La simulation en sciences physiques

I. Les raisons du choix

La présente recherche nous a montré l'intérêt de l'intégration des TICE dans l'enseignement et l'apprentissage de la mécanique, pour les élèves de la deuxième année du baccalauréat scientifique. Nous avons constaté un fort besoin du secteur éducatif quant aux outils d'apprentissage multimédia adaptés au programme marocain répondant aux exigences des enseignants et des apprenants. Ainsi, nous avons pensé à élaborer un Cd-Rom multimédia qui simule les expériences programmées dans le chapitre "Mouvement d'une particule soumise à une force constante".

Dans ce chapitre plusieurs notions et principes sont mobilisés, ils sont considérés comme des pré-requis pour les apprenants : Notion de repère, vitesse, accélération, centre d'inertie, relation fondamentale de la dynamique, et théorème de l'énergie cinétique. Deux expériences sont programmées dans la partie des travaux pratiques de ce chapitre :

· Etude du mouvement d'une bille lancée avec une vitesse initiale horizontale.

· Etude du mouvement d'une charge dans un champ électrostatique uniforme.

L'analyse de ces expériences montre que les contraintes matérielles ne permettent pas de modifier les paramètres du mouvement (la vitesse initiale, l'angle initial du lancement et la gravité) pour tester leurs effets sur la trajectoire de la particule étudiée. Alors que les simulations informatiques peuvent être une alternative appropriée pour remédier aux limites de ces expériences réelles ; d'ou l'intérêt de leurs utilisations comme matériel didactique d'accompagnement de l'expérience réelle.

Le développement de cet outil multimédia est aussi une réponse et une concrétisation des orientations de la charte nationale de l'éducation et de la formation qui incitent à la promotion et au développement les pratiques des TICE en tant que pratiques pédagogiques innovantes au Maroc.

II. Conception et réalisation de l'outil

1. Conception

La démarche de conception qu'on a adoptée a aboutit à la réalisation d'un environnement d'apprentissage informatisé permettant l'individualisation de l'apprentissage et du cheminement intellectuel de l'apprenant. Il peut être utilisé en classe ou à domicile. La qualité ergonomique de l'interface a été établie a posteriori à partir de son utilisation (démarche différenciée, itérative tout au long du processus de conception)^14(*). Pour concevoir l'outil multimédia, nous nous sommes focalisés au début sur une étude exploratoire des activités des élèves en situation d'apprentissage. Ce qui nous a permis d'élaborer un une application prototype.

Durant cette étape dite de conception, nous avons procédé à des expérimentations ergonomiques afin de mieux connaître et appréhender l'activité des futurs utilisateurs. Ces expérimentations ont été menées en étroite collaboration avec deux enseignants des sciences physiques intéressés par l'intégration des TICE dans leurs pratiques pédagogiques. Cette expérimentation avait une double fonction (Pinsky, 1992) :

a) tester la pertinence des spécifications provisoires à la base de la conception du dispositif d'essai, réalisées préalablement dans la phase de « programmation »,

b) prévoir les modalités d'utilisation future pour proposer des aménagements ergonomiques

Ce travail d'amélioration ergonomique et de conception d'aide s'appuie fortement sur l'analyse des difficultés repérées chez les utilisateurs ainsi que sur leurs propres propositions.

Le processus de conception étroitement relié à celui d'évaluation a été appréhendé à la fois comme une anticipation des actions des futurs utilisateurs en imaginant des prototypes ou des dispositifs partiels d'essai et, comme un processus itératif d'amélioration progressive des caractéristiques du dispositif. La démarche a reposé sur une coopération triangulaire entre trois pôles : enseignants et apprenants / technicien / ergonome et didacticien, selon une approche différenciée qui consiste à associer une méthode de conception adaptée à chaque type d'interlocuteurs^15(*): conception centrée utilisateur avec les apprenants, conception informative avec les enseignants et conception participative avec les chercheurs (didacticiens ou pédagogues).

Ainsi, la stratégie que nous avons suivie, fait appel à différentes méthodes de conception. Ces méthodes, « non mutuellement exclusives vont toutes dans le sens d'une meilleure intégration du logiciel conçu au contexte d'utilisation par la prise en compte, dans le processus de conception, des différents membres du projet» (Daubias, 2004, p:6).

2. Réalisation technique :

Pour développer cette application nous avons fait appel à plusieurs outils :

* Langage de programmation Borland Delphi 6.0 :

L'interactivité qu'il faut avoir dans les simulations nécessite l'utilisation d'un langage de programmation. Ainsi, nous avons utilisé le langage Borland Delphi version 6.0. C'est un langage de programmation événementiel et orienté objet. Le choix de ce langage n'a pas été arbitraire, puisqu'il offre au programmeur une interface simple à gérer et un langage qui a une syntaxe proche de celle du langage Pascal, qui est très simple et largement utilisé. En plus, il met à la disposition des programmeurs une panoplie d'objets consistants, simples à manipuler.

Les objets que nous avons utilisés, outre les objets classiques, qu'on peut trouver dans presque toutes les applications Windows (boutons, labelles, barres de défilement,...), sont :

· L'objet Tchart : c'est une composante principale de la deuxième simulation. Cet objet offre une solution pour le traitement des graphes (pour nous, la trajectoire de la projectile est un graphe sous forme d'une courbe avec des marques) : ajouter une courbe au graphe, changer la base, effacer les courbes, modifier les paramètres d'une courbe...

· L'objet Timage : cette objet est la base de la deuxième simulation. Il présente une propriété qui peut contenir une image et donne la possibilité d'y faire des modifications en agissant directement sur les pixels de l'image. Pour dessiner la trajectoire des électrons, on agit directement sur l'image et on met le point dans l'emplacement qui convient, de sorte à avoir enfin une courbe qui montre la trajectoire des électrons. (trajectoire parabolique entre les plaques et rectiligne en dehors des plaques).

* Macromedia Director 8.5 :

La première simulation, qui n'est pas interactive, elle est développée avec le logiciel Macromedia Director 8.5.

* Atres outils

Cette application contient aussi des images des vidéos et du son. Pour traiter ces différents types de média, nous avons donc utilisé l'outil de traitement de l'image (Adobe Photo Shop), l'outil de traitement de son (Cool Edit) et l'outil de traitement des vidéos (Ulead vidéo studio version 9).

Enfin pour rassembler tous ces éléments dans une seule application et les présenter sous forme d'étapes soigneusement préparées et regroupées dans un ordre qui facilite la compréhension, nous avons utilisé le logiciel Multimedia Builder.

* ¹⁴ Conception d'outil multimédia, p : 32

* ¹⁵ Méthodes de conception : conception centrée utilisateur, conception informative et conception participative (voir Conception d'outil multimédia p : 32)