La gravité

(REMARQUE : Cette leçon est composée d’une partie A et d’une partie B. Elles sont toutes deux essentielles pour que les élèves aient accès à l’ensemble des apprentissages du programme. Si le temps vous est compté, passez en revue les deux parties et sélectionnez les éléments répondant aux besoins de vos élèves.)

Dans le cadre de cette leçon, vos élèves s’inspireront des images données à titre d’exemple pour construire un oiseau posé en équilibre. Demandez-leur de concevoir et de construire leur propre vision d’un oiseau posé en équilibre.

• Contexte scientifique - La gravité:
  • Le centre de gravité d’un objet est le point où son poids s’équilibre. Un centre de gravité bas permet aux objets de rester stables.
  • Plus les élèves inclinent l’oiseau, plus son centre de gravité s’élève et il devient alors moins stable.
  • La force de gravité, orientée vers le bas, ramènera toujours l’oiseau dans sa position initiale afin que son centre de gravité soit le plus bas possible.
  • Quelle que soit l’inclinaison de l’oiseau, la force gravitationnelle qui s’exerce sur lui l’attirera tout droit vers le centre de la Terre.
• Acquérir des connaissances préalables - La gravité : À l’aide de votre matériel scientifique de base et du contexte fourni, partagez des informations, des images et des définitions.
  • Les forces sont des poussées ou des tractions qui agissent dans une direction spécifique.
  • La gravité est une force exercée par la Terre qui attire les objets vers le bas, en direction du centre de la planète.
  • Une argumentation soutient une affirmation ou une déclaration portant sur un phénomène qui se produit dans la nature (p. ex., la force gravitationnelle exercée par la Terre sur les objets est dirigée vers le bas). Elle doit inclure des faits comme des raisons, des données telles que des constats et/ou un modèle pour démontrer des observations.
  • Vocabulaire clé : force, gravité
• Expérience en matière de construction et de programmation : Passez en revue les suggestions contenues dans le Plan de cours. Pour cette leçon, vous pouvez également :
  • Vous appuyer sur le didacticiel Le capteur gyroscopique dans le menu Commencer de l’application SPIKE.
  • Utiliser les sections Blocs Événement et Blocs Son du menu Aide>Blocs Texte de l’application SPIKE pour apporter un soutien supplémentaire à vos élèves. Voir la section Blocs Capteur>Est incliné ? pour obtenir des indications concernant ce capteur, qui nécessite que le Hub soit à l’horizontale lorsque le modèle de base est au repos.
  • Utiliser la leçon Une aire de jeux high-tech pour que vos élèves acquièrent de l’expérience avec le Bloc Événement.

PARTIE A (45 minutes)

• Présentez à vos élèves les principaux personnages de l’histoire ainsi que le premier défi : Aidez Daniel à construire un oiseau posé en équilibre.

• RÉFLÉCHIR—Animez une brève discussion sur le ou les sujets de la leçon :

  • Que se passe-t-il lorsque vous tenez un objet en l’air et que vous le lâchez ? Pourquoi ? (L’objet tombe par terre parce que la gravité l’attire vers le bas.)
  • Que se passe-t-il lorsque vous tirez un pendule ou une balançoire vers l’arrière et que vous le/la lâchez ? Pourquoi ? (La balançoire revient à sa position la plus basse parce que la gravité l’attire vers le bas.)

• Distribuez un ensemble SPIKE Essentiel et un appareil muni de l’application à chaque groupe.

• Pendant que vos élèves travaillent, vous pouvez partager les exemples ci-dessous pour les aider à construire et à programmer. Précisez que les images sont fournies à titre d’exemple et que les élèves doivent concevoir et construire leur propre vision d’un oiseau posé en équilibre.

• Demandez à vos élèves d’effectuer les tâches suivantes :

  • Utiliser le modèle de base pour CONSTRUIRE un oiseau posé en équilibre pour Daniel, en mettant en évidence qu’une fois incliné, l’oiseau restera dans sa position verticale d’origine grâce à la force de gravité dirigée vers le bas.
  • Utiliser le capteur gyroscopique intégré avec les blocs Événement et Son pour PROGRAMMER leur modèle afin qu’il émette différents sons d’oiseaux selon qu’il est incliné vers la droite ou vers la gauche et lorsqu’il est à la verticale.

• Animez une séance de réflexion sur les façons d’utiliser les éléments LEGO pour créer un modèle d’oiseau qui revient à sa position verticale d’origine lorsqu’il est incliné. Si nécessaire, montrez comment le Hub du modèle de base est suspendu à un axe de rotation (par exemple, un connecteur ou un axe), ce qui lui permet de bouger et de revenir à sa position verticale d’origine lorsqu’il est incliné puis relâché. Les élèves peuvent modifier le modèle de base tant que le Hub reste suspendu à un axe de rotation unique.

• À la moitié du temps de travail, demandez à vos élèves d’échanger leurs idées en suivant la routine habituelle de la classe, puis de modifier leur modèle en s’inspirant des informations partagées.

Exemples

• Rassemblez vos élèves pour une session de partage. 

• Demandez à chaque binôme d’utiliser son modèle pour démontrer et expliquer :

  • La direction de la force gravitationnelle exercée sur l’oiseau (« vers le sol »)
  • Comment la gravité ramène leur modèle à sa position d’origine lorsqu’il est incliné.
  • Comment leur programme utilise des sons pour indiquer les différentes positions de l’oiseau.

• Si vous souhaitez passer à la partie B – Expliquer, demandez aux élèves de conserver leurs modèles intacts ou prévoyez du temps pour la reconstruction.

PARTIE B (45 minutes)

• Répétez les étapes de la partie A - Expliquer pour que d’autres groupes puissent présenter et expliquer ce qu’ils ont appris.

• (5 min) Donnez et élaborez du contexte pour aider vos élèves à enrichir leur modèle.
• Demandez à vos élèves de faire pivoter leurs oiseaux à 160 degrés (presque à l’envers) et de les lâcher.
• Au besoin, reformulez ce qu’ils vont découvrir :
  • Le Hub doit être placé au-dessus de l’axe de rotation pour que le modèle d’oiseau fonctionne, car ainsi il revient naturellement à sa position la plus stable, c’est-à-dire qu’il pend sous l’axe de rotation. Lorsque le poids le plus important est situé au-dessus de l’axe de rotation, il n’est pas stable, car la gravité attire le Hub vers le bas.
• (10 min) Demandez ensuite à vos élèves de tester et d’améliorer leurs modèles afin de relever le défi suivant dans l’application :
  • Construire un oiseau posé en équilibre qui n’inclut pas le Hub mais qui reste à la verticale, même lorsqu’il est incliné. (Astuce : La partie du modèle d’oiseau située sous l’axe de rotation doit être plus lourde que celle qui se trouve au-dessus.)
  • Montrer que la partie inférieure de leur oiseau est plus lourde que la partie supérieure et expliquer pourquoi cela doit se vérifier du fait des forces gravitationnelles. (Si la partie supérieure de l’oiseau était plus lourde que la partie inférieure, la force de gravité attirerait la partie la plus lourde vers le bas et renverserait l’oiseau.)
• (15 min) Demandez à vos élèves de partager les connaissances, les idées ou les compétences :
  • Qui les ont aidés à relever le défi.
  • Qu’ils ont acquises lors de la construction.
• Demandez à vos élèves de ranger les ensembles et les espaces de travail.

• Posez des questions d’orientation pour encourager les élèves à réfléchir et à prendre des décisions dans le cadre des phases de réflexion, de construction et de programmation.

Checklist d’observation

• Passez en revue les objectifs d’apprentissage (Encadré Support pour l’enseignant).

• Ils avancent des arguments selon lesquels la force gravitationnelle exercée par la Terre sur les objets est dirigée vers le bas.

• Utilisez la checklist pour évaluer les progrès des élèves :

  • Leur modèle comprend un oiseau qui se redresse automatiquement.
  • Partie A : Leur explication démontre que la force gravitationnelle exercée sur le modèle agit vers le bas. Le Hub lourd est attiré vers le bas par la gravité, ce qui maintient les parties les plus légères de l’oiseau au-dessus.
  • Partie B : Leur explication démontre que la moitié inférieure du nouvel oiseau doit être plus lourde que la moitié supérieure pour que l’oiseau reste à la verticale. L’oiseau élaboré lors de l’activité Enrichir est très différent de l’oiseau de l’activité Expliquer : le Hub lourd n’est pas intégré sous le point de pivot pour le maintenir à la verticale.

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

• Brique bleue : Je pense être capable de suivre des instructions pour créer un programme.
• Brique jaune : Je suis capable de suivre des instructions pour créer un programme.
• Brique verte : Je suis capable de suivre des instructions pour créer un programme et je peux aider un camarade.

Évaluation croisée
En binômes, demandez à vos élèves de discuter de leur expérience collaborative.
Encouragez-les à utiliser les tournures suivantes :

• J’ai aimé quand tu…
• J’aimerais en savoir plus sur la façon dont tu…

Pour simplifier :

• Arrêtez-vous après le premier défi : Construire un oiseau posé en équilibre qui inclut le Hub dans sa moitié inférieure. Posez des questions fermées à vos élèves pour susciter leur explication.

Pour aller plus loin :

• Approfondissement du défi Partie A – Explorer : Demandez à vos élèves de construire et de programmer un autre animal (autre qu’un oiseau) qui intègre le Hub de la même façon que dans la partie A afin qu’il se redresse lorsqu’il est incliné. Ils peuvent choisir par exemple un écureuil ou un singe.

• Fournissez des supports d’apprentissage qui présentent la façon dont divers objets, tels que les voitures de course et les gobelets pour bébés, sont conçus pour ne pas se renverser. Demandez à vos élèves d’étudier un exemple, puis de le partager par écrit, par exemple en rédigeant un script pour une publicité vidéo d’un produit.

Notez que cela étendra la durée de la leçon au-delà de 45 minutes.