Stphane Mottelet et Andr Pauss

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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

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Simulations dans lenseignement supérieur

• Maîtrise des concepts
• Comprendre et prédire les phénomènes, et leurs
  évolutions
• Analyser la sensibilité des paramètres les
  définissant
• (décrire un phénomène par une équation), un
  modèle,
• insérer cette équation dans un logiciel de
  simulation,
• simuler en imposant des paramètres et des
  variables,
• visualiser et interpréter les résultats de la
  simulation,
• réaliser une analyse de sensibilité de ces
  variables

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Simulateurs dans lenseignement, pour les
sciences expérimentales

• 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

Gratuiciels ou accessibles sur internet en mode
synchrone (applets)
Nombre
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Le simulateur idéal !?

• soit utilisable facilement par nimporte quel
  enseignant 
• soit utilisable par lenseignant quelle que soit
  la discipline scientifique dont léquation à
  simuler émane
• soit capable de simuler virtuellement nimporte
  quel problème (équations différentielles,
  systèmes déquations 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

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XMLlab choix techniques

• Ecriture des équations en XML, puis compilation
  en Scilab (actuellement). Logiciel
  multiplateforme et dutilisation libre (GPL)

Fichier XML Créé à laide de xxe
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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

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Pendule
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Tension dans un condensateur
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Utilisation de XMLlab en chimie générale (1er
cycle ingénieur)

• 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

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Utilisation de XMLlab en chimie générale -
équilibres acido-basiques

• Cours démonstrations de courbes type
• Travaux Pratiques
• 1ère semaine manipulations de titrages suivant
  un protocole classique
• 2ème semaine
• comparaison des courbes expérimentales et
  simulées
• simulation 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 ? 

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Equilibres acide-base
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Equilibres acide-base
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Cinétiques chimiques
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(No Transcript)
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Cinétique complexe (2 équ. successifs)
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Enquête de satisfaction

• Méthodologie
• Envoi dun questionnaire aux étudiants par
  E-mail, questions booléennes ou
  semi-quantitatives (de 1 à 5).
• Trois mois après lutilisation
• 105 réponses (61,4 ) la 1ère année, 75 réponses
  (48 ) la seconde année
• Evaluation technique et évaluation pédagogique

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Enquête de satisfaction

• Résultats
• Utilisation aisée du logiciel et quasi-absence de
  problèmes techniques
• Meilleure compréhension des phénomènes complexes
  des équilibres acido-basiques
• Nécessité dun encadrement par des assistants de
  Travaux Pratiques, et nécessité dune formation
  préalable de ces derniers
• Faible utilisation du logiciel en dehors des
  heures encadrées

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Distribution www.xmllab.org
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XMLlab - UNIT

• 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 dingénieur et
  5 universités)
• LUniversité Numérique Juridique Francophone
  (http//www.unjf.org )
• UNT- EG (Economie et Gestion)
• UNED (Sciences de lEnvironnement)

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XMLlab futur

• Evolutions et améliorations du logiciel
• Extension de la modélisation et des animations
• Supports de publication (dans dautres logiciels,
  sur serveur)
• Scénarisation (utilisation asynchrone)
• Amélioration de lédition
• Évaluation de limpact pédagogique
• Création de communautés  métiers  et
  développement et diffusion danimations
  spécifiques
• qui en chimie ?

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Conclusions

• 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
• Lutilisation de simulateurs en enseignement
  entraîne une réflexion sur la structuration de
  lenseignement, et une clarification des
  objectifs
• De nombreux simulateurs sont disponibles, très
  souvent spécifiques, et de qualité très variable