Build Your Own Dynamometer
2020
Québec schools shut down suddenly in March 2020 due to the Covid-19 pandemic. As teacher of science and technology, this left me with the question of how to give my students hands-on, practical activities that would allow them to consolidate their theoretical learning as well as give them an appreciation for the actual practice of science. I had to find a way for students to perform their own experiments.
In my Sec. V physics class, my students were learning about dynamics. Since a dynamometer is simply a spring whose stretch has been measured and calibrated, I asked students to find a spring that they could use to build their own dynamometer as a prelude to an experiment measuring frictional forces.
Scientists often have to cobble together or create their own instruments in order to break new scientific ground. My students had to tread this same path. Some had to start over because their spring became permanently deformed after being subjected to too large a force. Some students questioned the accuracy of their dynamometers, which led naturally into a discussion of reproducibility and sources of error. This assignment allowed students to see that choosing the appropriate tools and using them correctly can be determinant in an experiment’s success or failure.
In the initial form of this assignment, I suggested that students use either a spring or an elastic band to create their dynamometer. I assumed that an elastic would deviate somewhat from Hooke’s Law, but that the deviation would be minimal. My students and I discovered that the deviation was significant (the calibration curves produced were noticeably non-linear). In the future, I would alter the assignment to only use springs. This assignment was born out of necessity in the context of remote learning, but I will also use this assignment in a classroom setting because it provides a starting point for rich discussions about instrumentation, reproducibility, experimental design, and the practice of scientific experimentation in general.
Québec schools shut down suddenly in March 2020 due to the Covid-19 pandemic. As teacher of science and technology, this left me with the question of how to give my students hands-on, practical activities that would allow them to consolidate their theoretical learning as well as give them an appreciation for the actual practice of science. I had to find a way for students to perform their own experiments.
In my Sec. V physics class, my students were learning about dynamics. Since a dynamometer is simply a spring whose stretch has been measured and calibrated, I asked students to find a spring that they could use to build their own dynamometer as a prelude to an experiment measuring frictional forces.
Scientists often have to cobble together or create their own instruments in order to break new scientific ground. My students had to tread this same path. Some had to start over because their spring became permanently deformed after being subjected to too large a force. Some students questioned the accuracy of their dynamometers, which led naturally into a discussion of reproducibility and sources of error. This assignment allowed students to see that choosing the appropriate tools and using them correctly can be determinant in an experiment’s success or failure.
In the initial form of this assignment, I suggested that students use either a spring or an elastic band to create their dynamometer. I assumed that an elastic would deviate somewhat from Hooke’s Law, but that the deviation would be minimal. My students and I discovered that the deviation was significant (the calibration curves produced were noticeably non-linear). In the future, I would alter the assignment to only use springs. This assignment was born out of necessity in the context of remote learning, but I will also use this assignment in a classroom setting because it provides a starting point for rich discussions about instrumentation, reproducibility, experimental design, and the practice of scientific experimentation in general.
BYOD Build Your Own Dynamometer | |
File Size: | 7084 kb |
File Type: |
Cardboard Contraptions
November 2016
Another project inspired by the tinkering philosophy described below, again involving cardboard as a cheap and plentiful building material. In this case, students were asked to build automata that moved using a cam and follower mechanism. The type of movement and the details of the mechanism were left up to the students to decide. This activity was adapted from The Exploratorium.
Due to unforeseen circumstances, I was present for the beginning but not the end of the project, although later feedback was generally positive from both students and the laboratory technician who helped me put together the project.
Another project inspired by the tinkering philosophy described below, again involving cardboard as a cheap and plentiful building material. In this case, students were asked to build automata that moved using a cam and follower mechanism. The type of movement and the details of the mechanism were left up to the students to decide. This activity was adapted from The Exploratorium.
Due to unforeseen circumstances, I was present for the beginning but not the end of the project, although later feedback was generally positive from both students and the laboratory technician who helped me put together the project.
Contraptions 2016 | |
File Size: | 540 kb |
File Type: |
2020
Prior to the Covid-19 school shutdown, I had already planned to use the contraptions project in my technology unit at the end of the school year in my Sec. II science and technology class. I adapted the project so that it could be completed as remote learning, as well as incorporating suggestions and improvements from other teachers with whom I had shared the project since 2016.
One way in which I had to adapt the assignment was to create a video guide covering the assignment and evaluation criteria as opposed to presenting it “in person.” I believe that this video, in addition to the assignment document, is useful for students who are less confident readers or who need extra reassurance that they’re “doing it right.” I used video capsules often during the school shutdown as a way of making my communications with students feel more personal, as they could hear and see me instead of simply reading a document.
I always encourage students to use recyclable and recycled materials for class projects, but I especially wanted to reinforce this idea because I would be unable to supply materials to students in class and I did not want any students to feel that costly supplies would limit their participation in this project.
Finally, I would normally have had students present their work to me in person in a workshop or “walk-through” setting, but instead I had students prepare a short video showing me their contraption, how it worked, and reflecting on their process and what they would improve if given the opportunity. I believe this led to deeper reflections as students could work and rework their video until they were satisfied with their submission.
Prior to the Covid-19 school shutdown, I had already planned to use the contraptions project in my technology unit at the end of the school year in my Sec. II science and technology class. I adapted the project so that it could be completed as remote learning, as well as incorporating suggestions and improvements from other teachers with whom I had shared the project since 2016.
One way in which I had to adapt the assignment was to create a video guide covering the assignment and evaluation criteria as opposed to presenting it “in person.” I believe that this video, in addition to the assignment document, is useful for students who are less confident readers or who need extra reassurance that they’re “doing it right.” I used video capsules often during the school shutdown as a way of making my communications with students feel more personal, as they could hear and see me instead of simply reading a document.
I always encourage students to use recyclable and recycled materials for class projects, but I especially wanted to reinforce this idea because I would be unable to supply materials to students in class and I did not want any students to feel that costly supplies would limit their participation in this project.
Finally, I would normally have had students present their work to me in person in a workshop or “walk-through” setting, but instead I had students prepare a short video showing me their contraption, how it worked, and reflecting on their process and what they would improve if given the opportunity. I believe this led to deeper reflections as students could work and rework their video until they were satisfied with their submission.
Contraptions 2020 | |
File Size: | 220 kb |
File Type: |
3D Printed Soda Nozzles
2018-2019
With access to several 3D printers in the context of an educational technology course for sec. 3 students, I was able to imagine a project that combined science, technology, design thinking, creativity, and the possibility of getting very wet! Students were asked to design a unique soda bottle cap & nozzle that would allow for the jet of soda created by the "Diet Coke & Mentos" reaction to achieve new heights. Students could iterate on their design until it functioned as they had imagined. At the end of the semester, students were invited to test their creation - outside, of course! Watch the video below.
This project required students to use 3D design software (Tinkercad) and 3D printing software (Cura), in addition to requiring them to use specific measurements and geometry to respect the design constraints.
With access to several 3D printers in the context of an educational technology course for sec. 3 students, I was able to imagine a project that combined science, technology, design thinking, creativity, and the possibility of getting very wet! Students were asked to design a unique soda bottle cap & nozzle that would allow for the jet of soda created by the "Diet Coke & Mentos" reaction to achieve new heights. Students could iterate on their design until it functioned as they had imagined. At the end of the semester, students were invited to test their creation - outside, of course! Watch the video below.
This project required students to use 3D design software (Tinkercad) and 3D printing software (Cura), in addition to requiring them to use specific measurements and geometry to respect the design constraints.
3D Printed Soda Nozzle Assignment | |
File Size: | 107 kb |
File Type: |
Le « tinkering » et des machines hydrauliques
Mars 2015
Inspiré par la philosophie de « tinkering », qui veut donner de l'ouverture, de la spontanéité et de l'autonomie à ceux qui construisent, j'ai planifié une activité d'apprentissage en technologie pour mes élèves en ATS, 3e secondaire. Ils avaient à bâtir un objet technologique qui bougeait grâce à un mécanisme hydraulique ou pneumatique. Pour travailler rapidement, je n'ai donné à mes élèves, à part deux seringues et un tuyau, que du carton et du ruban adhésif comme matériaux de construction. Puisque les matériaux étaient abondants, pas chers et faciles à travailler, les élèves étaient capables de reconstruire plusieurs fois des pièces ou même leur machine entière s'ils ne l'aimaient pas. Le prototypage rapide et le processus itératif correspondent bien à la démarche de conception technologique, mais ils sont parfois difficiles à pratiquer dans des projets plus planifiés et minutieux.
Les questions à courtes réponses posées dans ce travail ont pour but d'aider les élèves à comprendre les concepts scientifiques liés aux fluides et aux mécanismes les utilisant. Les questions de réflexion aident les élèves à prendre conscience de leur façon de concevoir et construire un objet technologique en équipe, donc à faire de la métacognition.
Les quatre éléments observés dans la grille d'évaluation sont pondérés également, afin de ne pas donner trop d'importance au produit final au détriment du processus. Un des travaux les plus forts a reçu une bonne note même si l'objet produit par l'équipe ne fonctionnait pas comme souhaité.
Construire un mécanisme de leur choix a permis à chaque élève de se sentir en contrôle d’au moins une partie de l’activité. Décorer les constructions a permis aux élèves moins attirés par les sciences de vivre une expérience amusante et créative dans une classe qu’ils trouvaient normalement moins intéressante.
J'ai planifié une période et demie pour le projet avec une dernière demi-période pour démontrer les machines à la classe. Mes élèves se sont tellement embarqués dans le projet qu'ils demandaient du temps extra pour parfaire leurs machines. Même les élèves qui n'ont pas réussi à faire une machine qui bougeait « comme il faut » ont fini le projet souriants.
Inspiré par la philosophie de « tinkering », qui veut donner de l'ouverture, de la spontanéité et de l'autonomie à ceux qui construisent, j'ai planifié une activité d'apprentissage en technologie pour mes élèves en ATS, 3e secondaire. Ils avaient à bâtir un objet technologique qui bougeait grâce à un mécanisme hydraulique ou pneumatique. Pour travailler rapidement, je n'ai donné à mes élèves, à part deux seringues et un tuyau, que du carton et du ruban adhésif comme matériaux de construction. Puisque les matériaux étaient abondants, pas chers et faciles à travailler, les élèves étaient capables de reconstruire plusieurs fois des pièces ou même leur machine entière s'ils ne l'aimaient pas. Le prototypage rapide et le processus itératif correspondent bien à la démarche de conception technologique, mais ils sont parfois difficiles à pratiquer dans des projets plus planifiés et minutieux.
Les questions à courtes réponses posées dans ce travail ont pour but d'aider les élèves à comprendre les concepts scientifiques liés aux fluides et aux mécanismes les utilisant. Les questions de réflexion aident les élèves à prendre conscience de leur façon de concevoir et construire un objet technologique en équipe, donc à faire de la métacognition.
Les quatre éléments observés dans la grille d'évaluation sont pondérés également, afin de ne pas donner trop d'importance au produit final au détriment du processus. Un des travaux les plus forts a reçu une bonne note même si l'objet produit par l'équipe ne fonctionnait pas comme souhaité.
Construire un mécanisme de leur choix a permis à chaque élève de se sentir en contrôle d’au moins une partie de l’activité. Décorer les constructions a permis aux élèves moins attirés par les sciences de vivre une expérience amusante et créative dans une classe qu’ils trouvaient normalement moins intéressante.
J'ai planifié une période et demie pour le projet avec une dernière demi-période pour démontrer les machines à la classe. Mes élèves se sont tellement embarqués dans le projet qu'ils demandaient du temps extra pour parfaire leurs machines. Même les élèves qui n'ont pas réussi à faire une machine qui bougeait « comme il faut » ont fini le projet souriants.
Machines hydrauliques - document des élèves | |
File Size: | 41 kb |
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Au boulot, les robots! et Qui ramasse les dégâts?
Mars 2015
J'ai réalisé la SAÉ Au boulot, les robots! dans un partenariat dans le contexte d'un cours de didactique en sciences portant sur l'apprentissage par projets. Notre SAÉ avait pour but de développer la compétence disciplinaire 1 en science et technologie, chercher de réponses ou des solutions à des problèmes d'ordre scientifique ou technologique. Elle répond aux contenus du 3e secondaire, selon la Progression des apprentissages du MELS. Elle porte sur les solutions, la concentration, les changements d'état et les propriétés physiques caractéristiques.
J’ai adapté cette SAÉ pour un groupe d'ATS, 3e secondaire, pour en faire la SAÉ Qui ramasse les dégâts? La SAÉ originale dure huit périodes et comprend un aspect de technologie et de robotique que je ne voulais pas aborder et pour lequel je n’avais pas le matériel. J’ai donc gardé la mise en situation – les élèves deviennent responsables de la gestion écologique d’un aéroport et doivent tester les rivières autour de l’aéroport pour la contamination – et les contenus disciplinaires et j’ai ajouté la production d’un texte pour travailler la communication scientifique. La SAÉ adaptée était planifiée pour quatre périodes, dont deux en laboratoire.
Une fois que nous avons mis ensemble tous les résultats du groupe, les élèves étaient capables, dans une discussion guidée, d’en tirer des conclusions quant à la présence et la source de contamination autour de l'aéroport et étaient capables de justifier ces conclusions avec les données et leurs connaissances scientifiques. Les élèves avaient aussi à écrire une lettre au maire de la ville expliquant la situation de la contamination et les tests effectués. Ce travail sur la communication scientifique était moins réussi que le travail en laboratoire ou les questions de compréhension à courte réponse, mais les résultats pour la SAÉ au complet étaient généralement bons.
J'ai réalisé la SAÉ Au boulot, les robots! dans un partenariat dans le contexte d'un cours de didactique en sciences portant sur l'apprentissage par projets. Notre SAÉ avait pour but de développer la compétence disciplinaire 1 en science et technologie, chercher de réponses ou des solutions à des problèmes d'ordre scientifique ou technologique. Elle répond aux contenus du 3e secondaire, selon la Progression des apprentissages du MELS. Elle porte sur les solutions, la concentration, les changements d'état et les propriétés physiques caractéristiques.
J’ai adapté cette SAÉ pour un groupe d'ATS, 3e secondaire, pour en faire la SAÉ Qui ramasse les dégâts? La SAÉ originale dure huit périodes et comprend un aspect de technologie et de robotique que je ne voulais pas aborder et pour lequel je n’avais pas le matériel. J’ai donc gardé la mise en situation – les élèves deviennent responsables de la gestion écologique d’un aéroport et doivent tester les rivières autour de l’aéroport pour la contamination – et les contenus disciplinaires et j’ai ajouté la production d’un texte pour travailler la communication scientifique. La SAÉ adaptée était planifiée pour quatre périodes, dont deux en laboratoire.
Une fois que nous avons mis ensemble tous les résultats du groupe, les élèves étaient capables, dans une discussion guidée, d’en tirer des conclusions quant à la présence et la source de contamination autour de l'aéroport et étaient capables de justifier ces conclusions avec les données et leurs connaissances scientifiques. Les élèves avaient aussi à écrire une lettre au maire de la ville expliquant la situation de la contamination et les tests effectués. Ce travail sur la communication scientifique était moins réussi que le travail en laboratoire ou les questions de compréhension à courte réponse, mais les résultats pour la SAÉ au complet étaient généralement bons.
Qui ramasse les dégâts? Document des élèves | |
File Size: | 1812 kb |
File Type: |
Un saut qui vaut un « Bungee! »
Mars 2015
Cette SAÉ a été préparée pour un groupe de physique, 5e secondaire. Le but de la SAÉ était de travailler la CD1 et la CD3 en physique. La SAÉ donne beaucoup d'ouverture aux élèves quant à leur façon de remplir le mandat. Mes élèves ont trouvé cette ouverture difficile, car ils préféraient avoir des étapes précises à suivre pour réaliser des travaux. J'ai pris en note leurs commentaires et j'adapterai la SAÉ pour sécuriser les élèves la prochaine fois que je l'utiliserai.
Cette SAÉ a été préparée pour un groupe de physique, 5e secondaire. Le but de la SAÉ était de travailler la CD1 et la CD3 en physique. La SAÉ donne beaucoup d'ouverture aux élèves quant à leur façon de remplir le mandat. Mes élèves ont trouvé cette ouverture difficile, car ils préféraient avoir des étapes précises à suivre pour réaliser des travaux. J'ai pris en note leurs commentaires et j'adapterai la SAÉ pour sécuriser les élèves la prochaine fois que je l'utiliserai.
Un saut qui vaut un « Bungee! » Document des élèves | |
File Size: | 3804 kb |
File Type: |