Des simulations pour l’enseignement de la physique

Avec la plateforme Desmos [en anglais], Stéphan Gaumont-Guay, enseignant de physique au Cégep Limoilou, a développé 70 simulations interactives destinées à l’enseignement de la physique au collégial. (Ces simulations pourraient aussi être utiles en mathématiques et dans plusieurs techniques physiques!)

Ces simulations permettent de visualiser différents phénomènes physiques étudiés dans les cours du collégial. Les paramètres sont variables, de sorte qu’on peut en observer les effets.

Simulation d’une collision entre 2 corps

Je me suis entretenue avec Stéphan (que je connais bien puisque je suis, moi aussi, enseignante en physique au Cégep Limoilou!) pour parler de son projet.

Une réponse à un besoin

Le projet de Stéphan est parti de son propre besoin d’avoir des animations pour illustrer certains phénomènes. Il utilisait quelques simulations qu’il avait créées lui-même, mais avait besoin d’en avoir encore plus. Se disant qu’il ne devait pas être le seul avec un tel besoin et que les fruits de son travail pourraient bénéficier à d’autres enseignants, il a soumis une demande de libération à son collège afin d’avoir davantage de temps à consacrer à son projet d’innovation technopédagogique.

Pourquoi Desmos?

Stéphan a choisi de créer ses simulations sur la calculatrice graphique Desmos, car cette plateforme est très simple à utiliser et entièrement gratuite. Aucune connaissance en programmation n’est nécessaire: tout repose sur des équations mathématiques.

Faites le test!

1. Ouvrez une page vierge dans Desmos.
2. Écrivez dans l’espace de gauche, par exemple, y = sin(2x). Vous verrez instantanément la courbe se tracer sur le quadrillage de droite.
3. Remplacez le 2 dans l’argument du sinus par un k (ou n’importe quelle autre lettre). Desmos vous offrira de créer un curseur pour fixer la valeur de cette nouvelle variable.
4. Faites glisser le curseur pour en voir l’effet sur la courbe.

Introduction à la calculatrice graphique de Desmos

Le défi est de trouver les bonnes équations à inscrire pour représenter clairement le phénomène qui nous intéresse!

Stéphan a peaufiné ses simulations en ajoutant, lorsque c’était pertinent, des images libres de droit ou des dessins de son cru dans l’espace de visualisation. Il a également ajouté des copies des curseurs dans l’espace de visualisation lui-même, de sorte que l’enseignant peut masquer la barre d’équations à gauche de l’écran et ainsi montrer la simulation en plein écran tout en continuant d’avoir le contrôle des paramètres.

Une simulation pour visualiser le champ et le potentiel associés à une distribution de charges électriques.

Pourquoi pas Geogebra?

Geogebra est une autre calculatrice graphique en ligne qui offre encore plus de possibilités que Desmos, comme l’affichage en 3D. Toutefois, Stéphan a préféré Desmos, plus simple, car il sera plus facile pour n’importe qui de modifier lui-même une simulation sans avoir à mettre du temps pour s’approprier l’outil.

D’autres banques de simulations sur le web

Il y a déjà, en ligne, de nombreuses simulations interactives de qualité destinées à l’enseignement ou à l’apprentissage de la physique. Nommons:

• les simulations PHET
• les simulations disponibles sur le site oPhysics (créées avec Geogebra)

Les simulations de Stéphan se distinguent parce qu’elles sont conçues spécifiquement pour les besoins des cours collégiaux. Elles sont entièrement en français et utilisent la notation des livres de physique québécois.

Des simulations que tous peuvent utiliser et modifier

N’importe qui peut modifier une simulation disponible sur Desmos. Ainsi, un enseignant qui le désire peut adapter les simulations de Stéphan à ses besoins. Les équations sont dans le menu de gauche sur Desmos.

Chaque fois que vous modifiez une simulation, un nouvel URL est créé. Ainsi, la simulation initiale reste toujours accessible: on ne craint pas d’effacer le travail de quelqu’un d’autre.

Dans quel contexte utiliser les simulations?

Stéphan m’a expliqué que ses simulations étaient surtout destinées aux enseignants, pour qu’ils les utilisent avec leurs élèves en classe. Elles ne sont pas destinées à l’étude asynchrone de phénomènes complètement nouveaux par les étudiants.

Puisqu’un enseignant connaîtra déjà les significations des différentes variables impliquées dans les situations, il s’appropriera donc très facilement les simulations.

Stéphan aimerait aussi créer des gifs animés à partir de chaque simulation. Ainsi, les enseignants pourront facilement les intégrer à des diaporamas. En attendant, vous pouvez créer des gifs vous-mêmes avec GIFsmos [en anglais], un site web spécialement conçu pour créer des gifs animés à partir de Desmos.

Des simulations regroupées sur un Espace web

Stéphan a créé un catalogue de ses simulations sur un site WordPress créé sur un Espace web offert, sans frais, par Éductive. Pour mettre en forme son site WordPress, il a utilisé la version d’essai gratuite d’Elementor [en anglais].

Tutoriel très complet pour l’utilisation d’Elementor (en anglais)

Sur son site web, en plus de ses simulations, Stéphan recense également des ressources éducatives numériques utiles pour l’enseignement de la physique au collégial.

Vous avez des suggestions?

Stéphan utilise certaines de ses simulations depuis plusieurs années, mais il y en a d’autres qu’il n’a pas encore eu l’occasion de tester. Si vous repérez des erreurs dans ses simulations, contactez-le pour qu’il les corrige! Écrivez-lui aussi si vous avez des améliorations à proposer aux simulations existantes ou des idées de nouvelles simulations à développer!