Partager des images de frottis sanguins pour établir un modèle descriptif

Ebauche de projet v4

TITRE :

Comment partager des images de frottis sanguin des élèves avec l’enseignante et les élèves afin d’établir un modèle descriptif d’une cellule

Introduction et problématique

Le modèle simplifie le réel et ainsi permet de produire des explications et des prédictions (Vecchi). La modélisation cible la compréhension d’un phénomène donné, par conséquent, « il n’y a pas de compréhension sans modèle » (Lombard 2012, p. 38, cité par (Widmer, 2014, p. 11). Le modèle répond à une problématique spécifique et ainsi est d’une pertinence limitée, modifiable et évolutive. De ce fait, il y a différents types de modèles avec différents niveaux de complexité, de clarté et de puissance explicative (Widmer, 2014, p.11).

Chaque individu utilise des modèles pour comprendre la réalité. Les modèles mentaux sont définis comme « un ensemble d’images mentales, de modèles, avant qu’une activité débute » ((Giordan and Vecchi, 1996) cité par (Widmer, 2014, p. 11)). Les modèles mentaux des élèves ne sont pas nécessairement alignés avec les modèles scientifiques, fait qui peut poser un obstacle pendant l’apprentissage.

Par conséquent, l’élève voit ce qu’il croît (son modèle mental) et ne croît pas à ce qu’il voit (ici : MàI). Ainsi, certaines démarches proposées au cours de l’enseignement, même si elles semblent motivantes, peuvent être peu ou pas efficaces.

En particulier, l’observation microscopique est une activité qui peut poser des problèmes. En effet, en regardant la même préparation (le même champ de vision) l’enseignant et l’élève ne voient pas forcément la même chose : l’enseignant vise le MàI, tandis que l’élève accorde ce qu’il voit avec son modèle naïf. En plus, il y a plusieurs problèmes techniques possibles comme :

- l’élève ne se rend pas compte que l’objet n’est pas net (donc il ne voit pas tous les détails)

- l’élève à des problèmes de vue (par exemple : porte des lunettes) ce qui rend le réglage du microscope compliqué (voir impossible).

Tous ces problèmes compliquent la communication entre l’enseignant et l’élève. Ainsi, la communication et la discussion qui suivent l’observation microscopique ne peuvent pas être efficace et, au contraire, mènent à la confusion, aux conflits (cognitifs) et, ainsi, à la frustration et (dans le meilleur cas) à l’apprentissage par cœur sans compréhension.

Avec l’apport des technologies, ce problème peut être résolu. Notamment, la prise de photos des structures observées par les élèves à l’aide d’un microscope, suivi par leur partage et par une discussion, peuvent améliorer l’apprentissage issu du TP.

Selon l’apport théorique, il y a plusieurs avantages à ce type d’action, comme par exemple :

1. Les élèves travaillent avec leurs propres productions (les photos), l’activité est ainsi plus authentique et motivante ((Lombard 2012) cité par (Widmer, 2014, p. 23) ; (Quillin and Thomas, 2015))

2. Les élèves prennent conscience qu’il existe des réponses différentes des leurs (Widmer, 2014, p. 16).

3. La comparaison entres les idées, supportée par le dialogue/discussion, permet de développer de nouveaux apprentissages (Widmer, 2014, p. 11).

Ainsi, le but de ce travail est d’implémenter un artefact MiTIC dans le TP « classique » : l’observation microscopique du sang, afin d’établir un modèle de cellule permettant aux élèves l’identification des différents types de cellules sanguines à partir de leurs caractéristiques morphologiques.

Objectifs

-l'élève est capable de repérer les caractéristiques pertinentes des différentes cellules sanguines permettant de les classer

-l'élève est capable d’identifier les différents types de cellules sanguines à partir de leurs caractéristiques morphologiques

- l'élève est capable d’argumenter son choix de cellules

-l'élève connaît la composition du sang avec les proportions de ses différents constituants

- L’élève est capable d’utiliser le microscope

- L’élève est capable de faire une photo nette et bien cadrée

- L’élève est capable d’écrire ses observations (caractéristiques des cellules observées)

- L’élève reconnait différents constituants cellulaires (noyau, membrane, cytoplasme)

- L’élève est capable d’associer le rôle des différents types de cellules sanguines avec les cellules elles-mêmes

Conjecture-s

CJ 1. Le visionnement de plusieurs photos de cellules sanguines permet de les comparer (i.e. repérer les similitudes et les divergences) et ainsi d’établir les critères pertinents du MàI (modèle descriptif d’un globule rouge et d’un globule blanc)

Les cellules sanguines sont très diversifiées (p. ex. : les globules rouges n’ont pas de noyau et les globules blancs ont un noyau qui peut avoir différentes formes) et assez éloignées du modèle de cellule animale que les élèves ont vu au début de l’année i.e. une cellule ronde avec un noyau sphérique placé au centre de la cellule. Le partage des photos des élèves avec toute la classe (possible grâce à beekee) va permettre leur comparaison (i.e. la recherche des différences et des similitudes) afin de montrer la diversité des cellules et d’établir les critères pour pouvoir les classer ce qui va mener à la production d’un modèle descriptif d’un globule rouge et d’un globule blanc.

CJ 2. Le partage des productions des élèves suivi par une discussion portant sur les critères du modèle de la cellule sanguine permet (la validation de leurs connaissances par leurs pairs et par l’enseignant) d’établir un modèle à plus haute puissance explicative que les élèves mobilisent au bon moment

Selon Widmer et al., « la validation des connaissances scientifiques est à la fois individuelle est sociale. Individuelle car la justification qui fonde la connaissance est détenue par l’individu, et sociale car elle fait l’objet de confrontations avec d’autres idées, portées par d’autres individus » (Widmer, 2014, p.10). Pendant le cours classique, la validation des connaissances est effectuée par l’enseignant tandis que la validation par des camarades de classe permet « aux apprenants de développer une épaisseur à leurs connaissances » ((Lombard 2012, cité par (Widmer, 2014)).

CJ3. Le partage des photos prises lors de l’observation microscopique permet d’identifier les conceptions naïves des élèves

Les modèles mentaux des élèves concernant le sang et les cellules sanguines ne correspondent pas nécessairement à un modèle scientifique. Ici, l’enseignante choisi le MàI et le confronte aux modèles mentaux (révélés par les photos prises) des élèves pour les faire évoluer (Widmer, 2014, p. 11). Bien que le modèle mental de l’élève ne disparaisse pas, plusieurs réutilisations (usage répétitif) de MàI permettront la coexistence des deux modèles et, à terme, permettra d’évoquer le bon modèle au bon moment ((Widmer, 2014), (Ohlsson, 2013)).

Eléments de design (implémentation pédagogique)

- Effectuer le frottis sanguins des élèves

- Observation au microscope de frottis sanguin des élèves,

- Production d’une photo,

- Production du rapport d’expérience dans lequel les élèves décrivent leurs observations initiales concernant la description du globule rouge/blanc (révélation du modèle mental initial) le déroulement de l'activité et à la fin le MàI

- Analyse d’un texte sur la composition du sang (rôles des différentes cellules sanguines) avec un questionnaire

- Utilisation de Beekee (Widmer, 2014): le logiciel permettant la création d’un mini réseau social qui permettra le partage des photos faites par les élèves avec leurs smartphones lors de la séance du TP.

- Partage des photos entre les élèves en utilisant BEEKEE pour repérer les similitudes et les différences entre les lamelles analysées par les différents groupes, suivi par une discussion avec toute la classe

- Le visionnement des photos prises par les élèves

Justification du choix de « Beekee »

L’utilisation de cet artefact permet :

- Le partage des photos des élèves, la comparaison des cellules et l’organisation de la diversité cellulaire

- De rendre anonyme les productions

- De légender (tagger) les photos pour justifier le choix de « photo à partager »

- De montrer les défauts ou points positifs des photos : nature technique (netteté, cadre ; si la légende est bien assignée et en accord avec le texte descriptif (MàI))

- D’augmenter l’engagement des élèves car ils travaillent avec leurs productions, ainsi le contenu est plus authentique et motivant

Effets attendus

- L'élève utilise un modèle institutionnalisé pour distinguer et nommer les cellules (globule rouge/globule blanc) sanguines à partir de leur morphologie et argumenter son choix

- L'élève reconnait le frottis sanguins d'une personne saine parmi les images de frottis sanguins proposées et argumente son choix

- L'élève associe correctement l'image de frottis sanguin de personnes malades avec la description correspondante

- L’élève est capable de donner les rôles des globules blancs/rouges

- L’évolution du modèle mental de l’élève vers le MàI

Observables

- les élèves font des photos des cellules sanguines

- les élèves produisent les documents :

a) document 1 : la description du globule blanc/rouge avant l’activité

b) document 2 : la description du globule rouge/blanc qui a été partagée

c) document 3 : le modèle établi en classe (donc pareil pour tous les élèves)

d) document 4 : réponds au texte de l’Aventure du vivant

e) document 5: l'élève associe la photo de frottis sanguin avec la description et reconnaît l'image de frottis sanguin d'une personne saine parmi les photos à choix

- une base de données de photos des élèves (avec leurs commentaires) partagée grâce à Beekee est établie

- évaluation formative : les élèves répondent (correctement) aux questions testant le MàI pendant l’évaluation

Scénario

La séquence s'est déroulée au début de la séquence qui porte sur le système cardio-vasculaire, pour la classe 10^ème LS (14 élèves). Cette séquence a eu lieu fin janvier 2018 et a été donnée sur 3 périodes.

Le déroulement de la séquence, en grande ligne :

Semaine 1:

1. Avant l’activité, les élèves décrivent ce qu’est un globule rouge et un globule blanc

2. Effectuer le frottis sanguins des élèves

3. Les élèves observent leurs frottis sanguins:

-Recherche de globules blancs et de globules rouges

-Prise et partage des photos avec leur description (BEEKEE)

-Visionnage de toutes les photos et établissement

du modèle descriptif (BEEKEE)

Semaine 2:

4. Post-test activités document ici

-Reconnaitre la frottis sanguin d’une personne saine et malade,

-Associer les photos avec les descriptions

-Légender le frottis sanguin d’une personne saine

MàI (critères)

critères de description de globule rouge/ blanc :

forme, taille; couleur de cytoplasme, constituants cellulaires, abondance

Résultats

CJ 1.

Figure 1. De observations des élèves vers MàI

Les résultats montrent qu’avant la séquence, les élèves n’ont pas beaucoup de connaissances sur les globules rouges et encore moins sur les globules blancs car les critères décrivant ces deux types de cellules sont assez limités comme : fonctions ou taille (cf. barre bleue sur les graphiques). Cela change pendant que les élèves observent leurs frottis sanguins. Les élèves commencent à identifier et comparer les deux types de globules et donnent les critères pertinents du modèle (barre rouge sur les graphiques). Il y a certains critères plus faciles à repérer comme, par exemple, la quantité de globules rouges ou la présence de noyau pour les globules blanc. Ainsi, les critères proposés par les élèves ont permis, lors de la discussion finale du cours, d’établir assez rapidement le modèle descriptif d’un globule rouge et d’un globule blanc. Les élèves ont aussi choisi la photo de la classe qui représente le modèle.

En conclusion, l’observation de frottis sanguins des élèves, le partage des photos et la discussion ont permis d’établir un modèle descriptif de cellules sanguines et la sélection de photos de la classe qui lui correspond.

CJ2.

Figure 2. L’utilisation du modèle de frottis sanguins une semaine après le TP

Afin de vérifier si les élèves utilisent le modèle de cellules sanguines établi en classe (MàI), nous avons proposé des « post-test » activités qui ont eu lieu une semaine après le TP.

A. L’exercice 1 demandait de relier les frottis sanguins de personnes malades avec la description de leurs maladies et de repérer le frotti sanguin d’une personne saine. Nos résultats montrent que tous les élèves, sauf un, ont correctement repéré le frottis sanguins d’une personne saine (image C) et la plupart des élèves ont correctement relié les images des maladies avec leurs noms.

B. L’exercice 2. a consisté à légender le frotti sanguin d’une personne saine (pour ce faire, on a utilisé celui de l’exercice précédant) afin de voir si les élèves reconnaissent les différents types de cellules sanguines abordées une semaine auparavant. Tous les élèves ont reconnu les globules rouges. La majorité des élèves a aussi légendé un type de globule blanc. 40% des élèves ont légendé deux types différents de globules blancs et 2 parmi les 13 élèves ont indiqués les plaquettes. Les plaquettes n’avaient pas été abordées la semaine auparavant lors du TP mais étaient seulement mentionnées dans le texte AdV que les élèves ont du lire à la maison suite au TP.

En conclusion, les données montrent qu’une grande majorité des élèves emploie correctement le modèle mental de frotti sanguin établi une semaine auparavant afin de repérer le frotti sanguin d’une personne saine. Nous remarquons que le modèle d’un globule rouge est plus facile et/ou plus naturelle pour les élèves que celui d’un globule blanc. Néanmoins, la plupart des élèves utilisent correctement les modèles de globule blanc et de globule rouge pour reconnaître les pathologies révélées par le frotti sanguin.

Discussion

Le but de ce travail était d’établir un modèle descriptif des cellules sanguines à partir des observations microscopiques de frottis sanguins. Nous avons testé ensuite si les élèves emploient le modèle mental ainsi établi, afin de répondre aux questions testant le MàI (p. ex. reconnaître les caractéristiques des cellules sanguines et identifier le frottis sanguin d’une personne saine).

Pour ce faire, il y a deux difficultés majeures. La première est la diversité des cellules sanguines et le fait que les cellules sanguines ne correspondent pas au modèle général de cellule animale établi au début de l’année scolaire. La deuxième difficulté est liée à la communication entre l’enseignante et les élèves lors d’une observation microscopique. Ainsi, pour surmonter ces difficultés, nous avons choisi l’artefact « Beekee » afin d’aider les élèves à établir le modèle de cellules sanguins que nous voudrions qu’ils emploient afin de répondre aux questions testant le MàI.

L’utilisation de beekee pendant la séquence a permis le dépôt des photos et des descriptions des élèves sur la plateforme virtuelle. Par conséquent, il a été possible de les projeter afin de les comparer et de faire ressortir les critères pertinents pour caractériser un globule rouge et un globule blanc. En analysant les photos, les élèves ont effectivement rapidement repéré les critères importants du MàI ce qui a fait que la phase finale du cours était assez rapide et efficace (aisée). Néanmoins, en analysant les traces écrites individuelles que les élèves ont produites pendant le cours, nous nous sommes rendus compte que certains critères étaient plus faciles à repérer pour les élèves que d’autres et que, souvent, les élèves ont mentionnés un ou deux critères maximum dans leurs productions, tandis qu’il y en a 5 qui sont importants. Il est à noter que nous n’avions pas abordé le sujet des cellules sanguines auparavant. De ce fait, nos résultats montrent qu’avant la séquence, les élèves parlaient principalement de la fonction de deux types de globules, et non de leur description, indiquant ainsi que le sujet est plutôt nouveau pour eux. Donc, l’observation sans un véritable modèle préalable (ou avec seulement le modèle de cellule animale vu au début de l’année) a rendu plus compliqué le succès de l’expérience. Peut-être que si un cours théorique portant sur le sujet avait été donné au préalable, les élèves auraient mentionné plus de critères dès leur travail individuel. Ce cours préalable n’ayant pas été fait, nous constatons que la phase de visionnement des photos suivi par une discussion était essentielle pour l’établissement du MàI. BEEKEE a été le facteur essentiel qui a permis de faire cette mise en commun.

CJ 1 (N+1). Le visionnement de plusieurs photos de cellules sanguines suivi par une discussion sur ces images partagées permet de les comparer et ainsi d’établir les critères pertinents du MàI (modèle descriptif d’un globule rouge et d’un globule blanc)

CJ 2. Le partage des productions des élèves suivi par une discussion portant sur les critères du modèle de la cellule sanguine permet d’établir un modèle à plus haute puissance explicative que les élèves utilisent au bon moment

L’utilisation de l’artefact a permis le partage des productions des élèves et une discussion sur les critères du modèle. Le modèle ainsi établi a été testé pour savoir si les élèves étaient capables de l’utiliser au bon moment pour expliquer une situation qui n’avait pas été abordée en classe auparavant. Les résultats démontrent qu’une grande majorité des élèves ont effectivement été capables, une semaine après la séquence, d’utiliser le modèle à bon escient.

Il ne nous est pas possible de dire si une séquence, faite de manière conventionnelle, aurait donné des résultats similaires, voir meilleures. Effectivement, la question se pose pour ceux qui n’ont pas bien appliqué leur modèle de savoir qu’est-ce qui a provoqué cette incompréhension du modèle. Un hypothèse est que l’utilisation de l’artefact a distrait l’élève du but recherché voir que cela ne s’accordait pas du tout à sa façon naturel d’apprendre.

Par ailleurs, il serait intéressant de tester le MàI établi lors de la séquence plus tard dans l’année afin de vérifier ce que les élèves ont réellement retenu.

CJ3. Le partage des photos prises lors de l’observation microscopique permet d’identifier les conceptions naïves des élèves

Cette CJ n'a pas pu être testée car BEEKEE ne permet pas de légender précisément des photos (p.ex. au moyen d’une flèche reliant la notion à l’élément observé). Par contre, l’identification des conceptions naïves a pu être faite en récoltant et analysant les productions des élèves du début de la séquence.

CJ3 (N+1). Les photos individuelles prises lors de l’observation microscopique permettent, après explication de leur auteur, d’identifier sa conception naïve

Améliorations

- faire un cours théorique en préambule

- prévoir la séquence sur une période de temps plus longue afin que les élèves prennent bien le temps de comprendre ce qui leur est demandé, apprennent à bien maîtriser l’utilisation de l’artefact, aient suffisamment de temps pour observer et prennent les photos les plus pertinentes et nettes possible.

Conclusions

La mise en œuvre de la séquence nous a permis de tester comment partager des photos de frottis sanguins afin d’établir le modèle descriptif des cellules sanguines. Après la séquence, nous avons proposé certaines améliorations afin de fournir la réponse à la question de départ. Voici les éléments qui nous semblent importants :

- introduire par un cours théorique les constituants du sang car nos données indiquent que les élèves n’ont pas beaucoup de connaissances sur les globules rouges et encore moins sur les globules blancs. Cela va faciliter l’observation des cellules lors du TP

- l’utilisation de l’artefact beekee qui permet le dépôt des photos des élèves sur une plateforme virtuelle ce qui facilite le partage des productions des élèves avec toute la classe

- le visionnement de plusieurs photos car ainsi les élèves repèrent plus facilement les critères pertinents du modèle

- le visionnement des photos est suivi par une discussion portant sur les critères permettant de comparer les deux types des cellules sanguines

- le visionnement des photos est placé à la fin du TP

Reference

Giordan, A., and Vecchi, G.D. (1996). L’enseignement scientifique. Comment faire pour que ça marche (Z’Editions).

Ohlsson, S. (2013). Beyond Evidence-Based Belief Formation: How Normative Ideas Have Constrained Conceptual Change Research. Frontline Learn. Res. 1, 70–85.

Quillin, K., and Thomas, S. (2015). Drawing-to-learn: a framework for using drawings to promote model-based reasoning in biology. CBE Life Sci. Educ. 14, es2.

Widmer, V. (2014). openclass.ch. Application web pour soutenir l’apprentissage coopératif lors de travaux pratiques de biologie. University of Geneva.

Commentaires du CE 14 I 18

Votre projet a progressé de manière très réjouissante. Vert-Orange. Quelques commentaires et suggestions pour l'élaborer encore un peu afin d'obtenir des réponses plus claires à votre QdR et les partager avec tous en avril.

Autant je suis d'accord avec le fait que la science est validée par un processus de confrontation sociale dans les revues et les conférences (je reconnais bien le propos de Widmer après nos discussions), autant je ne suis un peu méfiant par rapport à "validation de leurs connaissances par leurs pairs et par l’enseignant ". Le danger est qu'on finisse par voter si 2+2 font 5 ou ... si le climat est en train de changer à cause de l'homme. Ce qui est très important et qui pourrait être plus explicite est qu'on discute des modèles sur la base de données et le critère est la puissance explicative du modèle. si on laisse le débat se faire sans le cadrer très clairement on peut dériver facilement.

C'est très bien de définir votre modèle à institutionnaliser.

Votre QdR pourrait être explicitée : ce à quoi vous apporterez une réponse en avril ( notamment le développement de modèles chez les élèves)

Quelques remarques :

Effets attendus

Je suggère d'accorder toute votre attention aux observables en rapport avec vos conjectures (l'usage de modèles descriptifs): la difficulté est qu'entre toutes les réponses correctes on ne distingue pas facilement comment elles ont été établies (la justification qui en fait un savoir scientifique - ici l'usage d'un modèle)

" Les élèves savent distinguer et nommer les cellules (globule rouge/globule blanc) sanguines à partir de leur morphologie" -> savoir utiliser un modèle institutionnalisé pour déterminer si ...

Observables

Comment analyserez-vous ( par rapport à votre QdR pas pour les élèves en vue de feed-back voire leur donner une note) les données -très intéressantes - que vous rassemblez ?

Une préparation des méthodes d'analyse permettra éventuellement de le modifier afin d 'avoir des données plus faciles à interpréter

Vous pourriez plus encore focaliser les observables - leur analyse pour vérifier dans quelle mesure les élèves sont capables "d’établir les critères pertinents de MàI (modèle descriptif d’un globule rouge et d’un globule blanc)" idem pour la "Validation de leurs connaissances"

Paires ≠ pairs …

Commentaires du CE 6 décembre 17

Votre projet est fortement inspiré du mémoire de V Widmer. C'est pertinent.

Cependant il faut peut-être :

* Clarifier les objectifs (ce qu'est le MàI?, préciser ce que veut dire identifier les différents types de cellules sanguines à partir de leurs caractéristiques morphologiques)

* Il vaudrait la peine de bien discuter les aspects qui réunissent du modèle descriptif, et montrer en quoi il leur permet de comprendre la complexité (ici organiser la diversité ..)

Bien aligner les objectifs (modèle prédictif ? descriptif ? ) , les critères d'évaluation (techniques (netteté etc.) ou sur les connaissances (savoir prédire ce qui se passe si... ou pourquoi ... )

Les questions fermées comme l'absence de noyaux des globules ne nécessitent pas vraiment un si beau dispositif, et la liste des fonctions en parallèle avec les noms des cellules peut-être traitée au niveau 1 de Crowe ( apprendre la liste par coeur). Montrez bien ce que votre dispositif parvient à faire mieux et qui réponde à votre problématique.