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simulation proie prédateur

mis à jour le 12/05/2018

Programmation d'une simulation d’un écosystème, et étude de l’évolution des différentes populations.

mots clés : algorithmique, scratch, fonction

Les objectifs

Utiliser Scratch (programmation)
Découvrir l’utilisation de simulations informatiques dans la recherche scientifique.
Vocabulaire sur les fonctions (on dépasse un peu le vocabulaire de troisième, mais les mots (maximum local, courbe croissante…) sont demandés par les élèves. Lecture graphique.
SVT : réinvestissement du programme du collège.
Rédiger un compte-rendu en utilisant l’outil informatique.

Stratégie utilisée pour présenter la situation aux élèves

Programmation très guidée (énoncé) de la simulation.Les élèves recopient les scripts fournis.
Travaux en classe pour faire le lien avec la SVT et pour valider la simulation. (énoncé)
Coopération entre les élèves lors de la phase de collecte des données. Les groupes s’échangent les graphiques (on voit alors l’importance de communiquer les variables choisies).

Eléments de mise en œuvre

Travail en salle multimédia. (sauf les exercices faisant le lien avec la SVT)
Les travaux ont été pour la plupart rendus après la 8ème séance, tout le travail étant fait en classe. Quelques groupes ont fini la rédaction à la maison. Ils sont évalués.

Scratch - Écosystème 1 - En avant les clones !

Étape 1

Remplacer le lutin habituel par l'insecte Ladybug1.
Taper et tester le programme.
Le nombre de répétitions ( 250 ) de la boucle principale correspond à la durée de vie de notre insecte. On désire nommer cette variable.
Créer une variable DuréeVieBleu en choisissant le mode Pour ce lutin uniquement et modifier le programme pour qu'il utilise cette variable dans le bloc Répéter.
Le nombre 3 du bloc avancer de 3 correspond à la vitesse de notre insecte. Utiliser à la place une variable VitesseBleu, toujours en mode "Pour ce lutin uniquement"

Étape 2

On souhaite maintenant que notre insecte se multiplie.
Avant d'être détruit, il engendre deux copies de lui-même. Pour cela on utilise l'outil créer un clone de Scratch.

Modifier le programme de l'insecte ci-contre.
Tester le programme.
Compléter le tableau ci-dessous.
On observe un ralentissement du programme lorsque le nombre de clones augmente.
Remplacer le costume de notre insecte par un disque bleu dessiné avec l'outil Costume. Le lutin devra mesurer environ 80x80 pixels.
Vérifier que le programme ralentit plus tard qu'auparavant.
Pouquoi ?

Étape 3

Créer un deuxième lutin en forme de disque rouge nommé Rouge. Faire un disque d'environ 100x100 pixels. Renommer le premier lutin Bleu.
Donner au lutin Rouge le programme ci-contre.
Mettre à 30% la taille du lutin Bleu et lui ajouter le bloc ci-dessous.
Tester plusieurs fois le programme. On peut utiliser le mode Turbo.
Créer une variable VitesseRouge pour le lutin Rouge, tester plusieurs valeurs pour cette variable.

Scratch - Écosystème 2 - Équilibre instable !

Étape 4

On souhaite maintenant que le lutin Rouge se multiplie une fois qu’il a mangé 4 lutins Bleus.

Modifier le programme du lutin Rouge comme ci-contre.
La variable Mangés est définie localement, c'est-à-dire "Pour ce lutin uniquement".
Remarque : la brique attendre évite un bug dans le programme où un lutin Rouge pourrait manger plusieurs fois le même lutin Bleu avant que celui-ci ne soit détruit.
Modifier aussi, pour la même raison, le programme du lutin Bleu comme suit :
Faire tourner le programme 10 fois. En moyenne combien de lutins Rouges obtient-on à la fin ?
On souhaite maintenant ajouter une durée de vie aux lutins Rouges. Créer une variable locale ("Pour ce lutin uniquement") DuréeVieRouge. Essayer d'abord en la fixant à 1300.
(Prendre modèle sur le programme du lutin Bleu. Penser à détruire le clone en fin de vie.)

Étape 5
On souhaite commencer avec une population déterminée de lutins Bleus et de lutins Rouges.

Voici par exemple comment modifier le programme du lutin Bleu. Faire de même pour commencer avec 5 lutins Rouges. On a choisi de diminuer la taille des lutins à 10%.
Tester le programme en fixant DuréeVieRouge à 600.

Scratch - Écosystème 3 - Herbivores / Carnivores - Simulation

Étape 6
On veut simuler une chaîne alimentaire.
On commence par créer un lutin Vert, qui simule de l’herbe :

Créer un nouveau lutin Vert, son costume est un disque vert de 80x80 pixels.
Lui donner le programme suivant.
Modifier le programme du lutin Bleu pour que :
- Il se reproduise chaque fois qu'il mange un lutin vert.
- Il ne se reproduise pas lorsqu'il est détruit.
(solution ci-contre)
Tester avec :
- 20 Rouges et 20 Bleus au départ
- DuréeVieRouge = 250 et DuréeVieBleu = 250
- VitesseRouge = 2 et VitesseBleu = 1
Tester en modifiant le temps d'apparition d'un nouveau lutin vert (toutes les 0,05 secondes initialement)
Tester en modifiant les paramètres. Commenter les valeurs intéressantes.

Scratch - Écosystème 4 - Herbivores / Carnivores - Analyse

Étape7
On veut maintenant suivre le nombre de Bleus et de Rouges au cours du temps.

Créer un nouveau lutin (n’importe lequel) et lui donner le programme suivant.

Les variables NbBleus et NbRouges sont cette fois-ci des variables globales (Pour tous les lutins). Il faut modifier le programme du lutin Bleu et du lutin Rouge :
   (a)    Mettre la variable NbBleu ou NbRouge à zéro au tout début.
   (b)    Augmenter de 1 lorsqu’on crée un nouveau clone.
   (c)    Diminuer de 1 lorsqu’on supprime un clone.
En travaillant à deux, avec deux ordinateurs : sur l’un lancer le programme, sur l’autre ouvrir un tableur et noter les résultats sur deux colonnes.
Lorsque c’est fini, insérer une première colonne qui comptabilise le nombre de boucles effectués par le programme. (de 20 en 20 dans notre exemple)
Dessiner le graphique correspondant. Voici les résultats obtenus lors d’un essai, les vôtres seront différents.
Vous pouvez modifier les différentes variables du programme.

(20 Rouges et 20 Bleus au départ, DuréeVieRouge = 250 et DuréeVieBleu = 250, VitesseRouge = 2 et VitesseBleu = 1)

En abscisse : le nombre de boucles parcourues (temps).
En ordonnées : le nombre de lutins de chaque espèce.

Étape8 - Tache finale
Produire un document (de préférence avec un traitement de texte) avec :

Nom, titre, problématique.
Les programmes de chaque lutin (photos d’écran).
Une ou plusieurs photos d’écran du programme en cours d’exécution.
Un ou plusieurs graphiques commentés avec soin de l’évolution des populations au cours du temps.
Une réponse à la problématique posée.