Première spécialité SVT

Modéliser la dynamique d’une pelouse écopâturée Édu’modèles

Cette proposition de séquence pédagogique s’inscrit dans les Travaux Académiques Mutualisés (TraAM) 2020-2021 dont la thématique porte sur les dynamiques écosystémiques. La problématique du projet versaillais : comment permettre aux élèves, notamment les écodélégués, de réaliser un diagnostic ou de mettre en œuvre des actions autour de la préservation des écosystèmes dans et autour de leur établissement ?
Les scénarios pédagogiques proposés par une équipe d’enseignants de SVT et d’IA-IPR ont ainsi pour objectifs d’aider les écodélégués et les porteurs de projet EDD à réaliser un diagnostic ou à évaluer l’efficacité des actions en cours, via des activités ancrées dans les programmes de collège ou du lycée, en SVT et en SNT. Ces activités permettent de comparer les dynamiques des écosystèmes sur des territoires vastes, ou d’étudier le passé d’un territoire donné pour comprendre le présent et envisager l’avenir. Ce suivi de dynamiques écosystémiques variant dans le temps et dans l’espace s’appuie sur différents axes : récolte de données scientifiques, sciences participatives, usage de banques de données et de SIG, modélisation, etc. Ces travaux mobilisent des outils et compétences numériques variés. Ils peuvent s’inscrire dans le projet d’établissement et dans la démarche de labellisation E3D.
Le scénario présenté ici est une proposition, dont tous les contenus restent adaptables aux pratiques pédagogiques de chaque enseignant.

- Liaison avec le programme et place dans la progression
- Motivation et problème à résoudre
- Notions, savoir-faire, compétences
- Déroulement global de la séquence
- Déroulement détaillé de la séquence
- Focus sur un outil : Édu’modèles
- Retour des impressions des élèves
- Analyse et évaluation du dispositif
- Une piste d’adaptation en classe de Seconde

Professeur expérimentateur

Mélanie FENAERT, au Lycée Blaise Pascal, Orsay (91)

LIAISON AVEC LE PROGRAMME
Niveau concerné Première spécialité SVT
Partie du programme Enjeux contemporains de la planète : Écosystèmes et services environnementaux
PLACE DANS LA PROGRESSION
L’exemple de la pelouse écopâturée sert de fil rouge à tout le thème sur les écosystèmes et les services environnementaux.

MOTIVATION
Le thème Écosystèmes en Première enseignement de spécialité SVT repose sur de nombreuses notions qui peuvent sembler assez théoriques pour les élèves ; être vigilant à ne pas présenter ces notions et ces services sous la forme d’un « catalogue » me paraît important. Depuis la mise en place de ce nouveau programme, j’ai souhaité que cette partie s’articule autour de deux axes : le réel via une sortie naturaliste, et la modélisation informatique des interactions et perturbations au sein des écosystèmes.
Les élèves ont déjà eu une approche de la modélisation avec la manipulation de l’application Couvac (couverture vaccinale), l’objectif est cette fois de les amener à programmer leur modèle.
Les écodélégués du Lycée Blaise Pascal d’Orsay et leurs enseignants-encadrants poursuivent depuis plusieurs années de nombreux projets en lien avec des enjeux de développement durable (jardin potager, tri des déchets à la cantine, compostage, ruches, aquaponie, etc.). Des moutons sont régulièrement accueillis sur des parcelles de pelouse du lycée, entre autres pour limiter l’utilisation des tondeuses à essence. S’appuyer sur cet exemple permet de partir de l’observation de pelouses laissées plusieurs semaines non tondues en attente des moutons et d’autres fraîchement broutées, et d’amener ainsi progressivement les élèves à comprendre et à modéliser des situations et dynamiques plus complexes.
PROBLÈME À RÉSOUDRE

Comment comprendre et modéliser les interactions entre espèces et leur dynamique au sein d’un écosystème de type pelouse écopâturée ?

NOTIONS, SAVOIR-FAIRE, COMPÉTENCES
Notions BO spécial n° 1 du 22 janvier 2019 (Première spécialité SVT) :

  • Les écosystèmes : des interactions dynamiques entre les êtres vivants et entre eux et leur milieu
    Les écosystèmes sont constitués par des communautés d’êtres vivants (biocénose) interagissant au sein de leur milieu de vie (biotope).
    La biocénose est en interaction avec le biotope (répartition des espèces selon les conditions abiotiques).
    La diversité des interactions biotiques s’étudie à la lueur de leur effet sur la valeur sélective des partenaires : (...) prédation.
    Ces interactions structurent l’organisation (biodiversité de l’écosystème), l’évolution (dynamique des populations) et le fonctionnement de l’écosystème (production, flux de matière et réservoirs, recyclage de la matière organique, etc.).
    (...)Même sans l’action de l’Homme, les écosystèmes montrent une dynamique spatio-temporelle avec des perturbations (incendies, maladies) affectant les populations. La complexité du réseau d’interactions et la diversité fonctionnelle favorisent la résilience des écosystèmes, qui jusqu’à un certain seuil de perturbation, est la capacité de retrouver un état initial après perturbation.
    Un écosystème se caractérise donc par un équilibre dynamique susceptible d’être bousculé par des facteurs internes et externes.
  • L’humanité et les écosystèmes : les services écosystémiques et leur gestion
    L’espèce humaine affecte le fonctionnement de la plupart des écosystèmes en exploitant des ressources (forestières par exemple), en modifiant le biotope local (sylviculture, érosion des sols) ou global (changement climatique, introduction d’espèces invasives).
Savoir-faire
  • Extraire et organiser des informations, issues de l’observation directe sur le terrain, pour savoir décrire les éléments et les interactions au sein d’un système.
  • Recenser, extraire et organiser des informations, notamment historiques et de terrain, pour identifier les impacts des activités humaines sur les écosystèmes.
Compétences
  • Pratiquer des démarches scientifiques :
    • Disséquer la complexité apparente des phénomènes observables en éléments et principes fondamentaux.
  • Concevoir, créer, réaliser :
    • Réaliser une modélisation d’une situation réelle complexe.
  • Pratiquer des langages :
    • Communiquer dans un langage scientifiquement approprié : oral, écrit, graphique, numérique.
    • Utiliser des outils numériques pour modéliser et communiquer ses résultats.
  • Adopter un comportement éthique et responsable :
    • Identifier les impacts (bénéfices et nuisances) des activités humaines sur l’environnement à différentes échelles.

Déroulement global de la séquence

Schéma global de la séquence {PNG}

Cadre de référence des compétences numériques (CRCN)
  • Collaborer
  • S’insérer dans le monde numérique
  • Adapter les documents à leur finalité
  • Développer des documents multimédia
  • Programmer
  • Évoluer dans un environnement numérique
Objectifs de développement durable
JPEG JPEG
ACTIVITÉ
Durée :
temps synchrone 1 : 2h
temps synchrone 2 : 1h (distance)
temps synchrone 3 : 1h (distance)
temps synchrone 4 : 1h (distance)
temps synchrone 5 : 40 min
travail asynchrone : 2 à 3h
Horaire total : entre 7h et 9h
Coût : 0 euros Sécurité : mesures habituelles en sortie de terrain
Outils numériques et ressources
  • Édu’modèles, module algorithmique : interface de modélisation. À noter, le modèle complet est présent dans la banque de démo d’Édu’modèles, il peut être plus prudent de donner aux élèves le lien direct vers le module Algorithmique pour qu’ils ne repèrent pas ce modèle complet.
  • Genially : interface de création de présentation interactive en ligne.
  • Classe virtuelle du CNED, ou Webconference (application de l’ENT reposant sur la solution BBB BigBlueButton).
  • Pad : application de l’ENT pour écriture collaborative.
  • Applications pour smartphones des élèves : Pl@ntNet (reconnaissance de végétaux et champignons), BirdNet (reconnaissance de chants d’oiseaux), Phyphox (ou autre application avec luxmètre).
  • Éléa : plateforme de e-éducation de l’académie de Versailles (Moodle). Le parcours proposé est le support pour les activités de modélisations uniquement, il ne contient pas de cours.
    Parcours Modélisations - version Éléa
    Parcours Modélisations - compatible tout Moodle
  • Freepik, pour les icônes des agents (mouton, orchidée, etc.)
Handi-accessibilité
  • Aller observer les pelouses et moutons directement dans l’enceinte du lycée a l’avantage de l’accessibilité aux personnes à mobilité réduite.
  • L’interface d’Édu’modèles est très épurée, sans couleurs qui pourraient poser souci aux daltoniens par exemple. Le choix de la couleur ou de l’image des agents revient aux élèves, qui peuvent donc sélectionner ce qui leur convient le mieux visuellement.
  • Une grille permet le repérage de la position des agents sur le modèle, avec une intensité réglable. Il est possible d’en modifier les dimensions, notamment pour accroître la taille et ainsi rendre plus identifiable chaque agent.

Déroulement détaillé de la séquence

Pour mettre en place cette séquence, il a fallu composer avec le contexte sanitaire et avec la modalité hybride. Cet article tente autant que possible de s’affranchir de ce contexte en se focalisant sur les activités et outils répondant à la problématique. Des pistes d’organisation dans un mode tout en présence classique sont proposées en fin d’article.

1ère séance : 2h (en présence)
Les objectifs de cette séance sont de découvrir le projet écopâturage du lycée, d’étudier un écosystème de type pelouse et de prendre en main l’outil de modélisation Édu’modèles pour la première fois, de manière simple.

Les élèves ont été prévenus au cours précédent de la sortie du jour. Ils avaient pour consigne de s’habiller chaudement, et de télécharger sur leur smartphone, s’ils le pouvaient, certaines applications : Pl@ntNet, BirdNet et Phyphox.
Deux élèves du groupe sont des écodéléguées et ont eu pour consigne de récolter toutes les informations au sujet du projet écopâturage du lycée, notamment en contactant l’enseignante en charge du projet EDD, afin qu’elles puissent répondre précisément à toute question éventuelle du groupe.
Lors de la mini-sortie au sein de l’établissement, du matériel est utilisé : papier pH, flacons, eau distillée, cuillères pour prélever le sol, thermomètres et luxmètres.

Deux lieux du lycée sont étudiés :

  1. une parcelle enherbée, assez pentue, coincée entre deux bâtiments donc plutôt ombragée. La parcelle n’a pas été tondue de tout l’hiver, et n’a pas encore accueilli les moutons. Les élèves se répartissent par équipes de 3 à 5, et relèvent la luminosité, la température, le pH du sol, ainsi que les espèces présentes : essentiellement herbacées, avec quelques jeunes pousses issues des arbres de la parcelle, et quelques rares insectes et gastéropodes. Ils réalisent des vues d’ensemble du milieu et des photos des êtres vivants avec leurs smartphones.
  2. une parcelle attenante, présentant des caractéristiques de milieu très proches (en pente, semi-ombragée), où les moutons paissent depuis quelques jours, et où la végétation est désormais rase. Les écodéléguées présentent le projet mené par le lycée depuis quelques années désormais, ainsi que les plus-values attendues : éviter l’usage de tondeuses thermiques, faciliter le travail de agents sur les parcelles les plus pentues, apport de matière organique dans les pelouses, et bien-être des élèves qui peuvent venir voir et caresser les moutons dans leurs temps de pause. En prime, un agneau est né quelques jours auparavant, et ses petits bonds ravissent tout le monde...
Étude de la parcelle de pelouse non tondue
Présentation de l’écopâturage et observation de la parcelle pâturée

Sans que les notions ni tous les mots scientifiques aient été formulés, on a déjà commencé à aborder ici les strates de végétation, les cycles de la matière et les services écosystémiques.

Au bout de 40 minutes environ, le groupe retourne en salle de travaux pratiques. Les équipes ont 25 minutes pour débuter un diaporama regroupant leurs observations (mesures, photographies). Il sera à terminer à distance et à déposer dans Pearltrees (depuis le début de l’année, une collection "équipe" leur permet de partager leurs travaux sur cet outil).

La dernière partie de la séance est consacrée à la découverte de l’outil de modélisation Édu’modèles. Les élèves doivent réaliser en binôme une première modélisation très simple d’une pelouse pâturée par des moutons, à partir de l’interface vierge.

L’interface utilisée est Édu’modèles, module algorithmique. On la qualifie de multi-agents. Un agent est un élément (une molécule, un humain, une voiture, un arbre, un robot...) qui accomplit des tâches à la manière d’un automate et en fonction de ce que lui a demandé son auteur. Le comportement de l’agent est donc régulé par les règles implémentées par le créateur de la modélisation.

Ce travail correspond à un niveau 1 (débutant) dans la programmation d’un modèle. Le document fourni détaille les réglages pour un agent et une règle, le second agent et les deux autres règles sont simplement décrits : les élèves doivent transposer cette description en paramètres dans l’interface, et faire tourner le modèle. Ils peuvent aussi dépeupler ou repeupler le milieu en moutons et en faire varier le nombre, pour observer les conséquences dans le modèle et sur le graphique.

L’enseignante fait une brève présentation de l’outil (interface, qu’est-ce qu’un agent, une règle de comportement). Les élèves ont à disposition un document avec les consignes, un tutoriel vidéo, une aide à la création des agents et règles, et la fiche technique d’Édu’modèles.

Fiche technique Édu’modèles Algo
Modélisation 1 : pelouse écopâturée simple (ODT)
Modélisation 1 : pelouse écopâturée simple (DOCX)
Modélisation 1 : pelouse écopâturée simple (PDF)

Les élèves ont le temps restant, soit une petite demi-heure, pour réaliser cette modélisation en ajoutant les agents (herbe haute et mouton) et en créant trois règles (broutage de l’herbe, dispersion asexuée de l’herbe, dissémination et germination de l’herbe).

Les modèles sont vérifiés par l’enseignante, qui conseille ou valide, et chacun peut sauvegarder son travail.

Les deux semaines suivantes se sont déroulées à distance, avec trois séances synchrones de classe virtuelle.

Travail asynchrone à réaliser pour la classe virtuelle suivante :
Travail individuel :

  • Les élèves ont à disposition des ressources vidéo sur des rappels d’éléments traités au Collège et en classe de Seconde. Ils doivent reprendre la trame du cours (titres...), des définitions et quelques notions dans leur cahier ou classeur.
    Travail en équipe :
  • Ils doivent aussi terminer leur diaporama d’équipe sur la mini-sortie.

2ème séance : 1h (en classe virtuelle)
Les objectifs de cette séance sont de comparer le milieu forestier avec celui de la pelouse étudiée au lycée, d’aborder sa dynamique temporelle, et d’acquérir du nouveau vocabulaire (types d’interactions entre les êtres vivants, services écosystémiques).

Après un retour rapide sur la séance précédente, les élèves vont cette fois partir en sortie virtuelle dans un écosystème de type forêt. Il s’agit d’une balade dans le Bois Persan, situé à proximité du lycée, lieu où nous emmenons classiquement nos élèves en sortie pour ce thème.


Lien direct.
Lien vers une version réutilisable et modifiable (sans les travaux d’élèves de 2019, il faudra veiller à reffaire le cadenas Lockee pour qu’il pointe vers la diapo du Genially réutilisé et non vers celle du Genially d’origine).

Cette sortie virtuelle a été créée avec Genially, à partir de photos personnelles réalisées juste au début du printemps. Elles ont été complétées par les murs collaboratifs créés par les élèves de l’année précédente, ainsi que d’autres photos réalisées lors d’une sortie à l’automne 2019 : cela permet de comparer le milieu entre deux saisons et d’aborder les rôles des champignons (symbiotes, décomposeurs, etc.).
Un passage de « remontée dans le temps » a été ajouté (un avantage du virtuel !), permettant de découvrir l’histoire de ce bois, dont la partie en haut de plateau a été exploitée au XIXème siècle et au début du XXème siècle pour ses bancs de grès fournissant les voiries parisiennes en pavés. Pour sortir de cette faille spatio-temporelle, le mot de passe à trouver est : « sablesdefontainebleau ».
Ces données permettent de relier les conditions édaphiques particulières de cet écosystème implanté sur les sables de Fontainebleau et de Lozère, et sa végétation.

Des sous-salles ont été créées dans la classe virtuelle, renommées selon les noms des équipes, et chaque élève peut de lui-même rejoindre sa salle. La consigne est de garder les micros ouverts, et que chacun explore en parallèle la sortie virtuelle. Un pad d’équipe dans l’ENT est ouvert (ou un ancien est recyclé), et tout le monde doit prendre des notes sur ce qu’il découvre (sans copier-coller les paragraphes). La durée de 30 minutes annoncée incite au partage des lieux à visiter, mais l’organisation de l’équipe est libre.

L’enseignante se déplace de sous-salle en sous-salle pour vérifier qu’il n’y a pas de problème technique et répondre aux questions, et de pad en pad (si les élèves n’ont pas oublié de la mettre en lectrice...) pour vérifier l’avancement des équipes.

Capture des deux écrans-professeur lors de la classe virtuelle

Au bout de 30 minutes, les sous-salles sont fermées, un bilan est fait en salle principale. Les éléments suivants ressortent du questionnement des élèves par l’enseignante et sont soulignés :

  • caractéristiques de l’écosystème forestier, ici une chênaie-hêtraie (luminosité, diversité en espèces, strates de végétation...)
  • vocabulaire scientifique (héliophile, sciaphile, saprophyte, épiphyte, compétition, symbiose, etc.)
  • dynamiques temporelles : milieu exploité et dénudé, reconquête par la végétation, différences saisonnières de peuplement etc.
  • découverte de quelques services écosystémiques : approvisionnement en bois, bien-être, activités sportives, etc.

Travail asynchrone individuel à réaliser pour la classe virtuelle suivante :

  • Mise au propre des notes de la sortie, pour garder trace dans le cahier/classeur ou dans un dossier SVT de leur ordinateur personnel
  • Finir la sortie si cela n’a pas été fait durant la classe virtuelle, exercices interactifs (vocabulaire scientifique), notions sous forme de documents et vidéo (valeur sélective, cycles biogéochimiques)
  • Modélisation n°2 : Utilisation d’Édu’modèles pour modéliser la dynamique temporelle d’un écosystème de type chênaie-hêtraie ; dépôt attendu d’un graphique légendé mettant en évidence cette dynamique

Cette seconde modélisation repose sur une interface Genially avec une modalité de type "défi".


Lien direct.
Lien vers une version réutilisable et modifiable plus complète (avec perturbations de type maladie et incendie) réalisée en 2019.

Ce travail correspond à un niveau 2 (apprenti) dans la programmation d’un modèle. Les élèves ont une relation plus complexe à comprendre : croissances différenciées du chêne et du hêtre selon leurs préférences en lumière. Les règles de compétition doivent rendre compte de ces préférences. L’activité est découpée en 4 paliers :
palier 1 : charger et faire tourner le modèle où les agents et les règles de croissance sont déjà implémentés
palier 2 : la règle de compétition entre jeune chêne et hêtre adulte est donnée via une capture du logiciel et est à simplement recopier
palier 3 : la règle hêtre isolé est juste décrite, les probabilités sont fournies
palier 4 : l’élève a le choix pour modifier les probabilités et les durées de croissance, en fonction de données écologiques.

Un compte-rendu sous forme d’un schéma légendé est attendu.
Conseils fournis aux élèves :

  • agrandir le graphique final dans Édu’modèles (flèche en bas à droite du graphique)
  • en faire une capture
  • la coller dans une diapo (Powerpoint ou Impress ou Pages)
  • ajouter les légendes explicatives, distinguer des phases
  • enregistrer la diapo au format jpg ou pdf
  • nommer le fichier -> nomprénomDefiForet

Exemples de travaux d’élèves

Élève X - modélisation 2
Élève Y - modélisation 2
Élève Z - modélisation 2

3ème séance : 1h (en classe virtuelle)
Les objectifs de cette classe virtuelle sont le retour sur les notions précédemment découvertes et l’évaluation formative des travaux déposés.

Après un premier temps de vérification des connaissances par le biais de petits exercices ludiques et collaboratifs, l’enseignante passe en revue une sélection des travaux déposés, afin de mettre en évidence les éléments qui étaient attendus et ce que les élèves n’ont pas réussi à identifier.

Sont soulignées :

  • les erreurs liées à la construction du modèle : le choix de durée de vie des agents, la rigueur des règles de comportement (par exemple, quand un Jeune Chêne grandit il disparaît au profit de l’agent Chêne, donc il ne doit pas apparaître dans les réactifs, et il faut lier l’âge du Jeune Chêne et du Chêne...)
  • les erreurs liées à la communication : ne pas se contenter des légendes de l’interface, mais distinguer les phases dans la dynamique de l’écosystème modélisé et les expliciter brièvement (dominance du Chêne, puis du Hêtre, à relier aux caractères héliophile et sciaphile des deux espèces).

Enfin, le travail à réaliser pour la prochaine séance est présenté : y sont abordés les notions de perturbations des écosystèmes et de leur résilience, et l’écopâturage est présenté comme étude de cas.

Travail asynchrone individuel à réaliser pour la séance en présence suivante, une semaine après :

  • Documents et vidéos sur les perturbations et la résilience des écosystèmes, exemple d’une perturbation de type incendie avec modèle fourni (source : site de P. Cosentino, accès direct au modèle.)
  • Modélisation n°3 : utilisation d’Édu’modèles pour modéliser la dynamique spatio-temporelle d’une pelouse écopâturée sous des lignes à haute-tension traversant une forêt ; dépôt attendu d’un graphique légendé et analysé mettant en évidence cette dynamique, du modèle (au format .modele) et du résumé (au format txt) fourni par l’interface.
Ce travail correspond à un niveau 3 (confirmé) dans la programmation d’un modèle. Le modèle fourni contient déjà tous les agents mais incomplètement paramétrés. Les règles à implémenter sont assez nombreuses, à créer en se basant sur un tableau compilant les relations entre les espèces. Des indications sont données sur les probabilités de ces règles, parfois précises, parfois vagues.
L’objectif est que l’élève comprenne la situation réelle à partir des documents et aides fournis, et retranscrive du mieux que possible la complexité des interactions au sein de l’écosystème modélisé.

Remarque : il n’y a pas de niveau 4 (expert) dans cette activité, qui correspondrait pour moi à une autonomie complète des élèves face au problème posé et à la modélisation à construire, donc une vraie tâche complexe. La raison en est le contexte tout à distance qui a rendu ce travail individuel, et non collaboratif comme mes élèves en ont l’habitude. Des pistes pour une activité de niveau 4 sont données en fin d’article.

Étude de cas proposée : le projet RTE-Life d’aménagement de corridors sous les lignes à haute-tension

La vidéo qui présente ce projet

L’activité a été intégrée directement dans le parcours Éléa (Moodle) fourni dans les ressources de cet article. En voici l’adaptation en version papier :

Activité élèves - Conséquences de l’écopâturage (PDF)
Activité élèves - Conséquences de l’écopâturage (DOCX)
Activité élèves - Conséquences de l’écopâturage (ODT)
Image-tutoriel présentant le modèle de départ de la modélisation 3

4ème séance : 1h (en classe virtuelle)
L’objectif de cette séance est de proposer un temps de questions-réponses avant la prochaine séance en présence, pour laquelle ils doivent avoir déposé leur travail la veille.

C’est une séance facultative. Il s’avère que beaucoup d’élèves ont attendu cette séance pour découvrir le travail à réaliser... Elle a été bien utile pour mieux expliciter les consignes et donner quelques aides techniques (charger un modèle, exporter un résumé).

La dernière séance a lieu en classe.

5ème séance : en présence, 40 minutes
Les objectifs de cette séance sont de discuter des modèles réalisés et sélectionner les plus approchants du réel.

De retour en classe, les élèves ont 20 minutes pour comparer les modèles de leur équipe, sélectionner le « meilleur » et éventuellement l’améliorer.

Dans un second temps, chacune des cinq équipes passe deux minutes au tableau pour présenter le modèle sélectionné, en expliquer les paramètres et en quoi il rend compte du cas réel étudié.
L’enseignante ou les autres élèves soulignent certains points améliorables.

Par exemple dans plusieurs modèles ce n’est pas le Chêne qui domine mais le jeune Chêne : ceci est lié à une erreur de règle de germination du jeune Chêne retrouvée dans plusieurs modèles. En effet, pour respecter une certaine dynamique spatiale, les règles de germination du Chêne ne sont pas uniquement « spontanées » mais aussi liées à la présence d’un Chêne adulte. Correctement réalisée, cela permet en l’absence de moutons de voir se boiser progressivement la zone depuis les lisières arborées vers le centre du corridor.

Tableau récapitulatif de quelques erreurs rencontrées
Erreur fréquenteConséquenceCorrection apportée après discussion
Chêne -> Jeune Chêne les chênes adultes disparaissent, les jeunes chênes dominent Chêne -> Chêne + jeune Chêne
demie-vie des Chênes : 200 tours les chênes disparaissent rapidement et ne dominent jamais le milieu demie-vie des Chênes : 2000 tours au moins
pas de vérification de la mobilité ou non des agents les végétaux se déplacent ! décocher la case « agent mobile » pour les végétaux
en quelques centaines de tours, certains agents dominent et d’autres disparaissent modèle qui va « trop vite », même en ralentissant la vitesse de l’animation les probabilités dans les règles de compétition sont trop élevées (90 à 100 %)

Exemples de travaux d’élèves

Élève W - modélisation 3 - compte-rendu
Élève W - modélisation 3 - fichier à charger dans Édu’modèles
Élève W - modélisation 3 - résumé au format TXT
Élève Z - modélisation 3 - compte-rendu
Élève Z - modélisation 3 - fichier à charger dans Édu’modèles
Élève Z - modélisation 3 - résumé au format TXT

Le second exemple présente un type de raisonnement un peu circulaire retrouvé dans plusieurs compte-rendus. Les commentaires individuels du travail déposé et un temps de discussion en classe soulignent ce point et tente d’y remédier.

Les modèles déposés individuellement sont évalués de manière sommative.

Grille d’évaluation Modélisation 3

Une analyse de cette tâche finale de la séquence est proposée plus bas dans cet article, dans la partie « Analyse et évaluation du dispositif ».

Focus sur un outil : Édu’modèles

Avantages / Plus-values :

  • L’interface est sobre et facile à prendre en main par les élèves, moyennant un moment d’explication et/ou un tutoriel vidéo (5 à 10 minutes suffisent).
  • La personnalisation possible des agents est un plus pour la compréhension des phénomènes modélisés par les élèves, et a aussi un aspect ludique non négligeable.
  • On peut cocher ou décocher la case « niveau expert ». Pour une première approche, la version simple suffit (modélisations 1 et 2). La version « expert » donne notamment la possibilité de créer des zones, et de conditionner l’apparition des agents à ces zones : cette version a été utilisée dans la modélisation 3 pour créer les zones de pelouse, lisière, et forêt, permettant ainsi d’inclure une dimension spatiale à la dynamique modélisée.
  • Le résumé au format txt est très pratique pour débuguer un modèle défaillant : tous les agents et règles sont compilés et lisibles facilement et rapidement.
  • L’auteur propose des modèles sur son site ainsi que des pistes d’exploitation. La modélisation 2 de ce scénario correspond au modèle de forêt mixte initial. Ces modèles sont facilement adaptables à d’autres exemples. La modélisation 3 reprend une partie des agents et règles du modèle de forêt mixte.

Points de vigilance

  • Il faut bien expliquer aux élèves comment charger et ouvrir un modèle. Une fois enregistré, ils ont tendance à vouloir cliquer dessus pour l’ouvrir, et ça ne fonctionne pas. Il faut d’abord aller dans l’interface en ligne d’Édu’modèles et cliquer sur « charger un modèle ».
  • De même, expliquer la différence avec le résumé au format txt, qui lui doit s’ouvrir au double-clic avec un logiciel de type Bloc-Note.
  • L’interface permet aux agents d’entrer en contact, mais pas de passer l’un sur l’autre. Les agents peuvent donc se retrouver bloqués par d’autres si ceux-ci sont en plus grande quantité. C’est une limite par rapport à la réalité (les vrais moutons passent sans souci sur l’herbe et sous les arbres…), qui peut être en partie contournée en incluant des règles plus complexes (cf règles « saute-mouton »).

RETOUR DES IMPRESSIONS DES ÉLÈVES
Le groupe de Première spécialité SVT qui a vécu cette séquence est composé de 20 élèves : seize filles et quatre garçons. Le questionnaire de début de projet a reçu 20 réponses, celui de fin de projet 15 réponses. Les statistiques tirées sont donc à prendre avec beaucoup de précaution, aussi j’évoquerai plutôt les tendances que les chiffres.

Les écosystèmes et la question du développement durable
Les élèves se sont positionnés en début de séquence comme neutres ou plutôt défavorables et peu à l’aise avec le numérique. Par contre, la préoccupation pour les questions environnementales est plutôt forte et générale. Les sujets qui les préoccupent le plus sont l’augmentation des températures à la surface de la planète, le manque d’eau dans certaines zones du globe, et la disparition de certains animaux.

Ces positionnements n’ont quasiment pas varié en fin de séquence, même si on note un peu plus d’avis favorables pour la relation au numérique.
Graphique - complexité des écosystèmes
Graphique - questions relatives aux écosystèmes


7 élèves indiquent toutefois que les questions relatives aux écosystèmes les préoccupent plus qu’avant, et 14 (sur 15) comprennent mieux la complexité d’un écosystème et des interactions entre ses êtres vivants et avec le milieu. De ce point de vue, un des objectifs de la thématique est bien rempli !

Graphique - engagement EDD


La volonté de plus s’engager pour le développement durable est plus variable. Certains sont déjà très engagés, notamment sont déjà écodélégués, donc pas nécessaire d’envisager le « plus ».

Le choix d’un exemple/point de départ reposant sur le projet d’écopâturage du lycée est plébiscité par le groupe :
« Choix très intéressant puisqu’il est en quelque sorte unique à notre établissement (avec les moutons) » « j’ai bien aimé le fait qu’on parle de mouton puisqu’il y a un lien avec le lycée.(il y en a dans le lycée) » « J’ai trouvé ce sujet intéressant car il est original et qu’on peut l’observer au quotidien, au lycée. » « C’est très intéressant, une façon de tondre écologique ».

L’outil de modélisation Édu’modèles
Quand ils ont répondu au premier questionnaire, les élèves savaient simplement qu’ils allaient étudier deux types d’écosystèmes locaux (pelouse et forêt) et qu’ils allaient être amenés à les modéliser informatiquement avec Édu’modèles (qu’ils n’avaient jamais utilisé) pour mieux les comprendre.
L’outil de modélisation est a priori perçu comme un outil scolaire (75%), qui peut aider à comprendre le monde (50%), utilisé par les scientifiques (30%). Il n’y a pas de crainte particulière à aborder ce nouvel outil. Pourtant, en fin de séquence, près de la moitié des élèves ayant répondu estime que cet outil peut faire peur quand on n’y est pas habitué. Dans leurs réponses textuelles, ils soulignent l’apprentissage technique nécessaire et les difficultés qu’ils ont rencontrées pour le travail à distance :
« C’est un peut compliqué car on n’a pas de connaissance sur cet outil. Nous avons simplement des vidéos pour nous expliquer donc c’est un peut léger. »* « Après avoir compris comment l’utiliser, c’est assez simple, mais il faut bien comprendre chaque paramètre. » « Je comprends l’intérêt du logiciel et cette approche est originale mais les exercices demandés son parfois trop compliqués à réaliser seul à la maison. De manière générale, les TP sur ordinateur ne sont pas mes préférés. »
(*il y a eu un temps de prise en main en classe, et une classe virtuelle de questions/réponses... mais facultative.)

Graphique - intérêt d’un outil de modélisation informatique


Graphique - qualification de l’outil


Si réaliser une modélisation est jugé intéressant avant comme après la séquence par une moitié des élèves, son intérêt est tout de même mieux compris après la séquence. L’outil était aussi imaginé rébarbatif, peu créatif et fastidieux (chacun 20%). En fin de projet, il est jugé moins rébarbatif, mais le côté fastidieux ressort plus. Encore une fois, c’est le travail seul à la maison sur trois défis étalés sur deux semaines qui a posé souci à quelques uns : un travail plus resserré, en classe et en équipe, aurait permis de réduire ce sentiment.

Mais les avis sur l’outil et la modalité choisis pour ce chapitre restent majoritairement positifs : les aspects ludique et visuel sont souvent cités, en lien avec l’objectif de compréhension des écosystèmes étudiés :
« Assez ludique !! » « C’est pratique même si c’est un peu casse-tête (pour trouver un moyen de faire marcher la modélisation). » « Je ne suis pas très à l’aise en informatique, cependant c’est une manière plus ludique d’apprendre. » « L’outil m’a permis de mieux comprendre avec des images. »

Le lien entre réel et modélisation
Pour conclure, les mots de quelques élèves sur les objectifs de la séquence et leur avis sur l’outil de modélisation, où ils relèvent la différence entre le réel avec la modélisation nécessairement plus simple :
« Comprendre les dynamiques par une simulation de la réalité. »« Montrer que la nature, reprenait ses droits après un certain droit. Les modélisations nous le montre. Ces dernières restent théoriques, et je pense, ne reflètent pas totalement la réalité. »« C’est pratique, cela permet de visualiser l’évolution de n’importe quel écosystème sur une grande échelle de temps. Cependant, je pense que cela ne remplace pas une visite au sein des écosystèmes comme avec l’écopâturage par exemple, que nous avons mieux compris et perçu. »

ANALYSE ET ÉVALUATION DU DISPOSITIF
Plus-values dégagées
  • N’ayant qu’une séance en classe suivie de deux semaines à distance, j’ai dû organiser cette séance en présence de telle sorte qu’elle prépare au maximum les élèves à la partie en distance et en autonomie. Cette séance cumule donc une sortie assez courte pour observer le réel et prendre des mesures, un temps collectif pour amorcer en équipe un compte-rendu, et une activité très simple pour prendre en main l’outil Édu’modèles en binôme, avec mon aide si besoin. C’est beaucoup, mais cela a fonctionné et a donné un rythme soutenu à ce début de chapitre.
  • La prise en main de l’interface Édu’modèles est très rapide pour les élèves, ce qui permet d’e focaliser ensuite sur la partie de réflexion sur le paramétrage des agents et des règles de comportement. Pour la petite histoire, les 30 minutes d’activité de prise en main de la 1ère séance ont été interrompues par deux exercices d’évacuation... et à chaque fois les élèves ont repris leur travail avec flegme et enthousiasme.
  • L’approche par défis de complexité croissante semble un bon levier pour impliquer les élèves et dédramatiser un outil qui peut paraître complexe au premier abord.
  • La correction des travaux des élèves montre que la construction du dernier modèle a été correctement réalisée pour la grande majorité des élèves (17 sur 20).
  • Les communications sont de bonne qualité, avec des descriptions claires, voire chiffrées. La séance de commentaire et correction des modélisations 2 a clairement influencé positivement les productions de la modélisation 3.
Difficultés rencontrées
  • Une grille permet le repérage de la position des agents sur le modèle, mais même affichée elle n’était pas visible pour certains élèves. Nous avons dû modifier le contraste et la luminosité de l’écran. Philippe Cosentino, auteur du logiciel, a depuis ajouté la possibilité de régler l’intensité de la grille.
  • Lors de la correction de la tâche finale, j’ai constaté que la partie analyse est particulièrement hétérogène : soit absente, soit très légère, parfois plus fouillée et reprenant les termes étudiés et attendus (écosystème, dynamique, compétition/prédation, perturbation, succession végétale). Ces disparités peuvent être dues aux consignes incomplètement comprises, ceci amplifié par le fait qu’il s’agisse d’un travail réalisé en autonomie sur une longue période à distance (malgré la classe virtuelle spéciale questions-réponses, où certains n’osent tout de même pas poser des questions, ou n’ont pas conscience de leur mauvaise compréhension des consignes).
  • Assez peu d’élèves, même parmi ceux de très bon niveau, ont rédigé une analyse rigoureuse répondant au problème posé. Plusieurs élèves ont raisonné de manière circulaire, interprétant le modèle comme s’il s’agissait d’une observation du réel dont on déduirait les relations inter-espèces. Le sens même de la modélisation ne semble que partiellement acquis au terme de ce travail individuel. Le bilan collectif en classe a pu apporter des éléments de remédiation.
  • En termes de semaines, le temps passé sur cette séquence est supérieur à ce qui était planifié (3 semaines au lieu de 2), même si la durée en heures pour les temps synchrones est celle prévue (6h environ). Les deux semaines consécutives à distance ont bouleversé l’organisation de la séquence, ont réduit les possibilités de travail en équipe auquel mes élèves sont habitués, et ont rendu plus difficile l’aide individuelle que je pouvais leur apporter sur ce travail sur un outil inédit pour eux.
Pistes d’amélioration
  • L’étude du projet RTE-Life pourrait être mieux contextualisée, de telle sorte que les élèves comprennent mieux les objectifs et intérêts de la modélisation. Par exemple : « La ville de XXX souhaite mettre en place un écopâturage de ses espaces verts sous lignes à haute tension. Vous êtes ingénieur(e)-écologue, la ville vous commande une étude d’impact sur cette pratique et souhaiterait une estimation du nombre de moutons nécessaire au maintien des pelouses. ». C’était d’ailleurs l’idée initiale, l’établissement étant situé au bord du plateau de Saclay, où l’on trouve des lignes à haute tension et dessous : des champs, des espaces aménagés (terrain de football...) et d’autres laissés en friche boisée.
  • Comme indiqué dans l’article, l’apprentissage technique et la réflexion sur les algorithmes ont fait l’objet d’une approche progressive, sous forme de niveaux 1, 2 et 3. La distance m’a poussée à simplifier une partie de la tâche afin de faciliter le travail individuel des élèves. Il serait plus intéressant dans la modélisation 3 de fournir un tableau des interactions vide, que les élèves complètent en équipe grâce à l’étude des documents, avant de réfléchir ensemble aux règles à créer (ce qui relève pour moi d’un niveau 4, expert). Le tableau complété fourni ici (ou partiellement complété) pourrait permettre de différencier cette activité, facilitant la tâche des groupes ayant des difficultés.
  • Espérant un retour à une certaine normalité et à la présence continue des élèves en classe, je propose ci-dessous une réorganisation de la séquence pour trois séances de 2 heures (une sortie et deux séances en classe).
    Proposition de réorganisation du scénario dans un contexte tout en présence

Une piste d’adaptation en classe de Seconde

Cette activité est facilement transposable en Seconde, dans le thème « Agrosystèmes et développement durable », pour l’item « Vers une gestion durable des agrosystèmes », par exemple pour montrer l’influence des pratiques agricoles sur la biodiversité. La capacité concernée :

« étudier, dans le cadre d’une démarche de projet, des modèles d’agrosystèmes pour comprendre leurs intérêts et leurs éventuels impacts environnementaux (fertilité et érosion des sols, choix des cultures, développement de nouvelles variétés, perte de biodiversité, pollution des sols et des eaux, etc.) »

Remerciements à Julien Loche pour l’aide sur le choix de l’écopâturage et des successions végétales comme axe de travail, et à Philippe Cosentino pour ses nombreux outils, dont Édu’modèles, et pour sa grande réactivité.

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