Placer l'élève en position active pour obtenir des résultats

Par ex placer l'élève en situation d'activité , méthodes à mettre en oeuvre, tableau à remplir, courbe à tracer, choix à faire, prévision.... utilisation (comme en TP) mais dans le domaine des théories en se fixant des objectifs divers mais en cohérence avec la simulation faite.

exemple1 : le cyclotron avec Interactive Physique
La visualisation de la trajectoire en corrélation avec l'Ec (par exemple) permet d'identifier les zones d'action de E et B, la modification d'un paramètre (E ou B ou ?)

exemple2 : les applets en optique
La modification d'un paramètre (a ou lambda ou D ou..) permet de discuter la relation donnant l'interfrange dans le modèle des trous d'Young.

exemple3 : étude du principe d'inertie
Si on utilise IP ( dont le plan de modélisation numérique est relié au niveau numérique par la 2ième loi de Newton ) il ne faut pas laisser croire que l'on va découvrir ce principe. Une activité en cohérence avec cet objectif suppose plutôt des situations qui vont permettre d'illustrer ce principe ou "découvrir" que le logiciel respecte le principe d'inertie ou fonctionne "bien".

exemple4 : étude de trajectoire
Si on utilise un logiciel qui trace des ellipses (à propos des lois de Kepler), la cohérence de l'activité impose de ne pas chercher à "établir" les lois de Képler.
Si on utilise une applet qui permet de tracer une parabole , il ne faut pas vouloir "démontrer" à partir des valeurs numériques restituées que la trajectoire est parabolique. Mais on peut toujours s'en servir ... pour étudier les propriétés des paraboles.

 

Construire un modèle

Les activités des élèves seront très différentes selon les logiciels et les modèles (explicites ou implicites) mis en jeu. Par exemple :

exemple1 : En optique   avec Raytrace

La construction d'un appareil ou l'étude de l'oeil par exemple peut faire l'objet d'une activité d'élaboration avec un objectif, avec ses choix, ses discussions, ses limites...(pour l'oeil choix du modèle dioptrique, une lentille pour le cristallin, étude d'un oeil trop ou pas assez profond et la correction avec des lentilles...

exemple2 : que construit-on avec un tableur comme Excel?    TOUT

L'activité débute par le choix du modèle théorique et ainsi par l'écriture de l'équation différentielle. Ensuite, la résolution nécessite des compétences spécifiques (à la programmation) sur le logiciel utilisé (excel par ex), mais aussi sur le détail de la méthode du calcul (Euler) par exemple. L'activité envisagée devra en tenir compte (apprentissage logiciel d'une part et discussion sur la valeur du pas de calcul d'autre part).
Avantage : le lien entre le niveau théorique et la simulation est clairement identifié, la théorie "descendant" naturellement dans le plan de la modélisation numérique ( puisque faisant réellement partie de l'activité)
Inconvénient : utilisable simplement dans les situations simples

exemple3 : que construit-on avec Stella      PRESQUE TOUT

L'activité débute par le choix du modèle théorique et ainsi par l'écriture de l'équation différentielle. Ensuite, la résolution nécessite des compétences plus réduites (à la programmation) sur le logiciel utilisé (stella par ex), mais encore sur le détail de la méthode du calcul (Euler) par exemple et le pas du calcul. L'élève est déchargé de la construction du modèle numérique mais peut lire le résultats de sa construction "symbolique". L'activité envisagée devra en tenir compte.
Avantage : le lien entre le niveau théorique et la simulation est encore clairement identifié, la théorie "descendant" ( mais un peu moins naturellement) dans le plan des représentations symboliques)
Inconvénient : le symbolisme pompe-réservoir est peu adapté à certaines grandeurs physiques

exemple4 : que construit-on avec IP         PRESQUE RIEN

En général le modèle est bien relié à la théorie mais c'est déjà fait par le logiciel quand l'élève travaille dans le plan des représentations; ceci ne nécessite pas de compétences sur le logiciel utilisé ( pour l'aspect programmation), mais oblige l'enseignant à un pointage très fort parce que caché au départ sur le détail de la méthode du calcul (Euler) par exemple et le pas du calcul.
Inconvénient : l'élève est déchargé de la construction du modèle numérique, et il peut ne pas voir ou oublier très vite le lien avec la théorie. L'activité envisagée devra en tenir compte.
Avantage : la construction de situation complexe est possible, avec des possibilités multiples et

notamment la possibilité de manipuler un modèle sans être ralenti par les difficultés d'ordre mathématique.

Manipuler un modèle

Avec IP ou RT mais à condition de bien préciser le modèle "caché" dans le logiciel. Dans ce cadre, la simulation est comprise dans un sens fort : la manipulation du modèle (issu de la théorie) permet un vrai travail d'investigation sur le fonctionnement dudit modèle.

exemple1 : Courbe de résonance mécanique

Le modèle testé est un oscillateur avec des forces en -k x et -h v, le poids et l'action d'un moteur M ayant ici un mouvement sinusoïdal. L'observation de la courbe donnant l'élongation de G en fonction du temps permet plusieurs analyse (influence de m, de k de h de la fréquence...).

L'analyse entre cause et effet ( par ex on modifie la valeur de k, de l'amortissement, ...) ne doit pas se contenter de l'observation de l'écran (la masse qui oscille plus ou moins, la courbe f(t)...) puisque ces deux représentations symboliques sont pilotées par le même calcul et le passage (type déductif) de l'un à l'autre n'a pas de sens. Il faut recréer les liens qui sont dépendants du modèle théorique si l'on veut que l'élève manipule réellement le modèle.

Le fonctionnement du modèle permet, en modifiant la fréquence, de relever la valeur maximale atteinte. Ensuite on trace la courbe de résonance sur papier millimétré, et pour des amortissements différents.

exemple2 : Relation entre les représentations

(richesse (trop) grande des écrans affichés )

Ces différentes représentations interviennent de plusieurs façons :

• soit on favorise l'apprentissage de la maîtrise de ces représentations ( vecteurs, courbes, passage de l'une à l'autre ....)
• soit une fois acquise, cette maîtrise des représentations permettra d'interpréter les résultats dans des situations plus complexes ( mise en évidence du glissement ou du roulement dans l'exemple des cylindres et de la plaque oscillante)

En fin de compte on favorise la recherche des grandeurs physiques les plus pertinentes, ou le choix du référentiel d'étude en mécanique avec IP.