« Générativité, calcul et simulation » : différence entre les versions

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[[Catégorie:Possibilités de l'ordinateur]]
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==Définition principale==
==1- Définition principale==
'''La simulation''' est une reproduction artificielle du fonctionnement d'un appareil, d'une machine, d'un système, d'un phénomène, à l'aide d'une maquette ou d'un programme informatique, à des fins d'étude, de démonstration, d'explication, ou d'autres.  
Si on parle de possibilités, en informatique, on peut définir '''la générativité''' comme la capacité de l'ordinateur de générer des nouvelles données, à la demande de l'utilisateur, à partir des données emagasinées(data-base), transformées par des calcul ou des simulations ("Data and Algorithm" Manovich, 2001). Cette générativité peut être plus ou moins complexe, allant d'un simple calcul effectué à partir d'un  petit nombre de données, comme le dessin d'une droite avec deux mouvements de souris ([[Cabri Géomètre]]), aux mouvements sophistiquées produits par simulation dans un jeu virtuel ([[Foodforce]]).


La simulation numérique est l'un des outils permettant de simuler des phénomènes réels. Une simulation numérique (dite aussi simulation informatique) désigne un procédé selon lequel on exécute un programme informatique sur un ordinateur en vue de simuler par exemple un phénomène physique complexe (ex: chute d'un corps sur un support mou, résistance d'une plateforme pétrolière à la houle, fatigue d'un matériau sous sollicitation vibratoire, usure d'un roulement à billes, ...).[http://fr.wikipedia.org/wiki/Simulation_num%C3%A9rique]
'''La simulation''' est une reproduction artificielle d'un phénomène réel [[http://edutechwiki.unige.ch/en/Simulation]]. Dans le cas où elle est exécutée par un programme informatique sur un ordinateur on parle de''' simulation numérique'''. A la base de la simulation il y a le '''calcul''' numérique, l'ensemble de calculs qui sont réalisés sur un système informatique. A l'origine les ordinateurs ont été utilisés pour le calcul et les premières simulations arrivent avec le projet Manhattan, pour modéliser les effets de la bombe atomique.  


A la base de la simulation il y a le '''calcul''' numérique, l'ensemble de calculs qui sont réalisés sur un système informatique. A l'origine les ordinateurs ont été utilisés pour le calcul et les premières simulations arrivent avec le projet Manhatan, pour modéliser les effets de la bombe atomique. Les interfaces graphiques permettent la visualisation des résultats des calculs par des images de synthèse. Ces simulations informatiques sont rapidement devenues incontournables pour la modélisation des systèmes naturels en sciences, des systèmes humains en économie et en science sociale ou d'environnements plus ou moins complexes dans les jeux.
Les interfaces graphiques permettent aujourd'hui la visualisation des résultats des calculs par des images de synthèse. Ces simulations informatiques sont rapidement devenues incontournables pour la modélisation des systèmes naturels en sciences, des systèmes humains en économie et en science sociale ou d'environnements plus ou moins complexes dans les jeux, ludiques ou éducatifs (Wikipedia [http://fr.wikipedia.org/wiki/Simulation_num%C3%A9rique]).


==Autres définitions==
A la base de la générativité il y à la programmation, l'algorithme, qui transforme les données de base en fonction des demandes de l'utilisateur. (Manovich, L. The Language of New Media. Cambridge, MA: MIT Press, 2001, ch.5).


Simulation is used in many contexts, including the modeling of natural systems or human systems in order to gain insight into their functioning. Other contexts include simulation of technology for performance optimization, safety engineering, testing, training and education. Simulation can be used to show the eventual real effects of alternative conditions and courses of action. Key issues in simulation include acquisition of valid source information about the referent, selection of key characteristics and behaviours, the use of simplifying approximations and assumptions within the simulation, and fidelity and validity of the simulation outcomes.
==2- Autres définitions==


Une simulation est une approximation, en mathématiques on l'utilise quand pour un problème concret on ne peut pas apporter une réponse concrète et unique, on cherche alors à construire un modéle théorique pour trouver une solution approchée suffisamment fiable.


Les simulations sont utilisées par les professionnels (chercheurs, ingénieurs, économistes, médecins, etc.) dans toutes les phases de recherche ou d'étude d'un phénomène ou pour concevoir et améliorer les systèmes. Les simulateurs hybrides analogiques - numériques avec homme dans la boucle, sont de plus en plus utilisés pour l'enseignement ou l'entraînement. Leur coût relativement élevé les a d'abord réservés aux professions les plus en pointe ou à risque (pilotage d'un aéronef, commande d'une centrale nucléaire, engagement armé, etc.). La diminution du prix des systèmes vidéo permet d'envisager aujourd'hui des applications à la conduite des camions voire même des automobiles. Enfin de nombreux jeux vidéo sont des utilisateurs des mêmes techniques soit en permettant au joueur de se trouver dans une situation excitante ou dangereuse (pilote de chasse…) soit dans une situation fantasmagorique.
L'utilisation de la générativité de certains logiciels de traitement de l'image, du texte et du son a permis le developpement ces dernières années de '''l'Art génératif''', ou des artistes expérimentent sur la création  automatique, en écriture, musique ou dans les arts visuels; mais aussi dans l'intégration du publique à la création à travers la machine.


La générativité est un terme utilisé aussi en linguistique, '''linguistique générative''' (Chomsky), et aujourd'hui on utilise l'ordinateur dans des recherches sur l'apprentisage de la lecture (Freudenthal, D., Pine, J. M., & Gobet, F. (2003)), sur la traduction automatique  ou même sur la génération d'une langue , comme dans les expériences où deux chiens Aibos de Sony construissent une langue particulière en fonction de stymulations externes (Science et Vie, oct.2006).


==3- Apports ==


== Apports ==
Les apports de la générativité de l'outil informatique s'étendent à beaucoup de domaines. Depuis le debut, ils ont été fondamentaux dans le domaine de la recherche scientifique, dans un premier temps en tant qu'outil de calcul et par la suite dans la modélisation par simulation de systèmes de plus en plus complexes.


Aujourd'hui les apports de cette possibilité touchent presque tous les domaines, scientifiques tels que la physique, chimie, biologie, médecine ou ingénierie, mais aussi des domaines économiques, sociaux, sécuritaires, militaires, etc.


''' Apports des Simulations'''
L'énorme capacité de calcul de l'outil informatique pousse de plus en plus loin les limites de la simulation. Ceci à des conséquences économiques, ainsi dans les grands projets d'ingénierie, scientifiques ou industriels on peut éliminer des coûteuses étapes intermédiaires et les remplacer par des simulations. Mais aussi dans le travail ou la formation d'un pilote ou un manipulateur de machines sont dévenues moins coûteuses par l'utilisation de simulateurs de vol ou de modéles informatisés.


La simulation numérique ou informatique, fournit un apport utile dans le domaine de la recherche scientifique et l'innovation technlogique. Ainsi,  
Dans le domaine médical, l'apport principal de la générativité s'est fait sentir sutout au niveau du diagnostic, où les appareils d'imagérie (IRM, scaner)  ont été capables de traduire les mouvements d'atomes où d'électrons en images internes d'un organisme.
les chercheurs, les ingénieurs, les militaires et bien d'autres professionnels se posent souvent la question : quel est le résultat que obtienu si une telle action est exercée sur un élément ? On ne peut répondre à cette question sans lister les différents apports de la simulation numérique ou informatique:


- Usage de la simulation dans plusieurs context de modélisation pour reproduire des modèles de fonctionnement naturel, des systèmes physiques ou humains.
Dans les domaines sécuritaires, la modélisation des comportements de masse on pu être utilisés pour évaluer les systémes d'évacuation d'une population en cas d'incident, mais aussi, la simulaiton à permis de diminuer les marges d'erreur dans les évaluations de risques.


- Usage de la simulation pour atteindre une performance ou une optimisation dans le domaine de la sécurité technologique, des tests scientifiques, de l'éducation ou de la formation.
Une grande partie des politiques sociales actuelles est basée sur des prédictions, faites par des programmes informatiques, de données telles que le viellissement de la population, l'évolution des coûts de la santé ou de conjonctures économiques.


- Usage de la simulation en vue de voir les effets réels ou alternatifs des modes d'actions scientifique.  
D'autres apports de type éducatif sont analyses ci-dessous.


- Usage de la simulation dans le but d'accéder aux sources réelles des systèmes d'information, de sélectionner les caractéristiques comportementales approximatives afin d'obtenir un résultat proche de l'action réelle.
==Types de logiciels exploitant cette possibilité==


- Usage de la simulation pour réduire dans de nombreux cas, le coût des expériences scientifiques ou son opposition à l'éthique. O
La générativité est exploitée par la plupart des logiciels interactifs où sont générées des réponses aux demandes de l'utilisateur. On y trouve les logiciels de calcul, des plus simples accessibles à tout le monde aux très complexes; les logiciels de simulation, de plus en plus rependus; les logiciels éducatifs interactifs; et, dans l'univers des loisirs, la plupart des logiciels de jeu. A mi-chemin entre le logiciel de loisir et éducatif est le générateur développé par David Cope, professeur à l'University of California at Santa Cruz. Les algorithmes de Cope génèrent de musiques dites "dans le style de...". Il est possible d'écouter quelques résultats musicaux générés par ordinateur sur la page web de Cope: <br>
http://arts.ucsc.edu/faculty/cope/mp3page.htm


On fait alors appel à la simulation pour atteindre les objectifs cités précedemment mais aussi rechercher un élément qui réagit d'une manière semblable à celui que l'on veut étudier et qui permettra d'obtenir les résultats escomptés.
==Applications pour la pédagogie==


Donc, comme, on vient d'en présenter les apports, la simulation, en général, est un outil utilisé pour étudier les résultats d'une action sur un élément sans réaliser l'expérience sur l'élément réel. Lorsque l'outil de simulation utilise un ordinateur on parle de simulation numérique.  
La réflexion sur le recours de la simulation dans l'enseignement ne date pas d'hier. Dès le début des années 70, dans certains pays industrialisés: États-Unis, Grande-Bretagne, France, etc, des tentatives ont été menées dans ce sens. Pour prendre un exemple concret, le premier contact avec la simulation pédagogique pour ce qui concerne le groupe « Informatique et Sciences naturelles » de l'INRP, s'est fait par l'intermédiaire de logiciels anglo-saxons portant sur la génétique et l'écologie. Ces logiciels simples ont été traduits en LSE et ont servi de point de départ à la réflexion du groupe qui par la suite a été à l'origine de logiciels bien connus comme MENDEL, NUT, DICO...- Sources: [http://www.epi.asso.fr/revue/dossiers/d12p073.htm]
[http://fr.wikipedia.org/wiki/Simulation_de_ph%C3%A9nom%C3%A8nes]


''' Apports des simulations numériques'''
La simulation numérique ou informatique appliquée à la pédagogie constitue un apport précieux pour les apprenants et les formateurs. De ce point de vue, les logiciels de simulation fournissent notamment en situation de laboratoire expérimentale les avantages pédagogiques suivants: Une flexibilité et encadrement à distance des apprenants de manière virtuelle.
'''   1. La flexibilité des logiciels de simulation'''


Les apports s'étendent aussi aux simulations numériques. Les simulations numériques sont utilisées par les professionnels (chercheurs, ingénieurs, économistes, médecins, etc.) dans toutes les phases de recherche ou d'étude d'un phénomène ou pour concevoir et améliorer les systèmes. Les simulateurs hybrides analogiques - numériques avec homme dans la boucle, sont de plus en plus utilisés pour l'enseignement ou l'entraînement. Leur coût relativement élevé les a d'abord réservés aux professions les plus en pointe ou à risque (pilotage d'un aéronef, commande d'une centrale nucléaire, engagement armé, etc.). La diminution du prix des systèmes vidéo permet d'envisager aujourd'hui des applications à la conduite des camions voire même des automobiles. Enfin de nombreux jeux vidéo sont des utilisateurs des mêmes techniques soit en permettant au joueur de se trouver dans une situation excitante ou dangereuse (pilote de chasse…) soit dans une situation fantasmagorique.
Grâce à la simulation, il peut intervenir à distance dans l'expérience sans sa présence physique dans un laboratoire grâce à son ordinateur disposant d'un logiciel adapté pour l'expérience en question. Cette possibilité lui évite les déplacements et permet un gain de temps. L'encadrement à distance est rendu possible par les vidéoconférences, laboratoires en ligne, formation à distance, Internet, courriel, forums, etc.
[http://fr.wikipedia.org/wiki/Simulation_informatique].
'''   2. Rationalisation des moyens didactiques grâce aux logiciels de simulation '''


'''Les différents Types de simulation'''
La simulation expérimentale en ligne permet de réduire les moyens pédagogiques. Actuellement beaucoup de laboratoires de recherche et d'enseignement font face à des coupes budgétaires. Ils cherchent donc à rationaliser les coûts reliés à l’apprentissage, la formation et l’encadrement. "Par exemple au lieu de faire venir 100 apprenants à une expérience de laboratoire dans une salle quelconque, ce qui nécessite; infrastructures d’accueil, moyens de transport, et toute une logistique, et beaucoup de dépenses. Il suffit d’organiser une séance de laboratoire en ligne, et tous les apprenants n’ont qu’à communiquer entre eux par le biais des ordinateurs".Sources:
[http://eclec-tic.blogspot.com/2006/03/apprendre-au-moyen-de-simulation-en.html]
'''3. Tolérance des erreurs grâce aux logiciels de simulation'''


Historiquement, les simulations comme l'avons indiqué sont utilisées dans plusieurs domaines. Mais dès le xxème siècle, il s'est étendu dans un large domaine allant de la cybernétique combinée à l'informatique entraînant une glissement systématique du concept dans le champ dans le champ techn ologique.  
Ainsi en Physique le recours à la simulation numérique permet d'explorer le comportement d'un modèle mais aussi d'obtenir des résultats qui seront comparés aux données expérimentales. En ce sens, nous avons appris par Piaget que l'apprentissage est le résultat d'une interaction entre le sujet et son environnement. Il parle du "conflit cognitif" quir fait que l'individu par le contact de nouvelles formes de connaissances, voit ces connaissances antérieures remises en cause. Par un procédé d'assimilation-accommodation, il parvient à acquérir de nouveaux savoirs mais après  avoir auparavant été bousculé dans ces certaines et connaissances initiales. Cette théorie éducative s'applique en situation de simulations expérimentales en ligne. Dans ces situations les conséquences d'erreurs sont moins importantes par exemple pour des collégiens en cours de chimie que ce qu’elles devront être dans le réel, ce qui permet de dire que l’apprenant a plus de droit à l’erreur sans avoir un impact négatif sur son apprentissage.


'''La simulation physique et interactive'''
'''Apports des logiciels de simulation dans des situations d'enseignements classiques'''


Elle porte sur la simulation physique des objets en vue de les substituer aux choses réelles. Ces manipulations sont utilisées car en grandeur elles sont plus petites et moins coûteuses que dans le champ réel. La dimension interactive est un aspect particulier de la simulation physique incluant des acteurs humains.  
Nous entendons par situation d'enseignement classiques ou courantes, celles qui sont habituelles et différentes des expériences de laboratoires. Dans ces situations, les simulations en éducation sont, d'une certaine manière, comme les simulateurs d'entrainement. Ils se focalisent sur une tâche spécifique. Dans le passée, la vidéo à été utilisée par des professeurs et étudiants en éducation pour l'observation, la résolution de problèmes ou les jeux de rôles; aujourd'hui un usage plus récent des simulations utilise l'animation par vignètes narratives, (animated narrative vignettes (ANV)). ANV sont des vidéos d'animations nous présentant des histoires hypothétiques, basées dans la réalité, et impliquant les professeurs les élèves dans une classe. Les ANV sont utilisés pour analyser les difficultés d'apprentissage des enfants ou d'autoanalyse des professeurs.Dans le domaine de la recherche éducative, les simulations sont utilisés pour modéliser des apprentissages, comme l'acquisition du langage ou de la lecture (Freudenthal, D., Pine, J. M., & Gobet, F. (2003))., ou  par exemple évaluer le rôle des connaissances dans l'identification d'icônes, avec un logiciel d'analyse sémantique (Ph. Dessus et D. Peraya,2005 [[http://tecfa.unige.ch/tecfa/maltt/cofor-1/textes/04_dessus_peraya.pdf]])


'''La simulation par ordinateur'''
-'''Apports des logiciels de jeux éducatifs'''


Elle vise à tester une situation proche de la vie réelle et d'analyser des environnements de travail réels. En changeant les variables, des prédictions peuvent faites en fonction du comportement du système informatique.  
Le jeu, auquel on reconnait un rôle éducatif dans les premières étapes de l'éducation de l'enfant, à travers la simulation permettant la création de micromondes [[http://edutechwiki.unige.ch/en/Microworld]], prend part dans l'apprentissage de domaines jusqu'à il n'y a pas longtemps réservés au discours. Mais aussi dans dans des programmes d'enseignement pour adultes, ainsi dans la formation de programmeurs du Georgia Tech, le programme comprend la analyse et création d'artefactes de jeu.(Mateas, M. 2005"[http://tecfax.unige.ch/moodle/file.php/34/Mateas_OTH2005.pdf]).


==Exemples d'EIA utilisant cette possibilité==
Sur les logiciels [[Alice]] et [[Foodforce]] on trouve des simulations complexes, les deux nous présentent des espaces virtuels dans lesquels on peut évoluer et qu'on peut transformer. Les logiciels nous donnent la possibilité de générer de nouvelles données dans les jeux.


''' La Simulation en science informatique'''
D'autres logiciels, avec un caractère plus académique tels que [[Cabri Géomètre]] ou ,[[pedagogica]], utilisent des simulations moins sophistiquées, mais font aussi appel à la générativité. Ainsi dans pédagogica des manipulations sur les gènes transforment la physionomie d'un dragon; sur Gabri-géomètre on peut changer l'orientation d'une droite avec le mouvement de  souris.


Dans ce domaine, la simulation a une signification et un sens spécifique. Le chercheur, Alan Turing
Sur [[chemlab]], il est plus dificile d'estimer si il y a générativité, ou simplement l'utilisation ordonnée de données, comme dans une recette. Un cas de générativité on le trouverait si une manipulation incorrecte donnait lieu, par exemple, à une explosion.
emploie le terme de "simulation pour désigner ce qui se passe en informatique quand un ordinateur change de programme; il décrit les transitions en prenant en compte les imputs et les outputs et permet à l'ordinateur de simuler le travail de la machine.  


''' La Simulation en formation'''
==Utilisation dans le cadre de projets étudiants MALTT==
 
Elle est utilisée en situation de formation par les civils et les militaires en cas de danger des situations étudiées avec des équipements réels occasionnant des coûts financiers élevés. Dans ce genre d'environnement simulé, les risques sont fortement contrôlés et limités car nous sommes dans une situation artificielle très éloignée de la réalité.
 
 
''' La Simulation dans le domaine de l'éducation'''
Elle est proche quelque part de la simulation en formation. Elles emploient des procédés proches
Par le passé, la vidéo par exemple a été utilisée par les enseignants afin d'initier les étudiants à l'observation, à la résolution de problème et aux jeux de rôle. Néanmoins, les récentes simulations éducatives qui apparaissent incluent des images animées comme celles de Cartoon à la télévision et d'autres situations de jeu enseignées en classe par les enseignants.
 
'''La Simulation dans le domaine des affaires'''
 
Elle s'étend dans le domaine des affaires notamment des études ou formations consacrées aux affaires et au business à une période tout à fait récente. Ce mode de simulation incorpore des modèles dynamiques comportant peu de risques pour l'environnement et prenant en compte la possibilité de réaliser des études de cas dans le domaine des affaires.
 
'''La simulation dans le domaine Médical'''
 
Dans ce domaine, la simulation permet de faire des diagnostics thérapeutiques et d'anticiper des décisions et expériences médicales de manière virtuelle avant de l'appliquer à des humains. C'est dans le domaine de la recherche sur la transfusion sanguine, des traumatismes et d'autres d'intervention médicale.
 
 
=='''Types de logiciels exploitant cette possibilité=='''
 
Ils existent d'autres logiciels qui exploitent cette possibilité de simulation. Par simulation, nous entendons bien sûr simulation numérique ou simulation informatique. Pour rappel, elle désigne : « un procédé selon lequel on exécute un programme informatique sur un ordinateur en vue de simuler par exemple un phénomène physique complexe ». Nous avons trouvé d'autres logiciels tels que Foodforce qui simule des actions d'intervention en matière d'aide humanitaire.
 
L'enseignement qu'on en tire est que ce logiciel permet par les simulations, à initier des apprenants dans le cadre d'une situation pédagogique ou personnelle (à la maison) de prendre connaissance des possibilités de l'ordinateur en s'exerçant à ce jeu. Nous avons trouvé aussi  par nos recherches sur les logiciels de simulation, le Logiciel Stella que nous n'avons pas testé, mais qui permet "une simulation générale permettant la création de modèles à partir de relations psycho-mathématiques entre grandeurs". Le principe de ce logiciel repose sur la représentation par des liens, entre grandeurs et taux de variations. La simulation pour ce logiciel est fondée sur l'intégration numérique d'équations différentielles du 1er ordre, modélisant une relation"pompe-réservoir".[cf(http://www.inrp.fr/Tecne/Acexosp/Actsimul/Introsim.htm)]
Ce logiciel est téléchargeable en version windows ou mac sous ce lien: [http://www.hps-inc.com/eud/stella.htm]. Il est édité par une entreprise américaine basée à Hanovre- HPS(High Performance Systems, Inc).
 
D'autres logiciels de simulation dédiés à la physique et à la géométrie existent aussi tels que: RayTrace, Interactive Physique, etc...


==Applications pour la pédagogie==
==Ressources bibliographiques==
'''Simulation in education'''
-Freudenthal, D., Pine, J. M., & Gobet, F. (2003). The role of input size and generativity in simulating language acquisition. Proceedings of the European Cognitive Science Conference 2003 (pp. 121-126). Mahwah, NJ: Erlbaum.
[http://people.brunel.ac.uk/~hsstffg/bibliography-by-type.html]
-Mateas, M. "Procedural Literacy: Educating the New Media Practitioner", in On the Horizon: Special Issue on Future Strategies for Simulations, Games and Interactive Media in Educational and Learning Contexts, vol 13, 2005. PDF
[http://tecfax.unige.ch/moodle/file.php/34/Mateas_OTH2005.pdf]


Simulations in education are somewhat like training simulations. They focus on specific tasks. In the past, video has been used for teachers and education students to observe, problem solve and role play; however, a more recent use of simulations in education include animated narrative vignettes (ANV). ANVs are cartoon-like video narratives of hypothetical and reality-based stories involving classroom teaching and learning. ANVs have been used to assess knowledge, problem solving skills and dispositions of children, and pre-service and in-service teachers.
-Manovich, L. The Language of New Media. Cambridge, MA: MIT Press, 2001. Extrait du chapitre 5


==Exemples d'EIA utilisant cette possibilité==
-Ph. Dessus et D. Peraya. (2005). Le rôle des connaissances dasn l'identification automatique d'iconesö une comparaison avec les humans. Revue d'intéligence artificielle, 19, 194-214. [http://tecfa.unige.ch/tecfa/maltt/cofor-1/textes/04_dessus_peraya.pdf]
On a deux exemples dans le cadre du cours EIA qui utilisent cette possibilité. Il s'agit du logiciel Alice et du logiciel Foodforce,qui présentent chacun des  éléments de proximité avec le logiciel pédagogica:


''' Proximité d'Alice et de Pedagogica'''
-  Répertoire informatisé des publications de l'EPI de 1971 à 2001-Liens-articles  [http://eclec-tic.blogspot.com/2006/03/apprendre-au-moyen-de-simulation-en.html]


Pour rappel, Alice est un programme moderne utilisé pour des personnes ayant peu de connaissances en programmation informatique. Il permet grâce à un programme de base, de créer des films ou des jeux vidéos. Elle remplit une fonctionnalité proche de celle pédagogica car elle permet une simulation réelle de création de jeux vidéos. La simulation dans Alice permet de créer des mondes virtuels. L'utilisateur ou le joueur avec le logiciel Alice ou pédagogica,agit en créant un monde virtuel. Les deux logiciels se rapprochent aussi par la fonction ludique et pédagigogique. L'utilisateur de ces deux logiciels joue et apprend. Il joue car les manipulations effectuées sur Alice par des apprenants et ceux faites sur Pédagogica (construction et desconstruction) des membres du dragon comportent un aspect ludique mais en même temps d'apprentissage. L'utilisateur apprend de ses propres erreurs de manipulation tout en jouant et construit de nouvelles connaissances.  
-  Apprendre au moyen de simulation en ligne : avantages et limites
(c) 2006, Touil Sonia Miled-  Lien vers l'article -[http://www.epi.asso.fr/revue/dossiers/d12p073.htm]


''' Proximité de Food-force et Pédagogica'''
- Computer Models of Musical Creativity. (c) 2005, Cope, David. Cambridge, MA: MIT Press.
 
Rappelons que Foodforce est un logiciel qui permet de simuler des activités de largage de vivres dsns des zônes sinistrées (guerres et famines) par des acteurs du PAM. Ces acteurs ne sont pas des personnes réelles. Ce sont des personnages qui remplissent un rôle virtuel. Leur mission, leurs objectifs et l'organisation de leurs activités sont simulées en grandeur réelle grâce à un puissant logiciel mettant en scène des agents que tout rapprochent de la réalité. De ce point de vue, Foodforce et Alice remplisssent des fonctions de simulation. Tout comme le logiciel foodforce, le logiciel pédagogica remplit des fonctions éducatives adaptables en situation d'enseignement- apprentissage. Ils peuvent servir de supports pédagogique pour sensibiliser des apprenants jeunes ou adultes sur les fonctions d'apprentissage, simulatives et technologiques des logiciels éducatifs.
 
==Utilisation dans le cadre de projets étudiants MALTT==

Dernière version du 23 juin 2009 à 18:06

Page réalisée dans le cadre du cours Conception des Environnement Informatisés d'Apprentissage de la formation Maltt, au TECFA.


1- Définition principale

Si on parle de possibilités, en informatique, on peut définir la générativité comme la capacité de l'ordinateur de générer des nouvelles données, à la demande de l'utilisateur, à partir des données emagasinées(data-base), transformées par des calcul ou des simulations ("Data and Algorithm" Manovich, 2001). Cette générativité peut être plus ou moins complexe, allant d'un simple calcul effectué à partir d'un petit nombre de données, comme le dessin d'une droite avec deux mouvements de souris (Cabri Géomètre), aux mouvements sophistiquées produits par simulation dans un jeu virtuel (Foodforce).

La simulation est une reproduction artificielle d'un phénomène réel [[1]]. Dans le cas où elle est exécutée par un programme informatique sur un ordinateur on parle de simulation numérique. A la base de la simulation il y a le calcul numérique, l'ensemble de calculs qui sont réalisés sur un système informatique. A l'origine les ordinateurs ont été utilisés pour le calcul et les premières simulations arrivent avec le projet Manhattan, pour modéliser les effets de la bombe atomique.

Les interfaces graphiques permettent aujourd'hui la visualisation des résultats des calculs par des images de synthèse. Ces simulations informatiques sont rapidement devenues incontournables pour la modélisation des systèmes naturels en sciences, des systèmes humains en économie et en science sociale ou d'environnements plus ou moins complexes dans les jeux, ludiques ou éducatifs (Wikipedia [2]).

A la base de la générativité il y à la programmation, l'algorithme, qui transforme les données de base en fonction des demandes de l'utilisateur. (Manovich, L. The Language of New Media. Cambridge, MA: MIT Press, 2001, ch.5).

2- Autres définitions

Une simulation est une approximation, en mathématiques on l'utilise quand pour un problème concret on ne peut pas apporter une réponse concrète et unique, on cherche alors à construire un modéle théorique pour trouver une solution approchée suffisamment fiable.

L'utilisation de la générativité de certains logiciels de traitement de l'image, du texte et du son a permis le developpement ces dernières années de l'Art génératif, ou des artistes expérimentent sur la création automatique, en écriture, musique ou dans les arts visuels; mais aussi dans l'intégration du publique à la création à travers la machine.

La générativité est un terme utilisé aussi en linguistique, linguistique générative (Chomsky), et aujourd'hui on utilise l'ordinateur dans des recherches sur l'apprentisage de la lecture (Freudenthal, D., Pine, J. M., & Gobet, F. (2003)), sur la traduction automatique ou même sur la génération d'une langue , comme dans les expériences où deux chiens Aibos de Sony construissent une langue particulière en fonction de stymulations externes (Science et Vie, oct.2006).

3- Apports

Les apports de la générativité de l'outil informatique s'étendent à beaucoup de domaines. Depuis le debut, ils ont été fondamentaux dans le domaine de la recherche scientifique, dans un premier temps en tant qu'outil de calcul et par la suite dans la modélisation par simulation de systèmes de plus en plus complexes.

Aujourd'hui les apports de cette possibilité touchent presque tous les domaines, scientifiques tels que la physique, chimie, biologie, médecine ou ingénierie, mais aussi des domaines économiques, sociaux, sécuritaires, militaires, etc.

L'énorme capacité de calcul de l'outil informatique pousse de plus en plus loin les limites de la simulation. Ceci à des conséquences économiques, ainsi dans les grands projets d'ingénierie, scientifiques ou industriels on peut éliminer des coûteuses étapes intermédiaires et les remplacer par des simulations. Mais aussi dans le travail ou la formation d'un pilote ou un manipulateur de machines sont dévenues moins coûteuses par l'utilisation de simulateurs de vol ou de modéles informatisés.

Dans le domaine médical, l'apport principal de la générativité s'est fait sentir sutout au niveau du diagnostic, où les appareils d'imagérie (IRM, scaner) ont été capables de traduire les mouvements d'atomes où d'électrons en images internes d'un organisme.

Dans les domaines sécuritaires, la modélisation des comportements de masse on pu être utilisés pour évaluer les systémes d'évacuation d'une population en cas d'incident, mais aussi, la simulaiton à permis de diminuer les marges d'erreur dans les évaluations de risques.

Une grande partie des politiques sociales actuelles est basée sur des prédictions, faites par des programmes informatiques, de données telles que le viellissement de la population, l'évolution des coûts de la santé ou de conjonctures économiques.

D'autres apports de type éducatif sont analyses ci-dessous.

Types de logiciels exploitant cette possibilité

La générativité est exploitée par la plupart des logiciels interactifs où sont générées des réponses aux demandes de l'utilisateur. On y trouve les logiciels de calcul, des plus simples accessibles à tout le monde aux très complexes; les logiciels de simulation, de plus en plus rependus; les logiciels éducatifs interactifs; et, dans l'univers des loisirs, la plupart des logiciels de jeu. A mi-chemin entre le logiciel de loisir et éducatif est le générateur développé par David Cope, professeur à l'University of California at Santa Cruz. Les algorithmes de Cope génèrent de musiques dites "dans le style de...". Il est possible d'écouter quelques résultats musicaux générés par ordinateur sur la page web de Cope:
http://arts.ucsc.edu/faculty/cope/mp3page.htm

Applications pour la pédagogie

La réflexion sur le recours de la simulation dans l'enseignement ne date pas d'hier. Dès le début des années 70, dans certains pays industrialisés: États-Unis, Grande-Bretagne, France, etc, des tentatives ont été menées dans ce sens. Pour prendre un exemple concret, le premier contact avec la simulation pédagogique pour ce qui concerne le groupe « Informatique et Sciences naturelles » de l'INRP, s'est fait par l'intermédiaire de logiciels anglo-saxons portant sur la génétique et l'écologie. Ces logiciels simples ont été traduits en LSE et ont servi de point de départ à la réflexion du groupe qui par la suite a été à l'origine de logiciels bien connus comme MENDEL, NUT, DICO...- Sources: [3]

La simulation numérique ou informatique appliquée à la pédagogie constitue un apport précieux pour les apprenants et les formateurs. De ce point de vue, les logiciels de simulation fournissent notamment en situation de laboratoire expérimentale les avantages pédagogiques suivants: Une flexibilité et encadrement à distance des apprenants de manière virtuelle.

1. La flexibilité des logiciels de simulation

Grâce à la simulation, il peut intervenir à distance dans l'expérience sans sa présence physique dans un laboratoire grâce à son ordinateur disposant d'un logiciel adapté pour l'expérience en question. Cette possibilité lui évite les déplacements et permet un gain de temps. L'encadrement à distance est rendu possible par les vidéoconférences, laboratoires en ligne, formation à distance, Internet, courriel, forums, etc.

2. Rationalisation des moyens didactiques grâce aux logiciels de simulation

La simulation expérimentale en ligne permet de réduire les moyens pédagogiques. Actuellement beaucoup de laboratoires de recherche et d'enseignement font face à des coupes budgétaires. Ils cherchent donc à rationaliser les coûts reliés à l’apprentissage, la formation et l’encadrement. "Par exemple au lieu de faire venir 100 apprenants à une expérience de laboratoire dans une salle quelconque, ce qui nécessite; infrastructures d’accueil, moyens de transport, et toute une logistique, et beaucoup de dépenses. Il suffit d’organiser une séance de laboratoire en ligne, et tous les apprenants n’ont qu’à communiquer entre eux par le biais des ordinateurs".Sources: [4]

3. Tolérance des erreurs grâce aux logiciels de simulation

Ainsi en Physique le recours à la simulation numérique permet d'explorer le comportement d'un modèle mais aussi d'obtenir des résultats qui seront comparés aux données expérimentales. En ce sens, nous avons appris par Piaget que l'apprentissage est le résultat d'une interaction entre le sujet et son environnement. Il parle du "conflit cognitif" quir fait que l'individu par le contact de nouvelles formes de connaissances, voit ces connaissances antérieures remises en cause. Par un procédé d'assimilation-accommodation, il parvient à acquérir de nouveaux savoirs mais après avoir auparavant été bousculé dans ces certaines et connaissances initiales. Cette théorie éducative s'applique en situation de simulations expérimentales en ligne. Dans ces situations les conséquences d'erreurs sont moins importantes par exemple pour des collégiens en cours de chimie que ce qu’elles devront être dans le réel, ce qui permet de dire que l’apprenant a plus de droit à l’erreur sans avoir un impact négatif sur son apprentissage.

Apports des logiciels de simulation dans des situations d'enseignements classiques

Nous entendons par situation d'enseignement classiques ou courantes, celles qui sont habituelles et différentes des expériences de laboratoires. Dans ces situations, les simulations en éducation sont, d'une certaine manière, comme les simulateurs d'entrainement. Ils se focalisent sur une tâche spécifique. Dans le passée, la vidéo à été utilisée par des professeurs et étudiants en éducation pour l'observation, la résolution de problèmes ou les jeux de rôles; aujourd'hui un usage plus récent des simulations utilise l'animation par vignètes narratives, (animated narrative vignettes (ANV)). ANV sont des vidéos d'animations nous présentant des histoires hypothétiques, basées dans la réalité, et impliquant les professeurs les élèves dans une classe. Les ANV sont utilisés pour analyser les difficultés d'apprentissage des enfants ou d'autoanalyse des professeurs.Dans le domaine de la recherche éducative, les simulations sont utilisés pour modéliser des apprentissages, comme l'acquisition du langage ou de la lecture (Freudenthal, D., Pine, J. M., & Gobet, F. (2003))., ou par exemple évaluer le rôle des connaissances dans l'identification d'icônes, avec un logiciel d'analyse sémantique (Ph. Dessus et D. Peraya,2005 [[5]])

-Apports des logiciels de jeux éducatifs

Le jeu, auquel on reconnait un rôle éducatif dans les premières étapes de l'éducation de l'enfant, à travers la simulation permettant la création de micromondes [[6]], prend part dans l'apprentissage de domaines jusqu'à il n'y a pas longtemps réservés au discours. Mais aussi dans dans des programmes d'enseignement pour adultes, ainsi dans la formation de programmeurs du Georgia Tech, le programme comprend la analyse et création d'artefactes de jeu.(Mateas, M. 2005"[7]).

Exemples d'EIA utilisant cette possibilité

Sur les logiciels Alice et Foodforce on trouve des simulations complexes, les deux nous présentent des espaces virtuels dans lesquels on peut évoluer et qu'on peut transformer. Les logiciels nous donnent la possibilité de générer de nouvelles données dans les jeux.

D'autres logiciels, avec un caractère plus académique tels que Cabri Géomètre ou ,pedagogica, utilisent des simulations moins sophistiquées, mais font aussi appel à la générativité. Ainsi dans pédagogica des manipulations sur les gènes transforment la physionomie d'un dragon; sur Gabri-géomètre on peut changer l'orientation d'une droite avec le mouvement de souris.

Sur chemlab, il est plus dificile d'estimer si il y a générativité, ou simplement l'utilisation ordonnée de données, comme dans une recette. Un cas de générativité on le trouverait si une manipulation incorrecte donnait lieu, par exemple, à une explosion.

Utilisation dans le cadre de projets étudiants MALTT

Ressources bibliographiques

-Freudenthal, D., Pine, J. M., & Gobet, F. (2003). The role of input size and generativity in simulating language acquisition. Proceedings of the European Cognitive Science Conference 2003 (pp. 121-126). Mahwah, NJ: Erlbaum. [8]

-Mateas, M. "Procedural Literacy: Educating the New Media Practitioner", in On the Horizon: Special Issue on Future Strategies for Simulations, Games and Interactive Media in Educational and Learning Contexts, vol 13, 2005. PDF [9]

-Manovich, L. The Language of New Media. Cambridge, MA: MIT Press, 2001. Extrait du chapitre 5

-Ph. Dessus et D. Peraya. (2005). Le rôle des connaissances dasn l'identification automatique d'iconesö une comparaison avec les humans. Revue d'intéligence artificielle, 19, 194-214. [10]

- Répertoire informatisé des publications de l'EPI de 1971 à 2001-Liens-articles [11]

- Apprendre au moyen de simulation en ligne : avantages et limites (c) 2006, Touil Sonia Miled- Lien vers l'article -[12]

- Computer Models of Musical Creativity. (c) 2005, Cope, David. Cambridge, MA: MIT Press.

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