Les technologies informatiques au service de l’apprentissage individuel

Les technologies informatiques au service de l’apprentissage individuel

Ma carrière d’enseignante en SCiences précédée de celle de biologiste médicale, m’amène à vérifier un outil permettant de valider l’acquisition de connaissances produite par une expérimentation. Coquidé (2000; 2007, 20 Il) explique que la meilleure façon de faire apprendre les sciences est de faire expérimenter. Il est d’actualité de jeter un regard sur la pertinence d’une approche pédagogique proposant la dissection au secondaire. Donc notre recherche validera la composition de modèle mental conséquente à une dissection. La présente étude vise à vérifier la qualité des modèles mentaux sur la circulation sanguine et sur le cœur qui pompe le sang. Notre intérêt dans cette étude est d’analyser l’organisation mentale de la circulation sanguine par des élèves de troisième secondaire en utilisant les deux modèles de dissection, virtuelle et réelle afin de les comparer.

Considérant que l’apprentissage passe par la reconstruction de modèles mentaux, les courants de recherche ont apporté des éclairages variés sur les façons dont les élèves abordent l’acquisition de connaissances des sciences. De ce fait, la première conception de l’élève se trouve renforcée au fil d’une transformation et d’une adaptation logiques envers de nouvelles expériences. De plus, une conception est née d’un enseignement, d’une expérience vécue, d’un message reçu, d’un manuel scolaire, des media (Samson, 2002; Toussaint, 2002). Pour provoquer cette réorganisation, nous avons travaillé avec deux types de dissections en tant qu’expérimentation. Ainsi, nous avons tenté la mise en lumière des acquis scientifiques selon le vécu de chacun des participants. Ces« idées préconçues », nous l’espérons, évolueront au fil de l’expérimentation. Pour ce faire, nous avons tenu compte des méthodes expérimentales proposées en enseignement des sCIences.

Coquidé (2000; 2007) a travaillé sur la nature des activités scolaires et sur le rapport expérimental au vivant. Selon elle, les activités expérimentales en biologie posent des problèmes didactiques particuliers comme des problèmes éthiques, des problèmes pratiques et même des problèmes scientifiques liés à la complexité, à la diversité et à la variabilité du vivant. En effet, la biologie enseigne le respect de la vie alors qu’en contrepartie, elle permet de manipuler du matériel vivant pour le disséquer puis le jeter. Aussi, les travaux pratiques nécessitent un investissement financier pour l’achat de matériel biologique, le temps en technicien, l’aménagement de locaux adéquats et sécuritaires (douche oculaire, douche corporelle, lavabo à chaque comptoir de travail). L’expérimentation sur du matériel vivant expose les manipulateurs à des risques de blessures par la manutention du scalpel et des risques d’infection causée par les microbes résistants à a désinfection. Malgré ces problèmes, les enseignants valorisent les dissections. En effet, Hoover (2008) avance que la manipulation d’organismes vivants permet de confronter les croyances naïves qu’ont les élèves par rapport à la circulation sanguine contrairement au visionnement de vidéo. C’est le lieu pour mettre en pratique la rigueur scientifique qui ne s’apprend pas lors d’un cours magistral. Le laboratoire est un support à l’enseignement des sciences qui est très populaire. Par conséquent, notre recherche exploitera la dissection sur le réel et une alternative qui gagne en popularité, la dissection virtuelle interactive. Contrairement aux vidéos et aux modèles réduits, la dissection virtuelle s’est avérée très attrayante pour les participants puisqu’elle était interactive.

L’importance de la recherche

La connaissance des représentations des modèles mentaux conséquentes à une dissection, enrichiront les approches pédagogiques. Et l’utilisation d’une dissection virtuelle interactive aussi instructive qu’une dissection sur le réel, permettra l’utilisation de technologie informatique, respectant ainsi le matériel biologique. Notre recherche tend à observer l’ acquisition de connaissances sur la circulation sanguine. L’émergence des représentations des modèles mentaux conséquentes à deux types de dissection, devrait nous éclairer sur l’apprentissage de la circulation sanguine.

Dans un premier temps, il est essentiel de rendre explicites, chez les élèves, les modèles mentaux, de la circulation sanguine, afin de provoquer leurs reconstructions. Puisque des générations de chercheurs et de penseurs ont tenté d’en venir à un consensus sur le rôle du cœur et du voyage du sang à travers le corps, nous nous attendons à des critères imprécis d’élèves du secondaire sur la notion de transport du sang. Ce mandat leur est tout aussi difficile considérant qu’ils ont peu ou pas de notions préalables sur le sujet (Chung Lee, 2004; Coquidé, 2000; Hasni, 2010; Hoover & Pelaez, 2008; Inagaki & Hatano, 2008; Van Eijck, Goedhart, & Ellermeijer, 2004) .

Deuxièmement, notre société est en constant changement et les adolescents actuels développent une culture numérique non négligeable. Il est essentiel qu’ils développent des connaissances scientifiques de base, que ce soit pour mieux s’intégrer à une société de plus en plus dominée par les sciences et les technologies ou de poursuivre des études dans un domaine scientifique, technique ou autre. Aussi, la dissection sur le réel suscitant des problèmes d’éthique et que les restrictions budgétaires limitent le nombre de ces activités coûteuses, l’utilisation d’une dissection virtuelle interactive serait bienvenue. En conséquence, il faut enquêter plus profondément sur la simulation servant d’outil pédagogique (Barak, 2010; Barak, Ashkar, & Dori, 2011; Bekele, 2010; Bernet, 2010; Berry, 2011; Birol, Bekirogullari, Etci, & Dagli, 2009; Brassard & Daele, 2003; Coquidé & LeMaréchal, 2008; Digregorio & Sobel-Lojeski, 2010; Drese1 & Haugwitz, 2008; Kershner, Mercer, & Warwick, 2010; Northcote, Mildenhall, Marshall, & Swan, 2010; O’Bannon, Puckett, & Rakes, 2006; Otta & Tavella, 2010; Thibert, 2012; Trudel et al., 2009; Vergnaud, 2009). Cependant, les vidéos interactives proposées sur le marché sont des dissections de grenouilles pour la plupart. Ceux qui travaillent sur des cœurs réels sont en anglais ou sont des dessins animés. Nous avons préféré monter notre propre matériel, en tout points semblables à la dissection sur le réel.

Le vivant 

Les opinions d’ élèves du secondaire par rapport au vivant sont fortement influencées par leur famille, leur environnement social et par l’école (Giordan, 2010; Samson, 2002; Toussaint, 2002). À travers les siècles, il en a été de même pour les penseurs qui cherchaient à expliquer la vie et le vivant. En survolant les écrits sur le sujet, nous analyserons mieux les critères avancés par les participants.

L’origine du concept de vivant

Canguilhem (1952, 1977), Rolland et Marzin (1996) proposent quatre conceptions qui se succèdent chronologiquement, de l’Antiquité à nos jours:
A) L’animisme et le vitalisme
B) La vie comme mécanisme
C) La vie comme organisation
D) La vie comme information

L’animisme et le vitalisme
Jusqu’à la fm du XVIIIe siècle, on ne distingue pas nettement le vivant et le non-vivant: on passe progressivement du minéral au végétal et du végétal à l’animal. Pour Aristote (384-322 avant J.-C.)(cité par Canguilhem, 1977; Rolland & Marzin, 1996), les êtres vivants ont une âme inséparable du corps et dotée de trois facultés. Il distingue:
– l’âme nutritive dont dépendent la subsistance, la croissance et la reproduction. L’âme nutritive caractérise tous les êtres vivants, animaux et végétaux ;
– l’âme sensitive dont dépendent la sensibilité et la motricité, et qui caractérise les ammaux;
-l’âme pensante, propre à l’humain.

Selon l’animisme, plus tard avec le vitalisme, un être vivant possède une âme. L’âme aristotélicienne est à la fois forme et principe moteur. La forme signifie que l’âme met en forme la matière. Au XXe siècle, on parlerait de programme génétique. Quant au principe moteur, il signifie que l’âme anime la matière. Ce principe moteur confère à l’être vivant une autonomie par rapport à Dieu qui est le « premier moteur» selon Aristote (cité par Rolland & Marzin, 1996).

La vie comme mécanisme
Dans ce modèle explicité par Descartes (1596-1650)( cité par Rolland & Marzin, 1996), l’être vivant est comparé à une machine, un automate mécanique, sans que rien ne soit dit sur l’origine de son fonctionnement. Pour concevoir le mécanisme cartésien, il faut évoquer le contexte de l’époque. D’abord, en 1628, Harvey (cité par Rolland & Marzin, 1996) publie ses découvertes sur la trajectoire sanguine et sur le fonctionnement du cœur. Il établit une analogie entre le fonctionnement du cœur et celui d’une pompe. Il est à l’origine du modèle qui représente l’organisme semblable à une machine hydraulique. En conséquence, on peut établir un parallèle entre le mécanisme de Descartes et la mécanique de son contemporain Galilée (cité par Rolland & Marzin, 1996): mécanique fondée sur le principe d’inertie. Pour Descartes, Dieu n’intervient plus après la première impulsion donnée au monde et tout fonctionne mécaniquement, sans finalité, à partir de cette première impulsion. Alors que pour Aristote, Dieu intervient constamment. Il est le premier moteur, les êtres vivants jouissant d’une certaine autonomie grâce à leur âme. Toujours selon Descartes, l’animal-machine cartésien est un automate dont le moteur n’est pas une âme, mais la chaleur d’un feu qui brûle dans son cœur. L’âme n’est plus que l’âme pensante qui siège dans le cerveau. Il en découle que la biologie cartésienne ignore le règne végétal et s’intéresse surtout à l’homme, les animaux paraissent dépourvus d’âme. La dualité entre l’âme et le corps, entre la matière et la pensée, crée une rupture entre l’homme et les autres êtres non vivants parce qu’ils sont sans âme. Le mécanisme apparaît être une conception non finaliste qui engage une négation de la spécificité des êtres vivants et un refus de définir la vie. Quant à Canguilhem (1952, 1977), il désigne l’horloge pour expliquer le modèle analogique de l’animal-machine, selon Descartes. Ayant une chronologie établie et surtout un moteur régulier qui lui donne son mouvement.

La vie comme organisation
Dans cette conception de la vie identique à une organisation, ce qui caractérise le vivant, c’est l’ordre. La notion d’organisation va permettre de passer des trois règnes: minéral, végétal, animal, à deux groupes: le non-vivant ou inorganique et le vivant ou organique (c’est-à-dire organisé). En outre, dès le XVIIIe siècle, la notion d’organisation est liée à deux autres, très actuelles:
– la notion de composition élémentaire des êtres vivants. On pense à la théorie cellulaire qui sera introduite au XIXe siècle et qui rend la cellule l’unité élémentaire du vivant;
– la notion d’une mémoire nécessaire pour guider l’assemblage des parties primitives.

On connaît l’importance donnée à la génétique. Il est impossible de parler de l’organisation sans évoquer Lamarck . Lamarck ne cède pas au vitalisme dominant qui s’imprègne, au XVIIIe siècle et au XIXe siècle (cité par Rolland & Marzin, 1996). Pour lui, la vie n’est pas due à un principe vital lié à la matière constitutive des êtres vivants, elle est causée par l’organisation de la matière. Lamarck a introduit en biologie une notion fondamentale: la notion de temps, qUI rendra concevable celle d’évolution développée un peu plus tard par Darwin.

La vie comme information
Le passage de l’organisation à l’information s’effectue dans une certaine continuité: ce qui caractérise le vivant dans la première conception, c’est son organisation, un ordre qu’on retrouve sous la forme d’un certain degré d’information dans cette deuxième conception. Ce qui en ressort est le concept d’énergie remplacé ici par celui de force vitale. Selon cette école de pensée, l’être vivant est un système ouvert qui échange avec l’extérieur de la matière, de l’information et de l’énergie de manière à maintenir une faible entropie. De cette manière, il assure son autoconservation. Selon le premier principe de la thermodynamique, dans un système fermé, la quantité totale d’énergie reste constante en accord avec la loi de la conservation de l’énergie. Selon le principe de Camot: « Dans un système fermé, la qualité de l’énergie se dégrade de façon irréversible sous forme de chaleur irrécupérable. L’entropie est cet accroissement irréversible d’énergie indisponible (Rolland & Marzin, 1996). »

La vie selon les conceptions contemporaines

Les écoles de pensée décrites précédemment donnaient des attributs distincts selon leur conviction mais les travaux plus contemporains tendent à regrouper ces qualificatifs et s’accorder selon leur champ d’intérêt. Morange (2007) suggère de trouver une caractéristique propre au vivant. Il nous montre que ces tentatives de caractérisation échouent souvent dans les explications inverses du monde inorganique. De ce fait, une roche, matière inorganique, est incapable de se déplacer seule mais il en est de même de l’arbre qui, lui, est organique. Alors, Morange précise que cette conception de la vie s’associera plus ou moins étroitement avec une vision chimique et thermodynamique. Ce qui caractérise le vivant est la réunion unique de toutes les caractéristiques dans un même objet. Il en vient à dire que la réplication des molécules d’ADN sera considérée comme la première étape ayant conduit insensiblement à la reproduction des premiers objets méritant le nom d’êtres autonomes avec tous les attributs du vivant.

Conclusion

Notre conclusion est en accord avec le quatrième objectif de cette recherche, soit: Cette recherche peut offrir certaines recommandations en rapport à la dissection. Nos suggestions concernent le monde de la pédagogie des sciences ainsi que celui de la recherche scientifique en enseignement..

En ce qui concerne la pédagogie, notre première recommandation considère l’enseignement individuel. En accord avec O’Bannon, Puckett et Rakes (2006), ainsi que Trudel, Parent et Métioui (2009), une dissection virtuelle interactive permet un apprentissage individuel au rythme de chaque élève. L’élève découvre les subtilités du vivant, selon sa capacité à conceptualiser. Par conséquent, la dissection interactive apporte un souffle nouveau à l’expérimentation puisque l’élève se concentre sur ce qu’ il découvre et ne perd pas de temps pour des manipulations indésirables. Les images ne se triturent pas, elles resteront toujours les mêmes. Alors, chaque élève, à son propre rythme, dissèque virtuellement en recommençant autant de fois que nécessaire pour atteindre la compréhension des concepts de la circulation sanguine par la découverte du cœur.

Table des matières

Introduction 
CHAPITRE 1 PROBLÉMATIQUE
1.1 L’importance de la recherche
1.2 Questions de recherche
CHAPITRE 2 CADRE DE RÉFÉRENCE 
2.1 Le vivant
2.2 Le modèle mental
2.3 Les technologies informatiques au service de l’apprentissage individuel
CHAPITRE 3 MÉTHODOLOGIE
3.1 Choix des participants
3.2 Les instruments
3.3 Lieu et moment de la recherche
CHAPITRE 4 COLLECTE ET ANALYSE DES DONNÉES
4.1 Description du vivant selon les participants
4.2 La manipulation de matériel biologique
4.3 La hiérarchie parmi les êtres vivants selon des adolescents de troisième secondaire
4.4 Le dessin de la circulation sanguine et du cœur selon des adolescents de troisième
secondaire
CHAPITRE 5 INTERPRÉTATION 
CHAPITRE 6 DISCUSION 
CHAPITRE 7 CONCLUSION

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