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Bibliothèque de ressources

Ci-dessus Image: Plants de tomates poussant dans une serre  © Goldlocki, Wikimedia Commons

Dans un test objectif, il est important de s’efforcer non seulement de contrôler les variables, mais aussi de minimiser les sources de biais et d’erreurs de la part de l’expérimentateur. En effet, les biais et les erreurs peuvent entraîner des résultats inexacts lorsqu’on effectue une expérience.

Comment le biais peut-il se produire dans les expériences?

Dans une expérience, il y a biais lorsqu’une personne influe sur les résultats, et dans la plupart des cas, l’influence n’est pas intentionnelle. Les gens trouvent généralement ce qu’ils s’attendent à trouver, parce qu’ils cherchent des choses précises et laissent de côté d’autres choses par inadvertance, ce qui entraîne des résultats déformés. Tout le monde est sujet à ce type de biais qui est très difficile à maîtriser, même pour les scientifiques! Les connaissances de base et les acquis qui peuvent servir dans une situation auront une incidence sur la façon dont on interprète les renseignements qu’on reçoit. Les élèves en particulier peuvent vouloir prouver la véracité de leurs hypothèses à partir de leurs observations et peuvent ainsi introduire involontairement des biais dans leurs expériences.

Aléation

Un type de biais consiste à donner la préférence à un certain groupe ou à une partie des données. Par exemple, les élèves peuvent faire l’hypothèse qu’un traitement (ex. arroser les plants davantage) rendra les plants plus grands qu’un autre traitement (ex. leur donner moins d’eau). Lorsque les élèves choisissent ensuite les semences à planter pour cette expérience, ils peuvent sélectionner inconsciemment les plus grosses graines pour le groupe qui recevra plus d’eau et les plus petites pour le groupe qui recevra moins d’eau. Dans ce cas, ils tentent peut-être inconsciemment de donner une longueur d’avance aux semences en choisissant les plus grosses.

Comment éviter ce type de biais : Demandez aux élèves de choisir au hasard les semences utilisées pour l’expérience. Le processus d’aléation, aussi appelé répartition aléatoire, consiste à répartir des objets ou des individus au hasard dans des groupes expérimentaux. De cette façon, l’expérimentateur ne manifeste pas de préférence (ou de biais) pour un groupe ou pour un autre.

Essai à l’aveugle

Parfois, d’autres biais inconscients peuvent se produire lorsqu’on fait une enquête expérimentale. Il est possible de minimiser une partie de ce biais en faisant ce qu’on appelle un essai à l’aveugle Les essais à l’aveugle sont souvent utilisés quand un objet ou un groupe provoque un sentiment chez l’expérimentateur. Par exemple, à la page Test objectif, on fait référence à deux types de semences appelées « Grandes beautés » et « Petites merveilles ». Étant donné ces noms, les élèves pourraient ne pas s’occuper des plants de la même manière. Ils pourraient essayer de s’occuper des « Grandes beautés » plus soigneusement ou leur accorder une sorte d’avantage injuste.

Comment éviter ce type de biais : Utilisez des lettres ou des numéros plutôt que des noms pour cataloguer des objets ou des individus, de la même manière que pour les semences faisant partie de l’expérience TomatosphereMC. De cette façon, les expérimentateurs (élèves) ne sauront pas à quel groupe chaque membre appartient et seront plus susceptibles de les traiter de façon identique.

Comment des erreurs peuvent-elles se produire dans les expériences?

Personne n’est parfait! Voilà pourquoi des erreurs peuvent se produire même dans les enquêtes expérimentales les plus soigneusement conçues. Le fait de connaître les types d’erreurs courantes dans ces enquêtes peut aider les élèves à les minimiser.

Fautes

Ces types d’erreurs sont également appelées « erreurs d’inattention » ou « erreurs de calcul » et tout le monde en fait. Dans les expériences, elles peuvent se produire pour les raisons suivantes :

  • lecture erronée des instructions (ex. 50 mL au lieu de 500 mL, sucre au lieu de sel);
  • mesure erronée (ex. pouces au lieu de centimètre, °F au lieu de °C, tension au lieu de courant);
  • relevé erroné ou utilisation erronée de l’instrument (ex. ménisque, pied à coulisse, thermomètre);
  • calculs erronés (ex. division au lieu de multiplication, application de la mauvaise formule);
  • consignation erronée (ex. inversion des chiffres dans un nombre, inscription des valeurs au mauvais endroit dans un graphique, etc.).

Comment éviter ces types d’erreurs : Encouragez les élèves à être prudents quand ils lisent des instructions, prennent des mesures avec des instruments comme des règles ou des thermomètres, effectuent des calculs et consignent leurs observations. Lorsqu’ils travaillent en groupe, encouragez-les à vérifier et à confirmer les mesures et les calculs de l’autre. Ils devraient également s’exercer à procéder à des relevés ou à utiliser un équipement avant de le faire dans le cadre d’une experience.

D’autres types de fautes sont aussi possibles, notamment :

  • des accidents (ex. renverser un pot et devoir remettre son contenu dedans, donner trop d’eau à un plant, etc.);
  • ne pas suivre les instructions (ex. arroser certains plants tous les jours et d’autres tous les deux jours, oublier d’arroser certains plants, etc.).

Comment éviter ces types d’erreurs : Encouragez les élèves à mener leurs expériences avec soin et du mieux qu’ils le peuvent. Le fait d’avoir un plan clairement défini et une zone de travail bien organisée pour les expériences aidera à minimiser les accidents.

Planification

Un élève versant de l’eau sur les plants avec précaution

Erreurs expérimentales

En plus des fautes, il existe d’autres types d’erreurs non attribuables à l’humain qui sont liées à l’exactitude et à la précision des mesures. On les appelle les erreurs expérimentales. L’erreur expérimentale est la différence entre la mesure et sa valeur acceptée. Il y a deux principaux types d’erreurs expérimentales : l’erreur systématique et l’erreur aléatoire.

Erreurs systématiques

Les erreurs systématiques affectent l’exactitude d’une mesure (pour plus de renseignements, voir la section Précision et exactitude). Les erreurs de ce type ont tendance à entraîner des mesures qui sont systématiquement trop élevées ou trop faibles. Par exemple, une balance numérique qui indique 102 grammes pour un poids étalon de 100 grammes, une horloge qui affiche l’heure en retard, ou un thermomètre fissuré.

Comment éviter ces types d’erreurs : Les erreurs systématiques peuvent être difficiles à détecter, mais plus les élèves comprennent comment utiliser et calibrer les outils donnés et comment recueillir des observations efficacement, plus ces types d’erreurs peuvent être réduits. Encouragez aussi les élèves à faire preuve de jugement, par exemple en se disant : « 'Cette balance indique 102 g, mais je sais que le poids devrait être de 100 g, alors elle doit être calibrée. »

Erreurs aléatoires

Les erreurs aléatoires affectent la précision d’une mesure (pour plus de renseignements, voir la section Précision et exactitude). Contrairement aux erreurs systématiques qui ont tendance à donner des résultats toujours soit trop élevés, soit trop faibles, les erreurs aléatoires peuvent donner des résultats qui sont parfois trop élevés et parfois trop faibles. Par exemple, un élève utilise un ampèremètre pour mesurer le courant dans un circuit donné. Les résultats qu’il obtient sont 0,16 A, 0,15 A, 0,17 A, et 0,14 A. De toute évidence, il y a un large éventail de résultats, ce qui ne devrait pas être le cas si aucune variable n’a été modifiée lorsque les relevés ont été faits (c.-à-d., mathématiquement, le relevé aurait dû indiquer 0,15 A). Les causes des erreurs aléatoires peuvent être difficiles à prévoir et cela peut prendre du temps avant d’en comprendre la source. Les erreurs aléatoires ont tendance à être courantes lorsque l’on étudie les êtres vivants, car ceux-ci peuvent être affectés individuellement par des changements dans l’environnement, comme la variation de la température, l’humidité, la lumière, etc., et il existe aussi une variation naturelle en raison de leur constitution génétique.

Comment éviter ces types d’erreurs : Les erreurs aléatoires, aussi appelées variations aléatoires, font partie intégrante de toute mesure. Par exemple, les relevés de l’ampèremètre ci-dessus ont un écart moyen de 6,7 % (ce qui n’est pas si mal pour un ampèremètre), de sorte que le relevé final pourrait être 0,15 A ± 0,01 A (6,7 % de 0,15). Pour éviter les erreurs aléatoires, on peut vérifier le bon fonctionnement de l’équipement, comme les appareils de mesure électriques. On peut aussi utiliser des matériaux provenant de la même source (ex. des semences issues du même paquet), recueillir les données au même moment de la journée, etc.

Comment les biais et les sources d’erreur sont-ils minimisés dans TomatosphèreMC?

L’enquête sur les semences de TomatosphèreMC a été conçue pour minimiser certains types de biais et d’erreurs décrits ci-dessus.

Le saviez-vous?

L’enquête sur les semences de TomatosphèreMC est un essai à simple insu. Cela signifie que les chercheurs de TomatosphèreMC savent quelles graines sont traitées, mais que les classes qui participent à l’enquête ne le savent pas (jusqu’à ce qu’elles aient présenté leurs résultats).

L’enquête sur les semences de TomatosphèreMC est un essai à l’aveugle. Au cours d’une année donnée, les éducateurs et les élèves ne sauront pas quelles semences auront séjourné dans l’espace (ou auront été soumises à des conditions simulant l’espace) ni lesquelles n’auront pas été traitées puisqu’ils auront reçu deux paquets de semences dont l’étiquette comportera une lettre différente. Lorsque les éducateurs soumettront leurs résultats à TomatosphèreMC, ils découvriront quelles étaient les semences traitées et lesquelles n’avaient pas été traitées. Ce processus devrait éviter que les élèves aient un biais par rapport aux plants dont les semences ont été traitées ou par rapport aux autres.

Deux paquets de semences Tomatosphère affichant différentes lettres

En outre, au sein d’une classe et dans l’enquête sur les semences de TomatosphèreMC dans son ensemble, de nombreuses mesures sont recueillies. Cette grande taille de l’échantillon contribue à minimiser les erreurs aléatoires générées par les petites différences environnementales auxquelles les semences sont soumises.

Pour en savoir plus, consultez la section

Taille de l’échantillon et reproductibilité

Exercice dirigé

Exercice 1

Demandez aux élèves de lire les exemples suivants et de déterminer quel type d’erreur se produit ainsi que ce qui pourrait être fait pour l’éviter.

  1. Une balance indique 0,25 g, même lorsqu’aucune masse n’est sur son plateau, cependant les élèves utilisent la balance telle qu’elle.
  2. L’élève qui est affecté à l’arrosage des plants de TomatosphèreMC oublie de s’acquitter de sa tâche pendant une semaine.
  3. Un élève utilise une cuillère à mesurer pour transporter l’eau vers les plants (mais parfois l’eau se répand un peu…).
  4. Les élèves mesurent la masse sèche de trois plants de TomatosphèreMC de 8 semaines et obtiennent des mesures de 131 g, 136 g et 127 g.

Exercice 2

Demandez aux élèves d’expliquer, dans leurs propres mots, la différence entre le « biais » et « l’erreur » ainsi qu’entre les « erreurs systématiques » et les « erreurs aléatoires ».

Exercice 3

Demandez aux élèves de réfléchir aux erreurs qu’ils savent ou croient s’être produites au cours d’une expérience et de les consigner dans un journal comme un journal scientifique.

Exercice 4

Lorsque les élèves planifient des expériences demandez-leur de dresser la liste des erreurs et des sources de biais potentiels ainsi que la méthode qu’ils pourraient employer pour les éviter.

Réponses

    1. Type d’erreur : Erreur systématique
      Comment l’éviter : Calibrez la balance. La balance doit indiquer 0 lorsqu’il n’y a pas de masse dessus, et elle devrait mesurer une masse étalon correctement.
    2. Type d’erreur : Faute (ne pas suivre les instructions)
      Comment l’éviter : Décrivez clairement les tâches aux élèves, comme l’arrosage. Demandez aux élèves de cocher les tâches dans un tableau quand ils les ont terminées.
      Comment feriez-vous face à cette situation (arrosage oublié pendant une semaine)?
      Si seul un plant n’a pas été arrosé, les élèves peuvent utiliser les données des autres plants. Si aucun plant n’a été arrosé, l’expérience doit être reprise.
    3. Type d’erreur : Faute (accident)
      Comment l’éviter : Déplacez la source d’eau plus près des plants ou utilisez un type de dispositif de mesure moins susceptible de déborder lorsqu’il est transporté. On peut optimiser l’accessibilité et l’emplacement du matériel pour réduire les accidents.
    4. Type d’erreur : Erreur aléatoire
      Comment l’éviter : Mesurez la masse sèche d’un plus grand nombre de plants si possible. Les variations de masse sèche sont affectées par la façon dont l’eau est retirée des plants avant de prendre les mesures.