– 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 : The paleobiology database
– Retour des impressions des élèves
– Analyse et évaluation du dispositif
– Une piste d’adaptation en classe de terminale spécialité SVT

Professeur expérimentateur

Delphine SÉCHET, lycée de l’Essouriau, Les Ulis (91)

LIAISON AVEC LE PROGRAMME
Niveau concerné	Seconde
Partie du programme	Biodiversité, résultat et étape de l’évolution ; La biodiversité change au cours du temps

PLACE DANS LA PROGRESSION
Cet ensemble de séances se place après l’étude des différentes échelles de la biodiversité.

MOTIVATION

Le travail avec une base de données en ligne permet de développer l’autonomie des élèves et a été le support d’un travail collaboratif avec évaluation des travaux entre pairs. Les élèves ont également découvert la dimension collective et évolutive de la construction des connaissances scientifiques avec le mode de construction et de mise à jour de la Paleobiology database et sa mise à disposition publique. Une exposition réalisée par les élèves est prévue dans le projet mais n’a pas pu être mise en œuvre du fait du confinement. Il s’agissait de réaliser des affiches pour montrer les caractéristiques de l’évolution actuelle de la biodiversité et de les mettre en regard de celle de grands groupes présents dans des écosystèmes anciens. Les écodélégués auraient ainsi pu mettre en place des animations, ayant l’exposition comme support, à destination de leurs camarades du lycée.

PROBLÈME À RÉSOUDRE
Comment les connaissances scientifiques issues de domaines de recherche variés peuvent-elles nous permettre de mieux comprendre l’impact des modifications actuelles de la biodiversité ?

NOTIONS, SAVOIR-FAIRE, COMPÉTENCES
Notions	Extrait du Bulletin officiel spécial n° 1 du 22 janvier 2019 : L’étude de la biodiversité du passé par l’examen des fossiles montre que l’état actuel de la biodiversité correspond à une étape de l’histoire du vivant. Ainsi, les organismes vivants actuels ne représentent-ils qu’une infime partie des organismes ayant existé depuis le début de la vie. Les crises biologiques sont un exemple de modification importante de la biodiversité (extinctions massives suivies de diversification). De nombreux facteurs, dont l’activité humaine, provoquent des modifications de la biodiversité. Notions fondamentales (mots-clés)  : espèces, variabilité, crise biologique, extinction massive et diversification Objectifs  : un lien est établi entre le constat d’une évolution rapide au travers d’exemples actuels et les variations de la biodiversité planétaire à l’échelle des temps géologiques et en interaction avec les changements environnementaux. Les élèves apprennent que la biodiversité évolue en permanence et que son évolution inclut des événements aléatoires. On présente quelques causes possibles d’une crise biologique à l’origine de perturbations importantes du fonctionnement des écosystèmes.
Savoir-faire	Utiliser des logiciels d’acquisition, de simulation et de traitement de données.
Compétences	Pratiquer des démarches scientifiques Communiquer et utiliser le numérique

Cadre de référence des compétences numériques (CRCN)
	Collaborer Interagir Partager et publier S’insérer dans le monde numérique
	Développer des documents textuels
	Évoluer dans un environnement numérique
	Mener une recherche et une veille d’information Traiter des données

Objectif de Développement Durable (ODD)

Déroulement global de la séquence

ACTIVITÉ
Durée : – étape 1 : 1h30 – étape 2 : 1h30 – étape 3 : 1h30 – étape 4 : 45 minutes Remarque : cette durée correspond à une mise en œuvre à 90% à distance, avec des phases d’accès difficile aux applications, qui n’était pas initialement prévue. Elle tient compte des nombreuses adaptations réalisées pour accompagner au mieux les élèves. En modalité présentielle 2 séances de 1h30 peuvent être envisagées. Horaire total : 5h15	Coût : 0 euros	Sécurité : RAS

Outils numériques et ressources
Activité numérique via le service Canoprof (qui permet la construction et la scénarisation de contenus pédagogiques) Images interactives Xia et Canoprof The Paleobiology Database Earth Impact database, Ethercalc, Etherpad (Edu-pad), ENT (cahier multimedia) Mur collaboratif (Digipad) Éléa (plateforme Moodle académique) Livre numérique Cahier de texte numérique.

Handi-accessibilité
Les champs de description des images sont complétés dans Canoprof et Éléa.

Déroulement détaillé de la séquence

Une introduction à la séquence est proposée de manière à construire un fil rouge qui permettra de faire le lien avec les activités, ultérieures ou précédentes selon les classes. Il s’agissait d’identifier une évolution actuelle de la biodiversité à différentes échelles (identification de l’apparition d’une nouvelle espèce par exemple). Elle contextualise le problème à résoudre et utilise des éléments d’actualité récents sur l’état actuel de la biodiversité mondiale.

La séquence débute par une évaluation diagnostique (à retrouver en bas d’article) qui permet aux élèves de faire le point sur leurs connaissances de collège relatives à la fossilisation et aux relations de parenté entre les êtres vivants. Selon les résultats obtenus, les élèves accèdent à des documents de remédiation adaptés.

Le projet d’utilisation de bases de données en ligne est proposé. Des stratégies sont travaillées pour pouvoir tester l’hypothèse d’une sixième crise majeure d’extinction en cours.
Les élèves proposent, en s’appuyant sur leurs connaissances de collège, d’étudier les caractéristiques des crises biologiques passées pour les comparer avec la situation actuelle.

Pour l’ensemble des travaux à réaliser toutes les ressources ont été rassemblées, intégrées et organisées dans une collection d’activités Canoprof disponible en ligne. Cette collection d’activités est intégrable à une plateforme de e-éducation sous forme de fichier Scorm si besoin.

Cette partie de séquence s’est déroulée en quatre étapes.

Séance 1 : Explorer par groupe des écosystèmes du passé et étudier l’évolution de leur biodiversité au cours des temps géologiques

Une fiche technique de la Paleobiology database et une image interactive de l’écosystème du passé qui doit être étudié sont mises à disposition. Les élèves sont répartis par groupes de deux ou trois et le travail est différent dans chaque groupe. Une des images interactives présente le paléo-écosystème de Jehol en Chine, il y a 120 Ma, l’autre montre celui du lac de Meudon il y a 50 Ma. Ces images mettent en relation, sur un mode d’exploration ludique, quelques données fossiles et les reconstitutions graphiques qui peuvent en être faites. Cela contribue au travail de la compétence "Savoir distinguer ce qui relève d’une croyance ou d’une opinion et ce qui constitue un savoir scientifique".

Les paléo-écosystèmes ont été choisis parce qu’ils ont existé avant ou après la crise Crétacé-Paléocène.
Les élèves accèdent à une page du cahier multimédia de l’ENT où les consignes qui les concernent et les liens utiles sont rassemblés. Il était envisagé que chaque groupe complète sa page de cahier multimédia.

En raison de difficultés d’accès le jour de la séance, les élèves ont complété un tableur collaboratif en ligne.
Une autre option envisagée initialement était de faire remplir une fiche de base de données dans un parcours de la plate-forme de e-éducation (Moodle) académique Éléa.
On attend des élèves qu’ils identifient les espèces ou genres qui leur ont été attribués en explorant leur image interactive. Ils doivent retrouver le nom du groupe (taxon) auquel chaque espèce appartient puis utiliser ce nom pour identifier les variations de biodiversité du groupe au cours des temps géologiques. On attend aussi qu’ils notent l’extension géographique du groupe et le nombre de sites où les fossiles étudiés ont été trouvés.
Pour réussir, ils doivent utiliser différentes fonctions de la Paleobiology database comme la sélection de filtres (étages géologiques, taxon) ou l’accès aux statistiques (évolution du nombre de genre et du pourcentage d’extinction en fonction du temps).
Les compétences évaluées étaient « Utiliser correctement les outils de la disciplines en activités expérimentales » et « Produire un document complet et suffisamment précis ».

En raison du travail à distance, les élèves ont pu compléter leurs réponses, après la fin de la séance, directement sur le tableur collaboratif ou dans un test Quizinière pour ceux qui avaient des difficultés. Une version base de données Éléa (Moodle), à compléter, avait été préparée mais n’a pas été utilisée en raison d’une période de maintenance de la plate-forme.

Séance 2 : Mise en commun et interprétation des résultats obtenus

Pour cette phase qui s’est également déroulée à distance, les élèves ont été rassemblés en 3 groupes ayant à leur disposition un etherpad chacun.
Les questions, espaces pour répondre et liens vers les ressources étaient déjà présents sur l’etherpad pour faciliter le travail. Les élèves avaient à leur disposition le tableau corrigé, élaboré lors de la séance précédente.
Une correction a précédé le travail en autonomie. Il s’agissait de repréciser la manière dont les résultats avaient été obtenus ainsi que la signification des informations listées.

Au cours de cette étape, les élèves devaient expliquer si une crise biologique s’était bien déroulée il y a 65 Ma et lui trouver des causes possibles. Ils devaient également examiner ce qu’il s’était passé après la crise pour les taxons qui lui avaient survécu.
La collection d’activités Canoprof mettait à disposition des pages d’information sur les conséquences des éruptions volcaniques catastrophiques et des chutes de météorites de grande taille. Les élèves devaient rechercher l’existence d’évènements compatibles avec une diminution importante de la biodiversité planétaire il y a 65 Ma environ. Ils accédaient en particulier à la « Earth Impact Database » et à sa fiche technique.
Le travail sur les etherpads permettait au professeur de voir la construction des réponses en temps réel. Les élèves étaient guidés soit pas une interaction directe dans l’etherpad soit en utilisant le chat associé.

Suite à ce travail, les élèves devaient compléter et valider individuellement un questionnaire Quizinière (lien vers l’une des versions (nécessite de créer un compte)). Les compétences évaluées étaient « Raisonner (Produire un raisonnement cohérent) » et « Communiquer (Produire un document complet et suffisamment précis) ». Cette phase avait pour fonction de permettre aux élèves de consolider ce qui avait été vu à distance dans des conditions parfois difficiles. En effet, le travail de groupe à distance, sur un pad, ne permet pas toujours aux élèves les plus discrets ou ne se sentant moins compétents de faire des propositions.

Séance 3 : Élaboration d’arguments pour identifier une crise biologique en cours

Cette séance s’est déroulée sur un mur collaboratif Digipad en raison de difficultés d’accès à la classe virtuelle et à l’ENT le jour prévu. Un timing des phases de la séance a été intégré au mur collaboratif pour guider les élèves ayant des difficultés de connexion. Une vidéo de présentation du travail avec le digipad avait également été mise à disposition des élèves, avant la séance, sur l’ENT.
Une mise en commun des réponses proposées la semaine précédente a été réalisée sous la forme d’une lecture des propositions de chaque groupe, associée à un vote sur la qualité de la proposition (attribution d’étoiles), et à la formulation de commentaires bienveillants et constructifs. Cette étape visait à obtenir une discussion pour finir de déstabiliser les représentations initiales qui faisaient obstacle à la construction de la connaissance souhaitée. Le fait de la réaliser à distance a rendu nécessaire une reprise des informations en classe lors de la séance de bilan.

L’ensemble d’un demi-groupe classe a ensuite contribué à la rédaction d’un bilan expliquant pourquoi soit le volcanisme, soit la chute d’une météorite de grande taille, avait pu être une cause de la 5ème crise biologique. La question était rédigée au sein d’un pad intégré au mur collaboratif sur lequel les élèves étaient identifiés.

Ce travail évaluait les compétences « Produire un document complet et suffisamment précis » et « Coopérer -réaliser des travaux de groupe ou des projets ».

Les élèves devaient alors proposer individuellement une liste de faits scientifiques observables qui pourraient permettre d’estimer si nous vivons actuellement une crise biologique. Cette activité utilisait le module Digistorm intégré au mur collaboratif. Cette application était utilisée avec l’option remue-méninges. Chaque élève accède à une page sur laquelle se trouve une question et un champ de réponse. Il tape sa proposition et l’envoie. Les différentes propositions s’affichent les unes en dessous des autres sur l’interface du professeur.

Exemples de travaux d’élèves réalisés avec Digistorm

Pour terminer les élèves participaient à la construction d’un nuage de mots résumant ce qu’ils avaient appris et compris dans la séance.

Un exercice devait être fait en devoir entre les séances 3 et 4. Il s’agissait d’un devoir à rédiger sur la plate-forme de e-éducation académique Éléa.
La compétence évaluée était : Produire un raisonnement cohérent.

Les élèves devaient confronter les conclusions établies à propos de l’évolution de la biodiversité du passé aux données d’un court diaporama rappelant des éléments sur l’évolution de la biodiversité actuelle. La rédaction d’une argumentation indiquant si nous vivons actuellement une crise biologique ou non était attendue.

Séance 4 : Bilan

Le début de la séance 4 a été consacré à la lecture de la correction du travail rendu et à un bilan de l’ensemble des séances préparant le contrôle à venir.

Focus sur un outil : The Paleobiology Database

Avantages / Plus-values :
La Paleobiology Database est une base de données publique de données paléontologiques utilisable par tous. Elle est maintenue par un groupe international de paléontologues issus de grands centres de recherche. Elle comporte, en février 2021, 1 510 285 enregistrements et 433 322 taxons (groupes d’espèces). Elle a été utilisée pour des protocoles de recherche.
Cette base de données est facile d’accès pour les élèves. Le champ de recherche propose automatiquement des noms de taxons quand on tape les premières lettres. Elle permet de visualiser l’extension spatiale et temporelle d’un groupe.

L’ergonomie de l’interface, en langue anglaise, est très bonne. Les filtres en cours sont clairement visibles en bas à gauche de l’écran et l’échelle des temps géologiques permet de filtrer les informations à afficher ou d’obtenir facilement l’étage d’un site présent sur la carte. Une plus-value importante est la possibilité d’obtenir des graphiques de l’abondance des différents genres d’un groupe en fonction du temps et d’y associer des pourcentages d’extinction. Il existe aussi une fonction qui permet de représenter les continents selon leur disposition à l’étage sélectionné. En l’absence d’interface en français, il faut fournir quelques traductions aux élèves. Cet aspect n’a pas posé problème aux classes de seconde engagées dans cette expérimentation.

Points de vigilance :
Comme pour tout nouvel usage, The paleobiology database donne lieu à une genèse instrumentale (voir cet article pour découvrir la genèse instrumentale de la classe virtuelle). Il faut donc prévoir un temps et des activités spécifiques pour que les élèves découvrent et s’approprient les différentes fonctions de la base de données. Ils essaieront dans un premier temps de réutiliser ce qu’ils savent de la manipulation d’autres bases de données ou de l’objet le plus proche qu’il connaissent. Ainsi, les élèves connaissent, le plus souvent, le système d’information géographique Google Earth et la signification des couleurs sur les cartes géologiques. Ils progresseront dans leur maîtrise en donnant du sens aux commandes de l’interface, en réalisant des essais/erreurs et en s’aidant de la fiche technique. Une difficulté spécifique concerne l’utilisation des graphiques qui superposent plusieurs types de données. Il faut veiller à bien expliciter la signification des différentes courbes et en particulier de la courbe des pourcentages d’extinction.

RETOUR DES IMPRESSIONS DES ÉLÈVES

Un questionnaire anonyme, à distance, a été réalisé par les élèves avant et après l’utilisation de la Paleobiology database. Il s’agissait d’un questionnaire identique, commun à tous les participants des Travaux académiques mutualisés de l’académie. Les questions portaient sur les représentations des élèves relatives aux bases de données et aux dynamiques écosystémiques actuelles. On retrouve la différence d’appréciation de ses propres compétences numériques chez les filles et chez les garçons. Ainsi, avant le commencement du travail, 53% des garçons se pensent à l’aise contre 36% des filles. Ces dernières déclarent par ailleurs à 45.5% ne pas savoir se positionner. Après l’expérimentation le pourcentage de filles qui ne se positionne pas a augmenté et atteint 61.54% mais il y a un effet identique chez les garçons. On peut donc penser que la manipulation réelle de la base de données, dans un contexte où de nombreux usages numériques ont été sollicités, a rendu les élèves plus réalistes sur leurs aisance avec les usages numériques à l’École - l’utilisation de bases de données en faisant partie. L’intérêt pour une activité numérique scientifique avec une base de données a été interrogé avec un positionnement à réaliser. Les élèves avaient des anticipations variées sur cet usage avec 60% des garçons qui y voyaient quelque chose de scientifique et de motivant contre 27% des filles. Après usage réel on observe un rééquilibrage. Le choix "pourquoi pas" est très marqué chez les filles à 54% (+ 39%). La répartition entre les différents choix est plus équilibrée chez les garçons après la réalisation de la séquence. En fin d’étude les élèves considèrent que les bases de données sont un outil intéressant pour 80% (+ 7%) des garçons et 77 % (+ 4%) des filles. Ils précisent également les usages possibles de la base de données exploitée. Les modifications les plus frappantes concernent l’outil qui peut être utilisé à l’École pour 82% d’entre eux (+ 16% suite à l’utilisation réelle de la base de données) mais aussi un outil qui peut faire peur quand on n’y est pas habitué pour 25 % d’entre eux (+ 13.5%). On peut supposer que les élèves n’avaient pas anticipé la nécessaire construction de nouveaux savoir-faire et qu’ils ont constaté au cours de leur acquisition qu’un apprentissage était nécessaire. Enfin l’expérimentation ne semble pas modifier beaucoup les représentations largement sociales que les élèves ont au sujet des problématiques de développement durable en particulier chez les filles. Chez les garçons les réponses les plus données ont été modifiées avec une plus grande préoccupation autour de la disparition de certains animaux. Le faible échantillon incite cependant à une grande prudence au regard de la complexité des études à mener sur ce sujet.

ANALYSE ET ÉVALUATION DU DISPOSITIF
Plus-values dégagées	L’utilisation de The Paleobiology database couplée aux images interactives a bien permis aux élèves de mettre en relation les données de terrain, à l’échelle mondiale, et les documents de synthèse traditionnellement utilisés pour aborder cette partie. Aucune question, cette année, n’est venue interroger l’existence d’êtres vivants disparus depuis des millions d’années. L’interface de la base de données permet également une meilleure appréhension de la dimension temporelle des variations de la biodiversité au cours de l’histoire de la vie. Les évaluations sommatives par compétences ont montré que, sur deux classes, une seule élève n’a aucune maîtrise de l’utilisation des fonctionnalités de la base de données. En revanche, la moitié des élèves environ atteint une maîtrise suffisante voire maximale. Le reste des élèves atteint un niveau de maîtrise partiel. Une vidéo-tutoriel contextualisée avec les activités à réaliser avait été fournie pour faciliter les révisions mais elle n’a pas été consultée par tous. Par ailleurs, il s’agit d’un travail réalisé quasi exclusivement à distance avec certains profils d’élèves dont la motivation s’est effondrée. Sur un autre plan, on observe qu’à la suite de la séquence, les élèves considèrent que l’utilisation d’une base de données peut être une activité scolaire et que cela nécessite un travail d’apprentissage pour acquérir ce nouveau savoir-faire.
Difficultés rencontrées	Les difficultés ont plutôt concerné la phase de comparaison entre les pourcentages d’extinction observés pour la paléo-biodiversité de certains groupes, en particulier au moment des crises, et celles des taxons actuels. Par ailleurs, le travail sur les causes de la diminution de la biodiversité, actuelle comme passée, a montré que les élèves avaient des représentations initiales robustes qu’il était difficile de remplacer par de nouveaux systèmes explicatifs. Le remplacement s’est avéré réel mais temporaire au cours des phases de travail sur l’argumentation. Au moment de l’évaluation sommative, une partie des élèves a, de nouveau, fait appel à ses anciennes représentations pour rédiger ses réponses. Une confusion entre des causes locales et des causes globales de diminution de la biodiversité est souvent observée. De nombreux élèves restent persuadés que « les dinosaures ont été tués par des coulées de laves ou par le souffle de la météorite ». Le rôle des modifications climatiques dans les crises passées peine, ainsi, à être intégré durablement.
Pistes d’amélioration	Pour ce qui concerne la difficulté à comparer les pourcentages d’extinction, de taxons actuels ou ayant disparu au moment de crises d’extinction, une activité de construction d’un tableau de comparaison sera intégrée à l’avenir à la séquence. Pour ce qui est des représentations initiales qui ne sont remplacées que chez 25 % des élèves, il semble impératif de proposer une séance différenciée. Une situation de départ montrant l’évolution de la répartition spatiale et la chronologie de la disparition d’espèces récemment disparues de la surface du globe devra être confrontée aux représentations initiales des élèves. Certains groupes doivent travailler sur des supports comportant moins d’informations à trier et bénéficier de coups de pouces sur l’utilisation des graphiques pour pouvoir traiter les questions de la séance 2. La conception de grilles d’auto-évaluation (interactives dans le cas d’un travail à distance) devrait également permettre aux élèves de mieux se repérer et d’avoir une plus grande autonomie dans la réalisation de la séquence. On peut imaginer de déclencher des coups de pouce, intégrés à la grille, en fonction du positionnement réalisé. Des images interactives ou des associations d’activités Canoprof pourraient être utilisées pour cela.

Une piste d’adaptation en cycle 4 - Troisième

Voir l’article « Mettre en évidence l’évolution de la biodiversité au cours du temps avec une base de données en ligne ».

Une piste d’adaptation en classe de Terminale spécialité SVT

Dans la partie « Les climats de la Terre : comprendre le passé pour agir aujourd’hui et demain », il peut être possible de réutiliser les savoir-faire acquis en manipulant The Paleobiology database. En effet, la recherche d’indices paléontologiques et géologiques tenant compte des paléolatitudes, en particulier pour l’étude de la glaciation au Carbonifère-Permien, peut utiliser un type de démarche similaire.

Remerciements à Géraldine Turgis pour la co-réflexion préliminaire relative à l’utilisation des fonctionnalités de la paleobiology database dans le cadre d’une liaison Cycle 4 - Seconde.