Robotique : Concevoir un podomètre

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.

En fait, Kids Code Jeunesse ont expérimenté la conception d’un podomètre grâce au Micro:BIT avec des élèves de 4e et 5e dans mon école. J’ai repris cette idée en l’amenant plus loin afin d’y ajouter des notions de notre programme de formation.

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 les modes d’assemblage appropriés (ex. : vis, colle, clou, attache parisienne, écrou)
  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)
Situation d’apprentissage à télécharger (PDF)
Cahier de l’élève (PDF)

Déroulement du projet

Phase 1 : Présentation du projet

ÉtapeRésumé Matériel nécessaire Durée
1Réfléchir 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

  1. Discussion sur l’importance d’être actif pour être en bonne santé
  2. Quels sont les indices physiques ou biologiques qui témoignent d’une bonne santé ?
  3. Comment savoir si nous sommes suffisamment actifs ?
    1. Existe-t-il des outils pour vérifier notre niveau d’activité physique au quotidien ?
  4. Discussion pour trouver une façon de mesurer une donnée qui permettrait de vérifier si nous nous déplaçons suffisamment dans une journée.
    1. 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.
  5. 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

ÉtapeRésumé Matériel nécessaire Durée
1La 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.

  1. Discussion sur qu’est-ce qu’un pas ?
    1. Quelles parties du corps sont impliquées dans un pas ?
    1. Comment sait-on qu’un pas est fini ?
    1. Est-ce que tous les pas sont identiques ?
    1. Est-ce que la vitesse d’un pas a un impact sur son amplitude ?
  2. Discussion pour comprendre qu’est-ce qu’un podomètre.
  3. À quoi sert un podomètre ?
  4. Comment peut-on observer un pas ?
  5. 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 mouvementsUn 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.

Podomètre mécanique – Image appartenant à Michel Mouton
Podomètre analogique – Image appartenant à Lenore Edman
Podomètre logiciel (montre intelligente)
  • 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

ÉtapeRésumé Matériel nécessaire Durée
1 Présentation du MICRO : BIT MICRO : BIT
Ordinateurs ou tablettes
Jusqu’à ce que les élèves comprennent les principales fonctionnalités

Pour présenter Micro : Bit, référez-vous aux différents tutoriels sur leur site web : https://microbit.org/fr/guide/

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.

ÉtapeRésumé Matériel nécessaire Durée
2 Déterminer les données nécessaires, les opérations mathématiques les interactions entre les données et les opérations mathématiquesMICRO : 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.

  1. 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.
  2. 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.
ÉtapeRésuméMatériel 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.

  1. 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 RésuméMatériel nécessaireDurée
1 Valider que le podomètre fonctionne réellement et correctementMICRO : BIT
Activité « Mon outil est-il fiable ? »
Activité « Mon podomètre fonctionne-t-il ? »
60 minutes

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 ?

Sciences : de graine à plante

Bien que le printemps semble s’éterniser, il n’en reste pas moins que la venue de la verdure fait du bien ! J’ai décidé d’aborder ce thème avec mes élèves en science. Plusieurs élèves n’ont jamais vraiment réfléchi au cheminement qui mène de la graine à la plante.

Plante
Constat général : Aucun élève n’a été en mesure de mettre des mots sur l’apparition de la pousse verte. Mais d’où vient cette tige ?

Voici les étapes que nous avons suivies pour réaliser notre expérience :

1. Trempage des graines

Sciences primaire

Nous avons tous fait tremper les graines environ 2 jours. Il est important de changer l’eau le matin du deuxième jour pour éviter qu’elle ne devienne poisseuse.

2. Germination

Nous avons déposé nos graines dans des verres à shooter (oui, je sais ! haha) transparents. Ainsi, nous pourrions surveiller tout changement. Nous avons humecté du coton à fromage de manière à ce qu’il soit bien imbibé. Les élèves ont déposé les cotons sur les graines en s’assurant que leur graine était toujours visible.


Chaque jour, les élèves arrosaient leur petit verre avec un « pouitch-pouitch » d’eau afin que le coton reste humide.


3. La découverte

Trois jours plus tard, nous avons sorti les graines des verres. Les élèves ont pu constater que leur graine avait bien changé ! La graine était maintenant ouverte et certaines présentaient même des racines impressionnantes.


4. Mise à la terre

Nous avons poursuivi notre expérimentation en mettant les graines en terre. En prenant bien soin de ne pas endommager les racines, nous avons déposé les graines sur un lit de terre de manière à ce que les graines demeurent visibles même une fois recouvertes.


5. Mise en commun

Lorsque la plupart des plantes ont été suffisamment grandes, nous les avons mises en commun dans un gros pot.


NB : Quelques graines n’ont jamais germé. Il est important de prévoir des graines en extra pour chaque étape. Autrement, vos élèves seront très tristes !

Au plaisir,

Mme Bout de chou

Expérience : la masse volumique

Dans la progression des apprentissages, on retrouve au 3e cycle le concept « Expliquer la flottabilité d’une substance sur une autre par leur masse volumique (densité) respective ».

Je crois fermement que l’enseignement des sciences est indissociable de la manipulation, de l’observation et de l’expérimentation. Autrement, les apprentissages ne sont pas signifiants pour les élèves. J’ai donc cherché une manière d’introduire le concept de masse volumique par une expérience.

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La respiration et la photosynthèse

sciences_photosynthese_respiration

Comme je l’ai mentionné dans un précédent billet, j’adore enseigner les sciences. J’aime voir dans le visage de mes élèves qu’ils cherchent des réponses à leurs questions.

C’était le but de ma SAE concernant la photosynthèse. J’ai travaillé fort pour « expérimenter » la différence entre la photosynthèse la respiration.

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Situations d’apprentissage pour nos sciences !

L’enseignement des sciences donne de l’urticaire à plusieurs enseignants ! C’est loin d’être mon cas. J’adore voir mes élèves expérimenter, se poser des questions et chercher des réponses. En réalité, c’est précisément ce que je cherche à leur faire retirer comme apprentissage : posez-vous des questions !

Cette année, j’ai découvert PREST. Il s’agit d’une ressource qui compte plus de 30 situations d’apprentissage et d’évaluation plus que complètes. Bien qu’elle soit payante, plusieurs commissions scolaires possèdent des comptes qui les rendent accessibles aux enseignants du Québec.

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