La modélisation dans l'enseignement des géosciences
Qui sommes nous ?
- Equipe d'Orléans-Tours : Jacques Barrère, Thierry Lhuillier et Marie-José Broussaud
- Equipe de Lyon : Michèle Prieur, Eric Sanchez, Charles-Henri Eyraud
- Partenaires : Jean Marc Jamous du CEA LSCE et Christian Orange IUFM de Nantes
Quel est notre projet ?
L’équipe d’Orléans-Tours a développé des ressources scientifiques et pédagogiques[1] relatives à la modélisation du cycle du carbone. Ces ressources permettent la mise en œuvre d’activités-élèves telles que l’interrogation de banques de données, la modélisation compartimentale et la simulation à partir de logiciels tels que Vensim. Les travaux conduits par l’équipe de didactique des sciences de la Terre de Lyon ont permis de formuler des propositions sur la conduite d’une investigation scientifique dans l’enseignement des sciences de la Terre et sur la place du modèle scientifique comme outil permettant de conduire cette investigation[2].
Il s’agit pour ces équipes de mutualiser et d’articuler leurs approches scientifique, pédagogique et didactique afin de faire des propositions pour la mise en œuvre de nouvelles activités de modélisation et de simulation dans l’enseignement des sciences de la terre et d’analyser les apprentissages et les difficultés rencontrées par les élèves lors de telles activités.
Ces propositions s’inscrivent dans une recherche de :
- faisabilité (pragmatique) s’inscrivant dans une proposition de renouvellement des pratiques, l’objet étant de susciter l&rsrsquo;innovation et de l’accompagner pour la rendre transférable directement dans le cadre des programmes officiels des classes de seconde,
- signification (herméneutique) permettant une interprétation cohérente du parcours suivi par les élèves, il s’agit de proposer une formalisation permettant de mesurer les écarts entre les effets attendus et les effets réels et d’éprouver les formalisations produites.
Nos dossiers préalables
- Un dossier dédié à la modélisation du cycle du carbone et ses impacts climatiques : CCCIC
- Les diaporamas illustrant la modélisation : le cycle court et le cycle long.
- Un exemple de progression en classe de seconde testé par Jacques et Thierry en 2006
Nos travaux en 2006-2007 : modélisation du cycle du carbone en classe de seconde
Objectifs
Nos travaux ont pour objectif de déterminer les conditions à mettre en place dans la classe pour que les élèves s’engagent dans des activités de modélisation et de simulation de manière autonome. Nos propositions portent :
- sur l'explicitation du modèle en jeu et du formalisme utilisé pour le représenter,
- sur l’instrumentation du travail d’investigation à l’aide d’un logiciel de modélisation et de simulation,
- sur l'articulation des activités de modélisation et de simulation numérique avec des activités de laboratoire et d'interrogation de banque de données.
La thématique retenue est celle du rôle des rejets anthropiques de CO2 dans le réchauffement climatique de la planète. Nos travaux visent à proposer des situations de classe qui permettent aux élèves de comprendre les démarches et les arguments qui fondent les prévisions climatiques mais aussi l’origine des incertitudes et des interrogations qui subsistent.
La modélisation du cycle du carbone mobilise en particularité des concepts des sciences de la vie, de la Terre mais encore des sciences physiques, de la chimie et des mathématiques. Aussi cette recherche a été conduite dans le cadre d'un travail interdisciplinaire en sciences de la vie et de la Terre et en physique-chimie. Un projet ultérieur envisage d'élargir l'interdisciplinarité aux mathématiques.
Une séquence d'enseignement de 5 séances a été testée au lycée Paul Louis Courrier de Tours (37) par Jacques Barrère (SVT) et Christelle Langrand (PC) en mars 2007 puis 3 de ces séances ont été expérimentée au lycée du val de saône de Trévoux (01) par Michèle Prieur (SVT) et Frédérique Wursmer (PC) en mai 2007. Ces travaux ont été accompagnés par Eric Sanchez (EducTice-INRP) et Christian Orange (IUFM de Nantes).
Description de la séquence de classe
Au cours d'une première séance d'enseignement en sciences de la vie et de la Terre les élèves identifient l'intérêt de la modélisation du cycle du carbone pour comprendre le réchauffement climatique actuel et futur de la planète. Ils s'approprient les caractéristiques d'un modèle à compartiments.
A consulter ou télécharger
- Description du scénario de la séance 1
- Fiche de consignes élève 1
- Fiche de consignes élève 2
- Diaporama cycle du carbone (diapo 1 à 9)
- vidéo : le recul de la banquise entre 1979 et 2005, NASA
- Fiche correction
Au cours d'une deuxième séance d'enseignement en physique-chimie, les élèves consultent des banques de données pour paramétrer leur modèle. Ils apprennent à convertir une concentration en CO2 de l’atmosphère (unité : ppmv) en masse de carbone (unité Gt).
A consulter ou télécharger
Au cours d'une troisième séance d'enseignement en sciences de la vie et de la Terre, les élèves construisent un modèle numérique élémentaire permettant de calculer l’évolution de la concentration de l’atmosphère en CO2 pour une période choisie, ils comparent les valeurs calculées par leur modèle aux valeurs mesurées sur le terrain, ils proposent des modifications de leur modèle.
A consulter ou télécharger
- Description du scénario de la séance 3
- Fiche de consignes élève
- Fiche de travail élève
- Fichier excel "émissions de carbone"
- Diaporama "cycle du carbone" (diapo 10 à 12)
- Fichier Vensim élève : modèle initial
- Fichier Vensim corrigé : modèle final
Publications et communications
BARRERE J, PRIEUR M,. SANCHEZ E. (2007) démarches et outils pour traiter une question d'actualité scientifique au lycée : le réchauffement climatique. XXVIIIème JIES. Chamonix (à paraître)
PRIEUR M, SANCHEZ E, BARRERE J, (2007) Modéliser, simuler, manipuler pour comprendre les conséquences des rejets anthropiques de carbone sur l'effet de serre. Colloque Quartz. Nice.