École, écransNon classéMarcher dans les pas d’un scientifique grâce à un laboratoire virtuel ?

15 février 20200
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Inès Vincent, ingénieur et consultante en IT dans le domaine de l'énergie, nous parle dans cet article de simulation numérique interactive... et de ses applications dans l'enseignement de la physique.

Depuis quelques années, l’utilisation de contenus numériques tels que les vidéos, la modélisation 3D de bâtiments ou d’objets est accessible depuis la majorité des ordinateurs et des tablettes vendus dans le commerce. Ces contenus, si souvent issus du domaine du divertissement, monopolisent facilement l’attention des internautes. Il est donc logique qu’ils soient immédiatement revendus aux annonceurs qui cherchent à en tirer profit. Toutefois, une autre utilisation de ces contenus est possible. Elle est même sous-exploitée dans le domaine de l’enseignement des sciences… 

Comment, s’interroge alors le pédagogue, rediriger ce puissant flux d’attention vers les objets de la connaissance ? Appliquée au domaine des sciences physiques, cette interrogation trouve peut-être un début de réponse dans les simulations numériques interactives.

Le principe et l’utilisation des simulations interactives

Visualisez un écran, sur lequel apparaît bientôt une bille accrochée à un ressort fixé lui-même à un mur. On s’intéresse alors naturellement à son mouvement, aux forces qui s’appliquent au système et aux différentes formes d’énergie mobilisées. L’utilisateur interagit ainsi avec l’objet numérique en modifiant ses paramètres : masse de la bille, rigidité du ressort, impulsion donnée au départ… Accessibles à tout moment et pouvant être reproduites à moindre coût, ces simulations numériques permettent ainsi aux élèves de « manipuler » un laboratoire virtuel, de se forger une représentation mentale des phénomènes et, finalement , de mieux se les approprier. Cette méthode s’avère en fait plus efficace que celle qui privilégierait un long discours, ou même un schéma. Les professeurs y gagnent, dans la mesure où ils en tirent un gain de temps certain, qui leur permet d’approfondir d’autres points ou de consacrer leur attention à des élèves qui en ont besoin.

Les simulations s’avèrent particulièrement utiles aussi dans le cadre des révisions. Moyennant un accès à internet, l’élève qui revoit son cours pourra se livrer à de nouvelles simulations, en travaillant justement sur de nouveaux paramètres, de manière à réduire systématiquement la marge d’incertitude inhérente à la matière.

Enfin, au cours des examens, les élèves pourront s’appuyer sur les simulations pour vérifier la cohérence de leurs raisonnements… même si, dans la pratique, la méthode n’est pas appliquée, alors même que la physique demeure avant tout une matière empirique ( !).

Une fois ces constats établis, demandons-nous quelle place concrète donner aux simulations numériques, pour qu’elles permettent de réhabiliter l’observation et l’expérimentation dans l’enseignement des sciences empiriques, en particulier dans le domaine de la physique.

Donner toute leur place aux simulations interactives

Pour qui veut voir à quoi ressemble une simulation numérique en physique, il suffit d’aller sur internet ! Où de nombreux exemples sont en accès libre. Saluons en particulier l’impressionnant travail du précurseur Jean-Jacques Rousseau, professeur à l’Université du Mans, qui alimente depuis plus de 20 ans ce site avec 620 expériences classiques de physique gratuites, paramétrables et téléchargeables librement.

Ensuite, plusieurs chaînes YouTube de qualité (références 23 et 4) ont quant à elles réussi le pari de proposer un contenu attractif et séduisant , sans pécher par excès de rigueur sur les explications. Ces animations semblent répondre à un besoin d’émerveillement que la science peut combler, à condition de se hisser à la hauteur des exigences visuelles de notre société dans laquelle la vidéo tient désormais une place centrale.

D’un point de vue environnemental enfin, si les simulations peuvent sembler illimitées, il conviendrait cependant de sensibiliser aux ressources qu’elles consomment de manière dérivée – la conservation anarchique des données par exemple.

Favoriser la participation des élèves par le numérique ?

Les simulations peuvent aussi aider les élèves à mieux participer en classe, et à prendre une part plus active au processus d’apprentissage. Certains professeurs vont même jusqu’à laisser les étudiants expérimenter les simulations, avant même d’en expliquer les tenants et les aboutissants, pour les amener précisément à découvrir les lois sous-jacentes aux processus physiques étudiés. Les élèves travaillent le plus souvent en petits groupes autour d’une simulation, sous l’égide du professeur.

Le support numérique permet, par ailleurs, de voter quand le professeur cherche à vérifier si une notion pose problème aux élèves en termes d’acquisition des connaissances. C’est donc aussi un moyen mis au service de l’évaluation des enseignements.

En rendant tangibles des notions qui, jusqu’ici, ont requis une forte capacité d’abstraction des élèves ou l’accès à un matériel coûteux, les simulations offrent au plus grand nombre la possibilité d’accéder à la complexité du monde qui nous entoure. Elles permettent aussi de poser un regard neuf sur les objets et les situations du quotidien…

Inès Vincent

 

 

Sélection de ressources numériques :

1- Banque de 620 simulations interactives, gratuites et téléchargeables http ://ressources.univ-lemans.fr/  ou encore https ://www.myphysicslab.com/index-en.html

2- Blog de David Louapre https ://sciencetonnante.wordpress.com contenant le code de ses simulations et les vidéos de sa chaîne YouTube du même nom

3- Autre chaîne YouTube  J’m’énerve pas, j’explique avec quelques animations très ambitieuses et soignées

4- Chaîne généraliste YouTube de sciences et réflexions diverses en anglais VSauce

 

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