C p FRANCE m V VFORMATION PAF ALSACE - LYCÉE J.B.SCHWILGUÈo - 23 JANVIER 2020 SMARTPHONES EN SCIENCES

JEAN-LUC RICHTER PROFESSEUR DE PHYSIQUE CHIMIE, LYCÉE J.B.SCHWILGUÉ, SELESTAT, ALSACE, FRANCE VICE-PRÉSIDENT SCIENCE ON STAGE FRANCE - BACKSTAGE TEAM SCIENCE ON STAGE ALLEMAGNE MEMBRE DU GROUPE CANOÉ À L’IFÉ-ENS LYON C m∑THEy EUROPEAN NETWORK FOR SCIENCE TEACHERS

Science on Stage FRANCE o Des enseignantsp vers les enseignants. C o Pour tous les niveaux, dans les enseignements de sciences et de technique. Est un réseau m Un site internet européen permet d’enseignants ... o l’échange d’idées et de concepts pédagogiques. Propose une V plateforme o Des formaons par des enseignants d’échange... omovés sont organisées et soutenues. VGarder les sciences o Le Fesval Science on Stage, bi-annuel, est une sous les feux de la vitrine pour l’enseignement des sciences. rampe... o Des partenariats avec des entreprises permeent de financer des projets et de promouvoir l’enseignement scienfique et technique. C mwww.scienceonstage.fr∑THEy EUROPEAN NETWORK FOR SCIENCE TEACHERS 100 000 enseignants de STEM en Europe

Association a but on lucratif Les enseignants comme multiplicateurs ➔ inspirent les élèves ➔ réduisent les écarts de compétences ➔ poussent davantage de jeunes vers des études scientifiques How does Science on Stage inspire teachers? Cm p FRANCE V oV C mwww.scienceonstage.fr∑THEy EUROPEAN NETWORK FOR SCIENCE TEACHERS Festival Science on Stage 2019 FRANCE

Nous vous invitons à Cascais, Portugal! p C★ Portes ouvertes le 2 Novembre 2019 m ★ Organisé par Science on Stage Portugal ★ restez informé sur Twitter V #SonS2019 V o C mwww.scienceonstage.fr∑THEy EUROPEAN NETWORK FOR SCIENCE TEACHERS iStage 2

Disponible en PDF Le livret est disponible gratuitement en PDF en Anglais et Allemand. http://www.science-on-stage.de

Documents complémentaires Produits par le groupe Classe Numérique (Canoé) à L’Instut Français de l’Educaon. http://acces.ens-lyon.fr iStage 2 FRANCE

20 p CmEnseignants iStage 2 14 V Pays Les smartphones odans V l’enseignement des Sciences 18 mois C mwww.scienceonstage.fr∑THEy EUROPEAN NETWORK FOR SCIENCE TEACHERS Le concept FRANCE Un protocole simple Les fiches sont conçues comme des «recettes de cuisine» avec un pas à pas pour tous les aspects C 02 techniques. Des fichesp conçues pour les enseignants. Des ouvertures m Etendre à d’autres discplines, d’autres 03 classes, d’autres écoles. Des pistes sont 01 données pour aller plus loin et étendre chaque projet. V Une liste d’applications Chaque fiche pédagogique contient la liste des applications V utilisables. Pour Android et iOS. o C mwww.scienceonstage.fr∑THEy EUROPEAN NETWORK FOR SCIENCE TEACHERS Trois thèmes C p FRANCE Vue mSmart Astronomer, Smart Measurements, How deep is your Blue. 01 Utilisation de la caméra et des capteurs de position. Ouie V 02 Utilisation du microphone. Etude spectrale, Pollution sonore, V Chant deso oiseaux, Effet doppler. Toucher 03 Mesurer le monde, Smart accelerometer, Sports et physique, Le champ magnétique terrestre. Utilisation des gyroscopes, de la caméra et des capteurs de postion. C mwww.scienceonstage.fr∑THEy EUROPEAN NETWORK FOR SCIENCE TEACHERS Le smartphone pour l’enseignant FRANCE

Récupérer l’image du smartphone sur un ordinateur Une webcam ApowerMiror ppour iOS, Androïd, Mac et PC Cmobile mAirServer pour iOS, AppleTV… Pour les élèves :

Filmer les expériences o Prendre des notes et faire travailler les élèves photographiques en cours ou sur la remédiation sur leV terrain lors d’une sortie o Consulter une version «Copier» le tableau pour le onumérique du cours Vcahier de texte numérique o Remplacer une calculatrice o Faire des mesures en Agrandir une expérience sciences avec les capteurs menée sur le bureau intégrés du professeur o Accéder à des données avec des applications dédiées o .... C mwww.scienceonstage.fr∑THEy EUROPEAN NETWORK FOR SCIENCE TEACHERS Avant d’utiliser les smartphones des élèves p FRANCE Contrat avec les C élèves et les parents. 01 Responsabilité en cas 03 de casse ! Le règlement intérieurm ! Transfert de iOS ou Android Si l’utilisation est interdite dans Penser au données. pensez à prévoir des l’établissement il faut modez avion Penser au applications pour les deux convaincre le chef câble. principaux systèmes. d’établissement. Limiter les V Mot magique : utilisations expérimentation de données Penser internet oaux QR V 02 codes 04 Responsabiliser les élèves Faites des groupes Accordez-leur votre confiance avant de les Ne laissez pas de côté les élèves qui forcer en mode avion s’ils ne respectent n’ont pas de smartphone : faites des pas les règles. groupes de trois ou quatreC élèves. mwww.scienceonstage.fr∑THEy EUROPEAN NETWORK FOR SCIENCE TEACHERS Echanger des données FRANCE

Les services de cloud Partages directs Partages Moodle, DropBox, AirDrop sur Mac Google drive... pTransfert Bluetooth entre C smartphones et avec un ordinateur m (très lent) Transfert par câble Avec un câble USB vers micro-USB, compatible E-Mail avec la plupart des Ne pas oublier le bon V smartphones android ovieux «fichierV joint» ! C mwww.scienceonstage.fr∑THEy EUROPEAN NETWORK FOR SCIENCE TEACHERS How deep is your blue FRANCE

pUtilise C L’appareil " m Photo Mesure de la V V oConcentration #

Rapide et simple $C mwww.scienceonstage.fr∑THEy EUROPEAN NETWORK FOR SCIENCE TEACHERS Préparer les solutions Cm p FRANCE V oV C mwww.scienceonstage.fr∑THEy EUROPEAN NETWORK FOR SCIENCE TEACHERS 22 Farbchemie mit dem Smartphone

3 | 1 | 2 Teil B: Die Schüler erstellen die Skala 3 | 1 | 4 Teil D: Die Schüler werten ihre Ergebnisse aus 3 In drei 100-cm -Kolben etwa 5, 10 und 15 g Cu(NO3)2·3H2O Zuerst die Masse der Skala (m1, m2 und m3) in die entspre- lösen, die genauen Massen m1, m2 und m3 notieren und mit chenden Massen reinen Kupfers umwandeln. Für die drei Wer- Wasser auf 100 cm3 verdünnen. Den Kolben schließen und te aus der Skala ein Diagramm der H-Werte als Funktion der gut mischen. Dies ergibt die Skala mit den Stufen 1, 2 und 3. Kupfermasse erstellen. Den H-Wert der Probe im Diagramm einzeichnen und die Kupfermasse in der unbekannten Kupf-

Cu(NO3)2·3H2O lässt sich auch durch CuSO4·5H2O ersetzen erlösung bestimmen. (mit denselben Mengen) oder durch wasserfreies CuSO4 (in diesem Fall etwa 3,3 g, 6,6 g und 10 g verwenden). ͕͕ ABB.2 Beziehung zwischen dem H-Wert (°) und der 17 Kupfermasse (g). Die blauen Punkte sind die drei Punkte 3 | 1 | 3 Teil C: Die Schüler messen jeweils den H-Wert mit auf der Skala. Der rote Punkt ist die unbekannte Kupfer- dem Smartphone lösung. Den Kolben auf weißes Papier stellen und weißes Papier als 220 Hintergrund verwenden. Am Boden des Kolbens dessen ge- 4.01 ; 217 naue Position mit Linien markieren. Das Smartphone fest auf 215

dem Tisch installieren, so dass der Fokus der Kamera auf den 2.73 ; 210 größeren Teil des Kolbens gerichtet ist (der Sichtwinkel ist 210 Mesures avec un Smartphone horizontal). FRANCE 205 2.00 ; 202 nj͕ ABB.1 Schüler messen den H-Wert mit dem 200 Smartphone 1.34 ; 197

195 Color Grab (Android) 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 4.50 3 | 2 Protokoll für den Mathematikunterricht Der Lehrer muss die vier Lösungen im Voraus herstellen und die entsprechende Masse reinen Kupfers auf die Kolben schreiben. Er bereitet die Ausrüstung vor, die die Schüler p wahrscheinlich brauchen oder anfordern werden, um einen objektiven Test durchführen zu können. C ! 1. Die App installieren und die beste Art der Farbmessung austesten. Man sollte wissen, wie man die Messung un- terbricht und wie man den Blitz einsetzt. ! 2. Die drei Kolben enthalten verschiedene Massen Kupfer, diese stehen auf dem Etikett. Die Aufgabe besteht darin, m die H-Werte der Lösungen in den drei Kolben zu messen und ein Diagramm zu erstellen (siehe oben). Festzuhalten ist das Verhältnis zwischen dem H-Wert und der Kupfer- masse. Je mehr Kupfer, desto dunkler die Lösung. ! 3. Eine andere Gruppe (oder der Lehrer) stellt einen Kolben mit einer unbekannten Masse Kupfer bereit. ! 4. Messung des H-Werts der vierten Lösung mit genau derselben Methode wie zuvor. Mit Hilfe des Diagramms sollte die Kupfermasse im Kolben bestimmt werden können. Der Abstand zwischen dem Hintergrund und dem Kolben be- Vträgt etwa 4 cm, und zwischen Smartphone und Kolben etwa 3 | 3 Ofenes Protokoll 14 cm. Den H-Wert einfach (im HSV- oder HSL-Farbmodus) in Der Lehrer bittet die Schüler, die App zu installieren, zeigt ih- V o der App ablesen und notieren. Dies an allen Kolben wiederholen. nen, wie sie verwendet wird und bittet sie, einen objektiven C mwww.scienceonstage.fr∑THEy EUROPEAN NETWORK FOR SCIENCE TEACHERS Faire un graphique : déterminer la concentration Cm p FRANCE V oV C mwww.scienceonstage.fr∑THEy EUROPEAN NETWORK FOR SCIENCE TEACHERS Expérimenter avec d’autres solutions Cm p FRANCE V oV C mwww.scienceonstage.fr∑THEy EUROPEAN NETWORK FOR SCIENCE TEACHERS Mesure du champ magnétique : FRANCE Pendule avecp aimant C 2 l Tg$ T ==2 $ r mdonc l 2 V g o4 $ r V Aimant sur boucle métallique C mwww.scienceonstage.fr∑THEy EUROPEAN NETWORK FOR SCIENCE TEACHERS Mesurer la pression : variation avec l’altitude p FRANCE C Physic Toolbox m (Android)

Le capteur de pression du smartphone (lorsqu’il est disponible) V Est assez sensible pour montrer la ovariation de pression avec l’altitude sur une hauteur V d’homme ! C mwww.scienceonstage.fr∑THEy EUROPEAN NETWORK FOR SCIENCE TEACHERS Mesure avec la pression : Mesurer une taille ! C p FRANCE Height and Pressure mMeasurement (Android) Mesure de la taille d’une V personneres A partir de la différence de pression entreo le sol et le haut de la tête ! V Introduction à l’incertitude de mesure et à l’obligation de faire une série de mesures en science. C mwww.scienceonstage.fr∑THEy EUROPEAN NETWORK FOR SCIENCE TEACHERS Mesure avec la pression : Déterminer le zéro absolu ! FRANCE

Thermomètre et application Mesure de la pression et de la température dans une enceinte fermée baromètre pleine d’air (bocal). On chauffe au sèche Cord Gerken St.-Vi;-Gymnasium Zeven pcheveux. Application de la loi des gaz parfaits Cm pour déterminer le zéro absolu ! V oV

Résultat d’un test en 5 min. Introduction à l’incertitude de mesure et à l’obligation de faire une série de mesures enC science. mwww.scienceonstage.fr∑THEy EUROPEAN NETWORK FOR SCIENCE TEACHERS Travail sur le son : FRANCE Analyse du spectre sonore

(fr − fe) Vson Effet Dopplerp v = C fr mSpectre d’un instrument V oEFFET DOPPLERV AVEC SPECTROID C mwww.scienceonstage.fr∑THEy EUROPEAN NETWORK FOR SCIENCE TEACHERS Exemple : FRANCE Fondamentale et Harmonique d’une guitare

Note corde Notation anglo- p Corde Fréquence Cà vide saxonne 1 Mi aigu E ou e 329,6 Hz 2 Si mB 246,88 Hz 3 Sol G 196 Hz 4 Ré D 146,79 Hz V 5 La A 110 Hz V6 Mi grave E o82,4 Hz C mwww.scienceonstage.fr∑THEy EUROPEAN NETWORK FOR SCIENCE TEACHERS Mécanique dans un manège rotatif p FRANCE CMise en place • Choisir la directionm radiale. • Mesurer la distance entre les smartphones et le centre. V • Bien orienter les o Vsmartphones. C mwww.scienceonstage.fr∑THEy EUROPEAN NETWORK FOR SCIENCE TEACHERS Acceleration : direction z Cm p FRANCE V oV C mwww.scienceonstage.fr∑THEy EUROPEAN NETWORK FOR SCIENCE TEACHERS Graphique acceleration vs rayon - à la main FRANCE

Distance R Distance Acceleration p from the from the edge direction y Ccenter

m2 3,6 m 0 m 0,80 ± 0,05 m/s

3,10 m 0,50 m 0,70 ± 0,05 m/s2

2,60 m 1,00 m 0,60 ± 0,05 m/s2 V 2,10 m 1,50 m 0,50 ± 0,05 m/s2 o V1,6 m 2,00 m 0,35 ± 0,05 m/s2 1,1 m 2,50 m 0,25 ± 0,05 m/s2 C mwww.scienceonstage.fr∑THEy EUROPEAN NETWORK FOR SCIENCE TEACHERS Application au Ferris Wheel (Italie) FRANCE

Mesure du changement de Cm ppression atmosphérique Smartphone avec capteur baromètre, Sur la grande roue VFerris Wheel (Eurowheel) à Mirabilandia (près de V oRavenne - Italie). C mwww.scienceonstage.fr∑THEy EUROPEAN NETWORK FOR SCIENCE TEACHERS Ferris Wheel C p FRANCE mModélisation de la forme de la courbe de variation de pression avec une fonction mathématique : V V oy = c.cos(ax+b) + d. C mwww.scienceonstage.fr∑THEy EUROPEAN NETWORK FOR SCIENCE TEACHERS Utiliser le smartphone comme microscope : p FRANCE Cmhttp://www.microphonelens.com V oV C mwww.scienceonstage.fr∑THEy EUROPEAN NETWORK FOR SCIENCE TEACHERS FRANCE CÀ VOUS DE JOUER ! p Ateliers tournantsm : Colorimètre Pendule V V Mesure du zéroo absolu Effet doppler et son

Accéléromètre 20 minutes par atelier environ. Séparez vous en 5 groupes.C mwww.scienceonstage.fr∑THEy EUROPEAN NETWORK FOR SCIENCE TEACHERS Un microcontrôleur ?

• Un petit ordinateur • Avec des connecteurs d’entrée et de sortie • De la mémoire pour les programmes et les données • Alimenté par batterie

ProgrammierenCodage et Smartphones im MINT-Unterricht – J.L.Richter für Anfänger – J.L.Richter Que faire avec ?

• Systèmes électroniques autonomes • Robots • Instruments de mesure scientifique • …

ProgrammierenCodage et Smartphones im MINT-Unterricht – J.L.Richter für Anfänger – J.L.Richter Super! Que faut-il acheter ?

• Arduino Uno • environ 35 € en kit • Les branchements sont parfois compliqués • Il n’y a aucun senseur de base

• Calliope Mini • Environ 35 € • Très simple à aborder • Possède des capteurs, le bluetooth, un affichage 5x5…

ProgrammierenCodage et Smartphones im MINT-Unterricht – J.L.Richter für Anfänger – J.L.Richter Calliopé Mini pour les débutants ?

• Les capteurs de base sont déjà inclus (Température, Tension, accéléromètre…), boutons, haut-parleur, afficheur… • Peut être programmé en plusieurs langages. • Marche sur tous les systèmes (également iPad par Bluetooth). • Peut être étendu à d’autres capteurs, moteurs… par prise grove. • Compatible Swift Playground, iOS et Image calliope.cc Android

ProgrammierenCodage et Smartphones im MINT-Unterricht – J.L.Richter für Anfänger – J.L.Richter Calliopé Mini aussi au lycée ?

• Basé sur Micro:bit, le Calliope Mini peut aussi être programmé en Python (au lycée par exemple) • Il y a même un éditeur en ligne : https://python.microbit.org/

ProgrammierenCodage et Smartphones im MINT-Unterricht – J.L.Richter für Anfänger – J.L.Richter Programmer c’est quoi ? Comment fait-on ?

Entrée Traitement Sortie

• Programmer c’est donner des ordres à un ordinateur. • Les entrées sont traitées pour produire une sortie. • On utilise un « langage » pour donner des ordres à l’ordinateur/ microcontrôleur.

ProgrammierenCodage et Smartphones im MINT-Unterricht – J.L.Richter für Anfänger – J.L.Richter Par quoi commencer ?

• Connecter Calliope Mini avec le cable USB. calliope.cc • Se rendre sur la page Calliope Makecode du site calliope.cc et créer un programme. microblocks.fun • Télécharger le programme et le copier sur le Calliope Mini. • Microblocks : Laisser le programme reconnaitre le Calliope Mini et y installer la machine virtuelle.

ProgrammierenCodage et Smartphones im MINT-Unterricht – J.L.Richter für Anfänger – J.L.Richter Faire simple avec Snap!

• MicroBlocks utilise le langage Snap! • Les programmes sont construits avec des blocks (comme dans Scratch). • Les blocks sont connectés les uns aux autres. • Des morceaux de programme peuvent être conservés comme fonction.

ProgrammierenCodage et Smartphones im MINT-Unterricht – J.L.Richter für Anfänger – J.L.Richter Structurer les programmes

• L’ordinateur/ le microcontrôleur ne pensent pas tout seuls !! • Toutes les éventualités doivent être prévues à l’avance. • C’est un très bon exercice pour travailler la logique. Karim Madjer - sweetrandomscience.blogspot.com ProgrammierenCodage et Smartphones im MINT-Unterricht – J.L.Richter für Anfänger – J.L.Richter Pilotage (Control)

• Dans Snap! Les programmes commencent par une commande « au début » (au démarrage). • Pour choisir entre deux (ou plus) possibilités, on utilise (si..sinon..). • Avec les commandes Control on peut relancer un programme.

ProgrammierenCodage et Smartphones im MINT-Unterricht – J.L.Richter für Anfänger – J.L.Richter Variables (Variables) et Mathématiques

• Quand on veut conserver des informations, on utilise des variables. • Il est très simple de créer de nouvelles variables et d’utiliser leur nom là où on en a besoin. • Avec des variables on peut effectuer des calculs (avec les outils « Math »).

ProgrammierenCodage et Smartphones im MINT-Unterricht – J.L.Richter für Anfänger – J.L.Richter Entrées/Sorties

• Plusieurs onglets donnent accès aux entrées et sorties du Calliope Mini. • Le bouton Libraries+ permet de charger des programmes supplémentaires pour accéder à d’autres capteurs.

ProgrammierenCodage et Smartphones im MINT-Unterricht – J.L.Richter für Anfänger – J.L.Richter Enregistrer un programme

• MicroBlocks enregistre automatiquement le programme en temps réel sur le Calliope mini. • Quand le programme fonctionne, il suffit de déconnecter le Calliope Mini de l’ordinateur pour qu’il fonctionne en autonomie avec le boîtier pile fourni.

ProgrammierenCodage et Smartphones im MINT-Unterricht – J.L.Richter für Anfänger – J.L.Richter Un petit exemple

Lire la Quand je température et Afficher la presse le la conserver température bouton A dans « t »

• (Control): quand le bouton A est pressé. • Variable: Temperature copiée dans «t». • Afficher «t» sur l’afficheur 5x5. • Afficher l’unité.

ProgrammierenCodage et Smartphones im MINT-Unterricht – J.L.Richter für Anfänger – J.L.Richter Et ensuite ?

• Programmer avec Makecode pour davantage de possibilités et pour passer à un autre langage : Javascript. • Commencer avec des programmes simples avant de complexifier progressivement. • Reprendre les nombreux exemples du site calliope.cc et les améliorer. • Utiliser d’autres capteurs, des moteurs.…

makecode.calliope.cc dpunkt.de/calliope

ProgrammierenCodage et Smartphones im MINT-Unterricht – J.L.Richter für Anfänger – J.L.Richter Aller plus loin

Combiner Codage et Smartphones Avec AppInventor et une connexion Bluetooth vers un microcontrôleur

ProgrammierenCodage et Smartphones im MINT-Unterricht – J.L.Richter für Anfänger – J.L.Richter Bilan Cm p FRANCE Des questions ? Des remarqueso ? V V Des idées à partager ? C mwww.scienceonstage.fr∑THEy EUROPEAN NETWORK FOR SCIENCE TEACHERS Vous pouvez participer à Science on Stage France FRANCE Le concept vous plait ? CVous voulez partager avec des collèguesp de toute l’Europe ? Rejoignez-nous,m soutenez-nous, devenez membre V www.scienceonstage.froV C mwww.scienceonstage.fr∑THEy EUROPEAN NETWORK FOR SCIENCE TEACHERS Merci pour votre attention! C p FRANCE Suivez notre newsletter: www.science-on-stage.eu/newsletterm

www.scienceonstage.fr facebook.com/ScienceOnStageEurope V twitter.com/ScienceOnStage [email protected] V o Science on Stage Europe Am Borsigturm 15, 13507 Berlin, Germany C mwww.scienceonstage.fr∑THEy EUROPEAN NETWORK FOR SCIENCE TEACHERS Présentation par C p FRANCE Jean-Luc mRichter Vice-President Science on Stage France Backstage Team Science on Stage Germany V [email protected] V o C Illustrations : si non précisé, cc Science on Stage Europe mwww.scienceonstage.fr∑THEy EUROPEAN NETWORK FOR SCIENCE TEACHERS