MODELES ET SIMULATION
ACTES
DES IXemes JOURNEES INTERNATIONALES
SUR L'EDUCATION SCIENTIFIQUE.
CENTRE JEAN FRANCO
CHAMONIX, 1987
Jean Pierre ASTOLFI
Jean CHA BAL
Michel CHARLES
Cécile DE BUEGER
Charles DE CARLINI
Maurice FAY
Caries
FURIO-MAS
Daniel GIL-PEREZ
André GIORDAN
Gérald GOY
Victor HOST
Daniel JACOBI
Annette KRAKOWSKI
Arlette MALOISEL
Jean-Louis MARTINAND
Giuseppe MARUCCI
Robert MARCELLIN
Jacques MATHIEU
Anne-Nelly
PERRET-CLERMONT
Maïtena RONCIN
Christian SOUCHON
Alain TEXIER
André TIBERGHIEN
Francesco TONUCCI
Jacques TOUSSAINT
VINH BANG
Roger VIOVY
Annick WEIL-BARAIS
LN.R.P. - Aster, Paris
LN.R.P., Paris
C.N.R.S. - Formation, Paris
Université de Louvain
L.D.E.S. - Université de Genève
C.N.D.P., Paris
Université de Valence
Université de Valence et Barcelone
L.D.E.S. - Université de Genève
Observatoire et L.D.E.S. - U. de Genève
Président A.P.D.R.S., Paris
LN.P.SA - Dijon
Lycée Claude Monet, Paris
Lycée Berlioz, Paris
Université Paris-Sud et L.I.R.E.S.P.T.
Ministère de l'Education, Rome
Ligue de l'enseignement, Paris
Université de Rouen et CESTA
Université de Neuchâtel
Lycée François Villon, Paris
UER de Didactique - Université Paris 7
CNDP, Paris
L.I.R.E.S.P.T. - Université Paris 7
C.N.R. - Rome
I.N.R.P. -
Aster, Paris
Université de Genève
E.N.S. Saint-Cloud
Université Paris VIII
UER de Didactique des Disciplines Couloir 45-46 - 1er étage
2, Place Jussieu 75005 PARIS Tél. : 46-34-62-10
Coordlnlltlon
sclsntlflque
André GIORDAN et Jean-Louis MARTINAND
Orgllrllslltion
Christian SOUCHON Charles De CARLINI Michel CHARLESSQCr6tllrlilt
Nicole GILLET Jocelyne GREGOIRE JoëlleHUY
lt!.ccueli
Maïtena RONC!N RaülGAGLIARDI
Jeanine GUYON Tova MADSENEDEN - Université Paris
7
L.D.E.S. - Université de Genève C.N.R.S. - Formation
Université Paris
7
Université Paris 6 C.N.R.S. - Formation
Lycée François Villon
L.D.E.S. - Université de Genève Lycée Saint-Quentin
de l'audiovisuel d'entretien.
RGliltions
IIV&C
III
pr6sse
et
I&s 6dlt~wrsChristian SOUCHON
Orgllnlslltlon
des
<posltlons
<at
d~upr6silint61tlons
Inlcrmlltlqu&s
et
lIudlovlsu&lIes
Christian NIDEGGER L.D.E.S. - Université de Genève Paolo FRIGNANI et l'Equipe de l'A. U.V.!. - Université de Genève
WDcy <§]l!1l@QM~<y(fùlfiJ8 1iu~1P;<Y11'@<YI/IJil<YIlùQ
Le Centre Jean Franco (Tél. 50 53 17 48) est dans sa totalité
à
la disposition du colloque La DirectionL'Intendance Les services :
- d'accueil et hébergement - de restauration et de cuisine
ABDELJABBAR ACOSTA BONO AIGON ALBADALEJO ALCHER ALLIN PFISTER ANTIIHANI ANTOINE ANY -{;BAYERE ARCA ASTOLFI AVANZI BAHI COLOHER BAILLET BALHELLI BARBARIA BAHBIERI BARGELLINI BAUMARD BEAUFILS BELIN BENAMAR BEULZE BERNARDIN1 BEVILLE BLANCH i COLAT BLANCHET BLONDEL BONNET BOPP BORNANCIN BOSC BOURLES BRUNEAUX DE BUEGER BUGADA CAAMANO CABALLER CABANNE CALANDE CAMELLINI CAMPDELACREU CASAS CAMUS CANAL DE LEON CANIATO CARLESI HANUSARDI CARLIN1 (de) CARTANA PONS CASTELLS CASSAN CAVALLINI CAVOURA CHABAL CHEZEAU CHOMAT Haâti Pilar Maryse Carmen Marc Anne-Claude Rosanna Harc Sahou Haria Jean-pierre Paul Maria Anne-Marie Ermes Patricia Giulia Alberto Jean-Harie Daniel Pierre Aicha Harie-Louise Paola Gilbert Con sol Alex F. Marie Claude J. François Bernadette Jacques Claude Michel Cécile Catherine Aureli Maria Jesus Anny Guy Anna Luisa Carme Claude Pedro Jocelyne Ludovica Charles José Marina Suzanne Graziano Théodora Jean Nicole Alain
Ecole Normale Supérieure - Casablanca - Haroc Centre de Naturaleza - Séville - Espagne Col. Les Aiguerelles - Montpellier - France Univ. Politecnica Catalunya - Barcelone - Esp.
Ecole de soins infirmiers - Lausanne - Suisse Universita "La Sapienza" - Rome -Italie
Ecole Normale de Cergy - Pontoise - France Inst. Pédag. Ens. Technique - Abidjan - C.d'Ivoire
Universita IILa Sapienzafl
- Rome - Italie
INRP - Paris - France
Direction ZOPI - Vevey - Suisse "Escuela d'Aduts"-La Bisbal - Espagne BELP - Fes - Maroc
Scuela magistrale - Locarno - Suisse Musée BARLA - Nice - France
IRRSAE - Lcmbardis - Milan - Italie Dep. di Chim. e Chim. Ind.
UCG CEREDIS - Angers - France INRP - DP5 - Montrouge - France
UFR des Sciences et Techniques - Tours - France Ministère de l'Education Nationale - Algérie Ecole Normale - Quimper - France
Université de Pavie - Pavie - Italie Cercle Int. D'Etudes Ludiques - France
Escuela Univ. deI Professorat d'EGB - Barcelone E. FPSE - UNi II - Genève - Suisse
INRP - Montrouge - France
Ecole Normale - Cergy Pontoise - France Observatoire de Genève - Suisse Ecole Normale - France
CNDP - SCPP - Montrouge - France IPSA - UCO - Angers - Franve IUT - Ville d'Avray - France Université de Louvain - Belgique Les Enfants de Pasteur
Vniv. Politècnica de Catalunya - Barcelone - EsP. Col. J. B. de Bùnol - Valencia - Espagne
Col. G. de Maupassant - Limoges - France Institut St Anne - Belgique
Instituto Magistrale - Milan - Italie Escuela Thau - Barcelone - Italie E.N.H. - Lons-le-Saunier - France E.U. Magisterio - Seville - Espagne
I.T.I.S. - Milan - Italie
Collège de Candolle - Genève - Suisse Univ. de Maestro - Girona - E$pagne Université de Barcelone - ~spagne
Tour St Hartin - Montpellier - France Istituto. de Physica - Milan - Italie Grèce.
INRP - DP3 - Paris - France FSP - Hulhouse - France
Col. A. Fournier - Clamart - France
CISSE CIVANTOS GUARDA CLEMENT CLlVAZ COELHO COLLETTE CORN CORNER CORROYER COSTA GIL COUDERC COURTLAL COUTERET CRABOL CRAMPES CREHEIII FAVERO DEBUISSON DENZLER DEPRESSEUX DESAUTELS DESCOTES DESCOTES DESECURES DESRUES DEUNFF DEVELAY DOllY DOERELl DOERELl DOZIO DROlJllARD DRùlJIN DRURE DUROC DUBOIS DUGAST DUMONT DUNY DUPIN DUPONT DURAN GILARERT DUREY ELBIN ESCALAS ESCAUT ESGALHADO-RERORDAO FAY FEUILLET FIGA FOUCART FOURNIER FRIEMEL FRIEMEL FURIO-MAS GAGLIARDI GAGLIARDI Zeini Laura Pierre Patricia Suzana Michel Thierry Nicole Denis Rafel Hélène Jt:'an-Pierre Patrice Jean Michel Anna J-Christophe Martial J-Claude Jacques Michel Sophie J-Pierre Hubert Jeannine Michel Alain Arlette J-Pi,:'rre Ed~ J-Philippe A-Marie Roland Claude Nicole J-Maurice Marcel André J- Jacques Miche11e Hortensia Alain Bernard M-Térésa André Ana Maurice Sylvie Nuri Alain A-Marie Françoise Edouard Carles Marta Raul
Colegi L'Esclat. - Barcelone - Espagne
.Université Lyon 1. France
Ecole d'Infirmières,- Fribourg - Suisse Brési l
Ecole Normale - Orléans - France
Lycée Descartes - Antony - Univ. Paris 7. France CNDP - Paris - France
Université Paris V - France
Colegi Infant Jesus - Barcelone - Espagne IDEN - Paris - france
Centre de Sociologie - Ec. des Mines - Paris - F. Université Paris 7 - France
IUT de Ville d'Avray - France
SYSECA TEMPS REEL - Saint-Cloud - France Liceo Scientifico - Italie
Lycée Vaucansen - Grenoble - France CO Bois - Caran - Suisse
Centre de recherches Cycloton - Liège - Belgique Université Laval - Québec - Canada
Lycée Shuman - Metz - France Lycée Shuman - Metz - France ACTA - Paris - France
Edition L'Argonaute - Paris - France
Education Nationale - Paris - France
E.N.M. - Bourg-en-Bresse - France
Musée Barla - Nice - France
Ecole Henry Dunant - Genève - Suisse
Collège de Saussure - Petit Lancy - Suisse
Université Paris 7 - France Lycée de Corbeil - Corbeil - France BELIN Editions - Paris
Université Pierre et Marie Curie - Paris - France
Collège Coodorcet - Paris - France
UCD CEREDIS - Angers - France
Collège Robespierre - St Etienne du Rouvray - F. Ecole Normale Mixte - Bourg - France
Université de Provence - Marseille - France Lycée F. Villon - Paris - France
Escola Univ. dei Professorat EGB - Barcelone- Esp. ENS Saint-Cloud - France
Escola de Mestres - Barcelone - Espagne Lab. Microscopie et structure des Matériaux - F. Université de Lisbonne - Espagne
CNDP/SCPP Montrouge - France
Maison de la Nature - Boulogne - France
Centre Educat. "Les Alzines" - Girona - Espagne
Académie de Créteil - France
Collège de Candolle - Cenève - Suisse CHU Henri Mondor - Créteil - France
Université PaLis 8 - St D~nis - France
Fac. Filosofia y Ciencias Educ. Valencia -Esp. Séminario Didattico - Naples - Italie
GARDEL! DANESI GARCIA GAUTIER GAVIDA CATALAN GEU DE ClURANA GENIN GlACOIŒTTI GIL-PEREZ GINGINS GIORDAN GIORDANO GIOSUE GIRAULT GOFFARD GOLD i GORMAZ GOY GRABULEDA HUGAS GRANER GRUET GUICHARD GUIDONI GU ILLE GUILLEN GUILLON GUYON HERNANDEZ PEREZ HOST
HUBERT VAN BLYENBURGH HUVE HUYNEN IZQUlEROO JACOB JACOBI JAQUET JAUME JOHSUA JOURNEAUX JUAREZ-CALDERON KALANTZI STERGIOPOULOU LANCIANO LANGANEY LAPOIX LARCHER LAROCHELLE LASSARAT LAURENT LAUZON Bernard LE BROZEC LEBRUN LECOQ LEFEVRE LEPRE LEROY LETANG LEVEQUE LLIBOUTRY LLITJOS VlZA ~ofia Hector Gérard Valentin Anna Maria Christiane Jacqueline Daniel François André Enrica Francesca Yves Monique Guillermo Gérald Jaume Maryse Florence Jack Paolo Maryse Enrique Alain Jeanine Juan Victor Ninian Jean-Louis Anne-Marie Mercè Henriette Daniel Jean-Michel Morales Samuel Roger José Manuel Nikoletta Nicoletta André François Claudine Marie Michel Sabine Renée Marcel Catherine Richard Anna Claude Guy Louis Anna
Centre Eur. d'Education - Mont Dauphin - France
Mexique
ANSTJ - Ris-Orangis - France
Centro de Profesores - Valence - Espagne
Universitaria de Maestros - Girona - Espagne Université de Provence - Marseille - France
Ecole Jean Piaget - Genève - Suisse Universitat Autonoma - Barcelone - Espagne Dép. de l'Instruction Publique - Lausanne - Suisse 'LDES - IINI II - Genève - Suisse
Istituto de Fisica - Milan - Italie Université de Neuchâtel - Suisse Parc Zoologique de Paris - France Lycée Henri IV - Paris - France
Esc. Univ. deI Professorat d'EGB - Barcelone - Esp. Observatoire de Genève - Suisse
Col. Legi Viaro - Barcelone - Espagne
"Les Enfants de Pasteurll Besancon - France
EPEL Ecublens - Lausanne - Suisse
Cité de Sciences de la Villette - Paris - France Seminario Didattico Fac. di Scienze - Naples It. ENM - Cergy Pontoise - France
Col. "San Juan Bosco" - Valencia - Espagne Lycée G. de Nerval - Luzarches - France Lycée H. Martin - St Quentin - France
Centro de Profesores (CEP) - Valencia - Espagne INRP - Paris - France
Université de Genève - Suisse
Université Paris VI - France
Université de Louvain la Neuve - Belgique Univ. Autonoma de Barcelona - Espagne Collège de Genève - Suisse
INPSA - Dijon - France
Dép. de Géologie Uni. - Genève - Suisse ICE - UPC - Barcelone - Espagne. Faculté de Luminy - Marseille - France E.N.S. - Saint-Cloud - France
Mexique Grèce
Université de Rome - Italie
Université de Genève - Suisse
Muséum Nat. d'Histoire Naturelle - Paris - France
LIRESPT - Univ. Paris 7 - France
Fac. des Sciences de l'Educ. - Québec - Canada
Collège A. France - Marseille - France
Ecole Normale - Quimper - France
Université Catholique de Louvain - Belgique Lycée Corneille - Rouen - France
Université Paul Sabatier - Toulouse - France
Univ. "La Sapienza" - Rome - Italie
Institut Marcel Rivière MGEN - France CEHAGREF - Antony - France
Université de Grenoble l - France
Esc. Univers. de F.P. d'EGB - Barcelone - Esp.
,LLOBERA JIMENEZ LLOPIS LLORENS MOLINA LOCQUENEUX LOUICHE LOUIS MACEDO de BURGHI HADEYSKI MAGOS MALAN DAIN MALOISEL MLUHALER MARTIN MARTINMD MARTI NEZ MARTINEZ OROZ MARUCCI MARZER MASSA MATTEIS (de) MAURINES MAXWELL MAZZOU MEHEUT MEIN MINOTTI MODELLl MONNIER MON lOT MOTTIER ND lAYE NIDEC;CER NOEL NOULARD NUSSBAUM OLIVIER OSTINI OBERLIN PACAULT PARDILLA MARCOS PARIS AMESTOY PETERFALVI PETIT PETROFF PEVERELLI PILLOUD POCHON PORLAN ARIZA PRIVAT PROVERBIO PROVOST PUGLI ESE JONA RACCAH RAFEL RAICHVARG RAQUILLET Rosa Rafael Juan Antonio Robert Jacqueline Claudine Beatriz Cristina Liliane Jean-Louis Arlette Frédéric Christiane Jean-Louis Angel Carmen Giuseppe Josiane Benedetta Marie Grazia Laurence Sigurd Paolo Hattiae Mar ie-Thérèse Roberto Alessandra Michèle Henri Jean-Dani,~.1 "'~-.;iooJ.-"J Christian Dominique Paule Pierre Alain Marino Anne Adolphe Victor Mary Brigitte Serge André Jean Louis J-Jacques Jacqueline Rafael Marinette Edouarda Sylvie Silvia Pierre Yves Josep Daniel Michel
Université de Barcelone - Espagne Univ. Politénic de Valencia - Espagne Centro de Profesores - Valencia - Espagne Université de Lille l - France
Ministère de l'Agriculture - France
"Les Alligators Connnunicateurs - Paris - France
Laboratorio de ciencias - Montévidéo - Uruguay LiceoArtiscti~Trevise - Italie
FAO -OMS - UNICEF. BELC - Paris - France
Lycée 8erlioz - Vincennes - France Ecole d'Illgéniaurs - 8ienne - Suisse
Ec. Sup. d'Enseign_ Infirmier - Lauzanne - Suisse LIRESPT - Université Paris XI - France
Col. Vicente Alexandre - Cadiz - Espagne Min. Pubbl. Istr. Rome - Italie
Collège des Comombières - Versoix - Suisse Université de Genova - Genova - Italie Scuola Media Stalate - Rome - Italie LDPES - Université Paris 7 - France
Col. Claparede - Genève - Suisse Ecole Elémentaire - Rome - Italie
Lycée E. Delacroix - Maisons-ALfort - France ENI - Lyon - France
Scuola Magistrale - Locarno - Suisse ITSOS - Milan - Italie
Ecole d'Infirmières - Fribourg - Suisse Iniversité Paris 7 - Paris - France ESC Chateleine - Suisse
ENS - Dakar - Sénégal
LDES - FAPSE - UNI Genève - Suisse
Col. Marie Thérèse - Grand Lancy - Genève - Suisse ICA FOC 8iol. Namur - Belgique
Collège du Marais - Genève - Suisse SNETAP - FEN - Paris - France CEMCAV - CHUV - Lausanne - Suisse
Musée Histoire Naturelle - Fribourg - Suisse Université de Bordeaux l - France
Centre de Naturaleza - Sevilla - Espagne LB. "Esplugues II'' - Barcelone - Espagne INRP - Paris - France
BELP - Casablanca - Maroc IUT de Ville d'Avray - France
Service Presse Université - Genève - Suisse
Gymnase Cantonal - Neuchâtel - Suisse
Ministère de la Recherche et de l'Ens. Sup. France. Escuela de Magisterio - Sevilla - Espagne
Observatoire Astronomique - Gagliari - Italie Lycée F. Buisson - Elbeuf - France
ITIS "C. Olivetti" - Turin - Italie CNRS - Conseil d'Etat - Paris - France LB. "CarIes Riba" - Barcelone - Espagne Ecole Normale - Livry Gragan - France CNAM - Paris - France
RAYNAUO REICH RElGOTA RELLIER RENAUD RICHE RICHER RIGAUX REVASI ROLFO RONCIN ROURA RIBAS ROVERO SAEGESSER SALAME SANMARTI PUIG SARRAZIN VILAS SCHAER SCRAPIRA SCHEIDECKER SCHLOSSER SCHNEEBERGER SCHUBAUER SCHUBAUER LEONI SCHWOB SABASTIANA SIMON IN SOLOMONlDOU SOUCHON SOU RD ILLAT SOUSSAN STARVE MAULE STAVRIDOU STEINER SURREL TAOJEDOINE TATIN TEX 1ER TH1IlAULT TIBERGHIEN TORDJMAN TOUSSAINT TRELLU UEBERSCHLAG VAISSE VAN KLAVAREN VERDETTI VESLIN VERIN VIARD VILAIN VIOVY VITALE VITTECOQ VITULANO VOIGNER VUILLEUMIER Jeanne-Marie K. Helmut Marcos Christian Monique Nicole Jean Claude Michèle André Maïtena Roser Giovanna François Maoom Neus Liliane Jean-Pierre Anca-Lucia Myriam Christ ian Patricia Richard Maria Luisa Monique Lai Guy Christine Christian Frédéric Georges Irena Hélène Janine Josette Mireille Josiane Alain Janine Andrée Nathalie Jacques Jean-Louis Josette Jean-Luc Patrick Françoise Jean Anne Jérôme Claude Roger Bruno Marie Laure Gennaro Bernard
Collège Jea.l.~ l'elrin - Kremlin"t...iLêtre - France
Université d2 Fribourg - Suisse
Ministère de l'Education - Brasilia - Brésil CNAM - Paris - France
LISH - CNRS - Paris - France
Université Paris 7 - France
Lycée E. Cartan - La Tour du Pin - France CNOP - Montrouge - France
Centre Spatial de Toulouse - France Lycée François Villon - Paris - France Universitaria de Maestros - Girona - Espagne Lycée Leonardo do Vinci - Turin - Italie Centre de Recherches psychopédagogiques - Genève INRP - Montrouge - France
Univ. Autonoma de Barcelone - Espagne Ecole Normale - Limoges - France Collège Calvin - Genève - Suisse
Centre de Recherches Psychopédagogiques - Genève Faculté des Sciences - Nice - France
FOL de Seine Maritime - France Ecole Normale
Fac. de Psychologie et Sciences de l'Educ. - Genève Fac. de Psychologie et Sciences de l'Educ. - Genève
Nancy - France
Stazione Astronomica - Gagliari - Italie CSI - Paris - France
Grèce
Université Paris 7. - France CNAM - Paris - France Université Paris XI - France LDES - Univ. de Genève - Suisse Grèce
Ecole Henry Dunant - Genève - Suisse CEPEC - Lyon - France
ENS de Cachan - France
Education Permanente - Créteil - France CNOP - Montrouge - France
Université Pierre et Marie Curie - Paris - France Université Paris 7. - France
Maison de La Nature - Boulogne Billancourt - F. Ecole Normale du Loiret - Orléans - France Collège Louis Lumière - Marly le Roi - France CNOP - SCPP - Montrouge - France
FFC - Paris- France
Collè~ede Monte Carlo - Monaco CES Villeneuve - Grenoble - France Collège Villeneuve - Grenoble - France INRP - Paris - France
IUT - Grenoble - France
Université Pierre et Marie Curie - Paris - France
ENS - Saint-Cloud - France FPSE - Genève - Suisse
Parc Zoologique de Paris - France SMS - Rome - Italie
LDES - Université de Genève - Suisse
WIL-BARAIS WERKIlSS WOHLGROTH WORBE WOROfiOFF YANEZ MORENO YZIQUEL ZANA ZUlKERMANN ZUlKERMANN ZUBlZARRETA Annick Henry François J-Françoise Michel K. Carmen Monique Brigitte Jean-Luc Marie-Louise Isabel
.Université Paris 8 - France Genève - Suisse
Ecole Maternelle de la Rampe - Grenoble - France Université Ly~n 1 - France
Les Enfants de Pasteur Centre de Naturaleza - Espagne Ecole Normale Mixte - Quimper - France ENI St Germain en Laye - France
Collège de Staël - LDES - Genève - Suis.e Ecole Jean Piaget -LDES - Genève - Suisse Ecole Primaire - Espagne
TABLE DES MATIERES
INTRODUCTION
PRESENTATION DES NEUVIEMES JOURNEES
15
- Modèles et Simulation: Une mode ou des outils pour la C.E.C.
A.Giordan 17
- Modèles et Simulation: En guise d'introduction
1.L. Martinand 33
SEANCES PLENIERES 45
• Les modèles spontanés dans la pensée commune et enfantine (S.P. 1)
A.Tiberghien, A. Well-Barais 47
- Premières notions sur la propagation des signaux: Analyse des difficultés des étudiants
L.Maurines 57
- Laconstruction de modèles spontanés chez l'enfant et le rôle de la simulation
A.Blanchet 63
- Les fonctions de la simulation dans les sciences et les techniques (S.P.2)
A.Texier, G.Goy 71
· Modélisation et simulation dans les études thermiques de systèmes spatiaux
A.Rolfo 77
• Modélisation et simulation en matière de neige
P. Beghin,F.Valla 85
- Imagerie moléculaire et modélisation
1.P. Doucet 91
- Petit glossaire méthodologique
L.Lliboutry 97
- Modélisation et apprentissage (S.P. 3)
1. Desautel, C. de Burgger 103
- Modèles particulaires et apprentissage de la modélisation au collège
M. Meheut,C.Larcher, A. Chomat, M. Barboux 105
- Structuration mathématique des représentations des élèves scientifiques a propos des grandeurs physiques vectorielles - C. Genin,A.Pellet,J.Michaud-Bonnet III - Différences entre "modèles spontanés", modèles enseignés et modèles scientifiques:
quelques implications didactiques - D. Gil-Perez 117 - De la modélisation
A.Pacault 123
COMMUNICATIONS ET ATELIERS 127
MODELES ET SIMULATIONS EN BIOLOGIE 129
- La synthèse des anticorps: évolution d'un modèle et transposition didactique
C. Vilain, 1. Pochon BI
- Prémodèles et modèles (personnels et historiques)àpropos du champ conceptuel de
respiration - A. Giordan 143
- Modèles cérébraux et comportementaux: approche historique et relations avec les modes
d'apprentissage· P. Clément, M. T. Mein 151
- Quelques activités de modélisationàl'école élémentaire
B. Bomancin 169
- Quelques éupes de la modélisation dans l'enseignement de la biologie cellulaire au lycée
A. Maloisel 179
- Modèles et simulation en physiologie respiratoire
F. Friemel 185
- Simulation d'expériences et contrôle du raisonnement: un exemple en endocrinologie
M. Dupont, N. Sala me 193
- Lamodélisation de la cinétique d'indicateurs radioactifs en médecine: applicationsà
l'étude de la circulation et du méubolisme du cerveau - lC. Depresseux 203 - Analyse par la méthode des mots associés du recours au concept de compartiment dans
les sciences de la vie - J.P. Courlial, j, Pochon,C.Vilain 209 - Sur base de croisements chez Sordaria Brevicollis, élaboration d'un modèle
A. Cheval, P. Manin·Noulard 217
- Observer des documents vidéo et/ou vivant en TP d'ethnologie7Présenution du
protocole de recherche - P. Clement, V. Ndiaye 223 - Les idées fausses induites parleschéma usuel de la circulation du sang
M. Roncin 231
- Un simple modèle prédateur/proie comme exemple de construction de modèles en logo
B~~
ru
- Un exemple de l'utilisation de la simulation pour l'étude des populations en biologie
M.j, Caballer Senabre 241
MODELES ET/OU SIMULATIONS EN PIJYSIQUE 247
· Modélisation et réalité en physique
J.Yiard 249
- Voir conune Ptolemée et penser comme Copernic
N.Lanciano 255
· Une approche e'f'<'rir'lenUk ,k ;" relativité
M.Lebrun 261
- "L'homme est la mes".re de toutes choses" ou les biais de la pensée commune
B, Vuilleumier 269
- "Modélisation" en physique et en mathématique
S.Johsua, j,j, Dupin 275
- Du phénomène rédàla modélisation
C.Rellier,F.Sourdillal 281
- Introduction d'un modèle particulaire au collège
C.Larcher,M.Meheut, A. Chomat, M. Barboux 287
· Modélisation par éupes : exemples de l'expérience d'Elihu Thomson
R.Journeaux,A.Durey 291
· Modèles de la lumière: les conceptions des étudiants de 1ère année universitaire
R.Lefevre, A. Escaut 297
- Apropos de modèles "spontanés" de phénomènes liésàla lumière
A.Esgalhado,J.Rebordao 303
- Le perçu et le représenté en acoustique
M.Raquillet 309
- Intéret de l'histoire dans l'analyse épistémologique des modèles en physique
R.Loqueneux 315
- L'ordinateur en sciences physiques: quelles simulations7
D, Beaufils, A. Durey,R.Joumeaux 321
MODELES ET/OU SIMULATIONS EN CHIMIE 329
- Le concept de réaction chimique
H, Stavridou 331
- Déficiences et apprentissage de modèles de représentations de Lewis
J. Quiles,R.L10pis 337
· Instabilité des conceptions alternatives des élèves du primaire et du secondaire sur le gaz
C.Furio-Mas, J. Hemandez·Perez 345
- Quelques travaux didactiques pour l'enseignement de la technologie en chimie au niveau
- Modèles de réactions chimiques pour des applications biomédicales ou physiologiques
P, Belin 361
- A propos de la distinction entre phénomène physique et phénomène chimique
C.Solomonidou,H Stavridou 367
- Démarche vécue de simulation en épistémologie et histoire de la chimie: la rupture
StahllLavoisier -M.Scheidecker, A, Duny 373
MODELES ET SIMULATION DANS LES MATHEMATIQUES 379
- Du rôle des transferts entre représentations: Perspectives pour une révolution de l'intelli-gence dans l'enseignement des mathématiques et dans le système éducatif - M, Dumont 381 - Modèles et simulation de Quoi? Réflexions épistémologiquesàpartir d'images
"paradoxales" - P, Couteret 393
- Sur quelles connaissances s'appuyer pour introduire les statistiques descriptives: compa-raison de séries de données par des enfants et des adultes - D, Corroyer, J, Mathieu 403 - Simulation de l'activité scientifique: le cas-limite de l'enseignement des mathématiques
J,P, Drouhard 409
MODELES ET/OU SIMULATIONS A PROPOS DES ETUDES DE
L'ENVIRONNEMENT 419
- Modèles en écologie: transposition didactique
C,Souchon 421
- Jeux de simulation et évaluation en éducation relativeàl'environnement
S, Gardeli 429
- Pour une méthodologie multidisciplinaire de l'étude du milieu
F.Lapoix 435
- Qu'est-ce que modéliser? L'exemple du modèle de l'écosystème urbain dans ses relations
aux pouvoirs et conflits -C.Leroy 441
- Quel modèle pour la réalité? Collaboration interdisciplinaire dans l'enseignement des sciences: une approche humaniste -LStarke-maule, B, Vuilleumier 447 - Le jeu de simulation, recours précieux en éducationàl'environnement
P, Acosta Bono, V, Pardilla Marcos, M_D.C. Yanez Moreno 451
MODELES ET/OU SIMULATIONS EN SITUATIONS LUDIQUES OU
PROFESSIONNELLES 457
- "De l'automate au robot" une expérience d'animation avec des pré-adolescents
J.t. Vaisse,R.Leveque 459
- "louer" avec des blocs de constructionàl'école normale primaire!
G. Calande 465
- Modélisation et simulation dans l'enseignement professionnel
A.Foucart 471
- Simulation économique: Kervalande
S. Descotes, M. Descotes 477
- Utilisation des jeux (débat, simulation, concours) : méùlOde d'enseignement
AL Schapira 483
- Cuisine et géologie modélisation de lave et de volcans: influence du dégagement des gaz
M, Roncin 489
- Modèles et simulation en situation muséologique pour les enfants
J. Guichard 493
SIMULATION INFORMATIQUE ET SYSTEMES-EXPERTS 499
- Du phénomène réelàla modélisation
C. Rellier, F. Sourdillat 501
- La simulation sur ordinateur dans l'enseignement des sciences physiques. Quelqnes
aspects didactiques - D. Beaufils, A, Durey,R.Journeaux 507 - Gène dans l'enseignement de la génétique
N, Hubert Van Blyenburgh 515
- Simulation, modèles et informatique en biologie
M, Dupont, N, Hubert Van Blyenburg 521
- Modélisation et enseignement assisté par ordinateur
1.Tatin 531
. Simulation de quelques phénomènes physiques
B.Vuilleumier 537
- Simulation du raisonnementparsystème expert
M. Renaud 543
- Le langage micro-dynamo : exemples d'utilisation pour la construction de modèles
écologiques -P.Van Klaveren 549
- Connaissance par modèles et modélisation par ordinateur
P. Gu idoni , M. Arca 555
- Utilisation de jeux de simulation en didactique de l'informatique et en animation
G. Gautier 561
ACTIVITE DE MOBILISATION ET CONSTRUCTION DU SAVOIR EN
SITUATION FORMELLE OU INFORMELLE 567
- Comparaisons, analogies et modèles dans les discours de vulgarisation scientifique
D. Jacobi 569
- Lamodélisation et les différents codes de représentation symboliqueàl'école élémentaire
M. Gagliardi 577
- Modèles enfantins et scientifiques pour la connaissance du vivant
M. Arca, P. Guidoni 5S5
- Stratégies de représentation et modèles d'interprétationàl'école primaire
P. Mazzoli 591
- L'épistémologie de la pensée du professeur: modèles sur la genèse des connaissances
R.Porlan Ariza 599
- Les rappons de l'opératoire et du figuratif dans les modèles spontanés et les modèles
savants· M. Develay 60S
- L'énigmatique
J.Desautels,B.Lauzon 611
- Des objectifs et dessrru~turesj,c',théories scientifiques
PY.Raccah 615
- Les repréS'''JtdlÜ>!l>dusavoirs~ièntifiquechez des adolescent-e-s québécois-e-s
M. Larochelie 627
- Sensibilisationà la réception critique des médias par la simulation des analyses de
contenus -JLMalandain 635
- La simulation dans l'apprentissage
N. Riche 639
- Le look historien: des modèles par inadveJ1ance aux modèles bien gérés - et faut-il les
avouer? - H. Moniot 645
• l.es modèles du professeur et leur gestion dans le contrat didactique
PRESENTATION DES NEUVIEMES JOURNEES
MODELES ET SIMULATION :UNE MODE OU DES OUTILS POUR
LA
C.E.C.
(COMMUNICATION,
EDUCATION,
CULTURE)
SCIENTIFIQUE
?
André GIORDAN
LDES Université de Genève
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Je ne pouvais démarrer ces journées, sans présenter quelques modèles pour poser les problèmes, ceux multiples de Degas pour sa danseuse, celui de Renoir dans l'ombre ...
ou encore une simulation, celle que réalisa le caricaturiste Quillembois
à
propos du célèbre tableau de Courbet, l'atelier où "on voit le peintre et son modèle.Ne vous méprenez surtout pas, vous ne vous êtes pas trompés de sujet, nous ne parlerons pas de peinture .... mais de "mode" cette année, à part que dans ce dernier domaine, il n'y a plus de modèles, mais des concepts 1
6·PLAN _
3" PLAN----,dr.IIl."::JJ.:::z;ii::':::ïioii~ 4"PLAN _
Tout cela pour dire que nous traiterons d'un sujet scientifique
à
la mode, ce qui ne veut pas dire de tout repos : les modèles et les simulations fleurissent dans tous les domaines de la science.On les rencontre déjà
à
l'école maternelle, cependant un grand nombre de flous, de manipulations, d'ambiguïtés flotte en la matière, et je nevoudrais pas que nous
repartions avec un concept
d idact iq ue devenu su bi te ment 2" PLAN
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"mou'. 1"PLAN - - - : : : : : : : : : : : : . : . . : . .. . ...J~~~::::::
Donc l'usage des modèles est l'une des caractéristiques de la pensée scientifique et industrielle contemporaine. Toutefois, depuis le modèle réduit, qui permet par exemple des études balistiques, le modèle mécanique qui reproduit les propriétés principales de l'objet étudié, le modèle cybernétique qui régule des mécanismes complexes, jusqu'au modèle stockastique, il y a un pas.
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Celui-ci peut devenir un fossé, si l'on compare un l1lcdèie logique et un modèle pratique pour maire qui souhaite augmenter ses taxes locale~.
Et
encore mes illustrations ne meltent l'accent que sur l'aspect figuratif des modèles.Il en est de même pour les simulations : depuis le célèbre canard de Vaucanson qui simulait la digestion et même la défécation, de multiples simulations sont générées, surtout avec le développemdnt des nouvelles technologies.
Bien sûr, l'armée en a fait son plat de résistance pour permettre
à
ses employés de s'entraîner en chambre.--"-
.
.
Cependant, au delà de cette communauté de vocable: modèle-simulation, leurs caractéristiques communes ne sont pas aisées
à
fixer, car il s'agit de procédés techniques en voie d'élaboration, et parce que leurs fonctions ne sont pas univoques : ce qui autorise tous les glissements de sens.En biologie, par exemple, modèle et théorie sont aujourd'hui confondus , et l'on fabrique une foule de modèles particuliers partiels,
à
portée limitée. En physique, la tendanca est plus unificatrice, et l'on parle souvent de modèle d'une théorie, quoique l'on ne dispose pas toujours de bases théoriques satisfaisantes, et c'est par la biais des conséquences concrètes des différents modèles qu'il est possible d'élaborer ces théories.Bref, c'est au milieu de ces contradictions et sans doute en termes de processus et d'interaction qu'il va falloir discuter. Aussi, je ne me risquerai pas à proposer un modèle de modèle.
Tout au plus, je dirai pour nourrir la discussion qu'il s'agit d'une construction hypothétique donc transitive présentant des propriétés d'autonomie, de cohérence et de pertinence par rapport
à
un problème traité qui procède d'un mécanisme réducteur.Son but est de rendre compte "au mieux" de la réalité et de la rendre intelligible. Pour cela, cette construction sélectionne et reproduit "in vitro" les éléments et les relations pertinents afin de générer des simulations pour la manipuler et des prévisions pour la corroborer ou l'infirmer expérimentalement .
ENU 1 RONNEMENT
éléments relations inte .... nes relations eHte .... nes mode d'emploi domaine de ualïdité
IlfoUESTI
ON TRA
ITÉE
Toutefois, le propos de ces journées n'est pas de faire un colloque de plus sur les modèles al la modélisation, sur les implications de la simulation dans le développement du savoir scientifique et technique. Notre projet est de cerner un certain nombra d'an jeux et d'intérêts pour la communication, l'éducation et la culture scientifiques et surtout promouvoir ce type de démarche.
1 • Enseigner l'art des modèles.
Bien sûr, l'intérêt das démarches de modélisation sont aujourd'hui reconnues dans un processus de production de savoir scientifique. Malheureusement, celles-ci sont le plus souvent absentes des pratiques de communication ou d'appropriation de savoir.
Nous avons consulté les programmes de différents pays pour préparer ces journées, nulle part nous avons trouvé des textes officiels mettant en valeur cette procédure. Ces objectifs n'apparaissent pas non plus, quand ceux-ci existent, dans les tableaux d'objectifs.
Au mieux, on se propose d'enseigner des modèles "tout faits", en se limitant chaque fois
à
une image conventionnelle. Cette non-participationà
l'élaboration de modèles se poursuit d'ailleursà
l'université, et même parfois au niveau de la recherche. d3i:S les sciences dites "dures ", où l'on se contente le plus souvent de fonctionner dans le cadre de paradigmes donnés.? ;---~PROTÉINEP .-..,:;.:;--- PROTÉINE +,rl
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PDGF ...~yActuellement, la modélisation et la simulation sont limitét:s à une petite minorité de scientifiques, pourtant, il s'agit d'une méthode utile et captivante : nous dirons même qu'il s'agit d'un outil de médiation privilégié entre un phénomène et sa représentation, car il autorise des réductions et se faisant une approche simplifiée du réel, tout en favorisant dès le plus jeune âge, les possibilités de sortir du monde des sensations
C'est pourquoi, nous croyons aujourd'hui nécessaire de faire ce plaidoyer sur l'intérêt éducatif et culturel de la modélisation et de la simulation, tout comme nous avions tenté, (il y a 15 ans déjà 1 ) de promouvoir la démarche expérimentale au sens strict. Ces deux finalités ne sont d'ailleurs aucunement contradictoires (comme certains le craignent notamment au niveau des travaux pratiques) mais complémentaires avec des caractéristiques et des mérites propres. Pour schématiser, la démarche expérimentale met en avant une attitude scientifique (curiosité, envie de rechercher, esprit critique, etc ... ) qui constituent pour vous le moteur de toute construction de savoir. La modélisation permet de développer des qualités de synthèse, d'explicitation, de prévision et même d'efficacité par rapport
à
un problème.D'ailleurs, plusieurs arguments nous encouragent dans cette voie
1. La pratique des modèles et de la simulation démythifie le fonctionnement des sciences et de certaines de leurs productions : la cellule, l'atome, la molécule, l'ADN, pour ne prendre que les plus célèbres d'entre eux, ne sont pas la réalité comme le croit le grand public et même certains enseignants scientifiques, mais des outils élaborés
à
des fins de description et de compréhension.Dans le même temps, cette pratique peut mettre en évidence mieux que d'autres les voies de la recherche :
- le côté arbitraire de certains postulats de base. - le rôle respectif des faits et des hypothèses. - le rôle médiateur des langages (symboliques ou non)
- et la place de l'interprétation dans toute tentative d'appréhension du réel.
Ces qualités peuvent s'avérer utiles dans une formation expérimentale qui nécessite une prise de recul. Elles facilitent le dépassement continuel du savoir dont nos sociétés ont tant besoin en ce moment,
à
condition que l'on sache mettre nos élèvesà
l'abri du "doute systématique".2. Ensuite, la pratique des modèles procède de mécanismes qui certes peuvent être rencontrés ailleurs mais qui rassemblés créent un effet de "synergie" original.
Il s'agit d'une démarche qui permet de matérialiser dans une structure, aux contours pas toujours délimités, des éléments, des relations internes et externes avec une loi de composition Interne (mode d'emploi), dont on doit
corroborer la cohérence et les conséquences.
Celte fixation peut favoriser la formalisation en la détachant de l'expérience immédiate. Elle oblige
à
sélectionner,à
hiérarchiser.à
expliciter les variables, les hypothèses , les raisonnements effectués. Elle facilite la compréhension en substituantà
un phénomène complexe, un système plus simple, présentant des similitudes. et dont les lois sont bien connues. Elle apparaît visualisable le plus souvent et permet surtout des extrapolations .3. Enfin, promouvoir les modèles. c'est également resituer la démarche expérimentale et renouveller le problème de la causalité. On n'est plus limité par une causalité strictement linéaire : une cause entrai ne un effet.
On peut envisager plus sereinement une approche des systèmes complexes, et même de ceux qui n'admettent pas toujours de solutions ou une seule solution. Le modèle devient un canevas qui se substitue à la complexité de la nature, pour un moment et pour une certaine efficacité ; c'est cette dernière qui lui donne d'ailleurs sa légitimité.
Nous ne concluerons cet inventaire sans rappeler brièvement le fait que les simulations par ordinateur démultiplient les possibilités expérimentales tout en permettant daborder
jes
ptü:,iümes longs, coûteux ou dangereux, ce qui est une autre façon d'enrichir les pratiques expérimentales, de renouveller certaines pratiques de laboratoire. pas toujours adéquates.2. Utilisations didactiques.
Sur le plan éducatif, il en résulte des idées originales : approximation, limites et domaine de validité ou encore multiciplicité des modèles et adaptation par rapport
à
un problèmeà
traiter.Toutefois, l'utilisation didactique de modèles pose toute une série de questions de communication :
1. Quels modèles utiliser
?
Faut-il en utiliser un seul ou plusieurs
?
Faut-il utiliser les modèles actuels de la science ? Faut-il les simplifier pour les rendre accessibles au risque de les dénaturer?
Faut-il rechercher des modèles historiques quand les actuels sont trop compliqués ou trop spécialisés?
Faut-il imaginer des modèlesà
des fins éducatives, détacher des modèles de la recherche?
Dans chaque cas, quelles transformations doit-on envisager, et surtout quelles adaptations doit-on entreprendre pour les faire "coller" aux questions, aux cadres de référence, au processus d'appropriation des apprenants.
2. Comment effectuer une didactique des modèles et de la simulation? Comment orienter la communication pour obtenir un travail effectif de symbolisation et éviter d'imposer
à
tous, une pensée présentéeà
priori par les scientifiques (parfuis pour résoudre d'autres problèmes), ou par le maître ou au mieux construite par le meilleur élève de la classe?
Comment passer d'unequestion où l'apprenant se trouve impliqué,
à
un système de relation généralisable ? A quelles conditions, l'apprenant peut·il s'approprier les instruments nécessaires (symbolisation, schématisations, etc... ) ?Schématiquement, voilà quelques unes des questions à débattre. Ce sont de telles questions pragmatiques de ce style que la recherche en didactique et épistémologie appliquée ne peuvent actuellement éluder, car nos craintes viennent des pratiques actuelles. Oans l'éducation obligatoire, voire même dans l'enseignement universitaire et surtout dans la vulgarisation, le modèle est généralement imposé de façon dogmatique, comme je l'ai indiqué au préalable.
Il apparaît comme une simple image de la réalité, en l'absence de toute opérationnalité. Dans la presque totalité des cas, le questionnement sous·jacent est court-circuité. les démarches ne sont pas détaillées, quant aux difficultés ou aux limites, elles sont complètement éludées. Si on les appuie parfois sur une présentation historique, celle·ci est simplement signalée, jamais développée, le contexte n'étant jamais analysé.
On transforme les sciences expérimentales en sciences exactes dont les modèles sont les axiomes de base à partir desquelles on "redécouvre" des propriétés qui ont été "illustrées expérimentalement".
Alors, quelles hypothèses didactiques simples peut-on avancer pour promouvoir la réflexion dans le domaine ?
Ne devrions·nous pas substituer aux modèles actuels plus ou moins "lyophilisés" qui présentent plus d'inconvénients que d'avantages, des modèles "didactiques" qui correspondent
à
une approximation suffisante et opératoire par rapport au problème traité, et surtout par rapport aux conceptions des apprenants ?Il Y a là un travail d'invention, dont l'éducation mais aussi la vulgarisation ont grandement besoin. Il y a là encore un travail d'adéquation car le choix de(s} modèle(s) doit faire face à un dilemme : le modèle doit être assez complexe pour rendre au mieux du phénomène et relativement simple pour être traité par l'apprenant. Il y a également un travail d'explicitation car le scientifique traditionnel risque de ne pas y reconnaître sa science .
::·r···4~
Tentatives de modélisations
au niveau des conceptions des
apprenants.
....
Quant aux pratiques d'enseignement, ou de communication, nous savons consciemment qu'il n'y a ni de ·voie royale", ni de recette infaillible en la matière. Sans doute ne faut-il pas poser le problème en terme d'opposition entre modèles spontanés et modèles scientifiques. On ne peut passer d'emblée de l'un
à
"autre car se sont souvent deux conceptions du monde qui s'opposent, avec chacune leur cohérence. Il semble souhaitable d'envisager plutôt un processus de transformation et d'étudier les conditions afférentes.Dès lors, il semble nécessaire d'imaginer et de tester des modèles didactiques qui soient des sortes de ·grappins· que le professeur, le vulgarisateur peut fournir pour aider "élève, l'étudiant ou encore le lecteur.
Il s'agit sans doute même de mettre en place des procédures originales et d'envisager des modèles en ·kits·,
à
·compartiments· ou des modèlesModélisations parallèles en fonction du problème
traité,
il
propos de la photosynthèse:
Essai de modélislItion sur
III
respiration à 10
ans_
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S\O\;;."'\4
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emboités qui permettent
à
l'étudiant de se situer dans les dimensions du problème, dans les questions traitées.On doit chercher également des situations pour faire fonctionner ces modèles, en situer leurs apports et leurs limites. On peut même envisager des contextes pour ameller les apprenants
à
jongler entre plusieurs modèles et mettre en évidence leurs adéquations respectives au problème.Surtout,
à
d'autres moments, il faut former le projet de créer un environnement pour leur faire fabriquer des modèles, et leur faire comparer leurs efficacités respectives en les confrontantà
d'autres età
la réalité.Sur chacun de ces points, tout un travail de décentration de la part des médiateurs, trop conditionnés par les modèles conventionnels ne pourra être résolu que par une formation adéquate.
3. Optimiser les modèles.
Pour conclure cet exposé introductif, nous réinsisterons sur l'importance d'une pratique des modèles et de la simulation car elle manifeste trop certaines des conditions les plus actuelles de l'investigation scientifique et industrielle . Il est nécessaire de ne pas attendre cinquante ans
avant
de la faire passer dans l'enseignement ou la vulgarisation.Toutefois, il est également nécessaire de se donner le temps, les moyens et les conditions pour que cette introduction soit fructueuse. Elle ne se fera pas spontanément et par réduction des modèles scientifiques actuels, comme l'avancent parfois les scientifiques eux-mêmes, du moins ceux qui n'ont pas réfléchi au problème de communication.
C'est
à
ce niveau que nous nous permettons de proposer un modèle, mais c'est un méta modèle pour trouver le "bon modèle didactique". Son projet est d'expliciter les qualités épistémologiques et didactiques attendues ainsi que toutes les contraintes quelles soient au niveau des élèves ou du nombre traité. Ensuite, il a la propriété de pouvoir être bricolé pour "terminer la route". Enfin, il souhaite sourtout promouvoir l'idée qu'il n'y a pas de modèle intrinsèque, son rôle est de constitue r un point d'appui mais il ne doit pas créer d'obstacle pour avancer dans la construction du savoir , ce qui est le cas des modèles qui réussissent trop bien, de plus celui-ci peut être multiple pour mettre en avant les différentes facettes du problème.Bref, il souhaite susciter l'idée que tout modèle doit être "optimisé" en fonction de différents paramètres divergents.
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MODELES ET SIMULATION : EN GUISE D'INTRODUCTION
Jean-Louis MARTINAND
LlRESPT
MODKLKS KT SIMULATION
Le thème modèles et simulation peut être pris au premier abord comme un effet de mode, permettant à chacun d'employer les deux termes, à tout propos et sans doute hors de propos, en les substituant à des mots plus adéquats pour une pensée plus précise. c'est un risque; mais le risque le plus grand serait de passer à côté des innombrables modèles que la biologie (fig. l et fig. 2), la chimie, la physique ou les sciences de l'univers nous proposent, de ne pas comprendre les démarches de la construction de l1IOdèles et de la simulation, pour en venir à prendre leurs produits comme la réalité elle-même. Le premier but de ces Journées est d'étendre et d'affiner notre connaissance.
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Figure 2 Le moaele de meme/ana en mosalCue fluide
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Denombteuses protémes membranalrBS sont
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Chaque molécule de phospholipide membtan",re esl o"enlés : sa ,tille poIa"e hydrophile esf en surlacede
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La plolelne majofltaite delamembfane plasmique du
globule rouge compone enVlfon130ecides emmés ;
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surfacedechaque ccllé delamembrane. ceNe prolélne est appelée glycophoune.
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CB·ll;Q DO" 005
ICI·JJI ICI·34.
Diodel de redressemenl au.ilidum.
QlIcl411Cl aspli:cls de dioJcs.
Figure 3
Mais notre préoccupat ion première est celle de l'enseignement et de la diffusion, de la réception et de l'apprentissage de la pensée scientifique. Or les modèles et la simulation font une entrée massive dans les contenus d'enseignement. dans la vulgarisation.
1.1 Prenons cOII..e exemple un objet maintenant présent en France de l'école primaire à l'Université : la diode à semiconducteur (fig. 3). Elle y apparaît d'abord comne un objet à manipuler. Son utilisation pratique en développe une expérience familière, qui, dans le cadre scolaire. débouche sur une connaissance que nous qualifierons de phénoménologique.
L'étude expérimentale de cet objet s'appuie et développe un concept essentiel: celui de caractéristique, qui résume ce qu'on sait du comportement du "dipôle" en termes de grsndeurs physiques, intensité de courant et différence de potentiel et qu'on représente habituellement graphiquement (fig. 4). Le constructeur fournit certains éléments sur les caractéristiques des objets qu'il fabrique et qu'il garantit (valeurs précises, conditions d'emploi voir fig. et 6). L'ensemble de ces connaissances sur l'objet et son fonc t ion,lelDent double donc la phénoménologie d'une sorte de phénoménotechnique. L'important ici est de bien voir qu'il y a déjà une connaissance très importante, efficace. descriptive et prévisionnelle, liée à des moyens de symbolisation. et co.nportant des concepts. une "loi" (la caractéristique>' Mais i l n' y a pas à propre,nent parler de modèle.
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Plan" silicon diod,s
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1N 914, A, B
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1'--. 1 .. Il.•
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~-+--t;..(
f -I 1 ; " ' -Figure 637
1.2 - Deux exigences indépendantes conduisent à modéliser à propos de cet ob jet.
- La première exigence est d'ordre pratique. Pour mieux maîtriser l'action, il s'agit de mieux dégager la fonction technique d'un tel objet, les conditions de son utilisation. On va alors procéder à une réduction opératoire, dont la trace graphique est visible sur la figure 7. Prenons le cas de la diode "passante". Chacun des quatre encadrés contient de gauche à droite un symbole de l'objet-diode, un schéma et une représentation graphique de "caractérist ique".
Les opérations de "modélisation" se lisent particulièrement bien sur les représentations graphiques puisque celui du bas à droite, anologue à celui de la figure 6 peut être considéré comme d'origine expérimentale et fait donc part ie de la "phénoménologie". Lorsqu'on parcourt ces représentat ions graphiques de bas en haut, on voit une succession de transformations qui sont des "abstract ions" de certaines part icularités de la courbe (linéarisation "par morceaux", redressement de la 2ème part ie de la courbe, effacement de la valeur Vd). Les schémas au centre des encadrés représentent l'interprétation du comportement de la diode en termes d'éléments idéaux équivalents ce sont précisélnent les schémas de modèles de la diode, à différents niveaux d'apprOltimation. On peut donc lire sur cette figure le mouvement de modélisation lui-même avec ses caractéristiques de pluralité et de pragmatisme.
Mais on peut être incité à modéliser pour de toutes autres raisons expliquer par des théories la forme ,nême de la caractéristique de l'objet (fig. 4), ou en tout cas une partie. C'est ce que fait la loi de Shockley (fig. 8), à partie de la théorie électronique des semiconducteurs elle-même application de la théorie quantique. 'lais pour y arriver une langue série d'hypothèses ont dû être posées elles correspondent en fait à des modélisations du matériau semiconducteur et de l'objet "jonction entre deuK semiconducteurs"
Il suffit d'étudier les électrons dans un cristal parfait.
n
suffit de faire comme si on avait un seul électron.On corrige la théorie des bandes d'énergie ainsi obtenue par la prise en compte des "impuretés" (tout-à-fait volontaires et contrôlées : ce sont les "donneurs" et les "accepteurs" de la fig.
8L
On considère que la loi de répartition de Boltzmann peut s'appliquer (pour représenter les effets de la température). La loi obtenue alors reproduit bien la loi expérimentale: on a un bon modèle explicatif.
DIODE PASSANTE
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I--~TROU~ v:j
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' - - - 'Bien sûr la distinction technique est provisoire il ultérieures s'entrelacent.
opérée entre visée scientifique et visée n'y a pas opposition, et les recherches
1.3 - L'exemple que nous avons présenté vise uniquement à poser plus concrètement q1lelques problèmes didactiques. Avant tout il importe d' ins ister dès maintenant sur l'existence de deux niveaux dont nous devons mieux concevoir la nature et les rapports.
Le niveau du "référellt empirique", c'est-à-dire celui des objets, des phénomènes, et de leur connaissance phénoménologique. Il y a bien une responsabilité de la didactique dans le choix, la définition du référent empirique: quels objets, quels phénomènes, quelles manipulations introduire en classe, et regrouper ensemble en un champ de familiarisation empirique pour les élèves? Quelles règles pour réussir les manipulations ? Quelles notions pour décrire les phénomènes, quelles lois empiriques?
- Le niveau des modèles construits sur ces référents, selon des exigences qui n'ont pas de solutions sur le premier niveau. Alors, quelles sont justement ces exigences, les problèmes, les visées? Quels sont les théories éventuelles, les outils symboliques utilisés? Quelles sont les significations construites, les conditions d'utilisation, le champ de validité du modèle ou des modèles S'intéresser à toutes ces questions, de manière approfondie, c'est ce que certains ont appelé par analogie sémantique, syntaxe et pragmatique de ces modè les.
En sciences expérimentales, une erreur fatale, mais courante dans l'enseignement ou l'histoire est de confondre ces deux nlveaux alors 'lu' ils doivent être explorés chacun pour soi et dans leur rapport. Il y a donc ici une exigence pour la recherche didactique que nous voulons exprimer avec toute la vigueur possible: que ce soit pour les décisions sur les contenus, l'étude des conduites des élèves, l'évaluation de l'enseignement, les choses sont moins simples qu'il ne nous parait à la suite d'une longue formation (et déformation)
à notre discipline. Ilne seule remarque en passant la phénoménologie attachée au référent empirique est évidemment affectée par l'emploi d'un modèle connu i il risque donc cie se produire, et on l'observe souvent en chimie par exemple, des clifférences importantes entre la "phénoménologie des élèves" (leurs représentat ions initiales des objets et phénomènes) et celle des professeurs, qui est en fait une phénoménologie savante s'appuyant sur le modèle.
[[.1 - Naus arrivons donc à ces IXèmes Journ~es avec des pr~occupations
didactiques pr~cises. Il ne peut s'agir de déterminer à la hâte quel est le meilleur modèle à enseigner, compte tenu de l'évolution des sciences et des techniques, ou Jes r~sultats de l'expérimentation didactique. Cela n'aurait Sllcun sens en Jehors J'une clarification des buts, des lIlOyens, des contraintes de l'enseignement et de l'apprentissage. Par contre, quelques lignes directrices ressortent
- Comment se présente le référent empirique dans un domaine ?
- Quelle peut É!tre la phénom~nologie init iale ? Quels sont ses rapports avec les repr~sentations premières des élèves ?
- Quels problèmes conduisent à mod~liser ?
- Comment fonctionne le modèle proposé? Que permet-il d'expliquer, de prévoir ? Quel est son domaine de validité ?
- En quoi cons is tent son exploration, son app lication, sa manipu lat ion expérimentale, que nous appelons simulation?
Quelles modifications entraine-t-il pour les représentations des phénomènes (la phénoménolagie attachée à un réf~rent empirique) ?
- Q"elle part les élèves peuvent-ils prendre à la construction ou au développement du modèle? Quelles sont les voies de l'appropriation?
Il. 2 - Il faut reconnaître que toutes ces questions sont fort peu posées dans l'enseignement. On se borne souvent à présenter les modèles comlDe s'ils étaient la vérité on discute parfois de la dernière vérité; on ne cherche pas à di Efuser les d~marches de mod~lisation.
Ces Journées de Chamonix s'inscrivent dans un long chemin pour redonner a"" modèles scientifiques dans l'~ducation et la culture toute leur force Ileuristique, mais aussi leur fragilité d'hypothèse. A l'étape o~ nous en sommes, nous ne savons d'ailleurs même pas si les attitudes, stratégies, méthodes à mettre en oeuvre, ont un caractère général, ou au contraire très spéc i fique à chaque domaine de la nature et de la technique.
Du moins quelques thèmes semblent se dégager, autour desquels ont ét~
construites les séances pleinières :
- Le thème des "~odèles spontanés", éventue llement i'Dpl ici tes dans la pensée commune et enfantine. 11 s'agit pour nous d'actualiser et llUrtout de réinterpréter les riches travaux sur les représentations, les explications, les conceptions, dans la perspective de l'enseignement-apprentissage de la modélisation; en se focalisant donc n>:)ins sur les produits - les modèles
-- Le thème de la simulation dan .. la science et la technique. Nous n'avon.. pas voulu poser au départ, comme un préalable, la question fatidique qu'est-ce qu'un modèle, qu'est-ce que modéliser 1 Ajouter un colloque de plus à
de très nombreux autres ne ferait pas beaucoup avancer, et à coup sûr différerait l'examen de nos problèmes, ceux de la didactique des I1'Ddèles. Par contre, en mettant en avant un aspect plus restreint, de l'ordre des démarches, nous aVons voulu poser encore une fois, comme constitutive de la didactique de nos disciplines, la question de la référence scientifique et technique. Voulant développer des act ivités de simulation à l'école, il est nécessaire de mieux connaître les fonctions, les méthodes, de la simulation dans les pratiques de la recherche ou de l'industrie c'est une condition des transpositions didactiques.
- Enfin, le thème des activités de modélisation et de simulat ion dans l'éducation et la communication scientifique. Quelles sont les tendances, les difficultés, les réussites aussi Déjà des recherches ont abouti à de premiers résultats. Nous pensons que les exposés qui en seront faits inciteront à
s'engager plus vigoureusement dans le patient travail d'élaboration, d'essai, d'expérimentation, d'évaluation qui seul nous permettra de dépasser la situation où chacun peut encore croire qu'il a trouvé la clé définitive.
REFERENCES
CHEVALLIER, F., Systèmes et modèles, une introduction à la méthode des indicateurs, Paris, Ed. du CNRS, 1984.
DATTEE, F., Electronique - Concepts de base, Paris, Eyrolles, 1983.
MARTINAND, J.L., Ensei'ianza y aprendizaje de la modelizacion, Ensenanza de las ciencias, 4, N' l, 1986, p. 45-50.
QUEAU, Ph., Eloge de la simulation - de la vie des langages à la synthèse des images, Seyssel, Ed.Champ Vallon, 1986.
WALLISER, B., Systèmes et modèles systèmes, Pou", Ed. du Seuil, 1977.
Introduction critique à l'analyse des
LES MODELES SPONTANES DANS LA PENSEE
COMMUNE ET ENFANTINE
Introduction
à
la première séance plénière
André TIBERGHIEN, LlRESPT, Paris 7
Annick WELL-BARAIS, LlRESPT, Paris 7
Modération et présidence
MOTS CLES : représentations, conceptions, modèles mentaux, modèles scientifiques
RESUME: Les travllUX menés ces dernières années
â
propos des conceptions des élèves sont évoqués et discutés.This pllper discuss the resellrch works llboul students' conceptions which were done in lhe last decllde.
Compte tenu du thème d'étude des journées de CHAtlDNIX "Modèles et slmulotion", Il peut paraître quelque peu paradoxal d'aborder d'entrée de Jeu la Question des modèles spontanés dans la pensée commune et enfantine. Ce choix reflète les évolutions Qui se sont opérées ces dernières années sur la manière dont est conçu le processus d'acquisition des connaissances. Les llpproches interllctionnistes ont contribué
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dévelupper l'idée selon laquelle III construction de connoissonces nouvelles prend appui sur les connaissances dont disposent déjà les élèves. Il est oinsl oppllru que l'étude de l'enseignement devait non seulement reposer sur une analyse des contenus0
tronsmeltre. mais aussi sur une llnolyse des connoissonces disponibles chez les élèves,Dons cet te introduction, nous rllppellerons brièvement les travlluX QuI ont été menés ces dernières llnnées 0 propos des connlllssonces ou de leur fonctionnement chez les élèves puis nous envisagerons quelques-unes des questions qui se posent
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portir de ces trovaux.Les exposés qui suivent traiteront de certotns ospects des filiations ou des ruptures entre le fonctlulIll~lllent cognitif des élèves et \'utilisotion des modèles sci entl fi (lues AI berti ni llbordera la ques ti on des diHérences entre pensée commune et pensée scientifique (\ propos de l'économie. Blanchet de son côté trllilera du problème de la construction de modèles par l'enfllnt confronté 0 un problème parl1culier, Enfin. à propos d'un modèle scientifique donné, celui de
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propllgalton des signaux mécllniques. Maurines montrero Quels peuvent être les apports d'une explorlltion des conceptions des élèves, faite à parUr de \'onlllyse du contenu scientifique enseigné.Le mot modéle serll Illrgement utilisé pendllnt ces journées. Pour notre pllrt, nous pensons nécessoire de préciser que:
- les modèles scientifiques sont des sllvoirs SOCillUX dllns III mesure où Ils sont partllgés. expliCités et publiés pllr une communlluté scientifique.
- les conllllissances et le fonctionnement cognitif d'un individu peuvent faire l'objet de modélisotions Il s'agit de productions de recherche, Que nous oppellerons modèles mentaux
Les modèles mentaux construlls pôr les chercheurs rendent compte soit de l'orgonisotion des connaissances chez les élèves, soit de 1'llccès
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ces connoissonces (cf études sur III mémoire), soll du fonctionnement des connllissances (cf études sur III résolution de problèmes)Dans III mesure où il s'agit de mettre en rellltion les connaissances des élèves et les connaissances scientifiques que l'enseignllnt vise
