ARTheque - STEF - ENS Cachan | Un exemple de l'utilisation de la simulation pour l'étude des populations en biologie

UN EXEMPLE DE L'UTILISATION DE LA

SIMULATION POUR L'ETUDE DES

POPULATIONS EN BIOLOGIE

Ma Jesùs CABALLER SENABRE

Centre de Professors de Torrent et lB Bunol

Valencia

~lUl5 Cl EF 5 _{51mulaliorl. DynamIque des populations.}

RESUf1[ :On présente ici une expénence de BluloYle avec deb élieves de [errrllnaie

(j7-18 ans). On a ess[Jyé de reproduire avec le "T ribolium ca[jtaneUlII" l' illstal I"tion d'une populéltiun dans un milieu, ses variations devant le changement de certaines variables (hufliidité,lumiÈre,nourriture, ... Jet les diffeientscomporternents des anI-maux devant CtS cllangements.

A partir de'cl'tte expérience on pense que la simulation avec des nlouele, vivants peut être tres dIdactIque, mais qu'on risque dt réduire toutes les possibilItés de la réal ité biologique aux bornes qll' illlpo[je l'espèce uti lisée.

ABSIHACT : 511l1ul"tion exercices [Jre of p"rUculélr relevélnce Ifi the preselltatJUn of ISSlles in envlronn,ental aspects of blOlogy. This study bchm,ed the developrllellt of an experimental system .,I,ich can be used for derllostrating popul"tion studies li' "Tllbo-Jium costaneurlI", and ~'ljhictl is appropiote fur use in seunuory-sctloulti.

The major av,,"tages of U,is syslem "re Ils sirnplicily boll, ln prep"r"tlon "nd Hl élpplicaliun, and ils putentÜll vers,Jtility fur demostrating dlfferellt aspects of p~

IN IRODUC

rION

L'8pprel!twsage est un processus lent et compl iqué dans lequel la structure et l'~ vululiun lk la pensée ue l'élève jouent des rôles impurtants ( Piayet,1969 ). Dtlns le processus d'élaboration des répresentations mentales qui sont petit ~ petit coor-données jusqu'à arr i ver ~ la formulation des conceptes ( Giordan, 1978 ) les élèves élaborent des mudèles interprétati fs des phénomènes, processus, •.. Ils élaborent une idée personelle de la rétllaté qui bien que souvent erronée ( Astolfi,1978 ) -leur est uta~pour leur developpement normal dans le processus d'apprentisage.

Une tâclle fondamentale dans nota'e fonction didactique serait d'obtenir que ces re présentations mentales ne deviennent pas des conceptions ankylosées et inchanyeables ce qui renurait ILdpprentissaye difficil ... Il existe, en effet, une relation étroilè.en-lre l 'acquIsltlun de connaisances et d'adresses et les orientations didactiques qui guident l 'aellon edlJcéllive ( Gl1,19B3 ).

Délns un conlexte didactique qui tienne compte de la structure cognitive de l'élève l'une des teclrllques dunt peut se servir avec profit est précisement l'utilisation de modèles: puisque les élèves on tendence à en élélborer, 11 sera élssez facile d'intro-uUll'e des structures simples et maniables qui représentent avec urie certaine vraisem-blance - des Inodèles - les aspects nouveaux ou é1bstrélits que nous voulons faire con-naître à nos élèves ( IJeller, 1970 ), Ces modèles proposés pendent le processus didac-tique cont ri LJuellt à formel' les représenlélt ions ment ales des élèves: plus on tiendra compte de leurs ]uées Ilituitives comme poi t de départ, plus on aura ues possibi lités d' atlelildre une plus granue efficacité délns l'utilisation de ces lIIouèles dtlns le but u'arl'lver

a

un apprentissage Significatif tel que l'apprenant developpe SéI capacité u'apliquer les COlmalSSélnces acquises

à

des situaUons nouvelles ( Nov<Jk,1982

l.

l 'elliploi des modèle" dans le processus éducatif, bIen que peu utilisés JlJoqu'à pr~ sellt, peul jouer un rôle décisif ( Mélrtinand, 1986

J.

Il s'agIrait d'étudIer les im-plictltions de ces modéles en ce qui concerne la psychologie de l'dpprentissage : Com menl pourrall-on rendre leur appl icallOn plus efIcace ? comment s'en servir cOl'l'ecle-merlt ?

Pul'mi les typ~s ue muJt..des que l~s éleves peuvellt utiliser, l'uli ù1t::lllre eux a eu ulle IInportünce parllClJllere: c'est celUI qui correspond élUX espèces faciles" entre-t"lllr en laourdtoae; avec elle" on peut SImuler des situatuions, des paramètres de développement, ue CrOI"Sance, ... réaliser des observations direcles el essayer leur appllc"tion et yéllérdllsation a d'autres espèces.

Des projets éducatifs élllssi renommés qlJe celui de BSCS ( 1968 et éd. post. ), Nuf-fielu ( 1968 et éu. post. ) et le Allstra!lan Science Educallon (1973 ) ont Incorporé ces mouèles, surtout uans des études de croissance des populations ou uans des études qlJI rdppnrtenl à des a5fJeets de nutrition. Notre travail suit cette voie et une par-tie de I~tre étude esl cWlsacré a l'élnalYse uu modele utIlisé. te prublellle qui se

pu-se est le suivant: les él~ves peuvent-Ils comprendre ce que c'est un mod~le? Peuvent-ils en tirer des conclusions génér~les? Quels sont les types de mod~les susceptibles d'être utilisés? Est-ce que

l'ulilisalio'l des esp~ces vivantes S8I't cumme mod~le?

PLAN DU TRAVAIL

On propose aux élèves de faire des recherches pour établir cOllIrnent s'installe une population nouvelle et quels sont les f"eteurs qui pourraient influencer cette install"tion. D'Ici s'écuule Ilne dyn.ê. myque de cours dans laquelle les él~ves érnetlellt de lIypotll~ses,des raisonnements, des explications, funt des recherches llildiographj(1ues et des proposllions de lravail Nombre d' él~ves Age Niveau Type de travail Durée Th~mes traités

28 él~ves dans le group A

20 B

19 C

20 D

17-18 ans

Terlllinélle

Discussion, Expusé du poubj~me et expeli-melitation,Formulatlon d'hyputllèses. Dans des equipes de cinq él~ves

8 semaines

Culture de l'espèce

reconnaissance et identific8t.on de sexe Croisement d'esp~ces

Etude du mimetisrne, V1V. camuuflage ...

~tabli5sement des courbes de crOl~sance

Effet de la superpopulation

Verification de l'hérédité du sexe

Observation du cornportement devallt les chan gements de l'humidité, luminosité 011 quantl té de nourriture.

[VALUATION

Puur éVëluel' cetle expérience nous aVOllS lenu comple de J.Jlusieurs a.§.

f'ecl:;: Ld capdcilé de f'lanifier llne dctiviLé et de chercher des connais-sances nouvelles, le niveau de cOfldissnnces-adresses acquities par l'élève, les influences du modèle utilisé pOllr la simulation sur les yénéralitiatl ons qU'Ils vonl faire •.•.

11 s'agit dons d'un plan qui se propose d'aflalyser beducoup d'aspecls de grande illfluence ddns le processus d'apprentissage. qUI veut mOfltrer l'inlérêt ( ou non de la simulation dans le processus didact ique, el sur un sUJel spécifique.

-Comme élément de contrasle on s'est servi des donnés ~ournies par des él~vesde même fige ( d'un autre étdblissement scolaire) aux caractéristi ques slmlldires et donl le professeur de Biologie avaJl Ull programme et une mélhode yénér"le similaire.

Nous "von:; Lnt des contrôles de plusieurs gellres:

'U" exercice or"l dans lequel on propose

à

l'él~ve de réaliser une expll c"tlOll lIbre de ce que sont les populations animales et cummellt elles fo~ tlonent dans Ull milieu donné.

A pdrtir des résulldts on peul dire qu'il n'y a pas de différences slgnificdtives en-lre les é Jèves des groupes. Les"élèves-tellloin" on préseflté un rendement sensiIJlemeflt IIlférieur ( 2'7 poillts sur 20 ) a celui oIJtenu par les groupes d'élèves qui onl parti cjpé

à

l'expél'ienL'e.

Ddns Id plupart des cas,les e~emples donnés par les élèves faisaienl référence allX pelils insectes ou correspondait au Tribolium.

'Un exerc ice éCl'lt cumposé de 20 i lems dans l '1ntenti on de cerner les co.':.! lenus progriJmés. Seize items avaieflt des réponses ouvertes ce qui nous permell'"it de constaler les erreurs conceptuels, degré de compréhension.

etc.

Les résull8ts ouelnus par les groupes experumentaux et les groupes "t~ 11I0111" prétienldie"t dl fférences slgni ficatlces ( l ' 7 point sur 20 ). Pour le proffesseur 11)' a des aspects silJnificallfs:

QUand le élèves, ils expliquel1l ou donent des exemples, ils font al-lUSions ~ des "specls ouservés diJflS le TriIJolium. plut5t que d'autres exemples d'usage plllti fréquent ddl1S les explications et ddns les textes.

Ce qUI pourrall êt re interprété comme una illfluence directe du modèle utilisé.

Entretien individuel au cours duquel on a demandé a l'êl~ve d'expo-ser co",,,,ent il résoudr"it un problème qui neceositail lHl

apprenliss-,!-ye de conceptes nouveaux.

Les éleves qui onl parlicipé

1

l'expérience furmulalent d'aburd une h y pot he5e

à

par t i r de ce qu' ils 5a ven t dejà, pu i s i l s 0l'Y"" i sen t un plan de t ra v ail poul' 1 a v él'i fie r au ma yen d' exp él'i en ces sim pIe sou des consultatiuns biblographiques.

Presque tous les élèves inlerviwés onl proposé de réalIser les ex périences avec une espèce biologique concrète, puis ils pensent à LJ~ néraliser leurs ubservations ( seulment qlJelques uns onl proposé de

réaliser des expériences avec plusieurs especes dirfererlt~;

Les groupes "témoins" n'unt pas formulé deo Ilypoth~ses.

Pour mieux faire l'évaluation, après la rééilisaLiorl des expérienct=:s

on a proposé un type d' exercices ou les él~ves dev8i ent répolldre" des questiuns ouverles avec la posibililé de consulter une bJbliugruphie de base qui ne contenBit pas les exemples proposés duns l'exercIce, S8ns limitation de temps. Les questions faisaient délibéremellt réference

à

des cas de populations sensiblementdifférenl du "Trlbullum" puur véri-fIer l'influence que le modfode vivant pouvail avoir sul' les élèves.

Puur des raisons psychologiques évidentes, les élèves SUIJlSSeflt un fort anlhropocentrisme et ils ont une tendance syslélflBtique il metlle l'ac cent sur les cactéristiques animales D'un echosyst~me; ils oublie"t souvent les pupulation végélales et les facteurs 4ui unt ulle Illf Juence sur celles-ci.

le fait d'uliliser des modèles commenl le "Tribuliun " pour faire des slmulat ions agrave ce phenomene et dérive le concepte "populatiun" vers les caracléristiques des populalions d-insectes, spécialrnefll en ce qUI concerne la dynamique de leur réproducliu" el les facleu!"s qUl

affectent celte dynamique.

CONCLUSIONS

La simulation du developpement d'une pupulation avec l'utilis8tlull d'animaux ~ culture facile en laboraloire est un mod~le qui peut ~tre 1 !"es ulI l.

Une fuÙ, dépassées les upérat ions de base pour leur manipuJütIUIl, ils sont capables de décider et de planifIer des expériences pour

ré-soudre des probl~mes poncluels.

En ce qui concerne la validilé de la m~thude employé il faul cons-later qu'elle dunne lieu ~ des pruposilions i"léresanles pour des tr~ vaux ultérieurs. Les élèves onl lravaillé la formulaliun dus hypothèses planificalion d'expériencies el consullalions bibliographiques, rigeur dans la pri-se dec; dunnées et, moins suuvent: réfurmulation d'hypothèpri-ses.

II selllbieralt, cependant, que la simulation de situations avec l'ulilissation d'êtres vivants, bien que lrès dldaclique, peul produire des

yénérali-sEltions a-criliques des réductions de la realité biologique aux liml~es de l'esJ.l~ce ulilissé comlDe mod~le.

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