Set de base WeDo 2.0

Traction

Étudiez les effets de forces équilibrées et non équilibrées sur le déplacement d’un objet. 

Plus de 120 min.
Intermédiaire
Niveaux 3-5
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1. Préparation

(30 min)

• Lisez la préparation générale dans le chapitre « Gestion de la classe ».
• Consultez les informations sur le projet afin d’avoir une idée précise de ce que vous devez faire.
• Définissez la façon dont vous souhaitez présenter ce projet : utilisez la vidéo fournie dans le logiciel WeDo 2.0 ou utilisez le support de votre choix.
• Déterminez les résultats attendus de ce projet, ainsi que les paramètres pour produire et présenter le rapport final.
• Vérifiez que les délais prévus permettent aux élèves de répondre aux attentes

2. Phase d’exploration

(30 à 60 min)

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La vidéo d’introduction peut servir de base pour l’étude et la discussion des idées suivantes avec les élèves prenant part au projet.

Vidéo d’introduction
C’est il y a très longtemps que les humains ont tenté pour la première fois de déplacer des objets imposants. Des civilisations antiques aux temps modernes, de nombreux outils ont été utilisés pour tirer ou pousser des objets.

  1. Lorsque vous ne parvenez pas à tirer quelque chose, c’est parce qu’une force de même intensité ou d’une intensité plus importante s’exerce dans la direction opposée.
  2. Lorsqu’un objet commence à bouger, cela signifie que la force est plus importante dans la direction du mouvement.
  3. Sur Terre, le frottement joue un rôle important.
  4. Sur une surface avec moins de frottement, il sera plus facile de tirer le même poids que sur une surface rugueuse.

Ce sujet concernant la force et le mouvement a été exploré et expliqué en détail par Sir Isaac Newton au XVIIe siècle. Vous êtes quotidiennement confrontés aux lois de la physique qu’il a identifiées.

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Questions à discuter

  1. Par quel moyen pouvez-vous faire bouger un objet ?
    Pour le faire bouger, tirez-le, poussez-le, ou de manière plus générale, appliquez-lui une force.
  2. Pouvez-vous expliquer le frottement ? Est-il plus simple de tirer quelque chose sur une surface normale que sur une surface glissante ?
    Cette question fait référence au frottement. Il est plus simple de déplacer un objet sur une surface glissante que sur une surface rugueuse. En fonction de sa masse, il peut aussi être plus difficile de déplacer l’objet sur une surface glissante parce qu’il y a moins d’adhérence pour pousser ou tirer.
  3. Prédisez ce qui se passera si la force de poussée est plus importante dans une direction que dans l’autre.
    Cette réponse doit se baser sur les prévisions faites par les élèves en préambule, à partir de leurs connaissances naïves. Cela signifie qu’à ce stade, les réponses de vos élèves peuvent être incorrectes. Après le cours, les élèves doivent être capables de discuter du fait que le mouvement de l’objet se fera en direction de la force d’impulsion ou de traction la plus importante.

Demandez à vos élèves de collecter leurs réponses avec du texte ou des images dans l’outil de documentation.

3. Phase de création

(45 à 60 min)

Construction et programmation d'un robot tireur
Les élèves suivront les instructions de construction pour créer un robot tireur. Ce robot tireur tirera des objets placés dans un panier. Cette recherche peut être réalisée sur différents types de surfaces telles que du bois ou de la moquette. Utilisez la même surface pendant toute la durée du projet.

1. Construction d’un robot tireur.
Le module d’oscillation utilisé dans le projet utilise un engrenage conique. Cet engrenage conique modifie l’axe de rotation, de la verticale à l’horizontale, en transférant le mouvement du moteur vers les roues. Le panier présente des briques glissantes pour réduire le frottement.

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2. Programmation du robot pour qu’il tire.
Ce programme affichera les chiffres 3, 2 et 1 avant que le moteur ne s’allume pendant 2 secondes à la puissance 10.

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Suggestion
Avant que vos élèves ne commencent leur recherche, faites-leur modifier les paramètres du programme afin qu’ils puissent complètement le comprendre.

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Test du robot tireur
À l’aide de ce modèle, les élèves doivent être capables de mener une recherche concernant les forces de traction.

1. Menez une recherche en ajoutant dans le panier de petits objets puis des objets plus lourds jusqu’à ce que le dispositif arrête de bouger.
Il faudra environ 300 grammes sur une surface normale pour que le robot tireur arrête de bouger. Les élèves peuvent utiliser n’importe quel objet, tant qu’il n’est pas trop lourd, l’objectif de cette partie étant d’atteindre l’équilibre. À ce stade, les élèves ont des forces équilibrées devant eux. Vous pouvez utiliser une flèche pour symboliser la direction de la force.

Vous pouvez également utiliser de petits pneus comme objets à mettre dans le panier. Ils augmenteront le frottement sur le côté du panier.

2. En utilisant le même nombre de briques, mettez les gros pneus sur le modèle et observez ce qui se produit.
Les élèves mettront des pneus sur le robot tireur. Le frottement entre les roues et la surface sera alors plus important du côté du robot tireur, augmentant ainsi la force de traction dans cette direction. Le système sera soudainement déséquilibré.

Cette observation soutient l’idée que lorsque la force de traction est plus importante que la force qui s’y oppose, les objets doivent bouger.

3. Trouvez l’objet le plus lourd que vous pouvez tirer avec votre modèle lorsqu’il est équipé de pneus.
L’étape finale dépendra du frottement de la surface sur laquelle les élèves travaillent.

Recherche supplémentaire
Utilisez la section « Recherche supplémentaire » du projet de l’élève pour aller plus loin (facultatif). N’oubliez pas que ces tâches complètent celles de la section « Recherche » et qu’elles sont conçues pour des élèves plus âgés ou plus avancés.

Le robot tireur avec lequel travaillent les élèves utilise un mécanisme d’engrenage conique pour changer la direction de la rotation du moteur. Cela n’augmente pas la force du mouvement de manière significative.

1. Construction d’un autre robot tireur.
Laissez les élèves explorer de nouveaux protoypes de machines capables d’opérer une traction. Laissez-les construire leur propre modèle, réaliser les mêmes tests qu’avec leur robot tireur d’origine et comparer les découvertes des deux recherches. Pour vous inspirer, regardez dans la bibliothèque de conception.

Suggestion de collaboration
Trouvez la machine la plus puissante de la classe Lorsque vous pensez que vos équipes ont terminé les tests, organisez un concours de lutte à la corde :

  • Regroupez deux équipes ensemble.
  • Attachez les robots dos à dos avec la chaîne LEGO®.
  • Demandez aux équipes de placer des masses égales dans le panier avant le concours.
  • Faites-les démarrer leur moteur à votre signal afin qu’ils puissent s’éloigner l’un
    de l’autre. Lequel est le plus fort ?
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4. Phase de partage

(45+ min)

Finalisation du document
Demandez aux élèves de documenter leurs projets de différentes façons. Voici quelques suggestions :

  • Demandez-leur de faire une capture d’écran de leurs résultats.
  • Demandez-leur de comparer ces images avec des cas du monde réel.
  • Demandez-leur de filmer une vidéo où ils présentent leur projet à la classe.

Suggestions
Les élèves peuvent recueillir des données sous forme de tableau ou dans une feuille de calcul.
Ils peuvent également tracer un graphique des résultats de leurs tests.

Présentation des résultats
À la fin de ce projet, les élèves doivent présenter le résultat de leur recherche.

Pour enrichir la présentation de vos élèves :

  • Assurez-vous que les élèves utilisent des mots tels que force équilibrée, force non équilibrée, impulsion, traction, frottement et poids.
  • Demandez-leur d’utiliser des flèches pour représenter les forces en présence.
  • Demandez-leur de contextualiser leurs explications.
  • Demandez-leur d’analyser leurs projets en fonction de situations réelles dans lesquelles ils ont observé des forces équilibrées et non équilibrées.
  • Discutez du lien entre leurs découvertes et ces situations.

Évaluation du projet

Vous pouvez utiliser ces rubriques d’évaluation avec le tableau des rubriques
d’observations du chapitre « Évaluation avec WeDo 2.0 ».

Phase d’exploration
Au cours de la phase d’exploration, vérifiez que l’élève s’engage activement dans les discussions, qu’il pose et répond à des questions, et qu’il utilise correctement les termes traction, impulsion, forces et frottement.

  1. L’élève n’est pas capable de fournir de réponses aux questions, de participer aux discussions de manière adaptée, de décrire correctement les idées de traction ou d’impulsion, ni de comprendre que ce sont des forces.
  2. L’élève est capable, s’il y est encouragé, de fournir des réponses aux questions, de participer à des discussions de manière adaptée ou, avec de l’aide, de décrire la traction et l’impulsion comme des exemples de force.
  3. L’élève est capable de fournir des réponses adéquates aux questions et de participer aux discussions de classe ou de décrire la traction et l’impulsion comme des exemples de force.
  4. L’élève est capable de développer des explications lors de discussions ou de décrire en détail le concept de force avec la traction et l’impulsion.

Phase de création
Au cours de la phase de création, vérifiez que l’élève travaille en équipe, qu’il peut réaliser des prévisions concernant ce qui doit se passer et qu’il est capable d’utiliser les informations collectées lors de la phase d’exploration.

  1. L’élève n’est pas capable de bien travailler en équipe, de réaliser des prévisions concernant ce qui doit se passer, ni d’utiliser les informations collectées.
  2. L’élève est capable de travailler en équipe et de prévoir, avec de l’aide, ce qui pourrait se passer lors de la recherche.
  3. L’élève est capable de collecter et d’utiliser des informations, de travailler en équipe, de contribuer aux discussions, de réaliser des prévisions et d’organiser les informations à utiliser dans une présentation visant à expliquer le contenu.
  4. L’élève est capable de travailler en équipe, d’en être le chef et de justifier ses prévisions de manière éclairée pour expliquer les forces de traction et d’impulsion.

Phase de partage
Au cours de la phase de partage, vérifiez que l’élève peut expliquer ce qui se passe avec le modèle en termes de force, qu’il a testé différentes combinaisons, qu’il peut en prédire d’autres et qu’il peut utiliser les informations importantes de son projet pour créer un rapport final.

  1. L’élève n’est pas capable de participer aux discussions concernant la recherche, d’expliquer le modèle à l’aide du concept de force, ni d’utiliser les informations pour créer un rapport final.
  2. L’élève est capable, s’il y est encouragé, de participer aux discussions concernant les forces, de réaliser plusieurs scénarios tests afin d’effectuer des prévisions et d’utiliser les informations pertinentes pour créer un rapport final.
  3. L’élève est capable de participer aux discussions concernant la recherche sur les forces et d’utiliser les informations collectées lors du test pour la production d’un rapport final.
  4. L’élève est capable de participer largement aux discussions de la classe concernant le thème et d’utiliser les informations collectées pour créer un rapport final qui comporte des éléments supplémentaires.

Vous pouvez utiliser ces rubriques d’évaluation avec le tableau des rubriques d’observations du chapitre « Évaluation avec WeDo 2.0 ».

Phase d’exploration
Au cours de la phase d’exploration, vérifiez que l’élève peut expliquer efficacement ses propres idées et démontrer sa compréhension du sujet.

  1. L’élève n’est pas capable de partager ses idées concernant les questions posées pendant la phase d’exploration.
  2. L’élève est capable, s’il y est encouragé, de partager ses idées concernant les questions posées pendant la phase d’exploration.
  3. L’élève exprime ses idées de façon adéquate concernant les questions posées pendant la phase d’exploration.
  4. L’élève utilise des détails pour expliquer de manière plus approfondie ses idées concernant les questions posées pendant la phase d’exploration.

Phase de création
Au cours de la phase de création, vérifiez que l’élève fait des choix appropriés (par exemple, capture d’écran, image, vidéo, texte) et répond aux attentes établies pour la documentation de ses découvertes.

  1. L’élève ne parvient pas à documenter ses découvertes au cours de sa recherche.
  2. L’élève documente ses découvertes, mais de façon incomplète ou sans répondre à toutes les attentes établies.
  3. L’élève documente ses découvertes de façon adéquate pour chaque composante de sa recherche et choisit judicieusement ses sources.
  4. L’élève utilise des méthodes appropriées pour sa documentation et dépasse les attentes établies.

Phase de partage
Au cours de la phase de partage, vérifiez que l’élève utilise des observations provenant de ses propres recherches pour justifier son raisonnement et respecte les instructions établies pour la présentation des découvertes au public.

  1. L’élève n’utilise pas les observations de ses découvertes en lien avec les idées partagées pendant la présentation ou ne suit pas les instructions établies.
  2. L’élève utilise certaines observations provenant de ses découvertes, mais sa justification est limitée. Les instructions établies sont généralement respectées, mais avec quelques manquements dans un ou plusieurs aspects.
  3. L’élève fournit des observations de façon adéquate pour justifier ses conclusions et il respecte les instructions établies pour la présentation.
  4. L’élève parle ouvertement de ses découvertes et utilise de façon approfondie des observations appropriées pour justifier son raisonnement, tout en respectant toutes les instructions établies.

5. Différenciation

Pour assurer la réussite du projet, envisagez de donner à vos élèves des conseils sur la construction et la programmation, par exemple :

  • Expliquez l’utilisation des moteurs.
  • Expliquez des séquences de programmation simples.
  • Expliquez comment mener une recherche.
  • Définissez des facteurs sur lesquels se concentrer, tels que les forces de traction et de frottement.

De plus, soyez précis concernant la manière dont vous voudriez qu’ils présentent et documentent leurs résultats (par exemple au moyen d’une session de partage entre les équipes).

Recherche supplémentaire
Pour stimuler davantage vos élèves, prolongez l’expérimentation avec des conceptions, des constructions et des programmations réalisées par d’autres. Cela leur permettra d’explorer d’autres phénomènes d’impulsion et de traction.
De plus, afin d’approfondir les recherches, demandez à vos élèves de comparer la force de leurs robots en les engageant dans une bataille de lutte à la corde. Préparez-vous à une montée d’adrénaline !

Idées fausses des élèves
Les élèves sont susceptibles de croire que si une chose n’est pas en mouvement, cela signifie qu’aucune force ne s’exerce sur elle. Afin de corriger cette erreur courante, vous pouvez prendre l’exemple d’une voiture dont le frein à main est enclenché : la voiture ne bougeant pas, les élèves pensent à tort qu’aucune force n’est exercée, mais nous savons grâce à la science que plusieurs forces en équilibre entrent en jeu.

Support pour l’enseignant

Dans ce projet, vous allez :
Explorer ce que sont les forces et comment elles peuvent faire se déplacer des objets.
Créer et programmer un robot pour étudier les effets de forces équilibrées et non équilibrées sur le déplacement d’un objet.
Documenter et présenter vos découvertes sur les forces.

Set de base LEGO Education WeDo 2.0t
Logiciel ou application de programmation WeDo 2.0

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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