[Collège] Challenge scratch : « Une question de poids ! » TraAm 2018-2019

, par Audrey Campbell

Cet article illustre un exemple d’usage proposé par le GEP de l’académie de Versailles s’inscrivant dans le projet national TraAM 2018-2019 dont la thématique est :

« Le codage et l’algorithmique pour l’enseignement de la physique-chimie »

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Professeur expérimentateur

  • Audrey CAMPBELL :
  • Collège les Sablons
  • Viry-Chatillon (91)

Niveau-Thème

  • Collège
  • cycle 4 – 3ème (spécifique 3ème prépa-pro)

Introduction

Le but de la séquence présentée dans cet article est de concevoir et réaliser un programme algorithmique mettant en œuvre des grandeurs physiques ( P, m et g) au travers de l’expression de la force de pesanteur. L’élaboration du programme demande de maîtriser les règles et la logique de codage via l’outil scratch, tout en mobilisant des notions de physique-chimie : taille relative des astres (Terre-Lune-Mars), différence entre masse et poids, expression mathématique permettant de calculer le poids, unités des différentes grandeurs.

Compétences du socle commun et nouveau référentiel

  • Pratiquer des langages (D1) : passer d’une forme de langage scientifique à une autre
  • Mobilisation des outils numériques (D2) : utiliser des outils d’acquisition et de traitement de données, de simulation et de modèles numériques
  • Concevoir, créer, réaliser (D4) : concevoir et réaliser un dispositif de mesure ou d’observation

CRCN - Compétences Numériques

  • C2-3 « collaborer » : Collaborer dans un groupe pour réaliser un projet, co-produire des ressources, des connaissances, des données, et pour apprendre
  • C3-4 « programmer » : Écrire des programmes et des algorithmes pour répondre à un besoin

Notions et contenus du programme

  • Notions et contenus : force de pesanteur et son expression P = m x g (unités). Avoir des notions sur la structure du système solaire.
  • Compétences exigibles : savoir faire la distinction entre le poids et la masse (grandeurs, unités), savoir calculer le poids d’un objet à partir de sa masse sur différents astres.
  • Capacité numérique : déterminer le poids d’un objet de masse "m" sur différents astres à l’aide du langage de programmation.

Objectif(s) pédagogique(s)

  • au travers de la pédagogie de projet, conduire les élèves à une réalisation concrète faisant intervenir la programmation dans le contexte de la physique-chimie
  • développer l’évaluation formative et formatrice
  • développer le regard critique par l’évaluation entre pairs

Objectifs disciplinaires et/ou transversaux

  • travailler sur la notion de poids (force de pesanteur) et son expression. Mettre en pratique au travers du codage un programme qui permette de donner le poids d’un objet de masse m, sur différents astres (Terre-Lune-Mars). La simulation obtenue doit paraître réaliste du point de vue de la taille des différentes astres (et de leur gravité)
  • travailler la logique de codage dans le contexte de la physique-chimie (réinvestissement de ce qui a été fait en technologie pour appréhender la programmation sous scratch)

Description succincte de l’activité

Les élèves ont une mission :" concevoir un programme qui permet de donner le poids d’un objet de masse "m", quand il se trouve sur Terre, sur Mars ou sur la Lune". Le programme réalisé fera l’objet d’une évaluation entre pairs.

Décription complète du programme attendu :

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Découpage temporel de la séquence

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Pré-requis

Connaitre :

  • la force de pesanteur et son expression P = m x g (unités),
  • les différences entre le poids et la masse,
  • avoir des notions sur la structure du système solaire.
  • maîtriser l’environnement scratch grâce au travail fait au préalable en technologie.

Outils utilisés / Matériel

Gestion du groupe - Durée estimée

  • Demi-groupe
  • Présentiel : 4h
  • Distanciel : 1h

Déroulement de la séquence

À faire en classe - séance 1
  • Lire la vidéo de présentation de la mission
  • Compléter en équipe la fiche "projet de cahier des charges" :
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À faire à la maison, après séance 1
  • Finaliser le cahier des charges et l’envoyer via la messagerie de l’ENT au professeur
À faire en classe - séance 2
  • Compléter en équipe la fiche "projet de codage" :
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  • Demander si besoin les coups de pouce scratch :
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À faire à la maison, après séance 2
  • Finir de compléter la fiche projet et l’envoyer via la messagerie de l’ENT au professeur
À faire en classe - séance 3
  • Coder sur scratch à partir de la fiche projet
  • Vérifier que le programme fonctionne
  • Télécharger et enregistrer le programme sur le dossier de partage de l’ENT
À faire à la maison, après séance 3
  • Se rendre sur le pad (outil de traitement de texte en ligne) et le compléter avec ses idées de critères d’évaluation à retenir pour la production finale (projet de programme abouti) :
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À faire en classe - séance 4
  • A tour de rôle, Les chefs de projet de chaque équipe présentent leur programme projeté à la classe
  • Les équipes qui ne présentent pas posent des questions et remplissent la grille d’évaluation correspondant au projet observé. (suivant les critères retenus par les élèves et synthétisés par le professeur grâce au pad)
  • A l’issue des présentations, les évaluateurs indiquent sur leur grille le projet qu’ils ont préféré et pourquoi (bonus possible)
    Voici la grille d’évaluation qui a été conçue par les élèves :
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Retour d’expérience

Pour consulter les réalisations des différentes équipes :

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Les plus-values pédagogiques (enseignants / élèves)

-  La motivation que le projet a suscité au travers du travail d’équipe, mais aussi de l’objectif final qui était de « construire quelque chose d’utile » (citation d’un élève). Le côté « challenge » avec l’évaluation finale en équipe a aussi motivé les élèves et favorisé leur implication. Le fait d’attendre une production d’un autre genre relance également leur intérêt. Tous, ont été satisfaits de leur résultat et admiratifs des programmes des autres.
- Le travail en équipe autour d’un projet a rendu les élèves plus autonomes dans leurs apprentissages
- L’enseignant a été plus disponible pour répondre aux questions des élèves, les aider.
- l’enseignant n’est pas le seul à évaluer, ce qui responsabilise les élèves et rend l’évaluation plus explicite
- Le lien entre les disciplines physique-chimie et technologie est renforcé au travers de la programmation
- Des compétences transversales sont développées : la collaboration, la coopération, la communication, la créativité et des compétences numériques.

Les freins
  • difficultés liées à la programmation ou à la maîtrise du logiciel Scratch

-  Scratch a été mis à jour récemment, l’ergonomie et le menu des blocs de commandes étaient donc un peu différents, les élèves ont dû s’y habituer.
-  L’ajout de lutins (nouvellement appelés « scripts ») ou d’arrière-plan personnalisés était une nouveauté pour la plupart des élèves, petit temps d’appropriation donc.
-  Tous, ont eu recours aux coups de pouce pour se repérer dans les blocs de commandes et les étiquettes associées. Ils se sont appuyés dessus pour la mise en forme de leur programme sur papier. La projection vers une démarche logique de programmation, sans ces coups de pouces, était trop difficile.
-  Le coup de pouce pour la communication entre les lutins a également été donné à tous. Les élèves bloquaient de façon récurrente sur ce point.

  • difficultés liées à la physique-chimie

-  Des confusions quasi systématiques entre « variable » (grandeur) et « unité » (confusions souvent persistantes chez les élèves) qui bloquaient l’avancée du programme.
-  Quelques confusions pour certains groupes sur la différence entre poids et masse au début du projet.
-  Des inversions sur les unités associées au poids et à la masse en début de projet pour quelques élèves.
-  J’ai dû donner un coup de pouce supplémentaire pour les élèves qui avaient « oublié » la formule de calcul du poids.

Les leviers

-  La préparation des élèves à l’utilisation de scratch, faite en amont par le professeur de technologie, a permis aux élèves de démarrer assez vite leur cahier des charges et ensuite leur programme, même si les coups de pouce « scratch » ont été nécessaires (ils ne donnaient aucune réponse sur le programme à concevoir)

-  Au cours du projet (et cela a été confirmé au moment de l’évaluation entre pairs, voir plus loin), les élèves ont compris la distinction entre variable et unité, et la nécessité de préciser les unités. Faire ce programme demandait en effet de choisir les bonnes variables pour appliquer la formule P = m x g, et d’en donner le résultat avec la bonne unité. La formule, sous forme de programme « à lancer », a rendu ces notions moins abstraites, les élèves ont rectifié seuls leurs erreurs sur ces points car le programme ne fonctionnait pas, tant que les erreurs persistaient. Cette démarche leur a permis de bien prendre conscience de leurs erreurs et d’en comprendre l’impact.

-  La distinction entre masse et poids a été renforcée par ce projet de programmation qui obligeait les élèves à bien comprendre les différences. La formule de calcul du poids est mieux ancrée. (Indicateur : quiz proposé une semaine après le projet)

-  L’élaboration de la grille d’évaluation finale a été très riche d’idées, les critères retenus à la fin sont ceux qui ont fait consensus entre toutes les équipes, au début de la séance d’évaluation. Les élèves se sont ainsi appropriés l’évaluation du projet, en en comprenant mieux le sens et surtout les résultats.

-  L’esprit critique des élèves a été développé par l’évaluation entre pairs. Les élèves se sont notamment beaucoup concentrés sur les éléments scientifiques du programme pour les critiquer, chacun avec leur expérience du projet et leurs connaissances. Cela a donné une vraie plus-value à l’évaluation, rendant compte dans la globalité de tout ce que l’enseignant aurait pu avoir à en dire. L’intelligence collective a donc permis une évaluation rigoureuse axée en majeure partie sur les notions de physique-chimie.

-  Le développement de la créativité, un critère qui a été retenu pour l’évaluation par les élèves. En effet, chaque équipe a fait en sorte de s’attarder, au-delà de la fonctionnalité du programme, à l’esthétique du programme qu’ils allaient présenter devant la classe. Et les rendus sont recherchés ! L’équipe 3 a même mis une animation, avec la fusée qui décolle et qui atterrit à chaque affichage du poids.

-  Enfin, ce projet a permis aux élèves de développer de nouvelles compétences numériques nécessaires à l’acquisition du socle de compétences, à savoir : trouver une image libre de droit sur internet, la télécharger puis aller la chercher pour l’intégrer dans un programme. Certains ont même appris à modifier une image (arrière-plan avec le nom des astres, cf équipe 1). Les usages de l’ENT ont également été développés via l’outil forum (échanges à distance sur le projet), la boite mail (envoi de documents).

Les pistes pour aller plus loin ou généraliser la démarche

Cette expérimentation revêt de nombreuses plus-values : d’un point de vue disciplinaire avec un meilleur ancrage global des notions de physique-chimie abordées grâce à la conception du module algorithmique, et d’un point de vue pédagogique en ayant favorisé l’implication, l’engagement des élèves sur le longueur, que ce soit dans ou hors la classe. D’autre part, la mise en place d’une évaluation formative et formatrice avec une évaluation entre pairs du projet abouti, est un point à développer quand la situation s’y prête, car génératrice d’une réelle conscience sur l’évaluation. Le partenariat technologie-physique-chimie est à poursuivre, car il crée du lien pour les élèves entre les disciplines.

Tous les documents de la séquence :

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