D’après une présentation de A. Conti   Comment intégrer une simulation aux activités d’apprentissage scientifique ? F. Lombard D’après une présentation de A. Conti

Il n’y a pas de compréhension sans modèle. Pour apporter une observation de quelque valeur ... Il faut avoir décidé ce qui est possible, grâce à une certaine idée de ce que peut bien être la réalité, grâce à l'invention d'un monde possible. (Jacob, 1981) ... Un enseignement dogmatique où les modèles sont présentés comme des évidences non questionnées, non rattachées à des problèmes, [...], (Martinand, 1996 p.1) Cellule au microscope Ampoules « gourmandes » Propriétés matières – atomes é. (2061)

... on pourrait enseigner et faire apprendre la modélisation, c’est-à-dire la construction, l’adaptation, l’utilisation des modèles. (Martinand, 1996 p.1) Martinand, J. L. (1996). Introduction à la modélisation. Actes du séminaire de didactique des disciplines technologiques., Cachan Paris

Un modèle a une portée et une pertinence limitée Tout modèle est modifiable et de pertinence limitée : La question n'est pas de savoir si un modèle est correct, mais d'apprécier sa pertinence à un problème. Un processus de compréhension progressive et dynamique du système étudié -> exemple simulation de la friction

Un modèle en science est… Hypothétique Modifiable Domaine de validité Pertinent pour certains problèmes ≠ Vrai ni « scientifique » ! Martinand, J. L. (1996). Introduction à la modélisation. Actes du séminaire de didactique des disciplines technologiques., Cachan Paris

Point de vue pédagogique (1) Au delà du simple affichage de documents fixes ou animés, au-delà de la présentation active de processus scientifiques ... utiliser une simulation comme un outil d'apprentissage permet à l'élève des allers-retour entre son modèle interne et l’empirie :      de faire intéragir les élèves avec un système dynamique; de confronter les élèves des paramètres échappant à leur observation ( temps, taille, nature etc.) d'augmenter sa capacité à tester des scénarios multiples: de créer des occasions de négocier le sens avec des camarades  permet à l'enseignant : de découvrir les conceptions des élèves d'augmenter la complexité des situations proposées de multiplier les interactions avec les modèles de favoriser l'implication des élèves dans une démarche d'investigation

« Comprendre ?» un modèle ? Comprendre (mental) => Etre capable de prédire / expliquer (observable) Comprendre un modèle => Savoir utiliser un modèle pour prédire / expliquer Enseigner = induire le changement de modèle ? Changement conceptuel (Posner) Posner, G. J., Strike, K. A., Hewson, P. W., & Gertzog, W. A. (1982). Accommodation of a scientific conception: Toward a theory of conceptual change. Science Education. Science Education, 66, 211-227.

Changement conceptuel Modèle classique Posner Faire prendre conscience de leurs modèles mentaux Montrer la diversité des modèles dans la classe Mettre en défaut ces modèles Montrer la puissance explicative supérieure du modèle à institutionnaliser Travaux récents : Shtulmann (2012) / Ohlsson (2013)

Nouvelles perspectives IRMf et conceptions préalables : une affaire d'inhibition ? Shtulman, A., & Valcarcel, J. (2012). Scientific knowledge suppresses but does not supplant earlier intuitions. Cognition, 124(2), 209-215. doi: 10.1016/j.cognition.2012.04.005 - Changement / savoir convoquer le modèle selon contexte problème L’utilité cognitive détermine le changement ? Ohlsson, S. (2013). Beyond Evidence-Based? Belief Formation: How Normative Ideas Have Constrained Conceptual Change Research. Frontline Learning Research, 1(2), 70- 85. http://doi.org/10.14786/flr.v1i2.58 L’usage satisfaisant et répété du concept induit le changement

Choix de l'artefact (1) Privilégier un usage de la simulation qui permet d’expliciter leurs modèles / de les confronter   Expliciter le modèle mental Confronter Hypothèses Contrôle des paramètres par les élèves --> se méfier de la simple reproduction d'expériences en laboratoire (procédures et manipulations) ex. antibiogramme  (flash)

Comment intégrer l'activité de simulation dans une séquence ? --> éviter si possible de commencer une séquence d'enseignement par la présentation d'une situation déjà modélisée. Commencer la séquence en montrant la simulation,  c'est prendre le risque de la confusion entre le modèle et la réalité. L'usage de la simulation doit se faire en relation avec le monde des objets matériels. Maintenir un rapport entre le modèle et le réel Présenter le phénomène à étudier faire vérifier empiriquement le modèle par des mesures ou des observations directes.

Comment intégrer l'activité de simulation dans une séquence ? (2) Prendre conscience des modèles de l’enseignant Faire expliciter leurs modèles aux élèves Allers-retour entre modèle et empirie   ==> Demander aux élèves d'anticiper une action en s'efforçant de mettre en œuvre les règles du modèle, puis d'observer les résultats de cette action par la mise en fonctionnement de la simulation.   ex. théorie cinétique des gaz  

Point de vue pédagogique (2) Devant un ordinateur, on observe que l'élève est motivé... car il agit de manière autonome en cliquant sur des boutons. (mais moitvé vers quoi ? Motivation-vecteur) ... mais y a-t-il une confrontation de ses modèles mentaux ? Viser l'activité intellectuelle des élèves Importance des tâches qui lui sont assignées. La production attendue, la responsabilité. Un questionnaire trop tatillon/ trop long peut empêcher un élève de s'immerger dans la simulation. Travailler à deux peut susciter une négociation ( conflit cognitif) . Bien évaluer la surcharge cognitive (simulation abstraite vs métaphorique).. mais ne pas sous-estimer la capacité des élèves à maitriser un rapidement une interface ---> proposer une phase d'exploration de l'interface, suivi d'un échange dans la classe