Sciences et sports : bilan du projet par les élèves 1re STI2D Énergie Environnement

, par  Bertrand Charier

Le thème Sciences et Sport a constitué notre fil rouge durant cette année scolaire et s’est terminé par l’organsiation de l’atelier « Sauter pour ELA » réalisé lors de la manifestation « Mets tes baskets et bats la maladie » du jeudi 23 avril. La mallette pédagogique, prêtée par le CRITT SL de Châtellerault, comprend deux applications : une application mesurant l’effort vertical lors d’un saut ou d’un pas et une application de « motion capture » permettant de filmer et d’analyser selon un modèle pré-établi un mouvement. C’est cette dernière application que nous avons mise en oeuvre dans une démarche de projet.
Les élèves livrent ici leur retour d’expérience sur cette manifestation.
L’ensemble est complété par une description des intentions pédagogiques.

 Intentions pédagogiques de l’enseignant

Les activités autour du thème Sciences et Sports nous ont permis de découvrir les appareils de la salle de musculation au sein même du lycée selon un regard de scientifique. La description des mouvements, la description des équipements et des différentes pièces constitutives d’un vélo élliptique nous ont permis d’aborder différents langages de description dont le formaliste SysML usité en STI2D.

La visite des laboratoires du CRITT Sports et Loisirs de Châtellerault a été l’occasion de découvrir les installations et les différents métiers de technicien et d’ingénieur d’essais. Monsieur Leplanquais, directeur du site, nous a expliqué l’importance des normes et les moyens de vérifier la conformité des équipements testés : vélos, casques et blousons de moto, gilets de sauvetage... Le haut degré d’intégration des technologies sur les bancs d’essais a impressionné les élèves par les compétences multiples que l’ingénieur doit maitriser dans leur conception : structure mécanique, contrôle commande des actionneurs, instrumentation et mesure des performances, communication web des applications afin de suivre à distance le déroulé des tests...

La préparation de l’usage de la mallette CRITT s’est effectuée lors de la visite du laboratoire de recherche Robioss (Robotique, Biomécanique, Sports et Santé) de l’Université de Poitiers. Le professeur Lacouture nous a présenté les thèmes de recherche appliquée et les équipements qui permettent la mesure du mouvement, le mesure de l’effort et les aspects énergétiques liés à l’effort du sportif. Le laboratoire Robioss travaille autant sur la santé avec le développement de prototype d’exo-squelettes, de main articulée que sur la performance du sportif et de son équipement avec des vélos instrumentés (pédale enregistreuse de l’effort par exemple).
Cette visite s’est terminée par une présentation du saut en longueur et de l’analyse scientifique du geste permis par les équipement de la mallette : une caméra et un logiciel (ANAÏS Évolution). Ce matériel d’expérimentation permet à la fois l’enregistrement vidéo d’un saut et sa caractérisation par un modèle du corps humain (ici, nous avons utilisé le modèle 7 segments).

Enfin, la préparation de l’atelier « Sauter pour ELA » a été l’occasion de confronter les élèves à une démarche de projet. Les attentes étaient multiples : la planification, l’organisation coopérative et collaborative, la découverte d’un dispositif de collecte de données (mallette CRITT), sa prise en main et son paramétrage, l’utilisation d’un modèle scientifique (modèle du corps humain), l’approche biomécanique du mouvement et l’extraction de données avec un tableur.

Nous avons mis en oeuvre une démarche dite de « Process Design » qui favorise la prise d’initiative et l’autonomie des élèves en leur donnant la possibilité de remettre en cause le cahier des charges (Design Brief) original. Il ne s’agit pas de dégrader les attendus de production du projet mais d’en appréhender les difficultés et d’estimer les actions réalisables et celles qui, dans le contexte proposé (temps, matériel, ressources humaines...) n’auront que très peu de chance d’aboutir. Cette liberté amène les élèves à une argumentation constante, à une discussion sur les enjeux, sur les moyens et sur les parcours à emprunter pour mener à terme les tâches constitutives du projet.

La conduite du projet nous a confronter à des travaux collaboratifs où l’ensemble de l’équipe maitrise le process et les résultats de l’organisation choisie. Les modalités coopératives se sont imposées sur la fin du projet pour la phase de réalisation de l’atelier « Sauter pour Ela ».

De nombreuses compétences liées à l’usage de l’outil numérique, que ce soit les ordinateurs du lycée ou les équipements personnels des élèves (BYOD), ont été abordées. Certains ont découvert les possibilités de leur propre équipement lors de ce projet comme le pilotage du drone par smartphone, la fonction dictaphone et le partage des données recueillies sur des espaces externalisés (clouds).

L’ensemble de ces objectifs ont été atteints avec plus ou moins de réussite dans la maitrise de l’autonomie selon les thèmes. Par exemple, si la découverte du système complexe de la caméra et de son logiciel de calibrage, capture et analyse n’a pas posé de grandes difficultés, l’analyse et les interprétations des trajectoires du centre de gravité ou de la hanche par exemple n’ont pas été conduites avec l’autonomie visée. Il faut cependant souligner la très grande implication de la plupart des élèves avec un engagement actif dans les tâches qu’ils se sont eux-mêmes assignées remarquable.

Enfin, les apprentissages des élèves couvrent de nombreux domaines : mécanique, biomécanique, informatique, technologie, expression et communication, planification, organisation d’équipe...
L’ensemble de ces notions a été abordé de manière très naturelle par le besoin, par la nécessité inhérente à la pédagogie de projet et à son thème. La plupart des concepts étaient déjà connus des élèves avec une représentation événementielle à partir d’un exemple observé ou vécu.
Notre travail a consisté à la formalisation du phénomène, à en décrire les contours et les principales caractéristiques. Le but est de permettre aux élèves de structurer leurs connaissances et d’élargir leur domaine de validité. Les domaines visités étant très nombreux, il n’était pas envisageable de les approfondir tous pour viser une maitrise complète de leur mobilisation et de leur application. Nous nous sommes appliqué à, toujours et systématiquement, nommer les objets d’apprentissage selon 3 axes essentiels :

  • leur nom scientifique et technique. La connaissance d’un vocabulaire adapté autorise l’élève découvrir de nouvelles caractéristiques, de nouvelles applications et à partager avec la communauté scientifique. Ce vocabulaire rend également plus perméable les frontières du domaine de validité de la connaissance de l’élève ; il acquière le moyen de l’étendre et renforce ainsi son autonomie dans les apprentissages ;
  • leurs caractéristiques et leurs propriétés. Il s’agit ici de solidifier et d’étayer les connaissances initiales par une description précise des propriétés d’une notion ; par exemple, nous avons travaillé sur la mécanique newtonienne et défini les relations entre les grandeurs position (celle que nous évaluons avec ANAÏS à partir d’une mesure vidéo) et la vitesse (que nous calculons à partir de la mesure des positions successives). Chacune des grandeurs a une signification particulière mais l’une est mesurée et l’autre est intégrée, issue de la première. Cette différence de nature de l’information extraite d’une expérimentation est essentielle pour le scientifique ;
  • leurs contextes d’usage. La mobilisation des connaissances nécessite leur structuration contextualisée et l’exemple est souvent la première illustration qui vient pour expliquer une notion, un phénomène.

L’évaluation des élèves s’est déroulée tout au long du projet. Il n’y a jamais eu de « moment » d’évaluation. Nous avons travaillé ensemble durant les six semaines (environ 40h) de la durée du projet et l’observation de leur vocabulaire, de leur implication et de leur évolution dans la conduite des tâches que l’équipe s’assignait m’a permis de dresser une réponse aux attentes d’apprentissage sur les champs évoqués ci-dessus.