Scientifique d'un jour

Dans l'atelier de voitures solaires du Museum of Science de Boston, trois groupes de parents et d'enfants essaient des modèles d'automobiles qu'ils ont construits. Soudain, tout le monde se précipite vers un établi pour changer les roues, régler la tension d'une poulie à élastique qui relie un moteur électrique à l'essieu moteur et effectuer d'autres modifications. Pendant ce temps, une autre équipe tente de faire en sorte que son modèle raffiné effectue un test de course en 12 secondes. Quand il s'agit de près de 12,8 secondes, les enfants applaudissent. Et dans un autre virage, après 35 minutes de travail ininterrompu pour corriger un modèle dont les roues n'ont d'abord tourné que lorsque la voiture était en l'air, un garçon de 11 ans regarde autour de lui et trouve quelqu'un qu'il connaît. Viens voir! il pleure.

Je l'ai fait fonctionner et explique ce qu'il a découvert.

Cette histoire faisait partie de notre numéro de février 1997

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L'atelier de voitures solaires représente la pointe des expositions dans les centres scientifiques. Partout au pays, les concepteurs d'expositions créent des expériences ouvertes conçues pour stimuler chez les visiteurs le genre de réflexion que les scientifiques emploient. Ces réformateurs rejettent la notion traditionnelle selon laquelle les musées peuvent enseigner peu de choses sur le processus scientifique au cours d'une brève visite typique. Les développeurs soutiennent même que leur travail peut servir de modèle pour améliorer l'enseignement scientifique formel.

Des boutons-poussoirs aux visages mélangés

Les passionnés d'histoire naturelle ont commencé à créer des musées il y a des centaines d'années pour exposer des objets rares et merveilleux. De telles expositions jouent encore aujourd'hui un rôle important, permettant aux visiteurs d'observer et donc d'apprendre des aspects intrigants d'objets inhabituels : roches, minéraux, animaux, fossiles, etc. Et de telles expositions continuent de prospérer, comme l'a démontré le Musée américain d'histoire naturelle de New York il y a deux ans avec l'ouverture réussie de ses salles de dinosaures rénovées.

Mais l'interactivité - la possibilité pour les visiteurs d'opérer ou de manipuler des pièces d'une exposition - manquait dans les premiers musées. Puis, au début du XXe siècle, les conservateurs de musées américains ont rapporté l'approche du Deutsches Gesundheit Museum de Munich, qui proposait des démonstrations de physique et de chimie en classe, derrière une vitre, dans des expositions activées par bouton-poussoir. Trois nouveaux musées scientifiques américains - le Franklin Institute de Philadelphie, le Museum of Science and Industry de Chicago et le Museum of Science de Boston - ont introduit non seulement des boutons-poussoirs, mais aussi des démonstrations en direct par le personnel du musée pour stimuler l'intérêt pour le comportement ordinaire de toutes sortes. d'objets.

La prochaine vague d'expositions scientifiques est arrivée avec l'Exploratorium de San Francisco en 1969. Les concepteurs d'expositions de ce musée, qui étaient des scientifiques et des artistes, ont adopté une approche encore plus pratique. Au lieu d'appuyer simplement sur des boutons pour activer une démonstration, les visiteurs peuvent contrôler plus intimement les variables d'une exposition. Dans l'une de ces offres conçues pour enseigner aux gens les propriétés des ondes, les visiteurs du musée peuvent régler la fréquence et le volume des ondes sonores produites par un haut-parleur attaché à une extrémité à un tube de verre horizontal contenant une petite quantité de liquide. Les visiteurs apprennent à jouer avec les commandes de sorte que, lorsque l'air dans le tube résonne à des fréquences particulières, des gouttes de liquide s'envolent pour révéler des ondes stationnaires.

En s'appuyant sur des objets qui semblent avoir été trouvés dans, disons, un sous-sol, les développeurs de l'Exploratorium ont également essayé de créer des expositions grossières qui suggèrent des prototypes fonctionnels plutôt que les pièces maîtresses finies exposées par de nombreux autres musées scientifiques. De plus, l'approche du musée consiste à regrouper ces éléments en thèmes, tels que la réfraction et la polarisation, avec des ensembles d'instructions qui guident les visiteurs à travers une série d'étapes, de sorte que les gens repartent en ayant acquis une compréhension logique d'un phénomène particulier. Par exemple, le tube montrant les ondes stationnaires pourrait être situé près d'une machine qui produit mécaniquement une variété d'ondes, représentées par des balles de ping-pong montantes et descendantes.

L'approche de l'Exploratorium a été si bonne qu'elle a influencé les musées des sciences du monde entier, de sorte que presque tous ceux qui travaillent dans les centres des sciences en sont venus à associer le mot interactif à l'expression réussite éducative. Mais si les musées ont copié l'approche de l'Exploratorium, ils l'ont fait avec plus ou moins de succès. Les répliques exactes des expositions de l'institution de San Francisco, telles qu'un miroir à moitié argenté qui permet à deux visiteurs, chacun sur des côtés opposés, de voir leurs traits du visage mélangés dans une seule image, ont tendance à très bien fonctionner. (La moitié de la lumière frappant ce type de miroir se réfléchit, tandis que l'autre moitié la transmet.)

Mais certains concepteurs d'expositions n'ont pas compris que l'interaction améliore au mieux l'apprentissage si elle engage directement les visiteurs dans un phénomène et ont trop souvent incorporé une interactivité gratuite et donc inutile dans les nouvelles expositions. Considérez comment, il y a une vingtaine d'années, des développeurs du Museum of Science de Boston ont proposé d'enseigner l'écologie des oiseaux à l'aide d'un flipper, un objet apprécié des enfants. L'idée était de repeindre la surface du gibier afin que différentes zones représentent des facteurs de survie dans la vie d'un oiseau. Mais alors qu'un jeu de flipper peut transmettre des leçons sur la mécanique et les trajectoires, il n'enseigne intrinsèquement rien sur les oiseaux ou sur la façon dont les scientifiques apprennent sur les oiseaux. Les nouvelles étiquettes sur la machine auraient transmis tout ce que l'exposition avait à offrir sur les oiseaux, ce qui différait peu des expositions de musée dans des vitrines. Et il est clair que personne n'allait lire les étiquettes tout en essayant d'empêcher les balles de descendre dans le trou. Heureusement, les développeurs ont abandonné l'idée.

Une torsion sur les scientifiques invités

L'Exploratorium a continué à produire une exposition après l'autre qui utilise des interactions créatives pour démontrer de manière spectaculaire des phénomènes scientifiques spécifiques. Mais quelques expositions que le musée a développées au fil du temps vont au-delà de cette approche pour risquer des résultats ouverts. Considérons, par exemple, une table avec une source lumineuse centrale encastrée dans un cylindre métallique muni de fentes. Différents types de petits miroirs et de lentilles sont fixés à la table par des cordons, que les visiteurs peuvent expérimenter pendant que la lumière rayonne sur la table. Bien que de telles expositions puissent ne pas sembler aussi efficaces pour enseigner des leçons spécifiques basées sur un contenu, les développeurs ailleurs ont reconnu que ces activités peuvent inciter les visiteurs à mener eux-mêmes le processus scientifique et peuvent donc être très utiles sur le plan éducatif. Inspirés, les développeurs ont commencé à pousser plus loin la conception de ces expositions ouvertes.

Le résultat a été des expositions qui ressemblent à des laboratoires de travail, où les visiteurs peuvent poursuivre leurs propres projets de recherche courts et trouver leurs propres réponses aux questions qu'ils se posent eux-mêmes. L'idée est que la science ne concerne pas seulement, disons, les attributs physiques, chimiques ou biologiques du monde qui nous entoure, mais un processus d'apprentissage du monde. Quelles que soient les informations scientifiques que les visiteurs peuvent emporter chez eux, la leçon la plus précieuse qu'une exposition puisse transmettre est ce processus.

Science Nord, qui a ouvert ses portes en 1984 à Sudbury, en Ontario, a été le premier musée à s'attaquer à part entière à l'approche de recherche personnelle. Ce musée - ou, plus exactement dans ce cas, ce centre scientifique - comprend des zones interactives semblables à l'espace de travail d'un scientifique. Là, les visiteurs peuvent explorer divers sujets avec un corps de scientifiques-enseignants. L'activité de recherche est ce qui compte. Dans la boutique d'échange de Science Nord, par exemple, les gens peuvent à la fois apporter et examiner de petites expositions d'objets naturels d'autres personnes, comme des roches, des os d'animaux et des coquillages, à l'aide d'appareils tels que des microscopes, des outils, des cartes et des graphiques.

Cette approche a suscité un enthousiasme généralisé parmi les promoteurs de musées, et d'autres ont commencé à proposer des approches similaires. L'un des premiers à suivre était J. Shipley Newlin, développeur au Science Museum of Minnesota à St. Paul, dont la galerie d'expériences se concentre sur les bancs d'expérimentation où un à trois visiteurs peuvent avoir l'usage exclusif de l'appareil pour choisir laquelle des nombreuses variables contrôler, concevoir leurs propres expériences et donc expérimenter de nombreux résultats.

L'une des expositions les plus réussies est le laboratoire d'électricité, qui permet aux visiteurs d'explorer les composants électriques de base tels que les résistances, les ampoules, les moteurs, les condensateurs, les diodes et les interrupteurs. Ceux-ci s'emboîtent et peuvent être attachés à un fil de cuivre pour former différents types de circuits basse tension. (Les circuits sont protégés afin d'éviter tout dommage. Et pour offrir une meilleure assurance contre les problèmes, un membre du personnel reste dans la galerie d'expériences.) Dans une exposition interactive plus traditionnelle, quelques composants peuvent être boulonnés à une table, les visiteurs pouvant changer quelques variables. Mais dans le laboratoire d'électricité, les visiteurs construisent réellement les circuits et décident ce qu'ils doivent inclure.

Les évaluations ont montré que les visiteurs restent plus longtemps sur les bancs d'expérimentation que dans les expositions interactives plus traditionnelles du musée - jusqu'à 19 minutes contre 6 minutes. Mais la nature ouverte du modèle de banc d'expérimentation crée également quelques problèmes. Avec de nombreuses options disponibles, certains visiteurs ont du mal à savoir quoi faire. Ils ont dit qu'ils avaient besoin de meilleures instructions. Le Science Museum of Minnesota a résolu ce problème en ajoutant des cartes d'expérience aux laboratoires qui suggèrent des tâches avec des niveaux de difficulté faciles, modérés et difficiles.

Le musée des sciences et de l'industrie de l'Oregon de Portland, qui a ouvert en 1993 l'exposition Engineer It !, est un autre centre qui a élevé les expositions ouvertes à un niveau supérieur. bateau ou avion. Les ingénieurs en herbe peuvent choisir parmi de nombreuses pièces dans des bacs et se référer à des exemples de la façon dont elles s'emboîtent. Ils peuvent ensuite attacher leurs avions en papier dans la soufflerie pour voir s'ils voleront, modifier la conception des modèles de camions et tester la résistance qu'ils rencontrent en descendant une autoroute, ou construire des bâtiments sur une table qui tremble pour voir si la conception est antisismique.

Dans ce musée, les évaluateurs ont constaté que la plupart des visiteurs accordent relativement peu d'attention aux instructions, concevant par essais et erreurs et apprenant beaucoup des autres visiteurs du musée en imitant leurs conceptions et en améliorant les objets laissés pour compte. Ce faisant, les visiteurs se comportent comme des scientifiques, qui s'appuient de la même manière sur les résultats des autres à travers des contacts personnels ainsi que des articles publiés.

Centres d'activités de Boston

L'effort à plus grande échelle pour développer des expositions axées sur les compétences de la pensée scientifique - une série de six centres d'activités - est en cours au Museum of Science de Boston, l'institution où je travaille. En mars dernier, nous avons inauguré le centre d'activités Investigate! Une exposition à voir par vous-même. Ce centre se concentre sur les compétences associées à la conduite d'une expérience : poser des questions, formuler des hypothèses, planifier et exécuter une procédure, collecter des données, analyser des preuves et tirer des conclusions. À l'entrée, les visiteurs rencontrent une sculpture d'une fille debout au sommet d'une pile de meubles de chambre, juste au moment où elle est sur le point de lâcher une balle de softball et une balle de golf pour voir laquelle touchera le sol en premier. Cette évocation de l'expérience apocryphe de Galilée sur la Tour de Pise symbolise l'exposition : mener des expériences par soi-même.

Derrière la sculpture se trouve un mur de questions et une salle consacrée à la première étape d'une expérience : poser une question à laquelle on peut répondre. Cette salle, destinée à encourager la réflexion, contient des objets intrigants identifiés avec des questions plutôt que des réponses : De quoi est-elle faite ? A quoi pourriez-vous l'utiliser ? D'où vient-il? Était-ce une fois vivant ? Les visiteurs peuvent ajouter leurs propres questions au mur ou leurs réflexions sur les objets en les écrivant sur des fiches et en les affichant pour que les autres puissent les voir.

Depuis cette salle centrale, les visiteurs peuvent se diriger dans différentes directions. Ceux qui tournent à droite entrent dans une pièce très éclairée avec plusieurs stations d'expérimentation. À l'aide d'une sonde de température filaire reliée par un câble à un ordinateur doté d'un écran d'affichage coloré, les enquêteurs peuvent mesurer la température de divers articles en déterminant si, par exemple, la mousse de polystyrène maintient une boisson plus chaude qu'un gobelet en papier et à quelle vitesse les ventilateurs soufflent. une tasse chaude le refroidir. Les visiteurs peuvent également concevoir des expériences impliquant la température de leur peau, par exemple pour déterminer si la main d'une personne est plus chaude que celle d'une autre. Les cartes de défi offrent quelques idées initiales pour les questions de recherche, mais l'exposition devient vraiment un succès lorsque les clients commencent à poursuivre des demandes que les développeurs n'ont pas prises en compte.

Peu de temps après l'ouverture de l'exposition, nous avons remarqué une telle série de demandes au Drop Stop, qui permet aux visiteurs de recréer l'expérience Galileo. Ils mettent toutes sortes d'objets dans deux seaux métalliques et appuient sur un bouton pour les transporter à 12 pieds dans les airs. En appuyant sur un autre bouton, les seaux s'ouvrent et déposent leur contenu en même temps. Une rangée de capteurs connectés à un ordinateur suit les objets qui tombent et indique leur emplacement à différents moments.

Ce à quoi nous ne nous attendions pas à susciter autant d'intérêt, c'est un mécanisme de verrouillage de sécurité qui empêche chaque seau de retour de blesser accidentellement quelqu'un. Les visiteurs qui s'empressent d'ouvrir la porte en plastique transparent avant que le seau ne soit de retour au fond le trouvent s'arrête là où il se trouve et ne reprend son mouvement descendant que lorsque la porte est à nouveau fermée. Cette découverte a déclenché une série d'activités impliquant le verrouillage : les visiteurs étudient à quelle vitesse il fonctionne, s'ils peuvent le battre et où se trouve le contact électrique qui fait fonctionner le gadget.

Les deux zones les plus élaborées du centre d'activités - et celles dans lesquelles les visiteurs passent le plus de temps - sont l'atelier de voitures solaires et le Midden Mystery. L'activité principale de l'atelier est similaire à une partie de l'exposition Engineer It! du musée de l'Oregon. Les visiteurs assemblent des modèles de voitures solaires sur un long établi avec de la place pour que de nombreuses personnes puissent travailler à la fois. Ils peuvent expérimenter avec des roues de trois tailles. Ils peuvent régler la tension de la poulie à élastique qui relie le moteur électrique à énergie solaire à l'essieu moteur. Ils peuvent déplacer le moteur et faire un véhicule à traction avant ou à propulsion arrière. Et en retournant leurs véhicules sur un banc avec des lumières intégrées pour activer les cellules solaires, ils peuvent vérifier à tout moment le patinage des roues. Les visiteurs peuvent également emmener leurs voitures sur une piste d'essai où des commandes d'éclairage variables et des minuteries automatiques et manuelles permettent à tout un groupe de jouer un rôle dans un essai. Pour les personnes intéressées, les cartes de défi suggèrent des activités au-delà de la façon de faire fonctionner les voitures simplement ou d'aller aussi vite que possible. Par exemple, une idée proposée est de trouver comment exécuter le parcours en exactement 12 secondes, ce qui signifie généralement ralentir le véhicule.

Midden Mystery se concentre sur le fait de tirer des conclusions. Un dépotoir est un dépotoir archéologique. Le nôtre, bien sûr, est simulé ; il ressemble à un grand bac à sable rempli de coquilles de noix broyées. (Ils ne collent pas à la peau et aux vêtements comme le sable.) Des questions telles que Qu'ont fait les habitants de ce site ici ? sont placés à proximité. En balayant le sable, les visiteurs y trouvent des coquillages, des ossements d'animaux, des pointes de flèches et d'autres outils en pierre. Ils découvrent également des objets moulés en fibre, comme un squelette d'animal, incrusté dans des couches plus dures en dessous.

Près du site de fouilles se trouvent des établis pour mesurer, enregistrer, ensacher et publier des informations sur les découvertes. Les visiteurs peuvent spéculer sur l'utilisation potentielle des objets et les amener à des tables avec des collections de référence de coquilles de mollusques, d'os de petits mammifères et de divers outils en pierre, et ils peuvent comparer leurs idées avec les opinions d'experts qui ont été laissées sur la réponse. machines aux bureaux de deux conservateurs. Enfin, les visiteurs peuvent publier leurs théories à l'aide d'un terminal informatique équipé d'une caméra vidéo miniature et d'un microphone, et peuvent prendre connaissance des résultats et des conclusions des autres visiteurs du musée.

Nous avons délibérément intégré de nombreux mécanismes de signalement de ce type dans Investigate ! Nous voulons que les visiteurs puissent laisser derrière eux leurs questions, spéculations, observations, mesures et conclusions pour que les autres puissent en tirer des enseignements. L'idée de ce centre d'activités est de compléter la voix éducative du musée pour illustrer l'idée que la vérité scientifique n'est pas déterminée par l'autorité mais par des preuves. Nous constatons que seule une petite fraction des visiteurs enregistre des conclusions détaillées, mais presque tout le monde apporte des réponses à des questions limitées posées sur des terminaux informatiques tout au long de l'exposition. Ces réponses font partie de bases de données en pleine croissance. Nous apprenons également que des étrangers se parlent fréquemment de sujets beaucoup plus détaillés que Qu'est-ce que cela fait ? Des questions telles que Comment avez-vous fait pour que cela se produise ? surgir.

Les activités dans Enquêter ! constituent en fait le deuxième centre d'activités du musée de Boston. Le premier centre était beaucoup plus simple, représentant notre incursion initiale dans la nouvelle approche. Les activités de l'Observatoire, qui ont tendance à être moins complexes, sont conçues pour encourager les visiteurs du musée à prendre conscience de leurs capacités d'observation. Dans une zone, un visiteur peut utiliser une caméra à distance dirigée vers un terrarium pour observer de près, par exemple, un œil de lézard ou un cafard géant de Madagascar. Une autre activité est conçue pour que deux personnes puissent jouer en émettant et en détectant des sons à partir de l'un des 12 haut-parleurs suspendus. Nous préparons actuellement les plans des quatre autres centres d'activités.

D'autres musées des sciences s'orientent dans la même direction. Quand Enquêter ! ouvert cette année, le personnel de 21 autres centres scientifiques a assisté à un atelier pour examiner cette exposition et la façon dont elle a été développée; beaucoup faisaient déjà des plans similaires.

Mécènes de l'art

Le processus scientifique est au centre du dernier effort américain visant à réformer l'enseignement des sciences de la maternelle à la 12e année. Un rapport crucial de 1989 publié par le Educational Testing Service a révélé que les étudiants américains étaient à la traîne des autres étudiants non pas dans leur connaissance des faits scientifiques, mais dans l'application des capacités de réflexion à la résolution de problèmes. Un mois plus tard, Science for All Americans, un rapport basé sur une étude de trois ans de l'American Association for the Advancement of Science, appelait à des changements massifs dans la façon dont la science est enseignée pour mettre l'accent sur l'exploration des questions et la pensée critique sur l'apprentissage des réponses. . De toute évidence, les musées des sciences ont un rôle essentiel à jouer pour compléter ce que les élèves apprennent à l'école.

Ainsi, la National Science Foundation, qui a financé des activités à travers les États-Unis visant à améliorer l'enseignement des sciences, a soutenu la croissance d'expositions muséales innovantes : le programme de subventions Informal Science Education (ISE) de la NSF est devenu une source importante de financement pour de telles expositions. Le programme permet non seulement à des institutions spécifiques de créer de nouvelles offres, mais encourage également les développeurs à communiquer avec d'autres éducateurs. Pour s'assurer que les autres apprennent ce qui réussit et ce qui échoue, la NSF exige des évaluations et la diffusion d'informations sur les programmes des musées.

Récemment, des coupes ont été proposées pour l'ISE, y compris une coupe de 30 pour cent pour l'année fiscale fédérale de 1997. Heureusement, la reconnaissance par les membres du Congrès de la valeur de l'éducation informelle a incité le Comité sénatorial des crédits à rétablir le financement au cours du processus d'examen du budget de 1997.

Dans un tel climat, cependant, les centres scientifiques ne peuvent clairement pas dépendre uniquement de cette source de financement pour faire avancer leurs nouveaux objectifs éducatifs. Le secteur privé doit également soutenir largement le développement d'expositions innovantes. Malheureusement, la réalité économique a entraîné une baisse des contributions philanthropiques des entreprises américaines au cours des dernières années. Intéressés à associer des noms d'entreprise et parfois des logos aux projets, les services marketing des entreprises remplacent en partie l'ancienne forme de support. Mais ces branches sont moins susceptibles d'investir dans des projets expérimentaux et donc risqués.

Avec seulement quelques musées ayant créé des activités qui mettent l'accent sur le processus scientifique, les développeurs ont seulement commencé à gratter la surface de ce concept puissant et potentiellement influent pour une éducation informelle efficace et agréable. Pour aider à développer de telles approches, tous ceux qui ont un intérêt dans l'enseignement des sciences doivent intensifier et faire leur part.

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