SIMULATION PAR L'ÉLÈVE DE PROCESSUS
BIOLOGIQUES AVEC AUTHORWARE
Claude BÉGUIN
Collège du Cycle d'Orientation de la Gradelle, Genève
MOTSCLÉS : SIMULATION PROGRAMMATION REPRÉSENTATION CONSTRUCTION PARTICIPATIVE DIGESTION AMIBE -REPRODUCTION - CIRCULATION
RÉSUMÉ: Avec les élèves de 6 classes du degré 8 (13 - 14 ans), répartis en groupes de 7à12 (demi-classes), une observation au laboratoire (capture par l'amibe de sa proie), ainsi que des séquences de travail à partir de modèles anatomiques du corps humain (appareils digestif, reproducteur et circulatoire), ont été complétées par un travail en atelier informatique au cours duquel les élèves ont réalisés eux-mêmes de courtes animations avec Authorware.
SUMMARY : Students from six 8th grade classes (13 - 14 years old). in groups of 7 to 12 (half a c1ass), supplemented a laboratory observation (capture of prey by an amoeba). and the exploration of human anatomical models (digestive. reproductive and circulatory apparatus), with work in the computer workshop where the students created their own short animations of the phenomena studied with Authorware.
1. INTRODUCTION
En charge, pendant plusieurs années, des cours de biologie dans des classes de 8ème G (générale) d'un collège à sections du Cycle d'Orientation, j'avais pu mesurer la difficulté de motiver ces élèves peu scolairesàune représentation abstraite du fonctionnement des êtres vivants. Leur attention au discours du maître est de courte durée. Une notion 'dite' ne représente pas grand'chose pour eux et n'éveille que peu d'intérêt de leur part. Bénéficiant de la possibilité de travailler avec eux en demi-classe (8 - 10 élèves), j'ai entrepris la série de travaux présentés ici. Mon postulat de départ, qui ne concerne d'ailleurs pas que les élèves dits 'faibles', et dont j'admets personnellement la validité pour tous les apprentissages dont l'objectif consiste en l'acquisition d'une représentation abstraite de la réalité, est qu'il n'est pas suffisant de dire une notion à l'élève;ilest aussi nécessaire de la construire avec lui, au cours d'un processus didactique qui implique sa participation active. Avec les élèves pré-cités, je misais aussi sur la réussite d'une production personnelle pour augmenter leur motivation à apprendre. Le logiciel Authorware Professionnal, qui permet de créer des animations grâceà une programmation d'objets, relativement facile à maîtriser, m'est apparu comme un outil adéquat pour permettreà l'élève de concrétiser sa représentation d'un processus cinétique.
Letravail relaté dans cette communication représente une première étape de mise en oeuvre en classe d'un projet dont les contours précis restent encore à définir. Nombre d'aspects, normalement associés à une telle entreprise, n'ont pas été approfondis. Il en est ainsi du problème de l'évaluation des élèves, comme de celle de l'acte d'enseignement lui-même.
2. LE TRAVAIL EN CLASSE
2.1 Premières réalisations: simulations du transit du bol alimentaire
Dans le cadre de leçonsà3 classes de 8G sur la digestion chez l'être humain, j'ai proposé aux élèves de créer,àl'aide de l'ordinateur, "une sorte de dessin animé, représentant le trajet des aliments dans notre corps".J'ai alors planifié sur 7 leçons de 90 minutes une séquence d'étude du transit du bol alimentaire, comprenant les étapes suivantes:
a) observation du modèle anatomique et de son fonctionnement; réalisation par les élèves;
b) d'un premier dessin de l'appareil digestif;
c) d'une version infographique de ce dessin à l'aide du logiciel MacPaint sur Macintosh; d) collage de cette dernière dans une icône d'un fichier Authorware et réalisation de
l'animation.
La première étape a été conduite sous la forme d'une discussion amorcée par une brève présentation de ma part.Lesupport en était un très classique modèle anatomique modulaire du corps humain.
Pour la réalisation de l'étape b, j'ai donné divers appuis aux élèves en apportant des corrections à leur dessin, en le leur faisant confronter au modèle, puis corriger ou refaire.
Les étapes a et b ont eu lieu en classe pendant 2 leçons de 90 minutes, de manière répétitive et redlndante, la première étant reprise à diverses occasions lors de l'exécution de la seconde.
Les étapes c et d se sont déroulées en atelier informatique Macintosh SE,àl'aide des lociciels Mac Paint 2.1F(Claris Corp.) etAuthorware Professionnalversion1.5.2 (Authorware Inc.), limitée à50icônes.
Pour l'étape c(2 à 3leçons de90minutes suivant les élèves), j'ai donné aux élèves la consigne deréaliser une image simplifiée dans l(J(juclle le tube digestifest ininterrompu, permettant le passage, de l'uneàl'autredeses deux extrémités, d'un objet représentant les aliments.Cette étape a permis aux élèves de clarifier leurs représentations de l'appareil digestif, notamment de faire la distinction entre les organes traversés par la nourriture et les glandes digestives.
La plupart des productions consistent en une animation simple du transit du bol alimentaire réalisée grâceàl'optionFixed Path (10 - 30 sec., 'Wait until done') de la procédure de déplacement d'Authorware. Avec quelques élèves, j'ai exploré un certain nombre de pistes offertes par les possibilités d'Authorware,en particulier l'affichage de commentaires et l'intervention en cours d'exécution de la simulation. La figure 1 montre une impression d'écran de l'un des travaux avec l'édition d'un déplacement du bol alimentaire.
13:23:57 ~
Figure 1 : impression d'écran de
l'un des travaux avec édition d'un déplacement (triangles) du bol alimentaire (cercle noir).
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apendice
2.2 Simulation d'une observation au laboratoire
La capture de sa proie (Tetrahymena) par l'amibe (Amoeba proteus) constitue une situation privilégiée d'observation pour les élèves.
Grâce au laboratoire de protistologie de l'Vniversité de Genève, nous disposons de cultures pures d'amibes et de tétrahymena. Après avoir laissé'àjeun' les premières pendant 24à48 heures, la phagocytose des seconds a lieu de manière reproductible et peut facilement être observée.
Avec 2 autres classes, de même profil que les précédentes, j'ai réalisé un travail d'observation et de simulationà partir de cette situation.
La situation expérimentale a été présentée aux élèves sans interprétation préalable. Comme dans la séquence précédente sur la digestion, j'ai les ai aidés àélaborer une interprétation de leurs observationsàpartir de leurs idées et de leurs questions.
Il est intéressant de relever que, pour eux, le modèle que nous admettons sans réserve ne va pas de soi. La proposition qu'ils avancent le plus fréquemment, peut-êtreà cause de la lyse observée des amibes consécutives aux conditions de l'observation (échauffement par la lampe du microscope, carence en oxygène), consisteàdire que le tétrahyména 'attaque' l'amibe et l'envahit, qu'il se nourrit de ses granules et la détruit. C'est donc au terme d'une discussion en classe que l'idée est partagée par tous les élèves que l'amibe paralyse sa proie, l'entoure de ses 'bras' (pseudopodes) qui se rejoignent et se 'collent' (fusionnent) pour former une vacuole dans laquelle la proie est digérée.
Àpartir de ce travail qui s'est déroulé au cours de 2 leçons de 90 minutes (en demi-classe), nous nous sommes déplacés dans l'atelier informatique où chacun a conçu une série d'images représentant les différentes formes que prend l'amibe pendant la capture, et réalisé une animation qui a permis de mettre en évidence la relation entre les déformations successives du prédateur et la capture, puis la destruction, de sa proie.
Chaque élève a consacré 3 séances pour réaliser l'infographie et l'animation.
2.3 Simulation du déplacement des cellules reproductrices (être humain)
La démarche relative à cette séquence, est en tous points semblable à celle menée pour le transit du bol alimentaire. Elle a impliqué les mêmes élèves que la séquence précédente et a nécessité 5à6 séances de 90 minutes en demi-classe. La figure 2 montre une impression d'écran de l'un des travaux.
2.4 La simulation des petite et grande circulations
Cette dernière partie du travail, sur un autre sujet d'anatomie et physiologie humaine, s'est déroulée dans un contexte différent des trois premières. Elle vient d'être achevée avec une classe de la section S (scientifique), de profil différent, pré-gymnasial.
Avec une telle classe, le maître est soumis à des contraintes institutionnelles, liées à une évaluation certificative beaucoup plus contraignante qu'avec les élèves de la section G.
Q:21 :48 .,
Figure 2 impression d'écran avec édition du déplacement des spermatozoïdes dans le canal déférent.
Il s'agissait donc, pour moi, d'adapter à ces contraintes une technique de construction participative des notions par les élèves et de pédagogie interactive.
J'ai donc choisi, après un travail préparatoire à partir des modèles anatomiques du coeur et du tronc, de donner aux élèves un mandat bien délimité:
- dessin infographique du coeur;
- collage de ce dessin dans l'icône vide d'un 'proto-programme' contenant les schémas déjà mis en place des petite et grande circulation,
- éditer 3 déplacements représentant chacun une étape du circuit complet du sang. Les 3 déplacements proposés sont fonnulés par écrit de la manière suivante:
circl:parcours du sang, chargé de gaz carbonique, de son entrée dans l'oreillette droite du coeur jusqu'à l'endroit où il est oxygéné;
circ2:parcours depuis cet endroit jusqu'aull tissus où l'ollygène est consommé;
circ3:retour du sang à l'oreillette droite du coeur.
De plus, une brève description des échanges gazeull entrecircletcirc2et entrecirc2etcirc3 a été demandée qui doit apparaître à l'écran en cours de simulation.
Les élèves ont eu à disposition un document d'anatomie et de physiologie de la circulation (Bakonyi et al). Trois séances ont été nécessaires pour accomplir l'ensemble de la séquence.
Les consignes données pour la représentation du coeur laissaient le choix àl'élève d'une représentation 'naturaliste' ou 'schématisée', cette dernière pouvant même aller jusqu'à la représentation d'un coeur 'artificiel' (de fonctionnement similaire, évidemment,àcelui du coeur 'nature!').Lareprésentation des valvules n'avait pas à être prise en considération.
3. CONCLUSIONS
Conjointementàla réalisation de leur animation, les élèves ont été amenésàclarifier leurs idées sur le système dont ils représentent le fonctionnement.
L'enjeu que représente manifestement pour eux la réussite de leur production, les a contraintsà
réfléchir sur le processus dont il construisaient la simulation.
Leurs erreurs et les corrections apportées à leur travail, les ont conduit à interpeller régulièrement le maître pour clarifier leurs représentations, etàexpliciter leur pensée.
Par ailleurs, chaque exécution du programme, lors de sa mise au point, exposait l'élèveàla représentation qu'il s'était construite, lui permait d'y réfléchir et, peut-être, de la consolider.
Comme je l'ai dit au début de cette communication, aucune évaluation n'a été conduite pour préciser l'efficacité d'un tel acte pédagogique.
Un fait m'apparaît cependant certain; l'application manifestée par les élèves peu scolaires de 8G durant ce travail contrastait avec leur comportement souvent très dissipé dans les cours detype classique.
Par ailleurs, la difficulté constatée des élèves à reconnaître une image fixe extraite d'une animation me semblent légitimer les activités de simulations.
Je suis convaincu qu'une telle démarche a sa place, à côté d'activités au laboratoire, d'observations sur le terrain, de travaux de recherche ou d'exploitation de documents, dans une didactique de la biologie où l'élève, épaulé par le maître, construit son savoirà travers des entreprises qu'il s'approprie, qui le motivent (en même temps qu'elles motivent le maître!),et qui le stimulentà communiquer ses idées.
BIBLIOGRAPHIE
BAKONYI (M.), BOSSUS (A.), LOUMONT (C.),MOREL (C.-L.),MOSER (P.), RICHARD
(C.),Biologie SE, S et Option 2, Département de l'Instruction Publique, Genève, 11.034.83 03/446.
