INSTITUT NATIONAL DE RECHERCHE PÉDAGOGIQUE
L'éducation à l'image scientifique avec les TICE:
l’exemple du logiciel Edu-Anatomist et de la banque NeuroPeda
Réjane Monod-AnsaldiÉquipe ACCES - INRP
En collaboration avec Philippe Daubias, Daniel Devallois, Françoise Jauzein,
Grégoire Molinatti, Guillaume Rami et Eric Sanchez
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• Science et Vie/ Mars 2009: DECODEUR CEREBRAL « Grâce à l'IRMf et à des modèles informatiques, des neuroscientifiques ont accompli un exploit : ils ont réussi à créer des "décodeurs" qui savent lire dans le cerveau les images que nous voyons ou les sons que nous entendons. décrypter notre intimité mentale sera-t-il bientôt possible ? »
Des intentions dévoilées par l’IRM
NOUVELOBS.COM | 12.06.2008
intro
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• Qu’est-ce qu’une image scientifique ?
• Quels objectifs pour une éducation à l’image scientifique ?
• Quels outils TICE pour atteindre ces objectifs ?
• Quelles situations pour utiliser ces outils ?
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1: Qu’est-ce qu’une image scientifique ?l’exemple de l’IRM fonctionnelle
• Principe de construction des images cérébrales fonctionnelles
Une IRM fonctionnelle est le résultat d’une modélisation
Différence et
traitement
statistique
Différence et
traitement statistique
Image individuelle
standardisée
-Champ magnétique intense
- Résonance des protons
- Relaxation émission d’énergie enregistrée pour chaque voxel
- Signal bold: dHb oxygénation du cerveau
- Protocole différentiel
- Test statistique
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1: Qu’est-ce qu’une image scientifique ?
un signe (Peirce, 1978)
Référent
(objet du monde physique
ou concept représenté)
Signifiant
(Information visuelle)
Signifié
(ce qui est compris par l’observateur)
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Pour une IRM fonctionnelle visualisée sur un écran
Référent
cerveau en fonctionnement pour un individu donné,
dans les conditions associées au protocole d’acquisition des
mesures
Signifiant
pixels affichés sur l’écran et informations graphiques et
alphanumériques qui l’accompagnent.
Signifié éléments du contexte de production connus de l’observateur,
codes graphiques choisis pour l’affichage du signifiant, approche de l’observateur ( figurative, conceptuelle, esthétique…)
objectif d’utilisation (diagnostic, recherche, enseignement, médiatisation)
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2: Quels objectifs pour une éducation à l’image ?
Permettre aux élèves d’envisager les images scientifiques comme des modèles construits par les chercheurs Proposer aux élèves de construire
certaines de ces images Donner aux élèves la possibilité de tisser
des liens entre le référent et le signifiant de ces images, pour faire évoluer le statut de ces documents et favoriser l’esprit critique
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3: Quels outils pour l’éducation à l’image scientifique ? l’exemple des IRM avec EduAnatomist et NeuroPeda
http://acces.inrp.fr/acces/ressources/neurosciences/Banquedonnees_logicielneuroimagerie/
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La banque d’images NeuroPeda
identification des principales structures anatomiques
évolution phylogénétique
spécialisation fonctionnelle du cortex
variabilité interindividuelle anatomique et fonctionnelle
protocole de construction
des IRM
plasticité anatomo-fonctionnelle du
système nerveux central
pathologies lésionnelles
l’activation coordonnée de différentes aires cérébrales
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• Proposer aux élèves de construire certaines de ces images Choix des bornes d’affichage et choix des
plans de coupe
• Donner aux élèves la possibilité de tisser des liens entre le référent et le signifiant de ces images Collaboration et communication à
distance avec le carte construite
4: Quelles situations d’apprentissage pour l’éducation à l’image scientifique ?
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Situation conçue et expérimentéeen collaboration avec Daniel Devallois
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Situation conçue et expérimentée
2 élèves réalisent une carte fonctionnelle pour la langue et l’index
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Situation conçue et expérimentée
2 élèves réalisent une carte fonctionnelle pour l’index et la langue
2 élèves réalisent une carte fonctionnelle pour l’index et le pied
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Situation conçue et expérimentée
2 élèves réalisent une carte fonctionnelle pour l’index et la langue
2 élèves réalisent une carte fonctionnelle pour l’index et le pied
Zone de commande répondant à la stimulation pour l'index droit
Coupe coronale
Zone stimulée pour l'index droit
Carte d'activation fonctionnelle de l'index droit et de la langue en test On/off
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Situation conçue et expérimentée
2 élèves réalisent une carte fonctionnelle pour l’index et la langue
2 élèves réalisent une carte fonctionnelle pour l’index et le pied
Zone de commande répondant à la stimulation pour l'index droit
Coupe coronale
Zone stimulée pour l'index droit
Carte d'activation fonctionnelle de l'index droit et de la langue en test On/off
MSN
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Situation conçue et expérimentée
2 élèves réalisent une carte fonctionnelle pour l’index et la langue
2 élèves réalisent une carte fonctionnelle pour l’index et le pied
Zone de commande répondant à la stimulation pour l'index droit
Coupe coronale
MSN
Elèves de 1°S n’ayant pas utilisé EduAnatomist
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Construction d’une carte fonctionnelle par les élèvesN° du binôme 1B 2B 3B 5 B 4 B 6 B 7 B 8 B
coordonnée axiale
91 - 91 - 91 - 61 + 17 - 44 + 61 + 91 -
coordonnéesagittale
91 - 91 - 91 - 142 + 52 - 131 + 120 - 91 -
coordonnéecoronale
109 + 109 - 109 + 109 + 69 - 119 + 109 + 109 +
Image fonctionnelle 2 nom 13121
langueon-off
13121 piedon-off
13121langueon-off
13121langueon-off
13121piedon-off
13121 auriculaireT on-off
13121langueT on-off
13121 auriculaireT on-off
Borne inf- borne sup 70-100 32-100 75-100 78-100 70-100 44-95 InterfaceNonenregistrée
30-100
En bleu : l’affichage automatique / En noir: réglage modifié
+ : zone théoriquement visible / - : zone non visible
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Construction d’une carte fonctionnelle par les élèvesN° du binôme 1B 2B 3B 5 B 4 B 6 B 7 B 8 B
coordonnée axiale
91 - 91 - 91 - 61 + 17 - 44 + 61 + 91 -
coordonnéesagittale
91 - 91 - 91 - 142 + 52 - 131 + 120 - 91 -
coordonnéecoronale
109 + 109 - 109 + 109 + 69 - 119 + 109 + 109 +
Image fonctionnelle 2 nom 13121
langueon-off
13121 piedon-off
13121langueon-off
13121langueon-off
13121piedon-off
13121 auriculaireT on-off
13121langueT on-off
13121 auriculaireT on-off
Borne inf- borne sup 70-100 32-100 75-100 78-100 70-100 44-95 InterfaceNonenregistrée
30-100
En bleu : l’affichage automatique / En noir: réglage modifié
+ : zone théoriquement visible / - : zone non visible
Faisabilité des tâches de construction laissées à la charge des élèves
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Construction d’une carte fonctionnelle par les élèvesN° du binôme 1B 2B 3B 5 B 4 B 6 B 7 B 8 B
coordonnée axiale
91 - 91 - 91 - 61 + 17 - 44 + 61 + 91 -
coordonnéesagittale
91 - 91 - 91 - 142 + 52 - 131 + 120 - 91 -
coordonnéecoronale
109 + 109 - 109 + 109 + 69 - 119 + 109 + 109 +
Image fonctionnelle 2 nom 13121
langueon-off
13121 piedon-off
13121langueon-off
13121langueon-off
13121piedon-off
13121 auriculaireT on-off
13121langueT on-off
13121 auriculaireT on-off
Borne inf- borne sup 70-100 32-100 75-100 78-100 70-100 44-95 InterfaceNonenregistrée
30-100
En bleu : l’affichage automatique / En noir: réglage modifié
+ : zone théoriquement visible / - : zone non visible
Faisabilité des tâches de construction laissées à la charge des élèvesDifficultés pour la compréhension du traitement statistique
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Construction d’une carte fonctionnelle par les élèvesN° du binôme 1B 2B 3B 5 B 4 B 6 B 7 B 8 B
coordonnée axiale
91 - 91 - 91 - 61 + 17 - 44 + 61 + 91 -
coordonnéesagittale
91 - 91 - 91 - 142 + 52 - 131 + 120 - 91 -
coordonnéecoronale
109 + 109 - 109 + 109 + 69 - 119 + 109 + 109 +
Image fonctionnelle 2 nom 13121
langueon-off
13121 piedon-off
13121langueon-off
13121langueon-off
13121piedon-off
13121 auriculaireT on-off
13121langueT on-off
13121 auriculaireT on-off
Borne inf- borne sup 70-100 32-100 75-100 78-100 70-100 44-95 InterfaceNonenregistrée
30-100
En bleu : l’affichage automatique / En noir: réglage modifié
+ : zone théoriquement visible / - : zone non visible
Faisabilité des tâches de construction laissées à la charge des élèvesDifficultés pour la compréhension du traitement statistique Obstacles créés par les difficultés de visualisation en 3D
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Donner aux élèves la possibilité de tisser des liens entre le référent et le signifiant de ces images
Utiliser les images construites pour communiquer et collaborer
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Activité cérébrale concernant l'index droit :
Faible Forte
ForteFaible
Activité cérébrale concernant l'auriculaire droit :
Index droit : Inf : 56 Sup: 100Langue : Inf : 69 Sup : 100
Haut
Bas
DroiteGauche
Activité cérébrale pour la langue et l'index droit vue d'une coupe coronal
Diapositive produite par des élèves (7B-8B)
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Après avoir effectué quelques étapes de construction et de présentation des images, des élèves retiennent certaines de ces étapes, les sélectionnent comme signifiantes, et peuvent utiliser la carte construite pour résoudre un problème.
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1B vous avez pris combien de contraste?
1B au niveau du curseur du haut
2B deux
1B Lol …
2B Atten et vous c combien
1B nous on a pris 70 et 100, 'fin 70 en haut et en bas 100
1B nous avons le meme patient que vous
2B oui heureusement
1B oui
2B 32 en haut 100 en bas
1B ok, mais ca laisse pas mal de marge d'erreur
2B ouai
2B fau prendre le meme numero
1B avec 70 et 100 c'est moins importqnt important*
2B on pren 70
1B ok
Discussion sur le réglage des bornes d’affichage
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De Message
5B// sur ta légende t'as mis : "Zone de commande de l'index droit«// on peut rajouter : répondant au stimulation pour l'index droit. sa simplifie un
peu le "zone de commande« Z'en pensez quoi ? … //
3B da why not //
5Bzone de commande par zone de commande répondant à la stimulation pour
l'index droit/ou langue
3B qui s'en charge ? …on garde quelle carte ?
5B euh... Franck dit : fait le toi avec ta carte, la notre est moins top
3B okay francky
5Bon peut mettre aussi les coupes qu'on a pris pour la légende en^plus que
dans le titre et on pourrait indiquer les coordonnées :P //
3B vous avez pris les quelles ? nous 48 – 100 et 75 - 100
5B Wooch, attend j'te sors les miennes //
5B 61-142-108-79
3B a ok jparlai pas de celle la // mais ok
5B des quelles coordonnées tu pouvais parler ? -_-'
3B tu sais quoi je te renvoie le fichier modifié pour que tu le complètes
Discussion sur la légende
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Les interactions permettent certains questionnements, et la formulation ou l’argumentation de certains raisonnements
Les échanges collaboratifs montrent une grande richesse et aboutissant à des modifications de la carte construite
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Conclusion
• Intérêt des outils permettant d’agir sur l’image (visualisation, simulation, modélisation)
• Importance des informations accompagnant les images (ressources enseignants, ressources élèves)
• Intérêts des situations de communication et de collaboration qui peuvent être supportées aussi par des TICE (ppt, msn…)
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Perspectives
• Formavie 2010 : 17 et 18 mars 2010
« Les images en biologie à différentes échelles – Enseigner avec des images et éduquer à l’image scientifique »
http://acces.inrp.fr/acces/formation/formations/
formavie• Même type de travaux avec d’autres images…• Vers une nouvelle version d’EduAnatomist…
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Références bibliographiques
• BROUSSEAU, G. (1998). Théorie des situations didactiques. Grenoble: La pensée sauvage.
• BUNGE, M. (1975). Philosophie de la physique. Paris : Editions du Seuil.
• JACOBI, D. (1987). Textes et images de la vulgarisation scientifique. Berne. Francfort-s Main . Paris: Peter Lang.
• MAFFEO, V. (1999). Statut et rôle des images médicales du cerveau dans l’enseignement secondaire français. Approches didactique, épistémologique et socio-historique. Thèse,Université Claude Bernard, Lyon I.
• PEIRCE, C. S. (1978). Ecrits sur le signe. Paris:Seuil. • SANCHEZ, E. & PRIEUR, M. (2007). Model and Modelling
during Geoscoence Teachers Practices in France. Conférence ESERA, MalmÖ, Sweden, p180.