ARTheque - STEF - ENS Cachan | La culture in vitro : une biotechnique moderne . Comment y accéder ?

LA CULTURE

IN VITRO:

UNE BIOTECHNIQUE MODERNE.

COMMENT

y

ACCÉDER?

Iman KHALIL

U.F.R. de Didactique - Paris 7

MOTS-CLÉS:APPRENTISSAGE - CULTURE IN VITRO - ERREURS - ÉVALUATION-ÉLÈVES DE SECONDE - OUTIL DIDACI1QUE

RÉSUMÉ:Une recherche portant sur l'analyse de l'apprentissage de savoirs nouveaux (culturein vitro) introduits dans l'enseignement des classes de Seconde en Biologie fait apparaître un certain

nombre de difficultés spécifiques rencontrées par les élèves. On peut proposer certaines aides didactiques.

SUMMARY: Analysis of Iearning new knowledge (culture in vitro), introduced at the first

secondary classes reveals cenain specific difficulties faced by the students. We try ta propose certain didactic aids.

I. L'II'>IPO({TANCE DES BIOTECHNOLOGIES DANS LES SOCIÉTÉS l\tODERNES

Les dernières décennies ont été marquées par un développement rapide des sciences et des techniques. Par ailleurs, la diffusion du savoir scientifique est permanente et de plus en plus rapide, grâce aux médias qui informent régulièrement sur son évolution. Les biotechnologies couvrent de très vastes et divers domaines puisqu'il s'agit de la mise en œuvre de systèmes vivants au profit de la société: c'est l'utilisation par l'homme d'organismes vivantsàdes fins de production de substances diverses, alimentaires ou non alimentaires. La notion est très ancienne et remonte aux premières domestications opérées par l'homme, tant dans le règne animal que végétal. Cependant les progrès des connaissances en physique, chimie et fondamentalement en génétique moléculaire, ont récemment conduit à une maîuise de l'utilisation des systèmes vivants de plus en plus efficace.

Les applications des biotechnologies aux domaines de l'agriculture et de l'agronomie sont d'une importance considérable: obtention rapide d'un grand nombre de plantes par culture in Yi/m,

introduction des gènes étrangers dans le génome par génie génétique, mise au point de méthodes d'élevage, par exemple. Ainsi, la culture in YiIro permet de mettre, très rapidement etàn'importe quelle saison, des milliers de rosiers sur le marché tandis qu'autrefois, il fallait allendre des années pour parvenir à un même résultat. Quant au génie génétique, il pelll1et d'identifier directement des gènes produisant un caractère désiré et de les transféreràla variété de plantes qu'il s'agit d'améliorer. Les deux différences principales avec la sélection classique, en plus du gain de temps considérable, sont la transgression des barrières de l'espèce et le choix du gène améliorateur chez n'importe quel être vivant.

La très grande diversité des transgènes (gènes transférés à la plante) possibles permet d'envisager la création de nombreux types de nouvelles variétés végétales en réponse aux besoins de la société. Il s'agit par exemple de faciliter les pratiques culturales et d'augmenter les rendements: transfert de gènes de résistance à des herbicides,àdes insectes,àdes maladies; amélioration du rendement dans des conditions climatiques difficiles; diminution de l'exigence en engrais; création d'espèces hybrides. Ces quelques exemples montrent que la puissance de la transgénèse dépasse de loin ce que la nature peut faire par elle même et, par conséquent, il se pose le problème de la sécurité. Quelle sera, par exemple, l'acceptabilité vis-à-vis des produits de consommation transgéniques de demain? N'y a t-il pas un risque dans l'utilisation du maïs transgénique? Que nous réservent les semenciers, les agronomes, l'agrochimie? Autant de questions que doivent se poser respectivement producteurs, industriels et consommateurs devant les avancées de la biologie animale et végétale.

Après celle introduction, on peut se demander comment ces biotechniques sont présentées dans l'enseignement scientifique, surtout que ce dernier peut être le reflet de l'actualité des sciences et de leur impact sur la société. Voyons l'exemple de "la cultureinyi/ro"enseignée en classe de seconde sur laquelle a porté notre recherche.

2. POINT DE DÉPART DE LA RECHERCHE

Dans l'enseignement scientifique actuel en France, les responsables ont tendance à introduire rapidement dans les programmes des savoirs nouveaux. que ce soit en physique ou en biologie. On peut penser qu'il y a là, une volonté de suivre l'évolution des sciences et techniques mais qu'il y a aussi le poids des médias qui panicipent largement à la diffusion des nouvelles technologies. C'est le cas de la culturein vitrointroduite en classe de seconde depuis 1987 et qui a pris le pas sur la multiplication végétative classique (marcottage, bouturage...).

Des discussions avec plusieurs professeurs de biologie, il resson que cet enseignement de la culture in vitro,envisagé essentiellement sous forme de T.P. leur a posé de nombreux problèmes ainsi qu'à leurs élèves. Cenains de ces enseignants ont même été jusqu'à supprimer ces connaissances de leur enseignement. Sur le plan didactique, pour interpréter les difficultés rencontrées par les élèves, nous avons avancé les quatre hypothèses suivantes:

- acquis antérieurs insuffisants,

- transposition didactique inadéquate (programme et manuels), - complexité du domaine enseigné (technique et théorique), - manque de formation des enseignants.

Pour élaborer ces hypothèses nous nous sommes situés sur le cadre de référence didactique suivant : - L'appropriation du savoir passe par des moments de structuration. La progression dans la construction d'un savoir ne se fait jamais d'une manière linéaire mais plutôt en réseau (DE VECCHI, 1994). La démarche d'apprentissage se définit alors par une sorte de "trame conceptuelle" (Aster, I.N.R.P., 1985).

- La cohérence dans les connaissances construites, conduitàdéfinir en didactique le concept de "niveau de formulation" en rapport avec des champs de validité (GIORDAN, DE VECCHI, 1989). - L'élève dans le modèle constructiviste est placé au centre du processus d'apprentissage (PIAGET, GIORDAN, DE VECCHI, 1987). Ne pas prendre en compte l'apprenantàtravers ses "conceptions" (GIORDAN, 1987), constitue un handicap sérieux dans l'acquisition d'un savoir.

- L'expérience aide ou engage la construction d'un savoir donné chez l'élève (PIAGET, 1950 ; WEIL-BARAIS, 1993).

3. STRATÉGIE DE RECHERCHE 3.1 Cadre de référence scientifique

Nous l'avons établi à partir des ouvrages de DEMARL y, 1989 et ZR YD, 1985 et d'articles spécialisés. Ce cadre scientifique regroupe des concepts scientifiques de la culturein vitroet des concepts liés aux techniques correspondantes.

- Concepts scientifiques: Totipotentialité de la cellule végétale. Différenciation et dédifférenciation cellulaires. Corrélations physiologiques et hormones de croissance. Conformité et variabilité génétiques.

- Concepts liés aux techniques asepsie, milieu de culture, nature de l'expiant, environnement physique (tO, lumière... ).

3.2 Grilles d'analyse

À partir de ce cadre de référence scientifique, nous avons analysé, d'une part, les programmes de biologie (collège et seconde), d'autre part, les manuels de seconde sur la culture in virro. En s'intéressant au degré de conceptualisation du contenu, nous avons établi des grilles d'analyse. 3.3 Enquètes

Deux séries de questionnaires ont été proposées aux élèves:

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Une première série de deux questionnaires avant tout enseignement pour évaluer les préacquis de ces élèves sur la cellule, les chromosomes, l'information génétique, les gènes, et l'A.D.N. :

- un questionnaire à réponses ouvertes et s'adressant à49élèves, - et un questionnaire à réponses fermées et s'adressantà28 élèves.

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Une deuxième série de deux questionnaires pour évaluer les acquis des élèves sur la culture

in virroaprès un enseignement traditionnel:

- un questionnaire à réponses fermées(62élèves), - un questionnaireà réponses ouvertes (53 élèves). 4. RÉSULTATS

4.1 Analyse des instructions et des programmes

Les instructions officielles fixent pour l'enseignement au niveau secondaire des objectifs de méthode active et d'enseignement d'actualité: c'est le cas de la culturein vifro. Or,dans les programmes de 1987,on constate l'absence des concepts de base nécessairesà l'assimilation de la culturein virro.Ce manque de cohérence avec la finalité de la formation scientifique exprimée dans les textes officiels, empêche une structuration solide des connaissances (GIORDAN, DE VECCHI,1989),et renforce notre deuxième hypothèse (programmes inadaptés). Devant le relatif échec de ces nouveaux apprentissages, les nouveaux programmes de1992ont introduit davantage de concepts scientifiques. 4.2 Analyse des manuels

Deux périodes ont été distinguées. La période de 1987 :c'est surtout l'aspect technique qui est traité et non pas les concepts théoriques. Ce qui reflète l'esprit des programmes de1987et montre que les manuels ne compensent pas l'insuffisance de ces programmes. La période de 1993 :dans ces manuels, parusà la suite des nouveaux programmes de1992nous avons remarqué un changement dans la présentation de l'aspect théorique de la culturein virro(développement de certains concepts comme la totipotentialité, différenciation...). Ces manuels et les concepteurs se sont rendus compte que l'enseignement purement technique de la culturein virroposait un certain nombre de problèmes. Ceci conforte aussi notre deuxième hypothèse.

4.3 Enquêtes auprès des élèves

- Les résultats des questionnaires sur les préacquis des élèves avant tout enseignement montrent que les connaissances antérieures des élèves sur la cellule et le matériel génétique, ne sont pas suffisantes pour assimiler ce qu'implique la culturein vitroau niveau de la cellule et du génome, sans parler du niveau moléculaire, Ceci confone notre deuxième hypothèse.

- Les résultats des questionnaires après enseignement, montrent que la majorité des élèves ne maîtrise pas ce qu'est la culturein vitro,ni sur le plan technique ni sur le plan conceptuel comme nous l'avons exprimé dans la première et la troisième hypothèse.

Il s'agit là d'une étude qualitative ponant sur un échantillon non représentatif et d'une évaluation à coun temne. Ces résultats peuvent être utilisés comme point de départ pour des recherches ultérieures.

5. CONCEPTION D'UN

OUTIL

DIDACTIQUE

Compte tenu des résultats obtenus, on peut se demander s'il est possible d'améliorer l'acquisition des connaissances des élèves par un enseignement respectant les instructions offIcielles mais introduisant un certain nombre de concepts non présents dans les programmes.

5.1 Apprentissage

Celte séquence s'est déroulée pour une classe (étude réalisée au lycéeF.VillonàParis, dans la classe de Mme Michelle DUPONT qui a suivi notre recherche) selon les étapes suivantes:

- Séance de T.P. (culture de feuilles d'endive).

- Cours (aspects théoriques et techniques par rapport au cadre scientifique),une semaine après. - Deuxième séance de T.P. (résultats et discussions) trois semaines après le cours.

5.2 Évaluation de cet enseignement

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Outils: l'évaluation a été réaliséeàl'aide d'un questionnaire et d'entretiens.

- La passation du questionnaire a eu lieu auprès de deux classes: une classe (51 élèves, 2 groupes) ayant suivi la séquence d'enseignement et une classe (53 élèves, 2 groupes) témoin ayant suivi un enseignement classique.

- Les entretiens ont été effectués avec 15 élèves ayant suivi cette séquence et dont les réponses au questionnaires étaient évasives ou fausses.

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Principaux résul tats :

- les erreurs concernant des concepts généraux sont plus fréquentes chez les élèves qui n'ont pas suivi la séquence d'enseignement:21% d'entre eux pensent qu'une cellule animale redonne un animal entier alors que seulement 12% de nos élèves disent la même chose dans l'autre groupe

- les élèves ayant suivi la séquence ont acquis des concepts spécifiques de la culturein vitro(ce qui n'est pas le cas chez les autres élèves) : comme la totipotenlialité (22%), différenciation-dédifférenciation (20%), différenciation-dédifférenciation-besoin de sucres (45%).

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Interprétation: Sans revenir surlanon signification statistique des pourcentages (petits effectifs). ces résultats nous permettent de de penser qu'ilya eu une influence certaine de cette séquence.

6. CONCLUSION

Si l'influence de la séquence d'apprentissage sur les acquis des élèves semble positive, les résultats obtenus restent cependant bien modestes. L'ampleur des problèmes liésàl'introduction de nouveaux contenus est énorme et on peut s'interroger sur le bien fondé qu'il y aàintroduire trop rapidement de tels contenus dans les programmes sans que les concepts scientifiques de baseysoient explicités et sans que les enseignants soient formés (même si actuellement les cultures in vitro sont d'une importance économique indiscutable), Alors, comment doit évoluer l'enseignement scientifique quand il s'agit de domaines qui touchentàla technologie etàses aspects économiques?

Nous pensons qu'ilya deux pointsàprendre en compte: 1. La séquence d'enseignement proposée aux élèves de seconde, présente le savoir "culturein vitro"au niveau cellulaire (sans évoquer le niveau moléculaire). Mais,ils'est avéré que c'est un domaine difficile pour les élèves. D'où l'intérêt, nous semble-t-il, qu'il y aurait àproduire un savoir spécifique de la culture in vitroet non pas d'enseigner le savoir "savant" tel qu'il est. 2. Ensuite, le recours à l'histoire pourrait être d'une grande importance dans la démarche pédagogique. En effet, beaucoup de biotechnologies existent depuis très longtemps (microbouturage, marcottage, fermentation, pain vin, fromage ... ) et elles sont, peut-être, plus familières aux élèves. Pratiquables en classe, elles pourraient être utilisées comme point de départ pour montrer aux élèves qu'elles peuvent être améliorées économiquement (rendement, qualité... ) par les culturesin vitro: ces biotechnologies ont remplacé la sélection massale. Cette stratégie pourrait attirer l'attention des élèves et les aideràmieux assimiler ce savoir nouveau. Elle n'est jamais explicitée ni dans les programmes ni dans les manuels.

BIBLIOGRAPHIE

DE VECCHI G.,Aider les élèvesàapprendre.Paris: Hachette, 1994.

Procédures d'apprentissage en sciences expérimentales,Aster,Paris: I.N.R.P., 1985.

GIORDAN A., DE VECCHI G.,L'enseignement scientifique: comment faire pour que ça marche? Nice: Z' Èditions, 1989.

GIORDAN A., DE VECCHI G.,Les origines du savoir,Neuchâtel: Delachaux, 1987. PIAGET1., INHELDER B..La construction du réel chez l'enfant,Neuchâtel: Delachaux, 1950. WEIL-BARAIS A.,Construction des concepts en physique,Paris: Hachette, 1993.

DEMARLY Y.,Amélioration des plantes et biotechnologie,Paris: Masson, 1989.

ZRYD J.-P., Cultures de cellules. tissus et organes végéraUJ:, Lausanne: Presses polytechniques, 1985.