Unité GS3 - Applications de la modélisation

Objectif

Les élèves devraient être capables de travailler en équipes et de spécifier, de modéliser et de résoudre méthodiquement des problèmes relativement complexes.

Sous-objectifs

Les élèves devraient être capables d'intégrer des connaissances, des habiletés et des compétences préalablement acquises afin :

  1. de spécifier, de modéliser et de résoudre méthodiquement des problèmes relativement complexes avec l'aide d'outils de programmation généraux;
  2. de spécifier, de modéliser et de résoudre des problèmes relativement complexes tirés d'autres disciplines à l'aide de logiciels d'application programmables;
  3. de travailler en équipe sur un projet de modélisation commun.

Contexte

La faculté de modéliser est indispensable à l'utilisation réussie d'outils logiciels avancés. Dans le cadre de cette unité, les élèves doivent utiliser une série de modèles informatisés, par exemple, des simulations et des jeux; ils doivent identifier les décisions et les simplifications faites par le concepteur, discuter de leur importance et des conséquences d'éventuelles erreurs.

Les élèves travaillent en équipe afin de trouver des réponses aux questions posées par le professeur et impliquant la création d'un modèle dans lequel les concepts, les outils et les méthodes des TI ont un rôle à jouer. La démarche algorithmique est un atout non négligeable pour mener ces tâches à bien.

Pendant le développement du projet, le professeur guidera les élèves en ayant recours à des généralisations, en soulignant les problèmes de modélisation, ceux liés au travail en équipe et à la conduite du projet. De cette manière, les élèves sont à même d'intégrer des connaissances, des capacités et des compétences préalablement développées à travers leurs acquis en informatique ou dans d'autres domaines.

Contenu

Qu'est-ce que la modélisation et quels sont les outils disponibles ?

Les élèves travaillent sur base d'exemples de techniques de modélisation en informatique et dans d'autres disciplines, en recensant les différentes étapes d'un processus de modélisation et en dressant un inventaire des outils de modélisation classiques. Ils explorent les caractéristiques du travail en équipe, examinent les techniques de conduite de projet et évaluent les conséquences des pressions extérieures sur ce dernier. Les élèves sont également confrontés à des exemples où la modélisation implique une simplification de la réalité.

Modélisation méthodique en utilisant les outils appropriés - que doit-on faire ?

Avec pour point de départ une question simple, la description d'un problème est d'abord exprimée en langage naturel et précisée ensuite par des questions appropriées et en bornant la tâche concernée. Les élèves doivent alors discerner les éléments de "la réalité à modéliser", pertinents pour la construction du modèle, et ceux que l'on peut laisser de côté; en expliquant pourquoi et en justifiant leurs choix.

Les élèves écrivent les spécifications précises du travail à effectuer et planifient sa réalisation. En collaborant au sein d'une équipe, ils cherchent et choisissent des outils et des techniques de modélisation adaptés à la résolution du problème; ils élaborent ensuite une solution exécutable de celui-ci.

Evaluation des modèles et du processus de modélisation - comment cela a-t-il été fait ?

Dans un premier temps, les élèves expliquent et justifient leur choix d'outils, de techniques et leurs solutions. Ils examinent ensuite dans quelle mesure la solution proposée correspond à la description initiale du problème et amendent cette solution de départ si nécessaire. A ce stade, ils devraient discuter des problèmes sociaux ou politiques pouvant découler de l'utilisation de modèles incorrects ou simplistes rendant compte de situations de la vie quotidienne.

Sujet proposés pour la modélisation utilisant les langages de programmation classiques

Des informations concernant les techniques de modélisation telles que le modèle entité-association constituent le point de départ. Ensuite, des situations comme la croissance et le déclin d'une population (par exemple, le modèle de Forrester ou le Jeu de la Vie), la propagation d'une maladie ou de la pollution, ou les files d'attente sont modélisées. On en réalise d'abord un modèle algorithmique qui est ensuite implémenté en utilisant un langage de programmation classique.

D'autres pistes prometteuses:

Sujets proposés pour la modélisation utilisant des logiciels d'application programmables

Ici, l'on peut construire et simuler des modèles issus d'un domaine particulier pour lequel existent des outils de programmation spécifiques. Par exemple, on peut modéliser et simuler (résoudre) des problèmes de statistique avec un logiciel de statistique, des modèles pour d'autres problèmes mathématiques peuvent être simulés (résolus) avec un outil mathématique comme Maple ou Mathematica. Des outils plus généraux tels que des tableurs peuvent être utilisés pour réaliser une simulation.

L'annexe 2 propose d'autres exemples de situations de modélisation.

Ressources

Ressources minimales indispensables:

Ressources supplémentaires optionnelles:

Liens avec d'autres unités

Fondements de la programmation et du génie logiciel (GS1), L'informatique dans les autres disciplines

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