Cinquième

De l’évaluation de la biodiversité à l’aide d’un système d’information géographique (S.I.G.) aux solutions mises en place au collège ArcGIS, Éléa, MASKOTT

Cette proposition de séquence pédagogique s’inscrit dans les Travaux Académiques Mutualisés (TraAM) 2020-2021 dont la thématique porte sur les dynamiques écosystémiques. La problématique du projet versaillais : comment permettre aux élèves, notamment les écodélégués, de réaliser un diagnostic ou de mettre en œuvre des actions autour de la préservation des écosystèmes dans et autour de leur établissement ?
Les scénarios pédagogiques proposés par une équipe d’enseignants de SVT et d’IA-IPR ont ainsi pour objectifs d’aider les écodélégués et les porteurs de projet EDD à réaliser un diagnostic ou à évaluer l’efficacité des actions en cours, via des activités ancrées dans les programmes de collège ou du lycée, en SVT et en SNT. Ces activités permettent de comparer les dynamiques des écosystèmes sur des territoires vastes, ou d’étudier le passé d’un territoire donné pour comprendre le présent et envisager l’avenir. Ce suivi de dynamiques écosystémiques variant dans le temps et dans l’espace s’appuie sur différents axes : récolte de données scientifiques, sciences participatives, usage de banques de données et de SIG, modélisation, etc. Ces travaux mobilisent des outils et compétences numériques variés. Ils peuvent s’inscrire dans le projet d’établissement et dans la démarche de labellisation E3D.

Le scénario présenté ici est une proposition, dont tous les contenus restent adaptables aux pratiques pédagogiques de chaque enseignant.

- Liaison avec le programme et place dans la progression
- Motivation et problème à résoudre
- Notions, savoir-faire, compétences
- Déroulement global de la séquence
- Déroulement détaillé de la séquence
- Focus sur un outil : ArcGIS
- Retour des impressions des élèves
- Analyse et évaluation du dispositif
- Une piste d’adaptation au collège dans le cadre d’un EPI

Professeur expérimentateur

Nicolas LÉGLISE-BLANCHARD, au collège Robert DOISNEAU à Itteville (91)

LIAISON AVEC LE PROGRAMME
Niveau concerné Cinquième
Thème : Le vivant et son évolution
Chapitre : Biodiversité et parenté des êtres vivants
PLACE DANS LA PROGRESSION
On se situe au début du chapitre. Les élèves ont construit en Sixième la notion de biodiversité comme étant la diversité des espèces dans un milieu donné. Ils ont pu déterminer des paramètres physiques dans trois environnements différents de la forêt de Fontainebleau et constituer un herbier, mais il n’y a pas eu d’étude précise ou d’évaluation quantitative de la biodiversité puisque le prélèvement d’échantillons, la mesure des paramètres physico-chimiques de l’environnement et la constitution d’un herbier étaient les activités principales.

MOTIVATION
La constitution d’un herbier permet d’avoir un relevé intéressant compte-tenu du nombre d’élèves qui participent à la sortie (toutes les classes de l’établissement). Ainsi, l’herbier revêt l’année suivante un intérêt supplémentaire, au-delà de celui de l’exercice de détermination. Compte-tenu du fait que le parcours effectué par les élèves les amène à explorer différents lieux (de stades écologiques différents ou équivalents mais avec des conditions édaphiques et/ou physico-chimiques différentes), il est possible d’aborder l’étude de la biodiversité locale aux échelles spatiale et temporelle. La sortie étant reconduite chaque année, le suivi peut aussi être effectué sur un temps plus long (pluriannuel). L’année de Sixième permet de réaliser une amorce à cette étude en posant les bases de ce travail.

L’éducation au développement durable, au changement climatique et à la biodiversité est un enjeu majeur de formation des élèves. Ainsi, on peut également inclure l’impact de la présence de l’Homme (promeneurs, cyclistes, campeurs…) pour expliquer les modifications locales de la biodiversité.

Cette étude, qui apparaît comme un fil rouge en Sixième et Cinquième, permet de définir des marqueurs de la biodiversité qui seront des critères importants à respecter dans la réalisation des projets touchant à la biodiversité et aux actions mises en œuvre dans l’établissement notamment par les écodélégués (actions pour quantifier la biodiversité au collège et chercher à l’améliorer).
PROBLÈME À RÉSOUDRE

Comment évaluer la biodiversité d’un site et agir en conséquence pour l’améliorer ?

NOTIONS, SAVOIR-FAIRE, COMPÉTENCES
Notions Extrait du Bulletin officiel cycle 4, 2020 :
Le vivant et son évolution :
Relier, comme des processus dynamiques, la diversité génétique et la biodiversité. Diversité et dynamique du monde vivant à différents niveaux d’organisation ; diversité des relations interspécifiques.
Montrer que certains événements majeurs actuels ont un effet sur l’évolution de la biodiversité.

La planète Terre, l’environnement et l’action humaine :
Expliquer comment une activité humaine peut modifier l’organisation et le fonctionnement des écosystèmes en lien avec quelques questions environnementales globales.
Savoir-faire
  • Extraire des informations de différents types de documents
  • Effectuer un relevé d’espèces végétales
  • Collaborer
  • Interpréter des résultats et élaborer une conclusion
Compétences
  • Pratiquer des langages (rendre compte des observations en utilisant un vocabulaire précis)
  • Utiliser des outils numériques (saisir des données, traiter des données , communiquer des résultats
  • Comprendre les responsabilités individuelle et collective en matière de préservation des ressources de la planète (biodiversité)
  • Analyser les impacts engendrés par le rythme, la nature (bénéfices/nuisances), l’importance et la variabilité des actions de l’être humain sur l’environnement
Cadre de référence des compétences numériques (CRCN)
  • Collaborer
  • Interagir
  • S’insérer dans le monde numérique
  • Développer des documents textuels
  • Évoluer dans un environnement numérique
  • Gérer des données
  • Protéger la santé, le bien-être et l’environnement
Objectifs de développement durable
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Déroulement global de la séquence

ACTIVITÉ
Durée :
- Parcours Éléa : 1h
- Relevé espèces végétales du collège : 1h
- Parcours Maskott : 1h
Horaire total : 3 heures
Coût : 0 euros Sécurité : RAS
Outils numériques et ressources
Handi-accessibilité
L’observation de l’environnement proche ne nécessite pas de parcourir une grande distance et facilite donc la participation des élèves à mobilité réduite ou le transport d’outils grossissants pour les élèves présentant un déficit visuel.

Déroulement détaillé de la séquence

1ère séance :

Le début de la séquence s’ouvre par un réinvestissement de la sortie que les élèves ont réalisée l’année passée en Sixième dans la forêt de Fontainebleau.
Comme les élèves ont réalisé un herbier à partir d’échantillons spécifiques des différents sites, ils disposent d’autant d’exemples pour illustrer la biodiversité de cet écosystème. Herbier réalisé par un élève du collège Ce dernier constitue un très bon document d’appel.

L’idée est de les faire réfléchir à la nécessité d’avoir des indicateurs fiables pour juger du degré de biodiversité des sites étudiés et pour agir en conséquence.
Les élèves sont amenés à travailler en autonomie sur un parcours Éléa : De Fontainebleau à Itteville : Comprendre et agir en faveur de la biodiversité.

À partir de la compilation de leurs relevés et des observations et mesures faites sur le terrain, un Dashboard (application permettant de réaliser un tableau de bord interactif) a été réalisé et intégré dans une Storymap (application web permettant de raconter une histoire). Le tout a été élaboré à partir des outils de la plateforme ArcGIS et disponibles dans leur parcours Éléa.

Lien direct vers cette Storymap (vous pourrez y voir le Dashboard intégré).

Ainsi face aux relevés réalisés dans les différents sites, aux paramètres physico-chimiques mesurés pour chacun d’eux et aux traces d’activités humaines relevées, les élèves sont amenés à réfléchir aux moyens dont on dispose pour évaluer la biodiversité des sites étudiés.

Dans ce parcours les élèves consultent la page du site de l’Office Français de la Biodiversité : https://ofb.gouv.fr/quest-ce-que-la-biodiversite", afin de leur proposer des données fiables issues d’un site ministériel.
Avec le renforcement des enseignements relatifs au changement climatique, à la biodiversité et au développement durable, et notamment concernant les programmes de SVT au collège, il est important que les élèves disposent de données actualisées et abondantes pour traiter ce sujet.

Après cette phase d’exploration les élèves doivent répondre à un quiz type QCM, toujours sur leur parcours Éléa.

En guise de conclusion à cette partie du parcours les élèves accèdent à une infographie :
Source : site gouvernemental du ministère de l’écologie : https://www.ecologie.gouv.fr/biodiversite-presentation-et-informations-cles

Enfin les élèves sont amenés à faire des propositions d’actions qui permettraient de préserver la biodiversité des écosystèmes. Le recueil des leurs propositions se fait via une question sous la forme d’un forum disponible à la fin de leur parcours Éléa.

2ème séance :

Lors de la séance suivante les élèves sortent réaliser le relevé des espèces végétales présentes dans les espaces verts qui bordent la salle de classe. Pour uniformiser les surfaces à étudier et pour en faciliter le processus de reconnaissance, les élèves ont utilisé des cadres standardisés définissant leur zone de travail.

Pour ce faire, les élèves utilisent les tablettes de l’établissement ou leur smartphone pour accéder à un questionnaire Survey123 (application ArcGIS permettant de générer des formulaire) directement accessible par un QRcode affiché à l’extérieur par l’enseignant :

Capture d'écran du questionnaire 123Survey

Ce questionnaire leur permet de consigner leurs observations tout en offrant au professeur la possibilité de compiler automatiquement toutes les données collectées.
Un panneau permettant l’identification des espèces leur était proposé ainsi que des photographies des espèces présentes. Les élèves qui le souhaitaient ont pu utiliser l’application Pl@ntNet.

3ème séance :
Lors de la séance suivante les élèves ont réalisé deux parcours sur les ressources numériques Tactileo (qui est le cloud pédagogique de la société Maskott). Dans ces parcours, ils sont amenés à travailler sur les impacts de l’homme sur la biodiversité et le rôle central que jouent les insectes dans la biodiversité.

Au terme de ces deux parcours, il leur est demandé de proposer des actions en faveur de la biodiversité et qui seraient applicables au collège.

La mise en commun des informations et des propositions de chaque binôme permet d’aboutir à l’élaboration du tableau suivant (le recueil peut se faire en distanciel avec un outil type mur collaboratif) :

Enfin, les solutions sont mises en place au collège lors d’une séance ou en lien avec le Conseil de Vie Scolaire et les écodélégués, comme par exemple ces hôtels à insectes.

Focus sur un outil : ArcGIS

Avantages / Plus-values

  • La plateforme ArcGIS est mise à disposition par la société ESRI France gratuitement et dans sa version française, dans le cadre d’un partenariat avec l’Education Nationale. Elle rassemble des outils très utiles dans notre discipline en ce qui concerne la collecte de données (relevés, mesures, etc.) et leur restitution sur une carte interactive.
    Dashboard présentant les résultats des relevés effectués à Fontainebleau
  • Ce sont de très bons outils pour préparer une sortie, présenter et exploiter des résultats obtenus lors d’une sortie voire pallier la non-réalisation d’une sortie.

Lors de cette séquence j’ai utilisé :

  1. Le questionnaire Survey123 (application générant des formulaires) pour permettre aux élèves de réaliser leur relevé de la biodiversité végétale.
  2. Le Dashboard (application permettant de créer un tableau de bord interactif) afin de représenter toutes les informations relatives aux relevés que les élèves ont faits lors de la sortie dans la forêt de Fontainebleau. Les informations géographiques prennent toutes leur importance ici puisque les élèves ont étudié 8 sites différents lors de cette sortie.
  3. La Storymap (application permettant de raconter une histoire) pour rendre compte du déroulé d’une séquence en y intégrant différentes ressources.

Points de vigilance

  • Connaître les SIG (Systèmes d’Information géographique) est un avantage certain au moment de se servir de ces applications. Fort heureusement le support technique de la société ESRI France qui développe ces outils est d’une aide précieuse et d’une disponibilité très appréciable. Il est souhaitable de participer aux formations proposées pour maîtriser ces outils.

RETOUR DES IMPRESSIONS DES ÉLÈVES
À la suite du projet les élèves ont répondu à un questionnaire pour lequel on a obtenu les résultats suivants :

Concernant l’usage du SIG :

Les élèves ont découvert ces différents outils durant cette séquence mais ils ont surtout utilisé le questionnaire Survey123 puisque c’est avec cet outil qu’ils ont pu réaliser leurs relevés.


Les élèves ont apprécié utiliser cet outil et ils souhaitent à nouveau s’en servir au cours de leur scolarité. Il est vrai que l’interface est ergonomique et cela en facilite l’usage même pour les non-initiés.
La synthèse de tous leurs relevés leur a permis d’appréhender la compréhension de la biodiversité de leur espace vert sur une plus grande surface que celle qu’ils ont pu étudier avec leur groupe. L’agrégation des données revêt un intérêt certain qui ne leur a pas échappé. Et comme chacun doit pouvoir compter sur les autres pour mener à bien ce projet la mise en commun et le partage des informations leur a paru important comme le montre le diagramme précédent. Ils ont ainsi pu recenser les informations, les conserver, les mettre en commun et proposer à l’étude une grande quantité de résultats.

Ainsi, d’après les élèves le travail entrepris leur a permis :
1) de connaître la biodiversité de leur environnement proche ;
2) de connaître l’évolution des écosystèmes ;
3) d’augmenter la biodiversité ;
4) de préserver la biodiversité ;
5) de trouver des solutions durables ;
6) de respecter la biodiversité.

Les élèves ont été très vigilants au niveau de la fiabilité des informations saisies dans leur formulaire. Ainsi ils ont veillé à être précis autant pour les reconnaissances et comptages des espèces végétales que pour proposer une localisation géographique précise de leurs relevés.

Concernant leur intérêt pour les composantes du développement durable :

Les élèves ont pu tout au long de ce projet, modifier leur degré d’intérêt pour la biodiversité. Ainsi, ils se sont montrés plus sensibles à la disparition des animaux et des plantes que lors du questionnaire de début de projet qui, pour la même question, ne faisait pas apparaître en tête des résultats ces deux préoccupations.


Les autres centres d’intérêt ont des scores comparables et témoignent de la préoccupation environnementale de nos élèves.

Concernant leur intérêt pour le support de travail :

Enfin, les élèves ont apprécié de pouvoir travailler sur leur téléphone ou sur tablette (du collège) afin de faire leur relevé. Plus facile et rapide à mettre en œuvre que des relevés papier, la réalisation des relevés a été facilitée.

ANALYSE ET ÉVALUATION DU DISPOSITIF
Plus-values dégagées
  • L’utilisation d’un outil numérique constitue un vrai levier permettant de renforcer l’engagement des élèves pour le projet.
  • De plus, l’utilisation d’outils numériques requiert de développer les compétences PIX et permet donc aux élèves de se former en vue de leur certification.
  • Enfin, ArcGIS propose des outils qui permettent de mettre en valeur le fruit du travail des élèves avec des modes de représentations attractifs qui invitent aussi à la lecture des comptes-rendus.
  • L’intérêt de ce travail collaboratif repose aussi sur l’importance que les élèves accordent à la rigueur dont chacun fait preuve lors des relevés puisque chacun apporte sa contribution personnelle dans un but commun. Il a été intéressant de voir les élèves s’investir autant dans ce projet de sciences participatives.
  • Il a également été intéressant de faire remarquer aux élèves qu’une analyse pertinente ne peut être effectuée qu’avec suffisamment d’observations.
Difficultés rencontrées
  • La maîtrise des applications de la plateforme ArcGIS n’est pas des plus faciles et nécessite du temps. Il ne faut donc pas hésiter à réaliser les exercices d’auto-formation qui permettent d’appréhender l’outil et surtout contacter le service pédagogie d’ESRI France pour avoir un accompagnement dans la réalisation du projet.
Pistes d’amélioration
  • Compte-tenu du contexte sanitaire, il n’a pas été possible de programmer la sortie au moment où elle aurait été la plus pertinente. De ce fait, la saisie des relevés des espèces recensées n’a pas pu se faire sur le terrain mais en classe ce qui a été moins engageant pour les élèves. Mais, la saisie a été plus riche que ce qu’elle aurait été si elle avait été effectuée sur le terrain avec moins de possibilité de contrôler les saisies réalisées par les élèves.

Adaptations possibles dans le cadre d’un EPI

En lien avec la technologie :
- Composantes géologiques et biologiques d’un paysage / composantes naturelles et artificielles.
- L’exploitation des ressources par l’être humain (eau, matériaux, ressources énergétiques, sol et biodiversité cultivée) modèle les paysages.

En lien avec les arts plastiques :
- Paysagisme et urbanisme (réhabilitation de sites industriels, les friches et jardins dans la ville…).

En lien avec la géographie, les langues vivantes, le français…
- Biodiversité, préservation et utilisation de la biodiversité.
- Sciences participatives.
- Biodiversité locale, biodiversité mondiale.

Remerciements à :
- M. GOUX d’ESRI pour accompagnement dans la prise en main de la plateforme ArcGIS et pour le suivi de la réalisation du projet.
- Vanina MARQUES, professeure de SVT au collège Robert DOISNEAU à ITTEVILLE pour la réalisation de la sortie et l’accompagnement sur le terrain.

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