Concepts Structurants

Définition

Au coeur de la didactique, dans la définition des objectifs, on cherche à identifier es concepts fondamentaux : on trouve dans la littérature les termes de "élémenter" le savoir, les concepts structurants, les "big ideas"

Pour Astolfi (2008) il faut "Élémenter les savoirs plutôt que les abréger" en identifier les concepts qui sont comme des tremplins plutôt qu'une vulgarisation qui "ferme" le sujet et n'aide pas l'apprenant à progresser.

Pour le plan d'étude du CO "Les concepts structurants sont les outils de pensée dont la mise en oeuvre éclaire de manière assez systématique tous les problèmes traités en biologie."

Pour Wiggins, G., & McTighe, J. (2000). Ce sont les concepts centraux autour desquels s'articule un chapitre entier. Ce sont les concepts qui relient les idées d'un chapitre entier et leur donnent la cohérence. Ils ont une force pédagogique : aider l'apprenant à construire des liens à partir les informations nombreuses et disparates. Des exemples

   * la sélection naturelle en évolution
   * le lien forme - fonction
   * l'écosystème
   * ... 

"A big idea is a concept, theme, or issue that gives meaning and connection to discrete facts and skills. Here are some examples: adaptation; how form and function are related in systems; the distributive property in mathematics (whereby we can use any number of groupings and subgroupings to yield the "same" numbers); problem solving as the finding of useful models; the challenge of defining justice; and the need to focus on audience and purpose as a writer or speaker. In an education for understanding, a vital challenge is to highlight the big ideas, show how they prioritize the learning, and help students understand their value for making sense of all the "stuff" of content. " Wiggins, G., & McTighe, J. (2000). p. 5 Pourquoi organiser l'information autour des concepts structurants ? Pour Bransford & Brown (2000) organiser l'information en un cadre conceptual permet un bien meilleur transfert. (p. 17). La compréhension risque plus de permettre le transfert que la simple mémorisation d'information p. 49 On-line-book

Comment extraire les concepts structurants

Fortement inspiré de Wiggins, G., & McTighe, J. (2000).

   * Chercher des idées qui seront utiles comme adulte. Ou qui aideront l'élève à devenir adulte. (d'après Bruner, (1960).
         o Exemple : comprendre la sélection naturelle permet de mieux comprendre la place de l'humain dans le vivant, de comprendre les interactions des médicaments avec les microbes et de mieux gérer sa santé, etc. 
   * Repérer les idées qui structurent un chapitre entier,
         o Activité : analyser les notions du chapitre pour repérer les liens (une carte conceptuelle peut aider certains), les concepts qui reviennent le plus souvent ou vers lesquels les liens convergent risquent d'être les plus structurants.
         o Exemple : qu'on parte des anticorps et de leur produciton ciblée ou de la manière dont le vaccin agit spécifiquement ou du ciblage de l'apoptose des cellules infectées par un virus, on arrive forcément à l'activation des cellules du système immunitaire par les antigènes eux-même permet une réaction immunitaire ciblée. 
   * Repérer les idées qui donnent du sens à tout un chapitre.
         o Activité possible : Essayer de comprendre ce qui fait du sens pour un adulte ou pour le devenir, remonter depuis les éléments mineurs qui ont un peu de sens au sens profond dans ce chapitre : qu'est-ce qui rassemble tout ce qui fait du sens au coeur de ce chapitre ?
         o Exemple : Le lien forme-fonction donne du sens à l'anatomie comparée 
   * Elles sont comme une loupe qui permet de mieux comprendre les notions d'un chapitre.
         o Activité possible : essayer d'appliquer ce concept sur les différentes notions du chapitre pour voir si il permet de mieux comprendre la plupart.
         o Exemple : Comprendre la sélection naturelle permet de saisir comment l'anémie falciforme est férquente sous les tropiques alors même qu'elle cause des problèmes de circulation graves. le meme concept permet de comprendre comment les antibio-résistances sont plus fréquentes à l'hôpital et comment phalènes du bouleau ont pu sembler changer de couleur avec l'industrialisation. Ou comment le cancer se développe. 
   * Elles ne sont pas souvent évidentes ;
         o Activité possible : écarter l'évident d'abord. Décortiquer chaque concept pour voir ce qui se cache "derrière"
         o Exemple : Derrière l'adaptation il y a les variations aléatoirees et la sélection naturelle. 
   * Elles sont fortement transferables : Elles s'appliquent à de nombreux domaines et enjeux.
   *
         o Activité possible : Essayer d'appliqueer le concept à des sujets variés : horizontalement ( à de nombreux sujets) et verticalement ( à travers le curriculum et dans la vie active) .
         o Exemple : Le lien gène-protéine (la biosynthèse des protéines) permet de comprendre le rôle du noyau, la transmission héréditaire, la dominance du gène produisant une protéine fonctionnel sur l'allèle défectueux, etc. 

La nécessité de mettre en priorité

Un temps notoirement insuffisant selon les enseignants implique qu'on risque de se retrouver avec un excès de concepts. Pour les mettre en priorité, om peut les distinguer en :

cf figureFichier:Http://tecfa.unige.ch/perso/lombardf/iufe/teaching/big-id-important-familiarwith-wiggins.jpg Wiggins et al (2000) p. 71

   * Au centre : les les concepts structurants et les démarches fondamentales. "big ideas" et "core tasks"
   * Autour : ce qu'il est important de savoir et de faire
   * A l'extérieur : ce qu'il vaut la peine d'être familier avec 

Ontologies de concepts structurants

A) Les concepts structurants de la biologie : Top-level concepts in the BCF

• 1. Biology is based on observational and experimental science.

     2. At the molecular level, biology is based on three-dimensional interactions of complementary surfaces.
     3. The cell is the basic unit of life.
     4. All cells share many processes/mechanisms.
     5. Cells interact with other cells.
     6. Cells are created from other cells.
     7. DNA is the source of heritable information in a cell.
     8. A gene is the functional unit of heredity.
     9. The structure of DNA dictates the mechanism of the production of nucleic acids and proteins.
     10. Sexual reproduction is a powerful source of variation.
     11. Life processes are the result of regulated chemical reactions.
     12. Proteins perform many varied functions in a cell.
     13. Recombinant DNA technology allows scientists to manipulate the genetic composition of a cell.
     14. The expression of genes is regulated.
     15. All carbon-containing biomass is created from CO2.
     16. Populations of organisms evolve because of variation and selection.
     17. Organisms and the environment modify each other.
     18. In multicellular organisms, multiple cell types can work together to form tissues which work together to form organs.
     Numbering is for practical purposes and does not indicate relative importance. Natural language is used to formulate the organizing concepts.

B) Extrait de Plan d’études Biologie du CO, DIP Genève 2001. (p. 7,9,10)

Concepts structurants

Les concepts structurants sont les outils de pensée dont la mise en oeuvre éclaire de manière assez systématique tous les problèmes traités en biologie.

La présentation qui en est faite ici précise un niveau de formulation possible attendu en fin de CO : voir carnet de route.

• Les niveaux d'organisation

Le vivant peut être décrit comme une suite de systèmes imbriqués, un peu comme des poupées russes. Chaque niveau d'organisation (d'intégration) a des propriétés spécifiques qui ne se réduisent pas à la somme des propriétés des niveaux inférieurs (propriétés émergentes). Un niveau supérieur n'est toutefois pas indépendant des propriétés des niveaux inférieurs.

[…]

• Énergie

Pour maintenir son organisation, le vivant a besoin d'énergie. À l'échelle du vivant, l'énergie est considérée comme un flux traversant des systèmes ouverts. Elle doit être continuellement renouvelée. – matière et énergie peuvent souvent être considérées de manière relativement indifférenciée, comme constituant un flux nécessaire au maintien en vie (une des caractéristiques du vivant) et définie par ses effet visibles (croître, bouger, avoir chaud…).(voir aussi fonctions)

• Équilibre

L'équilibre du vivant est dynamique. Une des propriétés du vivant est de tendre à la conservation d'un milieu interne constant en amortissant les fluctuations du milieu. Cela implique en particulier de prendre en compte le temps (tout vivant change avec le temps) et les populations (variation de grands effectifs). Le vivant se renouvelle continuellement tout en restant "le même". (voir aussi temps, identité, espace)

• Espace

Les êtres vivants ne sont pas répartis au hasard. Ils occupent un territoire dans un écosystème. Ils subissent leur environnement (climat, relief, autres vivants) et le transforment. Ceci est d'autant plus remarquable pour les activités humaines. L'espace, comme le temps, peut être considéré à différentes échelles : niche, territoire, milieu. (voir aussi temps, équilibre, information)

• Évolution

La théorie de l'évolution permet de concevoir de manière unifiée l'unité et la diversité du vivant. Pour qu'une évolution se fasse, il faut que des possibilités de changement existent au niveau de l'information génétique et que ces modifications, si elles sont viables, soient transmises à la descendance. C'est à l'échelle des espèces que ces mécanismes ont lieu. (voir aussi temps)

• Fonctions

Trois grandes fonctions peuvent caractériser le vivant : la relation avec ce qui l'entoure, la nutrition (incluant la digestion, la circulation, la respiration, l'excrétion), la reproduction. Ces trois fonctions assurent de manière intégrée la physiologie du vivant : structure et fonctionnement y sont vus de manière liée. Ces fonctions peuvent être considérées à l'échelle de l'écosystème, de l'organisme, de l'organe ou de la cellule. (voir aussi niveaux d'organisation)

• Identité

Chaque individu peut être considéré comme différent des autres. Pour assurer son fonctionnement, l'individu transforme les matières dont il se nourrit en sa propre matière. Ses parties se renouvellent sans arrêt et l'individu reste pourtant le même. Les êtres vivants sont aussi capables de se reproduire : leurs descendants leur sont semblables. (voir aussi mémoire, équilibre, évolution)

• Information

Pour assurer son fonctionnement, le vivant doit être informé de son état interne, de son rapport à ce qui l'entoure et des flux de matière et d'énergie qui le traversent afin d'en assurer la régulation. Des systèmes de reconnaissance et de communication existent entre tous les niveaux d'organisation. Si l'occasion se présente, il peut être intéressant de montrer que ces informations sont transmises sous forme codée et qu'il existe donc toujours des récepteurs et un système de décodage.

• Matière

Le vivant est constitué de matière. C'est la même matière que la matière minérale, mais organisée différemment d'elle. Le vivant échange constamment de la matière entre ses niveaux d'organisation et avec le milieu. – une difficulté apparaît tout de suite : la notion de particule, de molécule est-elle plus ou moins fixée ? La plupart du temps, on ne peut pas compter sur une vision particulaire de la matière chez nos élèves. (voir aussi niveaux d'organisation)

• Mémoire

Un programme génétique permet aux êtres vivants d'assurer leur fonctionnement de manière spécifique. Ce programme est transmis de manière stable de génération en génération. Considéré à l'échelle des temps longs, il subit des transformations source de diversité. Les individus ou les populations ont aussi une mémoire rattachée à l'expérience acquise. Cette mémoire (immunologique, "culturelle") s'enrichit dans des temps beaucoup plus courts que la mémoire génétique. (voir aussi évolution)

• Temps

Le vivant est orienté sur l'axe du temps : à l'échelle des temps courts (une vie, une saison…) les êtres vivants s'adaptent plus ou moins aux conditions qu'ils rencontrent par des régulations. À l'échelle des temps longs, le vivant s'adapte en évoluant. L'échelle du temps des individus diffère de celle des populations qui diffère de celle de l'évolution.

Références

• Astolfi, J. P. (2008). La saveur des savoirs. Disciplines et plaisir d'apprendre. Paris: ESF. Extraits intranet.pdf
• Bransford, J., Brown, A., & Cocking, R. (2000). How people learn. Brain, mind, experience, and school: National Academy Press Washington, DC. book
• Bruner, J. (1960). The Process of Education. Harvard: Harvard University Press.
• Huba, M. E., & Freed, J. E. (2000). Learner-centered assessment on college campuses: Shifting the focus from teaching to learning: Allyn & Bacon, 160 Gould St., Needham Heights, MA
• Lombard, F. (2008). l 'actualité scientifique ou rendre capables les élèves d 'en affronter la complexité ? Cahiers Pédagogiques, Hors série Travailler sur la presse écrite à l 'École 82-87.
• Wiggins, G., & McTighe, J. (2000). Understanding by Design. Upper Saddle River, NJ:: Prentice Hall. intranet.pdf
• d’études Biologie du CO, DIP Genève 2001. (p. 7,9,10)
• Khodor, J., Halme, D. G., & Walker, G. C. (2004). Hierarchical Biology Concept Framework: A Tool for Course Design. Cell Biol Educ, 2004 Summer(3), 111 121. Ontologie des concepts biologiques structurée :
  • Les concepts structurants de la biologie : concepts in the BCF