et nécessite parfois de reprendre une partie de l’expérience à la lumière de nouvelles données sur le problème ou sur les personnes pour lesquelles une solution est élaborée. Les élèves peuvent même être amenés à recommencer ou à répéter un processus en entier lorsque l’avenue choisie se révèle être une impasse. C’est une facette incontournable de l’apprentissage et de la conception dans le domaine des sciences. 

Comme les élèves seront chargés de trouver des solutions ayant une incidence sur des tiers, les considérations éthiques ainsi que les points de vue et les besoins d’une variété de personnes et de communautés devraient être pris en compte tout au long du processus. Les élèves peuvent réaliser des entrevues avec les utilisatrices et utilisateurs finaux, ou faire une recherche sur des personnes ou des communautés touchées par les solutions potentielles. Tout au long du processus, leur approche doit être empathique, et elles et ils doivent tenir compte de différents points de vue ainsi que de facteurs comme la convivialité et l’intendance environnementale.

Suivant un processus de design en ingénierie comme celui qui est présenté ci-dessous, les élèves définissent un problème et planifient des solutions, réalisent des tests et consignent les données, analysent et interprètent les résultats, puis communiquent ces résultats de différentes façons et dans divers buts en employant un vocabulaire approprié. Le produit final peut être un objet matériel, mais ce n’est pas toujours le cas. Les élèves peuvent, par exemple, recourir à un processus de design en ingénierie pour produire une simulation ou un modèle informatique ou pour élaborer un nouveau processus ou système scientifique.

Comme dans le cas d’une démarche de recherche et d’une démarche expérimentale, il n’existe pas un seul et unique processus de design en ingénierie, mais plutôt plusieurs pratiques en ingénierie appliquées pour concevoir des solutions et des projets. Il est possible que les élèves et le personnel enseignant ressentent le besoin de se concentrer sur certains éléments du processus de design en ingénierie fourni, ou de les remplacer par des parties de processus trouvées ailleurs. Les élèves et le personnel enseignant peuvent même trouver d’autres processus de design en ingénierie intéressants; il pourrait leur être utile de comparer différents processus.

Les points d’entrée appropriés d’un processus de design en ingénierie, de même que les éléments ciblés, dépendent du niveau de préparation des élèves. L’expérience et les connaissances antérieures, l’accès aux ressources, le contexte d’apprentissage et le temps disponible sont d’autres facteurs qui entrent en jeu. C’est pourquoi le personnel enseignant devrait prévoir plusieurs points d’entrée pour assurer la participation de tous les élèves à l’apprentissage.

Un processus de design en ingénierie amène les élèves à appliquer d’importants concepts et habiletés scientifiques, conformément aux attentes et contenus d’apprentissage du cours, de même que des compétences transférables et des concepts interdisciplinaires propres à l’apprentissage des STIM. 

Le schéma ci-dessous résume le processus de design en ingénierie et présente les liens entre ses éléments et les habiletés : la définition et la planification, la réalisation et la consignation, l’analyse et l’interprétation ainsi que la communication. 

Les éléments d’un processus de design en ingénierie sont détaillés ci-dessous. Un processus ne sera pas toujours linéaire, et les éléments sont présentés pour guider un processus de design en ingénierie.

Définition et planification

• Examiner et comprendre un problème
  • Trouver et passer en revue des ressources ayant trait à un problème
  • Identifier des personnes touchées par le problème 
  • Réaliser des entrevues avec les personnes touchées par le problème
  • Écouter attentivement les personnes touchées par le problème et faire preuve d’empathie pour comprendre leurs expériences, leurs points de vue et leurs préoccupations
  • Revoir des problèmes connexes et les solutions à ces problèmes
  • Déterminer les enjeux entourant la durabilité, et la santé et sécurité
• Concevoir et proposer des solutions potentielles
  • Faire un remue-méninges et proposer des solutions possibles
  • Évaluer les solutions potentielles en considérant les travaux de recherche, les problèmes et les solutions connexes 
  • Élaborer des critères de réussite et contraintes précis et évaluer les solutions potentielles en fonction de ces critères et contraintes
  • Tenir compte des utilisatrices et utilisateurs finaux et de ceux touchés par les solutions potentielles, en considérant leurs expériences, leurs points de vue et leurs préoccupations
  • Envisager la possibilité d’appliquer des solutions connexes et existantes (ou certains aspects de ces solutions) au problème cerné 
  • Envisager l’élaboration de nouvelles solutions, différentes des solutions existantes 
  • Améliorer ou combiner les solutions potentielles 

Réalisation et consignation

• Sélectionner une option et créer un prototype
  • Choisir la solution la plus pertinente en fonction des critères établis 
  • Planifier le design de la solution en tenant compte des étapes requises ainsi que des matériaux, des outils et de l’équipement et du temps alloué
  • Prendre en considération les questions économiques, environnementales, éthiques, de santé et de sécurité liées au design potentiel
  • S’assurer que les principaux composants du design peuvent être produits de façon efficace
  • Construire un prototype à partir du design
• Tester le prototype
  • Mettre au point des tests pour évaluer la solution 
  • Réaliser les tests dans divers contextes, y compris dans des environnements contrôlés et authentiques ainsi qu’avec plusieurs utilisatrices et utilisateurs potentiels 
  • Consigner les observations et les données
  • Recueillir des commentaires sur le prototype, notamment auprès des enseignantes et enseignants, d’autres élèves de la classe, des camarades et/ou des membres de la famille ou de la communauté

Analyse et interprétation

• Évaluer et modifier le prototype
  • Analyser les résultats des tests pour déterminer les modifications à apporter au prototype afin d’améliorer l’expérience de l’utilisatrice ou utilisateur final
  • Revoir les ressources initiales, les connaissances existantes et d’autres idées de remue-méninges afin d’améliorer le design, en tenant compte des résultats des tests
  • Évaluer la nécessité d’avoir recours à des composantes, à des matériaux, à des outils et à de l’équipement supplémentaires, ou à plus de temps
  • Perfectionner le prototype pour obtenir un produit fini

Communication

• Communiquer la solution
  • Choisir le mode ou support de communication qui convient au public cible 
  • Déterminer les renseignements importants et les composantes de la solution ou du projet à partager, et développer une ébauche ou un plan pour la présentation ou la démonstration, en utilisant le vocabulaire approprié
  • Tenir compte des problèmes pouvant surgir pendant la présentation ou la démonstration et en atténuer les risques 
  • Réviser l’ébauche et les plans en tenant compte de la perspective du public cible, et apporter des changements, au besoin 
  • Présenter ou finaliser le prototype ou la solution