Prise de sang virtuelle

Effets attendus

1. L'élève est capable d'expliquer les variations mesurées dans le sang en mobilisant simultanément les notions sur les différents systèmes (digestifs, respiratoires et locomoteur), ainsi que sur le métabolisme cellulaire. (CJ1; activité 2f)

2. L'élève est capable de prédire les changements de valeur pour un nouveau système en s'appuyant sur ses connaissances. (CJ2; activité 3 tableau)

3. L'élève identifie la circulation sanguine comme permettant de mettre en relation les différents systèmes du corps humain et comme transporteur des ressources et déchets. (CJ3; activité 3 conclusion)

Observables

L'activité 2f, 3 tableau et 3 conclusion servent d'observables pour le conjecture 1, 2 et 3 respectivement.

Résultats et Analyse

A. Méthodes:

Le questionnaire, les grilles d'évaluation, le codage et l'évaluation des travaux ont été réalisés par une seule personne, moi-même. Les grilles d'évaluation critériées regroupent les réponses attendues et les déclinaisons possibles en 4 catégories: excellent, satisfaisant, insatisfaisant, insuffisant; respectivement encodé de 3 à 0 points

1. L'activité 2 f

14 productions ont été retenues. 10 documents n'avaient pas été complétés de façon adéquate ou complète. Les réponses ont été analysées à l'aide de la grille suivante: grille 2f.

2. L'activité 3 tableau

15 productions ont été retenues. 9 élèves n'avaient pas complété cette question. Les valeurs dans le tableau ont été traitées de la manière suivante: valeur exacte, 2 points, valeur inexacte mais sens de variation correct, 1 point, et 0 sinon.

3. L'activité 3 conclusion

13 productions ont été retenues. 11 élèves n'avaient pas complété cette question. Les rédactions ont été analysées à l'aide de la grille suivante: activité 3.

B. Résultats et Analyses:

Conjecture 1: Le dispositif permet à l'élève de mobiliser ensemble des notions étudiées séparément afin d'expliquer des variations de mesures et de distinguer celles dues au fonctionnement des différents systèmes de celles dues métabolisme cellulaire.

Une majorité des élèves prédit le "sens" et la valeur des variations de l'O2 et du CO2 (2pts).

60% des élèves prédisent également le sens et la valeur de la variation des nutriments.

47% des élèves prédisent le sens de variation des autres déchets, mais seul 20% sa valeur.

Conjecture 3: Le dispositif permet à l'élève de construire une première modélisation du rôle du système circulatoire: mise en relation des systèmes du corps humain et transport des substances et déchets grâce à la circulation sanguine.

Discussion

Les différents systèmes du corps humain sont traditionnellement abordés distinctement rendant les liens entre leurs fonctionnements, le métabolisme cellulaire et leurs rôles pour le corps humain difficile à établir. Les objectifs du dispositif étaient, d'une part, de pousser les élèves à mobiliser ces modèles simultanément et, d'autre part, d'introduire le système cardiovasculaire, en particulier son rôle central pour la coordination des systèmes du corps humain.

Conjecture 1: Le dispositif permet à l'élève de mobiliser ensemble des notions étudiées séparément afin d'expliquer des variations de mesures et de distinguer celles dues au fonctionnement des différents systèmes de celles dues métabolisme cellulaire.

Nous pensions que le dispositif aiderait les élèves à mobiliser leurs connaissances sur les systèmes et le métabolisme cellulaire, simultanément afin d'expliquer des phénomènes d'une part, et d'autre part à distinguer leur origine systémique ou cellulaire (EA1 et EA2).

Les résultats suggèrent que le dispositif a effectivement permis à la moitié des élèves d'atteindre ces objectifs. Sachant qu'il n'est pas facile pour un élève d'expliquer des phénomènes de manière adéquate en mobilisant plusieurs notions étudiées séparément et de faire les liens entre elles, ce résultat est encourageant. De même, distinguer les deux différentes origines des variations de mesures est un exercice difficile, mais le dispositif semble avoir permis à 40% des élèves de le faire.

Un taux non négligeable d'élèves n'a en revanche pas atteints ces objectifs. Nous pensons que la présentation peut en partie expliquer ce résultat. En effet, certains élèves ont eu de la peine à comprendre que les variations de valeurs à expliquer dans l'activité 2f étaient celles mesurées et reportées dans le tableau de l'exercice 2e. D'autre part, les élèves ont terminés cette activité à domicile. Or l'enseignant peut avoir un impact important sur la mobilisation des modèles étudiés, notamment sur la qualité des explications, les liens entre les notions, etc. Nous pensons donc que si le dispositif avait été entièrement passé en classe cela aurait permis d'améliorer les résultats.

Conjecture 2: Le dispositif permet à l'élève de prédire les variations possibles dans un autre système.

Un autre objectif de ce dispositif était de pousser l'élève à prédire l'évolution d'un phénomène dans un contexte similaire mais différent (EA3). Les résultats suggèrent que le dispositif prévu a bien permis à la plupart des élèves, de prédire de manière cohérente ou exacte les variations attendues pour les gaz. Cependant, les prédictions étaient moins performantes concernant les nutriments et de manières plus surprenantes les déchets, alors mêmes que l'organe étudié était le rein.

Nous pensons qu'une explication possible de ces résultats contrastés pourrait être la distance dans le temps des différentes séquences. En effet, le système respiratoire précédait la passation de ce dispositif et nous pensons donc que les MàI étaient par conséquent plus frais dans la tête des élèves et peuvent expliquer les très bonnes prédictions concernant les gaz.

D'autre part, la plupart des élèves confondent l'excrétion, c'est-à-dire l'élimination des déchets produits par le corps et donc les cellules avec les selles, qui sont majoritairement constituées par les restes alimentaires non digérés ou non absorbés par le système digestif humain. Nous pensons donc que l'organisation système digestif suivi du système excréteur peut conforter cette confusion par manque de séparation entre ces deux séquences.

Finalement, nous pensons que formuler une explication donnerait plus de valeur aux résultats relevés ici qui pourraient en partie être dus au hasard. En effet, comme la soulevé Noémie Jecklin dans son travail, "prédire est plus facile qu'expliquer" car cela pousse à organiser les notions, à les relier.

Conjecture 3: Le dispositif permet à l'élève de construire une première modélisation du rôle du système circulatoire: mise en relation des systèmes du corps humain et transport des substances et déchets grâce à la circulation sanguine.

Le dernier objectif de ce dispositif était d'introduire le système cardiovasculaire et en particulier, pousser les élèves à identifier deux rôles important de ce dernier: le transport de substances à travers le corps, et la mise en relation des différents systèmes (EA4 et EA5). Les résultats suggèrent que ce dispositif a permis à une majorité des élèves d'atteindre cet objectif, dans la mesure où ils ont su énoncer les rôles de transporteur et de mise en relation des systèmes par le sang et le système circulatoire.

Nous pourrions argumenter de la valeur des explications fournies par les élèves, mais le dispositif avait pour unique but ici d'introduire ces deux rôles du système cardiovasculaire et n'avait pas la prétention d'aller plus loin pour ces modèles. Ainsi, bien que nous sommes conscient que les réponses ne proposent pas l'ensemble des détails rattachés à ces deux rôles, ni l'artefact, ni les activités ne permettaient d'espérer plus.

L'artefact

L'artefact seul n'a pas de valeur intrinsèque en terme d'apprentissage. Bien qu'il permette de reconnaître rapidement les systèmes et organes, soit de manipulation assez aisée, le niveau cellulaire n'est pas explicite. Or les variations de mesures sont la conséquence d'une part de la fonction des organes mesurés mais aussi, dans certains cas, de l'activité cellulaire. Ainsi, bien que les élèves semblaient trouver les prises de sang plutôt ludiques, sans guidage par l'enseignant, direct (remarques, interpellations) ou indirect (exercices de rappel comme dans le questionnaire ici), les élèves n'identifieront probablement pas, ni ne mobiliseront ces dimensions plus complexes de leurs connaissances et les effets attendus n'auront pas lieu.

Finalement, la recherche en éducations basée sur les "éléments de design" (design based research, DBR), démontre que lorsqu'un changement de contrat didactique survient, les élèves peuvent être désarçonnés et ne pas être capable de donner la pleine capacité de leurs compétences. Or le dispositif ici modifie les aspects contextuel d'expérimentation et d'effort cognitif (mobilisation simultanée de plusieurs modèles appris distinctement). Il est donc possible que certains élèves auraient de meilleures productions si il n'avait pas été sortis de leur zone de confort.

Conclusion et perspectives

Pour conclure, nous pensons que le dispositif choisi donnent des résultats très encourageant. Il nous semble important de maintenir ce dispositif et d'en prévoir de similaire en terme de mobilisation simultanée de modèles et de variation de contexte expérimental.

Le dispositif a permis à une partie des élèves de progresser dans:

• la mobilisation simultanées des MàI

• distinguer les 2 différentes origines des variations de mesures

• de prédire de manière cohérente ou exacte les variations attendues pour les gaz

• identifier 2 rôles important du système cardiovasculaire: le transport de substances à travers le corps, la mise en relation des différents systèmes

Nous proposons donc les pistes d'amélioration suivante:

• • Optimiser l'activité 2f en la fusionnant avec l'activité 2e afin de réduire les problèmes de compréhension de l'activité et de mise en relation mesures-explications.

  • Passer les activités entièrement en classe.

• Augmenter la durée prévue pour ce dispositif et consacrer deux leçons, soit 3-4 périodes pour la passation.

• Ajouter une justification des prédictions effectuées dans l'activité 3 tableau.

• Réitérer des dispositifs similaires, mobilisant également plusieurs thèmes en même temps, montreraient des résultats en progrès.