Exemple 1 de modélisation numérique en SVT

Travail de Jean Cazes

Tester des hypothèses grâce à la modélisation du climat

Tester des hypothèses grâce à la modélisation du climat

Contexte :

En 3eme, à la suite d’un EPI (Physique/SVT/Techno).
Cet EPI a permis , grâce à la résolution d’énigmes météorologiques par des expériences simples, de mettre en place, collaborativement, les différentes pièces du mécanisme du climat (angle du soleil, mouvement de masse d’air et de masse d’eau, effet de serre, albedo, …)

Consigne :

Les élèves, pour tester les hypothèses formulées sur le fonctionnement de “la machine climatique terrestre”  sont invités à concevoir une modélisation numérique du climat de la Terre (ou de phénomènes météorologiques).
Chaque groupe est responsable d’une partie de ce modèle.

Organisation du travail en groupes
 

Pour réaliser leur modèle numérique les élèves peuvent utiliser Scratch ou Edu’Modèles.Analytique.

 Comparaison des deux outils de modélisation

Déroulement de la séquence :

• Rappel des mécanismes découverts (court questionnaire type Kahoot)
• Présentation de Edu’Modèle analytique au tableau, les élèves devant leurs ordis.
• Distribution des thèmes aux groupes (différenciation en fonction de la difficulté)
• Réalisation d’un schéma bilan / diagramme heuristique sur leur sujet pour trouver comment ils vont le coder.
• 30 min de la séance puis 1h de la suivante pour réaliser le modèle.

Exemple de productions d’élèves lors de la première expérimentation de cette séquence (fichier  à décompresser et à ouvrir ensuite avec Edu'Modèle): Modele Role de l'albedo

•  Codé grâce à Scratch (permet également d’apporter des réponses au projet de “panneau photovoltaïque avec suiveur solaire” en technologie )
  Video file
• Codé grâce à Edu’Modèle Analytique (fichier à télécharger puis à ouvrir depuis la web application )
  

La séquence se termine par une présentation des modèles et une discussion argumentée sur leurs défauts et leurs utilités possibles.

Cela permet de faire ressortir que :

• Modéliser c’est simplifier (Simplification mathématique): Et que donc l’expérimentateur fait des choix qui éloignent le modèle de la situation réelle.
• Modéliser permet de simuler des hypothèses … mais que pour tester ces modèles … il faut des mesures de terrains et donc des scientifiques qui ont les moyens de partir en mission.
• Un modèle qui fonctionne est capable de prévoir une variable à venir (Modèle prévisionnel)
• Faire un modèle qui prendrait en compte toutes les interactions entre les différents sous modèles induirait l’augmentation “exponentielle” de sa complexité :
  évocation des problèmes de quantifications des forçages, ce qui explique l’existence de plusieurs modèles pour une même théorie
  (Comparaison des prévisions de différents modèles météorologiques)
• (optionnel : “Ah !!! Mais ça sert à ça les maths en fait !!” )

 Amélioration possible :

• Faire réaliser un logigramme ou une représentation de l’algorithme sur papier avant ( le schéma bilan papier ne suffit pas )
• Fournir davantage de valeurs chiffrées.
• Augmenter la différenciation, plus d’aide et coups de pouce pour certains groupes.
• Faire des tutoriels en vidéo et donner des entraînements préparatoires simples à faire en classe inversée pour Edu’modèle analytique