[Collège] Où se trouve l’orage ? TraAm 2018-2019

, par Jérémy Violette

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

  • Jérémy VIOLETTE
  • Collège La Nacelle
  • Corbeil-Essonnes (91)

Niveau - Thèmes

  • Collège
  • Cycle 4 - 4e

Introduction

Activité permettant d’utiliser la formule de la vitesse pour calculer des distances connaissant le temps de retard entre l’éclair et le tonnerre. Réalisation d’un algorithme via Scratch permettant de réaliser les étapes redondantes du calcul. Utilisation de l’algorithme dans un problème similaire.

Compétences

  • S’APPROPRIER : Identifier et formuler un problème.
  • ANALYSER : Élaborer une démarche.
  • RÉALISER : Calculer, utiliser une formule.
    Réaliser un algorithme simple sur Scratch.
    Utiliser une carte et son échelle.
  • VALIDER : Exploiter et interpréter les résultats obtenus.
  • COMMUNIQUER : Rendre un travail propre.
    Présenter la démarche suivie à l’aide d’un langage adapté.
  • RESTITUER UNE CONNAISSANCE : Réinvestir des connaissances scientifiques (vocabulaire/Formule de la vitesse).

CRCN - Compétences Numériques

  • Domaine 3 : Création de contenus.
    • 3.4 Programmer.

Notions et contenus du programme

  • Notions et contenus :
    • Utiliser la relation liant vitesse, distance et durée dans le cas d’un mouvement uniforme.
  • Compétences exigibles :
    • Domaine 1 : les langages pour penser et communiquer.
      • Comprendre, s’exprimer en utilisant la langue française à l’oral et à l’écrit.
      • Comprendre, s’exprimer en utilisant les langages mathématiques, scientifiques et informatiques.
    • Domaine 2 : les méthodes et outils pour apprendre.
      • Coopération et réalisation de projets.
    • Domaine 4 : les systèmes naturels et les systèmes techniques.
      • Démarches scientifiques.
      • Conception, création, réalisation.
  • Capacité numérique :
    • Savoir que des langages informatiques sont utilisés pour programmer des outils numériques et réaliser des traitements automatiques de données.
    • Connaître les principes de base de l’algorithmique et de la conception des programmes informatiques.
    • Mettre en œuvre les principes de base de l’algorithmique pour créer des applications simples.

Objectif(s) pédagogique(s)

  • Savoirs :
    • Comprendre la différence de vitesse entre la lumière et le son.
    • Connaître la formule permettant de calculer une vitesse.
  • Savoir-faire :
    • Savoir utiliser la formule de vitesse pour calculer des distances.
    • Savoir convertir les mètres en kilomètres.
    • Programmer un algorithme permettant de calculer une distance connaissant le retard entre l’éclair et le tonnerre.
    • Utiliser la carte fournie pour trouver où se trouve l’orage.
  • Savoir-être :
    • Travailler en groupe et collaborer afin de réaliser un programme permettant de résoudre un problème scientifique.

Objectifs disciplinaires et/ou transversaux

  • Utiliser la relation liant vitesse, distance et durée afin de calculer la distance où se trouve l’orage.
  • Mettre en œuvre les principes de base de l’algorithmique pour créer des applications simples.

Description succincte de l’activité

Un personnage situé à Marseille aperçoit un éclair en direction de Bandol. Il entend la foudre tomber 1min15s après avoir vu l’éclair. Les élèves doivent trouver à quelle distance de l’orage se trouve ce personnage. Puis ils doivent utiliser l’échelle de la carte afin de trouver géographiquement la ville au-dessus de laquelle se situe l’orage. Ils doivent enfin traduire ce problème par un algorithme permettant de trouver directement (connaissant le retard entre l’éclair et la foudre ainsi que l’échelle de la carte fournie) à quelle distance en cm se trouve l’orage du personnage en question. Enfin ils utiliseront leur algorithme dans un problème similaire autour d’une autre grande ville, cette fois-ci la carte sera un peu plus complexe, et comme nous n’indiquons pas de direction, ils devront tracer des cercles autour de chaque personnage. L’orage se situe au point de concours des 3 cercles tracés.

Découpage temporel de la séquence

3 séances de 1h30.

Outils utilisés / Matériel

  • Fiche réponse élève format A3.
  • Calculatrice.
  • Tablettes numéritab91 avec l’application scratch (possibilité d’utiliser la salle informatique avec le site scratch).

Déroulement de la séquence

À faire en classe
  • Séance 1
    Répondre aux 5 premières questions : par groupe de 3-4 élèves, il faut s’approprier le problème puis le résoudre en trouvant où se trouve l’orage par rapport à Loïc. Les élèves utilisent la fiche réponse au format A3 pour faire apparaître leur raisonnement et faire leurs calculs.
  • Séance 2
    Répondre à la question 6 : réalisation du programme scratch en utilisant les tablettes. Un programme par élève ou un programme par groupe. Il peut s’avérer utile de passer par l’écriture papier avant de passer à la réalisation du programme sur tablette.
À faire à la maison, après la séance 2
  • Finir la construction du programme scratch. Envoie de l’algorithme via l’ENT de l’établissement pour pouvoir être projeté par l’enseignant en séance 3.
  • Utilisation de l’algorithme pour résoudre le problème de l’orage sur Bordeaux.
À faire en classe
  • Séance 3
    • Correction des algorithmes.
    • Correction du problème de l’orage sur Bordeaux.
    • Institutionnalisation et rédaction de la fiche de mémorisation correspondante.

Retour d’expérience

Quelques productions d’élèves

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Analyse
  • Difficultés rencontrées :
    • Difficultés liées à la programmation :
      Les élèves ont du mal à comprendre l’utilité de concevoir un programme. Ils voulaient réaliser les calculs pour l’orage sur Bordeaux.
      L’utilisation du logiciel Scratch a été compliquée car peu d’élèves avaient en fait utilisé l’outil les années précédentes. Les pré-requis supposés lors de la création du sujet n’étaient donc absolument pas maîtrisés.
      Le temps pour que les élèves s’approprient l’outil ainsi que la démarche de l’algorithme a été bien plus long que celui supposé. Du fait, sans doute, de la non maîtrise des pré-requis (voir point précédent). J’ai par conséquent rajouté une séance de 1h30 et demandé aux élèves de m’envoyer l’algorithme sur l’ENT ce qui leur a permis de poursuivre le travail à la maison.
      Il a été difficile de leur faire comprendre l’utilité et le rôle d’une variable informatique. Les élèves ne comprenaient pas que le programme devait interagir avec l’utilisateur.
    • Difficultés liées à la physique-chimie :
      Un groupe de 4 élèves a dû être davantage guidé pour répondre aux questions 1 à 5. Ils ne se rappelaient plus de la formule de calcul de la vitesse vu en mathématiques précédemment. Ils ont eu du mal à faire les calculs et à s’approprier le problème.
  • Leviers et freins observés
    • Les élèves ont bien adhéré au problème proposé, ils ont apprécié l’histoire.
    • Les élèves ont plutôt bien compris le phénomène physique ayant lieu lors d’un orage : le retard entre le bruit du tonnerre entendu et l’éclair vu dans le ciel. Les calculs de la distance où se trouve l’orage ont été globalement bien réussi, et l’utilisation de l’échelle pour trouver le lieu de l’orage sur la carte s’est faite relativement facilement (réflexion en groupe sur des tableaux individuels au mur).
    • L’utilisation de scratch, comme tel a été un frein, car je pensais que les élèves maîtrisaient l’outil. Il semble que tous les professeurs de mathématiques de mon établissement n’utilise pas cet outil. De plus, il semble que les élèves qui avaient déjà utilisés le logiciel l’avaient fait pour seulement recopier des blocs déjà donnés, sans se poser la question du lien entre ces blocs. Il faudra donc l’an prochain, que je prévois une introduction pour aider l’ensemble des élèves à construire l’algorithme.
    • Le 2e frein rencontré concerne le matériel à disposition. J’ai commencé par utiliser les tablettes de l’établissement (Lenovo 8’’ sous android avec surcouche Numeritab). Il y avait l’application Scratch Jr et les navigateurs Firefox et Chrome pour accès au site scratch.mit.edu. Il y a eu plusieurs bug d’affichage lié au matériel. L’an prochain, j’utiliserai directement la salle informatique du collège.
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Document Version prof
PDF - 1.2 Mo
Document Version élève
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Fiche réponses élève - Format A3