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TraAM 2019-2020

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

mardi 30 juin 2020 , 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 2019-2020 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-Châtillon (91)

Niveau - Thèmes

  • Collège
  • Cycle 4 - 3ème (spécifique 3ème prépa-métier)

Introduction

Le but de la séquence présentée dans cet article est de concevoir et réaliser un programme algorithmique permettant de donner la constitution précise d’un atome donné. L’élaboration du programme demande de maîtriser les règles et la logique de codage via l’outil scratch, tout en mobilisant les notions de physique-chimie autour de l’atome qui seront découvertes en début de projet.
Voici une vidéo qui présente en 3 minutes la séquence :

Contenus disciplinaires

  • Notions et contenus : constituants de l’atome, structure interne d’un noyau atomique (nucléons : protons, neutrons), électrons.
  • Compétences exigibles : être capable de déterminer le nombre de chacun des constituants d’un atome donné et représenter un modèle
  • Capacité numérique : coder un programme (sous scratch) qui permette de donner systématiquement le nombre d’électrons, de protons et de neutrons d’un atome donné

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

Compétences

  • 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

Objectif(s) pédagogique(s)

  • Proposer une démarche d’enquête pour donner du sens au projet de codage
  • Conduire les élèves, au travers de la pédagogie de projet, à mobiliser les nouveaux savoirs pour produire une réalisation concrète faisant intervenir la programmation
  • Développer l’évaluation formative et formatrice
  • Développer le regard critique par l’évaluation entre pairs

Objectifs disciplinaires et/ou transversaux

  • Découvrir et comprendre la constitution d’un atome et mobiliser les nouveaux savoirs au travers du codage d’un programme qui permette de donner systématiquement le nombre d’électrons, de protons et de neutrons d’un atome donné
  • 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 :" pour aider le bureau des experts en programmation qui n’est plus opérationnel suite à une cyberattaque, ils vont concevoir un programme révolutionnaire qui donne systématiquement le nombre d’électrons, de protons et de neutrons d’un atome donné " :

Description complète du programme attendu :

Correction du programme Scratch

Découpage temporel de la séquence

Pré-requis

  • S’approprier le tableau périodique des éléments et pouvoir y trouver un élément à partir de son nom ou de son symbole
  • Maîtriser l’environnement scratch grâce au travail fait au préalable en technologie.

Outils utilisés / Matériel

Gestion du groupe - Durée estimée

  • Les élèves sont répartis par groupe de 3 ou 4 élèves
  • Présentiel : 3h
  • Distanciel : 20 min

Déroulement de la séquence

À faire en classe - séance 1 en présence
  • Lire la vidéo de la situation déclenchante : mission à accomplir
  • Lire la fiche de consignes transmise par l’expert en programmation :
  • Compléter en équipe la fiche "rapport d’enquête" :
    Rapport d’enquête

Le but est de découvrir et comprendre, au fil de l’enquête menée sur l’atome, comment celui-ci est constitué et comment on peut déterminer le nombre de chacun de ses constituants. Cette fiche complétée servira de trace écrite (à coller dans le cahier) pour poser les notions importantes autour de la constitution d’un atome.

À faire à la maison - séance 2 à distance
  • Faire les exercices de mémorisation type "millionnaire" en ligne (décrocher le million) :
    Lien niveau de difficulté 1 : http://acver.fr/fd0
    Lien niveau de difficulté 2 : http://acver.fr/fd1

Le but est d’entretenir les notions découvertes sur la constitution de l’atome

À faire en classe - séance 3 en présence
  • Compléter en équipe la fiche "projet de codage" afin d’élaborer le cahier des charges du programme à concevoir :
  • Demander si besoin les coups de pouce scratch :
  • Débuter le codage sur scratch en ligne

Le but de cette séance est de permettre aux élèves, en s’appuyant sur les résultats du rapport d’enquête, de tout d’abord penser leur projet de programme via le cahier des charges, puis de passer ensuite au codage effectif sous scratch.

À faire à la maison - séance 4 à distance
  • Alimenter un pad partagé pour faire l’inventaire des critères d’évaluation à retenir pour le projet de codage :

Le but est de préparer la grille d’évaluation pour l’évaluation entre pairs. Une fois le pad complété par les élèves, l’enseignant synthétise les critères retenus et les inscrit dans la grille d’évaluation (qui sera distribuée aux équipes lors de la séance 5)

À faire en classe - séance 5 en présence
  • Terminer son programme
  • Vérifier que le programme fonctionne
  • Télécharger et enregistrer le programme sur le dossier de partage
  • Évaluer les projets projetés grâce à la grille d’évaluation co-construite :

Le but est de finaliser son projet de programme et de prendre connaissance de ceux des autres groupes au travers de la séance d’évaluation entre pairs.
Les évaluateurs indiquent pour chaque critère leur positionnement, puis ils peuvent attribuer des bonus à leur projet préféré en justifiant leur choix.

Retour d’expérience

Les plus-values pédagogiques (enseignants / élèves)
  • La motivation et l’engagement suscités par la démarche d’enquête, puis par la production à réaliser en équipe.
  • L’autonomisation des élèves grâce au travail en équipe
  • La co-construction des critères de réussite et l’évaluation entre pairs qui responsabilisent les élèves et les aident à mieux comprendre les objectifs et les attendus de la tâche d’apprentissage
  • La grande disponibilité de l’enseignant qui se retrouve en situation d’accompagner les apprentissages et non de les dispenser
Les freins
  • Des difficultés liées à la programmation ou à la maîtrise du logiciel Scratch : tous ont eu recours aux coups de pouce.
  • Des difficultés liées à la physique-chimie : il a été nécessaire de mettre l’accent plusieurs fois sur les associations :
    A —> nombre de masse
    Z —> numéro atomique
    Certains élèves confondaient encore les deux nombres en début de projet de programmation.
Les leviers
  • La séance d’enquête sur l’atome a permis aux élèves de s’approprier plus facilement les contenus disciplinaires. La trace écrite du rapport d’enquête a été un appui certain pour rechercher les informations utiles à la conception du programme.
  • Les confusions persistantes en début de programme entre nombre de masse et numéro atomique se sont estompées au fil du projet. La rédaction du cahier des charges a contraint les élèves à clarifier les concepts pour organiser logiquement leur programme.
  • Le système d’essai-erreur, rendu possible par la programmation, a permis aux élèves de voir rapidement leurs erreurs et de pouvoir les corriger tout seuls.
  • La programmation a ancré la distinction entre protons, neutrons et électrons (distinction obligatoire pour que le programme donne les bons résultats) ainsi que la détermination de leurs nombres respectifs.
  • L’évaluation formatrice et l’évaluation entre pairs ont permis aux élèves de mieux comprendre le sens de la tâche d’apprentissage proposée et les résultats qu’ils ont obtenus.
  • Le développement de compétences du 21ème siècle : coopération, collaboration, communication, créativité et compétences numériques
Les pistes pour généraliser la démarche

Cette expérimentation revêt de nombreuses plus-values en termes d’apprentissage : la structure de l’atome est une notion clé du cycle 4 qui est reprise au lycée ensuite et les élèves ont souvent du mal à fixer les connaissances et compétences associées.
Les pédagogies actives mises en œuvre dans cette séquence, par l’engagement cognitif qu’elles suscitent, ont permis aux élèves de mieux s’approprier les notions : ils ont tout d’abord vécu une phase de découverte des notions par la démarche d’enquête sur l’atome, puis une phase de consolidation des acquis par le projet de codage.
En ce sens, la conception du module algorithmique a certes été l’occasion de travailler la logique de codage, une compétence transversale (mathématiques, technologie et physique-chimie), mais elle a surtout contribué à lever les zones d’ombre qui pouvaient persister chez certains élèves sur les notions abordées, car, pour que le programme fonctionne de façon satisfaisante, il ne fallait pas faire d’erreur de contenu. Le système essai/erreur permis par la programmation est un levier certain d’autonomisation dans la tâche et d’ancrage des savoirs disciplinaires.

Enfin, la co-construction de la grille d’évaluation du projet de codage suivie de l’évaluation entre pairs offrent un nouveau regard sur l’évaluation aux élèves et la rendent plus explicite, ce qui représente un réel facteur de réussite.

Tous les documents de la séquence en un seul fichier :

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