Modélisation et Simulation avec les TICE

1. 31 mai - 3 juin 2005 Congrès Innovation et Multimédia dans l'Enseignement de la Chimie MIEC-JIREC Modélisation et Simulation avec les TICE Bernard TRIBOLLET LIRDHIST-UCBL et IUFM de LYON France

2. Congrès Innovation et Multimédia dans l'Enseignement de la Chimie AUTRANS Juin 2005 1ère partie Transposition informatique d'une démarche d'apprentissage Bernard TRIBOLLET

3. Plan de la 1ère partie 1) Cadres de références 2) Démarche scientifique grâce aux TICE, en Sciences Physiques ; Modèles et modélisation 3) Etapes de la démarche d'apprentissage constructiviste à transposer

4. 1) Cadres théoriques de référence A - Pour l ’apprenant B - Pour la situation d ’apprentissageC - Pour l ’interactivité des TICE.D - Cadres E - Registres explicatifs : registres sémiotiques de R. DUVAL

5. 1) Cadres théoriques de référence A - Pour l’apprenant : le constructivisme • L’apprentissage résulte : • d’un processus d’adaptation et de construction ; • des interactions que l’élève établit avec son environnement physique et social. • Références : • La démarche scientifique de la construction du savoir (BACHELARD et PIAGET) • - Le constructivisme dans l'enseignement des Sciences (Johsua/Dupin 93)

6. 1) Cadres théoriques de référence B - Pour la situation d ’apprentissage La théorie des situations (Brousseau 86) : L'élève apprend en interagissant avec le "milieu" L'enseignant construit la situation d'apprentissage en agissant sur les variables didactiques

7. La situation d’apprentissage :La théorie des situations (Brousseau 86, Margolinas 93) • Une situation a-didactique comprend une activité : • d ’action : travail personnel autonome • de décision : choix de la stratégie • d’anticipation : liens entre stratégie et échecs ou réussites • il y a dévolution complète de la résolution de problème à l'apprenant.

8. 1) Cadres théoriques de référence C - Pour l ’interactivité des TICE. La transposition informatique définit l' Environnement Interactif pour l'Apprentissage Humain (EIAH). (Balacheff 94, Bruillard 97) L'interactivité favorisant l'autonomie et l'exploration dans les micromondes. niveaux d'interactivité Accès aux schémas des différents

9. 1) Cadres théoriques de référence D - Analyse par les cadres En s'appuyant sur l'analyse de D. MALAFOSSE (2001) issu de la théorie de DOUADY "jeux de cadres" en mathématiques 1984, on peut distinguer 3 cadres : - Cadre familier/culturel ; raisonnement commun - Cadre expérimental ; activités de TP - Cadre théorique

10. 1) Cadres théoriques de référence E - Analyse par les registres explicatifs En s'appuyant sur l'analyse de R. DUVAL (1995) (registres sémiotiques) : LN : Langage naturel RS : Langage symbolique ( formules math.) RG : Représentations graphiques Y= f(X) RA : Représentations dynamiques ( animations et simulations ) RE : Registre expérimental ou praxéologique

12. 2) Apport spécifique des TICE pour la Démarche scientifique en Sciences Physiques A - Activité de modélisation par la simulationB - Confrontation synchrone de plusieurs registres explicatifsC - Outil d ’auto-vérification en séance pratique

13. 2) Démarche scientifique grâce aux TICE en Sciences Physiques A - Activité de modélisation par la simulation Rôle du média informatique : - Où placer les simulations entre le monde théorique et le monde des objets et des événements ? Accès aux schémas de didacticiens (en html)

14. 2) Démarche scientifique grâce aux TICE en Sciences Physiques A1 - Activité de modélisation par la simulation Monde théorique et le monde des objets et des événements selon J.L. MARTINAND puis D. BEAUFILS :

15. 2) Démarche scientifique grâce aux TICE en Sciences Physiques A2 - Activité de modélisation par la simulation Rôle du média informatique dans le cas de l'étude du son (J. VINCE)

16. 2) Démarche scientifique grâce aux TICE en Sciences Physiques A3 - Activité de modélisation par la simulation - Les règles du modèle sont du domaine théorique, l'interface appartient au champ expérimental (C. BUTY)

17. 2) Démarche scientifique grâce aux TICE en Sciences Physiques A4 - Activité de modélisation par la simulation

18. 2) Démarche scientifique grâce aux TICE en Sciences Physiques A5 - Activité de modélisation par la simulation

19. 2) Démarche scientifique grâce aux TICE en Sciences Physiques B - Confrontation synchrone de plusieurs registres explicatifs Accès en ligne à l'applet correspondante

20. 2) Démarche scientifique grâce aux TICE en Sciences Physiques C - Outil d ’auto-vérification en séance pratique L'apprenant doit pouvoir vérifier lui-même les hypothèses qu'il a posées en utilisant le simulateur informatique . - Exemples de modélisation de la couleur par la trichromie 1 - Voir des objets colorés en lumière colorée 2 - Expérience du tétraèdre 3 - Pénombres colorées d'une pyramide

21. 3) Démarches à transposer Description des 7 étapes de la démarche d'apprentissage à transposer :1 - Stimuler la motivation des élèves 2 - Questionnement initial 3 - Choisir un cadre de référence 4 - Poser des hypothèses 5 - Résoudre le problème6 - Vérifier les résultats7 - Valider Autrans

22. Démarches de l'apprentissage Résolution de problème et situation-problème - En se plaçant dans l'hypothèse constructiviste, le scénario de résolution du problème est établi par l'enseignant à partir des concepts qu'il veut faire construire par l'élève. On peut alors en distinguer 7 étapes dont on cherchera ensuite les conditions pour une transposition informatique : Autrans

23. Démarches de l'apprentissage Etape 1 : Stimuler la motivation des élèves - Avoir un problème en lien avec la vie quotidienne ; - Créer des activités interactives "élèves-enseignant" - Changer fréquemment d'activités - Créer des activités de groupes ; par 4 ou par binomes - Mettre en place des situations de conflit-socio-cognitif entre élèves Autrans

24. Démarches de l'apprentissage Etape 2 : Questionnement initial Pour l'élève, il s'agit de : - Formuler la question initiale - Puis construire une problématique, avec l'objectif pour l'enseignant, d'obtenir la dévolution du problème posé à l'élève. Autrans

25. Démarches de l'apprentissage Etape 3 : Cadre de référence - Faire reconnaître ou définir le cadre de référence de résolution, - Choisir des registres explicatifs - Créer des liens de passage entre ces registres - Choisir une stratégie de résolution Autrans

26. Démarches de l'apprentissage Etape 4 : Hypothèses / Conjectures - Poser des hypothèses de résolution, Et dans le cas d'un problème ouvert - Choisir les valeurs des paramètres non donnés dans l'énoncé - Construire les éléments d'un modèle explicatif décrivant le monde réel observé Autrans

27. Démarches de l'apprentissage Etape 5 : Résolution - Choisir les outils de résolution : formels, symboliques, graphique - Résoudre le problème posé dans le cadre de référence choisi - Construire les éléments d'un modèle explicatif décrivant le monde réel observé Autrans

28. Démarches de l'apprentissage Etape 6 : Vérification - Contrôler la cohérence interne des résultats avec les hypothèses choisies - Contrôler la cohérence externe des résultats avec les données du cadre de référence Autrans

29. Démarches de l'apprentissage Etape 7 : Validation - Evaluer et juger les résultats en vue d'un retour éventuel à l'étape 4 pour modifier les hypothèses choisies - Rédiger et diffuser les résultats Autrans

30. Congrès Innovation et Multimédia dans l'Enseignement de la Chimie AUTRANS Juin 2005 2ème partie Evaluation didactique de simulations pédagogiques ; comme outils de formation Bernard TRIBOLLET

31. Plan de la 2ème partie. 1) Introduction et problématique de l ’atelier 2) Cadres théoriques de référence 3) Démarche scientifique grâce aux TICE, en Sces Physiques 4) Critères d ’évaluation 5) Tests d'analyse sur l ’existant en formation. 6) Résultats d'expérimentations 7) Proposition de formation au moyen de l'évaluation des sites 8) Conclusion

32. 1) Introduction et problématique Problématique de l ’atelier A - Finalités et publics visés B - Choix des documents à évaluer C - Pourquoi évaluer ? D - Comment évaluer ? E - Evaluation et apprentissage Autrans

33. 1) Problématique de l'atelier A - Les simulateurs informatiques sont-ils une aide ou créent-ils un obstacle supplémentaire de compréhension entre le monde réél et le monde théorique du modèle ?B - Doit-on construire soi-même son propre simulateur en accord avec ses intentions pédagogiques, ou utiliser des logiciels permettant aux étudiants de travailler dans des micro-mondes ?C - Les étudiants doivent-ils construire eux-mêmesles différentes étapes de leurs modèles ?

34. 1) Introduction et problématique A - Finalités et publics visés - Construire des apprentissages d'enseignants avec les TICE par l'évaluation de l'existant - Répondre à une demande institutionnelle : * Projet de création d'un SUP à l'université * Contrat Régional sur le document numérique. - Adapter la formation des enseignants * en 2ème année d'IUFM * des Moniteurs de l'université * en formation continue Autrans

35. 1) Introduction et problématique B - Choix des documents à évaluer Quels documents pédagogiques ? Parmi les documents échangés en formation d'enseignants : - Documents d' information administrative - Documents d'information scientifique (savoir savant) * Exemple de la base de données du site "PlanetTerre", voir "effet de serre" - Documents pédagogiques, de type cours transmissif - Outils d'apprentissage (avec stratégie d'apprentissage) Autrans

36. 1) Introduction et problématique C - Pourquoi évaluer ? - A cause du nouveau statut du document numérique ; Le document pédagogique numérique est plus évolutif ; moins bien référencé ou validé ; plus volatil. - Au regard du choix devenu excessif en nombre : ==> nécessité de méta-données pour le classement et de techniques de stockage des documents sélectionnés - Génère de nouvelles pratiques spécifiques qui renforcent l'esprit critique Autrans

37. 1) Introduction et problématique D - Comment évaluer ? - Une technique qui s'apprend : - en s'appuyant sur la didactique ; * cadre de référence constructiviste, * théorie de situation, * analyse anthropologique des pratiques - en se mettant en situation dès la formation initiale à bac +3. *Fiches d'évaluation ; * Répertoires d'adresses commentées et mutualisées

38. 1) Introduction et problématique E - Evaluation et apprentissage de formation - Objectifs de l'activité d'évaluation pour un étudiant ou pour un enseignant : - Assimiler et se réapproprier des éléments d'analyse didactique - Pointer les lacunes des outils existants et - S'entraîner à construire des protocoles d'utilisation pour y remédier …. Mieux maîtriser les outils TICE

39. 2) Critères d ’évaluation A - Critères sur le rôle de la simulation pour décrire le modèleB - Critères généraux sur les objectifsC - Critères sur les situations d'apprentissageD - Analyse des tâchesE - Critères ergonomiques

40. 2) Critères d ’évaluation A - Critères généraux sur le rôle de la simulation ; correspondance au modèle théorique - Le modèle théorique est-il connu par l ’élève, sous une de ses formes : mathématique, graphique ou symbolique ? - Les élèves peuvent-ils faire évoluer leur propre modèle par étapes successives ? - Les élèves ont-ils en main les outils pour vérifier eux-même la construction de leur modèle ? - Quels outils ont-ils à leur disposition pour établir des correspondances entre le modèle informatisé et les éléments du " monde sensible " (objets, événements, phénomènes) observés ?

41. 2) Critères d ’évaluation B2 - Critères généraux sur les objectifs ; Expertise du côté du savoir - Quelles sont les hypothèses de base du modèle employé ? sous forme "papier-crayon" sous forme TICE - Quelles sont les limites de validité du modèle ? celles liées au modèle celles liées à la simulation informatique - Sur quelle théorie s'appuie cette simulation ? est-elles connue des élèves, et présentée aux élèves ?

42. 2) Critères d ’évaluation C - Critères sur les situations d'apprentissage - Quel est le contrôle possible de l'activité des élèves au cours de l'apprentissage ( mémorisation informatique de la trace d'apprentissage) ? - Les savoir-faire acquis peuvent-ils être remis en pratique dans un autre contexte ? - Cette activité a-t-elle donné du sens aux connaissances transmises ? - Est-il possible de construire un scénario simple d'utilisation ?

43. 2) Critères d ’évaluation D - Analyse des tâches - Peut-on classer les activités demandées à l' apprenant avec la grille d'analyse de Y. CHEVALLARD : - tâches d'exécution de résolution (par imitation) - tâches d'apprentissages de méthodes de résolution - apprentissage des techniques de base des méthodes - stratégies de résolution Y a-t-il une progression dans la difficulté de ces tâches ?

44. 2) Critères d ’évaluation E - Critères ergonomiques - Le visiteur a-t-il à s'investir dans l'apprentissage d'une syntaxe de l'outil (=> surcharge cognitive) ? - L'interface utilisateur est-elle totalement graphique ou comporte-t-elle des champs de texte qui seront analysés ? - Y a-t-il une aide en ligne ? Un index ? -Quelles données l'enseignant peut récupérer pour suivre l'apprentissage ? Voir les grilles de BASSET (UCO), et les critères de TRICOT Voir le diaporama de TRICOT à Université d'automne 2000

45. 2) Critères d ’évaluation F - Exemple de questionnement - Est-ce une animation ou une simulation ? - Quel est le cadre de rationalité choisi ? - Quels sont les registres sémiotiques explicatifs choisis ? - Y a-t-il confrontation synchrone entre les différents registres ? : LN, LS, LG, LD, LP. - Les informations sur le modèle théorique implémenté sont-elles données ? - Quel est le domaine de validité du modèle implémenté ? - La stratégie pédagogique utilisée est-elle explicitée ? (Transm., Behav., HD, Constructiviste, Pédag. de Projet… ) - Y a-t-il un scénario explicite ? - Quels effets parasites renforcent les conceptions initiales ?

46. 2) Critères d ’évaluation G - Exemples de grilles d'évaluation - Grille d'analyse simple :Travail TICE pour étudiant IUFM (moins d'une heure) - Liste de critères d'analyse détaillée (présent travail) - Critères d'évaluation précisant la typologie du site - Productions du contrat régional de l'ISDN : - Sélection de 16 sites proposant des grilles - Tableau comparatif de 5 de ces grilles - Grille pour Audit des sites des bases de données de l'INRP

47. 2) Critères d ’évaluation H - Ingénierie de formation par l ’évaluation - Mise en pratique : Analyse du simulateur de gaz parfait du CD-ROM de HATIER-MICROMEGA, Classe de seconde - Outils proposés : 1 - Distinction entre documents d'information et documents pédagogiques 2 -Méthodologie proposée pour l'évaluation des documents TICE 3 -Analyse du rôle des simulations ?

48. 3) Tests d'analyse sur l ’existant. A - Exemples de modélisation avec une simulation sur CD-ROMB - Exemples de modélisation avec une simulation du réseau (Applets)C - Confrontation synchrone de plusieurs registres explicatifs

49. 3) Tests d'analyse sur l ’existant. A - Exemples de modélisation avec une simulation sur CD-ROM - Exemple du simulateur de gaz parfait du CD-ROM de HATIER-MICROMEGA, Classe de seconde ==> Accès au CD-ROM et à l'analyse de la simulation - Exemple du simulateur sur la propagation du son de J. VINCE Accès à SIMULASON et à son analyse par des étudiants de Maîtrise

50. 3) Tests d'analyse sur l ’existant. B - Exemples de modélisation avec des simulations du réseau (Applets) - Exemple du simulateur gaz parfait de P. RENAULT Accès à son simulateur en local, ou http://users.erols.com/renau/fr/thermo.html http://mysite.verizon.net/vzeoacw1/fr/thermo.html - Exemple de "CHRONOCOUPE" DEA Eric SANCHEZ