Diaporama Chamonix
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Démarches et outils pour traiter une question d’actualité scientifique au lycée : le réchauffement climatique J. Barrère - M. Prieur - E. Sanchez Contexte • Les émissions anthropiques de CO2 et le réchauffement climatique : – Une question socialement vive – Un débat scientifique Des questions pour l’enseignement • Comment l’enseignant de sciences peut-il aborder cette question avec ses élèves ? • Comment peut-il éviter les pièges du dogmatisme et du relativisme ? • Comment peut-il faire comprendre la nature du débat qui se noue dans la communauté scientifique ? Modéliser, simuler : quels rôles pour le chercheur ? Modèle et théories Réel Modéliser, simuler : quels rôles pour le chercheur ? Modélisation Modèle conceptuel Programmation Environnement de simulation Simulation Simuler… • pour valider un modèle et définir son domaine de validité • pour établir des prévisions Réel (Buty 2000, Vince 2000, Beaufils 2000) Modéliser, simuler : quelle place dans l’enseignement ? Modèle théorique Modèle informatique Représentations symboliques Environnement de simulation Représentations figuratives Réel Des propositions pour la classe… Modélisation Modèle conceptuel théorique Environnement de simulation Réel Méthodologie de la recherche : une ingénierie didactique • Identifier des activités scientifiques permettant d’aborder la question du réchauffement climatique en classe - Modéliser : construire des modèles numériques à compartiments - Expérimenter et consulter des banques de données pour obtenir des mesures - Simuler et comparer les calculs réalisés par le modèle aux valeurs mesurées pour enrichir et complexifier le modèle - Identifier les limites du modèle construit • Relever et analyser les traces de l’activité des élèves (productions écrites, enregistrement audio, vidéo…) Formuler le problème et motiver les élèves « l’Homme est-il responsable de l’augmentation des GES et donc du réchauffement climatique? » •Recherche des traces d’un réchauffement climatique : –voir le recul de la banquise. •Recherche d’une corrélation entre l’augmentation du CO2 atmosphérique et l’évolution des températures globales d’une part, les émissions de CO2 d’origine anthropique d’autre part. Des représentations initiales faire émerger la notion de modèle Où va le CO2 d’origine anthropique? Des représentations initiales des élèves… Au modèle du chercheur : un modèle numérique à compartiment dont il importe de déterminer les caractéristiques (variable, compartiment et flux). Le paramétrage du modèle L’élève paramètre son modèle : • Il interroge la banque de données WCDGG : – en 1991 la concentration atmosphérique en CO2 était de 355.7 ppmv. – Il convertit les ppmv en Q Gt de C : il y avait 778 Gt de C en 1991. • Il recherche la valeur du flux anthropique : – La banque de données (University of North Dakota) fournit des estimations des émissions anthropiques. La construction du modèle élémentaire • La construction d’un modèle élémentaire à un compartiment avec Vensim. • La simulation : on compare les valeurs calculées aux valeurs mesurées. –La simulation permet de montrer que l’atmosphère n’est pas fermée: il existe des fuites, on parle de puits. –De nouvelles hypothèses sont proposées: •puits biosphérique et puits océanique… alors que certains évoquent des pertes vers l’espace. La recherche d’échanges entre l’atmosphère et la biosphère • Les informations acquises au laboratoire ainsi que celles fournies par les banques de données sont utilisées lors de la construction du modèle… Voir le modèle atmosphère biosphère La recherche d’échanges atmosphère hydrosphère Les informations acquises au laboratoire ainsi que celles fournies par les banques de données (Université de Colombia) sont utilisées lors de la construction du modèle… Voir le modèle atmosphère océan Le modèle du cycle du carbone et la résolution du problème : Le climat du passé de 1780 à l’actuel,où est passé le CO2 d’origine anthropique? Premiers résultats… • Des difficultés d’ordre conceptuel – le formalisme utilisé pour modéliser : le passage du concret à l’abstrait et le paramétrage du modèle informatique restent des exercices difficiles – le raisonnement dans le cas de causalités non linéaires : les boucles de rétroaction – la prise en compte de concepts de différents champs disciplinaires • Des difficultés d’ordre pédagogique – la prise en main de l’outil informatique – le temps nécessaire qu’il faut prendre – la mise en place d’un travail pluridisciplinaire • Un changement de statut du modèle dans la classe est possible. Le modèle peut être : – un outil pour comprendre, raisonner, expliquer, prédire – un outil permettant à l’élève de conduire une démarche d’investigation de manière autonome Des propositions pour la classe… • Rendre au modèle son statut d’outil pour l’investigation scientifique • Articuler travail sur le réel/modélisation/simulation • Conduire un travail pluridisciplinaire Pour aller plus loin… http://acces.inrp.fr • [email protected] • [email protected] • [email protected]
