Vous trouverez ci-dessous une activité d'une heure pour modéliser une épidémie avec ou sans vaccination en utilisant le logiciel SCRATCH. Cet article a été publié en premier sur le site académique de Créteil. Il a été mis à jour depuis que le logiciel SCRATCH est passé de la version 2 à la version 3.

I. À propos du logiciel

SCRATCH est un logiciel de programmation avec une interface graphique agréable et intuitive. Il suffit d’agencer des blocs de manière logique pour réaliser un algorithme ou une application simple.

II. Quel a été le déroulement de la séance ?

Pré-requis

Lors de la précédente séance, les élèves ont découvert le principe et le mécanisme de la vaccination à l’échelle individuelle.

Phase de motivation (10 minutes)

Suite à un bref rappel, j’ai affirmé que la vaccination permettait également de protéger les autres individus.

Après une brève phase d’étonnement, les élèves ont soumis rapidement des idées pour expliquer mon affirmation. Certaines idées peuvent être rapidement réfutées car certains aspects du mécanisme vaccinal avaient été mal compris. Au final, une hypothèse a émergé : « la vaccination empêcherait la propagation des microbes ».

Afin d’obtenir des arguments pour corroborer l’hypothèse, j’ai demandé de concevoir un protocole. Très vite, ils me proposèrent de comparer une épidémie avec vaccination et une autre sans vaccination. Cependant, les élèves ont eu conscience que l’expérimentation sur des humains n’était pas éthique. Je leur ai donc proposé de modéliser informatiquement l’épidémie.

Le programme est incomplet : il y a un seul individu qui se déplace. Pas de population, ni de transmission de maladies... (voir image ci-dessous). Les élèves ont compris qu’ils devaient compléter ce programme.

Phase d’activité (40 minutes)

En salle informatique, les élèves ont ouvre le fichier pdf tutoriel sur leur ordinateur. (cliquez ici pour obtenir le fichier pdf)

Un lien dans le fichier pdf les redirige vers le programme scratch à compléter. En suivant étape par étape le tutoriel, les élèves ont programmé les scripts nécessaires pour que la simulation soit complète. Lorsque les élèves m’appelaient, j’aidais uniquement si le coup de pouce ne contenait pas la réponse. Bien souvent, j’envoyais l’élève vers un autre élève qui avait eu le même problème et qui avait su le régler.

Conformément au tutoriel, lorsqu’un élève avait terminé son programme, il devait lancer les simulations. (voir image ci-dessous).

• une simulation sans vaccination,

• une simulation avec un taux de vaccination de 88%

A chaque simulation, l’élève devait venir remplir un tableur sur l’ordinateur du professeur. Il indiquait ainsi le nombre de personnes infectées au cours de la simulation. Certains élèves ont lancé 4 à 5 fois les simulations. D’autres aucune car ils n’avaient pas fini leur programme. Ces derniers ont néanmoins pu observer la simulation d’un camarade en fin de séance. Au final, pour chaque classe de 24 élèves, les deux simulations ont été faites environ 30 fois chacune.

Bilan de la séance (5 minutes)

Lorsque les résultats des simulations ont toutes été entrées sur le tableur, j’ai rapidement calculé la probabilité qu’un individu non vacciné tombe malade puis projeté le résultat au tableau et demandé aux élèves de conclure oralement sur leur hypothèse de départ. Ils devaient terminé la conclusion chez eux.

Lors de la séance suivante, j’ai fait un bref rappel de la programmation et on a discuté des limites du modèle.

III. Quels étaient mes objectifs ?

Cette séance a été l’occasion pour moi de faire travailler les élèves sur les points suivants :

Domaine du socle et éléments signifiants

• Domaine 1 - Composante 3 : Comprendre, s’exprimer en utilisant les langages mathématiques, scientifiques et informatiques. Utiliser l’algorithmique et la programmation pour créer des applications simples

• Domaine 4 : Les systèmes naturels et les systèmes techniques. Identifier des règles et des principes de responsabilité individuelle et collective dans les domaines de la santé, de la sécurité, de l’environnement

Programme

• Thème 3 : Le corps humain et la santé : Argumenter l’intérêt de politiques de prévention et de lutte contre la contamination et l’infection ; expliquer la limitation des risques à l’échelle collective par une application de mesures à l’échelle individuelle.

IV. Quelles pistes pour améliorer le projet ?

On pourrait envisager une séance transdisciplinaire avec le professeur de mathématiques pour qu’il reprenne la simulation. Il serait ainsi possible d’ajouter des scripts pour que l’on connaisse le nombre d’individus infectés à chaque seconde. On pourrait alors récupérer ces données dans un tableur afin de réaliser un graphique. On pourrait ainsi comparer les graphiques obtenues par la simulation avec les graphiques d’une véritable épidémie que l’on peut obtenir sur le réseau sentinelle. Dans ces conditions, on pourrait alors engager une discussion avec les élèves sur les limites du modèle et sa relation avec la réalité.

V. En guise de conclusion

Cette séance est toujours intéressante à réaliser avec les élèves. Il y a eu beaucoup d’entraide entre les élèves et certains, peu « scolaires », ont su montrer de véritables aptitudes à programmer et à raisonner.

Certains élèves terminent la modélisation en une vingtaine de minutes. Ces élèves peuvent améliorer la simulation en relevant des défis (voir liste en bas du pdf tutoriel). Ils ont ainsi modulé la contamination pour qu’elle ne soit pas systématique, modulé la durée de rétablissement...