Faire coder les élèves pour créer des modèles numériques

Un travail de Jean Cazes

Utiliser la modélisation numérique en SVT

Faire coder les élèves pour créer des modèles numériques

Les opportunités d’utiliser la modélisation comme technique expérimentale ne manquent pas en SVT.
On la retrouve dans des thèmes aussi variés que la dynamique des populations, la génétique, la biologie moléculaire, l’étude du climat et de la météo, l’immunologie, ...

On peut l’utiliser pour :

• Simuler un phénomène ou un système pour tester une hypothèse sur son fonctionnement.
• Prévoir ou tout du moins aborder, par la pratique, le sujet des modèles prévisionnels
• Expliquer un phénomène, cette fois-ci en utilisant le modèle comme un média clair et paramétrable permettant de montrer des phénomènes ou des systèmes “en action”. En les simplifiant ou en changeant leurs dimensions temporelles ou spatiales.

Jusque là pour créer des modélisations numériques, on pouvait utiliser les versions “éducation” de logiciel académiques ou professionnels, comme par exemple VensimPLE de Ventana systems (liens vers aides pédagogique)  ou PLE AnyLogic.

A installer sur les équipements numériques, ces logiciels sont très complets, mais complexes pour des élèves. Ces solutions présentent des inconvénients pédagogiques importants.

On peut désormais proposer d’autres solutions, en ligne et adaptées pédagogiquement aux élèves de collège et de lycée :

Edu’Modèles : un site de l’académie de Nice créé notamment par P. Cosentino. https://www.pedagogie.ac-nice.fr/svt/productions/edumodeles/

Ce site propose :

• Une “modélisation analytique” ( qui se rapproche ici de la modélisation par événements discrets.
  
  Une modélisation analytique
• Une “modélisation algorithmique” (qui se rapproche d’une modélisation par agents multiples)
  
  Une modélisation algorithmique
• Scratch (ou équivalent) :  Site de programmation par blocs.
  
  Scratch

Note :
La création de modèles numériques par les élèves requiert de leur part une première phase de transformation de leur idée en règles avec lesquelles ils pourront modéliser leur système. Chacune des applications utilisent des manières différentes de coder ces règles mais ce sont toujours des algorithmes, c’est à dire une suite d’instructions parmi lesquelles on retrouve généralement :
- Les entrées : des évènements (“appui sur une touche”) ou des variables (“l’intensité au départ est de 2000 lux”) qui s’injectent dans les opérations de l’algorithme
- Les sorties : idem, mais obtenus grâce au fonctionnement de l’algorithme (“la plante meurt” ou “la température sera de 28°C”)
- Des instructions : des actions simples comme “multiplier par ” ou “déplacer de “ ou “faire disparaître” ...
- Des fonctions : des courtes séries d’instructions (comme des petits morceaux de ‘codes’ ) réutilisables dans l’algorithme principal)
- Des boucles: des fonctions qui opèrent répétitivement les mêmes instructions.
“multiplier le nombre de bactéries par 2 chaque tour”)
- Des conditions: des fonctions qui opèrent une série d’instructions à condition que certaines conditions soient remplies (“SI la température passe sous 0°C ALORS colorer l’arbre en bleu et soustraire 3 à la variable point de vie de cet arbre”)
Vos élèves peuvent s’inspirer de ce qu’ils peuvent avoir découvert en Technologie pour symboliser les algorithmes : un logigramme.
logigramme

Exemples de création de modèles numériques par les élèves

• Tester des hypothèses grâce à la modélisation du climat et aborder l’origine de l’incertitude des modèles prévisionnels - 3ème : 1er exemple.
• Expliquer un problème sanitaire actuel grâce à la modélisation de la résistance bactérienne aux antibiotiques - 3eme : 2ème exemple.