Utilisation pédagogique de la simulation numérique dans une perspective de développement d'un savoir signifiant d'optique géométrique au secondaire

Les difficultés identifiées dans l'apprentissage des sciences expérimentales au secondaire dans le monde et plus particulièrement au Sénégal nous ont conduit à mener cette étude. Nous cherchions à comprendre, d'une part, comment lier les savoirs scolaires aux savoirs non scolaires de l'élève pour générer des savoirs qui sont signifiants pour lui et pour sa communauté. Nous voulions également comprendre, dans cette quête de sens, quel serait le rôle de la simulation informatique. Ainsi, la question de recherche à laquelle nous avons tenté de répondre est : Jusqu'à quel point peut-on développer des savoirs signifiants d'optique géométrique sur l'arc-en-ciel et la couleur chez des élèves du secondaire dans un contexte d'apprentissage utilisant la simulation informatique? La présente étude, de nature exploratoire, s'est déroulée dans un établissement d'enseignement secondaire (lycée) de l'inspection d'académie de Fatick (Sénégal). Elle est qualitative et basée sur une étude de cas. La population à l'étude était constituée de 27 élèves de classe de seconde scientifique (équivalent du secondaire 4 au Québec). Ces élèves ont été répartis en deux groupes, R (15) et S (12), pour réaliser, respectivement, un apprentissage traditionnel utilisant le matériel disponible au laboratoire et un apprentissage par la simulation utilisant un simulateur informatique. Les données recueillies des productions des élèves et des deux entrevues de groupe ont été analysées selon la méthode d'analyse de contenu. Le logiciel QDA Miner a été utilisé à cet effet pour faciliter leur traitement. Ce dernier nous a permis de procéder à des opérations de codage des unités de sens et de générer des résultats suivant une grille thématique structurée en cinq rubriques inspirées de notre cadre théorique. Les résultats de la recherche ont montré que les élèves ont des connaissances de différentes natures (scolaires, culturelles, religieuses, expérientielles, etc.) sur les phénomènes étudiés et que celles-ci sont plus ou moins compatibles, parfois conflictuelles, avec le savoir scientifique. L'analyse de la signifiance des savoirs a révélé que les savoirs non scolaires sont pertinents et valides pour eux dans leur contexte propre. Ils sont signifiants pour eux et ont contribué à une compréhension plus riche et plus complète du phénomène de l'arc-en-ciel et de la couleur. Ces résultats ont aussi montré des limites de la signifiance du savoir scolaire avec l'apparition de conflits cognitifs chez certains élèves. Ces conflits se sont manifestés lorsque la perception sensible de l'élève était en contradiction avec le savoir qu'on voulait lui enseigner ou lorsque le savoir scolaire était en contradiction avec des croyances très ancrées comme les croyances religieuses. Certains élèves n'accepteraient pas la vision réductionniste de la science qui limiterait l'arc-en-ciel à un objet de lumière et occulterait toutes les croyances qu'ils ont sur le phénomène. La signifiance du savoir scolaire se heurte ainsi à un problème de validation individuelle par l'élève. Les résultats de la recherche ont aussi montré que la simulation informatique a aidé les élèves à mieux comprendre les contenus d'apprentissage. Elle leur a donné l'opportunité de valider les connaissances scientifiques, mais également de découvrir des aspects du phénomène étudié qui sont difficiles à observer ou à réaliser en situation réelle. Elle a permis un engagement et une implication plus accrus des élèves dans l'apprentissage avec l'utilisation de leurs moyens d'apprentissage ou fonctions psychologiques selon la perspective de Jung (pensée, sentiment, sensation et intuition). Elle a permis une utilisation importante de la pensée. La simulation informatique se présente ainsi comme une bonne solution de substitution pour pallier le manque de matériel ou l'inaccessibilité du phénomène étudié et un bon outil pour développer, dans une certaine mesure, des savoirs signifiants. Mais, comme le laissaient apparaître certaines productions d'élèves, son utilisation comporte des limites. En effet, devant la simulation informatique, certains élèves étaient influencés par ce qu'ils voyaient, ce qui les a empêchés d'utiliser toute leur capacité cognitive; leur réflexion était orientée; leur créativité était limitée. De même, l'intérêt de certains élèves était plus porté sur la technologie que sur le contenu d'apprentissage. En outre, la signifiance des savoirs produits par la simulation pourrait être précaire du fait du contexte d'apprentissage ou du modèle utilisé pour réaliser le logiciel de simulation. Alors, il serait important de développer la réflexion sur l'articulation entre réalité et objets virtuels pour mieux prendre en charge cette dimension de la signifiance des savoirs.This exploratory study seeks to understand “To what extent can we develop meaningful geometrical optics knowledge about rainbow and color in high school students in a learning context using computer simulation?”. This qualitative research, based on a case study, was conducted with 27 first-year high school students (Secondary 4 in Quebec) from a high school in Fatick (Senegal). The students were divided into two groups designated by R (15) (for traditional learning) and S (12) (for learning through simulation). The data collected was analyzed using the content analysis method. QDA Miner software was used for this purpose to facilitate their processing. The results of the research showed that students have different kinds of knowledge (academic and non-academic) about the phenomena studied and that some of this knowledge is more or less compatible or in contradiction with scientific knowledge. Non-academic knowledge is, in the same way as scientific knowledge, meaningful to them in their context and has contributed to a richer and more complete understanding of the rainbow and colour. The study showed that the significance of academic knowledge sometimes faces problems of individual validation when cognitive conflicts appear in some students. These conflicts arose when the sensitive perception of the student was in contradiction with the knowledge that is intended to be taught to him or her or when the academic knowledge is in contradiction with deeply rooted beliefs such as religious beliefs. Research results showed that computer simulation helped students gain a better understanding of the concepts taught. It has contributed to the validation of scientific knowledge and to an increased and diversified use of psychological functions. It allowed them to discover other aspects of the phenomenon that are difficult to observe in real situations. It is thus presented as a promising tool for developing meaningful knowledge. But its use has limits, since facing a simulation of a phenomenon, some students were influenced by what they were looking at, thus diverting their thinking or preventing them from using their full cognitive capacity. Furthermore, the significance of the knowledge produced by the simulation could be limited by the model used to make the simulation software. Therefore, it would be interesting to broaden reflection on the articulation between reality and virtual objects to further address this dimension of the significance of knowledge

k-nearest neighbors prediction and classification for spatial data

We propose a nonparametric predictor and a supervised classification based on the regression function estimate of a spatial real variable using k-nearest neighbors method (k-NN). Under some assumptions, we establish almost complete or sure convergence of the proposed estimates which incorporate a spatial proximity between observations. Numerical results on simulated and real fish data illustrate the behavior of the given predictor and classification method

Metallurgical Analysis of Brake Blocks

International audienceThis study focuses on the characterization of train brake blocks. The brake blocks are an essential organ of train speed control system to ensure comfort and safety to passengers and crew. However, poor quality soles can cause a premature wear of the wheels whose consequences are on the one hand, a damaged brake function, and also high repair costs. Samples were carried out on 3 different batches of brake blocks. Their metallurgical characterization consisted of a study of the hardness and microstructural analysis (micro-structures and chemical analyzes) of the different samples. The results show that the hardness of some soles is greater than that of the wheel, mainly associated with a cementite microstructure. This can lead to a premature wear of the wheels at the expense of brake blocks

Immune Response in Lambs Naturally Infected With Mycoplasma Species

During the past several years, an ovine coughing syndrome characterized by paroxysmal cough leading to rectal prolapses has been observed in Iowa and neighboring states. Preliminary studies conducted by Kaeberle and Eness (1) several years ago indicated the presence of relatively high levels of M. ovipneumoniae (MO) antibody in lambs from affected flocks. In the present study, serum samples obtained from six flocks around the state of Iowa, at various stages of the clinical disease, were compared by ELISA for antibody to MO and M. arginini (MA). Results indicated low antibody levels to MO in flocks sampled at the early stages of infection whereas increased levels of antibody were evident in lambs from flocks that had apparently recovered from the disease. On the other hand, antibody levels to MA were more likely to increase earlier in the disease process. Our results suggest that the chronic nature of this disease may result from the failure of the immune system to produce antibodies that are protective against MO infection. At such a time that appreciable levels of specific antibodies appear in the serum (several weeks following infection) lambs seem to recover from the clinical disease. In addition, this lack of circulating antibody levels against MO would not be inconsistent with a predominant IgE response during early stages of the clinical disease as we have suggested in another entry in this issue of Sheep Research Reports

Modulation of Immune Response in Lambs

Experiments using different types of antigen-adjuvant preparations were conducted in outbred sheep to compare effects of adjuvants on immune responses. Trinitrophenyl-ovalbumin (TNP-ovalbumin) incorporated in a preparation with nonionic block copolymers elicited high antibody titers to both ovalbumin and TNP. Different humoral immune responses were observed when Pasteurella haemolytica lipopolysaccharide (LPS) was added to the preparations. Responses to ovalbumin and TNP were reduced when Pasteurella haemolytica LPS was added to copolymer L121. The antibody titers to ovalbumin or TNP were not affected by the addition of LPS to the preparation containing copolymer L180.5. Lymphocyte proliferation assays demonstrated high stimulation indices at day 17 to ovalbumin by lymphocytes from lambs receiving preparations containing copolymers without Pasteurella haemolytica LPS