Le Edgerton Center du MIT a introduit un programme pratique de biologie moléculaire dans toutes les classes de biologie des Worcester Public Schools, le deuxième plus grand district scolaire du Massachusetts. Le district a acquis 55 jeux de classe de modèles d’ADN, d’ARN, de protéines et d’ARNt et a formé chaque enseignant de biologie à leur utilisation, déployant à grande échelle une approche qui commence par les protéines avant d’aborder l’ADN. Ce changement est important car il vise à faire passer l’enseignement de la biologie moléculaire au-delà de la mémorisation d’une séquence, vers la construction d’une compréhension conceptuelle.
Faits essentiels
- Les Worcester Public Schools ont obtenu 55 jeux de classe de matériel de modélisation en biologie moléculaire développé au MIT.
- Le déploiement comprend des livrets pédagogiques et un perfectionnement professionnel à l’échelle du district pour les enseignants de biologie.
- Les élèves commencent par construire des protéines, puis reviennent à la voie ADN-ARN-protéine.
- Le matériel a été développé pendant environ 25 ans par Kathy Vandiver et ses collaborateurs au MIT.
Ce que cela signifie pour les élèves et les enseignants de biologie
Pour les élèves de Worcester, les cours de biologie moléculaire peuvent commencer par la construction de structures protéiques en binômes plutôt que par une séquence génétique abstraite. Ils peuvent ensuite utiliser les gènes qui codent ces structures pour explorer les liens entre l’ADN, l’ARN et la synthèse des protéines. Pour les enseignants, la formation à l’échelle du district et les jeux de classe permettent d’utiliser ce matériel dans l’ensemble du système, au lieu de le limiter aux éducateurs formés individuellement.
L’approche doit aider les apprenants à voir ce que produit finalement l’ADN et pourquoi la structure et la fonction des protéines comptent. Les modèles sont modulaires et manipulables : les élèves peuvent construire et replier des protéines, explorer les interactions hydrophobes et hydrophiles, modéliser les niveaux de structure des protéines et simuler la synthèse de l’ADN.
Pourquoi enseigner les protéines avant l’ADN ?
La séquence qui commence par les protéines donne aux élèves un aboutissement avant qu’ils n’en retracent le cheminement. Les élèves assemblent et examinent d’abord des protéines, puis reviennent à la voie familière ADN-ARN-protéine en utilisant des gènes qui codent des protéines qu’ils ont déjà construites. Le principe du programme est que cet ordre rend plus concrets l’ordre des acides aminés, la fonction des protéines et l’expression des gènes.
Kathy Vandiver, responsable des projets en sciences de la vie au Edgerton Center et directrice de l’éducation et de l’engagement communautaires au sein du département de génie biologique du MIT, a développé cette approche pendant environ 25 ans. Elle estime que les élèves rencontrent souvent le dogme central de la biologie comme une séquence à mémoriser, sans avoir d’abord une image claire des protéines ni de leur importance.
Les protéines sont essentielles à de nombreuses fonctions biologiques : elles construisent les tissus, transportent l’oxygène, combattent les infections et accomplissent une grande partie du travail de l’organisme. Pourtant, l’enseignement les présente souvent après l’ADN et l’ARN. Le matériel du MIT place les modèles de protéines au début de la leçon, avec des composants que les élèves peuvent démonter et reconstruire.
Comment Worcester a déployé à grande échelle le programme pratique de biology education
Le lien entre Worcester et le Edgerton Center a commencé lorsque David Mangus a découvert les jeux de biologie moléculaire lors d’un atelier d’une conférence de la Massachusetts Association of Science Teachers. Devenu spécialiste des programmes de sciences des Worcester Public Schools, il a vu l’occasion de mettre en œuvre ce matériel dans l’ensemble du district.
Une subvention du Massachusetts Life Sciences Center a financé les 55 jeux de classe, les livrets pédagogiques associés et le programme de perfectionnement professionnel. Chaque enseignant de biologie a participé à un atelier de formation. Cette préparation collective répond à un obstacle rencontré lors d’actions de diffusion antérieures, où la formation des enseignants un par un limitait la portée du programme.
Le déploiement de Worcester associe donc l’équipement à l’apprentissage professionnel. Plutôt que de compter sur un petit nombre d’enseignants adoptant le matériel de manière indépendante, le district a préparé un groupe d’éducateurs à utiliser l’approche dans les salles de classe année après année.
D’un laboratoire d’apprentissage du MIT Museum aux classes du district
Le programme a été affiné en partie grâce au « Learning Lab: The Cell » du MIT Museum en 2005, un espace de galerie et de classe soutenu par l’Arthur Vining Davis Foundation. Vandiver a travaillé avec le personnel du musée pour développer cet espace et les ateliers, tandis qu’Amanda Gruhl Mayer a contribué aux ateliers, à la conception graphique de matériels complémentaires, puis à la recherche pour des leçons plus avancées.
Sur plusieurs années, Vandiver et Gruhl Mayer ont enseigné à plus de 1 000 élèves dans ce laboratoire d’apprentissage, y compris à des groupes du collège, du lycée et de biologie AP. Leur expérience auprès d’un large éventail de participants a nourri un format dans lequel les élèves travaillent par deux avec des jeux de construction moléculaire et utilisent des démonstrations participatives pour mettre en scène des processus cellulaires complexes avant d’aborder le vocabulaire scientifique qui les décrit.
Le Edgerton Center porte également ce matériel auprès d’un public national. Il prévoit de présenter ses jeux de biologie moléculaire à la conférence de la National Association of Biology Teachers, à Dallas, en octobre.
Questions fréquentes
Quel matériel les classes de biologie de Worcester reçoivent-elles ?
Les Worcester Public Schools ont acquis 55 jeux de classe de modèles d’ADN, d’ARN, de protéines et d’ARNt développés au MIT. Le déploiement comprend aussi des livrets pédagogiques et un programme de perfectionnement professionnel à l’échelle du district pour les enseignants de biologie.
Comment fonctionne le programme qui commence par les protéines ?
Les élèves commencent par construire et comprendre des structures protéiques en binômes. Ils reviennent ensuite à la voie ADN-ARN-protéine en utilisant les gènes qui codent les structures protéiques construites, reliant l’information génétique à l’ordre des acides aminés et à la fonction des protéines.
