8
e
année – Systèmes vivants
Résumé de la leçon : Les élèves créeront une simulation animée qui démontre le processus de diffusion à l’intérieur
d’une cellule.
Attentes du programme-cadre : Ces attentes ont pour but de souligner les nombreuses façons dont cette leçon peut
soutenir le programme-cadre. Il n’est ni attendu ni nécessaire que le personnel enseignant satisfasse à toutes ces
attentes en même temps. Les enseignantes et enseignants sont encouragés à sélectionner les attentes les plus
pertinentes en se basant sur leur contexte unique et à leurs attentes pour la leçon.
Sciences et technologie
Mathématiques
Français – Écriture
Attentes générales
A2. utiliser le codage pour examiner
et modéliser des concepts, et
analyser l’incidence du codage et des
technologies émergentes sur la vie
quotidienne et les secteurs liés aux
STIM.
A3. démontrer sa compréhension des
applications pratiques des sciences et
de la technologie, ainsi que des
contributions aux sciences et à la
technologie d’individus ayant vécu
diverses expériences.
B2. démontrer sa compréhension de
la structure et des fonctions
principales des cellules végétales et
animales ainsi que des processus
cellulaires.
Attentes particulières
A2.1 écrire et exécuter des codes lors
de l’exploration et de la modélisation
de concepts, notamment pour
automatiser de grands systèmes en
action.
A2.2 déterminer et décrire l’incidence
du codage et des technologies
émergentes, telles que les systèmes
d’intelligence artificielle, sur des
situations de la vie quotidienne et sur
des métiers spécialisés.
A3.3 analyser des contributions
apportées aux sciences et à la
technologie par diverses
communautés.
B2.1 décrire la nature des cellules, à
l’aide de la théorie cellulaire.
B2.4 expliquer les processus de
diffusion et d’osmose à l’intérieur de
la cellule.
Attentes générales
C3. mettre en application ses
habiletés en codage pour résoudre
des problèmes et créer des
représentations de situations
mathématiques de façons
computationnelles, à l’aide de
concepts et d’habiletés en codage.
Attentes particulières
C3.1 résoudre des problèmes et créer
des représentations de situations
mathématiques de façons
computationnelles en écrivant et
exécutant des codes, y compris des
codes comprenant l’analyse de
données afin de prendre des
décisions éclairées et de les
communiquer.
C3.2 lire et modifier des codes
donnés comprenant l’analyse de
données afin de prendre des
décisions éclairées et de les
communiquer, et décrire l’incidence
de ces changements sur les résultats
et l’efficacité.
Décomposition des attentes en matière de codage en sciences et en technologie :
Le programme-cadre de sciences et technologie de 8
e
année contient deux attentes liées au codage :
A2.1 écrire et exécuter des codes lors de l’exploration et de la modélisation de concepts, notamment pour
automatiser de grands systèmes en action.
A2.2 déterminer et décrire l’incidence du codage et des technologies émergentes, telles que les systèmes
d’intelligence artificielle, sur des situations de la vie quotidienne et sur des métiers spécialisés.
Pour paraphraser ces attentes et les exprimer dans un langage plus clair, on demande aux élèves :
● d’écrire du code pour démontrer un concept lié à la science, en se concentrant sur l’écriture de code qui
contient des éléments d’automatisation
● de montrer l’impact du codage sur nos vies
Ces deux attentes seront prises en compte dans le cadre du projet.
Objectifs d’apprentissage : Nous apprenons à écrire du code pour créer une simulation interactive qui démontre le
processus de diffusion à l’intérieur d’une cellule
Critères de réussite :
1. Je peux utiliser des instructions conditionnelles pour répondre à des données dans mon code
2. Je peux utiliser des blocs capteurs pour automatiser les réactions dans mon code
3. Je peux utiliser des valeurs aléatoires pour simuler l’imprévisibilité du monde réel
4. Je peux représenter le comportement de molécules dans une cellule
Profil STIM :
Étudier les cellules, qu’est-ce que cela signifie? C’est exactement ce que fait un biologiste
moléculaire! La biologie moléculaire est l’étude de l’activité dans et entre les cellules, ce qui
nous aide à mieux comprendre les processus biologiques dans leur ensemble!
Carolyn W. Greider est une biologiste moléculaire qui a remporté le prix Nobel 2009 de
physiologie ou de médecine pour sa découverte de la télomérase, un enzyme qui a un rapport
avec la protection de nos chromosomes et a même donné lieu à des recherches intéressantes
sur la prévention des maladies, notamment le cancer. Elle est actuellement professeure
émérite au département de biologie moléculaire, cellulaire et du développement de
l’Université de Californie à Santa Cruz.
Comme Carolyn, nous allons plonger plus profondément dans le comportement des cellules
en explorant le processus particulier de la diffusion. C’est parti!
Éveiller l’esprit :
1. Les élèves ont des niveaux d’expérience différents en matière de codage.
a) Si les élèves n’ont jamais fait l’expérience du codage, veuillez regarder la vidéo « What is Coding? » (en
anglais).
b) Si les élèves ont déjà fait l’expérience du codage, organisez une discussion rapide au cours de laquelle ils
partagent leur définition du codage. Voici quelques réponses à rechercher :
i. Le codage est le langage que parlent les ordinateurs
ii. Le codage est la façon dont nous parlons aux ordinateurs ou dont nous leur faisons faire ce que
nous voulons
iii. Le codage est les instructions que nous donnons à un ordinateur
2. En petits groupes ou avec la classe entière, faites une séance de remue-méninges avec les élèves pour générer des
idées et les concepts clés qui devraient être représentés dans leur simulation. Voici quelques exemples de
questions :
o En quoi consiste l’osmose/la diffusion?
o Comment les molécules se comportent-elles lorsqu’elles interagissent dans une cellule?
o Le comportement des molécules dans une cellule est-il prévisible ou imprévisible? Pourquoi ou
comment?
Planification de notre projet :
Introduisez l’idée d’un organigramme, un type de diagramme qui montre la séquence d’étapes requises pour effectuer
un algorithme, des symboles précis étant utilisés pour représenter différentes structures de contrôle, Voici les symboles
utilisés dans un organigramme :
• Ovale – utilisé pour montrer le début et la fin du programme
• Parallélogramme – utilisé pour représenter les entrées et les sorties
• Rectangle – utilisé pour montrer le traitement (c’est-à-dire calcul ou
manipulation de données)
• Losange – utilisé pour montrer les décisions (c’est-à-dire instructions
conditionnelles)
• Lignes et flèches – utilisées pour relier les étapes afin de montrer la
direction dans laquelle elles sont exécutées et pour représenter les
boucles
• Texte et étiquettes – inclus avec les formes, au besoin
Comme le projet de chaque élève sera différent, il en sera de même pour les
organigrammes qu’ils créeront et les outils ou technologies qu’ils pourront
choisir pour créer leurs organigrammes (par exemple, stylo et papier,
applications et sites Web dédiés à la création d’organigrammes). Un exemple d’organigramme a été fourni ci-dessous
pour donner une idée générale du produit final.
Création de notre projet :
Cet exemple de code démontre comment le projet pourrait fonctionner. Veuillez noter que les sprites qui représentent
les molécules sont des copies exactes, alors le code de chacun est le même. Pour votre référence, Scratch détermine où
afficher les sprites et contrôle les mouvements en utilisant un système de coordonnées cartésiennes, (0,0) étant le
centre de l’écran. Il sera peut-être utile d’enseigner ce concept à l’avance, si les élèves ne le connaissent pas déjà.
Partie 1 : Création de la membrane
1. Créez un arrière-plan sur mesure en utilisant l’éditeur graphique pour servir de membrane cellulaire. En utilisant
l’outil Rectangle ou l’outil Ligne, créez une série de traits horizontaux précisément le long de l’axe des x. Il y a un
petit symbole au centre de l’espace de travail de l’éditeur graphique qui vous aidera à aligner vos traits. Les espaces
entre les « traits » devraient être juste assez grands pour que les sprites qui représentent des molécules puissent
les traverser.
Partie 2 : Création de la première molécule
1. Créez un sprite qui n’est qu’un cercle plein. Vous pouvez utiliser le sprite « ball » prédéfini disponible dans Scratch
et simplement changer le costume pour qu’il soit une couleur pleine en utilisant l’outil Seau de peinture.
2. Ajoutez un bloc Quand le Drapeau vert est cliqué et un bloc Aller à x: () y: (). Utilisez un bloc Nombre aléatoire
entre () et () dans les espaces vides pour les coordonnées x et y.
a. Pour la valeur x, réglez les paramètres à -230 et 230. Puisque les coordonnées requises pour que les
molécules restent à l’écran sont -240 et 240, cela fournit un « tampon » pour empêcher les molécules de
commencer juste au bord de l’écran. Lorsque d’autres molécules sont ajoutées, la position de départ
aléatoire permet de s’assurer qu’elles commencent toutes à des points différents de l’écran.
b. Pour la valeur y, réglez les paramètres à -20 et -230. En supposant que votre sprite membrane de la partie 1
était aligné exactement le long de l’axe des x, le -20 permettra de s’assurer que les molécules commencent
toutes sous la membrane. La valeur de -230 fournit un « tampon » à partir du bord de l’écran. Si vous
souhaitez que les molécules commencent en haut de l’écran, changez ces valeurs pour 20 et 230.
3. Ajoutez un bloc S’orienter vers (). Utilisez un bloc Nombre aléatoire entre () et () à l’intérieur et réglez les
paramètres de 0 à 360. Cela va définir de manière aléatoire « l’orientation » de chaque molécule de sorte que
lorsque la simulation commence, toutes les molécules rebondissent dans des directions différentes.
4. Ajoutez un bloc Répéter indéfiniment et tous les blocs des étapes suivantes seront à l’intérieur de ce bloc.
5. Ajoutez un bloc Avancer de () pas et réglez-le à environ 5. En augmentant ou en diminuant cette valeur, on modifie
la vitesse à laquelle les molécules semblent se déplacer.
6. Ajoutez le bloc Rebondir si le bord est atteint afin que tous les sprites qui représentent des molécules
restent sur l’écran.
Partie 3 : Création d’interactions entre les molécules et la membrane
1. Ajoutez un bloc conditionnel Si () Alors dans le bloc Répéter indéfiniment de l’étape 6 de la partie 2. Utilisez un bloc
d’opération () ou () pour commencer à définir la condition qui sera évaluée, c’est-à-dire de détecter si le sprite qui
représente une molécule touche un autre sprite qui représente une molécule ou la membrane cellulaire pour créer
un effet de « rebond ».
a. Dans le premier espace vide du bloc () ou (), ajoutez un bloc Couleur () touchée?. Il est très important que
la couleur exacte soit correcte (vos yeux ne sont peut-être pas capables de distinguer les différences
subtiles entre les couleurs, mais votre ordinateur peut le faire!), utilisez donc le compte-gouttes de couleur
pour sélectionner la nuance exacte de la membrane.
b. Dans le deuxième espace vide du bloc () ou (), ajoutez un autre bloc Couleur () touchée?. Cette fois-ci,
utilisez le compte-gouttes de couleur pour sélectionner la nuance exacte du sprite qui représente une
molécule que vous avez créé.
2. À l’intérieur du bloc conditionnel Si () Alors de l’étape précédente, ajoutez un bloc Tourner () de () degré (la
direction de la rotation n’est pas importante) et ajoutez un bloc Nombre aléatoire entre () et () dans l’espace vide.
Réglez les paramètres à 150 et 210.
a. Ainsi, lorsqu’un sprite qui représente une molécule touche la membrane ou un autre sprite qui représente
une molécule, il tourne dans l’autre sens et crée l’effet de « rebond ». Le fait de rendre la direction
aléatoire (+ ou - 30 par rapport à un virage complet de 180 degrés) ne fera que rendre le comportement
un peu plus imprévisible.
3. Toujours à l’intérieur du bloc conditionnel Si () Alors de l’étape 2, ajoutez un bloc Avancer de () pas. Réglez-le à
environ 5. Cela limitera la probabilité qu’un sprite qui représente une molécule reste « collé » à un autre sprite ou
à la membrane.
Partie 4 : Création de nombreux sprites qui représentent des molécules
1. Chaque sprite qui représente une molécule aura exactement le même code. Les sprites que vous avez déjà créés
peuvent donc être dupliqués pour créer autant de molécules que vous le souhaitez. Pour dupliquer le sprite, cliquez
avec le bouton de droite sur l’icône du sprite dans le panneau des sprites et sélectionnez « Dupliquer ».
a. N’oubliez pas que si vous apportez des changements à un sprite qui représente une molécule, vous devrez
reproduire ces changements dans tous les autres sprites.
Extensions
● Transformez le simulateur en simulateur d’osmose. Ajoutez des molécules supplémentaires d’une couleur
différente et positionnez-les pour qu’elles commencent de l’autre côté de la membrane.
● Ajoutez une variable pour représenter la température. Faites-en une barre de défilement pour que l’utilisateur
puisse changer la température. Le chiffre utilisé dans le bloc Avancer de () pas devra être modifié en fonction de la
température (par exemple, « Avancer de (température/5) pas »).
● Pensez à ajouter des effets sonores aux interactions entre les molécules et la membrane. Les élèves peuvent utiliser
les sons prédéfinis dans Scratch ou utiliser l’éditeur de sons pour enregistrer leurs propres sons. Les blocs Jouer le
son () et Jouer le son () jusqu’au bout permettront aux élèves d’insérer ces fichiers dans leur code.
● Pour en savoir plus sur Carolyn Greider et sur l’osmose et la diffusion, les livres et vidéos suivants sont suggérés :
o Interview with Carol Greider on winning the 2009 Nobel Prize in Physiology or Medicine de Johns Hopkins
Medicine
o Carol Greider’s Scientific Method de Big Think
o Transport in Cells: Diffusion and Osmosis | Cells | Biology | FuseSchool de FuseSchool – Global Education
o Diffusion de The Amoeba Sisters
Partage de notre travail/Consolidation : Les élèves peuvent partager leurs projets Scratch en suivant ces étapes.
1. Les élèves devraient avoir le temps de partager leurs projets avec d’autres et d’effectuer une autoévaluation et une
évaluation par les pairs. Cela peut se faire sous différentes formes, notamment une visite de galerie, une
présentation à l’ensemble de la classe ou un « échange » de leur projet avec un autre élève. Les élèves peuvent
faire des commentaires de différentes façons, y compris par écrit et verbalement. Une variété d’options et de
modèles de commentaires sont disponibles dans l’annexe A.
2. Un aspect important de l’évaluation de la compréhension des élèves consiste à se concentrer sur le processus et
non sur le produit. Bien qu’il soit important d’avoir un produit final qui fonctionne comme prévu, on demande
souvent aux élèves de produire quelque chose dans un délai limité; il est donc possible qu’avec plus de temps, un
élève aurait été capable d’obtenir un produit entièrement fonctionnel.
Pour évaluer l’apprentissage, les enseignantes et enseignants peuvent discuter avec les élèves tout au long de la
création de leurs projets en utilisant les questions anecdotiques de l’annexe B et documenter ces discussions à
l’aide d’un tableau d’observations anecdotiques. Les enseignantes et enseignants sont invités à prendre en compte
les stratégies de résolution de problèmes utilisées par les élèves tout au long du projet, leur capacité à expliquer le
fonctionnement de leur projet et ce qu’elles ou ils pourraient faire différemment à l’avenir.
3. Une grille d’évaluation peut être utilisée pour évaluer le produit final. Cet outil et les autres outils d’évaluation
peuvent être modifiés au besoin.
Modifications pour insuffisance ou absence de technologie :
● Bien qu’il soit idéal d’avoir un appareil par élève, cela n’est pas la réalité dans de nombreuses salles de classe. Si
vous prévoyez de faire travailler les élèves en groupes, nous recommandons un maximum de 2 élèves par groupe
afin de maximiser le temps « pratique » de codage. Si l’accès aux appareils est limité, vous pouvez mettre en œuvre
cette leçon dans le cadre d’une rotation de stations dans votre classe ou utiliser une autre stratégie pour travailler
en petits groupes.
● Si vous n’avez accès à aucun appareil, vous pouvez :
o imprimer les images des blocs Scratch dans le dossier accessible par ce lien, les découper et demander aux
élèves de créer leur code avec les blocs de papier à la place.
o Vous pouvez également imprimer des images de fonds et de personnages pour aider encore plus les élèves
Annexe A : Commentaires sur son propre travail et celui de ses pairs
• Autoévaluation de l’élève
o Bravo!
o Dis, pose, donne
• Évaluation par les pairs
o Deux étoiles et un souhait
o QuEL
Annexe B : Questions anecdotiques
Tout au long de la période où les élèves créent leurs projets, le personnel enseignant est encouragé à circuler et à
s’entretenir avec les élèves pour discuter de leurs projets et de leurs progrès. En ce qui concerne le codage, le processus
est tout aussi important que le produit final, sinon plus : c’est donc essentiel pour vraiment comprendre ce que les
élèves saisissent.
Principaux concepts
Les élèves devraient être capables d’identifier, de nommer et d’expliquer les concepts clés du codage dans leurs propres
mots; par exemple, la séquence peut être décrite comme « l’ordre dans lequel le code est écrit est important ». Les
instructions conditionnelles peuvent être décrites comme « des instructions "si-alors" qui donnent des options à
l’ordinateur ». La formulation peut être différente pour chaque élève, mais ils doivent être capables d’expliquer le
concept.
Questions suggérées :
1. Peux-tu me dire ce que tu sais au sujet de _____?
2. Peux-tu montrer où tu as utilisé _____ dans ton code? Comment est-ce que ça fonctionne?
Application
Il peut arriver qu’un élève trouve « par hasard » la « bonne » réponse dans son code sans comprendre comment il y est
parvenu, tandis qu’une autre élève a un projet qui ne fonctionne pas comme elle le souhaite, mais elle sait exactement
pourquoi et est capable d’énoncer très clairement les étapes qu’elle suivrait pour résoudre le problème, si elle avait
plus de temps. Le fait que le projet d’un élève ne fonctionne pas exactement comme il le souhaite ne signifie pas
nécessairement qu’il ne comprend pas. Il est donc important de prendre le temps de discuter avec les élèves.
Questions suggérées :
1. Peux-tu me dire ce que fait cette section de ton code?
2. Il semble que cette section du code ne fonctionne pas comme tu le souhaites. As-tu une idée pourquoi? Comment
pourrais-tu la corriger?
3. Que se passerait-il si tu changeais _____?
Résolution de problèmes/Débogage
Dans le monde du code, beaucoup d’erreurs sont commises. Non seulement c’est tout à fait normal (et cela arrive tout
le temps aux programmeurs professionnels), mais c’est en fait COMMENT nous apprenons à coder. Pour passer de
l’erreur à l’apprentissage, les élèves doivent développer et utiliser des stratégies efficaces de résolution de problèmes.
Si un élève reste assis à regarder son code pendant une semaine pour essayer de résoudre un problème sans jamais
demander de l’aide, il ne démontre pas des stratégies efficaces de résolution de problèmes. Les stratégies efficaces de
résolution de problèmes que les élèves peuvent démontrer comprennent :
● Lire leur code à haute voix pour essayer d’identifier les erreurs
● Partager son code avec un camarade pour demander de l’aide afin d’identifier une erreur
● Gérer la frustration en faisant une pause
● Faire une recherche sur le Web pour trouver des réponses à leurs questions
Questions suggérées :
1. Peux-tu me parler d’une situation où ton code ne fonctionnait pas comme tu le souhaitais? Qu’as-tu fait pour le
corriger?
2. Il semble que cette section du code ne fonctionne pas comme tu le souhaites. As-tu une idée pourquoi? Comment
pourrais-tu la corriger?
3. Quelles sont quelques erreurs que tu as faites pendant la création de ton projet? Que ferais-tu différemment la
prochaine fois?
