Le thème national des TraAM 2020 : les métadonnées, des ressources pour construire des concepts en SVT

Les métadonnées se rencontrent dans des domaines très différents (la santé, l’écologie, l’évolution, la dynamique des enveloppes, les risques, etc...). Elles sont issues de systèmes permettant de les recueillir. Elles sont ensuite stockées et leur traitement permet d’obtenir des informations, elles-mêmes représentées sous différentes formes.

Ces procédures, qui vont du recueil des informations à leur représentation, sont souvent occultées et les élèves ne se voient proposer que « le produit final » : des graphiques, des cartes, des systèmes mathématiques, des modèles etc...

L’objectif est tout d’abord d’amener les élèves à investir les différentes étapes qui peuvent aller du recueil des données (utilisation de capteurs, de carte microcontrôleur, etc...), de leur traitement (exploitation de données construites par les élèves, de métadonnées disponibles en ligne, de données issues de collaborations avec des centres scientifiques, etc...) à leur représentation (logiciels d’exploitation de base de données, logiciel de cartographie, etc...). L’objectif est également de développer des compétences en lien avec le cadre européen de référence des compétences numériques, dont PIX permet l’évaluation et la certification dans notre système éducatif.

Le thème académique : impliquer les élèves dans les différentes étapes du recueil et du traitement des données et des métadonnées pour établir une vision plus réaliste de la construction des savoirs scientifiques en SVT

En classe, les connaissances sont généralement construites à partir d'un nombre limité de données acquises expérimentalement par les élèves, ce qui peut induire une vision réductrice des pratiques réelles de la recherche scientifique et, en conséquence, contribuer à la remise en cause de la robustesse de certains de ses résultats.

Une implication plus grande des élèves dans les différentes étapes du recueil et du traitement des données pourrait permettre de rétablir une vision plus réaliste de la façon dont la science construit des savoirs à partir des données qu’elle produit. Le groupe a ainsi travaillé à l’acquisition et au traitement de données (et de leurs métadonnées) locales par les élèves (échelle de l’établissement) confrontées à des données de recherche et pour certains scénario à travers un partenariat avec un ou des scientifiques.

Les compétences développées sont à la fois disciplinaires, de par la nature des données recueillies et les concepts étudiés, mais aussi transversales puisque les modalités de saisies de données (photographie, capteurs en lien avec des microcontrôleurs Arduino) ; d’exploitation des données et de leurs métadonnées (logiciel d’exploitation des métadonnées d’une photographie et de cartographie, tableur) peuvent être transposées dans d’autres disciplines. Par ailleurs, ce travail sur les métadonnées permet une éducation à la protection des données personnelles et contribue à développer l'esprit critique lors de la consultation de divers documents de prétention scientifique.

Les scénarios pédagogiques produits

Tous les scénarios sont centrés sur le recueil et le traitement de données et métadonnées pour comprendre la construction des savoirs scientifiques.

Un scénario concerne le niveau seconde et les trois autres portent sur l’enseignement scientifique de première, ce qui permet d’envisager un travail spiralaire des compétences. La partie « projet expérimental et numérique » de cet enseignement représente un espace particulièrement privilégié pour conduire ce type de démarche.

Scénario 1 : travailler la construction du savoir scientifique sur la biodiversité par le recueil et le traitement de données et de métadonnées dans le cadre d'un projet de sciences participatives.

• Lien vers le scénario 1

Ce scénario porte sur l'étude de la biodiversité au niveau seconde dans le cadre d'un projet de sciences participatives (Vigie-Nature École, Sauvages de ma rue, MNHM).

Au cours du scénario, les élèves sont amenés à recueillir des données photographiques sur les plantes sauvages locales et à exploiter leurs métadonnées pour présenter les données sous forme de cartes. L’étude se poursuit par l’exploitation des données mises en relation avec leurs métadonnées fournies par le MNHM, grâce à un tableur (fonction table dynamique et graphique) afin de répondre aux problématiques scientifiques du projet. En outre, cela permet aux élèves d’acquérir des connaissances du programme de seconde sur la biodiversité.

Ce scénario permet une première étape de formation au recueil et à l'exploitation de données et métadonnées en seconde, qui peut être complétée dans le cadre de SNT. Les autres scénarios, présentés ci-après, réinvestissent et enrichissent ces compétences dans le cadre du projet expérimental et numérique  de l'enseignement scientifique de première.

 Scénario 2 : rétroanalyse et reproduction de documents scientifiques par l'acquisition et le traitement de données

• Lien vers le scénario 2

Ce scénario mis en place dans le cadre du projet expérimental de l'enseignement scientifique de 1^ère, a pour objectif de conduire les élèves à analyser un document scientifique (en lien ou non avec le programme) pour comprendre les étapes qui ont conduit à son élaboration et notamment le contexte des mesures effectuées. Les élèves doivent ensuite acquérir par l'expérimentation des données et des métadonnées puis les traiter informatiquement, pour finalement aboutir à un document scientifique de nature semblable dont il conviendra d'évaluer la fiabilité (notamment au regard des métadonnées relevées).

Scénario 3 : expérimenter, collecter et partager des données environnementales ; l'importance des métadonnées

• Lien vers le scénario 3

Ce scénario a pour objectif d’étudier la répartition des lichens grâce à l’exploitation des métadonnées de photographies puis de tester l’hypothèse de l’influence de polluants atmosphériques en réalisant des mesures de dioxyde d’azote à l’aide d’un microcontrôleur Arduino autonome et de capteurs Grove. L’exploitation de ces données sera confrontée à la littérature scientifique (données d’AirParif notamment). Il permet également de comprendre la construction et l’utilisation de base de données de mesures.

Scénario 4 : recueil de données et de métadonnées dans le cadre d'un projet sur le thème de la lutte contre le réchauffement climatique

• Lien vers le scénario 4

Ce scénario a pour objectif d’étudier le rôle des plantes dans la capture du CO₂ en lien avec le réchauffement climatique par le recueil et le traitement de données et métadonnées de mesures d’absorption de CO₂ grâce à la photosynthèse. Il s’inscrit dans une démarche de projet mise en œuvre en enseignement scientifique de première et vise à faire émerger chez les élèves la nécessité d’obtenir des données complémentaires à la mesure principale pour répondre à une problématique, ces données complémentaires pouvant jouer le rôle de métadonnées.

Le groupe de travail

Quatre professeurs se sont impliqués dans l'élaboration et le test de scénarios accompagnés par Patrice BAUDEVIN, IA-IPR :

• Renaud GOSSET, professeur de SVT à la cité scolaire Paul Bert.
• Caroline LECHEVALLIER, professeure de SVT à la cité scolaire Claude Monet.
• Samantha MATHEAU, professeure de SVT, TZR
• Yann SAUVAGE, professeur de SVT à la cité scolaire Montaigne.