Modélisation, simulation Journée TICE et SVT Isabelle Huriot 22 avril 2010

Quelques généralités …. Modélisation, simulation, élaboration de théories, expérimentation sont souvent étroitement associées dans les activités scientifiques. Le modèle est une question centrale dans le domaine des sciences de la vie et de la Terre. En effet, le résultat de la réflexion scientifique n’est pas à proprement parler la découverte de la réalité mais plutôt l’invention d’un système théorique qui se comporte comme la réalité. Selon une expression bien connue, « la science est le domaine du tout se passe comme si ». Elle construit un modèle de la nature, par définition provisoire, acceptable tant que la confrontation de ses prévisions avec des faits ne fait pas apparaître de contradiction. Dominique Rojat Sources utilisées : - Revue Aster n°43 ( INRP) - Les dossiers de l’ingénierie éducative (CNDP)

Quelques généralités … Les modèles conceptuels peuvent parfois conduire à la réalisation de modèles analogiques (des maquettes) ou numériques (des logiciels). Ex : logiciel de visualisation 3D des molécules Rastop logiciel de visualisation de molécules en 3D par ex La réalisation de modèles numériques permet de produire des objets manipulables à l’écran. La possibilité donnée à l’élève de visualiser et de manipuler ces objets l’aide à surmonter certaines difficultés de compréhension liées aux dimensions spatiale ou temporelle des phénomènes et des objets étudiés.

Quelques généralités … Il ne s’agit pas, pour l’instant en SVT, d’enseigner la modélisation mais de faire acquérir des savoirs aux élèves avec la modélisation et la simulation. Modélisation et simulation visent à faciliter la compréhension de certains phénomènes ou concepts et leur mémorisation. à surmonter certaines difficultés de compréhension liées aux dimensions spatiale ou temporelle des phénomènes et des objets étudiés logiciel rasmol par ex permettant aux élèves de visualiser des molécules, d’en comprendre l’organisation spatiale par ex En géologie propagation ondes dans l’ensemble du globe par ex

Quelques généralités… Alors que de nombreux phénomènes biologiques et géologiques sont inaccessibles à l’expérimentation directe en classe, modélisation et simulation constituent une alternative pour l’enseignant. La simulation permet de placer l’élève en situation de recherche et - dans une démarche inductive – de lui permettre de construire des savoirs : simuler pour apprendre. Espace , dimension, temps à surmonter certaines difficultés de compréhension liées aux dimensions spatiale ou temporelle des phénomènes et des objets étudiés à surmonter certaines difficultés de compréhension liées aux dimensions spatiale ou temporelle des phénomènes et des objets étudiés rastop par ex

Quelques généralités … Leur usage - surtout s’agissant d’outils TICE - suppose cependant de repenser en permanence la relation entre ce qui est réel et ce qui est virtuel, et ce d’autant plus que le modèle (par ex mathématique) sous jacent à la simulation est rarement accessible aux élèves.

Vers une typologie des outils … Les animations se caractérisent par leur faible niveau d’interactivité, elles offrent peu ou pas de degré de liberté à son utilisateur. Exemple mouvements atmosphériques ou cycle du carbone en seconde ou ex collège Il y a un risque d’enseigner un modèle élémentaire décontextualisé plutôt qu’une réalité riche et complexe. Cependant dès qu’il y a mouvement ou vue 3D une plus value est apportée à l’élève

Vers une typologie des outils … Un logiciel de simulation est également fondé sur un modèle implicite auquel l’utilisateur n’a pas accès, il lui est néanmoins possible de « jouer », de simuler un comportement dépendant du choix des paramètres qu’il a effectués. la simulation apparaît comme un processus qui produit des résultats à partir du fonctionnement d’un modèle.

Quelques exemples en collège : Simuler des expérimentations dans le but de faire découvrir la spécificité des anticorps, le trajet du message nerveux, la régulation de la glycémie, le contrôle hormonal des cycles sexuels, la fusion partielle d’une roche …. Simuler l‘évolution de l’alcoolémie au cours du temps (Education à la sécurité routière). Simuler l’évolution de la population des proies et des prédateurs dans un étang par exemple suite à une pollution (EDD)

Extrait du CD rom l’étang, un écosystème. Prédateurs durée de vie : 28 jours nombre : 90 Proies durée de vie : 7 jours nombre :120 Prédateurs durée de vie :19 jours nombre : 90 Proies durée de vie : 7 jours nombre :120

Vers une typologie des outils TICE Enfin les logiciels de modélisation permettent d’élaborer le modèle qui sera utilisé pour les simulations. Ce modèle est explicite dans la mesure où les règles ont été déclarées par l’élève. Cf conférence Barrère sur le cycle du carbone lors de la dernière rencontre tice et svt à jean talon il y a 2 ans Il est demandé aux élèves de modéliser le cycle du carbone à l’aide d’un logiciel de modélisation compartimentale (Vensim) et de juger de la pertinence du modèle réalisé en comparant les résultats simulés avec des données issues d’expérimentations en classe ou de banques de données mondiale

Préparation de l’activité avec Modglyc

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? …

Risques et limites… Mais un enjeu… - délaisser l’étude du réel pour lui substituer un travail sur ordinateur basé sur l’emploi de simulations - en dehors du domaine de validité du modèle, le raisonnement devient erroné Mais un enjeu… Ces outils recèlent un potentiel éducatif intéressant dans la mesure où ils permettent de favoriser l’implication des élèves dans une démarche d’investigation.