Pedagogica: Génétique

Page réalisée dans le cadre du cours Conception des Environnement Informatisés d'Apprentissage de la formation Maltt, au TECFA.

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Travail de: Lydie Crausaz et Romain Sauvain, Hubert Nimtz, Marie Boucheny et Baptiste Ossipow

Description

Le logiciel porte sur les principes de base de la génétique. Notamment, on apprend à manipuler des gènes et des chromosomes tout en observant les effets des changements sur des dragons. L'activité de l'apprenant est privilégiée. Le logiciel ne propose pas de théorie, l'appenant doit uniquement effectuer différents exercices. Les exercices sont de trois types: qcm, questions ouvertes et expérimentations.

Le logiciel est un exécutable téléchargeable gratuitement et ne nécessitant pas d'installation. Deux versions sont disponibles (pour Windows et Mac). Il a été développé en Java (nécessite l'installation la plateforme Java 1.4 ou plus récente, librairies en *.jar).

Il est disponible à l'adresse suivante: http://mac.concord.org/downloads [1]

Principes pédagogique

Connaissances et représentation

Ce logiciel, ou plutôt la matière enseignée, fait appel à des connaissances conceptuelles. Pour faciliter la compréhension, plusieurs types de représentations sont utilisés : symboliques, langagières et imagées. En effet, lorsque l’apprenant doit changer les gènes des dragons, il doit modifier les lettres caractérisants tel ou tel gène. Il s’agit-là d’un symbole. D’autres questions sont également posées à l’apprenant où celui-ci doit répondre par des phrases. Il doit par exemple comprendre que les mâles et les femelles sont différenciés par les chromosomes sexués X et Y. Finalement, pour faciliter la mémorisation, le logiciel fait appel à de nombreuses illustrations et l'utilisateur développera des représentations imagées de ces nouvelles connaissances.

Grands principes pédagogiques

Ce logiciel suggère un apprentissage par l’action. En effet, on donne une tâche à l’apprenant et celui-ci doit chercher comment répondre aux exigences demandées. De plus, l’apprenant peut tester les effets de chaque manipulation grâce au feedback donné par les illustrations de dragon. Le rôle de l'action est de faire découvrir les éléments enseignés à travers un cheminement intellectuel induit par les différents exercices. De cette manière la réflexion de l'apprenant est stimulée et il va comprendre les concepts. C'est ce principe qui est appliqué à l'enseignement des principes de la génétique dans ce logiciel.

Ce principe pédagogique renvoie aux idées de Piaget concernant le rôle central de l’action. Ainsi, l’apprenant n’est pas un vase vide que l’on doit remplir de concepts mais bien un individu en interaction avec son environnement que l’on doit guider dans ses expériences afin qu’il en tire un apprentissage. Ceci est développé dans le chapitre écrit par Gurtner (1996).

A propos de la dimension affective et de la gestion de la motivation

La dimension affective est présente dans ce logiciel en particulier dans le choix des illustrations et exemples choisis. Plutôt que de reprendre l'exemple des pois de Mendel qui avaient été choisis pour des raisons pratiques, ils ont choisi d'appliquer ces principes à des dragons. Ceux-ci sont dessinés de manière humoristique et attendrissante ce qui va susciter de l'intérêt et de la motivation. On cherche ici à intéresser l’enfant et qu’il se sente responsable de l’animal. Par exemple, il risque de le faire mourir en cas de mauvaise manipulation des gènes. La motivation est gérée en "créant" un lien affectif entre l'apprenant et les dragons. De plus, le fait que ce soit un animal imaginaire stimule en soit l’intérêt de l'apprenant en ajoutant une dimension fantaisiste au logiciel. Cet élément, la fantaisie, est d’ailleurs cité par Malone et Lepper (1987) comme étant un élément générateur de motivation. Cependant, nous pensons tout comme eux que ce n’est pas un élément aussi important qu’avoir un but intrinsèque, une comptabilisation de points sous forme de score ou encore un feedback immédiat. Nous ne considérons pas en effet que l'aspect affectif puisse être considéré comme un but intrinsèque en soi. Le côté fantaisiste va motiver l'apprenant mais ne suffira certainement pas à le pousser à aller au bout du logiciel. Si les dragons étaient animés ou parlaient directement avec l'apprenant, cet aspect pourrait être renforcé et ainsi devenir un but intrinsèque. Il y a donc uniquement des buts extrinsèques liés au contexte d'utilisation comme apprendre les règles de la génétiques ou réussir un examen. Il n'y a de plus pas de comptabilisation de points dans Pedagogica. En ce qui concerne le feedback, deux cas de figures coexistent, c’est-à-dire que le feedback n’est pas toujours présent. Dans les cas où l’apprenant doit répondre sous forme littéraire, le logiciel ne traite pas les réponses ce qui implique l’intervention d’un enseignant. Cependant, on peut craindre que le feedback soit tardif. De plus, l’apprenant n’est que peu encouragé. Il est félicité lorsqu’il réussit mais il s’agit d’un simple commentaire du type « congratulation » et celui-ci n’est présent que pour les questions fermées.

Critiques et suggestions par rapport aux aspects cognitifs, métacognitifs et affectif

Nous pensons que ce logiciel devrait être complété d’un manuel ou d’un tutoriel qui permette à l’apprenant de fixer les concepts en jeu d’une manière structurée.(ces documents existent il me semble... [2]) L'approche uniquement expérimentale ne convient pas forcément à tout le monde et certains auraient besoin de voir les concepts déjà formulés de manière claire et structurée plutôt que de devoir les élaborer. Ainsi le logiciel serait plus complet et pourrait convenir à tous les apprenants. Par ailleurs, afin d’éviter que l’apprenant ne soit coincé, il serait bien d’ajouter un dispositif d’aide qui oriente l'apprenant vers la solution ou la possibilité d'obtenir la réponse après une recherche infructueuse. Il va de soit qu'il serait plus efficace que la réponse soit accompagnée d'une explication. En ce qui concerne les aspects affectifs, on pourrait insister sur la relation avec le dragon en faisant en sorte que les consignes et les encouragements soient exprimés par un dragon. Au moyen d’une bulle par exemple. Alors qu’un effort est fait pour rendre attractif les exercices grâces aux illustrations, le logiciel reste fade et statique. La plupart des explications sont sous forme de textes. Il n’y a aucune animation ni son.

Quant à la métacognition, le logiciel ne propose pas à l’apprenant de réfléchir sur ses propres stratégies. Tout au plus, on se voit demander de temps en temps pourquoi on a donné telle réponse plutôt qu’une autre. Nous ne voyons pas comment cet aspect pourrait être introduit dans ce logiciel étant donné que l’ordinateur ne peut gérer la verbalisation découlant de cette réflexion. On comprend aisément que ce ne soit pas présent étant donné que ce n’est pas le but premier d’un tel logiciel.

Autres commentaires

Du point de vue de l'implémentation, le logiciel aurait pu être mieux travaillé. En effet, dans le contenu un effort à été fait de manière à le rendre ludique et interactive, alors que le programme lui-même est peu recherché. Le choix des rubriques et des chapitres ressemblent à l’explorateur de fichier ce qui ne convient pas à un logiciel pour enfant.

Références

Gurtner, J.-L. (1996). L'apport de Piaget aux technologies éducatives. in A. Chabchoub (ed.) Actes du colloque international Jean Piaget (pp 117 -124), Tunis, 19-20 Avril 1996. [3]

Malone, TW and Lepper, MR (1987). Making learning fun: a taxonomy of intrinsic motivations for learning, in: RE Snow & MJ Farr (Eds) Aptitude, Learning, and Instruction, III: Cognitive and Affective Process Analysis (pp 223-253). Hillsdale, NJ: Lawrence Erlbaum Associates. [4]

Principes technologiques

Comme précisé ci dessus ce logiciel permet un apprentissage par l'action des principes de la génétique. On peut aborder les notions les plus importantes dans ce domaine par intéractivité, en parcourant les différents chapitres où on découvre ces principes à travers d'expériences virtuelles et des questionnements induits par le logiciel.

Pour aborder le sujet il propose d'étudier la génétique d'un animal imaginaire, le dragon, et l'immersion [5] dans ce univers particulier permet de stimuler l'intérêt de l'utilisateur (voir ci dessus, principes pédagogiques). On peut parler de micromonde, car toutes les données, représentations graphiques, génotype, fenotype, symboles, etc, restent dans le contexte de l'animal imaginaire, tout en respectant les principes de la génétique (monde réel).

L'outil informatique offre la possibilié d'introduire une composante ludique dans les apprentisages et, dans ce logiciel, c'est probablement en cherchant cet aspect ludique qu'on a choisi le dragon. L'apparence de ce dragon peut être transformée par la modification de ses gènes. Le logiciel genère une réponse à l'action de l'utilisateur. On peut parler d'une générativité simple qui est capable d'associer une image à une combinaison génétique de deux allèles. (Générativité, calcul et simulation). L'intéractivité est supportée par la générativité, le logiciel donne un retour à chaque action de l'utilisateur, par la transformation de l'apparence du dragon mais aussi dans la gestion des réponses aux questions qui se succèdent dans les différents chapitres. Ainsi certaines pages ne sont pas accessibles si on ne donne pas de répose, dans d'autres cas c'est un nombre détérminé de réponses justes qui permet de franchir un palier, et dans tous les cas elles sont archivées dans un dossier qui est montré sur l'écran à la fin de chaque chapitre.

Il présente une simulation de la division cellulaire par meiose, profitant de la multimodalité (possibilités multimédia), qui peut être visualisé de différentes manières, à différentes vitesses, avec ou sans les allèles et qui peut être arrêtée pour une meilleure observation.

Il nous offre la possibilité d'atteindre des informations cachées, en général les définitions, à travers des liens insérées dans les enoncés des expériences (Hypertextualité et recherche).

D'autres possibilités de l'ordinateur, peu exploités sur ce logiciel, pourraient être intéressantes. L'utilisateur doit suivre le protocole établit par le logiciel, qui ne s'adapte pas forcement à son intêret ou à son niveau de connaissances, dans ce sens le logiciel pourrait s'enrichir en ajoutant la possibilité d'adaptabilité (Adaptation). On peut supposer que c'est l'enseignant qui peut établir quels chapîtres sont adaptés à ses élèves, mais on pourrait imaginer que ce choix soit réalisé par logiciel en fonction de l'utilisateur.

Stratégies et scénarios pédagogiques

Contexte théorique

On retrouve dans cet EIA les principes de décomposition modulaire hiérarchique des tâches (réf.:[6], p.13):

• On divise un domaine en sous-parties
  
  Exemple dans Pedagogica: le domaine de la biologie est divisé en 13 sous-parties, celui de la chimie en 9 sous-parties, l'étude des principes dynamiques en 9 sous-parties et la chimie appliquée en 7 sous-parties.
  
  
• Chaque sous-partie constitue un module
  
  Exemple dans Pedagogica: chacune des sous-parties peut être explorée de manière indépendante et se présente comme une activité en elle-même, se déroulant selon un scénario entier faisant parcourir plusieurs aspects de la notion étudiée. Ces scénarios sont parfois appliqués à plusieurs activité. Par exemple, la 6ème sous-partie de la partie consacrée à la chimie, sur les états de la matière (solide, liquide ou gazeux), ainsi que la 7ème sur les changements de phases (passage de l'ébullition à la condensation, de la congélation à la fusion) se déroulent selon le schéma suivant:
  1. introduction du modèle théorique
  2. activité guidée où l'utilisateur peut interagir avec une simulation d'expérience dans un laboratoire de chimie.
  3. des questions de compréhension où l'utilisateur doit développer sa réponse au clavier dans un espace prévu à cet effet.
  4. une compilation des questions et des réponses imprimable.
  
  
  
• Liens de pré-requis entre les sous-parties
  
  Exemple dans Pedagogica: Arrangement hiérarchique des parties: des plus simples (introduction, règles de base, ...) aux plus complexes (mise en pratique des règles apprises dans le cadre d'une nouvelle activité)
  

Définition

Dans son article [7] Daniel Scneider parle de l'importance de rappeler qu'il existe des grandes écoles de pensée psycho-pédagogiques qui ont influencé différents systèmes pédagogiques et notamment les technologies éducatives.

Grandes écoles de pensée psycho-pédagogique

Le behaviourisme [8] prône généralement qu'apprendre signifie acquérir un comportement par le biais de mécanismes de renforcement. L'enseignement programmé ou encore le "mastery learning" qui ont à leur tour influencé la forme du "e-learning"actuellement dominant se fondent sur ces principes.

Le constructivisme [9]trouve son origine dans les travaux de Piaget et de quelques contemporains néo-behavioristes qui se sont intéressés à la construction de schémas d'action. Le constructivisme postule plus généralement le principe qu'on apprend en faisant ou encore en construisant des objets (Papert). Selon un slogan connu: "les enfants n'ont pas d'idées, ils font des idées." En outre, il affirme que construire un artefact externe amène un apprenant à être plus actif intellectuellement. De plus l'objet externe peut servir de réflecteur et d'objet de partage avec des co-apprenants.

Les approches socio-culturelles remontent aux théories de Vygotsky [10]et elles mettent en avant le concept de zone de développement proximal qui inclut les fonctions qu'un apprenant peut maîtriser seulement à l'aide d'une autre personne. Autrement dit, les interactions sociales qu'un individu expérimente modèlent une partie importante de son apprentissage et contribuent au développement par un effet d'échafaudage.

Les approches de la "cognition située" et "partagée, inspirées de l'ethnographie postulent que la cognition [11]et donc l'apprentissage se situent toujours par rapport à un environnement physique et social concret. Autrement dit, les connaissances sont contextuelles et apprendre signifie s'insérer dans une communauté de pratique en exerçant des activités "réelles".

Selon ces courants de pensées différents scénarios pédagogiques peuvent se mettre en en place. On pourra par exemple avoir un apprentissage avec une décomposition modulaire hiérarchique qui consiste à diviser un domaine en sous-parties qui constituerait des modules avec des liens de prés-requis entre les sous-parties. On pourrait également avoir un apprentissage centré sur la tâche qui consiste en une succession de tâches comprenant une difficulté croissante et un guidage de l'apprenant décroissant. Enfin on pourrait envisager un apprentissage par problème où l'apprenant est confronté à un problème. Pour résoudre ce problème il a accés a de nombreuses ressources et travaille souvent en groupe.

Bien sur, on ne peut pas parler de scénarios d'apprentissage sans se pencher sur les différents types d'apprenants qui sont souvent au centre de l'apprentissage:

L'apprenant pourrait être classer de la manière suivante

L'apprenant actif vs L'apprenant passif

Actif: L'apprenant actif assimile des informations nouvelles en les manipulant. il a besoin de manipuler et d'experiementer les informations nouvelles et apprécie trés souvent le travil en groupe parce que celui ci lui permet d'être actif. La participaion à des cours magistraux sans participation de sa part peut s'avérer particulierement difficile pour ce type d'apprenant.

Passif: L'apprenant passif a besoin de réflexion face à une information nouvelle avant de pouvoir l'utiliser. Il a souvent besoin de réfléchir seul avant d'en discuter en groupe. La participation à des cours magistraux peut s'avérer difficile car il a souvent besoin d'un moment de reflexion pour apprécier de nouvelles informations.

L'appenant sensoriel vs l'apprenant intuitif

Sensoriel: L'apprenant sensoriel intégre de nouvelles information en résolvant les problèmes au tarvers de méthodes reconnues. Il est en gégnéral appliqué pratique et patient et a bseion que ces nouvelles données est un rapport avec le monde réel.

Intuitif L'apprenat intuitif préfere découvrir les nouvelles informations et peu être innovateur dans son approche pour résoudre un problème. Il a tednace a travailler vite et n'apprécie pas les tâches répétitive ainsi que celles répétives avec des calculs de routine.

L'apprenant visuel vs l'apprenant verbal

Visuel L'apprenant visuel comprend l'information nouvelle de manière plus efficace si celle-ci se présente sous forme de photos, demonstrations, diagrammes, films, etc...

Verbal L'apprenant verbal comprend l'information nouvelle de manière plus efficace si celle-ci se présente sous forme écrite ou verbale.

L'apprenant séquentiel vs l'apprenant global

Sequentiel L'appprenant séquentiel comprend l'information nouvelle de manière plus efficace si celle-ci se présente sous forme linèaire et hiérarchique.

Global L'apprenant global a tendance à passer d'un module à l'autre de façon aléatoire sans connections jusqu'à ce qu'il est vu et acquis le concept dans son entier. Global learners tend to learn in large jumps by absorbing material in a random order without necessarily seeing any connections until they have grasped the whole concept.

Lors de la conception de produit l'apprenan est souvent peu pris en compte car il serait difficile de faire un produit adapté à chaque type d'apprenant à part si celui ci posséde une grande adaptation. Cependant il est important lors de notre analyse de garder en méémoir que différents types d'apprenants existent.

Les autres élements à prendre en compte lors de la concepion d'un scénario pédagogique sont bien sure la matière enseignée, et les objectifs d'apprentissage.

Ces définitions vont nous permettre de mettre en évidence les statégies pédagogiques et le scénario pédagogique qui a été suivi lors de la conception de pédagogica.

Bibliographie

http://tecfa.unige.ch/proj/seed/catalog/docs/gueret03/html/gueret03-schneider.html

Boucheny

Points forts et point faibles

Lydie : Je n’ai pas aimé ce logiciel parce que la capacité de contrôle de l’apprenant est très mince. Il y a une consigne et l’apprenant doit faire ce qui est demandé. Il n’y a pas d’autres possibilités. J’ai parfois eu le sentiment d’être coincé lorsque je ne comprenais pas quelque chose. L’apprenant n’a pas la possibilité de se référer à une théorie, il doit comprendre la logique de lui-même. J’ai parfois testés toutes les possibilités pour finir par répondre correctement. Ce qui me pousse à penser que l'apprenant n'aura pas pour autant compris les règles de la génétique. Sans avoir pu élaborer soit même les bonnes règles, l’apprenant ne retiendra rien de cette activité. En ce qui me concerne, je connaissais déjà ces principes ce qui fait que je ne peux pas parler d’apprentissage cependant je n'ai pas l'impression que cette approche de la génétique m'aurait permit d'apprendre ces concepts. J'ai besoin qu'un concept me soit présenté clairement et de manière ordonnée pour pouvoir le retenir. Mais pourquoi pas mettre à l'épreuve ses connaissances avec un tel logiciel. Pour finir, du fait de l'objet même abordé par le logiciel, cet apprentissage ne pourra servir que dans un contexte restreint...

Romain : Je trouve que ce logiciel (Pedagogica) permet un bon apprentissage: le contenu est sérieux, mais présenté de manière attractive; il y a des petits textes à lire mais de quelques lignes uniquement pour ne pas décourager l'apprenant; des exemples et des exercices interactifs accompagnent systématiquement les nouvelles connaissances. Souvent les principes ne sont pas directement donnés mais l'apprenant va les découvrir naturellement lors des exercices proposés et expliqués par la suite. Ce système d'enseignement est très stimulant et permet d'être certain que l'apprenant a vraiment compris le concept qui lui est enseigné. Ces connaissances sont vraiment ciblées sur la génétique, mais évidemment comme la génétique est la base de la vie ces connaissances pourront être vérifiées ou parfois utilisées dans la vie de tous les jours. Dans mon cas, ce n'était qu'une révision de concepts déjà connus, mais je pense que pour une personne s'investissant bien dans l'apprentissage proposé par ce logiciel, les connaissances peuvent durer longtemps.