Le résultat présenté (figure 9) est conforme aux attentes Les chromatides de chaque chromosome ont des allèles identiques La transmission de l’information génétique

est conforme et complète de la cellule mère aux deux cellules filles.

Figure 9. Affiche 4

Les questions de la notion de noyau et de son devenir sont soulevées par l’enseignante au cours du débat. Cette remarque supplémentaire devient contrainte de situation. Au cours de la discussion qui suit la présentation de l’affiche, les élèves tentent d’expliquer l’augmentation progressive du taux d’ADN constatée lors de l’étude du graphique présentant l’évolution du taux d’ADN au cours du cycle cellulaire. Le scénario choisi devra être élucidé quant au mécanisme, mais ne dérange pas les élèves, car il suit les variations constatées. C’est cela qui est discuté dans l’extrait suivant :

P Là, tu rajoutes le noyau ?

E Ben oui, il faut que çà fasse quelquechose de vivant

P Tu veux toi essayer de représenter la montée progressive de l’adn ?et tu représente directement un bleu un rouge, un bleu un rouge ?

P Tu représentes directement les deux chromatides séparées de chaque coté finalement? E Ben oui, , çà se divise en deux et çà migre chacun vers les cellules

P Mais comment représenter alors l’augmentation progressive de l’adn, on l’a pas là ?

E Voilà avec les dessins d’après, chaque chromatide chacune les unes après les autres se remultiplie, comme çà çà augmente peu à peu…

P Mais comment représenter alors l’augmentation progressive de l’adn, on l’a pas là ?

E Voilà avec les dessins d’après, chaque chromatide chacune les unes après les autres se remultiplie, comme çà çà augmente peu à peu…

Comparaison avec les procédures de collège (présentées dans l’article précédent, Lhoste et al., 2007) :

- la procédure 2 rejoint la 2ème présentée au collège ;

- la procédure 3 rejoint la 3ème du collège, mais anticipe en plus sur la duplication des chromatides.

 3.3. Analyse du débat scientifique Les travaux auxquels nous nous référons pour analyser le débat scientifique (Orange, 2000) ont montré qu’au cours des échanges entre les élèves ceux-ci vont s’engager dans une activité de problématisation, c’est-à-dire qu’ils vont mettre en tension les faits à expliquer, qui relèvent du registre empirique, avec des explications possibles qui relèvent du registre des modèles. Les controverses permettent ici de construire le problème et de faire émerger les obstacles à la construction du concept de gène et de sa transmission au cours de la division cellulaire.

La transcription intégrale du débat, ainsi que la catégorisation des échanges selon la méthodologie décrite par Orange (2000) doit nous permettre de construire l’espace de contraintes en jeu au cours de ce débat entre les différents groupes.

Ce sont les élèves proposant l’affiche 1 qui présentent leur travail en premier. À ce moment, la professeure introduit une contrainte de situation supplémentaire en demandant aux élèves de faire référence dans leur explication à la transmission d’un gène. Cela conduit le rapporteur de chaque groupe à positionner un gène (deux allèles) sur les chromosomes, ce qui va générer de nouvelles questions. Les groupes passent ensuite successivement présenter l’affiche 2, 3 et 4. Le script complet du débat de 127 tours de parole est présenté en annexe 1.

À partir de ce corpus, nous avons catégoriser les interventions des élèves dans le registre empirique (RE), dans le registre des modèles (RM), ou dans un registre mixte (RE-RM). Les interventions catégorisées dans le registre des modèles sont réparties en trois catégories : RMf (fonctionnel), RMd (descriptif) et RMc (critique). Comme le rappele Orange (2000) seules les interventions de type RE, RMc et RE-RM peuvent être porteuses de contraintes empiriques ou de nécessités sur les modèles. Cela nous a permis de réduire le premier corpus en ne retenant que les interventions de type RE, RMc et RE-RM. C’est à partir de ce corpus réduit que nous avons déterminé les contraintes empiriques et les nécessités sur les modèles construites par les élèves pendant le débat. Ce sont ces contraintes et ces nécessités que nous allons indiquer maintenant à partir de l’étude de certains extraits du débat, avant de présenter l’espace de contraintes en jeu dans ce débat. Ces analyses reprennent une partie du travail présenté dans Lhoste et al. (2007).

Extrait 1

10 Ens. En dessous, est-ce que tu pourrais me tracer, et vous l’aidez s’il n’y arrive pas, le graphique de la variation de la quantité d’ADN dans le noyau des cellules qui sont représentées. Vous vous souvenez de l’exercice qu’on a fait ? Tu traces un repère orthonormé, on essaie de représenter schématiquement comment varie la quantité d’ADN d’une cellule mère à une cellule fille ? Dans le noyau d’une des deux cellules filles, on est bien d’accord ? Les chromosomes sont comment au départ ?

11 Elève Un couple de chromosomes

12 Ens. Chaque chromosome est constitué comment ? 13 Elève Deux chromatides

14 Ens. Il est double ? on avait vu çà ? 15 Elève Oui

16 Ens. Cela correspondait à quoi au niveau de la quantité d’ADN de notre graphique ? Le plateau inférieur ou le plateau supérieur ?

17 Elève Le plateau supérieur RE

18 Ens. Et par rapport à la cellule fille alors ? Pas la cellule intermédiaire, mais ton résultat, voilà

19 Elève C’est divisé par deux RM

Cet extrait présente comment les élèves mettent en relation la contrainte empirique suivante : la quantité d’ADN est divisée par deux au moment de la division cellulaire et la nécessité d’une séparation des chromatides. Nous pensons que la séparation des chromatides des chromosomes a le statut d’une nécessité, et pas seulement d’un possible parmi d’autres45, car les élèves remobilisent cette nécessité à plusieurs reprises dans le débat (exemple d’une intervention d’un élève en 52 : « Oui, il faut que les chromosomes se divisent, donc c’est pareil que le groupe d’avant »).

Extrait 2 27 Elève Et si on place des gènes ?

28 Ens. Comment faire ? Il y en a 4 ? Est-ce que les deux chromosomes ont les mêmes gènes ?

29 Elève Non 30 Ens. Ah bon?

31 Elève Si, les deux chromosomes ont les mêmes gènes, mais pas forcément les mêmes allèles, alors ça ne peut pas marcher

RMc 32 Ens. Pourquoi ? i les versions du gène sont les mêmes ? Et ici, on dit quoi ?

33 Elève On s’intéresse à un même gène, mais avec pas les mêmes versions… 34 Ens. Pouvez-vous figurer cela sur les schémas ?qu’est-ce qui est discutable ? 35 Elève Donc les deux gènes en plus ici ne sont plus présents dans la même

cellule ? La cellule fille obtenue ?

RMc 36 Ens. Comment compléter ? Pourquoi un second gène ?

37 Elève Pour qu’ils se retrouvent bien dans les cellules RE+ Le raisonnement, présenté dans cet extrait, permet aux élèves d’articuler la nécessité d’une séparation des chromatides à la contrainte empirique : les cellules issues de la division doivent avoir la même information génétique que la cellule mère. Le raisonnement ne porte pas directement sur la nécessité, qui reste implicite, mais sur l’inverse de la nécessité car s’il n’y a pas séparation des chromatides alors « les deux gènes en plus ici ne sont plus présents dans la même cellule » et comme « ça ne peut pas marcher », la nécessité est fondée en tant que telle « pour qu’ils [les allèles] se retrouvent bien dans les cellules », c'est-à-dire dans les deux cellules filles.

Extrait 3

116 Ens. Tu veux toi essayer de représenter la montée progressive de l’ADN ? Et tu représentes directement un bleu un rouge, un bleu un rouge ?

117 Elève Pardon ?

118 Ens. Tu représentes directement les deux chromatides séparées de chaque coté finalement ?

119 Elève Ben oui, çà se divise en deux et çà migre chacun vers les cellules RM 120 Ens. Mais comment représenter alors l’augmentation progressive de l’ADN, on

l’a pas là ?

121 Elève Voilà avec les dessins d’après, chaque chromatide chacune les unes après les autres se remultiplient, comme ça ça augmente peu à peu…

RE- RM Cet extrait fait apparaître l’articulation entre la nécessité d’une duplication des chromatides pour reformer un chromosome à deux chromatides et la contrainte représentées par le graphique de l’évolution de la quantité d’ADN au cours du cycle cellulaire. Il convient d’observer que cette idée/nécessité de duplication est présente à plusieurs reprises dans le débat (en 62 et 106) et que l’on trouve seulement à la fin du débat un raisonnement qui permet de fonder la contrainte et la nécessité. Il faut également noter que c’est à partir du moment où les élèves proposent la séparation des deux chromatides d’un chromosome qu’ils envisagent la nécessité d’une duplication. La figure 10 représente le problème construit par les élèves de 1reS

Figure 10. L’espace de contraintes représentant le problème construit par les élèves de la classe de 1re_S

nécessité d’une séparation des chromatides nécessité d ’une duplication des chromatides doublement de la quantité d’ADN les cellules issues de la

division doivent avoir la même information que la cellule m ère

la quantité d’ADN est divisée par deux RE RM REx mixte  3.4. Discussion À la fin du débat, la classe décide de garder la dernière version proposée qui sera éprouvée dans les séances suivantes. Ainsi, un travail d’investigation sera engagé sur des expériences de type Taylor (marquages radioactifs) et des microphotographies de chromosomes à divers stades du cycle cellulaire…) ainsi que des observation de lames minces. Ce travail d’investigation permet de valider telle et telle hypothèse.

La proposition du premier groupe a été considérée par les élèves de la classe comme impossible puisqu’elle ne respectait pas une contrainte empirique construite par les élèves : « sur les deux chromatides d’un chromosome… ». En effet, les cellules issues de la division doivent avoir la même information génétique que la cellule mère.

Le débat permet de faire émerger des tensions entre les deux registres résultat de la problématisation qui en résulte. La transmission de l’information génétique semble partagée par tous à la fin (idée de fermeture progressive du problème, les contraintes et les nécessités construites restreignent le champ des possibles) , ce sont plus les mécanismes de

duplication qui restent en suspend, le professeur ayant piloté la réflexion sur ce point en particulier… Néanmoins, la première affiche met le doigt sur une représentation très prégnante dans la tête des élèves, à savoir que le chromosome est souvent représenté avec deux chromatides, alors que la plupart du temps au cours du cycle cellulaire, les chromosomes n’ont qu’une seule chromatide, ce qui devrait amener les élèves à ne plus proposer des chromosomes comme cela ! Oui, mais il faut proposer des hypothèses qui expliquent cette prégnance.

Il faut que l’on compare l’espace de contraintes en jeu dans ce débat de première S avec l’expace de contrainte de référence que l’on a construit à partir de l’analyse du savoir en jeu (Lhoste et Roland, à paraître). Qu’est-ce qui manque, qu’est-ce qu’il y a en plus ? Le registre explicatif qui émerge de ce débat est de type mixte, matériel (ADN) et informationnel(gène et transmission conforme des allèles). Il semble donc que le dispositif proposé ait permis aux élèves de première S d’aller au-delà du niveau de conception des élèves de collège, puisque la conception fonctionnelle du gène émerge partiellement. Ainsi, c’est l’enseignant qui induit de faire la corrélation entre les variations du taux d’ADN et le comportement des chromosomes au cours de la mitose, on peut donc supposer que ces variations deviennent des contraintes empiriques.

Ainsi des extraits montrent ce guidage du professeur au cours du débat, avec des interventions que l’on peut catégoriser en fonction des catégories présentées par Fabre (1999).

P En dessous, est-ce que tu pourrais me tracer, et vous l’aider s’il n’y arrive pas, le graphique de la variation de la quantité d’ADN dans le noyau des cellules qui sont représentées, vous vous souvenez de l’exercice qu’on a fait ?tu traces un repère orthonormé, on essaie de représenter schématiquement comment varie la quantité d’adn d’une cellule mère à une cellule fille ?dans le noyau d’une des deux cellules filles, on est bien d’accord ?les K sont comment au départ ?

Cadrage, puis émergence

L’enseignant cadre la problématique engagée, et tente de faire émerger les contradictions et les possibles pour expliquer la corrélation entre les variations du taux d’ADN et le comportement des chromosomes.

P Donc tu es d’accord ?…tu marques adn en fonction du temps ;;est-ce que çà coincide avec la variation de la quantité d’adn qu’on avait vu sur le graphique ?

Emergence

L’élaboration des contraintes est ainsi un processus fondamental dans la phase de problématisation pilotée par le professeur et cet article permet de mettre en évidence quelles peuvent être les nécessités construites par les élèves et comment elles ont été construites.

Celles-ci peuvent avoir l’effet inverse de celui attendu, par exemple ici, les élèves de 1erS construisent la relation entre le coté matériel du gène (ADN) et informationnel (allèles)

sans toutefois investir complètement sur la transmission conforme de l’information génétique au cours de la mitose…

Les interventions du professeur sont ainsi fondamentales et peuvent induire un simple raisonnement par analogie de la part des élèves ou l’expression d’un savoir formel sans autre motivation que la restitution de connaissances…

Néanmoins, l’exercice préalable sur les variations du taux d’ADN semble leur permettre d’aller au-delà des deux premières conceptions , alors que les collégiens en sont restés là.