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Physique et Chimie

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Sommaire

Mesurer des distances

Relié à une carte Arduino, le capteur émetteur-récepteur à ultrasons HC-SR04 mesure la durée de propagation aller-retour d’un signal ultrasonore (40 kHz) entre le capteur et un obstacle.
En ajoutant un buzzer et des DEL, le professeur et l’élève peuvent concevoir et réaliser des dispositifs pour mesurer d’autres grandeurs physiques (distances, vitesses) et modéliser ainsi des situations de la vie courante afin de travailler la partie du programme du cycle 4 « Signal et information ».
De manière naturelle, trois compétences des sciences expérimentales sont également travaillées :

  • Pratiquer des démarches scientifiques
  • Concevoir, créer, réaliser
  • Mobiliser des outils numériques
    Dans le scénario proposé (TP1 réalisé en 2018 dans le cadre d’un EPI), les élèves s’approprient une maquette pédagogique (Partie 1) puis ils programment Arduino dans la maquette (Partie 2).
    L’objectif principal est de programmer un système de mesures de distances type « radar de recul d’une voiture ».

 Les exemples de scénario :


TP 1 : Mesures de distances (voir PJ)

Dans une première partie, l’élève doit s’approprier une maquette numérique qui émet des signaux lumineux et sonores différents selon que la distance qui la sépare d’un obstacle et supérieure ou inférieure à un mètre. La maquette mesure cette distance grâce à un capteur émetteur-récepteur à ultrasons relié à une carte Arduino.
Dans la deuxième partie, l’élève doit programmer cette maquette avec le logiciel mBlock pour repérer la distance qui sépare la maquette à un obstacle grâce à des signaux d’alertes lumineux et sonores.

TP 2 : Détermination de la vitesse des ultrasons dans l’air (voir PJ)
La 1ère partie est identique à celle du scénario précédent.
Dans la deuxième partie, l’élève doit exploiter cette maquette (qui mesure et affiche la durée de parcours du signal ultrasonore) afin de déterminer la vitesse de propagation des ultrasons dans l’air.

 Niveau :

Cycle 4 (4ème et/ou 3ème)

  Les objectifs :

  • Comprendre que l’utilisation du son et de la lumière permet d’émettre, de transporter un signal donc une information.
  • Relier la distance parcourue par un son à la durée de propagation.

 Compétences travaillées :

  • Pratiquer des démarches scientifiques
  • Concevoir, créer, réaliser
  • Mobiliser des outils numériques

  Contexte pédagogique :

TP 1 : Mesures de distances (voir PJ)
Cette activité s’inscrit dans le cadre d’un EPI « son et lumière » avec l’enseignement de technologie.
Pré-requis nécessaire à cette séance : connaître les bases de la programmation avec mBlock et savoir téléverser un programme dans Arduino.

TP 2 : Détermination de la vitesse des ultrasons dans l’air (voir PJ)
Cette séance de TP se situe après avoir travaillé la rédaction d’une tâche complexe (activité documentaire) qui a pour but d’expliquer comment on détermine la distance entre la Terre et la Lune. Notons qu’à ce stade, les élèves sont déjà un peu familiers avec les maquettes utilisant Arduino puisqu’ils ont déjà réalisé un TP qui consiste à déterminer la vitesse d’une bille à l’aide de cette carte d’acquisition exploitant des signaux lumineux pour déterminer des durées.
Cette activité est prévue pour être réalisée sur deux heures de travail en classe. La première partie du scénario (appropriation et proposition de TP) est travaillée en classe entière. La deuxième partie (réalisation des mesures et exploitation) est travaillée en binômes ou trinômes (en fonction du nombre de maquettes disponibles).

  Les outils ou fonctionnalités utilisées :

Une maquette pédagogique PB100 (voir Fiche prof) par groupe (binômes ou trinômes) alimentée par une pile suffit pour le scénario n°2.
Pour le 1er scénario, il faut en plus un ordinateur avec les logiciels Arduino et mBlock installés (Internet n’est pas nécessaire) car dans ce cas, l’élève réalise un programme (avec mBlock) et le téléverse dans Arduino pour le tester.

 Les apports :

Pour l’enseignant : développer ses compétences numériques.
Pour l’élève : développer ses compétences disciplinaires et transversales.

  Les freins :

Difficultés liées à un manque de maîtrise des outils numériques par l’enseignant.

  Les pistes :

L’enseignant peut s’auto-former à la programmation avec Arduino d’objets pédagogiques pour la physique et la chimie.
Les élèves connaissent déjà souvent Arduino et mBlock dans les classes inférieures (6ème, 5ème) en technologie.

Mise à jour : 21 avril 2018