Pedagogica: Génétique

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

1 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]

Pedagogica.jpg

2 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]

3 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.

4 Stratégies et scénarios pédagogiques

4.1 Contexte théorique

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


  • Chaque domaine est divisé 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)


Nous analysons ci-dessous les treize modules proposés dans le domaine de la biologie et allons essayer de voir si ceux-ci suivent le principe de décomposition modulaire hiérarchique qui implique un arrangement hiérarchique des modules:
des plus simples (introduction, règles de base, ...) aux plus complexes (mise en pratique des règles apprises dans le cadre d'une nouvelle activité) avec des liens de prés-requis entre les modules.



Analyse du domaine "Biologica"


Implique une hiérarchie entre chaque module qui, même, si elle est implicite , s’avère importante si on veut exploiter au maximum le logiciel.


1. Introduction

Rien n’indique au début de ce module qu’il faut commencer par l’introduction mise à part son titre bien sur, en effet qui aurait l’idée de commencer un logiciel en passant l’introduction ! A la fin du module se trouve un récapitulatif qui permet de faire le point sur ce qui a été appris jusque-là. Là encore aucun message ne dirige l’apprenant sur le moule suivant.



2. Rules

Explication de ce qui va être abordé dans la partie « Rules », Il y a une allusion à ce qui a été appris avant dans l’expression « You will become MORE familiar ». Aucun conseil n’est donné à l’apprenant quant au pré-requis. Soit parce que l’on assume qu’il l’a fait soit par le vocabulaire utilisé qui est celui du module précédent. (Alléles, genotype, phénotype etc…)

1/ Dominant and recessive relationships among Alleles

2/ Some Traits are X-linked

3/ Color and fatal combinations


Au niveau de la page des sommaires se trouve des hyper liens permettant d’accéder à chaque partie différemment. Chaque apprenant peut à sa guise commencer par n’importe quelle partie. Aucun conseil ne lui est fourni quand à l’ordre dans lequel il doit procéder. La logique voudrait que ce soit par le N° 1 mais rien ne l’empêche de faire ces parties dans le désordre. Chaque première page des parties explique a l’apprenant ce qu’il va apprendre. Un lien en bas à gauche lui permet de revenir à la page des « contents ».

Il y a tout de même des parties qui peuvent être incomprises si l’on a pas fait les parties dans le bon ordre, par exemple : In addition to being X-linked (vu dans la partie précédente), describe two ways in which color is ……… Il est, certaines fois, impossible de passer à l’activité suivante sans la réponse correcte. Un petit dragon rouge apparaît en bas de la page est sert d’aide. L’aide cependant ne donne pas la bonne réponse mais propose une manipulation afin que l’apprenant comprenne l’exercice. Une fois cet exercice fait, il doit fournir la bonne réponse à la question initiale pour atteindre l’activité suivante. Ce qui laisserait à penser qu’il est important de suivre les module ainsi que les parties à l’intérieur de celui-ci dans le bon ordre.



3. Meiosis : Idem module 2

1/ Introduction to Meiosis

2/ Designer dragons


4. HornsDilemma (optional)

Certains modules comme celui-ci sont optionnels ce qui impliquerait que les autres sont obligatoires ? en fait celui-ci est optionnel dans le fait qu’il permet de mettre en pratique ce qui a été appris dans les modules précédents. On trouve des liens qui permettent de revenir sur les modules précédents. Ce module optionnel permet de mettre en pratique ce qui a été appris avec la manipulation des dragons en exposant un cas précis : le cas de la petite Sara, fille de George et Mary atteinte de « Cystic fibrosis » En appliquant ce qui a été appris sur les dragons, on doit essayer de voir si les parents ont pu transmettre cette maladie à leur bébé.


5. Monohybrid

Ce module est à nouveau un module d’introduction des certains principes biologiques. Il fait à nouveau appel à tout ce qui a été vu jusque-là.

1/ Inroduction to pedigree

2/ Meiosis, Pedigrees and Punnett Squares, Oh My !

3/ Studying Patterns of Inheritance using Pedigrees and Punnett squares.

4/ An inheritance puzzle.



6. XLinkage

1/ Introduction of gene that are part of the X Chromosome

2/ X-Linked Traits through the generation

3/ Determining if a characteristic is X-linked



7. Mutations

1/ A new trait

2/ DNA model

3/ Change the DNA, get the mutation



8. Mutations2 (optional)

Malgré que ce module soit optionnel il apparaît tout de même important de le faire avant de passer à un autre module


1/ Double wings : when too much of a good thing is lethal.

2/ Tacking downX-linked mutations

3/ Mutations quiz



9. Dihybrid

1/ Genes that are part of different chromosomes

2/ Genes that are part of different chromosomes


10. Scales (optional)


Cette page explique l’histoire d’un dragon à écailles. Le module va permettre de travailler sur cette anomalie !! Elle met juste en pratique ce qui a été vu jusque la .


11. Invisible Drago

Attention ce module entraine l’apprenant dans un jeu qui va tout de même mettre en pratique toutes les théories qui ont été apprises jusque-là. Jeu que je n’ai pas fait car il faut bien sur avoir tout compris sur les chapitres précédents pour pouvoir jouer. Un budget est alloué au départ et, on peut soit perdre en achetant des infos sur les dragons invisibles ou en répondant mal à une question ou en gagner en répondant correctement à une question. Ce n’est ni plus ni moins qu’un exercice de renforcement sur ce qui a été acquis jusqu- là.


12. Plates (opttional)


Ce module est également un jeu qui traite de dragons ayant des « plates » (pics sur le dos ?) avec à nouveau la possibilité de gagner de l’argent fictif, bien évidemment. Un rappel de certaines notions est fait pour permettre au « joueur » d’avoir les meilleures chances de gagner.


13. Genscope


Module de rappel sur ce qui a été vu Permet de créer des dragons et de voir leurs chromosomes, le Meiosis, et le Pedigree. On peut mofifier chaque drogon.


14. Post-Test


Recapitulatif du module BIOLOGICA avec un test pour tester les connaisances des apprenants


Suite à cette analyse on peut envisager que l'apprentissage suit les principes de décomposition modulaire hiérarchique des tâches (réf.:[7], p.13). En effet même si la hiérarchie entre les modules n'est pas explicite, il apparait évident que sans avoir fait certains chapitres l'apprenant ne peut suivre les autres, à part bien sûr si celui-ci est un expert en génétique. Il y a de plus une hiérachie à l'intérieur de chaque module. En effet il faut impérativement suivre toutes les activités proposées pour arriver à terminer un module. Plusiueurs chemins sont possibles. Il est certaines fois demandé à l'apprenant de consigner ces observations dans un rapport (qui apparaitra à la fin du module). Dans ce cas peu importe la réponse( qui peut être XXX par exemple) il est possible de continuer dans sa progression. Cependant, certaines fois, il est impératif de fournir la bonne réponse pour pouvoir poursuivre. Ceci est souvent le cas dans des questions à choix multiples où la réponse est analysée et où il est impossible de poursuivre tant que l'on ne fournit pas la bonne réponse.

5 Bibliographie

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


Boucheny

6 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.