[Collège] Réaliser un programme dans Scratch pour interpréter des tests d’identification d’ions

TraAM 2018-2019

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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Groupe de travail « GEP » Collège Enseignement hybride Cycle 4 Numérique

vendredi 7 juin 2019 , par Jérôme Beaudet

Professeur expérimentateur

  • Jérôme BEAUDET
  • Collège Paul-Éluard
  • Châtillon (92)

Niveau - Thèmes

  • Collège
  • Cycle 4

Introduction

L’objectif de ce scénario est d’asseoir la compréhension par les élèves du caractère algorithmique des raisonnements relatifs aux tests d’identification des ions.

Compétences du socle commun et nouveau référentiel

  • Pratiquer des langages (D1) : passer d’une forme de langage scientifique à une autre (langage courant, diagramme logique, codage par blocs). • Utiliser l’aglorithmique et la programmation pour créer des applications simples.
  • Mobilisation des outils numériques (D2) : utiliser des outils d’acquisition et de traitement de données, de simulation et de modèles numériques. Produire des documents scientifiques grâce à des outils numériques.
  • Concevoir, créer, réaliser (D4) : concevoir et réaliser un dispositif de mesure ou d’observation. Mener une démarche scientifique, résoudre un problème (Mettre en œuvre un raisonnement logique simple)

CRCN - Compétences Numériques

  • C3-4 « programmer » : Écrire des programmes et des algorithmes pour répondre à un besoin

Notions et contenus du programme

  • Notions et contenus : Tests d’identification d’ions.
  • Compétences exigibles : Mettre en œuvre des tests caractéristiques d’espèces chimiques à partir d’une banque fournie.
  • Capacité numérique :

Objectif(s) pédagogique(s)

Transposer sous différentes formes une même donnée scientifique (des tests d’identification d’ions).

Objectifs disciplinaires et/ou transversaux

  • Comprendre qu’un test d’identification, même négatif, permet de tirer une conclusion.
  • Traduire la logique algorithmique des tests d’identification sous la forme d’un programme.

Description succincte de l’activité

Les élèves, qui ont vu différents tests d’identification d’ions, ont pour mission de concevoir un programme sous Scratch qui permettent de présenter les différents tests, avec pour chacun les observations possibles, et les conclusions correspondantes.

Découpage temporel de la séquence

Proposition de découpage temporel — Séquence Scratch tests ions

Pré-requis

  • La connaissance de l’existence des tests d’identification d’ions — pas appris par cœur — y compris, mais pas nécessairement, ions HO- et H+ par mesure de pH.
  • Des notions de programmation par blocs avec Scratch.
  • Pas indispensable (mais permet de gagner du temps) : la notion de "message" dans Scratch.

Outils utilisés / Matériel

Gestion du groupe - Durée estimée

  • Classe entière et/ou Demi-groupe selon les séances. L’ensemble des activités peut se faire en classe entière, à la condition que chaque élève ait accès à un terminal pour réaliser sa programmation.
  • Présentiel Synchrone pour les travaux dirigés.
  • Distanciel Asynchrone pour le travail à la maison (finalisation).

Exemple de déroulement de la séquence

Durées indicatives.
Les séances ne se suivent pas nécessairement.

À faire à la maison, avant ...

Rien de particulier…

À faire en classe — séance 1

Les élèves réalisent un diagramme logique à partir des connaissances acquises sur les tests d’identification d’ions.
Le professeur peut donner un exemple pour commencer. Le professeur peut annoncer à cette occasion que ce diagramme logique servira de structure pour la réalisation d’un programme avec Scratch, qui permettra de saisir ses observations pour différents tests, et d’en obtenir l’interprétation. Ce programme pourra servir pour une expérience à venir, ou être conservé par les élèves pour ultérieurement (au lycée par exemple).

On fait observer que quand le test est « négatif », chaque test a néanmoins une conclusion.
Les élèves peuvent terminer ce travail de construction du diagramme en dehors de la classe.
Un modèle de diagramme peut être distribué aux élèves (en pièce jointe).

extrait du diagramme logique à compléter par les élèves
Diagramme logique à compléter par les élèves
Ce document peut être fourni aux élèves pour gagner du temps.

Une fois le diagramme complété

À faire en classe — séance 2

On rappelle aux élèves l’objectif de réaliser le programme avec Scratch qui permettra de saisir ses observations pour différents tests, et d’en obtenir l’interprétation.

  • Présentation ou rappel de la notion de « message » dans Scratch, avec un exemple (activité « Programme Feu tricolore » dans le document joint, distribué aux élèves, dont les éléments graphiques sont distribués aux élèves pour gagner du temps).
    Cahiers des charges programmes Scratch
    Document élève
  • Raisonnement avec les élèves pour les amener à comprendre que chaque rectangle du diagramme logique créé précédemment correspondra à un lutin/sprite dans le programme Scratch.
  • Consigne aux élèves de planifier la création du programme, en relevant le nombre de messages à prévoir (chaque rectangle de « test » et chaque rectangle d’observation correspond à un message à créer). Leur faire penser à un message « reset » supplémentaire qui peut être pratique pour tout remettre à zéro. Cette planification peut être donnée en travail « à la maison ».
  • Pour permettre aux élèves de se concentrer sur la planification et la programmation, on pourra leur fournir les images qui serviront de lutins (des images sont fournies en documents joints).
À faire à la maison, après la séance 2

Poursuivre la planification du programme (nombre de lutins, de messages…).

À faire en classe — séance 3

Préparation et début de réalisation du programme.

  • On peut proposer aux élèves de se choisir un objectif de programmation, en fonction de ce dont ils se sentent capables : un seul test d’identification, deux tests, tous les tests… Quitte à se fixer ensuite un objectif plus ambitieux dans le cas où le premier serait atteint plus rapidement que prévu.
  • Pour permettre aux élèves de se concentrer sur la planification et la programmation, on pourra là aussi leur fournir les images qui serviront de lutins (des images sont fournies en documents joints). Ils auront à réaliser une partie des lutins avec les outils intégrés à Scratch (cadres, boutons, textes, flèches…)
    Ressources images pour lutins
  • On peut également leur proposer un programme-modèle simple (avec le test au nitrate d’argent déjà codé, par exemple), tel que l’exemple ci-dessous.
    Exemple de programme-modèle avec le test au nitrate d’argent
    Format Scratch3
  • La finalisation des programmes se poursuivra lors d’une Séance 4, ou dans le cadre d’un travail individuel « à la maison ».
À faire à la maison, après la séance 3, ou en classe (séance 4)

Finalisation du programme.
Partage des programmes créés avec le professeur pour correction.

Compétences travaillées — Évaluation

  • Pour le diagramme logique, la justesse des observations et des conclusions associées permet d’évaluer la mise en œuvre d’un raisonnement logique simple, partie intégrante de la démarche scientifique.
  • Pour le programme en lui-même, c’est davantage la capacité à « Concevoir des objets et systèmes techniques » qui est mise en œuvre.
    • la planification peut être évaluée (recensement du nombre de messages à prévoir, par exemple)
    • l’efficacité de la programmation également (copie d’un lutin-modèle avec toutes les actions possibles, à adapter, plutôt qu’une création ex-nihilo de chaque lutin).
  • Le respect des consignes du cahier des charges fait travailler la compétence "S’approprier des outils et des méthodes".
Exemple de grille d’évaluation du programme Scratch

Retour d’expérience

Les plus-values pédagogiques (enseignants / élèves)

Cette activité a été l’occasion de réinvestir des connaissances, et de faire un lien entre elles :

  • les tests d’identification d’ions
  • des notions d’algorithmique
  • la programmation par blocs.

Les programmes réalisés par les élèves ont très majoritairement répondu au cahier des charges présenté. Bien que la plupart des éléments visuels aient été mis à disposition des élèves, les programmes produits avaient des aspects visuels différents. Le travail a donc débouché sur des productions personnalisées, et globalement de qualité.

Les freins
    • Programmation Scratch sur tablette : Lors de l’expérimentation de ce scénario, l’activité d’entraînement « Programme Feu tricolore » a été testée sur tablette. Bien qu’il soit possible d’utiliser une version en ligne de Scratch sur tablettes, l’ergonomie de la version ordinateur du programme (Scratch Desktop) est plus confortable pour les élèves, et moins contraignante. La version en ligne telle qu’elle a été utilisée sur tablette (http://www.ac-grenoble.fr/maths/scratch/) implique, après chaque sauvegarde du programme, de remettre le fichier que l’on vient de télécharger, ce qui peut se révéler fastidieux. Une documentation d’aide pour cette utilisation sur tablette a été distribuée aux élèves (ci-dessous).
      Aide programmation Scratch sur tablette
      document élève
    • De plus, la version en ligne est tributaire du bon fonctionnement de la connexion à Internet.
    • Selon les connaissances déjà acquises par les élèves par leur pratique préalable de Scratch, le temps de démarrage de l’activité peut être un peu plus long qu’envisagé.

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