M. Prieur - E. Sanchez 27 novembre 2006 Modélisation et simulation dans l’enseignement des géosciences Projet de recherche M. Prieur - E. Sanchez 27 novembre 2006

Contexte : travaux de l’équipe d’Orléans-Tours Peut-on estimer l’impact de la combustion des carburants fossiles sur la composition de l’atmosphère depuis 1780 ?

Contexte : travaux de l’équipe de Lyon Modèle du chercheur Modèle dans la classe

Équipe d’Orléans-Tours Contexte Équipe d’Orléans-Tours Modélisation et simulation pour l’étude du cycle du carbone Équipe de Lyon Place du modèle dans l’enseignement des sciences de la Terre

Simulation : quels rôles pour l’investigation scientifique ? Modèle et théories Réel

Simulation : quels rôles pour l’investigation scientifique ? Modèle conceptuel Modélisation Simuler… pour valider un modèle et définir son domaine de validité pour établir des prévisions Programmation Environnement de simulation Simulation Réel (Buty 2000, Vince 2000, Beaufils 2000)

Simulation dans un contexte d’enseignement Modèle conceptuel Modèle théorique Modèle informatique Modélisation Représentations symboliques Environnement de simulation Représentations figuratives Réel (Buty 2000, Vince 2000, Beaufils 2000)

Quel type de recherche ? Une recherche de faisabilité : Susciter l’innovation et l’accompagner pour la rendre transférable, proposer un renouvellement des pratiques Une recherche de signification : proposer des formalisations permettant une interprétation cohérente du parcours suivi par les élèves, mesurer les écarts entre les effets attendus et les effets réels. Éprouver les formalisations produites.

Questions de recherche A quelles conditions peut-on mettre en place des activités permettant de rendre au modèle son statut d’outil d’investigation scientifique dans la classe ? Quels apprentissages ces activités permettent-elles ? Quelles difficultés les élèves rencontrent-ils lors de telles activités ?  

Hypothèses de recherche Proposer des activités qui consistent à faire évoluer un modèle initial (activités de modélisation et simulation) et d’établir des prévisions (activités de simulation) Permettre une explicitation du modèle en jeu Donner une place au réel : articuler des activités de modélisation et de simulation avec des activités de laboratoire, de consultation de banques de données

Méthodologie de la recherche Élaborer un cadre de conception des séances qui réponde aux hypothèses de la recherche. Concevoir et mettre en œuvre des séances « expérimentales » (test puis expérimentation). Identifier des indicateurs des apprentissages méthodologiques et conceptuels réalisés en distinguant ce qui est permis par l’outil de modélisation et ce qui est permis par la situation proposée. Analyser les « productions » des élèves en utilisant ces indicateurs.

Corpus à constituer… Verbalisations (audio, vidéo) Productions écrites (papier ou numérique) Traces informatiques ? Questionnaires

Productions attendues Séances prototypiques analysées et commentées Publications en ligne pour l’auto-formation Formations Publications dans des revues professionnelles Publications dans des revues scientifiques …

En chantier… Thème : le cycle court du carbone Outil de simulation : logiciel Vensim Une séance en classe de seconde le devenir du carbone d'origine anthropique à la surface de la planète Une séance en classe de terminale S spécialité Le rôle amplificateur du CO2 dans le réchauffement climatique

Calendrier Octobre 2006 à janvier 2007 : Élaboration des séances de classe : choix du thème étudié, prise en main des logiciels (Vensim et interrogation des banques de données), identification des ressources scientifiques nécessaire, construction des activités élèves 1er février 2007 à Paris : Discussion des séances élaborées avec Christian Orange Février 2007 : Modification des séances. Élaboration d’un protocole d’observation. mi-mars 2007 : Test en classe de seconde (Tours) Mi-mars à fin avril 2007 : Modification des séances. Élaboration d’un protocole d’expérimentation.  Mai 2007 : Expérimentation en classe de seconde (Lyon) Juin à décembre 2007 : Traitement des résultats 2008 : Communications, Formations

Annuaire INRP Référents scientifiques Jacques BARRERE, Enseignant mis à disposition à 1/2 temps, Lycée Paul Louis Courier Tours (37) Michèle PRIEUR, Enseignante mise à disposition à 1/2 temps, Lycée du Val de Saône Trévoux (01) Éric SANCHEZ, Enseignant détaché, INRP Thierry LHUILLIER, Enseignant associé, Lycée Claude de France, Romorantin (42) Anne WOEHRLE, Lycée du parc, Lyon (69) Charles-Henri EYRAUD, Enseignant détaché, INRP Référents scientifiques Christian ORANGE, professeur, IUFM des pays de la Loire Nantes (44) Marc JAMOUS, LSCE, Gif sur Yvette (91), coordinateur d’un projet Carboschool

… voilà, c’est tout pour aujourd’hui

Simulation : quels rôles pour l’investigation scientifique ? Modèle conceptuel Modélisation Simuler… pour valider un modèle et définir son domaine de validité pour établir des prévisions Programmation Environnement de simulation Simulation La modélisation est issue de la confrontation du modèle conceptuel et du réel. La simulation permet par l’intermédiaire de l’environnement de simulation cette confrontation : il s’agit d’une confrontation des résultats de la simulation déterminée par le modèle au réel. La flèche rouge montre la relation entre le réel et l’environnement de simulation, s’il y a modélisation on doit pouvoir passer un cran au-dessus et articuler le réel au modèle conceptuel : d’où ma proposition de flèche supplémentaire. Réel (Buty 2000, Vince 2000, Beaufils 2000)