A. GIORDAN, J.-L. MARTINAND et D. RAICHVARG, Actes JIES XXV, 2003
APPRENTISSAGE PAR LE QUESTIONNEMENT
ET LA DÉCOUVERTE : LA BIOLOGIE CELLULAIRE
À TRAVERS LE JEU ÉDUCATIF
“CÉLULA ADENTRO - DÉCOUVERTE DE LA CELLULE ©”
Carolina N. SPIEGEL, Tania S. CARDONA, Gutemberg G. ALVES, Andrea HENRIQUES-PONS & Tania C. ARAÚJO-JORGE
Institut Oswaldo Cruz, Fiocruz, Rio de Janeiro, Brazil
MOTS-CLÉS : BIOLOGIE CELLULAIRE – JEU – APPRENTISSAGE DES SCIENCES
RÉSUMÉ : L’enseignement traditionnel de la biologie cellulaire à l’école secondaire permet rarement aux élèves de prendre conscience de la richesse du cheminement qui se cache derrière la recherche scientifique. La science est en effet souvent présentée de manière rébarbative. On présente ici un jeu éducatif “Célula adentro-Découverte de la cellule©” sur la biologie cellulaire, invitant les élèves à prendre une position active dans le procédé d'apprentissage, simulant le processus d’investigation scientifique.
ABSTRACT : The traditional science teaching does not commonly allow the students to live and perceive the science process, presenting science as a sterile field full of difficult words, to be memorized without any pleasure. A cell biology game was elaborated inviting the students to be more active in the learning procedure, simulating the process of scientific investigation. “Célula adentro-Discovering of the cell©” is a new tool for molecular and cell biology education.
1. INTRODUCTION
La science est un processus d’investigation guidé par la curiosité, la passion, la persistance, la patience, l'intelligence, l'association d'idées et la construction de modèles. Cependant, l’enseignement traditionnel de la science permet rarement aux élèves de prendre conscience de la richesse du cheminement qui se cache derrière la recherche scientifique. La science est souvent présentée comme un champ stérile, jonché de mots complexes à apprendre par cœur sans recours à l’imagination ni au plaisir.
L'activité ludique crée un environnement de liberté, stimulant l'intérêt, la découverte et la réflexion par l'expérience et la relation entre les pairs, favorisant le développement psychique, cognitif, social, affectif et moral. Les jeux didactiques, guidés par les professeurs, permettent un apprentissage moins passif au cours duquel les élèves se sentent plus impliqués intellectuellement. Ce type d’enseignement permet à la fois d’introduire plus facilement des concepts abstraits et de familiariser les élèves avec le langage scientifique (Trivelato, 1995 ; Araújo-Jorge et al., 1999). Considérant la difficulté et le manque d’intérêt des étudiants pour la biologie, nous avons élaboré un jeu sur la biologie de la cellule, les invitant à prendre une position active dans le processus d’apprentissage et leur permettant une meilleure compréhension des étapes d’une investigation scientifique (Brill & Yarden, 2003 ; Debburman, 2002). Le jeu introduit quelques éléments centraux de la science, tels que : 1) l’habitude de poser des questions et chercher des réponses ; 2) le travail en équipe ; 3) le lien entre l’investigateur et l'institution de recherche ; 4) l’exercice de patience et de discussion lors de la confrontation d’opinions ; 5) l’exercice d’enregistrer des données ; 6) la recherche de l’information bibliographique, des indices qui aident à trouver la réponse cherchée ; 7) l’association d’idées et de données ; 8) l’interprétation d’images et de résultats d’expériences ; 9) le lien à établir entre les résultats obtenus et l’hypothèse ; 10) l’émergence de nouvelles questions au cours de la recherche ; 11) la prise de conscience que la science évolue constamment et ne détient pas forcément la vérité ; 12) le plaisir de la découverte ; 13) tirer profit des erreurs et des connaissances acquises au cours du jeu, que l’on ait gagné ou non. Dans cette publication, nous décrivons cette stratégie d'éducation.
2. LE JEU “CÉLULA ADENTRO - DÉCOUVERTE DE LA CELLULE ©”
Le jeu consiste à résoudre différentes énigmes sur des questions de la biologie cellulaire déjà élucidée par la communauté scientifique. Les équipes, composées de deux étudiants (afin d’assurer une participation active de chacun au débat), sont invitées à recueillir, discuter et interpréter les
indices pour résoudre l’énigme. Les étudiants doivent "entrer" à l’intérieur de la cellule schématisée sur le plateau et parcourir les compartiments intracellulaires à l’aide de pions et d’un dé. Dans chaque compartiment, il y a un indice pour résoudre l’énigme. Chaque énigme offre un sujet différent à résoudre comme, par exemple, la structure de la membrane plasmique, l'origine des mitochondries, l’apoptose, le cytosquelette, la réponse inflammatoire, etc. Sept énigmes sont déjà entièrement développées, dont quatre testées avec des étudiants de l’école secondaire. Pour chaque énigme, dix indices sont proposés, comprenant des expériences scientifiques, des images, des tables de données, des graphiques, des schémas et des données provenant d’études actuelles en biologie cellulaire.
2.1 Les règles du jeu
Nombre de joueurs : Deux joueurs par équipe ; deux à quatre équipes par partie.
But du jeu : Trouver en premier la réponse à la question posée par l’énigme. Dix indices à rechercher dans le compartiment de la cellule permettent de résoudre chaque problème du jeu. En ramassant les indices et discutant sur leur contenu, l’équipe doit relever le défi.
Le début du jeu : La carte présentant l’énigme doit être lu à voix haute pour tous les joueurs. Les équipes doivent sortir de l’Institution de recherche (case départ). L’équipe qui commence est choisie au hasard.
Les chemins du plateau : Pour trouver les indices, il faut parcourir les chemins entre les différents compartiments en suivant le chiffre obtenu sur le dé.
Le cahier de notes : Sur cette feuille, les équipes doivent prendre des notes sur le contenu des indices déjà ramassés. La conclusion doit également être écrite sur cette feuille.
Fin du jeu : Quand une équipe pense avoir trouvé la solution au problème, elle doit retourner à l’Institution et l’y déclarer à voix haute. Elle doit ensuite vérifier si sa conclusion concorde avec ce qui figure dans le ‘‘livre de solutions’’. Si la réponse est correcte, l’équipe gagne et la partie est finie. Si elle est fausse, l’équipe perd et les autres équipes continuent la partie.
2.2 Matériel complémentaire
Plateau - pour simplifier la compréhension du plateau et pour que ce soit identifié comme un jeu, nous avons décidé de le construire comme une représentation schématique et colorée d'une coupe d'une cellule animale. Pendant que les étudiants parcourent le chemin avec le pion, ils se familiarisent avec les divers compartiments de la cellule. L’échelle entre les organites est respectée et de nombreuses images de microscopie figurent parmi les indices, offrant aux étudiants une représentation plus réelle de la cellule.
Cahier de notes - tandis que les paires lisent les indices, ils peuvent enregistrer les informations les plus importantes qui pourraient les mener à la solution. Ils peuvent aussi y écrire la solution pour aider à organiser les idées.
Manuel du professeur - un manuel destiné au professeur est fourni avec le jeu. Ce manuel contient les instructions, la présentation du jeu, les références bibliographiques, des commentaires sur les indices, les thèmes qui peuvent êtres explorés dans des leçons suivantes, les indications de sites Internet et la provenance des images utilisées dans le jeu. Une attention particulière a été portée à la suggestion de lecture supplémentaire, en proposant du matériel pertinent et innovateur.
Glossaire - après avoir évalué le jeu avec des groupes de professeurs, nous avons décidé de développer un glossaire comprenant des définitions des mots et des descriptions des techniques mentionnées dans les intrigues.
3. LE DÉVELOPPEMENT DES INTRIGUES
Les intrigues ont été proposées et développées par un groupe d’étudiants en Thèse, des chercheurs en biologie cellulaire, et des professeurs de lycée. Les thèmes ont été sélectionnés afin de permettre une meilleure compréhension de la complexité des phénomènes de la biologie cellulaire (ex. : apoptose) et d’avoir une idée plus approfondie du schéma de la cellule.
Les indices ont été développés selon les critères suivants : un seul indice ne peut pas résoudre l’énigme, ce qui oblige l’équipe à consulter plusieurs indices ; certains indices doivent relater des expériences faites dans le passé et qui ont contribué à l'explication de questions fondamentales sur la biologie ; les indices présentent des tableaux, des graphiques, des images macro ou microscopiques, des schémas, ou des descriptions de techniques qui sont utilisées dans la biologie moléculaire et cellulaire. Notre objectif est de stimuler les étudiants pour qu’ils apprennent à interpréter le langage scientifique et les codes de reconnaissances et conventions graphiques qui peuvent être un obstacle à l’apprentissage (Clément, 1996).
4. LES SEPT INTRIGUES DU JEU 1 – "Un hôte très bruyant"
La question : Comment les mitochondries sont-elles apparues dans la cellule eucaryote ?
Les thèmes abordés sur les indices : la composition de l’atmosphère primitive et les problèmes survenus avec l’apparition d’oxygène ; l’importance de la respiration aérobie d’un point de vue
évolutif (production d’énergie accrue et élimination des molécules toxiques) ; le rôle de la mitochondrie dans la respiration cellulaire ; la similitude entre la mitochondrie et la bactérie au niveau des ribosomes, de la taille et de la forme ; l’effet des antibiotiques sur la synthèse des protéines dans la mitochondrie ; la présence d'ADN mitochondrial ; la symbiose ; la phagocytose comme forme de défense immunitaire.
2 – "Episode de la membrane plasmique"
La question : Comment les lipides sont-ils organisés dans la membrane plasmique ?
Les thèmes abordés sur les indices : La présentation de tableaux et de graphiques contenant des données de l’expérience de Gortel et Grendel ; les différents problèmes inhérents à cette expérience ; le pourquoi du modèle utilisé ; les caractéristiques physico-chimiques des lipides ; la composition moléculaire de la membrane plasmique.
3 – "Surfant dans la cellule"
La question : Comment le virus responsable de l'herpès, après être entré dans une cellule, atteint-il le noyau afin de compléter son cycle ?
Les thèmes abordés sur les indices : L’infection et la multiplication du virus de l'herpès ; la viscosité du cytoplasme et la différence entre le temps hypothétique nécessaire à différents virus pour atteindre le noyau par simple diffusion et le temps réellement pris ; les protéines motrices (dynéine et kinésine) et le transport de vésicules dans la cellule eucaryote ; l'effet de différentes drogues sur le cytosquelette et sur l’infection par le virus de l’herpès ; l’utilisation du cytosquelette par la bactérie Listeria monocytogenes ; le déplacement des pigments sur le cytosquelette utilisé comme technique de camouflage par les poissons ; la technique de microscopie par fluorescence ; le déplacement des organites présentes dans le cytoplasme ; la fonction et la distribution des microtubules et des filaments d’actine et intermédiaires.
4 – "Un pour tous"
La question : Au début du développement d'une main d'un fœtus, les doigts sont unis. Comment ils se séparent-ils ?Les thèmes abordés sur les indices : La sélection de lymphocytesT et les maladies auto-immunes ; la maladie d’Alzheimer ; l’importance des gènes de développement ; les différences entre la mort de la cellule par nécrose et par apoptose ; la technique TUNEL ; la relation entre le développement et les gènes responsables de la mort cellulaire chez C. elegans ; la sélection parmi le stock d’ovocytes lors de l'ovulation ; le cancer et les oncogènes ; la stratégie de suicide d’une cellule infectée par certains virus et la capacité de ces virus à empêcher ce phénomène.
5 – "La perle du Nil"
Les thèmes abordés sur les indices : L’électrophorèse ; la réplication de l’ADN et l’ADN-polymérase ; la PCR ; le polymorphisme génétique ; la structure de l’ADN ; les gènes ; les mutations ; la variabilité génétique ; la quantité d’ADN obtenue selon la méthode d’extraction. 6 – "Sauve qui peut !"
La question : Comment les parasites parviennent-ils à échapper à notre système immunitaire ? Les thèmes abordés sur les indices : Les techniques utilisées par différents parasites pour échapper à la vigilance du système immunitaire ; le rôle du système immunitaire dans la lutte contre les infections ; le cycle de vie du protozoaire T. cruzi ; la production d’anticorps ; le fonctionnement des vaccins ; la théorie de l’évolution ; les échanges d’information génétique entre bactéries ; la résistance aux antibiotiques ; le taux de mutation ; la reproduction sexuée et asexuée.
7 – "Stop !"
La question : Qu’est ce que la réponse inflammatoire ? Quelle est son importance ?
Les thèmes abordés sur les indices : le rôle de la température pour différentes réactions chimiques ; les maladies dues à une réponse inflammatoire déficiente ; la chimiotaxie ; la morphologie et la fonction des principales cellules responsables de la réponse inflammatoire ; l'action des anti-inflammatoires ; la vasodilatation, la diapédèse ; la phagocytose ; le Système complémentaire ; la mémoire immunitaire ; les molécules d'adhérence cellulaire.
5. ÉVALUATION DU JEU COMME UNE STRATÉGIE ÉDUCATIVE
Chaque énigme a été soumise à un spécialiste chargé de commenter et d’évaluer l’importance des concepts, la pertinence des sujets choisis pour chaque indice et la validité des informations.
Le jeu “Célula adentro-Découverte de la cellule ©” a été évalué avec des élèves de lycées publics et privés. Un observateur notait le temps pris pour résoudre les énigmes, le dynamisme, les questions survenues pendant le jeu. Les élèves ont donné leur opinion dans un questionnaire à remplir à la fin du jeu. Le questionnaire portait sur les points suivants : Les étudiants aiment-ils la biologie ? Qu’ont-ils appris de nouveau ? Ont-ils renforcé leurs connaissances ? La difficulté de langage ; la difficulté du jeu ; la clarté des indices ; qu’ont-ils le plus aimé ? Qu’ont-ils le moins aimé ? La durée du jeu ; souhaiteraient-ils avoir plus de classes avec le jeu ? Joueraient-ils à ce jeu chez eux ? Un espace ouvert à des critiques et suggestions était aussi disponible. Les premières évaluations du jeu ont révélé la dynamique du processus, la motivation découlant de la collaboration et le plaisir d’apprendre par le jeu. Les étudiants ont résolu les énigmes et ont trouvé les bonnes réponses, construisant des concepts de la biologie cellulaire d’une façon plus active que dans les cours traditionnels.
L’opinion des professeurs présents pendant le jeu a également été prise en compte. Ils ont répondu à des questionnaires structurés et semi-structurés. Lors d’une troisième évaluation, la méthode de recherche qualitative, le groupe foyer, a été appliquée (Monteiro & Rebello, 2000). L’évaluation est primordiale dans l’élaboration du jeu. Elle permet d’apporter des modifications visant à améliorer l’efficacité du jeu.
Le jeu à été conçu avec pour objectif de : 1) fournir une occasion interactive d'apprendre et d’apprécier la biologie cellulaire ; 2) stimuler la curiosité des élèves ; 3) aider à construire un raisonnement, imaginer des solutions, en tirer des généralisations et les confronter à la réalité pour les valider ; 4) stimuler la confrontation d’opinion, les débats indispensables pour faire avancer la science. Cette nouvelle stratégie semble développer l'imagination, la découverte et le dialogue parmi les étudiants. Elle permet en outre d’allier l’apprentissage compétitif et coopératif (Tanner et al., 2003).
BIBLIOGRAPHIE
ARAÚJO-JORGE T.C., COUTINHO C.M.L.M., MENDES C.L.S., HENRIQUES-PONS A. & AGUIAR L.E.V. (1999). Activités de biologie cellulaire pour favoriser la compréhension de concepts sur la biotechnologie. In A. Giordan, J.-L. Martinand et D. Raichvarg (Éds), Actes des XXIes Journées Internationales l’Éducation Scientifique.
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