Qu’entend-on par « simulation numérique » ? 

La simulation se veut une représentation d’un système réel dont elle reprend des caractéristiques. Elle présente des similarités aussi bien sur le plan physique que fonctionnel avec le système de référence. En tant que représentation simplifiée et dynamique de la réalité, elle est définie comme un système sur lequel l’apprenant peut exercer un certain contrôle en manipulant les variables en présence, et qu’il peut étudier à son propre rythme et quand cela lui convient, avec des feedbacks en temps réel. 

 

La simulation est évaluée en fonction de sa correspondance avec le système qu’elle représente même si, à des fins pédagogiques, elle en donne une représentation volontairement simplifiée, voire déformée, pour attirer l’attention de l’apprenant sur quelques mécanismes essentiels.

 

Etant donné que nous nous situons dans le domaine des MITIC, nous ne considérerons ici que les simulations numériques. Mais un jeu de rôle peut également être considéré comme une simulation (non numérique) d’une situation sociale ou de communication. 

 

EduMedia : https://www.edumedia-sciences.com/fr/media/675-principe-du-levier

 

 

Les simulations ont l’avantage de présenter des situations dites authentiques. Elles donnent accès à des situations dangereuses dans le réel, inaccessibles et à un moindre coût. A travers la manipulation des variables et l’observation, les élèves vont découvrir les propriétés du modèle sous-jacent. Les simulations numériques en classe sont particulièrement adéquates pour la compréhension de phénomènes dynamiques et la découverte de lois naturelles difficiles à montrer autrement. 

 

Des recherches ont montré qu’un logiciel de simulation pouvait avoir un impact plus important sur l’apprentissage que le recours à une expérience réelle (par ex. pour le fonctionnement des circuits électriques) ou conduisait à de meilleures connaissances (par ex. en anatomie) lorsque l’expérience réelle (dissection de grenouilles) était précédée par une phase d’utilisation d’une simulation numérique sur le sujet en question (Chalak, 2012). 

Les simulations favorisent un apprentissage par découverte ou investigation. Elles donnent la possibilité d’initier les élèves à la démarche scientifique en invitant les élèves à suivre les étapes suivantes : 

 

1.     Définir le problème (identification des variables et de leurs relations)

2.     Etablir des hypothèses

3.     Expérimenter (changer les valeurs des variables, faire des prédictions, puis interpréter les résultats de l’expérimentation)

4.     Valider ou non les hypothèses de départ

5.     Réfléchir sur le processus d’apprentissage et les connaissances acquises

Ces différentes phases présentent des difficultés pour bon nombre d’étudiants (de Jong, 2006). Par exemple, les élèves ne savent souvent pas formuler correctement une hypothèse, ou leur hypothèse n’est pas opérationnalisable ; ils ont aussi de la peine à faire le lien entre les effets observés dans la simulation et leurs hypothèses. Pour faciliter la compréhension des phénomènes observés, l’enseignant doit accompagner les élèves à travers les différentes étapes de la démarche, guider leur questionnement, leur donner des moyens de contrôle et de suivi de leur progression (par ex. un carnet de note pour noter les données, leur faire faire un résumé des activités réalisées) et instituer la connaissance. 

 

 Jeux et simulations sont très proches et il n’est donc pas toujours évident de les distinguer l’un de l’autre. Certains auteurs prétendent que tous les jeux sont des simulations (Kirkley, Kirkley, & Heneghan, 2007), mais qu’inversement toutes les simulations ne sont pas des jeux. La simulation ne contient cependant pas certaines caractéristiques du jeu comme un monde imaginaire, du conflit, de la compétition, et l’utilisateur n’a pas en tête l’idée de gagner. Par ailleurs, la simulation est créée avec un souci de réalisme ce qui n’est pas nécessairement le cas pour un jeu. Le jeu et la simulation pédagogiques partagent néanmoins des éléments communs sur le plan de la conception interactive et peuvent, l’un aussi bien que l’autre, inciter à l’analyse et à la réflexion (Dickey, 2005).

 

 Certains environnements d’apprentissage combinent une simulation avec des éléments du monde du jeu (compétition, règles, objectifs, narration, actions au sein d’un univers particulier, personnages, etc.). Par exemple, Profile game, est un jeu simulant des phénomènes géologiques (Mayer, Mautone, & Prothero, 2002) au sein duquel l’apprenant peut accéder au modèle scientifique en manipulant des variables et en observant les conséquences de ses actions.

 

Micromonde et simulations sont aussi deux environnements distincts. Le micromonde est un environnement dans lequel l’apprenant peut explorer différentes options, tester des hypothèses et découvrir des faits qui sont propres à ce « petit monde ». Il se distingue de la simulation dans la mesure où les étudiants doivent s’imaginer ce monde comme un monde réel et non comme une simulation de notre monde (Rieber, 1996).  

 

Dans certains cas, il est difficile de distinguer une simulation d’une simple animation interactive. Par exemple, sur le site eduMedia, beaucoup de ressources offrent une représentation simplifiée d’un système donné mais sans offrir la possibilité à l’utilisateur de modifier les valeurs des différentes variables proposées et d’en tester l’effet sur le système représenté. La frontière entre simulation et animation interactive est tenue lorsque la ressource interactive permet de visualiser l’effet d’une variable donnée sur une autre (par ex. effet du feu versus de la glace sur un métal comme le titane, par ex) mais sans qu’on puisse varier la valeur de la variable (l’intensité du feu, par ex).  

 

Les ressources qui permettent simplement d’ajouter des informations à une représentation d’un modèle (par exemple, des organes ou des muscles sur un corps humain) ne sont pas des simulations.  

  

 

Chalak, H. (2012). Apports de l’expérimentation virtuelle en sciences. L’Agence des Usages. Consulté le 14 juin 2018. https://www.reseau-canope.fr/agence-des-usages/apports-de-lexperimentation-virtuelle-en-sciences.html 

 

De Jong, T. (2006). Technological advances in inquiry learning. Science, vol. 12., p. 532-533.

 

 

 

BECKER, Katrin. The invention of good games: Understanding learning design in commercial video games. 2008. Thèse de doctorat. University of Calgary.

 

Chalak, H. (2012). Apports de l’expérimentation virtuelle en sciences. L’Agence des Usages. Consulté le 14 juin 2018. https://www.reseau-canope.fr/agence-des-usages/apports-de-lexperimentation-virtuelle-en-sciences.html 

 

De Jong, T. (2006). Technological advances in inquiry learning. Science, vol. 12., p. 532-533.

 

Dickey, M. D. (2005). Engaging by design: How engagement strategies in popular computer and video games can inform instructional design. Educational Technology Research and Development, 53(2), 67–83.

 

Kirkley, J., Kirkley, S., & Heneghan, J. (2007). Building bridges between serious game design and instructional design. In B. E. Shelton & D. Wiley (Eds.), The Design and Use of Simulation

Computer Games in Education (pp. 59–80). Rotterdam, The Netherlands: Sense Publishers.

 

 Mayer, R. E., Mautone, P., & Prothero, W. (2002). Pictorial aids for learning by doing in a multimedia geology simulation game. Journal of Educational Psychology, 94(1), 171–185.

 

Rieber, L. P. (1996). Seriously considering play: Designing interactive learning environments based on the blending of microworlds, simulations, and games. Educational Technology Research & Development, 44(2), 43-58. 

 

Sauvé, L., Renaud, L., Kaufman, D., & Marquis, J. (2007). Distinguishing between games and simulations : A systematic review. Educational Technology & Society, 10, 247–256.