Dans quelle mesure la vidéo d’une enzyme permet de mieux intégrer le concept de catalyse enzymatique

La réaction chimique catalysée par une enzyme

INTRODUCTION

Ce travail a pour objectif de sensibiliser les étudiants du postobligatoire (apprentis pour Hakim & ECG pour Bénédict) à l'existence et à l'utilité d'une enzyme dans un système biologique via l'utilisation d'un artefact.

Les 2 enseignants impliqués dans ce travail on une population d'élève très différente face à eux:

- Bénédict DUPRAZ a des 1ère année en cours de biologie à l'ECG

- Hakim KRATOU a des 3ème année, CFC laborantins en chimie

Exceptés l'introduction, le matériel et la bibliographie que nous avons en commun, les autres parties de ce travail sont personnalisées pour chacun des 2 enseignants.

Problématique

Dans quelle mesure la vidéo d’une enzyme permet de mieux intégrer le concept de catalyse enzymatique lors de la réaction chimique?

Conjectures

1. En visualisant une animation, les élèves devraient être capable de décrire avec leur propres mots l'action s'y déroulant, notamment à l'aide d'un découpage en trois partie (état 1; événement; état 2)

2. En visualisant une animation ou en comparant 2 animations, les élèves devraient être capable de décrire avec leur propres mots et avec justesse l'activité des différents éléments participant à chaque animation, leur "rôle-action" et leur état avant et après l'action enzymatique.

3. La visualisation des "événements de la réaction enzymatique" sur l'animation facilite la création d'un modèle décrivant le phénomène en étape reliées par des flèches établissant une trame temporelle.

MATERIEL

Artefacts

Animations (2D) complémentaires de l'action d'une enzyme sur son substrat [1]:

1)

2)

3)

4)

5)

6)

Fiches de questions 1 à 5

1)

2)

3)

4)

5)

METHODE

BENEDICT

Scénario

SEQUENCE 1: visualisation de l'artefact

L’idée générale de cette séquence est de familiariser les élèves à la notion de réaction biochimique et d’ajouter cet aspect essentiel à leur perception du vivant (chapitre abordé précédemment).

Champs notionnels

- Catalyse enzymatique: Une enzyme facilite/régule une réaction dans l’environnement cellulaire.

- Rôle / fonctionnement des différents éléments d’une réaction biochimique:

- Réactif

- Enzyme

- Produit

- Site actif / spécificité de l'enzyme

- Drogue / fonctionnement très générale

Démarches exercées lors de cette séquence

- Utiliser les termes les plus adéquats possibles pour la description d’un phénomène visible mais inconnu.

- Expliquer les différences entre 2 animations qui comprennent les mêmes éléments mais dont le phénomène est différent.

- Découper ce phénomène en plusieurs parties et faire une description par étapes.

Squelette de la séquence

1. Présentation de la séquence et des objectifs.

2. Tâche 1: Visualisation de la première animation et description par les élèves.

3. Correction, discussion sur le contenu "idéal".

4. Visualisation/comparaison des animations suivantes et répétition de la démarche.

5. Comparaison entre les animations et constatation des différences.

6. Discussion sur la théorie.

7. Tâche 2: Report de la théorie dans les descriptions.

8. Tâche 3: Tentative de synthèse par l'élève en créant un modèle graphique de ce qu'est une réaction.

Vidéo 1 : coupage d’un réactif en 2 produits

Les élèves observent le comportement des éléments dans l’animation projetée en continu.

Ils décrivent ensuite avec leur propre mots le contenu de cette petite animation.

L’enseignant fait de même avec sa propre description, la montre, puis discute le contenus de quelques définition au hasard dans la classe.

Lors de cette discussion l’ensemble des personnes participe et s'assure que sa description contient tous les éléments et phénomènes/réactions présent dans l’animation.

Vidéo 2 : liaison entre 2 éléments

Comme précédemment; les élèves observent le comportement des éléments dans l’animation projetée.

Ils doivent cette fois comparer le déroulement de l’action à la description de la 1ère animation.

L’enseignant fait de même et montre sa définition au reste de la classe après 5 min de rédaction, seul ou à 2.

Lors de la petite discussion en plénière, l’enseignant s’assure que tout le monde complète sa définition avec les nouveaux éléments soulevé.

Vidéo 3 : Spécificité du site actif

Idem que précédemment.

Mais les élèves doivent par contre expliquer pourquoi aucune réaction n’a lieu. Les billes vertes n’ont plus la forme appropriée pour entrer dans le site actif ( notion : spécificité du site actif).

Vidéo 4 : variation du site actif

Idem que précédemment.

Les élèves constatent rapidement que c’est “l’encoche / l’emplacement” qui change et ne correspond plus à la série de bille vertes (Notion: spécificité du site actif).

Vidéo 5 : Drogue empêchant la réaction (version 1)

Les élèves observent ici l’apparition d’un nouvel élément qui s’installe dans les site actif de l’enzyme. Ils doivent expliquer de manière précise pourquoi la réaction n’a pas lieu et établir une relation de cause à effet entre les éléments présents.

Discussion en plénière et vérification de la complétion des descriptions faites par les élèves.

Vidéo 6 : Drogue empêchant la réaction (version 2)

Idem que précédemment.

Le mécanisme est légèrement différent, drogue non compétitive déformant le site actif.

SEQUENCE 2: théorie sur la réaction enzymatique

Les élèves reçoivent la théorie sur le sujet (contenu ci dessous).

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FICHE THÉORIQUE

"Dans la fiche précédente, vous avez essayé de définir des phénomènes inconnus avec vos propres mots.Vous allez maintenant comprendre le phénomène que nous étudions et lisant les quelques lignes de théorie ci-dessous, ainsi que les quelques petites définitions qui suivent. Vous utiliserez ensuite ces définitions pour établir un lien entre la théorie et vos descriptions (voir : fiche 2)."

Réactions biochimiques

Les réactions biochimique se déroulant dans les organismes vivants sont dirigées par une armée de molécules qu’on nomme enzymes, celles-ci sont construites par les cellules à partir des informations génétiques contenues dans l’ADN. Ces réactions catalysées par les enzymes sont essentielles pour plusieurs raisons. Elles permettent essentiellement:

• • la digestion (coupage)

  • la construction, la synthèse de molécules. (assemblage)

• le transfert d’élément à l’intérieur ou l’extérieur des cellules (transport)

En bref, pratiquement tous les processus qui maintiennent un être vivant dans un état “vivant” sont gouvernés par des réactions enzymatiques, le sujet du jours. Elles mettent en jeu, "au départ", les réactifs qui, après la réaction, "à l'arrivée", sont transformés en produits.

Quelques définitions

Un réactif: Substance qui peut réagir avec une ou plusieurs espèces chimiques. Sa concentration diminue avec l’avancement de la réaction.

• • Plusieurs réactifs peuvent être présent avant une réaction de construction.

• Un seul réactif peut être présent lors d'une réaction de découpage.

Un produit: Ce qui résulte de la réaction chimique, ce qui est donc "produit" par la réaction.

Une enzyme: Protéine (grosse molécule) qui facilite (catalyse) UNE réaction chimique se déroulant dans les cellules des organismes vivants. Il existe des milliers d'enzymes différentes, chacune est capable de faire une réaction bien particulière.

Un site actif: Partie de l’enzyme qui interagit avec le ou les réactifs. Endroit précis et spécifique ou se déroule UNE réaction catalysée par UNE enzyme.

Une drogue : Molécule agissant sur une réaction en interférant sur le site actif d'une enzyme ou sur sa forme.

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TÂCHE 2

Énoncé de la tâche 2

Dans la 2ème colonne de la fiche 1 et pour chaque question, écrivez les termes qui sont, selon vous, sont présent dans le phénomène.

Attribuer ensuite une couleur à chacun de ces termes et utilisez cette couleur pour souligner, dans votre texte, les mots qui peuvent être remplacé par le terme de la théorie.

Suivez l'exemple de votre prof.

TÂCHE 3

Énoncé de la tâche 3

Modèle standard d'une réaction enzymatique :

Si vous deviez simplifier au maximum une réaction enzymatique, comment feriez vous ?

Utilisez l'espace ci-dessous pour réaliser un schéma qui représente ce phénomène

HAKIM

Scénario

Le principal problème auquel je me suis vu confronté est que les élèves ont refusé catégoriquement et à l'unanimité la passation de la séquence d'enseignement sur la réaction enzymatique. Effectivement, cela ne fait pas partie de leur programme d'études et ils se voyaient "perdre" 2 périodes de cours sur le programme de diplôme. Les apprentis laborantins en chimie travaillent 4 jours par semaine au laboratoire et ont une seule journée de cours théorique d'environ 8h. Ils n'ont pas de devoirs en dehors des heures de classe et leur travail professionnel leur prend tellement de temps qu'ils n'arrivent très souvent pas à travailler en dehors des heures de cours. Chaque période de cours revêt pour eux une importance particulière. De plus, les 8 élèves ont entre 20 et 30 ans et ont pour la plupart une maturité scientifique OS chimie. De surcroît, 4 d'entre eux ont effectué les 2 premières années d'Université en chimie. L'exercice que je leur propose est très loin de leurs attentes et bien trop facile car certains concepts sont connus depuis longtemps. D'un point de vu motivationnel, les chance ne sont pas de mon côté.

Ainsi, ils ne voulaient pas passer 2 précieuses heures de cours à travailler sur un sujet acquis et qui ne n'allait de toute manière pas faire partie des examens finaux de diplôme se déroulant au mois de juin prochain.

Il m'a donc fallut user d'une stratégie particulière pour me permettre d'effectuer la passation et pouvoir effectuer l'évaluation de l'artefact.

J'ai opté pour un enseignement à distance via GoogleDrive, composé de 2 parties.

Séquence 1/2: visualisation de l'artefact

Je leur ai envoyé le lien de l'artefact. Les consignes étaient simples, ils avaient environ 20 minutes pour visualiser les 6 animations et les relier s'ils le souhaitaient avec des mots clés de leurs choix.

Séquence 2/2: réponses aux questions 1 à 5 et schéma de la trame d'une réaction enzymatique

Puis, je leur ai mis sur GoogleDrive les 5 questions relatives aux animations 1 à 6 (teste les conjectures 1 et 2) et je leur ai demandé de dessiner un schéma qui expliciterait la trame temporelle d'une réaction enzymatique (teste la conjecture 3).

Finalement, ils avaient 60 minutes pour répondre aux questions, dessiner leur schéma, scanner le tout et me l'envoyer par e-mail.

Le temps des séquences 1 et 2 correspondent plus ou moins à 2 périodes d'enseignement de 45 minutes.

RESULTATS & DISCUSSION

BENEDICT

CONJECTURE 1: analyse basée sur les résultats de la question 1

Avant propos: de l'importance de récolter des données utilisables

Les résultats obtenu dans la question 1 nous permettent de constater que les élèves sont, pour la plupart, capable de décrire l'action observée avec une certaine justesse. Cette description n'est pas parfaite et contient des problèmes syntaxiques évidents pour certain.

Cet exemple est là pour illustrer un problème que je rencontre dans la lecture de certaines descriptions, peu d'entre elles heureusement. La syntaxe n'est pas évidente, la ponctuation absente et je ne parvient toujours pas à décrypter le dernier mots de la description de l'élève. Ce genre de situation m'invite à considérer l'écriture par ordinateur, chose que j'imagine mettre en application à la prochaine expérience. Cette séquence étant très proche de l'outil informatique, il semble qu'une adaptation du dispositif en salle informatique pourrait s'avérer judicieuse, autant pour la récolte des résultats que pour me faciliter la tâche dans leur analyse.

J'ai initialement décidé de projeter l'animation en classe plutôt que de leur laisser un complet accès aux animation via le site web et un poste informatique. L'idée était de garder le contrôle sur l'objet qu'ils étudient et sur le temps imparti pour leur description.

Sélection de résultat de la tâche 1

La première colonne montre la définition élaborée par l'élève, la 2ème, les termes utilisés pour la tâche 2.

Exemples de réponse à la question 1

Il est important de noter que les élèves ne devaient pas recopier la définition de l'enseignant mais compléter la leur à l'aide de la discussion et des propositions faites par la classe.

La définition de l'enseignant est volontairement incomplète et les élèves participent à l'amélioration/complétion de cette définition en même temps que la leur.

Elève 1

L'élève n'est pas revenu sur sa version pour l'améliorer (consigne donnée) car elle a pris soin de noter la correction de l'enseignant.

Cela permet de constater quelques points intéressants de sa compréhension primaire du phénomène (chose à considérer dans le cadre d'une recherche: récupérer les données brutes sans correction pour constater les conceptions des apprenants avant intervention du prof).

• 1. L'animation tourne en boucle et l'élève a tenu compte de cela dans sa description : "à chaque contact".

1. L'élève ne considère pas que c'est l'enzyme qui est responsable du changement observé, coupure du réactif: "la chaine ... en perd 1".

Elève 2

La définition original de l'élève 2 s’arrête à "en coupe une au bout". La partie qui suit ayant été amenée par la discussion en plénière.

Sur ce point on peut retrouver une lacune présente chez plusieurs autres élèves, ils oublient de considérer le détachement de l'enzyme de son substrat APRÈS l'action de l'enzyme, la coupure.

Contrairement à l'élève précédent, celle-ci a considéré avec justesse que "la forme violette" était responsable du phénomène de coupure d'une bille. Soit dit en passant, seul la moitié des élèves ont considéré l'enzyme comme étant responsable du changement, cela soulève une réflexion sur l'efficacité de l'animation et nous éclaire sur le teste de la conjecture 1 et sa shadow conjecture (voir point suivant).

Découpage en trois étapes

Lors de la correction de la question une, je présentai une manière assez simple de décrire le phénomène; en faisant un découpage en trois partie:

1. Rencontre

2. Action

3. Séparation

À la fin de la correction de la question 1 j'insistai sur l'aspect pratique de cette méthode de description en espérant que les élèves la reprennent. Sans succès malheureusement, celle-ci est totalement absente de la totalité des copies.

Conclusion conjecture 1

Nous constatons premièrement que la plupart des élèves a joué le jeu et décrit avec une relative précision les événements observés.

Concernant le découpage en trois étapes, les élèves n'ont pas saisi par eux-même (l'idée première) l'intérêt d'effectuer les descriptions de cette manière. Mon intention était que les élèves se rendent compte de l'aspect et l'utilité du découpage et que cela reste au cours des différentes descriptions tout au long de la fiche. L'idée était de rendre la tâche 3 plus simple : construction d'un schéma récapitulatif, à la structure linéaire/découpée. (voir conclusion de la conjecture 3)

CONJECTURE 2: analyse basée sur les résultats des questions 3 à 5

Rôle de l'enzyme

On constate dans plusieurs copies que le rôle de l'enzyme, couper le réactif, n'est pas induit par une partie des élèves.

La première question permet de relever la chose avec une certitude relative. En effet, à ce moment là aucune explication n'a été donnée sur le phénomène et la manière correcte de le décrire. Ce n'est que par la suite, lors de la correction de la première question, que l'élève peut comprendre que "la forme violette" est responsable de la coupure.

Après un comptage dans toutes les réponses récoltées (question 1), j'ai constaté que 6 élèves (sur 13) ne font pas de lien de cause à effet entre l'action de l'enzyme et le phénomène de séparation.

Il établissent, par contre, que le contact entre l'enzyme et le substrat se passe en même temps que la coupure.

Limites de l'animation sur ce point

L'élève n'induit pas spontanément le rôle enzymatique de l'enzyme.

Dans 6 cas sur 13, l'élève n'établit pas la responsabilité de la coupure à "la forme violette", l'enzyme.

Ils établissent par contre un lien temporel. Celui-ci n'est pas de l'ordre de la cause à effet mais plutôt de la concomitance.

L'animation seule, n'est donc pas compétente pour transmettre une information correcte quand au rôle de l'enzyme.

Concernant les notions de réactif et de produit

Il est difficile de juger l'intégration des notions de réactif et de produit, cette séquence se concentrant principalement sur l'acteur primaire et son rôle, l'enzyme. Les réactifs et produits s'en retrouvent relégués à un rôle secondaire dont la description par les élèves est assez simple: "Une chaine de billes/boules vertes" dont un élément se détache ou est découpé suivant la perception de l'élève.

Les notions de réactif et de produit étant très simples, autant dans ma théorie que dans mes objectifs je pense que l'analyse ne peut donc se porter que sur la manière dont les élèves considéreront les objets au fur et à mesure de l'avancée des animations.

Fonction du site actif

La compréhension de l'importance du site actif se mesure avec les répons fournie dans la question 3. Celle-ci comprends 2 animations, la 3ème et la 4ème.

Les 2 extraits ci-dessous illustre la perception relative de l'importance du site actif.

Exemples de réponse à la question 3

Elève 1

Cet élève est celui-ci qui proposa la meilleurs dénomination pour le site actif, "l'encoche". Dans sa description, il fait très clairement une distinction entre l'enzyme et son site actif. Cette distinction nous permet d'imaginer qu'il raisonne autour du phénomène avec ce nouvel élément en tête. Cette nouveauté dans son raisonnement le rapproche de l'élaboration d'un modèle plus complet.

Elève 2

La description de l'élève s'arrêtant à "avoir de changement". Cette description ne comprend pas ce nouvel élément (le site actif). L'élève considère que la forme violette a changé mais ne crée pas un nouvel item atour du quel baser sa réflexion.

Cela laisse donc à pense que l'élève utilise un schéma réflexif moins élaboré que le cas précédant.

De manière générale, 6 élèves sur 13 considèrent que la forme violette est différente et non pas juste son site spécifique. Absence de compréhension de la spécificité du site actif (p26 Q3 - p30 Q3 - p34 Q3 - p38 Q3 - p42 Q3 - p50 Q3)

Effet de la drogue

L'action de la drogue est testées dans les questions 4 et 5. Elles sont donc traitées ensemble.

important : Les élèves ne notent pas toujours le lien qu'ils peuvent faire avec l'animation 2 (liaison d'une boule vert à une boule bleue), j'ai du le leur rappeler lors de la correction. Ils n'ont donc pas fait un lien direct avec un phénomène qui "s'était" produit auparavant et ce même phénomène qui ne peut, maintenant, plus se produire...

Comme dans les questions précédentes une partie des élèves analyse la vidéo avec lucidité et établi un lien de cause à effet entre l'action de la drogue et ses conséquences. (6 /13 pour la question 4 - 8/13 pour la question 5 : Chose à noter: J'ai demandé aux élèves de répondre au 2 questions d'un coup sans leur proposer de correction entre les 2.

Exemples de réponse à la question 4

Élève 1

Quelques élèves font un liens direct ou indirect entre la présence de la drogue et ses conséquences, environ 6, chiffre à vérifier.

Élève 2

Cet élève prend un raccourcis et estime que la présence de trois boules pour seulement 2 encoches empêche la réaction de se dérouler.

Ce genre de schéma réflexif faible est rare mais il est intéressant de le considérer dans les utilisations prochaines de ces animations.

Élève 3

Cet élève fait une réflexion peu éloignée du précédent. En effet, plutôt que de considérer le nouvel élément (la boule verte) comme un intrus, il la considère comme un réactif. Celle-ci se fixe au site actif

Exemples de réponse à la question 5

Une plus forte proportion d'élève ont établis, verbalement un lien de cause à effet entre l'action de la drogue et la structure des sites actifs.

Le lien de cause à effet est mieux établis dans les descriptions de la question 5, sans doute parce qu'une modification du site actif est visible lors du lien de la drogue dans la structure de l'enzyme. L'action de la drogue non compétitive est donc mieux perçue que celle d'une drogue compétitive.

Notions de réactif et de produit

Il est difficile de juger l'intégration des notions de réactif et de produit, cette séquence se concentrant principalement sur l'acteur primaire et son rôle, l'enzyme. Les réactifs et produits s'en retrouvent relégués à un rôle secondaire dont la description par les élèves est assez simple: "Une chaine de billes/boules vertes" dont un élément se détache ou est découpé suivant la perception de l'élève.

Les notions de réactif et de produit étant très simples, autant dans ma théorie que dans mes objectifs je pense que l'analyse ne peut donc se porter que sur la manière dont les élèves considéreront les objets au fur et à mesure de l'avancée des animations.

Conclusion conjecture 2

Les élèves n'induisent pas systématiquement le rôle centrale de l'enzyme. Cela soulève une limite dans l'utilisation de ce modèle. Cela découle principalement de l'absence de toute information autre que visuel et graphique dans ces animations, et donc de la quasi inexistence d'un cyber prof. De ce point de vue, on constate facilement qu'une animation, uniquement visuelle, ne permet que très peu d'inférence par les élèves. Celles-ci sont limitées par l'absence complète de feedback et la liberté total laissée à l'interprétation du modèle exposé.

Ce fait s'observe dans les points suivants:

• Sans l'intervention de l'enseignant, environ 50% des élèves ne conçoivent pas que l'enzyme est responsable de "l'action" (la coupure ou le lien).

Conjecture 3: analyse basée sur la tâche n°3 de la fiche théorique

Rappel de la conjecture 3.

La visualisation des "événements de la réaction enzymatique" sur l'animation facilite la création d'un modèle décrivant le phénomène en étape reliées par des flèches établissant une trame temporelle.

La tâche 3 n'a pas été accomplie ou très mal par tout les élèves (en devoir). L'élaboration d'un modèle ordonné dans les descriptions devrait faire partie des compétences pratiques général de cette activité.

En absence de production d'élève à analyser pour discuter la présentation des idées importantes dans un schéma, je décidai de leur présenter 2 schémas et de leur demander de leur trouver des avantages et inconvénients.

Voici les 2 schémas présenté :

Ayant quelque peu improvisé cette séquence en réponse à l'absence de productions d'élève, il est important de noté que ces schémas était dans mon stock de

modèles utilisables. Ceci étant, ces modèles n'avaient pas été particulièrement étudiés par moi-même avant leur utilisation.

Quoiqu'il en soit, cette séquence "improvisée" avait pour but de faire réfléchir les élèves sur l'efficacité d'un modèle ainsi que la mesure dans laquelle l'un ou l'autre de ces modèle leur convenait.

Je demandai donc à mes élèves de critiquer ces modèles, en ne m'attendant pas à beaucoup de réaction.

Ce fut tout le contraire qui arriva.

Je passai en revu l'avis des élèves, les uns après les autres, sur la convenance d'un modèle ou l'autre. Tout cela en plénière dans un état d'esprit très participatif.

La fait est qu'ils avaient une aversion assez prononcée pour chacun de ces modèles et que aucun d'entre eux ne leur convenais vraiment.

Après avoir constaté cette aversion, je demandais à mes élèves de donner des raisons à leur aversion et d'indiquer ce qui les dérangeais.

Voici une brève liste des remarques soulevées pour les deux modèles:

Critique des élèves et interprétation

La forme de l'enzyme et des substrats;

Aux dires des élèves, les formes proposées par le modèle ne leurs convenaient pas.

Les couleurs:

Celles de l'enzyme ainsi que des substrats. Le fait que le substrat change de couleur après la réaction était aussi problématique

Ces 2 points soulèvent un aspect important de l'utilisation d'animation pour la compréhension d'un phénomène nouveau.

Après avoir passée une période et demie sur ces animations et avoir découvert le processus de réaction enzymatique par ce biais, la conception des apprenants ne donnait pas l'impression de pouvoir s'extraire du "seul" modèle utilisé. Cet inconfort généré par l'utilisation d'une seul animation révèle un point important dans la phase finale de l'apprentissage: la généralisation et le transfert du modèle appris.

En constatant la chose je demandais ce que les élèves souhaitaient.

Un modèle basé sur les formes et couleurs de nos animation, celle sur lesquels ils avaient construit leurs conception, était très clairement désiré par la classe. C'est après un vote sans équivoque (7 voix pour, 0 contre, 5 abstentions), nous décidions donc de baser notre modèle à institutionnaliser, intégralement sur les formes et couleurs utilisées dans l'animation.

La forme du site actif (ainsi que la présence d'une étoile à côté de celui-ci dans le modèle 2):

Le fait que le site actif change de forme, un peu ou beaucoup, lors de la liaison au substrat leur posait un problème. Il n'avait en effet pas vu cet aspect de la réaction enzymatique (l'adaptation du site actif au substrat) ni dans la théorie ni dans es discussions. J'ai volontairement éludé ce point car trop approfondi pour les délais que je m'était imposés.

Les élèves étaient donc tout à fait capable de constater cette différence marquante dans les schémas discuté. Cela révèle que le modèle qu'ils utilisaient eux même était bien proche de celui étudié durant les 2 périodes précédentes, confirmant ainsi un apprentissage correspondant aux objectifs fixés.

Cette remarque montre aussi qu'à partir de cette constatation, les élèves pourrait sans doute améliorer ce modèle. Quelques documents aidant, ils pourraient rapidement ajouter ce paramètre au modèle initial en partant du questionnement soulevé par le petit changement dans le modèle.

Conclusion conjecture 3

L'absence de modèle créé par les élèves posa problème sur le moment mais je parvins tout de même à évaluer leur conception après cet exercice sur les 2 schémas proposés.

Celles-ci se limite beaucoup au type d'animation étudié durant la séquence. La discussion sur le site actif (juste ci dessus) démontre une bonne intégration des paramètres dirigeant le fonctionnement de l'enzyme selon ce qu'ils ont vu. Nous pouvons donc conclure que l'animation a permis d'intégrer ce principe de la réaction enzymatique. Étant un facteur capital du mécanisme enzymatique, il est satisfaisant de constater que cette aspect fut intégré par les exercices pratiqués dans la séquence.

Il est par contre important de soulever que les élèvent s'enferment dans un schéma de réflexion. En effet, les quelques petites différences constatées par les élèves soient considérées comme des problèmes à leur yeux et non pas comme des variations auxquelles ils peuvent s'adapter. Cela soulève l'importance de l'utilisation d'une méthode qui permette de généraliser le concept étudié.

L'utilisation d'autres modes graphiques et la création d'un questionnement que l'élève résout seul ou en groupe devrait faciliter la généralisation d'un modèle généralisable et transférable à d'autre aspect de la chimie de la vie.

HAKIM

L'utilité de travailler sur la réaction enzymatique est d'une grande importance. Sans la barrière créée par l'énergie d 'activation, les protéines, l'ADN et les autres molécules complexes d'une cellule, qui sont riches en énergie libre, pourraient se décomposer spontanément. En effet, les principes de la thermodynamique favorisent leur dégradation. Heureusement, peu de ces molécules sont capables de franchir l'état de transition aux températures caractéristiques des cellules. Il faut toutefois que certaines réactions puissent avoir lieu pour que la cellule accomplisse les processus vitaux. La chaleur accélère une réaction en permettant aux réactifs d'atteindre l'état de transition plus souvent, mais cette solution n'est pas appropriée pour les systèmes biologiques. Tout d'abord, les températures élevées dénaturent les protéines et tuent les cellules. Deuxièmement, la chaleur accélère toutes les réactions, même celles qui ne sont pas nécessaires. L'organisme doit donc faire appel à une solution de rechange: un catalyseur. Une enzyme catalyse une réaction en abaissant l'énergie d'activation de façon que les molécules de réactifs absorbent suffisamment d'énergie pour atteindre l'état de transition même à des températures normales. Une enzyme ne change pas le ΔG d'une réaction; elle ne peut rendre exergonique une réaction endergonique. Elle ne fait qu'accélérer un processus qui, de toute façon, finirait par se produire. Cela permet à la cellule d 'avoir un métabolisme dynamique, une circulation chimique «fluide». Et comme elles sélectionnent les réactions qu'elles catalysent, les enzymes déterminent les processus chimiques qui se déroulent en tout temps dans la cellule. [2]

CONJECTURE 1 et 2: analyse basée sur les résultats des questions 1 à 6

La participation à l'exercice a été globalement satisfaisante, 7 élèves sur 8 ont bien suivi les consignes et m'ont renvoyer un dossier complet. Pour des élèves qui verraient pour la 1ère fois la notion de réaction enzymatique, les résultats pourraient paraître surprenants mais pour ceux dont les concepts étaient déjà acquis, il suffisait de puiser dans leur mémoire à long terme.

Pour les questions 1 à 6, voici ici des exemples flagrants qui montrent que les concepts enseignés dans ce module ont déjà été vu. Sont encadrés en bleu les concepts de haute spécificité (ceux qui sont recherchés pour ce sujet) et soulignés en rouge ceux de faible spécificité pour le sujet. Il est observable que tous les mots clés souhaités sont présents dans la réponse. Visiblement, pour ces élèves, comme pour les 5 autres, le sujet est déjà bien connu, voir assimilé.

Il apparaît très clairement chez l'élève qui répond aux questions 1 et 2 les notions de catalyse enzymatique, formation d'une liaison et rupture d'une liaison.

Les questions 4 à 6 demandent des connaissances plus approfondies sur le sujet de la réaction enzymatique car ils supposent que la réaction peut ne pas avoir lieu. Cependant, les 7 élèves concernés ont mis des réponses équivalentes. Ils ont réussi à mettre en évidence soit l'inhibition de l'enzyme, soit sont inactivation.

L'élève qui répond à la question 3, ci-dessous, met clairement en évidence la structure des substrats, ce qui empêche la réaction enzymatique.

L'élève qui répond à la question 4 ci-dessous, va même encore plus loin en comparant le substrat et un inhibiteur compétitif, ce qui rajoute encore de la précision à sa compréhension de l'animation.

La question 5, liée à l'animation 6 est à mon sens la plus difficile car elle demande à l'élève de comprendre qu'il existe un site sur l'enzyme sur lequel une molécule peut se fixer pour inactiver celle-ci. Or, on voit dans l'animation 6 cette molécule inactivatrice mais le site sur lequel elle se fixe à l'enzyme n'apparaît dans aucune autre animation. Ce qui pourrait prêter à confusion et douter même sur l'existence d'un tel site.

L'élève qui répond à cette question ci-dessous, ne montre pas explicitement qu'il connait l'existence d'un tel site mais il est capable de comprendre que selon l'image, la conséquence de la fixation d'une molécule inhibitrice peut induire le changement conformationnel des sites actifs. On est déjà ici, à mon sens, dans une compréhension très spécifique.

CONJECTURE 3: analyse basée sur le schéma d'une trame temporelle

Ce qui m'a sans doute le plus impressionné est la facilité avec laquelle certains élèves ont su tracer une trame temporelle de la réaction enzymatique. Ceci représente le plus haut degré de difficulté demandé dans l'exercice. En effet, en mettant en place un tel schéma, l'élève fait l'effort de lier tous les concepts mis en jeu; et de leurs donner une certaine hiérarchie en classant dans le temps. De plus, il se rapproche très clairement du schéma de l'enseignant, qui lui même a puisé dans les livres de références et l'étaye petit à petit avec le temps et l'expérience.

Les 3 schémas ci-dessous ont été placé dans l'ordre de complexité croissante, à mon sens.

Ce premier schéma est, il me semble, le plus simple car il met en évidence les différentes étapes mais dans une certaine linéarité.

Schéma 1

Le second schéma semble se rapprocher de ce que l'on trouve dans la littérature au niveau des différentes étapes de la réactions enzymatique. Cependant, malgré sa forme arrondie, il garde un caractère linéaire.

Schéma 2

Finalement, le 3ème et dernier schéma, est le plus abouti de ceux qu'y m'ont été transmis. En effet, on retrouve les 4 étapes de base de la réaction enzymatique telle que l'on peut la trouver dans la littérature mais on a, cette fois, un cycle parfait. Cet élève à su représenter le fait que l'activité de l'enzyme est de transformer ses substrats en produits et en plus elle montre que l'enzyme qui joue le rôle de catalyseur n'est pas consommée par la réaction mais peut continuer sont activité. Le seul manquement de ce schéma est l'absence d'inhibiteur, qui pourtant était très bien mis en évidence dans les différentes animations de l'artefact, oubli ou liens manquants?

Schéma 3

Les TIC sont, en peu de temps, devenues l'un des piliers de la société moderne. Aujourd'hui, de nombreux pays considèrent la compréhension de ces technologies et la maîtrise de leurs principaux concepts et savoir-faire comme partie intégrante de l'éducation de base, au même titre que la lecture, l'écriture et le calcul.

Les élèves devraient être capables d’identifier les principaux paramètres d’une situation réelle, de la formaliser en un modèle, puis de l’explorer, d’interpréter les résultats et de déterminer dans quelle mesure il rend compte de la réalité. En classe, les phénomènes sont souvent enseignés et expliqués de façon exagérément déductive. S’attaquer, même à un niveau élémentaire, à la modélisation d’une situation simple, permet d’équilibrer construction inductive et approche déductive (modélisation versus simulation). Il est ainsi possible de résoudre certains vrais problèmes au lieu de problèmes “artificiels”. De telles pratiques rapprochent les approches expérimentales et théoriques (formelles).

Bien que de nombreuses approches soient envisageables, selon le choix des outils et leur disponibilité, il est essentiel lors d'un enseignement de ce type de s’en tenir à des modèles simples, même pour des situations complexes. [3]

C'est principalement pour cette raison que le modèle de la catalyse enzymatique nous semblait approprié à cette exercice. Cependant, dans mon cas, il me semble très difficile de pouvoir discuter de la pertinence et de l'utilité de cet artefact. Ceci pour 2 raisons:

- la première est que les élèves ont spontanément refusé de jouer le jeu, ils se refusaient à "perdre" du temps. Ainsi devant leur attitude négative et réticente vis-à-vis de cet exercice, il semblerait que l'outil n'a pas suscité une grande motivation. Cependant, ils ont quand-même fini par jouer le jeu et je dirais même se prendre au jeu car leurs productions sont finalement le fruit d'un réel investissement de leur part. Et elles sont bonnes. L'auraient-ils fait devant un autre type d'exercice?

- la seconde est de l'ordre des connaissance établies. Celles-ci vont au delà de ce que cet enseignement avec cet artefact tentait de leur faire comprendre. Le sujet n'est pas une nouveauté pour la plupart d'entre eux. C'était déjà du connu pour eux et il n'avaient plus qu'à réactiver leur mémoire à long terme. Voilà qui est intéressant car cela signifierait que l'on pourrait utiliser ce type d'outil pour faire de la révision ou encore pour favoriser et amélioré l'ancrage de certains concepts encore flous pour certain!

CONCLUSION

BENEDICT

HAKIM

Bien que comme énoncé précédemment, l'évaluation de l'artefact dans mon cas me paraît difficile, il est possible d'en tirer certains enseignements. En effet, même des élèves peu, voir pas motivé, et refusant de se soumettre à un exercice finissent tout de même par avoir du plaisir au contact de l'artefact. Non seulement ils se mettent à la tâche mais ils le font bien. Peut être est-ce aussi le fait que l'enseignement ait été effectué à distance? Alors l'outil est tout à fait approprié, car il se prête très bien à ce type de transmission. Son pouvoir peu se situer dans la manière d'utilisé l'artefact, à n'importe quel moment de la journée et à n'importe quel point du globe. De plus, il est modifiable à souhait, avec une certaine facilité.

Comment quantifier le pouvoir de la vidéo dans l'aide à la compréhension de certains concepts plus ou moins difficile d'accès, lorsque ceux-ci sont déjà acquis. Ou plutôt, disons, qu'ils ont déjà été entendus et semblent acquis. Nous avons vu ici que la vidéo peut être utilisée pour faire de la révision ou compléter l'acquisition de certains concepts particulièrement difficile, notamment ceux nécessitant une trame temporelle, comme dans notre exemple. Il peut aussi faire office d'outil pour l'évaluation des apprentissages anciens et nouveaux.

En somme, la vidéo se trouve dotée d'un pouvoir à travers le choix de sa plus ou moins grande complexité et de sa versatilité.

BIBLIOGRAPHIE

[1] KScience 2008. Enzyme. http://www.kscience.co.uk/animatios/anim_2.htm. London, KScience, accessed 28.02.2016.

[2] Campbell, N. and J. B. Reece (2007). Biologie. Paris, Pearson education, 1490 pages.

[3] UNESCO (2004). Technologies de l'information et de la communication en éducation. Paris. Editions UNESCO, 149 pages.