Gymnaste

• Passez en revue le matériel en ligne destiné aux élèves. Utilisez un projecteur pour partager ce matériel avec vos élèves pendant la leçon.
• Si besoin, construisez à l’avance le modèle de gymnaste à utiliser pendant la leçon afin d’aider les élèves qui peineraient lors de la phase de construction.
• Assurez-vous d’avoir traité les concepts pertinents (c.-à-d., les trois lois du mouvement de Newton) lors d’une leçon antérieure.
• Tenez compte des capacités et des antécédents de tous vos élèves. Si besoin, différenciez la leçon pour la rendre accessible à tous. Reportez-vous à la section Différenciation ci-dessous pour découvrir des suggestions.

• Regardez la vidéo (également accessible via le matériel en ligne destiné aux élèves).

• Animez une brève discussion sur les forces qui permettent à un gymnaste de se balancer sur une barre fixe.
• Posez des questions pertinentes, telles que :
  • Quelles forces sont nécessaires pour qu’un gymnaste entre en mouvement ? (Les gymnastes utilisent des forces de poussée et de traction avec leurs muscles pour générer une impulsion vers l’avant afin de surmonter la force de gravité qui les tire vers le bas).
  • Qu’est-ce qui rend le mouvement du gymnaste continu ? (Selon la première loi de Newton, un objet mis en mouvement continue de se déplacer jusqu’à ce qu’il soit arrêté par une force extérieure. Lorsque les muscles du gymnaste cessent de faire pression, la résistance de l’air et le frottement entre ses mains et la barre aboutissent à son arrêt en dessous de celle-ci, du fait de la gravité qui le tire vers le bas).
• Expliquez à vos élèves qu’ils vont devoir construire une voiture propulsée par un gymnaste.
• Distribuez un ensemble à chaque groupe.

• En binômes, demandez à vos élèves de construire le modèle de gymnaste. Dites-leur de se relayer, l’un recherchant les briques tandis que l’autre construit, en échangeant les rôles après chaque étape.
• La construction de ce modèle prend 15 à 20 minutes environ. Une fois la construction terminée, demandez à vos élèves de trouver un espace ouvert afin d’essayer leur modèle.
• Reportez-vous à la section Astuces ci-dessous pour découvrir des conseils de construction.
• Demandez-leur ensuite d’effectuer les trois expériences présentées dans le matériel destiné aux élèves.

Expérience 1 :

• Demandez à vos élèves d’utiliser un morceau de ruban de masquage pour marquer une ligne, puis de balancer le gymnaste avec les leviers à cliquet repliés et d’observer ce qu’il se passe.

Expérience 2 :

• Demandez à vos élèves d’essayer de faire avancer la voiture-pendule à l’aide des leviers à cliquet.
• Demandez-leur d’abaisser le levier à cliquet avant sur leur voiture.
• Demandez-leur de placer leur modèle sur la ligne de départ, de tirer le pendule à 90° vers l’arrière puis de le lâcher.
• Dites-leur d’utiliser une brique LEGO^® pour marquer la distance parcourue par leur voiture, de la mesurer puis de la noter sur leur fiche de travail (Support pour l’enseignant - Ressources supplémentaires).
• Demandez-leur ensuite de prévoir quelle distance leur voiture parcourra s’ils tirent le pendule vers l’arrière au maximum (c.-à-d., à environ 160°). Dites-leur de placer une autre brique pour marquer la distance prévue (p).
• Demandez-leur de faire un essai pour tester leur prévision et de noter la distance effectivement parcourue (a) sur leur fiche de travail (Support pour l’enseignant - Ressources supplémentaires).

Expérience 3 :

• Demandez à vos élèves de replier les deux leviers à cliquet. Indiquez-leur d’observer ce qu’il se passe quand ils relâchent le gymnaste alors que la voiture est calée contre leur main.

• Rassemblez la classe pour que les élèves partagent ce qu’ils ont observé en petits groupes.  
• Posez des questions pertinentes, telles que :
  • Pourquoi la voiture fait-elle des allers-retours alors que les deux leviers à cliquet sont repliés ? (Elle oscille vers l’arrière et vers l’avant parce que la force nette est nulle.)
  • Quelles sont les forces à l’œuvre ? (La force de gravité tire le gymnaste vers le bas. Le pendule est fermement fixé au pivot en haut, et il y a peu de frottement au niveau des roues/essieux, la voiture se déplace donc légèrement en avant et en arrière lorsque le gymnaste se balance. Cependant, le mouvement vers l’avant est plus ou moins égal au mouvement vers l’arrière, la voiture ne change donc pas vraiment d’emplacement.)
  • Quel modèle récurrent avez-vous pu observer dans le mouvement de la voiture ? (La voiture ralentit entre chaque balancement du gymnaste.)
  • Pourquoi la distance parcourue par la voiture diminue-t-elle peu à peu ? (Le pendule perd peu à peu de l’amplitude en raison du frottement au niveau des roues et des essieux, ainsi qu’en raison de la résistance de l’air, jusqu’à finalement s’arrêter à son point le plus bas).
  • Quel effet un élan plus important du pendule a-t-il sur la distance parcourue ? (Un élan plus important génère une plus grande impulsion, menant la voiture plus loin.)
  • Qu’avez-vous observé lorsque vous avez relâché le gymnaste alors que la voiture touchait votre main, sans que les leviers à cliquet ne soient enclenchés ? (Une force égale et opposée s’exerce, que vous pouvez sentir contre votre main lorsque vous faites pression.)
  • Si vos élèves ont des difficultés à répondre, posez-leur ces questions :

    • Avez-vous poussé la voiture ?
    • Pourquoi s’est-elle déplacée ?

• Si vous avez le temps, invitez vos élèves à trouver un moyen de faire reculer leur voiture.
• Prévoyez suffisamment de temps pour que les élèves démontent leurs modèles, trient les briques dans les plateaux et rangent leurs postes de travail.

• Commentez les performances de chaque élève.
• Mettez en place une auto-évaluation.
• N’hésitez pas à utiliser les rubriques d’évaluation fournies.

Checklist d’observation 

• Évaluez la capacité de vos élèves à décrire comment la masse d’un objet et les forces qui agissent dessus peuvent modifier son mouvement.
• Créez un barème adapté à vos besoins, par exemple : 
  1. Soutien supplémentaire nécessaire
  2. Capacité à travailler en autonomie
  3. Capacité à apprendre aux autres

Auto-évaluation 

• Demandez à chaque élève de choisir la brique qui représente le mieux ses performances. 
  • Vert : Avec un peu d’aide, je peux décrire comment la force et la masse peuvent modifier le mouvement d’un objet. 
  • Bleu : Je peux décrire comment la force et la masse peuvent modifier le mouvement d’un objet.
  • Violet : Je peux décrire et expliquer comment la force et la masse peuvent modifier le mouvement d’un objet.

Évaluation croisée

• Encouragez vos élèves à s’évaluer entre eux :
  • En utilisant le barème de briques ci-dessus pour évaluer mutuellement leurs performances
  • En présentant leurs idées et en formulant des commentaires constructifs

Astuces De Construction

• Il est courant que les élèves se trompent en construisant les bras du gymnaste (ils les construisent vers l’arrière). Dans ce cas, montrez-leur un modèle terminé et soulignez les différences de construction.
• Rappelez à vos élèves qu’ils peuvent compter les trous des barres et des plaques pour s’assurer de placer les briques correctement.

Pour simplifier :

• Demandez à vos élèves de réaliser uniquement les expériences 1 et 3, en ignorant les cliquets.

Pour aller plus loin :

• Laissez vos élèves comprendre par eux-mêmes comment faire reculer la voiture, puis réitérez l’expérience 2 (ils devront replier le levier à cliquet avant et abaisser le levier à cliquet arrière sur l’engrenage).
• Mettez-les au défi de repenser le modèle pour qu’il aille plus loin, toujours avec un poids de briques égal à la masse du pendule.

(Remarque : cela étend la durée du cours.)
Pour intégrer des notions de mathématiques, demandez à vos élèves de positionner le gymnaste à cinq angles différents avec l’un des leviers à cliquet enclenché. Demandez-leur de consigner la distance parcourue pour chaque angle. Pour un défi supplémentaire, demandez-leur de réaliser un graphique en indiquant la hauteur de départ du pendule en abscisses et la distance parcourue par la voiture en ordonnées. Demandez-leur ensuite de décrire et d’expliquer le résultat obtenu.

Cycle 4 – Approfondissements – 5e, 4e, 3e Mathématiques - Chercher, Représenter, Raisonner, Calculer
Croisements entre enseignements: « Sciences, technologie et société »

Vous pouvez télécharger le plan de cours du kit d’apprentissage personnel à partir des ressources d’apprentissage hybride.