Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

3 règles pour réussir la science citoyenne

L'enseignant de Wildwood, Levi Simons, et ses élèves utilisent des kits de test d'indicateurs chimiques pour cartographier la qualité de l'eau à Los Angeles.

Jorge Luis Borges a écrit un jour, dans la toute nouvelle «Sur l'exactitude scientifique», d'un grand empire qui cherchait à créer une carte si détaillée qu'elle devenait aussi grande que l'empire lui-même. Au début de ma carrière d'enseignant et récemment sortie de l'école, j'ai réfléchi (de manière similaire, bien que moins poétique, à la mode que M. Borges) à la façon dont je représentais la science en tant que professeur d'école secondaire.

J'ai lutté avec la même anxiété que la plupart, sinon tous, les professeurs de sciences ont le sentiment de ne pas couvrir suffisamment de contenu. Je me sentais constamment pressé de passer au travers des «grandes idées», mais je sentais toujours que la plupart de ce que je faisais n'existait que dans la salle de classe et disparaissait au moment où mes élèves partaient pour la journée.

J'avais l'impression d'essayer d'intéresser mes élèves aux sciences à partir de la carte que je réalisais, alors que je devais les emmener au pays même.

L'éducation comme science, la science comme éducation

Ma première expérience dans l'enseignement des sciences par les sciences s'est déroulée fin 2009, alors que je terminais mon premier semestre dans le cadre d'un cours sur les sciences de l'environnement à la Wildwood School de Los Angeles, en Californie. Plusieurs de mes étudiants m'ont raconté à quel point les sciences de l'environnement étaient sans cesse déprimantes. Est-ce que le cours entier dirait comment notre civilisation allait s'effondrer dans une catastrophe écologique?

C’était une question valable. Après avoir passé ces vacances d’hiver à réfléchir à l’enseignement des sciences de l’environnement sans susciter le sentiment d’impuissance acquise, j’ai proposé à ma classe de découvrir par nous-mêmes la santé de notre environnement local.

Nous avons lancé un projet de cartographie environnementale appelé TIGER (recherche environnementale techniquement intégrée géolocalisée). Nous avons commencé à mesurer et à cartographier la qualité de l'eau sur un certain nombre de sites à Los Angeles et nous avons rapidement commencé à mesurer la qualité de l'air et les niveaux de rayonnement sur la côte californienne.

Au cours de cette période, nous avons commencé à nous connecter avec d’autres groupes pratiquant la science citoyenne, allant de l’étude des populations d’oiseaux à la classification des galaxies. Nous constatons à quel point la science citoyenne devient un outil de plus en plus utile dans la recherche, alors que les scientifiques réalisent qu’ils peuvent obtenir de l’aide d’un cercle beaucoup plus large que les universités traditionnelles.

Grâce à notre expérience avec le projet TIGER (scienceland.wikispaces.com/tiger), nous proposons trois règles pour aider les salles de classe (et tous les autres) à créer, gérer et collaborer sur des projets de science citoyenne.

Règle n ° 1: Rendez-le mesurable.

Comme tout anthropologue possédant un cahier plein de notes de terrain en témoignera, la science n’a pas toujours besoin d’être quantitative pour être efficace. Cependant, nous avons bloqué les données numériques avec le projet TIGER pour deux raisons. Premièrement, cela facilite la comparaison des données entre différents sites de surveillance et entre différentes dates sur le même site. Deuxièmement, cela donne à notre groupe un langage commun pour communiquer avec les autres écoles participant au projet TIGER et avec tous les groupes extérieurs susceptibles d’utiliser nos données.

Sur le terrain, cela signifiait utiliser un équipement donnant des résultats numériques rapides. Par exemple, nos données sur la qualité de l’eau sont capturées à l’aide de diverses tablettes chimiques qui se dissolvent rapidement dans des flacons d’essai et changent de couleur pour indiquer la concentration de tout, de l’oxygène dissout aux bactéries. En même temps que nous testons l’eau, nous utilisons également une paire de capteurs électroniques: l’un pour mesurer la concentration de gaz tels que l’oxygène et les vapeurs pétrochimiques, et l’autre pour mesurer les conditions météorologiques.

En prenant simultanément ces données, notre objectif était de rechercher des relations potentielles entre l'atmosphère et l'eau de notre environnement local. Nous pouvons déjà voir des hauts et des bas périodiques, tels que les variations de salinité causées par les marées.

Les étudiants acquièrent également une expérience de première main en constatant comment des suppositions, des erreurs et des limitations expérimentales bien formées apparaissent dans chaque projet de recherche. Cela répond à la plainte, "Quand vais-je jamais utiliser cela?"

Règle n ° 2: Faites-le pas cher.

La science citoyenne est une science frugale. Si vous avez besoin de débourser des millions de dollars, personne, à l'exception de quelques grands laboratoires, ne pourra effectuer votre recherche. Nous avons cherché à maintenir des coûts d'équipement bas, de l'ordre de plusieurs centaines de dollars par école, afin de rendre notre projet aussi accessible que possible. Par exemple, les kits de qualité de l'eau que nous utilisons coûtent environ 40 $ pour dix tests complets. L'accessibilité est essentielle à la création et à la gestion d'un projet couvrant un grand nombre d'étudiants dans une vaste zone géographique.

Avec le projet TIGER, nos principaux coûts ont été l’achat de l’équipement de surveillance. Les coûts de transport sont maintenus bas en demandant à chaque groupe de surveiller son environnement local puis de télécharger les données sur un site Web central. Nous utilisons également un logiciel de collaboration Web disponible gratuitement pour stocker et analyser des données.

Règle n ° 3: le rendre ouvert.

La science, que ce soit dans un laboratoire national ou avec un projet de science citoyenne, prospère non seulement sur la communication ouverte, mais également sur les normes ouvertes. Nous traitons les procédures du projet TIGER comme le logiciel d’une plate-forme ouverte.

Une norme ouverte consiste à stocker et à analyser des données à l'aide d'un logiciel disponible gratuitement, mais également à un ensemble de procédures expérimentales communes et publiques. Nous avons mis nos procédures sur un wiki, à la fois pour assurer l’uniformité du type de données collectées et pour laisser nos méthodologies ouvertes à la critique, ce qui constitue le progrès de la science.

De même, tout projet de science citoyenne tel que TIGER devrait également être ouvert à l’extension. Bien que nous ayons commencé avec la qualité de l’eau uniquement à Los Angeles, nous avons toujours utilisé un cadre de données qui peut incorporer n’importe quelle mesure environnementale tant qu’il est enregistré avec un tampon GPS unique. En conséquence, nous avons pu ajouter plus d’écoles et plus de types de données, tels que la qualité de l’air et les niveaux de rayonnement, à notre projet.

Notre ouverture a également permis à TIGER de se connecter à d’autres projets liés à la science citoyenne, tels que le projet de surveillance du rayonnement dans la communauté, Safecast (voir page 52, «Drive-By Science»). Safecast souhaitant également publier toutes ses données et méthodes dans un format public et ouvert, TIGER a eu relativement peu de temps pour collecter et analyser les niveaux de rayonnement des sites de test des deux projets.

Notre collaboration avec Safecast a également donné aux étudiants de TIGER l’occasion de dépanner le matériel de compteur Geiger. Leur travail a non seulement été important pour la documentation propre de Safecast et pour la mise à jour des futurs capteurs de rayonnement, mais le processus de recherche de la source des lectures anormales était une expérience d'apprentissage authentique de la manière dont la science est réellement utilisée.

Les élèves mesurent des échantillons d'eau pour déterminer le pH, la température, les phosphates, les nitrates, l'oxygène dissous, la demande biologique en oxygène, le fer, le cuivre, le chlore, la dureté et les bactéries coliformes. Les données sont liées à des points sur une carte en ligne.

Et après? Capteurs DIY

Avec son vaste réseau croissant de citoyens scientifiques, Safecast est un exemple d’endroit où mener un projet tel que TIGER. Notre objectif est d'impliquer plus d'écoles, d'élèves et de volontaires et d'étendre notre couverture géographique. Cependant, cette croissance se heurtera très rapidement à des goulets d'étranglement.

Bien que nos coûts d’équipement actuels, principalement pour les kits d’analyse de la qualité de l’eau, soient bas, ils impliquent l’utilisation de tablettes indicatrices chimiques qui ne peuvent être utilisées qu’une demi-douzaine de fois avant d’être épuisées. De plus, ces kits limitent les types de données que nous pouvons collecter.

La solution, en véritable fabricant, consiste à construire nos propres capteurs environnementaux. Le développement de capteurs environnementaux bon marché est maintenant possible, le coût par capteur ayant chuté à près de 1 dollar et les plates-formes de processeurs standard telles qu'Arduino sont devenues facilement disponibles. Cette voie présente plusieurs avantages immédiats. Premièrement, les capteurs électroniques peuvent être utilisés des milliers de fois, éliminant ainsi une limite sur la quantité de données collectées ainsi que sur le coût.

Deuxièmement, développer nos propres capteurs nous donne une bien plus grande flexibilité dans le type de données

collecté. Grâce à la technologie disponible dans le commerce, nous pouvons tout contrôler, des niveaux de monoxyde de carbone à la salinité du sol, en passant par le rayonnement ultraviolet.

Les téléphones cellulaires en tant que nœuds de réseau de capteurs

Bien que des dizaines de dollars par système de capteur représentent une réduction de coût significative, il existe une méthode encore moins coûteuse pour développer un projet de science citoyenne tel que TIGER: les téléphones cellulaires. Les téléphones cellulaires sont non seulement devenus une technologie omniprésente dans le monde, mais ils contiennent également un ensemble de processeurs et de capteurs de plus en plus complexes.

Les étudiants de TIGER peuvent, comme plusieurs autres développeurs, créer des applications permettant de collecter des données à partir de capteurs tels que le GPS et la caméra, afin de tout enregistrer, de la répartition géographique des espèces envahissantes à la quantité de brume atmosphérique.

Faites votre propre science

TIGER et des projets similaires donnent aux étudiants la possibilité d’acquérir des compétences en analyse et en raisonnement en se rendant sur le terrain pour collecter et analyser des données pour leurs propres projets de recherche.

Cependant, le véritable enthousiasme commence lorsque les étudiants du monde entier commencent à mettre en commun leurs travaux dans différentes écoles et groupes de laboratoires, à concevoir et à construire leur propre équipement et à modifier leurs propres appareils. En bref, l'avenir de la science viendra à ceux qui font leur propre science.

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