Outils géomatiques et apprentissages

Pour une approche transversale des Systèmes

d’Information Géographique en éducation

INRP – FormaterreS. GENEVOIS

2005

3- Construire un SIG pédagogique : approche transversale (notamment en EEDD)

2- Démarches et modes d’apprentissage avec les outils géomatiques

1- Typologie des outils et des usages :

l’état des pratiques géomatiques

Outils géomatiques et apprentissages

1- Typologie des outils et des usages

But : Il s’agit de dresser un premier bilan de l’application des outils géomatiques auprès du grand public et auprès du public scolaire(les deux contextes ne pouvant être dissociés).

Avertissement :

Aborder la question en terme d’ «usages» permet de :

- ne pas focaliser sur l’approche instrumentale (encore trop prégnante chez nombre d’utilisateurs)- évoquer les problèmes d’intégration pédagogique et didactique en fonction de situations et de pratiques en classe.

1-1 Essai de définition

La géomatique : « l’ensemble des applications de l’informatique au traitement des données géographiques, et en particulier à la cartographie » (Glossaire français de cartographie). Son champ est celui du traitement de l’information géographique, depuis l’acquisition jusqu’à la restitution, l’affichage, l’édition, la communication des données.

La géomatique, au sens large, comprend une panoplie d’outils :

- les Systèmes d’Information Géographique = SIG (pas seulement)- les logiciels de télédétection et de modélisation numérique- les outils de localisation et de navigation en 2D ou 3D- les bases de données à références spatiales…

1-2 Géoréférencement et multicouche

Géoréférencement : tout point de la base de données est identifié spatialement en longitude et en latitude selon un type de projection :

Le fait de géoréférencer les données permet :- le calage des couches organisation en couches d’information- l’analyse multicouche emboîtement d’échelles- la sélection d’informations requêtes attributaires et spatiales

1-3 La géomatique, une discipline ?

La géomatique est un ensemble de techniques informatisées :elle ne peut être considérée comme une discipline.

Historiquement elle n’est pas liée à la géographie ni à la cartographie, mais aux sciences mathématiques et informatiques (approche multidisciplinaire). Encore aujourd’hui elle échappe encore largement aux géographes, elle est surtout utilisée par les aménageurs, les urbanistes, les gestionnaires…

Les applications principales des SIG :- le géomarketing (zone de chalandise, ciblage de la clientèle…)- la gestion de crise (catastrophe naturelle ou technologique, secours…)

- l’aménagement et l’urbanisme (cadastre, étude d’impact, patrimoine…)

1-4 Un nouveau contexte

- développement des technologies dans le domaine de la télédétection et surtout de la géolocalisation (imagerie satelitte, GPS, GSM,…)

- accès du grand public à l’information géographique : avec le développement exponentiel des données en ligne, il devient possible d’accéder, directement sur Internet, à des informations gratuites et géoréférencées.

- convergence des outils de navigation et de cartographie numérique : éclosion des SIG en ligne pour publier de l’information, pour prévenir les risques ou organiser les secours (arrivée à maturité des

technologies de « webmapping »).

1-5 L’exemple de Google Earth

- Développement des serveurs de données cartographiques grand public : Google Earth (Google), World Wind (Nasa), Virtual Earth (Microsoft)

- 28 juin 2005 : le célèbre moteur de recherche lance Google Earth.Une banque de données principalement constituée d‘images d’archive Landsat 7, complétée par des sources plus détaillées (images aériennes Quickbird de la société DigitalGlobe)

De 15 cm à 15 mètres de résolution, les images assemblées et mosaïquées par Google couvrent quasiment toute la planète (en fait le moteur de navigation 3D a été mis au point par Keyhole,

société rachetée par Google en septembre 2004).

1-5 Le monde vu de Google

1-5 Le monde vu de Google

1-5 Le monde vu de Google (synthèse)

- L’illusion de l’information délivrée « en temps réel » : quel temps pour l’observation et l’interprétation ? (cf confusion entre l’image et la carte)

- Risque de contemplation morbide des images, comme le montrent les dégâts récents des cyclones Katrina ou Rita (cf « effet de réel » ?)

- Cette vision verticale, qui est celle de l’enfant tout puissant qui peut détruire la fourmilière, pose le problème d’images vues du ciel (cf plan d’aménagement ou d’urbanisme montrant aux citoyens les projets par « en haut », c’est-à-dire comme on ne les voit jamais).

- Enfin la question fondamentale : une fois que l’on a zoomé sur son balcon, quelle utilisation peut-on faire de ces images à haute résolution ?

1-6 quelle exploitation pédagogique ?

Les outils géomatiques sont en train d’envahir les domaines de la vie courante : navigation guidée pour les itinéraires routiers, bornes interactives pour le tourisme, cartes et plans en cartographie dynamique… même s’il n’existe pas de grands portails d’information géographique en France !

Dans ce contexte, quels sont les usages éducatifs possibles ?

- depuis une 10e d’années ont lieu différentes expérimentations autour de l’utilisation de SIG en classe (en H-G et en SVT principalement).

- peu de recherches en éducation sur le sujet, mais début de réflexion pédagogique sur les démarches et les modes d’apprentissage.

1-7 Essai de typologie

S I G

approche disciplinaire

SIG «didactique»logiciel SIG

hors ligne

approche pluridisciplinaire

SIG «inventaire»

nouveau dispositif d’apprentissage ?

IDD, TPE

EEDD

Approche instrumentale Approche pédagogique

mode consultation

mode création

visualiseur

navigateur

internet

en ligne

traitement de l’information

inter ou trans-

disciplinarité

rapport au terrain / territoire

acquisition de l’information

problématiquesenvironnementales

démarche exploratoire

2- Démarches et modes d’apprentissage avec les outils géomatiques

But : Il s’agit d’examiner en quoi les possibilités de traitement apportées par la géomatique sont susceptibles de faire évoluer les démarches, les modes de raisonnement, les dispositifs d’apprentissage,…

Avertissement :

Aborder la question en terme d’ «apprentissages» permet de :

- replacer l’utilisation des SIG éducatifs dans le domaine des TICE et des modes d’apprentissage instrumenté- dégager un certain nombre de démarches transversales et d’«invariants» (quelles que soient les disciplines)

2-1 Une recherche INRP sur « SIG et innovation »

Question d’une recherche-action réalisée à l’INRP (1999-2003) :le SIG, un outil didactique innovant pour la géographie scolaire ?

(à partir de l’exemple du Parc nature de Miribel-Jonage)

Les trois hypothèses de cette recherche SIG étaient les suivantes :

1- Les SIG facilitent/modifient la construction de l'espace géographique par les élèves.

2- Les SIG favorisent la maîtrise du raisonnement géographique par les élèves (démarche systémique et complexité ).

3- Les SIG modifient la relation enseignant / élèves (en particulier le statut du professeur), mais aussi l'image de la discipline.

2-1 Quatre principaux centres d’intérêt

2-1 Cinq pôles d’observation en interrelation

2-1 La structuration d’un SIG didactique

2-1 Exploration de « SIG didac »

2-2 Les hypothèses initiales

H1 - L’utilisation d’un SIG transforme le rapport à la carte.

H2 - L’utilisation d’un SIG incite au raisonnement spatial.

H3 - L’utilisation des SIG n’est pas en soi pédagogiquement et didactiquement innovante, mais peut permettre ou faciliter certaines innovations dans les pratiques d’enseignement.

2-2 Quelques éléments de réponse aux hypothèses initiales

1- L’utilisation d’un SIG transforme le rapport à la carte

De produit final, la carte devient un outil central de visualisation de l’information et de mise “ en ordre ” en fonction des requêtes de l’utilisateur. Le rapport à la sémiologie graphique est bouleversé, dans le sens où la distinction entre "carte à lire" et "carte à voir" de Bertin est renouvelée.

2-2 Quelques éléments de réponse aux hypothèses initiales

2- L’utilisation d’un SIG incite au raisonnement spatial

Le module 2 (étude de cas) est en effet fondé sur la démarche suivante :

Problème posé Questionnement Recherche de données

pertinentes Mise au point d’un raisonnement Application de ce

raisonnement Production d’un résultat Evaluation du résultat.

2-2 Quelques éléments de réponse aux hypothèses initiales

3- L’utilisation des SIG n’est pas en soi pédagogiquement et didactiquement innovante, mais peut permettre ou faciliter certaines innovations dans les pratiques d’enseignement

La mobilisation d’un nouvel outil informatique ne signifie pas que le dispositif mis en place par l’enseignant sera de facto innovant.

Utilisé dans des pratiques pédagogiques traditionnelles, le SIG n’est qu’un outil supplémentaire au service des conceptions que le professeur a de l’enseignement et de sa discipline scolaire.

2-3 Statuts de l’image : de support d’apprentissage à outil d’investigation

2-4 SIG et complexité

Le SIG est un des moyens pour gérer la complexité

Pour résoudre les problèmes d’un espace géographique, en développant les dimensions de simulation spatiale (que se passe-t-il si on prend telle décision ?) et d’optimisation spatiale (comment peut-on améliorer la situation ?), l’utilisation des SIG permet de dépasser le cadre d’une discipline scolaire académique.

Dans le cadre du module 2, les enseignants ont réduit au maximum la complexité de la situation proposée (la sauvegarde des prairies à orchidées par des aménagements qui dévient les diverses circulations à l’intérieur du Parc), en limitant l’accès à la BDG et en donnant un certain nombre de consignes et de tâches : présentation de trois solutions de résolution de problème et définition du résultat attendu. De peur que, dans les limites de temps impartis, les élèves « se perdent » et se démotivent. Ce qui explique cette situation d’apprentissage par instruction.

2-4 SIG et complexité

Le SIG est lui-même un outil complexe, nécessitant des apprentissages

Il constitue un système en lui-même permettant la gestion de la complexité (capacité de stockage, de calcul, de rendre compte…). Il invite à la démarche systémique.

Cette capacité devient un obstacle, car certains enseignants peuvent craindre de ne pouvoir maîtriser cette démarche systémique et estimer être dépossédés de la maîtrise du processus d’apprentissage.

2-5 Statuts sémiotiques d’une carte

2-6 SIG et modes d’apprentissage

Avec un SIG, « outil neutre », peuvent se mobiliser les différentes démarches du géographe :

- l’analytique ;

- l’inductive dans des situations d’enseignement « behavioristes » ;

- l’hypothético-déductive dans des situations d’apprentissage « constructivistes » ;- la systémique

L’expérimentation du module 2 s’est donc faite non sous forme de situation d’apprentissage par exploration ( scénario proposé ), mais par une situation d’apprentissage par instruction. Parmi les causes de ces hésitations est sans conteste le sentiment confusément ressenti par les enseignants que leur conception de l’enseignement était remise en cause. 

2-6 Le triangle didactique traditionnel

Elève

Professeur

Savoir Savoir-faire

2-6 L ’irruption d ’un 4e élément : « l’outil » médiateur

Elève

Outil géomatique

Savoir Savoir-faire

Professeur

2-7 Les atouts des SIG

- traitement rapide d’informations à référence spatiale.

- facilité d’exploration : on observe, on décrit, on analyse, on explique selon une méthode de chercheur.

- possibilité de faire des sélections sur la carte correspondant à des données dans la base (et vice versa), l’enchaînement des sélections permettant de construire du raisonnement

- possibilités immenses de croisement de données (« data mining ») selon une méthode empirique (« eye thinking ») démarches ascendantes / descendantes / mixtes

- rôle important de la simulation (dimension prospective) et de la résolution de problème (formulation des hypothèses et mesure des écarts au modèle théorique)

2-7 Les limites des SIG

- pas de véritable 3D : image aérienne souvent drapée sur un MNT

- pas de multi-échelle : difficulté à travailler sur de petites échelles (cf. études de cas locales, à moyenne ou à grande échelle)

- pas d’évolution temporelle (cf. impossibilité de faire une interpolation entre 2 cartes à des dates différentes)

- la carte SIG ne respecte pas toujours la sémiologie (cf. statut particulier de la carte dans le SIG où elle n’est qu’une étape du raisonnement)

- pas de validation des relations (nécessité de coupler le SIG avec des systèmes d’analyse statistique et des modèles informatiques) : le SIG en position centrale ou un outil parmi d’autres ?

2-7 Les limites des SIG

- l’organisation des données demande un mode de structuration qui fait appel à des modèles sous-jacents (la production de la carte arrive à la fin de la chaîne de traitement et doit être comparée au modèle d’interprétation)

- la création d’informations ne signifie pas création de savoirs ou de connaissances

- la recherche a tendance à être conduite par les données (ou par les outils)

- risque de désagréger l’information pour la simplifier

- risque de se cantonner à des problématiques environnementales pour rassembler des données éparses

3- Construire un SIG pédagogique : approche transversale (notamment en EEDD)

Jeux d’échelles ?Approche

systémique ?

Solidarité et responsabilité ?

L’éducation relative à l’environnement (circulaire de juillet 2004)

Rôle des SIG ?

Raisonnement multiscalaire Le monde comme un système

Principe d’action et participation

3-1 Le croisement des disciplines

• S.V.T. :6ème : Les caractéristiques de notre environnement, l'alimentation humaine 5ème/4ème : Environnement géologique et ressources, l'homme responsable de son environnement, activité de la planète et risques 3ème : Responsabilité humaine et environnement

• Sciences de la Vie et de la Terre :Seconde : Planète Terre et environnement global Première L : Alimentation et environnement, enjeux planétaires énergétiques Première ES : Alimentation et environnement, le bois, l'eau

• Sciences économiques et sociales : Seconde : La consommation Première : Régulation économique et sociale Terminale : Internationalisation des échanges et mondialisation

• Géographie et EC : 6ème : les paysages

Responsabilité vis-à-vis du cadre de vie et de l'environnement 5ème : Afrique, Asie, Amérique , Solidarité, risques majeurs

4ème : aménagement du territoire français3ème : Échanges, mobilité des hommes, inégale répartition de la richesse , Solidarité et coopération :

• Géographie : Seconde : Nourrir les hommes, l'eau, dynamiques urbaines et environnement urbain, la société face aux risques, les littoraux, les montagnes Première : Disparités spatiales et aménagement des territoires, disparités régionales en France et en Europe Terminale : Un espace mondialisé, des mondes en quête de développement , la méditerranée.

3-2 Etude de cas avec un SIG

Un SIG n’est pas seulement un outil logiciel :

C’est un ensemble d’outils, de méthodes et de compétences à base informatique utilisés pour raisonner dans l’espace, afin de répondre à une question posée à un territoire ou à une organisation.

Exemple d’étude de cas : le cyclone Katrina

- quelles sont les origines de la catastrophe (identification du phénomène cyclonique, localisation et étude à différentes échelles…) ? - Quels sont les différents impacts et leur poids relatif (effets matériels, humains, économiques, sociaux) ? - Peut-on prévenir ou réduire de telles inondations à l’avenir (comparaison avec des plans de prévention, voire des modèles de simulation) ?

3-3 Plus-value pédagogique

Pour les enseignants, les SIG constituent un outil pour raisonner en différé à partir de l’information géographique, en prenant soin de ne pas confondre les images prises « à chaud » et l’analyse cartographique (l’image étant trop souvent confondue avec la carte). Les SIG sont susceptibles d’apporter une plus-value pédagogique, dès lors qu’ils mettent en œuvre des démarches de questionnement et de résolution de problèmes.

Concernant l’exemple d’actualité fourni par le cyclone Katrina, il est indispensable d’initier les élèves à l’analyse systémique, notamment en replaçant le phénomène dans ses dynamiques urbaines, sociales, environnementales… Seuls les SIG permettent de constituer de tels systèmes d’organisation complexe de l’information.

3-4 Un observatoire des pratiques géomatiques pour le 2nd degré

L’INRP a entrepris de développer des recherches sur les questions pédagogiques liés à ce type d’outil (scénarisation pour l’enseignant, traçage des activités pour les apprenants,…).

Un observatoire des pratiques géomatiques dans le second degré vient d’être constitué pour permettre de mutualiser les expériences et faire rencontrer des chercheurs, des praticiens, des enseignants, des formateurs…

Pour s’abonner :

http://venus.inrp.fr/wws/info/geomatique

3-5 Une plate-forme SIG : Geowebexplorer

Dans le cadre d’un projet financé par le Ministère de l’Education Nationale et de la Recherche, l’Université de Saint-Etienne (CRENAM) a développé un prototype de plate-forme d’enseignement collaboratif avec les SIG.

Ce serveur de données cartographiques permet aux enseignants et aux formateurs d’accéder à des jeux de données pédagogiques, d’élaborer des tutorats et des exercices structurés et de les partager avec d’autres enseignants :

http://geopc6.univ-st-etienne.fr/geowebexplorer/