Constitution de la simulation

Les 3 niveaux

Un environnement de simulation est constitué de plusieurs volets :

• un module informatique (niveau numérique) qui calcule à partir de principes (connus ou inconnus de l'utilisateur),
• une interface graphique (niveau des représentations) regroupant les représentations symboliques (les schémas électriques, les schémas de ressorts... ainsi que les résultats des calculs (sous formes de tableaux de nombres ou de représentations graphiques),
• et quelquefois un niveau supplémentaire (niveau des représentations "réalistes") qui permet "d'animer" une représentation toujours symbolique mais plus réaliste du modèle utilisé (ressort en oscillation, schéma de lampe qui clignote...)

Les spécificités de la modélisation numérique

Le programme (informatique) intégré dans le logiciel est bâti à partir des modèles théoriques qui peuvent être très différents (pour la "même" simulation).

• soit à partir d'une loi "intégrée", donc un environnement fermé prévu pour une situation donnée (comme par exemple le mouvement d'un objet autour d'une planète : la loi de Képler est à l'origine du calcul du programme informatique)
• soit à partir de l'équation différentielle ou des équations élémentaires correspondant au modèle (comme par exemple le calcul d'intégration numérique à partir des lois d'attraction universelle en 1/r² et de la 2ième loi de Newton pour l'exemple précédent)

Selon le cas utilisé, les compétences nécessaires seront très différentes, avec notamment dans le deuxième cas une influence non négligeable de compétences nouvelles, hors du champ habituel de la physique.
Ainsi, l'exemple ci-dessous montre l'importance du choix du pas de calcul. Dans la figure (1) l'utilisateur modélise des rebonds d'une bille sur un support. Dans la figure (2), une augmentation du pas de calcul rend le support "transparent" à la bille, alors que dans la figure (3) ce même pas de calcul permet le rebond à condition d'épaissir le support.

Figure (1)	Figure (2)	Figure (3)

 

Les spécificités des représentations symboliques

(Passer sur l'image avec le curseur de la souris)

Les résultats des calculs sont affichés sous forme de tableaux ou de courbes représentatives, et quelquefois sous forme animée (plus réaliste). La mise en relation de ces différentes représentations , dans lesquelles le temps intervient est sans doute très riche pour la compréhension du fonctionnement du modèle (voir le cyclotron et les régions où il y a gain d'Ec) ( ou exemple en mécanique avec x, vx, vy, Ec, Ep...)  

Dans tous les cas il ne faudra pas sous-estimer :

• l'apparition de compétences nouvelles ( calcul d'intégration numérique, connaissance du "moteur de calcul" de chaque logiciel, passage d'une représentation à l'autre pour l'étude des résultats...)
• l'adaptation des explications à donner selon le niveau des élèves