Depuis plusieurs années, le mouvement STEM a pris de l’ampleur en
éducation. Pour faire court, il s’agit d’un regroupement de quatre disciplines
qui sont nécessaires à une société avancée technologiquement : science, technologie, ingénierie et
mathématique. Encore plus récemment, une cinquième discipline s’est ajoutée à cet
acronyme : STEAM.
En fait, il est de plus en plus reconnu que les arts font partie intégrante des
avancées technologiques.
C’est en voyant une image toute simple que j’ai eu l’idée de créer
une activité touchant nos notions de géométrie et de mesure en y ajoutant un
aspect artistique.
J’ai regardé attentivement le faisceau lumineux et je me suis dit
que ce serait intéressant de faire des œuvres artistiques avec ce principe.
Je vous propose donc un exemple d’intégration des technologies qui ajoute une plus-value à notre enseignement des mathématiques : programmation d’un faisceau lumineux reproduisant des polygones.
NB : La précision des déplacements des robots varie beaucoup d’un robot à l’autre. Voici un exemple d’une boucle de 4 mouvements « égaux » (carré) du robot MBot.
Matériel requis
Un robot ayant une lumière
Un appareil permettant de capturer des « Long exposure photography »
Dans notre cas, nous avons utilisé l’application Light Painting de Wow!Stuff sur nos iPad.
Compétences transversales visées
Résoudre des problèmes
Analyser les éléments de la situation
Évaluer sa démarche
Imaginer des pistes de solution
Mettre à l’essai des pistes de solution
Adopter un fonctionnement souple
Mettre en œuvre sa pensée créatrice
Imaginer des façons de faire
S’engager dans une réalisation
Adopter un fonctionnement souple
Se donner des méthodes de travail efficaces
Analyser la tâche à accomplir
Analyser sa démarche
Accomplir la tâche
S’engager dans la démarche
Exploiter les technologies de l’information et de
la communication
S’approprier les technologies de l’information et
de la communication
Évaluer l’efficacité de l’utilisation de la
technologie
Utiliser les technologies de l’information et de la
communication pour effectuer une tâche
Compétences visées en mathématique
Raisonner à l’aide de concepts et de processus mathématiquesCerner les éléments de la situation mathématique
Mobiliser des concepts et des processus mathématiques appropriés à la situation
Appliquer des processus mathématiques appropriés à la situation
Communiquer à l’aide du langage mathématique
S’approprier le vocabulaire mathématique
Établir des liens entre le langage mathématique et le langage courant
Interpréter ou produire des messages à caractère mathématique
Observer et produire des frises et des dallages : à l’aide de la translation
Mesure
Angles
Estimer et mesurer des angles en degrés
Voici plusieurs exemples de figures géométriques à réaliser :
Tracer un carré
Tracer un rectangle
Tracer un triangle équilatéral
Tracer un triangle rectangle
Tracer un triangle isocèle
Tracer un triangle rectangle isocèle
Tracer un triangle scalène
Tracer un losange
Tracer un pentagone
Tracer un hexagone
Comment les programmer ? Voici des exemples de codes qui créent des polygones. Pourrez-vous les deviner ? 😉
Lorsque les élèves seront habitués à manipuler les déplacements du robot, ils pourront être plus créatifs et faire des oeuvres plus artistiques comme des frises, par exemple.
Comme bien des écoles au Québec, des robots ont fait leur entrée dans les classes de mon école. J’ai voulu intégrer la robotique en créant une SAE qui permettait d’ajouter une « plus-value » à l’apprentissage de mes élèves. C’est suite à la visite de Kids Code Jeunesse que l’idée a germée dans ma tête : un podomètre.
L’activité qui suit vous propose une séquence d’apprentissage et d’évaluation qui intègre la robotique à l’univers matériel dans notre programme de science.
Titre : Le podomètre maison
Cycle visé : 3e cycle du primaire
Résumé de la problématique : Les élèves devront concevoir et programmer un podomètre à l’aide d’un MICRO:BIT. Dans un premier temps, ils devront analyser le concept de « pas ». Ils se questionneront sur la motion du corps humain lorsqu’il marche et sur les concepts physiques ainsi que chimiques qui permettent de fabriquer un podomètre. Par la suite, ils devront utiliser l’application MakeCode en ligne pour programmer leur podomètre. Finalement, ils testeront leur podomètre, analyseront les résultats qu’ils ont obtenus et modifieront au besoin leur podomètre.
Lien
avec le Programme de formation de l’école québécoise (PFÉQ)
Domaines généraux de formation
Santé et bien-être
Amener l’élève à adopter une démarche réflexive dans le développement de saines habitudes de vie sur le plan de la santé, du bien-être, de la sexualité et de la sécurité.
Compétences transversales visées
Résoudre des problèmes
Analyser les éléments de la situation
Évaluer sa démarche
Imaginer des pistes de solution
Mettre à l’essai des pistes de solution
Adopter un fonctionnement souple
Mettre en œuvre sa pensée créatrice
Imaginer des façons de faire
S’engager dans une réalisation
Adopter un fonctionnement souple
Se donner des méthodes de travail efficaces
Analyser la tâche à accomplir
Analyser sa démarche
Accomplir la tâche
S’engager dans la démarche
Exploiter les technologies de l’information et de
la communication
S’approprier les technologies de l’information et de la communication
Évaluer l’efficacité de l’utilisation de la technologie
Utiliser les technologies de l’information et de la communication pour effectuer une tâche
Compétences visées en science et technologie
Proposer des explications ou des solutions à des problèmes d’ordre scientifique ou technologique.
Identifier un problème ou cerner une problématique
Recourir à des stratégies d’exploration variées
Évaluer sa démarche
Mettre à profit les outils, objets et procédés de la science et de la technologie
S’approprier les rôles et fonctions des outils, techniques, instruments et procédés de la science et de la technologie
Évaluer l’impact de divers outils, instruments ou procédés
Relier divers outils, objets ou procédés technologiques à leurs contextes et à leurs usages
Communiquer à l’aide des langages utilisés en
science et en technologie
S’approprier des éléments du langage courant liés à la science et à la technologie
Exploiter les langages courant et symbolique pour formuler une question, expliquer un point de vue ou donner une explication
Utiliser des éléments du langage courant et du langage symbolique liés à la science et à la technologie
Compétences visées en mathématique
Résoudre une situation-problème mathématique
Décoder les éléments de la situation-problème
Appliquer différentes stratégies en vue d’élaborer une solution
Partager l’information relative à la solution
Valider la solution
Raisonner à l’aide de concepts et de processus
mathématiques
Cerner les éléments de la situation mathématique
Mobiliser des concepts et des processus mathématiques appropriés à la situation
Appliquer des processus mathématiques appropriés à la situation
Communiquer à l’aide du langage mathématique
S’approprier le vocabulaire mathématique
Établir des liens entre le langage mathématique et le langage courant
Interpréter ou produire des messages à caractère mathématique
Progression des apprentissages
Domaine de la science et de la technologie
Formes d’énergie
Identifier des sources d’énergie dans son environnement (ex. : eau en mouvement, réaction chimique dans une pile, rayonnement solaire)
Transformation de l’énergie
Reconnaître des transformations de l’énergie d’une forme à une autre dans différents appareils (ex. : lampe de poche, de chimique à lumineuse ; bouilloire, d’électrique à calorifique)
Caractéristiques d’un mouvement
Décrire les caractéristiques d’un mouvement (ex. : direction, vitesse)
Effets combinés de plusieurs forces sur un objet
Prévoir l’effet combiné de plusieurs forces sur un objet au repos ou en déplacement rectiligne (ex. : renforcement, opposition)
Conception et fabrication d’instruments, d’outils, de machines, de structures, de dispositifs, de modèles, de circuits électriques simples
Connaître des symboles associés aux mouvements et aux pièces électriques et mécaniques
Interpréter un schéma ou un plan comportant des symboles
Utiliser, dans un schéma ou un dessin, les symboles associés aux pièces mécaniques et aux composantes électriques
Utiliser, lors d’une conception ou d’une fabrication, des machines simples, des mécanismes ou des composantes électriques
Terminologie liée à la compréhension de l’univers matériel
Utiliser adéquatement la terminologie associée à l’univers matériel
Distinguer le sens d’un terme utilisé dans un contexte scientifique ou technologique du sens qui lui est attribué dans le langage courant (ex. : source, matière, corps, énergie, machine)
Conventions et modes de représentation propres aux concepts à l’étude
Communiquer à l’aide des modes de représentation adéquats dans le respect des règles et des conventions propres à la science et à la technologie (symboles, graphiques, tableaux, dessins, croquis, normes et standardisation)
Réfléchir sur la cueillette de données liées à notre niveau de santé
Activité « La technologie au service de la santé »
60 minutes
Réaliser
l’activité : La technologie au service de la santé
Discussion sur l’importance d’être actif pour être en bonne santé
Quels sont les indices physiques ou biologiques qui témoignent d’une bonne santé ?
Comment savoir si nous sommes suffisamment actifs ?
Existe-t-il des outils pour vérifier notre niveau d’activité physique au quotidien ?
Discussion pour trouver une façon de mesurer une donnée qui permettrait de vérifier si nous nous déplaçons suffisamment dans une journée.
En venir à la conclusion que si je dois passer le moins de temps assis dans ma journée, un des indicateurs intéressants à mesurer serait le nombre de pas quotidien.
Présenter le projet : ils devront programmer un outil qui permet de compter le nombre de pas par jour.
NB : À cette étape, n’insistez pas sur le fait que ce serait le NOMBRE de pas qui sera CALCULÉ. Les élèves découvriront cette réalité éventuellement durant la SAÉ.
Phase 2 : Acquisition des connaissances scientifiques et mathématiques liées à la conception d’un podomètre
Étape
Résumé
Matériel nécessaire
Durée
1
La notion de « pas » et la signification de l’affichage sur le podomètre
Un cobaye humainActivité « De la théorie à la conception »
30 minutes
À cette étape, l’objectif est que l’élève soit en mesure de mieux définir
la notion de pas. Pour faciliter ou accélérer cette compréhension, modélisez
des pas en exagérant les conclusions que vous voulez que les élèves découvrent.
Discussion sur qu’est-ce
qu’un pas ?
Quelles parties du corps
sont impliquées dans un pas ?
Comment sait-on qu’un pas
est fini ?
Est-ce que tous les pas
sont identiques ?
Est-ce que la vitesse
d’un pas a un impact sur son amplitude ?
Discussion pour
comprendre qu’est-ce qu’un podomètre.
À quoi sert un podomètre
?
Comment peut-on observer
un pas ?
Pourquoi utiliserait-on
un podomètre ?
Les
prochaines questions sont cruciales dans la compréhension des notions
mathématiques qui seront nécessaires à la programmation du podomètre.
Assurez-vous d’utiliser les bons termes !
Qu’est-ce qu’un podomètre
mesure ?
Les
pas
Le
nombre ?
La
longueur ?
La
vitesse ?
Qu’est-ce qui est affiché
sur le podomètre ? Rép : Des nombres *
Qu’est-ce que les nombres
affichés signifient ? Rép : nombres de pas *
Étape
Résumé
Matériel nécessaire
Durée
2
Des cas d’utilisation d’un podomètre
Un cobaye humainActivité « Des cas d’utilisation »
30 minutes
À cette étape, l’objectif est que l’élève réfléchisse aux différentes
situations qui peuvent influencer le nombre de pas affiché sur le podomètre.
Discussion sur les actions d’une journée qui peuvent modifier le nombre de pas affiché sur le podomètre :
Est-ce que le nombre de pas augmente à chaque seconde ?Est-ce que le nombre de pas diminue à un moment de la journée ? (Rép : il revient à 0 lorsqu’on change de journée).
Est-ce que le nombre de pas augmente au même rythme peu importe ce que je suis en train de faire ?
Discussion sur l’endroit où devrait être fixé le podomètre
Quelles parties du corps permettent d’observer un pas ?
Quel(s) mouvement(s) cette partie fait-elle ?
Exemples de situation qui peuvent nourrir la discussion :
Une personne est couchée dans son lit et elle ne
s’est pas levée de son lit de la journée.
Une personne était couchée dans son lit depuis le
début de la journée, puis elle fait 1 pas pour sortir du lit.
Le podomètre est accroché à mon pied gauche. Quelle
partie de mon corps modifiera le nombre de pas en bougeant ?
Le podomètre est intégré à ma montre intelligente.
Quelle partie de mon corps doit bouger pour que le podomètre change le nombre
de pas affiché ?
Ton voisin et toi portez chacun un podomètre au pied
gauche. Vous avancez de 4 pas chacun. Avez-vous nécessairement parcouru la même
distance ?
Étape
Résumé
Matériel nécessaire
Durée
3
Les forces et mouvements
Un podomètre Activité « La science derrière l’outil »
60 minutes
Cette fois, l’objectif est que l’élève comprenne que la gravité, les
circuits électriques et l’accélération jouent un rôle dans le fonctionnement de
différents podomètres.
Présenter les images montrant les différents podomètres.
Expliquer que le podomètre mécanique utilise la gravité et la force du mouvement pour faire tourner un engrenage qui fait avancer l’aiguille.
Expliquer que le podomètre analogique utilise la gravité et la force du mouvement pour faire ouvrir ou fermer un circuit électrique et ainsi enregistrer un pas.
Expliquer que le podomètre logiciel utilise un ensemble de petites composantes (accéléromètre, GPS, réseau mobile, etc.) qui fournissent des données au logiciel. Grâce à un algorithme propre à chaque logiciel, le podomètre affiche un nombre de pas basé sur ce calcul.
Définition de la gravité : « La gravitation universelle est une force responsable de l’attraction entre des corps (comme les corps célestes) ayant une masse. »[1]
Définition de l’accélération : « L’accélération est le rapport entre le changement de vitesse d’un mobile et le temps nécessaire pour effectuer ce changement de vitesse. »[2]
Quel est le lien entre ces
notions et un podomètre mécanique, électronique ou logiciel ?
Le podomètre mécanique est en quelque sorte une pendule. Lorsque nous
marchons, la pendule se déplace de haut en bas et transmet son mouvement à un
engrenage qui fera avancer l’aiguille du podomètre mécanique.
Le podomètre électronique fonctionne essentiellement de la même manière.
La différence réside dans l’affichage du nombre de pas. Au lieu d’être indiqué
par une aiguille, c’est plutôt sur un écran analogique qu’il s’affichera.
Le podomètre logiciel, quant à lui, diffère largement des deux mécanismes précédents. On le retrouve notamment dans les montres connectées. Cette fois, le podomètre est plutôt un ensemble de petites composantes (accéléromètre, GPS, réseau mobile, etc.) qui fournissent des données au logiciel. Grâce à un algorithme propre à chaque logiciel, le podomètre affiche un nombre de pas basé sur ce calcul.
Phase 3 : Conception d’un podomètre
Étape
Résumé
Matériel nécessaire
Durée
1
Présentation du MICRO : BIT
MICRO : BIT Ordinateurs ou tablettes
Jusqu’à ce que les élèves comprennent les principales fonctionnalités
L’objectif de cette période est de se familiariser avec l’application MakeCode en ligne. Le tutoriel Flashing heart est très facile. Je vous suggère de commencer avec cette activité.
Étape
Résumé
Matériel nécessaire
Durée
2
Déterminer les données nécessaires, les opérations mathématiques les interactions entre les données et les opérations mathématiques
MICRO : BIT Ordinateurs ou tablettes Activité « Les mathématiques derrière l’outil »
15 minutes
L’objectif de cette période est de placer les bases pour le raisonnement
mathématique lorsque les élèves programmeront leur podomètre.
Discussion sur les données mathématiques nécessaires pour calculer le nombre de pas actuel.
Ce que je cherche :
Je cherche à savoir le nombre de pas actuel.
Ce que je sais :
Début de la journée = 0 pas.
Chaque nombre de pas affiché est un pas de plus que le nombre de pas précédent.
Mes calculs
Calcul du nouveau nombre de pas = nombre de pas actuel + 1
Début de la journée = 0 pas
1er pas de la journée = 0 pas + 1 pas = 1 pas.
2e pas de la journée = 1 pas (nombre de pas actuel) + 1 pas = 2 pas.
Etc.
Étape
Résumé
Matériel nécessaire
Durée
3
Programmer le podomètre
MICRO : BIT Ordinateurs ou tablettes Activité « La programmation derrière l’outil »
60 minutes
L’objectif de cette période est de placer les bases pour le raisonnement mathématique lorsque les élèves programmeront leur podomètre.
Discussion sur les données nécessaires pour calculer le nombre de pas actuel.
Quelles actions doit faire le podomètre pour afficher le nombre de pas actuel ?
Voici à quoi pourrait ressembler un podomètre qui fonctionne. À noter que plusieurs solutions sont viables.
Phase 4 : Conception d’un podomètre
Étape
Résumé
Matériel nécessaire
Durée
1
Valider que le podomètre fonctionne réellement et correctement
L’objectif de cette période est de tester rigoureusement le podomètre pour vérifier son exactitude.
Les traces de leur démarche pourraient être présentées de façons différentes :
Tableau de données
Phrases
Photos
Dessins
Schémas
Une fois leurs observations faites, ils seront en mesure de corriger au besoin leur code.
Le Micro : BIT n’est pas précis et calcul assez lentement. Ainsi, les podomètres ne seront pas parfaits. C’est l’occasion pour les élèves de faire une démarche réflexive sur leur invention.
Était-il placé à un endroit optimal ?
Le code de programmation tenait-il compte de l’endroit où je l’avais placé ?
