Projet Didabiolo de Sabine de Vevey et Mikhail Chakhparonian, maîtres en formation FORENSEC
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Savoir enseigné
Biochimie: 1 heure pour introduire les biomacromolécules
Gène trop abstrait: recherche de pistes pour aider la compréhension - modélisation?
Mendel <-> molécules: renvois permanents, exercices utilisant les deux logiques
Régulation génique: "Pourquoi les cellules d'un organisme sont si différentes alors qu'elles ont le même génotype?"
Défi à relever: expliquer un sujet complexe en donnant envie d'approfondir plutôt que résumer le savoir à mémoriser
L'essentiel en bref: ce que nous retenons du savoir discuté avec le chercheur
Concepts développés dans la séquence
Compréhension de base:
cellule et ses organites: fonctions
macromolécules : protéines, ADN, ARN, lipides, sucres
leur rôles dans la cellule
exemples de réactions biochimiques
molécule ADN d'un point de vue chimique
molécule ADN d'un point de vue informatique
séquence et termes dérivés
principe de complémentarité
information génétique au niveau moléculaire
information génétique au niveau informatique
gène
ARN messager
code génétique
transcription
traduction
le dogme central; flux d'information
réplication
même information génétique dans toutes les cellules d'un organisme
régulation (onto= différenciation, phylo= spéciation; métabolisme; mécanismes)
les déterminants génétiques sont des gènes et des éléments de régulation
le phénotype est lié à la production régulée de protéines (renvoi à Mendel)
Au minimum, l'élève doit apprendre le dogme central:
ADN --transcription-> ARNm --traduction-> protéine --catalyse-> réaction chimique
| réplication
V
ADN : seul l'ADN est transmis de génération en génération
Compréhension avancée:
pouvoir expliquer un cas de mono- di-hybridisme avec des concepts de la biol mol
pouvoir expliquer une maladie génétique
pouvoir prédire l'impact d'une mutation sur la vie d'une cellule
pouvoir appliquer le dogme central à différents organismes
Compétences (de base et avancées):__
pouvoir interpréter les expériences cruciales de biol mol
pouvoir expliquer une maladie génétique
pouvoir expliquer une méthode de biol mol (par ex. PCR, empreintes génétiques) et l'appliquer à un problème
Les éléments en gras sont activement développés durant la séquence; les autres concepts débordent sur d'autres leçons.
Ce que nous retenons
La leçon à analyser sera axée probablement sur l'explication du dogme central.
Point de vue David Shore commenté
0. David est plus précautionneux que nous. Il avait déjà fait de la transposition didactique dans sa tête pour le niveau collège; de plus c'est un prof qui a le souci de bien expliquer et non un scientifique fou caricatural qui aurait rendu le projet plus évident car plus stéréotypé. Comme Mikhail avait travaillé dans ce domaine il n'y a pas si longtemps, c'est lui qui a plus de difficulté à adapter le niveau aux exigences du collège et la discussion avec David tourne en bonne partie autour du niveau où il faut placer la barre. Sabine apporte son sens du perfectionnisme, de la structure et de la clarté.
1. Concepts nécessaires pour la gén mol:
- Biochimie des
macromolécules ce pré-requis n'est prévu nulle part:
prévoir 2-3 heures en classe de frontal.
- Simplicité de la molécule ADN contrastant avec la complexité du msg encodé:
prévoir une activité le mettant en évidence: quelle biomolécule permet d'encoder un message linéaire?
- Le
dogme central comme base de toute explication (les récentes découvertes lui paraissent comme la cerise sur le gâteau): ADN
et ARN , prots:
correspond au cœur du savoir prévu pour les 3DF par le programme
- Unicité plus importante que supposé de tous les êtres vivants relevée par l'ADN:
cerise sur le gâteau
-
Régulation , :
prévoir des cas curieux, des exercices de réflexion; savoir avancé
2a. Concepts centraux qui manquent (même à l'uni):
- La notion de gène reste floue (on est tous d'accord qu'elle dépend du point de vue):
axer les activités sur ce point
2b: Compétences qui manquent:
- Tests de complémentation (revient plusieurs fois dans la discussion!!):
ce savoir très pointu n'est pas pertinent aux élèves DF, même s'il met bien en évidence le lien entre la gén classique et moléculaire.
- Lier les expériences Mendel aux bases moléculaires :
prévoir des exercices qui font ce lien TOTALEMENT ABSENT dans plusieurs manuels et méthodes: archaïsme historique!!
3. Suggestions:
- utiliser des métaphores (ex.: génome=biblio / chromosome=tome / gène = énoncé / ARN = photocopie d'une page / protéines = travailleurs / cellule = usine);
- utiliser les animations qui se trouvent sur youtube
- revenir sur les premiers replicators qui étaient les ARN (avancé) :
trop pour les 3DF
Difficultés envisagées (entre autres)
- Passer de Mendel à la biol mol
- Comprendre toutes les définitions du gène (fonctionnelle, génétique, séquentielle, évolutionnelle, etc.)
- Comprendre ce que c'est réellement l'information encodée dans les gènes/ les déterminants génétiques
- Comprendre les enjeu de la biol mol sans les bases solides de biochimie
Les savoirs principaux identifiés et le travail de découpage des savoirs
Ce que nous retenons doit constituer NON PAS un
savoir abrégé mais un
savoir élémentaire
(référence à la conf. de
Profession enseignante, DEC 2008 / même sans références, cela va de soi... comme généralement en sciences de l'éducation)
Difficulté pour l'enseignant: expliquer simplement un sujet si complexe et donner envie d'en savoir davantage et non pas résumer le savoir à mémoriser sans atteindre la compréhension.
Annexe:
Leçons précédentes:
Reproduction
Génétique mendélienne: monohybridisme, dihybridisme.
Concepts acquis:
parents - enfants
hérédité / flux de l'information héréditaire
déterminant génétique / gène / allèle
génotype / phénotype
chromosomes
ségrégation indépendante / liaison génétique
gènes arrangés sur les chromosomes comme des billes sur un collier.
Termes à éviter à ce stade: ADN
Représentations initiales (pressenties et dégagées lors des leçons précédentes)
- Le concept de gène reste flou
- Les liens entre les phénotypes et la vie de la cellule sont difficiles à faire
Confirmation dans la littérature des difficultés envisagées:
- Obstacles en génétique - Extrait: One field in which students’ content understanding could benefit from such an activity is modern genetics. The study of modern genetics is challenging and students’ difficulties in acquiring a coherent cognitive model of this domain have been reported (Bahar et al. 1999; Banet and Ayuso 2000; Longden 1982; Marbach -Ad and Stavy 2000). Learning genetics requires multilevel thinking — organisms appear to be at the macro level; cells, chromosomes or DNA appear to be at the micro level, and genotypes appear to be at the symbolic level (Duncan and Reiser 2007; Tsui and Treagust 2004). One major obstacle for students is the formation of a conceptual continuum between a certain trait and the associated molecular mechanism (Duncan and Reiser 2007; Lewis and Kattmann 2004; Lewis and Wood-Robinson? 2000; Marbach-Ad? and Stavy 2000; Stewart and Rudolph 2001). High school biology majors who could freely use molecular concepts and terms such as DNA, genes, chromosomes and alleles, were shown to be unable to explain the mechanisms and the intermediate stages involved in the molecular and cellular explanations of a genetic trait, and to have difficulty linking these levels (Marbach -Ad and Stavy 2000). Another comprehension difficulty was identified in linking the molecular level and the determination of heredity patterns (Knippels et al. 2005; Stewart et al. 2005; Wynne et al. 2001). When using a pedigree and classical Mendelian genetics to solve inheritance problems, students often apply well-learned algorithms while using very little actual knowledge of genetics, and do not provide mechanistic explanations (Hickey et al. 2003; Stewart and Hafner 1994; Wynne et al. 2001). However, the explanatory power of future genetic crosses comes from the understanding that there is a physical basis to those patterns in the transmission of genetic material (Stewart et al. 2005). When solving such problems, students do not often engage in genotypic thinking, i.e. they do not solve the problem in terms of allelic relationships (Stewart and Hafner 1994). Students also do not apply knowledge to connect various biological events, such as crossing over during meiosis, which markedly influence the inheritance pattern (Hickey et al. 2003; Wynne et al. 2001). Thus, students usually generate an incomplete understanding of genetics (Stewart et al. 2005).
http://www.springerlink.com/content/p1183126146n4553/fulltext.pdf
En somme: chez les étudiants:
- le lien complet entre le génotype et le phénotype ne se fait pas car doit enjamber plusieurs niveaux séparés dans leur tête;
- le lien entre le caractère et sa ségrégation d'une part et les mécanismes moléculaires d'autre part ne se fait guère et ce dans les deux sens (notre interprétation: manque de bases de biochimie?)
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la connaissance est parcellaire
Sabine de Vevey & Mikhail Chakhparonian
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