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Modéliser, simuler, manipuler pour comprendre les conséquences des rejets anthropiques de carbone sur leffet de serre M. Prieur- E. Sanchez- J. Barrère.

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1 Modéliser, simuler, manipuler pour comprendre les conséquences des rejets anthropiques de carbone sur leffet de serre M. Prieur- E. Sanchez- J. Barrère

2 Contexte de recherche Analyse des pratiques de modélisation en géosciences ACCES –Équipe de didactique des sciences de la terre modèles, modélisation, simulation et écoles de terrain –Modélisation climatique- Banques de données SIG modélisation du cycle du carbone et ses impacts climatiques EducTice TICE, didactique des disciplines, démarche dinvestigation

3 Modéliser, simuler : quels rôles pour le chercheur ? Réel Modèle conceptuel Environnement de simulation Simulation Simuler… pour éprouver un modèle pour définir son domaine de validité pour établir des prévisions Programmation (Buty 2000, Vince 2000, Beaufils 2000)

4 Questions de recherche Quel(s) type(s) de situations doit-on mettre en place pour que les activités de modélisation et de simulation sinscrivent dans un travail dinvestigation scientifique et que le modèle scientifique puisse jouer son rôle dinstrument pour cette investigation ? Quels apprentissages les activités de modélisation et de simulation permettent-elles ? Quelles difficultés les élèves rencontrent-ils lors de la conduite de telles activités ?

5 Hypothèses de recherche Réel Modèle théorique Environnement de simulation Modèle conceptuel Expliciter le modèle en jeu Instrumenter le travail dinvestigation Donner une place au réel Faire évoluer un modèle initial Modélisation … la modélisation et la simulation comme des étapes de linvestigation scientifique (van Joolingen 2007)

6 Méthodologie de la recherche : une ingénierie didactique Analyse à priori de la place de la modélisation et simulation dans lenseignement du cycle du carbone Identification des activités- élèves de modélisation et de simulation Relevé et analyse des traces de lactivité des élèves (productions, enregistrement audio, vidéo…)

7 Dévolution du problème Lhomme est-il responsable de laugmentation des GES et donc du réchauffement climatique ? Construire un modèle numérique à compartiment du cycle du carbone

8 Identifier caractéristiques et propriétés dun modèle à compartiments Décrire un modèle à compartiments : -Formalisme de description :variable, compartiment et flux, - formalisme de représentation, - formalisme mathématique « Les activités humaines produisent du CO2 responsable dune augmentation de la concentration de ce gaz dans latmosphère. » Atmosphère Q CO2 instant t Apports anthropiques q / an q CO2 par an Bois, pétrole, gaz, calcaire… Q CO2 instant t Difficultés liées au vocabulaire et aux concepts sous-jacents Pas de difficulté majeure Maîtrise insuffisante des notions mathématiques

9 Paramétrer et construire un modèle numérique Interroger des banques de données pour déterminer : -la concentration initiale de CO2 dans latmosphère (unité ppmv), -La valeur moyenne du flux anthropique (unité Gt de C) Atmosphère 355,7 ppmv 778 Gt de C Apports anthropiques q / an 6,4 Gt de C/an Bois, pétrole, gaz, calcaire… Q CO2 instant t Difficultés : concepts de chimie (masse molaire, concentration…) Construire un modèle numérique à laide de Vensim (logiciel de modélisation à compartiment) Certaines difficultés à utiliser linterface

10 Simuler et identifier de nouvelles nécessités du modèle Simuler et comparer les valeurs calculées par le modèle aux valeurs mesurées sur le terrain calculée mesurée

11 Identifier de nouvelles nécessités et modifier le modèle La mise en cause du modèle construit nest pas spontanée

12 Modifier le modèle numérique - Créer et paramétrer un ou plusieurs nouveaux flux - Modifier le paramétrage du compartiment atmosphère (bilan des flux)

13 Simuler pour paramétrer le modèle Évaluer la valeur du flux de CO2 qui est piégé hors de latmosphère calculée mesurée calculée mesurée calculée mesurée

14 Suites envisageables… Déterminer le rôle du puit océan et biosphère …

15 Suites envisageables… Simuler avec le modèle du chercheur pour comprendre le rôle des GES

16 Premiers résultats… Des difficultés dordre conceptuel –La modélisation compartimentale –la prise en compte de concepts de différents champs disciplinaires Des difficultés dordre pédagogique –la prise en main de loutil informatique –La durée des activités –la mise en place dun travail pluridisciplinaire Un changement de statut du modèle dans la classe est possible. Le modèle, un outil pour : –comprendre, raisonner, expliquer, prédire –conduire une démarche dinvestigation de manière autonome

17 Perspectives … Projet CORISE : Conception de Ressources pour lInvestigation Scientifique dans lEnseignement INRP (ACCES, EducTice), LIG de Grenoble PPF Apprentice option de pratiques expérimentales en classe de seconde (expérimentation de la DGESCO)


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