Conception et évaluation d’une intervention didactique à propos des phases de la Lune dans un planétarium numérique

Depuis l’entrée en vigueur du Programme de formation de l’école québécoise en 2001, l’astronomie est à nouveau enseignée dans les classes du Québec. Malheureusement, l’école est mal outillée pour enseigner des concepts astronomiques complexes se déroulant pour la plupart en dehors des heures de classe et sur de longues périodes de temps. Sans compter que bien des phénomènes astronomiques mettent en jeu des astres se déplaçant dans un espace tridimensionnel auquel nous n’avons pas accès depuis notre point de vue géocentrique. Les phases de la Lune, concept prescrit au premier cycle du secondaire, sont de ceux-là. Heureusement, l’école peut compter sur l’appui du planétarium, musée de sciences dédié à la présentation, en accéléré et à toute heure du jour, de simulations ultra réalistes de divers phénomènes astronomiques. Mais quel type de planétarium secondera l’école ? Récemment, les planétariums ont eux aussi subi leur propre révolution : ces institutions sont passées de l’analogique au numérique, remplaçant les projecteurs optomécaniques géocentriques par des projecteurs vidéo qui offrent la possibilité de se déplacer virtuellement dans une simulation de l’Univers tridimensionnel complètement immersive. Bien que la recherche en éducation dans les planétariums se soit peu penchée sur ce nouveau paradigme, certaines de ses conclusions basées sur l’étude des planétariums analogiques peuvent nous aider à concevoir une intervention didactique fructueuse dans ces nouveaux simulateurs numériques. Mais d’autres sources d’inspiration seront invoquées, au premier chef la didactique des sciences, qui conçoit l’apprentissage non plus comme la transmission de connaissances, mais plutôt comme la construction de savoirs par les apprenants eux-mêmes, avec et contre leurs conceptions premières. La conception d’environnements d’apprentissages constructivistes, dont le planétarium numérique est un digne représentant, et l’utilisation des simulations en astronomie, complèteront notre cadre théorique et mèneront à la conception d’une intervention didactique à propos des phases de la Lune dans un planétarium numérique s’adressant à des élèves âgés de 12 à 14 ans. Cette intervention didactique a été mise à l’essai une première fois dans le cadre d’une recherche de développement (ingénierie didactique) visant à l’améliorer, à la fois sur son versant théorique et sur son versant pratique, par le biais de multiples itérations dans le milieu « naturel » où elle se déploie, ici un planétarium numérique gonflable de six mètres de diamètre. Nous présentons les résultats de notre première itération, réalisée en compagnie de six jeunes de 12 à 14 ans (quatre garçons et deux filles) dont nous avons recueilli les conceptions à propos des phases de la Lune avant, pendant et après l’intervention par le biais d’entrevues de groupe, questionnaires, mises en situation et enregistrement des interventions tout au long de l’activité. L'évaluation a été essentiellement qualitative, basée sur les traces obtenues tout au long de la séance, en particulier sous la voûte du planétarium. Ce matériel a ensuite été analysé pour valider les concepts théoriques qui ont mené à la conception de l'intervention didactique, d'une part, mais aussi pour faire émerger des améliorations possibles visant à bonifier l'intervention. Nous avons ainsi constaté que l'intervention provoque effectivement l'évolution des conceptions de la majorité des participants à propos des phases de la Lune, mais nous avons également identifié des façons de rendre l’intervention encore plus efficace à l’avenir.

Space and time characterization of laser-induced plasmas for applications in chemical analysis and thin film deposition

Après des décennies de développement, l'ablation laser est devenue une technique importante pour un grand nombre d'applications telles que le dépôt de couches minces, la synthèse de nanoparticules, le micro-usinage, l’analyse chimique, etc. Des études expérimentales ainsi que théoriques ont été menées pour comprendre les mécanismes physiques fondamentaux mis en jeu pendant l'ablation et pour déterminer l’effet de la longueur d'onde, de la durée d'impulsion, de la nature de gaz ambiant et du matériau de la cible. La présente thèse décrit et examine l'importance relative des mécanismes physiques qui influencent les caractéristiques des plasmas d’aluminium induits par laser. Le cadre général de cette recherche forme une étude approfondie de l'interaction entre la dynamique de la plume-plasma et l’atmosphère gazeuse dans laquelle elle se développe. Ceci a été réalisé par imagerie résolue temporellement et spatialement de la plume du plasma en termes d'intensité spectrale, de densité électronique et de température d'excitation dans différentes atmosphères de gaz inertes tel que l’Ar et l’He et réactifs tel que le N2 et ce à des pressions s’étendant de 10‾7 Torr (vide) jusqu’à 760 Torr (pression atmosphérique). Nos résultats montrent que l'intensité d'émission de plasma dépend généralement de la nature de gaz et qu’elle est fortement affectée par sa pression. En outre, pour un délai temporel donné par rapport à l'impulsion laser, la densité électronique ainsi que la température augmentent avec la pression de gaz, ce qui peut être attribué au confinement inertiel du plasma. De plus, on observe que la densité électronique est maximale à proximité de la surface de la cible où le laser est focalisé et qu’elle diminue en s’éloignant (axialement et radialement) de cette position. Malgré la variation axiale importante de la température le long du plasma, on trouve que sa variation radiale est négligeable. La densité électronique et la température ont été trouvées maximales lorsque le gaz est de l’argon et minimales pour l’hélium, tandis que les valeurs sont intermédiaires dans le cas de l’azote. Ceci tient surtout aux propriétés physiques et chimiques du gaz telles que la masse des espèces, leur énergie d'excitation et d'ionisation, la conductivité thermique et la réactivité chimique. L'expansion de la plume du plasma a été étudiée par imagerie résolue spatio-temporellement. Les résultats montrent que la nature de gaz n’affecte pas la dynamique de la plume pour des pressions inférieures à 20 Torr et pour un délai temporel inférieur à 200 ns. Cependant, pour des pressions supérieures à 20 Torr, l'effet de la nature du gaz devient important et la plume la plus courte est obtenue lorsque la masse des espèces du gaz est élevée et lorsque sa conductivité thermique est relativement faible. Ces résultats sont confirmés par la mesure de temps de vol de l’ion Al+ émettant à 281,6 nm. D’autre part, on trouve que la vitesse de propagation des ions d’aluminium est bien définie juste après l’ablation et près de la surface de la cible. Toutefois, pour un délai temporel important, les ions, en traversant la plume, se thermalisent grâce aux collisions avec les espèces du plasma et du gaz.

Risk of foot and mouth disease associated with proximity in space and time to infected premises and the implications for control policy during the 2001 epidemic in Cumbria

An analysis was made that calculated the risk of disease for premises in the most heavily affected parts of the county of Cumbria during the foot-and-mouth disease epidemic in the UK in 2001. In over half the cases the occurrence of the disease was not directly attributable to a recently infected premises being located within 1.5 km. Premises more than 1.5 km from recently infected premises faced sufficiently high infection risks that culling within a 1.5 km radius of the infected premises alone could not have prevented the progress of the epidemic. A comparison of the final outcome in two areas of the county, south Penrith and north Cumbria, indicated that focusing on controlling the potential spread of the disease over short distances by culling premises contiguous to infected premises, while the disease continued to spread over longer distances, may have resulted in excessive numbers of premises being culled. Even though the contiguous cull in south Penrith appeared to have resulted in a smaller proportion of premises becoming infected, the overall proportion of premises culled was considerably greater than in north Cumbria, where, because of staff and resource limitations, a smaller proportion of premises contiguous to infected premises was culled

Spatial interaction among nontoxic phytoplankton, toxic phytoplankton and zooplankton: emergence in space and time

In homogeneous environments, by overturning the possibility of competitive exclusion among phytoplankton species, and by regulating the dynamics of overall plankton population, toxin-producing phytoplankton (TPP) potentially help in maintaining plankton diversity—a result shown recently. Here, I explore the competitive effects of TPP on phytoplankton and zooplankton species undergoing spatial movements in the subsurface water. The spatial interactions among the species are represented in the form of reaction-diffusion equations. Suitable parametric conditions under which Turing patterns may or may not evolve are investigated. Spatiotemporal distributions of species biomass are simulated using the diffusivity assumptions realistic for natural planktonic systems. The study demonstrates that spatial movements of planktonic systems in the presence of TPP generate and maintain inhomogeneous biomass distribution of competing phytoplankton, as well as grazer zooplankton, thereby ensuring the persistence of multiple species in space and time. The overall results may potentially explain the sustainability of biodiversity and the spatiotemporal emergence of phytoplankton and zooplankton species under the influence of TPP combined with their physical movement in the subsurface water.

The first real-time worldwide ionospheric predictions network: an advance in support of spaceborne experimentation, on-line model validation, and space weather

We report on the first realtime ionospheric predictions network and its capabilities to ingest a global database and forecast F-layer characteristics and "in situ" electron densities along the track of an orbiting spacecraft. A global network of ionosonde stations reported around-the-clock observations of F-region heights and densities, and an on-line library of models provided forecasting capabilities. Each model was tested against the incoming data; relative accuracies were intercompared to determine the best overall fit to the prevailing conditions; and the best-fit model was used to predict ionospheric conditions on an orbit-to-orbit basis for the 12-hour period following a twice-daily model test and validation procedure. It was found that the best-fit model often provided averaged (i.e., climatologically-based) accuracies better than 5% in predicting the heights and critical frequencies of the F-region peaks in the latitudinal domain of the TSS-1R flight path. There was a sharp contrast however, in model-measurement comparisons involving predictions of actual, unaveraged, along-track densities at the 295 km orbital altitude of TSS-1R In this case, extrema in the first-principle models varied by as much as an order of magnitude in density predictions, and the best-fit models were found to disagree with the "in situ" observations of Ne by as much as 140%. The discrepancies are interpreted as a manifestation of difficulties in accurately and self-consistently modeling the external controls of solar and magnetospheric inputs and the spatial and temporal variabilities in electric fields, thermospheric winds, plasmaspheric fluxes, and chemistry.

Development of speech fluency over a short period of time: effects of pedagogic intervention

This study investigates the effects of a short-term pedagogic intervention on the development of L2 fluency among learners studying English for Academic purposes (EAP) at a university in the UK. It also examines the interaction between the development of fluency, and complexity and accuracy. Through a pre-test, post-test design, data were collected over a period of four weeks from learners performing monologic tasks. While the Control Group (CG) focused on developing general speaking and listening skills, the Experimental Group (EG) received awareness-raising activities and fluency strategy training in addition to general speaking and listening practice i.e following the syllabus. The data, coded in terms of a range of measures of fluency, accuracy and complexity, were subjected to repeated measures MANOVA, t-tests and correlations. The results indicate that after the intervention, while some fluency gains were achieved by the CG, the EG produced statistically more fluent language demonstrating a faster speech and articulation rate, longer runs and higher phonation time ratios. The significant correlations obtained between measures of accuracy and learners’ pauses in the CG suggest that pausing opportunities may have been linked to accuracy. The findings of the study have significant implications for L2 pedagogy, highlighting the effective impact of instruction on the development of fluency.

Solitons of two-component Bose-Einstein condensates modulated in space and time

In this Letter we present soliton solutions of two coupled nonlinear Schrodinger equations modulated in space and time. The approach allows us to obtain solitons for a large variety of solutions depending on the nonlinearity and potential profiles. As examples we show three cases with soliton solutions: a solution for the case of a potential changing from repulsive to attractive behavior, and the other two solutions corresponding to localized and delocalized nonlinearity terms, respectively. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.