FI SPECIAL ETE 96

de Ceske Budejovice, Tchèquie
par Jana Kapounov et Jiri Patocka,
Faculté de Pédagogie, Université de Bohème du Sud à Ceske Budejovice

Vers un laboratoire virtuel pour les étudiants en physique

De nombreuses innovations technologiques destinées à être exploitées dans la production industrielle doivent d'abord passer par une phase de maturation dans les laboratoires et ateliers de physique dédiés à la recherche. Le processus d'enseignement associé doit lui aussi être soigneusement développé. De ce fait, il existe une demande de plus en plus vive à l'égard des nouvelles techniques d'information, des outils didactiques et du matériel de laboratoire, y compris les ordinateurs.

En raison de graves lacunes budgétaires, nous sommes confrontés dans nos Ecoles à une sévère pénurie de matériel et d'équipement scientifique. D'autre part, une expérience en laboratoire n'est parfois simplement pas réalisable pour des raisons de sécurité, par exemple pour des expériences de physique nucléaire, ou pour d'autres raisons techniques liées à la complexité des appareils. Enfin, certains phénomènes ne peuvent être étudiés en temps réel parce qu'ils sont soit trop rapides, soit trop lents. Dans certains cas, une expérience une fois réalisée ne peut être répétée dans les mêmes conditions.
Pour toutes ces raisons, il est utile de simuler l'expérience en question à l'aide de modèles mathématiques. La construction de tels modèles est une importante méthode pour l'avancement des connaissances scientifiques. L'extension foudroyante d'Internet et autres outils multimédia, dont la plupart peuvent être obtenus via Internet lui-même, permet en outre d'envisager une nouvelle formulation du processus d'enseignement. Par exemple, le CERN (Laboratoire Européen de Physique des Hautes Energies à Genève) publie sur Internet la description de ses activités, les résultats d'expérience, les nouvelles des progrès réalisés dans le domaine de la physique des particules, etc.

Un groupe de physiciens de la Faculté de Pédagogie de Ceske Budejovice s'est lancé dans la constitution d'un environnement complet pour l'enseignement de la physique sous forme d'une simulation d'un laboratoire scientifique. Après de nombreuses discussions sur la façon de réaliser ceci, le projet Laboratoire de Physique Virtuel a finalement été accepté, avec comme objectifs:

Les coûts de l'étude de la physique sont normalement très élevés quand il s'agit de construire de modernes laboratoires d'expérimentation. D'autre part, le nombre d'étudiants choisissant cette branche se réduit chaque année: ceci n'est pas seulement vrai pour la République Tchèque, mais également pour de nombreux pays occidentaux.

Les étudiants engagés dans une formation scientifique acquièrent des connaissances de base dans un certain domaine, mais ils doivent également apprendre à travailler indépendamment de façon créative et inventive. La première phase, relativement passive, concerne la compréhension en profondeur de la théorie. Mais ensuite, il s'agit de l'appliquer à des problèmes réels. Les exercices théoriques et les expériences de laboratoire deviennent alors la source d'une connaissance active. Une bonne façon d'encourager les étudiants à une participation active pour l'amélioration de leurs connaissances en sciences naturelles, et particulièrement en physique, consiste en l'utilisation des technologies modernes de l'information. C'est pourquoi, le Laboratoire de Physique Virtuel sera développé sur le réseau.
Les fondations de ce Laboratoire seront constituées par un ensemble de connaissances de base:

L'objectif poursuivi est de faire en sorte que les étudiants se sentent dans le Laboratoire de Physique Virtuel comme s'ils étaient dans un institut scientifique. Ils peuvent partir d'une situation modélisée pour observer, créer des hypothèses et examiner différentes alternatives, évaluer les données mesurées, les confronter avec les hypothèses et écrire un article en vue d'une publication.

Le fait que le Laboratoire de Physique Virtuel soit accessible par le réseau implique que les étudiants peuvent consulter non seulement leurs professeurs mais également n'importe quel autre spécialiste, voire leurs collègues étudiants de n'importe quelle institution scientifique à travers le monde. L'accès à de nombreuses bibliothèques est également possible par ce moyen.

Le Laboratoire de Physique Virtuel tel que décrit ci-dessus ne doit pas être développé par une seule université ou une seule institution. Dans l'environnement ouvert de l'enseignement des sciences, il devrait être possible de réaliser une combinaison des produits développés par plusieurs institutions: programmes, méthodes, systèmes, etc. Il en existe de nombreux qui sont actuellement utilisés séparément, tels que les logiciels FAMULUS, Interactive Physics, IP-Coach, LabView, etc. Il existe également des projets plus complexes, comme CUPS (Consortium for Upper-Level Physics Software), ainsi que les activités du CERN mentionnées ci-dessus autour du World Wide Web.
Un système expert et une base de connaissances constituent la charpente du Laboratoire de Physique Virtuel. A la Faculté Pédagogique de Ceske Budejovice, c'est la physique des particules qui constitue le centre d'intérêt, ou la physique des hautes énergies dans un sens plus large. Les méthodes utilisées sont proches de celles de la réalité virtuelle. Trois types de bénéficiaires sont visés à des niveaux différents:

Les inconvénients: le Laboratoire de Physique Virtuel est très complexe et couvre diverses activités. Il sera très difficile d'atteindre le niveau de qualité souhaité. Il faut également décider si la langue utilisée doit être internationale (l'anglais?) ou s'il sera possible d'adapter l'environnement à des cultures multiples.
Il semble que la Faculté de Pédagogie soit un excellent lieu d'expérimentation pour les activités décrites ci-dessus. Plusieurs autres départements pourraient se joindre à l'entreprise: Histoire, Psychologie, Arts, Musique, Philologie, etc. Nous disposons également d'un Centre Audio-Visuel, d'un Centre de Publication et d'un Département des Technologies Didactiques. Divers collaborateurs potentiels pour ce projet ont été contactés, en particulier:

A travers cet article, nous lançons un appel à tout autre groupe qui désirerait participer à cet ambitieux projet de télé-enseignement, aussi bien au niveau pédagogique qu'au niveau technique.

TERRA INFORMATICA


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© FI-SP96-3 septembre 1996