Sciences de la vie et de la Terre

Mise en commun de résultats expérimentaux grâce à la photo numérique et au vidéoprojecteur

30 / 03 / 2006 | Julien Goudifa

L’un des soucis majeurs lorsque l’on réalise des expériences est, pour le professeur, de mettre en place une exploitation pédagogique et « parlante » des résultats.

Confronté à ce problème lors d’une séance la variabilité génétique (Partie II du programme de seconde), on peut imaginer pouvoir utiliser l’image numérique afin de rendre encore plus démonstrative la présentation des résultats.

 L’intérêt de cette utilisation

Situer le problème initial

La séance concernée est ici une séance de TP qui suit la mise en culture de levures ayant été soumises à des ultraviolets. Les effets des mutations ne sont bien entendu pas observables directement et elle se fait la semaine qui suit la mise en culture.

Le problème inhérent à ce type de manipulation est liée au taux de létalité très important que subissent les levures exposées. Il parait donc nécessaire de mettre en culture une population très importante. Or après croissance des colonies, le comptage de ces dernières se révèle très difficile, notamment pour la boîte non exposée servant de « témoin », et la population de clones est de l’ordre de plusieurs centaines voire même quelques milliers de cellules pour les boîtes non exposées (les données expérimentales présentées dans le kit sordalab par exemple donnent pour cette manipulation une population de levure équivalente à 3000 colonies par boîtes). La tendance est donc à réduire le nombre de levures étalées ce qui nécessite un comptage préalable (parfois lourd à réaliser si on veut le faire faire par les élèves, sachant que la manipulation en elle-même est déjà assez longue...). Mais ce comptage se fait au détriment de la précision des résultats pour des raisons statistiques.

Il est donc nécessaire de trouver un moyen permettant le comptage efficace d’une population importante de colonies de levures.

Les avantages du numérique

La première idée qui vient généralement à l’esprit est de diviser la boîte de Pétri et de compter les colonies par quartier de boîte. Cependant, le nombre de colonies reste souvent encore trop important.

Il était donc indispensable de pouvoir réduire encore la zone de comptage et de zoomer sur la zone ainsi délimitée car trop petit pour une observation à l’oeil nu.

Un observation à la loupe binoculaire m’est apparue la bonne idée mais la présentation des résultats s’effectuait dans un contexte particulier la classe était lors de la séance divisée en plusieurs groupes. L’un de ces groupes était chargé d’étudier les résultats et de les présenter à l’ensemble de la classe. Le comptage grâce à la loupe binoculaire était donc peu recommandé dans ce cas.
L’idéal était de projeter les résultats au tableau pour que l’ensemble de la classe puisse avoir accès aux résultats en même temps. La numérisation des boîtes et l’utilisation du vidéoprojecteur semblaient donc être la meilleure solution.

Il restait à trouver une façon de présenter le comptage des colonies après numérisation.

 Exploitation des données numériques

Utilisation d’un traitement de texte

L’utilisation d’une image numérique pousse bien entendu à imaginer un traitement des données par informatique. L’idée du comptage en utilisant un quadrillage restant pour les raisons décrites plus haut indispensables, il m’a paru judicieux d’utiliser les fonctionnalités d’un traitement de texte.

l’affichage du quadrillage :

Le quadrillage d’une page ne pose généralement pas de problème en utilisant un traitement de texte, puisque cette fonctionnalité est souvent disponible à partir des outils de dessin.

Comment les obtenir ? : S’ils ne ’sont pas affiché par défaut dans votre traitement de textes aller dans le menu :

Pour Word :

Dans le menu, il suffit de cliquer sur Affichage > Barre d’outils > Dessin

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la barre d’outils de dessin (word)

puis afficher la grille en cliquant sur « dessin »

ex pour Office One ou Open Office :

Dans le menu, il suffit de cliquer sur Outils > Options.

Déplier l’option « texte » (office One) ou « OpenOffice.org Writer » en cliquant sur le « + »

Il restait cependant le problème d’échelle.
La grille des traitement de texte permet de tracer des carrés d’1 cm2 mais pour que ce quadrillage soit opérationnel, il doit être appliqué à un objet qui a sa vraie taille (ou un multiple) à cette échelle.

On peut redimensionner l’image de la boite de pétri de manière à ce qu’elle fasse 17 cm de diamètre, soit 17 carrés de diamètre. Dans ce cas 1 cm2 correspondra à 4 carrés.

Pour des données sur les mesures à l’écran, voir l’article de F. Lalevée « faire des mesures sur des images »

A cette image présentant une boîte de Pétri grossie 2 fois, on superpose le quadrillage. Ce quadrillage reste affiché en hauteur et largeur à 1 cm de côté.

Affichage et zoom :

Le comptage est d’autant plus facile que les outils de traitement de texte disposent d’une fonction « zoom » qui permet de grossir encore les carrés et d’effectuer un comptage d’autant plus précis.

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Zoom 50%
JPEG - 15.1 ko
Zoom 75%
JPEG - 16.8 ko
Zoom 100%
JPEG - 16.6 ko
Zoom 150%

Conservation des résultats :

Par sécurité, et pour une éventuelle réutilisation ultérieure, le fichier est ensuite enregistré...

L’Exploitation des résultats

Principe du comptage :

Compte-tenu de l’échelle, il suffit donc de réaliser un comptage de 4 de ces carrés élémentaires pour obtenir le nombre de colonies sur 1 cm2 de boîte.

Un simple calcul mathématique suffit à estimer le nombre de colonies sur la boîte entière :

L’aire d’une boîte de Pétri est de p x R² soit 3,14 x 4.25² = 56,7 cm2

On multiplie donc le résultat obtenu pour 4 carrés par 56.7 pour avoir le nombre total de colonies sur la boîte entière. Pour des raisons statistiques, le comptage doit être effectué sur plusieurs groupes de 4 carrés. (On peut également choisir d’affecter à la grille des carrés de 2 cm de côté)

Organisation et consignes données aux élèves :

Lors de cette séance de TP, le travail était organisé par groupe : l’un d’entre eux devait réaliser le compte-rendu de la séance de TP, il leur était demandé de réaliser un comptage des colonies pour chaque quartier de la boîte : Classiquement, la boîte de Pétri était divisée en 4 quartiers qui ont été plus ou moins exposés aux UV : voir production des élèves ci-dessous).

Les consignes : Elles sont relativement simples : Il s’agit de comptabiliser le nombre de colonies blanches (issues de mutations) et d’évaluer leurs proportions puis de réaliser un graphique mettant en évidence le taux de mutation en fonction du temps d’exposition aux U.V.
Sur le plan technique, partant du simple fichier -texte intégrant la photo à l’échelle, les élèves avaient à charge de réaliser le quadrillage, les séparations et les légendes avec l’outil dessin du traitement de texte. Un tutoriel simple avec les fonctions de base peut leur être fourni (si la majorité des élèves savent utiliser l’outil dessin, l’affichage de la grille leur est souvent inconnu).

Puis lors de la mise en commun, sous forme d’exposé, le groupe doit expliquer sa démarche.
On pourrait à titre d’exemple demander la présentation d’une succession de documents enregistrés pas à pas au cours de la réalisation de leur production.

Les élèves ont réalisé eux même le quadrillage de la boîte. Cette boîte ayant été exposée aux UV de façon différente selon des « quarts », ils ont utilisé le traitement de texte pour notifier les séparation et indiqué les temps d’exposition de chaque quart.

La présentation des résultats de cette façon a été claire et accessible à tous lors de l’exposé oral du groupe. Les élèves ont mis le zoom au maximum pour faciliter la lecture et effectuer un comptage d’autant plus précis.

Les résultats obtenus :

  • Tableau de résultat : Il indique le nombre total de colonies par boites et pourcentage de clones blancs en fonction du temps d’exposition. (A titre indicatif, en italique, les valeurs expérimentales fournies par Sordalab)
Temps d’exposition (secondes)Nombre total de clones par boîtePourcentage de clones blancs
0 0 12246 3100 0,2 0
10 3240 0,37
15 1700 0,7
20 974 0,41
30 30 24 520 4,1 1,34
60 60 0 40 / 7,5
120 120 / 7 / 14
  • Un Graphique présentant le taux de mutations en fonction du temps d’exposition aux U.V est réalisé d’après le tableau ci-dessus. Il aurait été possible d’utiliser un grapheur tableur ( Excel ou Open Office Calc), mais, pour faire « simple », le choix n’a pas été fait de travailler avec cet outil.
    GIF - 66.5 ko
    traduction graphique des résultats
  • Les notions dégagées : Lors de l’exposé oral, il a été mis en évidence :
    • Le fort taux de létalité lié à une exposition « prolongée » aux UV
    • La relative concordance des résultats de laboratoires (fournis par Sordalab) avec ceux de la classe La liaison U.V / agent mutagène
    • Les agents mutagènes comme origine de la variabilité génétique, puisque les colonies sont issues d’un seul individu dont la modification des caractères a été transmise à toute la descendance.

durée du travail pour le groupe d’élève
La photo, sa mise à l’échelle et son intégration dans un fichier que les élèves n’ont plus qu’à ouvrir, ont été réalisé au préalable par le professeur.
Il faut compter environ :
- 15 min pour afficher la grille et effectuer les manipulations sous traitement de texte (séparation de la boîte, légendes...)

  • 15 à 30 min pour le comptage et le travail demandé (tableau, graphique) en fonction du niveau des élèves.
  • 15 min d’exposé oral.

Cette activité s’intègre donc parfaitement lors d’un travail par groupe en autonomie avec exposé oral de chaque groupe en fin de séance.

La projection en classe : Le vidéo projecteur associé à l’ordinateur
Le matériel utilisé est « le chariot » de la dotation régionale.
Le PC peut être allumé au préalable mais il est préférable que le vidéoprojecteur ne le soit qu’au moment de la présentation orale.
Pour plus de commodités, on peut placer le fichier contenant la photo de la boîte de Pétri dans un dossier visible sur le « bureau ». Les élèves peuvent à loisir enregistrer les étapes de leur travail dans ce dernier. Au cours de leur exposé, ils pourront ainsi montrer successivement les différentes étapes effectuées, sans avoir à le refaire « en direct » (affichage de la grille...). Ceci permet notamment un gain de temps considérable.

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la présentation à la classe

un exemple de présentation du travail à la classe

 Conclusion

Cette technique s’est révélée très intéressante à différents niveaux :

  • Elle permet également une explication relativement claire de la méthode de comptage grâce à l’utilisation du vidéoprojecteur qui permet une visualisation en direct des traitements de l’image sous traitement de texte.
  • D’autre part, on s’affranchit ainsi d’un comptage des levures avant ensemencement parfois fastidieux au bénéfice de résultats plus fidèles à ceux attendus puisque l’on peut se permettre de travailler sur une population initiale très importante.
  • Compte-tenu de la particularité de l’organisation du TP (seul un groupe travaille sur cette activité et la présente à la classe), elle a été relativement bien accueillie par ceux qui ne pouvaient travailler sur les résultats. Cependant dans un contexte plus « classique » on pourrait faire effectuer des comptages de « contrôle » afin de s’assurer de la validité des résultats des différents groupes.

Enfin, il est à noter que ce type d’utilisation des images numériques ne se cantonne pas à celui présenté mais qu’il ouvre la porte à de nombreuses autres applications (présentation d’un protocole expérimental...)

Pour en savoir plus sur :

 

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