Autrans, 2 juin 2005 Simulations de cinétiques et d'équilibres XMLlab Stéphane Mottelet et André Pauss Avec le soutien du consortium UNIT, et du Pôle Régional.

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1 Autrans, 2 juin 2005 Simulations de cinétiques et d'équilibres XMLlab Stéphane Mottelet et André Pauss Avec le soutien du consortium UNIT, et du Pôle Régional de Recherche STEF de la Région Picardie

2 Autrans, 2 juin 2005 Simulations dans lenseignement supérieur Maîtrise des concepts l Comprendre et prédire les phénomènes, et leurs évolutions l Analyser la sensibilité des paramètres les définissant : 1. (décrire un phénomène par une équation), un modèle, 2. insérer cette équation dans un logiciel de simulation, 3. simuler en imposant des paramètres et des variables, 4. visualiser et interpréter les résultats de la simulation, 5. réaliser une analyse de sensibilité de ces variables

3 Autrans, 2 juin 2005 _ Très grande variété de contenu et de qualité, _ La plupart du temps spécifiques à une discipline, voire à un phénomène, informatiquement très souvent « figés» - en 2002 : Biologie14050 Chimie13053 Physique575435 Simulateurs dans lenseignement, pour les sciences expérimentales Nombre Gratuiciels ou accessibles sur internet en mode synchrone (applets)

4 Autrans, 2 juin 2005 soit utilisable facilement par nimporte quel enseignant soit utilisable par lenseignant quelle que soit la discipline scientifique dont léquation à simuler émane soit capable de simuler virtuellement nimporte quel problème (équations différentielles, systèmes déquations non linéaires, fonctions implicites,...) pérennise les contenus sur la durée, et ce quelle que soit la plate-forme informatique (Windows, Unix, MacOS) soit basé sur des logiciels ou prologiciels de type open source soit facilement intégrable à des logiciels informatiques en réseaux Le simulateur idéal … !?

5 Autrans, 2 juin 2005 XMLlab : choix techniques Ecriture des équations en XML, puis compilation en Scilab (actuellement). Logiciel multiplateforme et dutilisation libre (GPL) Fichier XML Créé à laide de xxe Environnement créateur (enseignant) Environnement utilisateur (étudiant) DTD : contraintes Choix de la langue Fichier tk Fichier Scilab

6 Autrans, 2 juin 2005 XMLlab : DTD Paramètres de la simulation : scalaires, matrices, groupes de paramètres, base de données Modèles mathématiques : domaines, courbes et surfaces, équations différentielles, non linéaires ou aux dérivés partielles Affichage des résultats : courbes 2D, 3D, courbes animées Sauvegarde : paramètres, résultats; Scilab et/ou CSV Commentaires et images

7 Autrans, 2 juin 2005 Pendule

8 Autrans, 2 juin 2005 Tension dans un condensateur

9 Autrans, 2 juin 2005 Depuis automne 98 (ancien logiciel) et octobre 2001, ± 1200 étudiants Logiciel implanté sur serveur UNIX, accessible en tout temps par les étudiants, sur consoles ou PC Simulateur pour les équilibres acido-basiques Utilisation en TP, et en accès libre Simulateur pour les cinétiques chimiques Accès libre, sans indication Enquête de satisfaction auprès des étudiants depuis 2001 Utilisation de XMLlab en chimie générale (1 er cycle ingénieur)

10 Autrans, 2 juin 2005 Cours : démonstrations de courbes type Travaux Pratiques : 1 ère semaine : manipulations de titrages suivant un protocole classique 2 ème semaine : comparaison des courbes expérimentales et simulées simulation libre des étudiants pour répondre aux questions phénoménologiques posées dans le polycopié de TP « quelle est la différence minimale entre deux pK a pour observer deux sauts distincts de pH ? » Utilisation de XMLlab en chimie générale - équilibres acido-basiques

11 Autrans, 2 juin 2005 Equilibres acide-base Version 1.3 Version 1.4 Notes

12 Autrans, 2 juin 2005 Equilibres acide-base

13 Autrans, 2 juin 2005 Cinétiques chimiques

14 Autrans, 2 juin 2005

15 Cinétique complexe (2 équ. successifs)

16 Autrans, 2 juin 2005 Méthodologie Envoi dun questionnaire aux étudiants par E-mail, questions booléennes ou semi-quantitatives (de 1 à 5). Trois mois après lutilisation 105 réponses (61,4 %) la 1 ère année, 75 réponses (48 %) la seconde année Evaluation technique et évaluation pédagogique Enquête de satisfaction

17 Autrans, 2 juin 2005 Enquête de satisfaction Résultats Utilisation aisée du logiciel et quasi-absence de problèmes techniques Meilleure compréhension des phénomènes complexes des équilibres acido-basiques Nécessité dun encadrement par des assistants de Travaux Pratiques, et nécessité dune formation préalable de ces derniers Faible utilisation du logiciel en dehors des heures encadrées

18 Autrans, 2 juin 2005 Distribution : www.xmllab.org

19 Autrans, 2 juin 2005 Universités Numériques Thématiques L'Université Médicale Virtuelle Francophone (http://www.umvf.prd.fr/ 23 + 3 universités)http://www.umvf.prd.fr/ L'Université Numérique Ingénierie et Technologie (http://www.unit-c.fr 32 écoles dingénieur et 5 universités)http://www.unit-c.fr LUniversité Numérique Juridique Francophone (http://www.unjf.org )http://www.unjf.org UNT- EG (Economie et Gestion) UNED (Sciences de lEnvironnement) XMLlab - UNIT

20 Autrans, 2 juin 2005 Evolutions et améliorations du logiciel Extension de la modélisation et des animations Supports de publication (dans dautres logiciels, sur serveur) Scénarisation (utilisation asynchrone) Amélioration de lédition … Évaluation de limpact pédagogique Création de communautés « métiers » et développement et diffusion danimations spécifiques qui en chimie ? XMLlab – futur

21 Autrans, 2 juin 2005 Les simulations sont à la base de la démarche scientifique En enseignement, elles permettent de poser une démarche scientifique mais aussi de mieux appréhender la complexité de phénomènes Lutilisation de simulateurs en enseignement entraîne une réflexion sur la structuration de lenseignement, et une clarification des objectifs De nombreux simulateurs sont disponibles, très souvent spécifiques, et de qualité très variable Conclusions