Utiliser le modèle théorique de Hardy-Weinberg pour analyser une situation d’évolution biologique

L’enseignement explicite pour simplifier la compréhension du modèle de Hardy-Weinberg en enseignement scientifique

Enseignement explicite

Mis à jour le mercredi 14 janvier 2026 , par Nina Michel-Lauret

L’ENSEIGNEMENT EXPLICITE : UN LEVIER POUR LES APPRENTISSAGES EN SVT

Professeur

Nina Michel-Lauret, au lycée Descartes (Antony, 92)

Caractéristiques de la séquence

LIAISON AVEC LE PROGRAMME
Niveau concerné Terminale Enseignement scientifique
Partie du programme Thème 3 Une histoire du vivant 3.1 La biodiversité et son évolution
PLACE DANS LA PROGRESSION Les élèves ont déjà eu des rappels de génétiques sur les notions de gène, allèles, écriture de génotype, sélection naturelle, dérive … Ils ont également déjà travaillé sur l’estimation de l’abondance d’une population par la technique CMR ou par un intervalle de confiance.
La biodiversité n’est pas figée dans le temps. L’objectif ici est de savoir si une population évolue ou non. Pour vérifier si une population évolue, il faut vérifier si elle respecte le modèle théorique de Hardy-Weinberg :
• si la composition génétique de la population étudiée respecte le modèle théorique alors elle n’évolue pas, sa structure génétique est stable dans le temps ;
• si la composition génétique de la population étudiée s’écarte des prédictions du modèle alors elle ne respecte par l’équilibre théorique du modèle et il doit y avoir une ou plusieurs forces évolutives qui s’exercent.
Prendre l’exemple de l’évolution d’un caractère gouverné par un gène dont on connait 2 allèles. Ecriture de génotypes et de phénotypes
MOTIVATION EN FAVEUR DE L’ENSEIGNEMENT EXPLICITE Il s’agit ici d’une notion nouvelle qui fait intervenir des mathématiques avec lesquels tous les élèves ne sont pas à l’aise. Par ailleurs il s’agit d’une tâche assez formatée qui offre de nombreux exemples permettant la multiplication des entrainements en pratique guidée et autonome.
PROBLÈME À RÉSOUDRE

Comment étudier l’évolution d’une population ?

NOTIONS, SAVOIR-FAIRE, COMPETENCES
Notions
  • Extrait du programme d’enseignement scientifique de terminale générale : Enseignement scientifique de terminale générale. La composition génétique des populations d’une espèce change de génération en génération. Le modèle mathématique de Hardy-Weinberg utilise la
    théorie des probabilités pour décrire le phénomène aléatoire de transmission des allèles dans une population. En assimilant les probabilités à des fréquences pour des effectifs de grande taille (loi des grands nombres), le modèle prédit que la structure génétique d’une population de grand effectif est stable d’une génération à l’autre sous certaines conditions (absence de migration, de mutation, de sélection et de dérive). Cette stabilité théorique est connue sous le nom d’équilibre de Hardy - Weinberg. Les limites du modèle s’expriment dans les écarts entre
    les fréquences observées sur une population naturelle et les résultats du modèle trouvent leur explication dans les processus réels mis en jeu notamment par les effets de forces évolutives (mutation, sélection, dérive, etc.)..
Savoir-faire
  • Analyser une situation d’évolution biologique expliquant un écart par rapport au modèle de Hardy-Weinberg
Compétences
  • Pratiquer ds démarches scientifiques.

ACTIVITÉS

Durée totale ouverture modelage pratique guidée pratique autonomeclôture
1 séance de 55 min 10 min 15 min 15 min 10 min (continuer à s’entrainer avec les différents exercices en travail maison) 5 min

Déroulement global de la séquence

Déroulement détaillé de la séquence

Ouverture

  • L’accroche
    La biodiversité n’est pas figée dans le temps. L’objectif ici est de savoir si une population évolue ou non. Pour vérifier si une population évolue, il faut vérifier si elle respecte le modèle théorique de Hardy-Weinberg :
    si la composition génétique de la population étudiée respecte le modèle théorique alors elle n’évolue pas, sa structure génétique est stable dans le temps ;
    si la composition génétique de la population étudiée s’écarte des prédictions du modèle alors elle ne respecte par l’équilibre théorique du modèle et il doit y avoir une ou plusieurs forces évolutives qui s’exercent.)
    Prendre l’exemple de l’évolution d’un caractère gouverné par un gène dont on connait 2 allèles. Écriture de génotypes et de phénotypes.
    • L’objectif d’apprentissage et la tâche scolaire permettant d’y travailler
    • La réactivation des connaissances nécessaires pour appréhender le nouvel apprentissage
      Prendre l’exemple de l’évolution d’un caractère gouverné par un gène dont on connait 2 allèles A et a. Écriture de génotypes et de phénotypes.
Documents pour la réactivation des connaissances préalables pertinentes Exemples de questions
Présenter le modèle de Hardy-Weinberg et faire sa démonstration mathématique. Permet de réactiver les notions d’allèles, génotypes, fréquences, … Distinguer fréquence de génotypes = nb d’individus de ce génotype /nb total d’individus dans la population et fréquence d’allèles = nb de cet allèle / nombre total d’allèles dans la population. Chaque individu possédant 2 allèles pour chaque gène, le nombre total d’allèles est le double du nombre d’individus de la population.
  • A partir d’une population théorique dans laquelle on étudie un caractère qui existe sous 2 allèles avec des fréquences alléliques p et q telles que p+q=1, prédire les fréquences des génotypes et d’allèles à la génération n+1

Modelage

(...)
Lors de ce modelage, la tâche réalisée devant les élèves va mobiliser les habiletés (=sous-tâches) suivantes :
Sous la forme d’une démonstration au tableau le prof présente un exemple où la population étudiée ne respecte pas le modèle théorique de Hardy-Weinberg -> L’exemple d’une population de lézards à flancs maculés (exemple issu du Magnard p.180)
Lors des interactions avec les élèves, il s’agira :

  • bien différencier fréquence génotypique et fréquence allélique. Fréquence génotypique : fréquence de chaque génotype dans la population = nb d’individus de ce génotype /nb total d’individus dans la population ; Fréquence allélique : fréquence de chaque allèle dans la population = nb de cet allèle / nombre total d’allèles dans la population. Chaque individu possédant 2 allèles pour chaque gène, le nombre total d’allèles est le double du nombre d’individus de la population
  • de bien insister sur comment on détermine les fréquences dans la population réelle étudiée (utiliser les formules ci-dessus) et comment on détermine les fréquences génotypiques théoriques (selon le modèle de Hardy-Weinberg, F(A//A) = p² ; F(A//a) = 2pq ; F(a//a) = q²) ;
  • de comparer les fréquences réelles observées et théoriques.
    Le déroulé de la démonstration montrée par le professeur est le suivant :
  • Identifier les 3 génotypes possibles : (A//A) ; (A//a) ; (a//a)
  • Calculer les fréquences génotypiques observées
  • Calculer les fréquences alléliques observées
  • Prédire les fréquences génotypiques prédites par le modèle de HW
  • Conclure sur l’évolution ou non de cette population

Pratique guidée

Même objectif/même tâche que le modelage mais pas exactement la même activité, mais niveau de difficulté équivalent. Exemple du Mufflier (Hachette p.162)
Les élèves travaillent en binôme en reprenant point par point la méthode du professeur présentée en modelage. Le professeur circule dans les rangs pour vérifier les conclusions des élèves et vérifier qu’il n’y a pas de confusions entre fréquences génotypiques et alléliques.
Un élève est prêt à passer en pratique autonome s’il est arrivé à la bonne conclusion et qu’il sait réexpliquer sa démarche.

Pratique autonome

Donner accès à une banque d’exercices pour multiplier les entrainements. Peut-être poursuivi en travail à la maison. Choisir un exemple où les noms d’allèles sont différents de ceux du modelage.

ressources_exercices_hw

L’élève a uniquement accès à la conclusion (la population respecte/ne respecte pas le modèle théorique de Hardy-Weinberg) ; On fait varier les causes d’écarts au modèle -> s’il n’arrive pas à la même conclusion c’est qu’il s’est trompé…

Clôture

Les essentiels à retenir

Notions :

  • Une population idéale respecte l’équilibre de Hardy - Weinberg c’est-à-dire qu’elle n’évolue pas si il y a stabilité des fréquences génotypiques et alléliques d’une génération à l’autre. On obtient donc p²+2pq+q² = 1 avec p=f(A) et q=(fa). La fréquence d’un homozygote (A//A) est p² ;
    La fréquence de l’autre homozygote (a//a) est q² ; La fréquence de l’hétérozygote (A//a) est 2pq
  • Une population ne respectant pas cet équilibre est une population qui évolue sous l’effet de forces évolutives pouvant être :
    La sélection sexuelle : l’accouplement ne se fait pas au hasard ;
    La sélection naturelle : certains allèles sont favorisés par rapport à d’autres ;
    La dérive génétique : variation aléatoire de la fréquence allélique, plus la population est petite plus elle aura de l’effet ;
    Les migrations : cela augmente donc les flux génétiques entre populations.

Méthode :
1. Identifier les génotypes possibles dans la population
2.Déterminer les fréquences génotypiques observées dans la population étudiée
3.En déduire les fréquences alléliques observées dans cette population *Attention aux parenthèses quand vous écrivez le calcul sur la calculatrice.
4.Prédire les fréquences génotypiques de cette population si elle respecte l’équilibre théorique de Hardy-Weinberg
5.Comparer les fréquences théoriques selon l’équilibre de Hardy-Weinberg et les fréquences observées et conclure

Prochaine séance
Afin de s’assurer de la consolidation de la tâche, proposer un exercice sous forme de QCM la semaine suivante du type :

Travail à faire pour réviser la séance (= pour s’assurer de la consolidation)
Prochaine évaluation sommative avec un exercice du même type.
S’entrainer à partir des exercices de la banque mise à disposition lors de la pratique autonome

ANALYSE ET ÉVALUATION DU DISPOSITIF
Ce qui a bien fonctionné Les élèves ont été relativement autonomes pendant les phases de pratiques guidées puis de pratiques autonomes. Bonne réussite des élèves à l’évaluation
Ce qui a moins bien fonctionné et pourquoi Hétérogénéité des élèves -> Lors de la pratique guidée, proposer aux élèves « experts » de refaire un modelage aux élèves plus en difficulté.

Agenda

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