Un serious game sur l'efficacité énergétique

Intervenants:

Nathalie Dupont Nahum: CO Drize

Daniel Gutierrez : CO Cayla

Laurence Muriset: CO Drize


Contexte:  séquence MITIC utilisée dans le cadre du module énergie, 11ème année du cycle. La séquence a été testée sur toutes nos classes de 11ème année (LS, LC, CT)


Artefact : Un serious game sur l'efficacité énergétique, les énergies renouvelables et le développement durable

http://www.2020energy.eu/


Partie du jeu utilisée : parcours libre, uniquement les 3 situations « énergie renouvelable » :

1) La maison de quartier

2) L'île

3) Retour vers le futur (?)


Objectif:

Faire en sorte que les élèves modélisent le fonctionnement d'un dispositif en identifiant le rôle de chaque élément d'une chaîne d'énergie et en les représentant à l'aide de diagrammes d'énergie. 

Ils devront ainsi être capables dans une situation non vue en classe :

- d'identifier les composants d'une chaîne d'énergie.

- d'identifier les transferts d'énergie entre ces divers éléments.

- de les représenter correctement selon les codes vus en classe (diagrammes d'énergie).



Cet objectif est tout à fait en accord avec les objectifs de la progression webphys (1) pour l'énergie reprenant les objectifs du PER (2).



Problématique:

1) Comment utiliser le serious game afin de faire évoluer le modèle naïf des élèves des chaînes énergétiques?

2) Comment le jeu peut amener les élèves à modéliser les transferts d'énergie entre les composants ?




Pistes:
Les élèves découvrent le jeu et jouent. Seule obligation: choisir une solution pour chauffer la maison de quartier après 15min.
 Afin de soutenir leur projet devant la classe, les élèves produisent un panneau
--> schématisant leur solution énergétique (modèle naïf)
Les enseignants amènent le formalisme et les élèves reviennent sur leur solution avec le nouveau formalisme (évolution du modèle naïf)


Perspectives:

Nous pensons tout d'abord lancer les élèves dans l'activité grâce au classroom game, c'est-à-dire leur demander d'explorer le jeu et de choisir la solution qui leur paraît la plus viable (but en soi du jeu qui oblige déjà les élèves à parler d'énergie). Puis nous voulons détourner le classroom game vers un but de compréhension en leur demandant de représenter la solution qu'ils ont choisie dans le jeu à leurs camarades en réalisant sur un acétate un schéma qui montrerait comment passe l'énergie dans la chaîne. 

Lors de la création du schéma les élèves seront ainsi amenés :

- A confronter et discuter de leurs conceptions naïves de cette chaîne énergétique au sein de chaque groupe mais également face aux autres groupes lorsqu'ils présentent les acétates.

- A modéliser les transferts d'énergie à leur manière. (modèle naïf)


Conjectures: 

Qu'est-ce que le jeu amène de plus ?

1) Un enjeu en plongeant les élèves dans des situations fictives mais réalistes où ils sont forcés de prendre des décisions pour le village (context based task)

2) Étant donné que le but en soi du jeu est de trouver une solution énergétique viable, tout élève qui se prête au jeu avec ses compagnons doit parler d'énergie.

3) Le jeu permet plusieurs essais. Ainsi, une partie du jeu serait utilisée pour faire ressortir les modélisations naïves avec la création des acétates et pour modifier ces modélisations en amenant les diagrammes d'énergie et une deuxième partie nous servirait pour les devoirs afin de les entraîner sur des situations nouvelles. Nous hésitons à utiliser la troisième partie pour tester si les objectifs sont atteints car nous voulons proposer aux élèves des situations plus adaptées que la partie « retour vers le futur » (finalement cette troisième partie sera remplacée par un test créé par nous).




Descriptif de l'activité :

Par groupes de 2 ou 3 devant les ordinateurs :

A) Présentation succincte du jeu par l'enseignant (pas d'indice sur le fonctionnement)

B) Désignation de la partie du jeu à utiliser (partie énergie renouvelable uniquement, l'île)

C) Premier contact avec le jeu : les élèves ont 15 minutes pour découvrir et se balader dans le jeu avec tout de même comme contrainte de trouver une solution leur paraissant viable pour le village à la fin du temps imparti (classroom game), rappel de la contrainte 5 minutes avant la fin.

D) Schéma (making sense) : les élèves de chaque groupe sont les ingénieurs de la solution choisie et doivent la présenter au conseil communal de la ville. Ainsi, ils doivent faire un schéma permettant de suivre le « parcours » de l'énergie jusqu'à l'éclairage d'une maison du village pour expliquer au mieux leur solution. Ils doivent produire un document écrit qui sera présenté aux autres groupes. On détourne ici le classroom game sur le but final qui est la représentation d'une chaîne énergétique.

E) Chaque groupe présente sa solution aux autres. L'enseignant demande aux groupes passifs de ne pas intervenir pour l'instant.

F) Une fois tous les groupes passés, l'enseignant ouvre le débat non sur la meilleure solution mais sur la meilleure façon de représenter chacune, sur les lacunes des chaînes énergétiques.

G) Introduction des transferts et des diagrammes d'énergie.

H) Chaque groupe reprend son schéma en complétant avec les remarques faites par les autres groupes et en appliquant le règles des diagrammes d'énergie.

I) Corrections et discussions des diagrammes de chaque groupe.

J) Devoirs : Situation « la maison de quartier »

Questions :

- Si tu dois choisir 2 solutions pour la maison de quartier, lesquelles choisirais-tu ?

- Représente chacune d'elles jusqu'au chauffage de la maison de quartier par un diagramme d'énergie selon les règles vues en cours.

K) Leçon suivante : correction des devoirs : passage en revue de toutes les solutions possibles et de leurs diagrammes.

L) Test final : l'enseignant présente aux élèves 2 nouvelles situations qu'ils devront modéliser à l'aide des diagrammes d'énergie.


Justification de l'artefact :

--> Plusieurs essais / situations concentrés dans un artefact.

--> Le but du jeu n'étant pas de faire des points ou de trouver des objets mais bien de trouver une solution énergétique viable, les élèves sont obligés (s'ils décident de rentrer dans le jeu) de parler d'énergie.

--> L'alliance jeu-acétates force les élèves à confronter leur modèle des transferts d'énergie.

--> Exposition à des situations pouvant être réelles qui donnent un sens à l'activité

--> Permet aux élèves de faire le lien entre les symboles des diagrammes d'énergie et des situations contextualisée.


Vérification des conjectures :


Conjecture 1) Enjeu

Résultats:

•Tous les élèves jouent au jeu

•Tous les élèves ont choisi une solution dans le temps imparti



Conjecture 2)
tout élève qui se prête au jeu avec ses compagnons doit parler d'énergie

Pendant le jeu :

Une prise de notes nous permettront de voir

- de quoi les élèves parlent pendant la phase où ils jouent (débattent-ils déjà des solutions énergétiques ou se baladent-ils à travers les diverses solutions du jeu ?)

- de quoi les élèves parlent lors de la création des acétates (parlent-ils juste de l'esthétisme de leur schéma ou du rôle des éléments, des transferts d'énergie entre les éléments et comment les représenter au mieux ?)


Résultats: Tous les élèves parlent immédiatement des différentes solutions énergétiques

Phrases des élèves

« L’énergie se perd? » « C’est quoi les énergies renouvelables ? » « L’éolienne c’est bien mais ça fait du bruit » « L’énergie du soleil se transforme en énergie chaleurique» « Incinération ça veut dire grosse fumée noire » « Le panneau alimente une batterie qui fait chauffer l’eau » « Il faut pas que ça coûte trop cher » « Les panneaux solaires c’est plus économe » « Un système électrique, mais d’où vient l’électricité ? » « Oui mais après l'énergie va où ? »



Conjecture 3) Le jeu permet plusieurs essais.

- 1ère partie du jeu: faire ressortir les modélisations naïves (traces) modifier ces modélisations avec les diagrammes d'énergie.

 Représentation naïve: 

En regardant les productions des élèves ou en les écoutant les présenter, on se rend compte de leurs lacunes et fausses conceptions (ex: ils ne savent pas comment produire de l'électricité à l'aide du mouvement (alternateur), ils pensent que les panneaux solaires attirent les rayons du soleil, qu'ils marchent aussi bien la nuit car la lune brille,...)


(cf présentation dans les pièces jointes si l'image est inaccessible)




Elle permettent d'expliciter les modèles naïfs des élèves car ils doivent représenter la chaîne d'énergie, l'expliquer aux autres et argumenter en faveur de la solution énergétique qu'ils ont choisie.



•Modification des modélisations:

En amenant le formalisme ils passent de leurs représentations naïves à une représentation formalisée et complète grâce aux diagrammes d'énergie.



 Devoirs: permettent de s’exercer sur d’autres situations. Devoirs 


- 2ème partie: devoirs (entraînement sur des situations nouvelles). Les élèves testent toutes les solutions pour une situation du jeu. Ils sont

généralement faits par les élèves

Permettent de s'entraîner sur des situations nouvelles et de voir, lors de la correction, s'ils sont en train de faire évoluer leur modèle.





Test final sur le jeu :

Teste si l'utilisation adéquate du jeu a permis aux élèves de modéliser correctement le fonctionnement d'un dispositif en

- Repérant les éléments de la chaîne d'énergie.

- Identifiant les transferts d'énergie.

- Utilisant correctement le formalisme des diagrammes d'énergie.







Conclusions

--> Les élèves ont tous produit les panneaux.
--> Lors des présentations les élèves ont défendu leur solution et ont débattu mais se sont surtout appliqué à présenter leurs productions
--> Une classe de Daniel a eu du mal a sortir du débat.

Bémol du jeu : les élèves restent sur le but du jeu (trouver la meilleure solution énergétique pour chauffer la maison de quartier) et ne s'occupent pas du but de la tâche (meilleure représentation de la chaîne énergétique).

Enjeu: Le jeu apporte très clairement un enjeu. Les élèves plongent immédiatement dedans, ainsi que dans la réalisation des panneaux.

Bémol: une classe a joué le jeu mais a trouvé l’activité ennuyeuse

•Représentation «naïve »
: Excellente mise en évidence. Cela nous permet de cibler sur quoi nous devons travailler par la suite

•Le jeu permet de faire plusieurs essais:
incontestable. On ne pourrait pas faire ceci sans le jeu.

•Devoirs: Globalement, tout le monde s’est prêté au jeu et les élèves étaient ravis d’avoir des devoirs sur internet.

•Bémol:
certains élèves n’avaient pas internet ailleurs que sur leur téléphone.




Réflexions

- Il est important d'intégrer l'artefact dans une séquence pédagogique adaptée afin de mettre les élèves au travail et de les amener à apprendre.

- Le jeu est trop biaisé écologiquement.

--> Bien pour un débat mais biaise les choix des élèves pour les solutions.

En effet, la plupart des élèves ont choisi les trois mêmes solutions.

- Comparaison diagramme d’énergie amenée par séquence pédagogique standard vs MITIC

Même si le formalisme est est bien acquis des élèves par les 2 méthodes, ils repèrent mieux les composants des chaînes énergétiques avec MITIC (comparaison avec les élèves de 10ème de l'année passée qui étudient également les diagrammes d'énergie)


Améliorations possibles de l'utilisation du jeu:


- Comment dévier les élèves du but initial du jeu afin qu'ils débattent plus de la représentation des solutions que du choix des solutions?

- Ajouter une autre séance avec le jeu pour une évaluation sommative

- Inclure un débat sur les énergies renouvelables, le jeu étant très orienté dans ses solutions.




Apports du colloque:

Il est important de prendre en considération l'importance du cyber-prof dans un artefact et de se rappeler que l'artefact est moyen d'apprentissage et non une fin en soi.
Nous avons pu constater avec ce serious game qu'il est judicieux de bien gérer la tension entre la militante écologique et la science.



 Nouvelles conjectures


• Le serious game peut être une bonne base pour engager un débat sur les énergies

TEST: préparation de débat par les élèves par écrit à relever

• Les élèves sont mieux préparés pour discuter des énergies après une recherche personnelle sur internet du sujet à présenter

TEST: questionnaire avant et après la recherche sur internet

• Le serious game permet une meilleure préparation et une meilleure conception des enjeux de l’énergie dans le futur

TEST: questionnaire sur les enjeux de l’énergie dans le futur avant et après le serious game.




Sources

Site webphys: http://bdp.ge.ch/webphys/  

Plan d'Étude Romand (PER). Disponible à l'adresse : http://www.plandetudes.ch/



Annexes : documents élèves pour la séquence MITIC


Activité sur l'énergie

Énergie

11e année

Prénom :

Date:



Situation 1 : Activité en salle d'informatique par groupe de 2-3


Avec l'autorisation de l'enseignant, allez dans le site web du jeu « 2020 Energy » et suivez les étapes suivantes :

http://www.2020energy.eu/game




  1. Cliquer sur le bouton OK de la partie « Jouer sans sauvegarder »

  2. Cliquer sur la partie « Parcours libre »

  3. Dans la colonne « Individuel », sélectionner la partie « La maison de quartier »


Pendant les 10 prochaines minutes vous allez explorer le jeu et choisir une solution énergétique que vous estimez bonne pour la maison de quartier. Pour cela vous pouvez explorer le jeu.

Attention ! N'oubliez pas de noter votre choix ci-dessous à la fin des 10 minutes.


Astuce : Si vous avez fait un choix mais que vous voulez changer d'avis, vous pouvez cliquer sur le X en haut à droite du jeu et reprendre à l'étape numéro 2.


Question :

  1. Quelle est la solution énergétique que vous avez choisi pour la maison de quartier et pourquoi ?


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  1. Vous êtes représentant(e) du Conseil des jeunes et vous devez présenter la solution retenue au conseil communal de la ville qui vous a accordé un crédit pour la maison de quartier. Pour expliquer au mieux votre solution, représentez-la grâce à un schéma qui indique chaque étape du parcours de l'énergie en partant de la source d'énergie jusqu'au chauffage de la maison de quartier.



  1. Pour chaque groupe, recopiez le schéma sur un panneau que vous allez présenter au conseil communal (le reste de la classe).




Introduction aux diagrammes d'énergie

Énergie

11e année

Prénom :

Date:


Afin de représenter de manière claire les étapes d'une chaîne énergétique, nous allons utiliser le formalisme des diagrammes d'énergie. Cette approche vise à décrire le fonctionnement d’un dispositif en termes de transferts d’énergie entre ses composants.


L'énergie ne peut être que stockée dans un composant et déstockée d'un composant ou transférée entre deux composants.




1) Les cinq transferts d'énergie



Les transferts d'énergie se font selon cinq modes et sont désignés par les expressions suivantes :


  • transfert ..............................................d'énergie (électricité) ;


  • transfert …......................................... d'énergie (mouvement, son) ;


  • transfert …............................................... d'énergie (chaleur, entre deux objets à températures différentes) ;


  • transfert .........................................................................................................................(lumière, onde électromagnétique : « visible », infrarouge, UV, etc.).


  • Transfert ........................................................... (transformations chimiques, ex : combustions)




2) Les règles de construction


Les règles élémentaires de construction du diagramme d’énergie d’un dispositif donné sont:


Chaque composant est représenté par un cercle avec son nom inscrit à l’intérieur.



Chaque transfert d’énergie entre deux composants est représenté par une ligne fléchée reliant ces composants. Le nom de chaque transfert est inscrit à côté de sa ligne fléchée.


Chaque composant a un des deux statuts suivants, à l'exclusion de l'autre :



  • soit statut de réservoir d’énergie (avec stockage ou déstockage) ;


  • soit statut de relais d'énergie.







  • Exemple : bicyclette qui roule feux allumés


Situation 2 : application du formalisme aux solutions choisies.



Représente la solution que vous avez choisie à l'aide du formalisme des diagrammes d'énergie.













Retour sur le jeu avec le formalisme des diagrammes d'énergie


Mise en commun par la classe des diagrammes d'énergie des diverses solutions du jeu.


1) Éolienne :









2) Énergies renouvelables












3) Chauffage électrique











4) Usine d'incinération des déchets










5) Panneaux solaires thermiques












Situation 3 : Devoirs

Énergie

11e année

Prénom :

Date:


Nous allons tester ta capacité à modéliser une chaîne énergétique à l'aide de diagrammes d'énergie. Pour cela, nous réutiliserons le jeu «2020  Energy » avec une nouvelle partie « Lîle » :


- Va dans le site web du jeu « 2020 Energy » et suis les étapes suivantes :


http://www.2020energy.eu/game


  1. Clique sur le bouton OK de la partie « Jouer sans sauvegarder »

  2. Clique sur la partie « Parcours libre »

  3. Dans la colonne « Individuel », sélectionne la partie « L'île»



Exercice : choisis les 3 solutions qui te paraissent les meilleures.

A) Quelle sont les 3 solutions énergétiques que tu as choisies et pourquoi ?


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B) Représente-les à l'aide du formalisme des diagrammes d'énergie vu en classe, depuis la source d'énergie choisie au secteur électrique de la maison (prise).

Solution1 :...................................................................................................................................













Solution2 :...................................................................................................................................













Solution3 :...................................................................................................................................












Corrections des autres solutions (sera complété en classe la leçon prochaine)






















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