Projet de recherche 1 Contexte 2 Biologie change : BIST

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1 Projet de recherche 1 Contexte 2 Biologie change : BIST
3 L’enseignement ne change pas 4 Comment enseigner BIST ? 5 « Développement de modèles pour l'enseignement de la Biologie InStrumentée par les Technologies (BIST) » F. Lombard TECFA Lombard F. 29 XI 07

2 Contexte Enseignant - Formateur - Chercheur
Biologie Technologies Enseignement Formations Recherche enseignement BIST Huberman : position ens / chercheur Delord / Gruslin important : questions élèves : conseils pratiques Ce qu’il faut faire Approche convaincre Perspective d’action évangelisme Chercheur problématiques se méfie des solutions, autre langage Lombard F. 29 XI 07

3 Biologie Change Aristote -> 1950 Moléculaire : paradigme actuel
Visuelle, spécifique Empirique, descriptive, Ontologique.  « Qu’est-ce que c’est » Historique -> explicative "Comment" et "Pourquoi" Moléculaire : paradigme actuel Mécanismes sous-jacents : "Comment ça fonctionne » Biocomp (CSTB, 2005) Selon (Computer Science and Telecommunications Board (CSTB), 2005) la biologie est d'abord une science empirique et descriptive qui prend ses racines dans l'observation et la description qui remonte au moins à Aristote. La biologie est donc fortement visuelle et spécifique (centrée sur l'espèce biologique). Elle est aussi Ontologique : elle s'occupe de classification et de systématique. Depuis Linné on tente de placer chaque observation dans le contexte de l'espèce et l'espèce dans le contexte plus large de l'ensemble du vivant. Elle est aussi historique : La reconstruction d'une chronologie complète de la vie est un des buts de la biologie. Liées à cette recherche on voit les questions "Comment" et "Pourquoi" apparaître comme fondamentales. Ces 3 axes fondamentaux définissaient la biologie jusque vers 1950 et l'avènement de la biologie moléculaire et continuent à marquer les attitudes, l'enseignement et les valeurs de la biologie. Cependant elle ne fournissent que peu d'informations sur les mécanismes sous-jacents. Il a fallu l'avènement de la biologie moléculaire pour que l'expérimentation –souvent numérique- devienne une pratique reconnue et la recherche des mécanismes sous-jacents : "Comment ça fonctionne" est devenu une question centrale. La compréhension effective de ces mécanismes, qui pourrait être décrite comme la capacité à prédire les réactions du système étudié dans des circonstances nouvelles, est au cœur de l'épistémologie de la biologie dans son paradigme actuel. Lombard F. 29 XI 07

4 Société en changement Société de l’information !
From the information society to knowledge societies Network societies, knowledge and the new technologies Learning societie Towards lifelong education for all? Basic education for all Lifelong education for all New inputs for education: institutional reform, pedagogical research, Teacher training and quality of education “E-learning”: new technologies and distance education The future of higher education ->Société de la connaissance Lombard F. 29 XI 07

5 L’accès aux connaissance change
Web Wiki Blog Portable Lombard F. 29 XI 07

6 Niveau de changement Changement des pratiques de la Biologie ?
Changement de l’enseignement ? Lombard F. 29 XI 07

7 La biologie a changé Vie = Organisme Vie = Molécules Vie = Information
Lombard F. 29 XI 07

8 BIST Définition : l'activité d'un biologiste qui est InStrumentée par les Technologies de l'information. 4 Facettes Bioinformatique classique : 'omics. GIS et autres bases de données biologiques. Simulations et biologie des systèmes. Gestion de l’Information. Exemples : Insuline Insuline : mapviewer position Authentique ! Geum urbanum rivale Lombard F. 29 XI 07

9 4 Types Génomes et ‘omics’ Geographical Info systems Simulations
Info-Management  Lombard F. 29 XI 07

10 De nouvelles manières de pratiquer la biologie
BIST : des nouvelles façons d’expérimenter Rodriguez / phéromones de traiter les données, pronostic-cancer de construire des connaissances en biologie Sophy : Geum urbanum / rivale de publier HARF1 * Expérimenter : rechercher la fonction d’un gène inconnu qu’on a séquencé en sondant les bases de données génomiques pour des séquences similaires chez d’autres animaux proches afin d’établir des hypothèses qu’on ira vérifier par biologie moléculaire. Par exemple ont pu trouver des gènes homologues chez l’homme (V1R et V2R) de ceux des récepteurs qui chez la souris détectent les Phéromones. On a pu ensuite étudier les neurones qui exprimeraient ces gènes et tester qu’ils réagissent effectivement à différents substances olfactives. Traiter données Par exemple la comparaison des profils d’expression de nombreuses tumeurs (cancer du sein) dont on savait a posteriori si elles avaient produit des métastases ou non, a permis de déterminer une centaine de gènes qui ont un degré d’expression différent dans les tumeurs qui ont développé des métastases. On peut ainsi créer un test qui permet de prédire s’il faut traiter par chimiothérapie (on parle de mauvais pronostic) ou non. Et éviter ainsi de traiter inutilement 70-80% des femmes qui n’allaient pas développer de métastases (bon pronostic) . Construire connaissance Par exemple en Phytosociologie on a passé d'une approche avec les indices écologiques de Landolt qui sont basés sur la capacité de synthèse exceptionnelle d’un botaniste à une analyse statistique des relevés botaniques exhaustifs du territoire divisé en quadrats avec la base de données SOPHY qui produit des Phytotypes. associant les espèces les plus fréquemment trouvées ensemble, ou celles qui en sont les plus typiques : les plantes discriminantes de ce phytotype. *Dans la quête des différences entre l’homme et son plus proche cousin, le chimpanzé on a cherché les gènes qui nous différencieraient, on n’en a trouvé que très peu, et récemment on a exploré les zones de l’ensemble du génome qui ont changé particulièrement vite entre le chimpanzé et nous. Ils ont trouvé un ARN (HARF1) qui s’exprime spécifiquement lors du développement embryonnaire du néocortex entre la 7ème et la 19ème semaine. Cette recherche fait appel uniquement à des méthodes BIST de comparaison de séquences et a été publiée dans la prestigieuse revue Nature et a souvent été mentionné dans la presse généraliste. Lombard F. 29 XI 07

11 In vivo, in vitro, in silico…
Intégration des TIC à l’enseignement/ apprentissage (didactique, EAO, iTIC, etc) ≠ Evolution de la discipline de référence BIO -> BIO + BIST Lombard F. 29 XI 07

12 La biologie s’est accrue
Biologie In vivo Biologie In Vitro Biologie In Silico Lombard F. 29 XI 07

13 L’enseignement ne change pas !
Programmes du secondaire GE Cursus UniGE Formations “sur le tas” Interviews % ≠biologie ? Hypothèses explicatives : Préservation du paradigme dominant , exclusion paradigme dissident ? (Kuhn, 1972) Lombard F. 29 XI 07

14 Comment enseigner la BIST
Design : un système prof-élève-ressources Lombard F. 29 XI 07

15 Objectifs Objectifs d’apprentissage Objectifs de Recherche
Aussi bien ou mieux aux exams. Meilleure pensée scientifique ≠science des conclusions Autonomie apprentissage : autonomiser Objectifs de Recherche Développer des design pour la BIST Littérature, expérience -> règles de design Incarner des conjectures, tester Modifier ces règles de design Lombard F. 29 XI 07

16 IBL design Susciter des questions Expérimenter, observer, lire.
Ecrire Q & R Présenter / Discuter Redéfinir Q IBL isomorphic to science inquiry The crucial difference between current formulations of inquiry and the traditional "scientific method" is the explicit recognition that inquiry is cyclic and nonlinear.» Sandoval 2004p. 216 Lombard F. 29 XI 07

17 Résultats : stratigraphique
Exemple : immunologie Les question pilotent l’investigation Autonomiser 2 heurs : 4 élèves sujet nouveau Lombard F. 29 XI 07

18 Résultats : stratigraphique
Exemple : immunologie Questions mécanisme Gérer infodense Les question pilotent l’investigation Autonomiser 3-4 sem. : 4 élèves 2 IBL cycles Lombard F. 29 XI 07

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20 Pour aller plus loin Lombard F. 29 XI 07

21 End of year questionnaires (link)
Students perceived Efficient learning method, structuring, challenging, adequate to prepare for uni Autonomy, responsability : pride. Mature view of resources, defiant of affirmative « scientifically proven » info. Aware of power of writing to structure, build K. Aware of k. assessing potetial of presentations Cooperation :Mixed feelings Workload ! Synthèse globale, subjective, sur la base de ce questionnaire mais aussi de ma lecture de ce qui s'est passé... F.Lo * Un modèle d'enseignement qui est perçu comme efficace, structurant, exigeant, pertinent aux portes de l'uni. * L'autonomie, la responsabilisation, résultant du travail coordonné de chacun dans des ouvrages complexes, et l'exigence d'approfondissement sont perçus à ce stade de l'année avec fierté. * Une maturité face aux sources : Les élèves se sentent à même de juger de la pertinence des infos en fonction de la qualité des sources et par recoupement, ils relativisent la vérité pour voir des degrés de vulgarisation, et savent remonter vers des sources plus complexes mais plus fécondes * Une démarche de construction du savoir qui dépasse le juste / faux : le simple et vulgarisé commence à être vu comme une étape vers un plus complexe qui ouvre plus de questions. Ce processus n'a pas de fin avec une vérité qu'il est illusoire d'attendre'' * Une perception de la construction de la pensée dans une écriture itérative, structurante, partagée. * Un usage des TIC notamment du wiki comme outil collaboratif plutôt bien perçu, mais de manière nuancée, regret des difficultés techniques, awareness bien perçu entre les élèves : rassure que les autres travaillent, * Le travail de groupe reste controversé ou ambigu. Son efficacité pour confronter les idées est plusieurs fois relevée, mais l'injustice d'une charge de travail inégale ou des penchants pour le travail individuel restent un problème. * La charge de travail est regrettée, mais n'est pas mentionnée comme disproportionnée face aux résultats. Une perle sélectionnée parce qu'elle relève bien l'ambigüité dans laquelle s'épanouissent ces élèves En fait, (cette méthode) est proche de l'histoire de l'homme et du poisson. Si tu donnes un poisson un jour à une personne, il pourra manger qu'une fois alors que si tu lui apprends à pêcher... Personnellement, au collège, je préfère avoir notre poisson quotidien Lombard F. 29 XI 07

22 Anecdote En fait, (cette méthode) est proche de l'histoire de l'homme et du poisson. Si tu donnes un poisson un jour à une personne, il pourra manger qu'une fois alors que si tu lui apprends à pêcher... Personnellement, au collège, je préfère avoir notre poisson quotidien Lombard F. 29 XI 07

23 Results Feed-back d’étudiant , un an après (link)
j'ai commencé l'université de St Gall ce semestre et la méthode wiki est déjà très utile pour 4 grandes raisons: 1° chaque matière nous devons travailler en groupe. 2° LWA qui nous apprend a travailler et apprendre de manière scientifique. La méthode wiki va exactement dans ce raisonnement soit de réduire au maximum l'apprentissage passif. 3° travail / 2 mois. Ainsi, de savoir rapidement structurer un travail et savoir comment faire des recherches =atout 4° J'écris des questions bien précises -> étudiants plus avances dans le bachelor /programme de coaching. J'ai pensé que vous etiez toujours a la recherche de feedbacks de la methode wiki et de son application a l'uni donc je vous donne ici mes impressions: j'ai commencé l'université de St Gall ce semestre et la methode wiki est deja tres utile pour 4 grandes raisons: la premiere est qu'ici pour quasiment chaque matiere nous devons travailler en groupe. La deuxieme est que nous avons un cours LWA (Formen und Methoden des Lernens und des wissenschaftlichen Arbeitens) qui nous apprend a travailler et apprendre de maniere scientifique. Durant ce cours, ils ont mis l'accent sur le constructivisme radical et la formation d'une these. La methode wiki va exactement dans ce raisonnement soit de reduire au maximum l'apprentissage passif. la troisieme est que nous avons a rendre un travail (equivalent a la moitie d'un travail de maturite) tous les 2 mois. Ainsi, de savoir rapidement structurer un travail et savoir comment faire des recherches necessaires a sa realisation sont des atouts non negligeables. la quatrieme et derniere est que je fais regulierement des resumes de mes lectures. Je n'arrive cependant pas a construire ces resumes avec des questions, mais lorsque j'ai des doutes j'ecris des questions bien precises que je pose a des etudiants plus avances dans le bachelor dans le cadre d'un programme de coaching. en resume la methode wiki est tres utile et pour ma part bien plus que les cours de francais ou le prof s'ecoute parler dans une classe endormie. Lombard F. 29 XI 07

24 …des règles de design1 Modèle Poupées Russes Document
Qui fait du sens Trier, dans environnement infodense Questions Design Design Lombard F. 29 XI 07

25 …des règles de design 2 Intégrer le contrôle structurant dans le design Autonomise les étudiants. Libère l’enseignant pour des interactions de haut niveau -> Formaliser design donne plus de liberté? Exemple : définir la structure du document, des présentations, le contrôle du temps. Lombard F. 29 XI 07

26 …des règles de design 3 Apprendre aux étudiants des outils pour to gérer l’information complexe et abondante plutôt que vulgariser Une stratégie structurante : IBL Rôle du prof. Coachindexeur : Des ressources / activités qui suscitent des questions. Des ressources activités qui permettent de trouver les réponses. Lombard F. 29 XI 07

27 Trade-offs Formal mastery of domain vs. developing student's ideas
Document quality vs. quality of the learning supported by this document. Accessible, easy to understand resources vs. authentic resources. Popularizing science vs. empowering students to face complex information. Teacher authority vs. student empowerment. Lombard F. 29 XI 07

28 A few variables Document status re. student goal. ?
Effective role of questions ? Document ownership ? Teacher’s perception of profession Control ? Knowledge distribution Scientific competence … Lombard F. 29 XI 07

29 Conclusions Evidence suggests
Effective design for building k in infodense resources Design might empowers students : knowledge building "No longer is information itself power; rather, power is gained from the ability to access the right information quickly. " (NSF 2006) And publish in relevant context. Design could develop better NOS. Lombard F. 29 XI 07

30 BIST4 Infomanagement Rendre vivant le lien actualités savoirs de recherche - d’expérience « ombilic » Faits nouveaux Actualisation des connaissances Processus : Manières nouvelles scientifiques de construire la connaissance Aussi Biston betularia Dogme central biolo RNAi Immuno Dendritiques CPA Evol homo gd flou Lombard F. 29 XI 07

31 Biologie Avant tout, les biosciences sont des sciences expérimentales et se définissent par les caractéristiques suivantes : 1. Les connaissances sont fondées sur l'observation ou l'expérimentation. 2. C'est un ensemble de méthodes et de disciplines groupées autour des processus vivants et des interrelations entre les organismes vivants. 3. Elles existent dans un environnement d'hypothèses courantes plutôt que de certitudes. 4. Elles incluent des disciplines en changement rapide. 5. Ce sont des disciplines essentiellement pratiques et expérimentales . (Sears & Wood, 2005, p.3 Traduction personnelle) Lombard F. 29 XI 07

32 BIST4 Infomanagement Etre capable de trouver de l'information sur les biosciences depuis diverses sources et de l'évaluer. D'en communiquer les principes oralement et par écrit, d'une manière structurée, pertinente, et en référence aux hypothèses dans lesquelles elle s'inscrit. Savoir appliquer des compétences numériques avancées aux données biologiques (Notamment l'analyse statistique) Disposer de stratégies bien développées pour mettre à jour, et développer leurs connaissances : rapport BioComp. (Wooley 2005) Lombard F. 29 XI 07

33 Renversement de paradigme
Sélectionné, organisé, prescrit « Au lieu de recevoir une information qui est sélectionnée, prescrite, préparée, dans des institutions clairement reconnues et lors d'études clairement délimitées, l'apprenant est inondé d'informations hétérogènes de sources informelles et acquiert des connaissance tout au long de son parcours. » Infobésité (information overload) « On demande ainsi à chaque individu de choisir des informations de sources diverses et de les intégrer en un ensemble cohérent et utile pour son travail ou sa vie en société. » Paquettte 2002 Lombard F. 29 XI 07

34 Complexité est à la Base
La science n’est pas simple. Contexte - desincarné Réalité simple ? "The greatest intellectual sin that we educators commit is to oversimplify most ideas that we teach in order t make them more easily transmissible to learners. In addition to removing ideas from their natural contexts for teaching, we also strip ideas of their contextual cues and information and distill the idea to their "simplest" form so that students will more readily learn them. But what are they learning? That knowledge is divorced from reality, and that the world is a reliable and simple place. But the world is not a reliable and simple place, and ideas rely on the contexts they occur in for meaning " (Jonassen, 2003)p.8 Lombard F. 29 XI 07

35 Lombard F. 29 XI 07

36 Quelques problématiques revisitées
L'actualité comment faire sens avec ? Structurer « scaffolding » ou apprendre à structurer Amener les élèves à la science ou la science aux élèves ? Cohérence de l’ensemble donné ou produite ? Actualité motivation ou actualité puzzle ? Notion of Science ? Trier ou construire ? Questionnement ou réponses ? Lombard F. 29 XI 07

37 Discuter un dispositifs Pédago
Comprendre les biosciences 4BiOS Objectifs de vous apprendre une structure pour lire un article scientifique et l’analyser, de vous faire connaître la recherche, de vous montrer que la science avance, de vous confronter au rapport science –société de vous rendre capables de distinguer les enjeux d’une question scientifique. Lombard F. 29 XI 07

38 Un exemple de dispositif
4BiOC : complémentaire, terminale. Lire un article scientifique De S&V à Nature ou Science 3 questions Techniques Potentiels Enjeux Article distribué.Technique préparée en classe Liens complémentaires fournis sur le site. 3-5 rapports écrits, évalués. Lombard F. 29 XI 07

39 Options pédagogiques Complexité affrontée, accompagnée.
Activité : writing2learn, Evaluation cohérente Apprendre la science - de manière scientifique. Peu de pré-sélection : abondance documents. Equilibrage… Lombard F. 29 XI 07

40 Conjectures Ecrire pour apprendre Sens pour l’apprenant
W2L (Scardamalia, 96) Sens pour l’apprenant Motivation (Viau, 97; Perrenoud, 93, Ryan & Deci, 2000; etc.) Evaluation est consigne Minimalisme (Carroll, 98) Questionnement : tri dans la construction Maulini (2004) Posture réflexive / métacogntion (Schön, 1994) DBR (Sandoval 2004) Selon son premier principe il était impossible d'enseigner[...]. Au mieux, il pouvait nous dire comment apprendre, nous rendre aptes à nous poser des questions. A nous ensuite de trouver les réponses. Les autres professeurs, disait-il d'un ton supérieur, enseignent les réponses, ce qui ne sert à rien sinon à encombre le cerveau d'éléments non digérés et à empêcher une véritable réflexion (Morris,1980). Lombard F. 29 XI 07

41 Exemple L’article distribué lien Compléments : liens
Technique : IRMf , Placebo Potentiels Activité cérébrale - zones. Distinguer « moins douleur », +gestion douleur, moins de « reporting » Lire l’esprit ? Limites ! Documents sélectionnnés par le maître. Lombard F. 29 XI 07

42 Exemple : suite Enjeux Conceptions… Dualisme corps / esprit
Libre arbitre vs connaissance scientifique Libre arbitre vs bienfait thérapeutique potentiel Priorités recherche / priorités société. + placebo…. Conceptions… Dualisme corps / esprit Matérialisme Lombard F. 29 XI 07

43 Résultats Questionnaires étudiants finaux Rapports Synthèse : lien
Outil cognitif +++ Image de la science mobilisée ++ Réflexion éthique ++ Rapports Structure +++ Info-management ++ Liens - Conceptions - Lombard F. 29 XI 07

44 Quelques problématiques revisitées I
Authentique - scolarisé ? Brousseau, Situation a-didactique Chevallard Transposition didactique. 3 Niveaux D’après Vanderbilt,(90) Données Démarches et outils. Epistémologie Exple : Auth - Dida Phylo sc5 Lombard F. 29 XI 07

45 Quelques problématiques revisitées II
Vulgarisation - Autonomisation Pari d’éducabilité, Compétence(Pygmalion effect, Rosenthal 1968) Lombard F. 29 XI 07

46 Quelques problématiques revisitées III
Rôle du maître Empowerment ? Autonomie « injonction paradoxale » (Linard, 2000)
Articulation avec le statut, l’image de soi professionnelle ? Attentes parents, institution, … Autorité intellectuelle et apprentissage ? Lombard F. 29 XI 07

47 The End Quelques questions Ombilic… de qui ? Science - école :
Vivre d’incertitudes ? Autorité intellectuelle et apprentissage ? Complexité et Pygmalion ? Lombard F. 29 XI 07

48 Références Lombard F. 29 XI 07
Joyce, B. R., Weil, M., & Calhoun, E. (2000). Models of teaching (6th. ed.). Needham Heights, MA: Allyn & Abacon. Bindé, J. (2005). Towards knowledge societies: UNESCO world report. Paris: UNESCO. Brown, A. L., & Campione, J. C. (1995). Concevoir une communauté de jeunes élèves. Leçons théoriques et pratiques. Revue Française de Pédagogie, 111, CSTB. (2005). Catalyzing Inquiry at the Interface of Computing and Biology, Committee on Frontiers at the Interface of Computing and Biology, National Research Council Authoring Organizations: National Academies Press. Huberman, M. (1986). Répertoires, recettes et vie de classe : comment les enseignants utilisent les informations. In M. Crahay & L. D. (Eds.), L’art et la science de l’enseignement. (Vol. 2, pp ). Bruxelles: De Boeck. Design Based Research Collective. (2003). Design-Based Research: An Emerging Paradigm for Educational Inquiry. Educational Researcher, 32(1), 5-8. IBL Workshop Collective, Robins, J., Snow, J., & Wiziecki, E. (2001, February 21, 2001). Our definition of Inquiry. Paper presented at the Inquiry Teaching & Learning Workshop A Workshop for Educators, Librarians and Faculty in Teacher Education Programs, Champaign, IL,. Jonassen, D. H. (2003). Learning to Solve Problems with Technology: A Constructivist Perspective. Upper Saddle River NJ USA: Merrill Prentice Hall. Linard, M. (2000, 24 juin 2000). L'autonomie de l'apprenant et les TIC. Paper presented at the Réseaux humains / Réseaux technologiques ; Le portfolio numérique : des concepts aux usages, Poitiers. Maulini, O. (2004). L'institution scolaire du questionnement. Interaction maître-élèves et limites de la discussion à l'école élémentaire. Unpublished Thèse de doctorat en sciences de l'éducation, Université de Genève. Morris, Desmond, (1980), La fête Zoologique, Calmann-Lévy Paquette, G. (2002). Modélisation des connaissances et des compétences. Québec: Presse Universitaire du Québec. Lombard F. 29 XI 07

49 Références Perrenoud, P. (1993). Sens du travail et travail du sens à l'école. Cahiers pédagogiques( ). Pollard, K. S., Salama, S. R., Lambert, N., Lambot, M.-A., Coppens, S., Pedersen, J. S., et al. (2006). An RNA gene expressed during cortical development evolved rapidly in humans. Nature, 443(7108), Rodriguez, I. (2003). Nosing into pheromone detectors. Nature Neuroscience, 6(5), Rosenthal, R., & Jacobson, L. (1968). Pygmalion in the Classroom. New York: Holt, Rinehart and Winston. Sandoval, W. A., & Daniszewski, K. (2004 ). Mapping Trade-Offs in Teachers' Integration of Technology-Supported Inquiry in high School Science Classes. Journal of Science Education and Technology, 13(2). Sandoval, W. A. (2004). Developing Learning Theory by Refining Conjectures Embodied in Educational Designs. Educational Psychologist, 39(4), Scardamalia, M., & Bereiter, C. (1993). Computer Support for Knowledge-Building Communities. The Journal of the Learning Sciences, 3(3), Schön, D. A. (1994). Le praticien réflexif, à la recherche du savoir caché dans l'agir professionnel. Montréal: Logiques. Sears, H., & Wood, E. (2005). Linking Teaching and Research in the Biosciences. Bioscience Education e-journal (BEE-j), 5. Viau, R. (1997). La motivation en contexte scolaire. (2e ed.). Bruxelles: De Boeck. Wooley, J. C., & Lin, H. S. (2005). Catalyzing Inquiry at the Interface of Computing and Biology. Committee on Frontiers at the Interface of Computing and Biology, National Research Council: National Academies Press. Lombard F. 29 XI 07