Modéliser pour construire un savoir en SVT Quels types d’outils sont à la disposition des enseignants en S.V.T. ?   Quels usages l’enseignant peut en faire dans ses classes ? Quelles plus-values l’utilisation de ces outils apportent à notre pédagogie ? Animations - Simulations Modélisations Jean AMBROSINO Chargé de missions Lycée LIBERGIER REIMS

Des outils et des pratiques répandus Modélisation, simulation et animations sont des pratiques courantes de chercheurs ou d’ingénieurs d’aujourd’hui. Faire des sciences expérimentales, c’est mettre en relation des idées théoriques et des faits d’observation ou d’expériences dans le cadre de la résolution d’un problème. Les modèles construits par les chercheurs sont des outils de connaissance qui permettent d’interpréter le réel.

Animer, simuler et modéliser pour mieux comprendre. En S.V.T, la compréhension de certains objets ou phénomènes est rendue difficile du fait des échelles de temps ou d’espace impliquées. La réalisation de modèles numériques permet de produire des objets manipulables à l’écran. La possibilité pour l’élève de visualiser et de manipuler ces objets l’aide à surmonter ses difficultés de compréhension liées aux dimensions spatiales et temporelles des phénomènes étudiées.

Une typologie indispensable L’offre de logiciels de « modélisation » destinée à l’enseignement secondaire est abondante. Nombreux sont les portails académiques qui présentent une logithèque bien fournie où les outils sont présentés souvent accompagnés de pistes d’utilisation en classe. La typologie peut ou doit être construite en fonction du degré d’interactivité offert à l’utilisateur.

Animation Un logiciel d’animation ne laisse qu’un faible degré d’interactivité. L’utilisateur accède seulement aux données fournies par le logiciel (interface). La valse des continents

Simulation Un logiciel de simulation est fondé sur un modèle proposé par l’interface, mais l’utilisateur n’y a pas accès. Il lui est cependant possible de dialoguer avec le modèle dont le comportement dépend de ses choix. Logiciel Rasmol

Modélisation Un logiciel de modélisation permet d’élaborer le modèle qui sera utilisé pour des simulations ou des investigations. Ce modèle est explicite dans la mesure où les règles sont déclarées par l’élève.

Préparation de l’activité La variable biologique à régler. Concentration en glucose sanguin en g.L-1 Les différents effecteurs. Foie, Intestin, Cellules, Muscles…. Les organes de contrôle Pancréas Les moyens de communication entre organes. Hormonal Insuline (effet hypoglycémiant) Glucagon (effet hyperglycémiant) Pour comprendre le fonctionnement de ce système de régulation il faut identifier : L’élève mobilise ses connaissances acquises par l’observation, expérimentation… Il construit son modèle

Modèle outil Une fois le modèle validé en le confrontant aux données empiriques, il devient un outil pour mener une démarche d’investigation: Comment la glycémie est elle maintenue constante alors que les apports en glucose sont discontinus et l’activité physique et intellectuelle variables? Comment corriger la glycémie lors d’un diabète insulinodépendant? …

Utilisation des fonctions spécifiques aux modèles numériques. Les modèles sont créés pour simuler. La simulation apparaît comme un processus qui produit des résultats à partir du fonctionnement du modèle. Dans ce cas les résultats sont utilisés de deux manières : Confrontés aux mesures de terrain les résultats permettent de juger de la pertinence du modèle qui a été élaboré et de décrire son domaine de variabilité. Les résultats permettent aussi de faire des prévisions. Les résultats permettent de mettre en œuvre une démarche d’investigation.

Les plus values L’utilisation des différentes fonctions: Retour / Avance / Arrêt sur image permettent la visualisation à un instant donné. Ralenti / Accélération permettent la dilatation ou la concentration du temps des phénomènes trop rapides ou trop lents. Zoom permet la modification de l’échelle d’observation.

Expérimenter à l’aide d’un modèle analogique pour valider un concept…. Comment avoir accès à la Terre profonde et à ses propriétés physiques. Les ondes sismiques émises au cours des séismes se propagent dans le globe. La propagation de ces ondes doit nous apporter des informations quant à la structure du globe.

Les ressources sismo à l’Ecole

Calculs des vitesses 14,083 9,657 5,59 Distances à l’épicentre en Km Temps de parcours des ondes en S Vitesses calculées en Km . S-1 Station 1 Collège Valbonne Alpes maritimes 9715 1006 9,657 Station 2 Collège du bourg aux abimes Guadeloupe 16787 1192 14,083 Station 3 Lycée Stella Piton St Leu La réunion 5167 923 5,59

Exploitation des mesures La vitesse augmente avec la distance : plus la station est éloignée, plus la vitesse est grande. La vitesse dépend du trajet de l’onde et donc de la nature des matériaux traversés.

Présentation du modèle ( simulation) Distances à l’épicentre en Km Vitesse en Km . S-1 S1 : 1700 7,5 S2 : 6008 10,35 S3 : 16022 13,46 S1 S2 Propositions: Densité, composition chimique, état, hydratation… S3

Validation du modèle par l’expérimentation La propagation des ondes sismiques dans différents matériaux. Activité : Productions élèves. Résultats

Conclusions Notre objectif est d’impliquer les élèves dans une démarche d’investigation. La modélisation et ou la simulation permet de confronter les résultats obtenus par investigations empiriques aux résultats obtenus par simulation. Lorsque le modèle est validé, il devient un modèle outil pour investiguer. Le danger est que l’utilisation de l’ordinateur en classe ne conduise les enseignants à délaisser l’étude du réel pour lui substituer un travail sur ordinateur basé sur l’emploi de simulations. Notre discipline fonde ses arguments sur la collecte de données empiriques recueillies par expérimentation. Cette démarche conduit à un raisonnement par la mise en relation des données. Si on raisonne sur les résultats de simulation, alors c’est apprendre les règles du modèle qui permet de générer les évènements simulés.

Sources et bibliographie Les dossiers de l’ingénierie éducative oct.-déc. 2008 http://www.biologieenflash.net/sommaire.html http://missiontice.ac-besancon.fr/svt/inf_pro/for_con/raison/Raimodel.htm Logiciel de simulation ONDES P http://pedagogie.ac-amiens.fr/svt/info/logiciels/ondesp/Ondesp.htm http://www.edusismo.org/index.asp?h_poste=13:14:7 Logiciel Rasmol http://www.inrp.fr/Acces/Biogeo/model3d/rasmol.htm Logiciel Modsim glycémie http://pedagogie.ac-montpellier.fr:8080/disciplines/svt/spip/spip.php?article23