Comment on analyse l'ADN pour établir une généalogie ou un degré de filiation - pour l'anthropologie, pour retrouver ses ancêtres, pour identifier un criminel

Comprendre les méthodes si on veut comprendre la portée d'une recherche  ....

Les banques de données généalogiques basées sur l'ADN ont connu un développement impressionnant.
JTS aborde d'abord les méthodes - pour comprendre la portée des affirmations trouvées dans la vulgarisation : Comment on analyse l'ADN pour établir une généalogie ou un degré de filiation.
Ces techniques nouvelles révèlent des usages potentiels pour l'anthropologie, pour retrouver ses ancêtres, pour la police scientifique, et soulèvent des question éthiques - qui sont évoquées plus bas avec des publications développant ces problématiques  encourage le lecteur à aller vérifier dans l'article d'origine

Prenons l'exemple d'une news déjà ancienne Ewen Callaway (2013 ici) titrait (traduit) "La plupart des Européens partagent des ancêtres récents". 

Des séquences spécifiques dans l'ADN mitochondrial sont très souvent utilisées. Comment on les lit et les compare été discuté dans une JTS précédente. ici Et des données authentiques sont disponibles pour des activités en classe ici Les paradoxes éthiques du séquençage… Techniques : Comment on a séquencé. De l'ADN mitochondrial pourquoi ? -> L'ADN mitochondrial, une petite molécule devenue star Comment exploiter ces séquences d'ADN en classe ? On peut distinguer avec les élèves d'autres tests génétiques :les "empreintes génétiques" RFLP et STR Voir ce scénario du projet Bioinformatique : opportunités pour l'enseignement.

" Que ce soit un  Serbe et un Suisse, ou un Finlandais et un Français, deux Européens ont probablement de nombreux ancêtres communs qui ont vécu il y a environ 1 000 ans. Une enquête génomique menée auprès de 2 257 personnes issues de 40 populations révèle que les personnes d'ascendance européenne sont plus étroitement liées les unes aux autres qu'on ne le pensait auparavant, et pourrait contribuer à apporter de nouvelles connaissances sur l'histoire européenne.
Les premiers efforts visant à retracer l'ascendance humaine grâce à l'ADN reposaient sur des « marqueurs génétiques uniparentaux » – des séquences d'ADN du génome mitochondrial, hérité de la mère, ou du chromosome Y, que les hommes héritent de leur père."

"Ces études révèlent les grandes lignes de l'histoire humaine, comme la migration d'Homo sapiens hors d'Afrique il y a moins de 100 000 ans et sa colonisation ultérieure de l'Europe et de l'Asie. Mais les marqueurs uniparentaux ne contribuent pas à éclairer l'histoire plus récente, en partie parce qu'ils ne représentent qu'une seule lignée dans un arbre généalogique – comme la mère de la mère d'une mère, etc. "Callaway E., (2013) (traduit)
encourage le lecteur à aller vérifier dans l'article d'origine :  ici

Nous avons un ancêtre commun il n'y pas bien longtemps…

Un joli exemple pour des exercices de math ?     "with high probability for large n, in each generation at least 1.77lgn generations before the present, all individuals who have any descendants among the present-day individuals are actually ancestors of all present-day individuals. (where lg denotes base-2 logarithm)"  (Chang, J. T. (1999)  encourage le lecteur à aller vérifier dans l'article d'origine :  ici Chang (1999) dit que selon le Wright–Fisher Model utilisés  toutes les personnes qui vivaient à cette époque (et dont la descendance s'étend jusqu'à nous) sont en fait ancêtres de tous les n individus actuels de la population étudiée. Ce qui veut dire qu'avec ce modèle-là (Wright–Fisher Model ) et une population de ~9 millions en Suisse, nous partageons tous un ancêtre commun qui vivait à peu près 41 générations avant nous. Soit environ 820 ans si on considère une génération tous les 20 ans, On se souvient que log2 (n) =  Log10 (n) / Log10 (2) Or Log10 (2) ~  0, 3013 et Log10 de  9.106 = 6,954 donc Log2 (9.106) = 6,954  /  0, 3013 = 23,101 Donc pour n ~ 9 millions, log2 (n) =  23,101 et 1.77 x log2 (n) = 40,889 (merci de me signaler une possible erreur)

Comme on représente dans les arbres généalogiques tous les hommes portant le nom de famille et les femmes seulement en tant que descendantes d'un de ces hommes( c'est choquant, JTS partage votre indignation justifiée…), cette tradition cache le fait que nous avons un nombre énorme d'ancêtres (2 parents, 4 grands-parents, 8 arrière-grands-parents, etc. 
Callaway, E. (2013 ici) l'explique  ainsi  "Sur la base de considérations théoriques, étant donné que chaque individu a 2n ancêtres d'il y a n générations, tous les humains seraient liés généalogiquement les uns aux autres sur des échelles de temps étonnamment courtes.

N.B: Ce Wright–Fisher Model suppose que les reproductions se font au hasard (panmixie) (Tataru et al., 2016 ici) et suppose qu'il n'y a pas de sélection, ni mutation, ni migration, et aucun mélange des générations, ce qui implique que père et mère appartiennent à la même génération. 
Évidemment, ce modèle est une simplification du réel. Les chercheurs disposent maintenant de techniques permettant de dépasser ces limites: le séquençage qui permet de rechercher l'identité des fragments d'ADN issus de mêmes parents. .

Le séquençage permet une analyse bien plus fine

"Ces dernières années, les chercheurs se sont penchés sur le reste du génome – l'ADN qui peut provenir de l'un ou l'autre des parents – pour établir les "ancêtres génétiques". C'est ce que  Ralph et Coop (2013) ont fait pour reconstruire l'ascendance européenne . Leurs travaux sont publiés dans PLoS Biology ici. "We make use of genomic data for 2,257 Europeans (in the Population Reference Sample [POPRES] dataset) to conduct one of the first surveys of recent genealogical ancestry over the past 3,000 years at a continental scale. We detected 1.9 million shared long genomic segments, and used the lengths of these to infer the distribution of shared ancestors across time and geography."  encourage le lecteur à aller vérifier dans l'article d'origine :  ici

"L'approche des chercheurs repose sur la manière dont les gènes sont remaniés à chaque génération, lorsqu'un individu forme de nouveaux ovules ou spermatozoïdes en mélangeant et en faisant correspondre les chromosomes hérités de chaque parent." (Callaway, 2013) (traduit)

On se souvient que le crossing-over (Xover en abrégé) ou enjambement, résulte de l'échange - lors de la méiose (prophase I), d'un fragment d'ADN  avec la chromatide homologue. Cf. figure (Source : NIH). Ainsi des séquences d'ADN contiguës se trouvent séparées et ces fragments discontinus sont transmis indépendamment aux enfants.  Ainsi les segments transmis d'un seul tenant à la descendance sont réduits à chaque génération. La F1 n'a que quelques interruptions par rapport au parent. Plus on s'éloigne dans la descendance plus les fragments de cet individus ont été interrompus par le Xover. Chaque chromosome subit entre un et trois Xover par méiose (source).

" Les endroits où les séquences d'ADN sont échangées sont différents à chaque fois, de sorte que les segments ininterrompus transmis par une personne deviennent plus courts à chaque génération. Par exemple, les morceaux d'ADN partagés entre cousins germains sont plus longs que ceux partagés entre cousins germains, troisièmes et quatrièmes." on shared long genomic segments, and used the lengths of these to infer the distribution of shared ancestors across time and geography."  encourage le lecteur à aller vérifier dans l'article d'origine : ici

Le séquençage permet de reconstituer des parentés en révélant les séquences d'ADN provenant d'un ancêtre commun

Si deux individus ont tous deux hérité d'une région génomique d'un ancêtre commun, cet ancêtre est appelé « ancêtre commun génétique » et la région génomique est partagée « à l'identique par descendance » (IBD) par ces deux individus. Nous définissons ici un « bloc IBD » comme étant un segment contigu du génome hérité (sur au moins un chromosome) d'un ancêtre commun partagé sans recombinaison intermédiaire (voir Figure 1A). […] Nous mesurons les longueurs des segments IBD en unités de Morgans (M) ou centiMorgans (cM), où 1 Morgan est défini comme étant la distance sur laquelle se produit  une moyenne d'une recombinaison (c'est-à-dire un croisement) par méiose. " Ralph et Coop (2013) ici (traduit)

Fig 1: The spread of genetic ancestry. IBD = Identity By Descendence identité par filiation [img]. Source : Ralph, P., & Coop, G. (2013)

"Les segments de l'IBD sont divisés au fil du temps par recombinaison, ce qui implique qu'une ascendance partagée plus ancienne a tendance à entraîner des blocs IBD partagés plus courts. Ralph et Coop (2013) traduit) " encourage le lecteur à aller vérifier dans l'article d'origine :  ici

Ainsi chaque chromosome d'une personne est constitué d'une mosaïque de séquences IBD (= Identity By Descendence identité par filiation) intercalées de ses ancêtres.

Pourquoi on ne se pose pas spontanément cette question ? En fait rares sont ceux qui se posent cette question…  et Callaway (2013) ici ne développe guère comment on sait que tel fragment d'ADN est le même que tel autre. Peut-être puisque nous ne différons que d'une infime partie de notre ADN (0.1% (Check Hayden, 2007) ici. Pourtant parait difficile de retracer un ADN  avec de si infimes différences ? Voir aussi JTS ici pour clarifier les mesures de différence entre 2 humains ( Un inuit et moi différons de 0.1% mais je n'aurais que 50% de commun avec ma propre fille ??). Au contraire il parait naturel que les ADN soient différents, tant chacun des parents est différent. Cette conception est probablement renforcée par les schémas comme la Fig. 1 illustrant les fragments d'ADN par des couleur différentes. Cela renforce l'idée qu'un ADN issu d'untel est intrinsèquement différent de ceux d'un autre humain. Giordan (1996) s'est beaucoup intéressé à la mise en évidence des ces conceptions et à leur ténacité. Elles sont un obstacle à l'apprentissage comme Bachelard (1934) l'avait montré il y a fort longtemps "Quand il se présente à la culture scientifique, l'esprit n'est jamais jeune. Il est même très vieux, car il a l'âge de ses préjugés" Pour aller plus loin Betz, et al. (2019) ici identifient 3 tendances spontanées de la psychologie humaine ("cognitive construals") à expliquer les phénomènes, le finalisme, l'anthropocentrisme, et l'essentialisme.  encourage le lecteur à aller vérifier dans l'article d'origine : ici  Pour anticiper ou comprendre les difficultés d'apprentissage observées dans sa pratique enseignante ("chaque année les élèves font les mêmes erreurs !!" ), on peut s'appuyer sur ces catégories de conceptions naïves: dans ce cas l'essentialisme : "an unobservable essential property (an "underlying reality" or "true nature") that conveys category identity"- à cause d'une nature profonde les objets, même les molécules conservent cette propriété essentielle des êtres qui les ont formés au cours de leurs transformations. Ainsi on peut s'attendre à ce que les élèves perçoivent les ADN d'origine différente comme intrinsèquement différents, sans ressentir le besoin de chercher quelles différences dans la séquence permettent de les distinguer.

Mais comment on reconnaît de qui est issu le génome, puisqu'ils sont quasiment identiques !!?

 Pour identifier ces séquences IBD, "Sufficiently long segments of IBD can be identified as long, contiguous regions over which the two individuals are identical (or nearly identical) at a set of single nucleotide polymorphisms (SNPs) that segregate in the population." encourage le lecteur à aller vérifier dans l'article d'origine : ici

Or notre ADN est parsemé de petites variations d'une seule base trouvée chez > 1% des humains : les SNP (Single Nucleotide Polymorphism)

• Pour visualiser ces SNP avec les élèves voir ce scénario du projet Bioinformatique : opportunités pour l'enseignement
  Les chercheurs ont donc eu l'idée de séquencer pour chercher quels SNP on trouve le long de ces 1,9 millions de "shared long genomic segments". 
  

Ainsi deux fragments d'ADN ayant tout le long les mêmes SNP l'ont hérité d'un ancêtre commun. Et la longueur du fragment où les SNP correspondent pour deux ADN détermine la longueur de l'IBD.

Cette méthode apporte de nouvelles données à l'histoire des migrations en Europe

"Des sociétés commerciales de séquençage génétique utilisent cette propriété pour connecter des cousins éloignés inscrits dans leurs bases de données généalogiques. Ralph et Coop (2013) ont recherché des parents encore plus éloignés en identifiant des parties du génome partagé par des personnes vivant dans toute l'Europe. En examinant la longueur de ces morceaux, les chercheurs ont pu déterminer approximativement quand vivait l'ancêtre commun des cousins éloignés.
Ils ont trouvé des ancêtres communs pour la plupart des populations il y a à peine 500 ans. Des séquences d'ADN plus anciennes reliaient cependant des Européens géographiquement plus éloignés.
Leurs travaux ont également révélé des signatures génétiques pour des événements clés de l'histoire européenne, tels que la migration des Huns vers l'Europe de l'Est au quatrième siècle et l'essor ultérieur des peuples de langue slave. Les habitants actuels des pays d'Europe de l'Est partagent de nombreux ancêtres qui vivaient il y a environ 1 500 ans. Les Italiens, quant à eux, sont liés aux autres populations européennes principalement par le biais d'individus ayant vécu il y a plus de 2 000 ans, peut-être en raison de l'isolement géographique du pays." (Callaway, 2013) (traduit) encourage le lecteur à aller vérifier dans l'article d'origine :  ici voir aussi Ralph & Coop (2013) ici

D'autres exemples plus récents :

• L'arrestation du présumé  « tueur de Golden State », un Californien accusé d'une série de viols et de meurtres vieux de plusieurs décennies. Pour le retrouver, les forces de l'ordre ont d'abord analysé avec la technique mentionnée plus haut - un échantillon d'ADN provenant de la scène du crime (du sang, des cheveux ou du sperme) pour rechercher des centaines de milliers de marqueurs ADN [les SNP ] qui varient selon les personnes, mais dont l'identité est dans de nombreux cas partagée avec des parents génétiques. Ils ont ensuite téléchargé ces données sur GEDmatch, une base de données en ligne gratuite où n'importe qui peut partager ses données génomiques provenant de sociétés de tests ADN grand public telles que 23andMe et Ancestry.com pour rechercher des proches qui auraient aussi soumis leur ADN.
  Dans ce cas la recherche dans près d'un million de profils de GEDMatch a révélé plusieurs parents équivalent à des cousins au troisième degré du propriétaire d'ADN trouvé sur la scène du crime lié au tueur de Golden State. D'autres informations telles que les archives généalogiques, l'âge approximatif et les lieux du crime ont ensuite permis à la police de repérer une seule personne et finalement de l'arrêter. Adapté d'après Kaiser (2018), qui discute aussi les enjeux éthiques et les risques pour la vie privée encourage le lecteur à aller vérifier dans l'article d'origine :  ici
  Kaiser, J. (2018). We will find you : DNA search used to nab Golden State Killer can home in on about 60% of white Americans. Science. https://doi.org/10.1126/science.aav7021
  
  
• Cette technique ouvre de nouvelles possibilités en police scientifiques et soulève des question éthiques - qui sont discutées dans cet article de Science  : "L'arrestation de Joseph James DeAngelo le 24 avril 2018 en tant que présumé tueur en série de l'État de Californie, soupçonné d'avoir commis plus d'une douzaine de meurtres et 50 viols, a soulevé de sérieuses questions sociétales relatives à la vie privée. La percée dans l'affaire est survenue lorsque les enquêteurs ont comparé l'ADN récupéré sur les victimes et les scènes de crime à d'autres profils ADN consultables dans une base de données généalogique gratuite appelée GEDmatch. Cela présente une situation différente de l'analyse de l'ADN des individus arrêtés ou condamnés pour certains crimes, qui est collectée dans le National DNA Index System (NDIS) des États-Unis à des fins judiciaires depuis 1989. La recherche dans une base de données non judiciaire à des fins d'application de la loi a attiré l'attention du public, de nombreux se demandant à quel point de telles recherches sont courantes, si elles sont légales, et ce que les consommateurs peuvent faire pour se protéger, ainsi que leurs familles, des regards inquisiteurs de la police. Les enquêteurs se précipitent déjà pour effectuer des recherches similaires sur GEDmatch dans d'autres affaires, ce qui rend impérative une enquête éthique et légale sur une telle utilisation."Traduction automatique encourage le lecteur à aller vérifier dans l'article d'origine :  ici
  Ram, N., Guerrini, C. J., & McGuire, A. L. (2018). Genealogy databases and the future of criminal investigation. Science, 360(6393), 1078‑1079. https://doi.org/10.1126/science.aau1083
  

• Une vaste étude de l'ADN de centaines de sépultures en Hongrie retrace le plus long arbre généalogique connu et l'absence des filles. . Basé sur l'ADN, il s'étend sur neuf générations, c'est le plus long arbre généalogique jamais publié.  Il révèle les coutumes reproductives de mystérieux cavaliers médiévaux. L'étude est le plus grand exemple d'une nouvelle tendance dans la recherche sur l'ADN ancien visant à étudier non seulement des individus isolés, mais aussi des communautés et des familles entières. Il comprend le plus long arbre généalogique basé sur l'ADN jamais publié, s'étendant sur neuf générations.Traduction automatique
  Curry, A. (2024). Massive DNA study reveals mating customs of mysterious medieval horse riders.Science. https://doi.org/10.1126/science.z3n4jen

• Des anthropologues prennent les armes contre la « science des races » Lors de leur réunion annuelle, les anthropologues ont commencé à élaborer un manuel pour contrecarrer l'utilisation abusive et raciste de la recherche. Ils combattent l'idée erronée selon laquelle les humains sont divisés en quelques races distinctes. Ils soulignent que les gènes et les populations humaines présentent des schémas complexes de variation et de mélange.Traduction automatique
  Price, M. (2024). Anthropologists take up arms against 'race science'. Science. https://doi.org/10.1126/science.z6n7io6
  
  

• L'excellent et très récent ouvrage sur ce que ces tests définissent vraiment. Est-ce l'ethnicité  - et toutes les dérives racistes, est-ce que l'ethnicité est fondée sur des bases biologiques ou sociales  ?  "In fact, what the tests are very good at doing is finding close relatives, and this is perhaps why the whole enterprise should be rebranded as family, not ancestry, testing. "
  Kampourakis, K. (2023). Ancestry Reimagined : Dismantling the Myth of Genetic Ethnicities. Oxford University Press. ISBN ‏: ‎ 978-0197656341

Remerciements

A Laura Weiss pour avoir vérifié les calculs et discuté pour clarifier plusieurs points.

Références:

• Bachelard, G. (1934). La formation de l'esprit scientifique. Vrin.
  
• Betz, N., Leffers, J. S., Thor, E. E. D., Fux, M., de Nesnera, K., Tanner, K. D., & Coley, J. D. (2019). Cognitive Construal-Consistent Instructor Language in the Undergraduate Biology Classroom. CBE—Life Sciences Education, 18(4), ar63. https://doi.org/10.1187/cbe.19-04-0076
• Callaway, E. (2013). Most Europeans share recent ancestors. Nature, nature.2013.12950. https://doi.org/10.1038/nature.2013.12950
• Chang, J. T. (1999). Recent common ancestors of all present-day individuals. Advances in Applied Probability, 31(4), 1002‑1026. https://doi.org/10.1239/aap/1029955256
• Check Hayden, Erika, (2007), So similar, yet so different. Nature News 17 October 2007 | Nature 449, 762-763 (2007) | https://doi.org/10.1038/449762a
• Curry, A. (2024). Massive DNA study reveals mating customs of mysterious medieval horse riders.Science. https://doi.org/10.1126/science.z3n4jen
• Giordan, A. (1996). Les conceptions de l'apprenant. Sciences humaines Hors. Serie, 12, 6.
  
• Kaiser, J. (2018). We will find you : DNA search used to nab Golden State Killer can home in on about 60% of white Americans. Science. https://doi.org/10.1126/science.aav7021
  
• Kampourakis, K. (2023). Ancestry Reimagined : Dismantling the Myth of Genetic Ethnicities. Oxford University Press. ISBN ‏: ‎ 978-0197656341 
  
• Price, M. (2024). Anthropologists take up arms against 'race science'. Science. https://doi.org/10.1126/science.z6n7io6
  
• Ralph, P., & Coop, G. (2013). The Geography of Recent Genetic Ancestry across Europe. PLOS Biology, 11(5), e1001555. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.1001555
• Ram, N., Guerrini, C. J., & McGuire, A. L. (2018). Genealogy databases and the future of criminal investigation. Science, 360(6393), 1078‑1079. https://doi.org/10.1126/science.aau1083
  
• Rohde, D. L. T., Olson, S., & Chang, J. T. (2004). Modelling the recent common ancestry of all living humans. Nature, 431(7008), 562‑566. https://doi.org/10.1038/nature02842
• Tataru, P., Simonsen, M., Bataillon, T., & Hobolth, A. (2016). Statistical Inference in the Wright–Fisher Model Using Allele Frequency Data. Systematic Biology, syw056. https://doi.org/10.1093/sysbio/syw056  
  

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Journée hommage à André Giordan le 17 mai 2024 à Genève

Pour commémorer André Giordan qui nous a quittés le 30 mai dernier,
l'Université de Genève organise une Journée scientifique le 17 mai

André Giordan a marqué la didactique des sciences francophone durant sa carrière à l'Université de Genève. Grand communicateur et organisateur d'évènements (p. ex Journées de Chamonix,…) attirant un très large public, il n'est pas resté dans la tour d'ivoire qu'on reproche parfois aux chercheurs et a su toucher les enseignants de toute la francophonie.

Son travail sur les conceptions et la remise en question de "la" démarche scientifique comme un processus linéraire OHERIC, et le modèle allostérique sont quelques incontournables de son parcours. Fier de ses racines méridionales (Nice), il a développé une pensée peu conventionnelle, vivante, critique, mais intensément humaine et chaleureuse qui n'a laissé personne indifférent. 

Quelques unes de ses publications les plus connues :

• De Vecchi, G., & Giordan, A. (1989). L'Enseignement scientifique : Comment faire pour que " ça marche "? Z'Éditions.
• Giordan, A. (1998). Une didactique pour les sciences expérimentales. Belin.
• Giordan, A., & De Vecchi, G. (1987). Les origines du savoir : Des conceptions des apprenants aux concepts scientifiques. Delachaux et Niestlé.
• Liste de publications sur le site du LDES
  

Apprendre au 21ème siècle - Entre héritages et innovations

Journée scientifique en mémoire d'André Giordan, ouverte à toutes et tous

Programme provisoire

Inscription gratuite à la journée

Apprendre au 21ème siècle : entre héritages et innovations
Vendredi 17 mai 2024 à Uni Mail (Université de Genève)
10h15 : Introduction de la journée - Emmanuel Sander - MS160
10h30 : Conférence : De l'EDD à l'éducation sur les Questions Socialement Vives - Laurence Simonneaux - MS160
11h30 : Conférence : Changer l'éducation, changer l'école - Jérôme Saltet - MS160
12h30 : Repas
14h00 : Sessions d'interventions en parallèle
17h00 : Conférence : Comment enseigner et apprendre dans un monde d'intelligences artificielles ? - Richard-Emmanuel Eastes - MR290
18h00 : Séance de clôture - Le chercheur engagé - Claire Héber-Suffrin
19h00 : Apéritif

 

Prochains évènements pour enseignants en sciences

Gerald Feldman présentera la pédagogie SCALE-UP le 29 avril à l'unige

on MON 29/4 prof. Gerald Feldman (George Washington University, see *below) will visit our research group.
he will give a talk at the physics colloquium at 12:30 (see attachment), then in the afternoon be ready to discuss
the projects from everybody who likes to do so. please consider to present your project (or questions),
in an informal way, and to gather input from this well-renowned physics educator.

COLLOQUE DE PHYSIQUE

Lundi 29 avril 2024, 12h30 École de Physique, Auditoire Stueckelberg

 

Prof. Gerald Feldman  George Washington University, USA

 

« Establishing a Collaborative Student-Centered Learning  Environment using the SCALE-UP Pedagogy »

 

The time-honored conventional lecture ("teaching by telling") has been shown to be an ineffective mode of instruction for science classes. To enhance critical thinking skills and develop problem-solving abilities, collaborative group-learning environments have proven to be far more effective. In the SCALE-UP pedagogical approach, students sit at round tables in groups of three, where they carry out a variety of pencil/paper exercises ("ponderables") using small whiteboards and perform hands-on activities such as demos and labs ("tangibles") during class. Formal lecture is reduced to a minimum and the instructor serves more as a "coach" to facilitate the academic exercises that the students perform.

 

I will present an overview of the SCALE-UP concept and describe its implementation at George Washington University over the past 16 years. I will also discuss empirical data collected from assessments given to the SCALE-UP collaborative classes and the regular lecture classes at GWU in order to make a comparative study of the effectiveness of the two methodologies.

 

Finally, if time permits, I will give a brief summary of a pilot project at ETH Zürich in which we implemented a separate SCALE-UP section during the Spring 2017 semester. In this case, the active-learning approach was relatively new to the first-year students. We obtained comparative data between the collaborative class and a partner lecture class running in parallel, and we polled the students for feedback on their reactions to the collaborative group-learning environment.

 

 

Une collation en compagnie du conférencier sera offerte après le colloque.  

https://home.gwu.edu/~feldman/
https://en.wikipedia.org/wiki/SCALE-UP

kind regards,
Andreas

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Storytelling for Understanding Biology at ETHZ 30 avril 15h par Zoom

Didier Picard nous informe :

I would like to attract your attention to the next Seasonal Webinar of the FEBS Education and Training Committee (see also attachment), freely accessible to everyone.

April 30 (Tuesday), 15.00 Central European Time (e.g. Zurich)

Samuel Tobler (at Chair for Learning Sciences and Higher Education, ETH Zurich)

"The Power of Storytelling for Understanding Biology: Insights from Narrative Instruction in University Classrooms"

Samuel did a fantastic thesis on this topic at the ETH, and discovered that narrative instruction (i.e. teaching with stories) can improve learning, notably if the academic background and prior knowledge of the students are properly considered. He continues to explore this subject as a postdoc and lecturer at the ETH (check out his web site).

Join Zoom Meeting

Meeting ID: 816 7292 7561 

Passcode: 619419 

Join us for this new avenue in teaching and learning!

And please promote the event in your departments, faculty, institute and so on.

Best regards,

Didier

Didier Picard 
Past-President of LS2 (ls2.ch)

Member of FEBS Education and Training Committee

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Prof. Andreas Mueller attirer l'attention de JTS sur cette publication

Il serait six fois moins cher de réduire le réchauffement climatique à +2°C que de subir les conséquences de l'inaction...

Kotz, M., Levermann, A., & Wenz, L. (2024). The economic commitment of climate change. Nature, 628(8008), 551‑557. https://doi.org/10.1038/s41586-024-07219-0

ABSTRACT

A primary justification of teaching science to all young people is to develop students to become "critical consumers" of science. This worthy goal, however, is hampered by a flawed premise that school science is sufficient to develop intellectual independence. In contrast, we start from the premise that we are all epistemically dependent on the expertise of others. Hence, any science education for all must develop the capabilities to become a "competent outsider" capable of making judgements not of the science itself, but whether the source is credible. Essential to developing such informed epistemic trust are: (1) a basic understanding of the social practices that enable the production of reliable knowledge; and (2) a familiarity with the major explanatory theories and styles of reasoning that guide the work of scientists. These elements provide a framework for the non-expert necessary to interpret and understand the work of scientists and the claims they make. We show how such an education would address three of the four primary aims of science education outlined by Rudolph (Citation2022). To achieve this goal a substantial reduction of existing standards to an essential, but fundamentally different, core is required, while returning significant autonomy to classroom professionals.

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Perspectives – L'univers mathématique de M.C. Escher
http://agenda.unige.ch/events/view/38776

Perspectives – L'univers mathématique de M.C. Escher

Cette exposition propose une exploration des thèmes mathématiques récurrents dans l'œuvre de l'artiste néerlandais M.C. Escher (1898-1972) et dévoile une intrigante harmonie entre créativité artistique et rigueur mathématique.
Les architectures impossibles invitent à la découverte des dimensions et de la perspective tandis que la géométrie hyperbolique plonge le public dans un monde régi par des lois surprenantes. Les pavages, omniprésents chez M.C. Escher, se révèlent comme des outils créatifs, permettant de dessiner et de colorier mais aussi de découvrir des résultats de recherche très récents.

Du 19 février au 26 avril 2024
Du lundi au vendredi, de 7h30 à 19h
Dimanche, de 14h à 17h

Visites guidées:
Adultes: mardi 20 février, jeudi 29 février, jeudi 7 mars et mardi 19 mars, à 12h30

Familles: dimanche 10 mars, ateliers et visites guidées, de 14h à 17h
jeudi 14 mars, à 12h30

Lieu

Bâtiment: Bâtiment 66 bd Carl-Vogt  Salle d'exposition de l'UNIGE

entrée libre

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Les bonobos bagarreurs ont plus de succès auprès des femelles Est-ce vraiment ce que dit la recherche ?

"Les bonobos bagarreurs ont plus de succès auprès des femelles ?"

C'est le titre de nouvelles scientifiques produite par l'AFP et reprise dans plusieurs médias. Sa formulation évoque la question socialement vive des rapports de genre et accroche l'attention du lecteur. Correspond-il vraiment à ce que discute la publication de Mouginot,& al. (2024) ?
JTS (Jump-To-Science) a pour vocation d'encourager le lecteur à se référer à l'article d'origine.
On sait combien diverses pressions font que la vulgarisation transforme les savoirs et fait perdre leur nature scientifique à ceux produits par la recherche.  Suite à la remarque de Céline Brockmann, "Ce titre vulgarisé est carrément trompeur - l'étude ne permet pas de dire que nécessairement  les femelles préfèrent les plus agressifs; elle dit juste qu'ils se reproduisent plus." JTS explore un peu les transformations que les savoirs ont subi dans cette vulgarisation. Pour le faire, JTS compare le texte d'origine Mouginot,& al. (2024 au texte repris de l'AFP (dans la tribune de Genève et la RTS) qui discute cette même étude dans CQFD et interviewe l'autrice principale.
En conclusion JTS encourage le lecteur à aider les élèves à aller vérifier dans l'article d'origine :  ici

Comment le titre d'origine est sensationnalisé dans la vulgarisation

• Titre de l'article d'origine Mouginot,& al. (2024)Differences in expression of male aggression between wild bonobos and chimpanzees. Cf. extraits plus bas
  
• Titre de la Tribune de Genève (repris d'AFP) Les bonobos bagarreurs ont plus de succès auprès des femelles.
• Titre de CQFD à la RTS : Les bonobos bagarreurs ont plus de succès auprès des femelles.

L'interprétation sensationnaliste et le propos nuancé de la chercheure

https://www.rts.ch/play/radio/redirect/detail/14808901 "Les bonobos bagarreurs ont plus de succès auprès des femelles. Dans la recherche sur les primates, on entend souvent que les bonobos sont les "hippies" des grands singes, quʹils sont plus "peace and love" quʹagressifs, contrairement à leurs proches cousins les chimpanzés qui sont, eux, dépeints comme violents. Une étude, parue dans Current Biology (12.04.24) vient pourtant casser cette image: les bonobos mâles sont en fait plus souvent agressifs entre eux que les chimpanzés. Une démonstration de force qui ne laisse dʹailleurs pas les femelles bonobos indifférentes. " Maud Mouginot, anthropologue et principale autrice de cette étude, nous explique sa recherche au micro dʹAnne Baecher. 11 min.

Dans CQFD à la RTS  l'interview  de l'autrice principale nuance la préférence des bonobos femelle pour les badass que la journaliste suggérait.

À partir de la minute 6:35, suite à la question Maud Mouginot - autrice principale de l'article - revient sur la suggestion de la journaliste que les femelles bonobos préfèrent les "mauvais garçons".  

 Vers la minute 8:25 elle conclut en rigolant que les femelles n'aiment peut-être pas n'importe quels mauvais garçons. Elle note que ces mâles plus agressifs contre les autres mâles mais pas contre les femelles, repoussent les autres mâles des femelles, et passent plus de temps à s'occuper des femelles. Les femelles bonobo préfèrent dit-elle en rigolant - plutôt les gentleman. "Gentleman mauvais garçon" complète la journaliste. encourage le lecteur à aller vérifier dans l'audio d'origine :   ici

Ça ne serait pas forcément qu'ils sont plus agressif mais pourrait être le fait qu'il s'occupent plus des femelles ? 

Sur le plan méthodologique, on a un cas intéressant : comme le disait Céline Brockmann, l'étude ne permet pas de dire que nécessairement  les femelles préfèrent les + agressifs; elle dit juste qu'ils se reproduisent plus. 

Les données indiquent que les mâles qui sont plus bagarreurs sont aussi des mâles qui obtiennent plus de copulations et plus de descendants. Sans que ce soit dit, cette corrélation entre l'agressivité des mâles et leur succès reproductif est souvent interprétée comme une causalité. Cependant dans l'interview, Maud Mouginot  mentionne une autre étude montrant que ces mâles passent plus de temps à s'occuper des femelles. Ainsi on ne peut guère affirmer lequel des deux (plus d'agression, s'occuper plus des femelles , …) est la cause de ce succès reproductif accru, ou même si les deux résultent d'une autre cause (elles préfèrent ces mâles capables d'éloigner les autres ? etc) . 

La recherche testait en fait l'hypothèse d'auto-domestication

Une explication de la différence Bonobos-chimpanzés et que cet article cherche à tester, serait que les Bonobos ont évolué par auto-domestication (domestication ~ sélection contre l'agression dit Maud Mouginot dans CQFD).  Elle rappelle que selon cette hypothèse il devrait y avoir  chez les bonobos par rapport aux chimpanzés :  a) moins d'agression, b) moins de coercition (copulation forcées), c) moins de meurtres et infanticides  d) les mâles agressifs n'obtiendraient pas plus de descendants.

La chercheure explique leurs travaux ne confirment pas cette explication : les deux hypothèses qu'ils ont testées ne sont pas confirmées a) il n'y a pas moins, mais plus d'agression (que les chimpanzés) et  d) les plus agressifs ont quand même plus de descendants. encourage le lecteur à aller vérifier dans l'article d'origine :   ici

L'article indique dans la discussion "Taken together, our findings provide a more nuanced understanding of male aggression patterns in the genus Pan, which relates to potential costs and benefits of different types of male aggression. " et suggère qu'il faudrait explorer la différence entre "planned and goal-oriented behavior, that potentially includes killings within and between groups in chimpanzees, and reactive aggression which serves to quickly eliminate a threat or frustrating stimulus, and potentially includes the majority of within-group aggression. Future studies distinguishing the two types of aggression will improve our understanding of their potential interplay during human evolution. " encourage le lecteur à aller vérifier dans l'article d'origine :   ici
Le débat scientifique est donc relancé par ces données, et on peut s'attendre à de nouvelles études qui avancent notre compréhension.

Cette transformation des savoirs dans la vulgarisation n'est-elle pas inévitable ?

On voit dans cet exemple - comme la transposition didactique (Chevallard, 1991) et la vulgarisation (Green Staerklé et Clémence, 2002) le prédisent - qu'on perd le contexte (les controverses scientifiques et sociales) dans lequel la recherche se situe, on perd les méthodes et on se concentre sur une conclusion présentée comme définitive et formulée de manière sensationnaliste. Comparaison détaillée et pertinence à l'enseignement des sciences dans Lombard & Weiss (2018) qui proposent d'aider les élèves à comprendre la complexité plutôt que de leur simplifier en classe un monde qui ne l'est pas. 

Comment aider les élèves à en prendre conscience et pour mieux comprendre la recherche ?

Au lieu de nous apprendre le passé simple l'école ferait mieux de nous apprendre le futur complexe 

Graffiti sur un mur près d'une école à Genève

les apports des applications éducatives aux apprentissages et au développement des enfants d'âge préscolaire

SÉMINAIRE INTERDISCIPLINAIRE
DU CENTRE JEAN PIAGET

Le séminaire annuel interdisciplinaire du Centre Jean Piaget portera sur le thème

QUELS SONT LES EFFETS DES ÉCRANS SUR LE DÉVELOPPEMENT DES ENFANTS ET DES ADOLESCENTS?

LES APPORTS DES APPLICATIONS ÉDUCATIVES AUX APPRENTISSAGES ET AU DÉVELOPPEMENT DES ENFANTS D'ÂGE PRÉSCOLAIRE

Conférence de Youssef Tazouti, professeur en psychologie de l'éducation, Université de Lorraine

Mercredi 27 mars 2024 | 18h15-19h45
Uni Mail - salle 1170

Plusieurs méta-analyses récentes ont montré que des interventions basées sur des applications éducatives peuvent améliorer les apprentissages des élèves notamment en littératie émergente et en numératie émergente (par ex. Kim et al., 2021 ; Verhoeven et al., 2020). Toutefois, pour que les applications éducatives contribuent efficacement aux apprentissages des élèves, elles doivent : 1° résulter d'une démarche de co-conception ; 2° posséder des qualités pédagogiques favorisant l'apprentissage et 3° faire l'objet d'une expérimentation (Tazouti et al., 2022).

Cette conférence se propose, dans un premier temps, de présenter les résultats des méta-analyses et des revues systématiques concernant les apports des applications éducatives aux apprentissages et au développement des enfants d'âge préscolaire. Dans un second temps, l'application AppLINOU (Apprendre avec Linou en maternelle) sera présentée. Celle-ci a été co-conçue par une équipe pluricatégorielle (chercheurs et acteurs éducatifs). Un focus sera fait sur les qualités requises (tels que le feedback, l'étayage, etc.) pour qu'une application soit adaptée au contexte de la classe. De même, les résultats d'une étude expérimentale et longitudinale portant sur 750 élèves scolarisés dans 32 écoles et suivis du début de la moyenne section (maternelle 4 ans) jusqu'au début du cours préparatoire (première année de l'enseignement élémentaire) seront présentés. Enfin, la discussion portera sur l'évolution d'AppLINOU avec l'émergence de nouvelles fonctionnalités (e.g. apprentissage adaptatif et tableau de bord enseignant) ainsi que sur les expérimentations en cours. 

Références

Tazouti, Y., Thomas, A., Hoareau, L., Luxembourger, Ch., & Jarlégan, A. (2022). Contribution des applications éducatives sur tablette tactile aux apprentissages de littératie et numératie émergentes. A.N.A.E., 178, 354-363.

Tazouti, Y., Thomas, A., Hoareau, L., Jarlégan, A., Hubert, B., & Luxembourger, C. (2023). Assessment of an Educational Classroom App's Impact on Preschoolers' Early Numeracy Skills. European Journal of Psychology of Education. https://doi.org/10.1007/s10212-023-00698-1

L'esprit critique : Pourquoi l'enseigner, comment affronter les obstacles ?

L'esprit critique : pourquoi en sciences, n'est-ce pas un truc de philosophes ??

Les avancées dans les biosciences posent de nombreux nouveaux dilemmes éthiques, et les médias sociaux et la vulgarisation scientifique remettent en question les frontières entre la vérité, la fiction et la désinformation délibérée, soulignant la nécessité de développer la pensée critique chez les élèves. Développer l'esprit critique chez les élèves est une exigence institutionnelle (DIP). (2019) ici. La pensés scientifique est une façon de valider les connaissances qu'on pourrait résumer " j'entends cette affirmation, mais sur la base de quoi vous dites, ça ?" (Quelles méthodes, quelle justification, quelle discussion des limites).  Equiper nos élèves de cette compétence scientifique est donc particulièrement nécessaire aux futurs citoyen-ne-s et ne peut pas être délégué à d'autres disciplines.
Les enseignants en science se sentent souvent mal préparés pour aborder ces question sensibles, pour débattre des opinions qui peuvent susciter des réactions intenses et pour gérer des émotions en classe. Débattre peut être délicat contre-productif et parfois même modifier involontairement les opinions des élèves.  Extrait d'un texte (2020) sur la difficulté de gérer la dimension émotionnelle, dans les débats. encourage le lecteur à aller vérifier dans l'article d'origine ici.

L'esprit critique : pour mieux comprendre la pensée scientifique.

Le DIP propose une formation organisée par Philippe Lavorel et Cyril Obadia sur ce thème (JTS  "je ne crois pas à la science" …que faire en classe !? :une formation avec Lecointre)

Guillaume Lecointre, professeur au Muséum national d'Histoire naturelle en France et auteur de Savoirs, opinions, croyances : Une réponse laïque et didactique aux contestations de la science en classe.  JTS a compilé quelques extraits de Lecointre (2018) pour vous donner envie de lire cet ouvrage Différences entre savoirs, opinions, et croyances

Pour cela, Lecointre détaille les différences entre savoirs, opinions, et croyances (religieuses ou non). Il explique comment la science produit des connaissances. Il rappelle que le cours de sciences est un espace collectif dédié au savoir, sans que cela soit incompatible avec la liberté individuelle de croire ou la liberté d'opinion. Il détaille l'articulation de ces notions dans la démocratie républicaine française (d'où la référence fréquente à la laïcité qui est une valeur très explicite dans ce pays)

Lecointre distingue une opinion personnelle, une croyance (religieuse ou non) et un savoir, notamment sur la base de la manière dont une affirmation est assumée et légitimée.  Cf. Table 1 (Lecointre 2018).

Affirmation	Assumée…	Légitimée par…
Savoir	Collectivement	Justification rationnelle ; Ouverture à la réfutation
Croyance	Individuellement	Autorité / confiance ; Indifférence à la réfutation
Croyance religieuse	Collectivement	Autorité / confiance ; Fermeture à la réfutation
Opinion	Individuellement	Divers

Table 1 d'après  (Lecointre 2018).

Lecointre développe ce qui fait qu'un savoir est scientifique. Notamment le type de preuve reconnue dans la discipline.
Pour éviter la mécompréhension entre Physique, chimie, biologie, philosophie,il argument que deux régimes de preuves distincts se valent : la preuve expérimentale ou preuve «hypothético-déductive» et la preuve historique souvent utilisée en paléontologie. encourage le lecteur à aller vérifier dans l'ouvrage de Lecointre p. 69 Extraits de JTS  "je ne crois pas à la science" …que faire en classe !? :une formation avec Lecointre)

On peut mentionner aussi Annabelle Kremer-Lecointre, enseignante agrégée en SVT est auteure de plusieurs ouvrages de sciences à destination du grand public et de la jeunesse dont :

• Kremer, A., & Lecointre, G. (2023). Démystifier le vivant : 36 métaphores à ne plus utiliser. Belin éducation.
• Kremer-Lecointre, A., & Rafaelian, A. (2023). La science à l'épreuve des mauvaises langues : 10 idées reçues décryptées pour bien comprendre la démarche scientifique. Delachaux et Niestlé.

Pour un autre éclairage de cette question, en particulier comment enseigner la science et exiger de l'appliquer à des exercices et des examens ne doit pas être en contradiction avec les croyances des élèves  voir aussi Taber, K. (2019). Ch 11  ( le lecteur saura utiliser un des traducteurs automatiques disponibles sur internet si nécessaire)

" Most importantly, the reflective approach does not ask students to change what they believe. In the science classroom, we do not champion or question anyone's religion. What we do ask in science is that students understand the scientific theory and they appreciate why this idea has become the current consensus understanding in science. If they can do that, they can answer examination questions in science. Perhaps a better understanding of the theory and the evidence may lead them to question a faith-based rejection of evolution, but that should not be the aim of teaching. […] Perhaps a better understanding of the scientific account will allow them to engage with arguments against the science from a position of securer knowledge of what it is that is actually being criticised. If we are confident of the science, then that is not something we should be concerned about. What is important though is that science is taught in a way that does not directly seek to challenge anyone's beliefs, and that the science itself is not compromised. Presenting natural selection as theoretical and the best current naturalistic account (rather than as a proven, absolutely true account) is true to the science, and to the nature of science. It is against the nature of science to ever teach it (or any other model or theory) as a dogma."  encourage le lecteur à aller vérifier dans l'ouvrage de Taber pp 173-174 ch 11,

Le dernier numéro spécial de la revue RDST aborde aussi cette question.

RDST 28 | 2023
Esprit critique et enseignement des sciences et des technologies

 Sous la direction de Manuel Bächtold et Magali Fuchs-Gallezot

Dans un contexte d'incitation institutionnelle forte à exercer et développer l'esprit critique dans l'enseignement des sciences et des technologies, il a paru pertinent au comité de rédaction de RDST d'interroger les recherches en didactiques des sciences et des technologies sur ce sujet. Au cœur d'enjeux éducatifs aussi bien scientifiques que citoyens, construit complexe, susceptible de recevoir diverses définitions, l'esprit critique dans l'enseignement des sciences fait l'objet de différentes lignes de recherche empiriques et d'approches plus théoriques dont les articles publiés dans ce numéro portent la trace. Ainsi, les six articles de ce dossier reflètent divers aspects de ces préoccupations et s'organisent selon la logique suivante : les deux premiers articles apportent des éléments théoriques et empiriques sur le construit « esprit critique », les représentations que peuvent en avoir des enseignants de SVT, et comment ils se représentent son enseignement ; les deux articles suivants interrogent le développement de l'esprit critique en relation avec des pratiques scientifiques (investigation et problématisation) ; enfin les deux derniers articles examinent, quant à eux, la question de l'enseignement de l'esprit critique dans le contexte de débats portant sur des questions socio-scientifiques.

• Dossier

  • Magali Fuchs-Gallezot et Manuel Bächtold
    L'esprit critique dans l'enseignement des sciences : quelles approches ? Quelles prises en charge par la recherche ? Quelles prises en charge scolaires ? [Texte intégral]
    Critical thinking in science teaching: which approaches? How can research contribute? How should it be dealt with in schools?
  • Alain Firode
    L'épistémologie poppérienne et la question de l'esprit critique dans l'enseignement scientifique [Texte intégral]
    Popperian epistemology and the question of critical thinking in science education
  • Kévin De Checchi, Charlotte Barbier et Gwen Pallarès
    Représentations de l'esprit critique et de son enseignement chez les enseignants en sciences de la vie et de la Terre en formation initiale [Texte intégral]
    Representations of critical thinking and its teaching among French pre-service biology teachers
  • Jérôme Kariger et Myriam De Kesel
    Analyse de l'influence de pauses métacognitives sur l'évolution de compétences critiques développées dans le cadre de l'enseignement des sciences fondé sur l'investigation [Texte intégral]
    Analysis of the influence of metacognitive moments on the evolution of critical skills developed in inquiry-based science education
  • Christian Orange et Denise Orange Ravachol
    Pensée critique et savoirs en SVT : un point de vue depuis le cadre théorique de l'apprentissage par problématisation [Texte intégral]
    Critical thinking and knowledge in life and earth sciences: a view from the theoretical framework of problematization-based learning
  • Gwen Pallarès, Kévin De Checchi et Manuel Bächtold
    Quelle didactique pour « l'esprit critique » ? Une approche par les normes de l'argumentation critique sur les questions socioscientifiques [Texte intégral]
    Which critical thinking education? An approach through the norms of critical argumentation on socioscientific issues
  • Zied Saad et Atf Azzouna
    Le développement de la pensée critique à travers l'enseignement d'une question scientifique aux implications éthiques : la procréation médicalement assistée [Texte intégral]
    The development of critical thinking through the teaching of a scientific issue with ethical implications: the medically assisted procreation

Références

• Département de l'instruction publique, de la formation et de la jeunesse (DIP). (2019). Éducation numérique Référentiel de compétences et de culture numériques à l'EO et l'ESII. https://edu.ge.ch/sem/system/files/telecharger-actu/dip_refer-entiel_edu_numeriquev5_1.pdf
  
• Kremer, A., & Lecointre, G. (2023). Démystifier le vivant : 36 métaphores à ne plus utiliser. Belin éducation.
• Kremer-Lecointre, A., & Rafaelian, A. (2023). La science à l'épreuve des mauvaises langues : 10 idées reçues décryptées pour bien comprendre la démarche scientifique. Delachaux et Niestlé.
  
• Lecointre, G. (2018). Savoirs, opinions, croyances : Une réponse laïque et didactique aux contestations de la science en classe. Belin éducation.
  
• Taber, K. (2019). MasterClass in science education : Transforming teaching and learning. 
  
• Lombard, F., Schneider, D.,K., Merminod, M., Weiss, L., (2020) Balancing Emotion and Reason to Develop Critical Thinking About Popularized Neurosciences : A New Learning Design Approach, Science & Education, 29(5), 1139-1176. http://doi.org/10.1007/s11191-020-00154-2