Autrans, 2 juin 2005

Simulations de cinétiques et d'équilibres

XMLlab

Stéphane Mottelet et André Pauss

Avec le soutien du consortium UNIT, et du Pôle Régional de Recherche STEF de la Région Picardie

Autrans, 2 juin 2005

Simulations dans l’enseignement supérieur

Maîtrise des concepts

Comprendre et prédire les phénomènes, et leurs évolutions

Analyser la sensibilité des paramètres les définissant :

1. (décrire un phénomène par une équation), un modèle,2. insérer cette équation dans un logiciel de simulation,3. simuler en imposant des paramètres et des variables, 4. visualiser et interpréter les résultats de la simulation,5. réaliser une analyse de sensibilité de ces variables

Autrans, 2 juin 2005

_ Très grande variété de contenu et de qualité,_ La plupart du temps spécifiques à une discipline, voire à un phénomène, informatiquement très souvent « figés»- en 2002 :

Biologie 140 50

Chimie 130 53

Physique 575 435

Simulateurs dans l’enseignement, pour les sciences expérimentales

NombreGratuiciels ou accessibles sur internet en mode synchrone

(applets)

Autrans, 2 juin 2005

soit utilisable facilement par n’importe quel enseignant  soit utilisable par l’enseignant quelle que soit la discipline

scientifique dont l’équation à simuler émane soit capable de simuler virtuellement n’importe quel problème

(équations différentielles, systèmes d’équations non linéaires, fonctions implicites, ...) 

pérennise les contenus sur la durée, et ce quelle que soit la plate-forme informatique (Windows, Unix, MacOS) 

soit basé sur des logiciels ou prologiciels de type “ open source ” 

soit facilement intégrable à des logiciels informatiques en réseaux

Le simulateur idéal … !?

Autrans, 2 juin 2005

XMLlab : choix techniques

Ecriture des équations en XML, puis compilation en Scilab (actuellement). Logiciel multiplateforme et d’utilisation libre (GPL)

Fichier XMLCréé à l’aide de xxe

Environnement créateur(enseignant)

Environnement utilisateur(étudiant)

DTD : contraintes

Choix de la langue

Fichier tk

Fichier Scilab

Autrans, 2 juin 2005

XMLlab : DTD

Paramètres de la simulation : scalaires, matrices, groupes de paramètres, base de données

Modèles mathématiques : domaines, courbes et surfaces, équations différentielles, non linéaires ou aux dérivés partielles

Affichage des résultats : courbes 2D, 3D, courbes animées

Sauvegarde : paramètres, résultats; Scilab et/ou CSV

Commentaires et images

Autrans, 2 juin 2005

Pendule

Autrans, 2 juin 2005

Tension dans un condensateur

Autrans, 2 juin 2005

Depuis automne 98 (ancien logiciel) et octobre 2001,

± 1200 étudiants

Logiciel implanté sur serveur UNIX, accessible en tout temps par les étudiants, sur consoles ou PC

Simulateur pour les équilibres acido-basiques Utilisation en TP, et en accès libre

Simulateur pour les cinétiques chimiques Accès libre, sans indication

Enquête de satisfaction auprès des étudiants depuis 2001

Utilisation de XMLlab en chimie générale (1er cycle ingénieur)

Autrans, 2 juin 2005

Cours : démonstrations de courbes type

Travaux Pratiques : 1ère semaine : manipulations de titrages suivant un

protocole classique 2ème semaine :

comparaison des courbes expérimentales et simuléessimulation libre des étudiants pour répondre aux questions

phénoménologiques posées dans le polycopié de TP

« quelle est la différence minimale entre deux pKa pour observer deux sauts distincts de pH ? »

Utilisation de XMLlab en chimie générale - équilibres acido-basiques

Autrans, 2 juin 2005

Equilibres acide-base

Version 1.3Version 1.3

Version 1.4Version 1.4

Notes

Autrans, 2 juin 2005

Equilibres acide-base

Autrans, 2 juin 2005

Cinétiques chimiques

Autrans, 2 juin 2005

Autrans, 2 juin 2005

Cinétique complexe (2 équ. successifs)

Autrans, 2 juin 2005

Méthodologie Envoi d’un questionnaire aux étudiants par E-mail,

questions booléennes ou semi-quantitatives (de 1 à 5). Trois mois après l’utilisation 105 réponses (61,4 %) la 1ère année, 75 réponses (48

%) la seconde année

Evaluation technique et évaluation pédagogique

Enquête de satisfaction

Autrans, 2 juin 2005

Enquête de satisfaction

Résultats Utilisation aisée du logiciel et quasi-absence de

problèmes techniques Meilleure compréhension des phénomènes complexes

des équilibres acido-basiques Nécessité d’un encadrement par des assistants de

Travaux Pratiques, et nécessité d’une formation préalable de ces derniers

Faible utilisation du logiciel en dehors des heures encadrées

Autrans, 2 juin 2005

Distribution : www.xmllab.org

Autrans, 2 juin 2005

Universités Numériques Thématiques L'Université Médicale Virtuelle Francophone (

http://www.umvf.prd.fr/ 23 + 3 universités)

L'Université Numérique Ingénierie et Technologie (http://www.unit-c.fr 32 écoles d’ingénieur et 5 universités)

L’Université Numérique Juridique Francophone (http://www.unjf.org )

UNT- EG (Economie et Gestion) UNED (Sciences de l’Environnement)

XMLlab - UNIT

Autrans, 2 juin 2005

Evolutions et améliorations du logiciel Extension de la modélisation et des animations Supports de publication (dans d’autres logiciels, sur

serveur) Scénarisation (utilisation asynchrone) Amélioration de l’édition …Évaluation de l’impact pédagogiqueCréation de communautés « métiers » et développement

et diffusion d’animations spécifiques

qui en chimie ?

XMLlab – futur

Autrans, 2 juin 2005

Les simulations sont à la base de la démarche scientifique

En enseignement, elles permettent de poser une démarche scientifique mais aussi de mieux appréhender la complexité de phénomènes

L’utilisation de simulateurs en enseignement entraîne une réflexion sur la structuration de l’enseignement, et une clarification des objectifs

De nombreux simulateurs sont disponibles, très souvent spécifiques, et de qualité très variable

Conclusions