Set de base MINDSTORMS EV3

Chute libre

Construisez une tour de chute pour déterminer la constante gravitationnelle.

90 à 120 min.
Intermédiaire
Niveaux 6-8
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Plan de cours

1. Préparer

  • Lisez la documentation destinée aux élèves dans l’application Salle de classe EV3.
  • Recueillez des informations sur la loi des corps tombants.
  • Si vous ne disposez pas de séances de deux heures, planifiez ce cours sur plusieurs séances.

Partie A.

2. Éveiller (10 min)

  • Utilisez les idées évoquées dans la section Lancer une discussion ci-dessous pour engager une discussion en lien avec cette leçon.
  • Répartissez les élèves en binômes.

3. Explorer (35 min)

  • Demandez à chaque binôme de construire la tour de chute.
  • Demandez-leur ensuite d’effectuer un test afin de vérifier que le modèle a été bien construit et qu’il fonctionne correctement.

Partie B.

4. Expliquer (15 min)

  • Demandez à vos élèves d'effectuer l'expérience au moins trois fois et de consigner leurs résultats.
  • Assurez-vous qu’ils créent leur propre tableau de test.

5. Enrichir (30 min)

  • Demandez à vos élèves d'utiliser les données qu’ils ont consignées pour calculer la vitesse moyenne et la constante gravitationnelle en utilisant la loi des corps tombants.
  • Demandez à chaque binôme de synthétiser brièvement les résultats de ses expériences.
  • N'oubliez pas de prévoir un peu de temps pour tout ranger.

6. Évaluer

  • Commentez les performances de chaque élève.
  • N’hésitez pas à utiliser les rubriques d'évaluation fournies.

Lancer une discussion

Le terme chute libre désigne l'accélération d'un objet due exclusivement à la gravité. Les personnes qui sautent d'un avion sont ralenties par la résistance aérodynamique tout au long de leur chute. Une véritable chute libre est donc possible uniquement dans le vide, lorsque aucune force autre que la gravité n'agit. Un environnement de test pour ce type d'expérience a été créé au Glenn Research Center de la NASA Cleveland (Ohio), aux États-Unis.

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Lancez une discussion sur la chute libre. Posez des questions pertinentes, telles que :

  • À quoi le terme chute libre fait-il référence ?
  • Quelle est la relation entre l'accélération et la vitesse ?
  • Dans des conditions de vide, un hippopotame tombe-t-il exactement à la même vitesse qu'un ver de terre ?
  • Dans quelles circonstances la connaissance du concept de chute libre peut-elle être utile ?

Astuces de construction

Instructions de montage

Utilisation du modèle
Placez le modèle sur une surface solide et plane. Exécutez le programme et attendez que le capteur tactile apparaisse à l'écran. Placez la balle dans le bras, puis appuyez sur le capteur tactile situé à l’arrière de la tour de chute pour démarrer une expérience de chute. Si l'expérience est réussie, un grand sourire apparaît à l’écran, suivi du temps de chute. Si c’est un échec, c’est un visage triste qui s’affiche. Le bras se ferme ensuite automatiquement pour l'expérience suivante.

Expérimentation
Pendant l’expérience, partagez les astuces suivantes :

  • Si l’expérience est réussie, le temps de chute apparaît à l'écran.
  • Consignez le numéro de l'expérience et le temps de chute dans un tableau de test. Assurez-vous de laisser suffisamment d’espace pour pouvoir ajouter des colonnes de calcul supplémentaires.
  • Effectuez l'expérience au moins trois fois et utilisez les valeurs moyennes pour vous assurer d’obtenir les résultats les plus fiables possible.

Astuces de codage

Programme

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Différenciation

Pour simplifier :

  • Aidez vos élèves à résoudre certains des calculs.

Pour aller plus loin :

  • Encouragez vos élèves à effectuer des calculs supplémentaires à l’aide des valeurs mesurées.
  • Expliquez le principe des valeurs moyennes (par exemple, la moyenne arithmétique versus la médiane, la susceptibilité aux valeurs aberrantes), qui peut être utilisé pour égaliser les erreurs de mesure sur une série d'expériences.
  • Demandez-leur de trouver un moyen d'améliorer la précision de leurs expériences.

Opportunités d’évaluation

Checklist d’observation de l’enseignant
Créez un barème adapté à vos besoins, par exemple :

  1. Objectif partiellement atteint
  2. Objectif atteint
  3. Objectif dépassé

Utilisez les critères suivants pour évaluer la progression de vos élèves :

  • Appliquer des concepts et/ou des processus mathématiques pour déterminer la constante gravitationnelle
  • Expliquer que la balle accélère à un rythme constant
  • Identifier les variables indépendantes et contrôlées des expériences

Auto-évaluation
Demandez à chaque élève de choisir le niveau qui représente le mieux ses performances.

  • Bronze : J'ai réalisé les expériences, mais je n'ai pas calculé la vitesse moyenne ou la constante gravitationnelle.
  • Argent : Avec un peu d'aide, j'ai calculé la vitesse moyenne et la constante gravitationnelle.
  • Or : J'ai calculé la vitesse moyenne et la constante gravitationnelle.
  • Platine : J'ai non seulement calculé la vitesse moyenne et la constante gravitationnelle, mais j'ai également effectué des calculs supplémentaires à l’aide des valeurs mesurées.
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Extension Arts du langage

Pour intégrer des notions d’arts du langage :

  • Demandez à vos élèves de rédiger un bref rapport présentant les résultats de leurs expériences et les comparant à la valeur acceptée pour g, l’accélération de la gravité près de la surface de la Terre.
  • Demandez-leur de créer une présentation expliquant les résultats de leurs expériences et ce qu'ils ont appris.

Remarque : cela étend la durée du cours.

Monde professionnel

Les élèves qui ont apprécié ce cours pourraient être intéressés par les secteurs professionnels suivants :

  • Fabrication et ingénierie (pré-ingénierie)
  • Sciences, technologie, ingénierie et mathématiques (sciences et mathématiques)

Support pour l’enseignant

Les élèves vont :

  • Apprendre à déterminer la constante gravitationnelle
  • Découvrir qu’il existe des lois de gravitation valables pour tous les objets

Technologie en 4ème

  • Matière, mouvement, énergie, information
  • Matériaux et objets techniques
  • Dimensions développées:*
  • dimension d'ingénierie - design : comprendre, imaginer et réaliser de façon collaborative des objets.
  • dimension socio-culturelle : discuter les besoins, les conditions et les implications de la transformation du milieu par les objets et systèmes techniques.
  • dimension scientifique pour résoudre des problèmes techniques, analyser et investiguer des solutions techniques, modéliser et simuler le fonctionnement et le comportement des objets et systèmes techniques

Mathématiques en 4ème

  • Grandeurs et mesures
  • Espace et géométrie
  • Organisation et gestion de données, fonctions

Physique-chimie en 4ème

  • Mouvements et interactions
  • L'énergie et ses conversions
  • Des signaux pour observer et communiquer

Informatique en 4ème

  • Acquérir des méthodes qui construisent la pensée algorithmique et développent des compétences dans la représentation de l’information et de son traitement, la résolution de problèmes, le contrôle des résultats.

Matériel pour les élèves

Téléchargez, consultez ou partagez la fiche de travail de l’élève sous la forme d’une page HTML ou d’un fichier PDF à imprimer.

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