par Fabrice Mourau
| RÉSUMÉ |
| A l’aide d’une carte Arduino, les élèves assemblent un instrument de mesure de la température de l’air dans la salle de classe. Les valeurs mesurées permettront de mener une réflexion sur l’importance du protocole d’implantation de la station météo et sur la notion de précision de la mesure expérimentale. Cette activité s’inscrit dans l’enseignement de sciences au cycle 3 et vise à développer l’esprit critique de l’élève vis-à-vis des résultats de mesures expérimentales. Le séance peut-être utilisée en préambule à un enseignement portant sur les métadonnées.
Figure 1 : Ces élèves de cycle 3 ont construit leur premier instrument de mesure et lisent la température affichée, Cliché : F. Mourau (avril 2024)
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| PLACE DE L’ACTIVITÉ | |
| Niveau concerné | Cycle 3 (CM2/6ème) |
| Place dans le programme |
La Terre, une planète peuplée par des êtres vivants Partie : La Terre, une planète singulière et active |
| Place dans la démarche / séquence | Après avoir découvert les instruments de la station météorologique, les élèves sont ici amenés à comprendre comment fonctionne un instrument de mesure. La découverte des biais instrumentaux leur permettra d’acquérir une approche plus éclairée de la mesure expérimentale. |
| Mots-clés | Sciences, météorologie, station météo, TraAMs |
| OBJECTIFS PÉDAGOGIQUES | |
| Attendus de fin de cycle /Notions fondamentales mobilisées | Associer des solutions technologiques à des fonctions techniques.
Décrire les conditions de la vie terrestre. |
| Compétences travaillées ( en lien avec socle collège- celles des préambules des programmes en lycée) | .
Identifier les sous-ensembles constituant un Réaliser et exploiter des mesures |
| Compétence du cadre de référence des compétences numériques
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Traiter les données |
| MODALITÉS | |
| Durée indicative | 2 séances |
| Matériel nécessaire | En classe entière, les élèves travaillent par groupe de 2 à 3 élèves. En 1/2 groupe, ils peuvent travailler seuls. On distribue par groupe/élève un Modul’éduc portant une carte Arduino, un écran LCD, une breadboard.( Cliquer ici pour plus de détail sur Modul’éduc ),des connecteurs au format Dupont et un capteur DS18B20 monté avec un circuit imprimé (figure 2). On le trouve dans le commerce à des prix allant de 3,5 à 7€ en fonction du fournisseur.
Figure 2 : le capteur de température DS18B20 est ici monté sur un petit circuit imprimé qui intègre une résistance de tirage. On peut trouver des DS18B20 moins chers car vendus seuls ou en version étanche. Leur utilisation nécessitera cependant la création d’un circuit plus complexe pour les élèves sur la breadboard et impliquant une résistance de 4,7 kΩ. Pour gagner du temps et ne pas compliquer la séance, nous avons donc fait le choix du modèle présenté sur la figure 2. |
| Prérequis | Pour l’enseignant : préparer le nombre suffisant de Modul’éducs et de capteurs DS18B20. La liste du matériel à ranger dans la boite de chaque module est présente sur le guide de montage qui devra être imprimé en couleur et distribué aux élèves. Nous recommandons de le plastifier et de la récupérer à la fin de chaque séance.
Télécharger le guide de montage Chaque carte Arduino devra au préalable été programmée à partir du code téléchargeable ici et de ces 3 bibliothèques qui gèrent : Pour plus d’information sur le téléversement d’un programme dans la carte Arduino, cliquer ici |
| DESCRIPTION DU SCÉNARIO / ACTIVITÉ
Après une rapide remobilisation des acquis sur les instruments d’une station météorologique (cf. Météo des écoles – partie I : la station météorologique mesure les paramètres physiques de la troposphère), on annonce aux élèves que nous allons travailler un un instrument de mesure de la température. En classe entière, les élèves travaillent par groupe de 3 maximum. On distribue un Modul’éduc par groupe avec la fiche d’activité. Les élèves sont amenés en premier à travailler sur le capteur DS18B20 : quelle est sa fonction et quelle est sa précision. (Pour expliquer la précision du capteur aux élèves du premier degré, on peut faire une analogie avec le tir à l’arc sur une cible : le capteur « vise » la vraie valeur de température au centre de la cible mais peut s’en écarte de jusqu’à 0,5°C).
Figure 3 : Représenter la précision d’un capteur pour les élèves de cycle 3. On distribue ensuite la fiche de montage aux élèves, puis on les accompagne étape par étape pour réaliser le montage en commençant par l’inventaire des connecteurs rangés dans la boite. L’enseignant vérifie les montages puis autorise les groupes à alimenter leur thermomètre en connectant la prise au port USB d’un ordinateur ou d’un chargeur USB quelconque. Une fois tous les thermomètres branchés et fonctionnels, on relève les températures mesurées groupe par groupe, puis on les note dans un tableau. Les élèves sont amenés à formuler deux hypothèses pour expliquer les différences observées. Les réponses attendues sont relatives à : (1) l’implantation du capteur dans la salle et/ou la manipulation du composant avec les mains –> cause environnementale (2) la précision du DS18B20 qui est de 0,5°C –> prise en compte de la précision de l’instrument Enfin, on propose aux élèves de réfléchir à un extrait du document Météo France qui norme l’implantation des stations météorologiques (Document complet téléchargeable ici). Les attendus sont que les mesures environnementales sont par nature inexactes, leur précision dépend à la fois des biais d’instrumentation et des capacités de l’instrument utilisé.
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| GESTES TECHNIQUES ET EXEMPLES DE RÉSULTATS OBTENUS
– Réussir le montage électronique
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PISTES D’ÉVALUATION
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| CONCLUSION – OUVERTURE – ESPRIT CRITIQUE
Même s’il rencontre un grand intérêt curriculaire pour les parties technologie et physique, l’objectif principal visé par cette activité dans le cadre de l’enseignement des sciences et technologie est la découverte des biais expérimentaux. Nous espérons qu’elle permettra chez l’élève le développement d’un esprit plus critique vis-à-vis des données numériques affichées ou trouvées en ligne. La dernière partie est une ouverture vers l’enseignement des métadonnées. Si l’établissement appartient à un réseau « OSU éducatif » comme l’observatoire EduMed ou Météo à l’école, la dernière question pousse les élèves à réfléchir sur l’implantation de leur station météorologique et donc de la fiabilité relative des valeurs mesurée et exploitées en ligne. Peut-être que la rédaction d’une notice de métadonnées pour chaque instrument par les élèves qui serait ensuite mise à disposition sur les sites serait une plus-value pertinente à la fois pédagogique pour ceux qui auraient à les rédiger et pour tous les utilisateurs des réseaux… |
| LIENS |
| Données et métadonnées [TraAMs] (par Philippe Cosentino) |
