| RÉSUMÉ |
| Dans le cadre du projet expérimental et numérique mené par les élèves de première enseignement scientifique , il est suggéré l’utilisation de capteurs associés à un microcontrôleur.
Un groupe d’élèves du lycée international de Valbonne a travaillé sur les paramètres physico-chimiques de la mare pédagogique du CIV et notamment sur les variations de température de l’eau à l’aide d’un capteur de température et d’un microcontrôleur Arduino. |
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PLACE DE L’ACTIVITÉ |
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| Niveau concerné | Première Enseignement Scientifique |
| Place dans le programme | Projet expérimental et numérique |
| Mots-clés | Capteur, microcontrôleur ARDUINO |
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OBJECTIFS PÉDAGOGIQUES |
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| Attendus de fin de cycle /Notions fondamentales mobilisées | Le projet expérimental et numérique s’articule autour de la mesure et des données qu’elle produit. L’objectif est de confronter les élèves à la pratique d’une démarche scientifique expérimentale, de l’utilisation de matériels ( capteurs et logiciels). Il peut dans certains cas revêtir trois dimensions :
– utilisation d’un capteur éventuellement réalisé en classe, – acquisition numérique de données – traitement mathématique, représentation et interprétation de ces données |
| Compétences travaillées ( en lien avec socle collège- celles des préambules des programmes en lycée) | – Formuler et résoudre une question
– Concevoir et mettre en œuvre un protocole – Coopérer et collaborer dans une démarche de projet – Apprendre à organiser son travail – Communiquer sur ses démarches, ses résultats et ses choix, en argumentant – Communiquer dans un langage scientifiquement approprié : oral, écrit, graphique, numérique – Comprendre les responsabilités individuelle et collective en matière de préservation des ressources de la planète ( biodiversité). |
| Compétence du cadre de référence des compétences numériques | -Programmer (microcontrôleurs, capteurs)
-Enregistrer et traiter des données pour répondre à une problématique. |
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MODALITÉS |
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| Durée indicative | 9-12h |
| Matériel nécessaire | – Une carte Arduino UNO (et son câble USB)
– Un data logger avec carte SD – Une résistance de 4.7K ohms, code couleur jaune – violet – rouge – Un ou plusieurs capteurs DS18B20 – Une plaque d’essai et des fils pour câbler notre montage. – Un ou plusieurs capteurs DS18B20 branché sur une carte d’extension EduShield pour les enregistrements sur le terrain – Un ordinateur avec le logiciel ARDUINO – Une batterie à piles (6x piles AA) |
| Prérequis | Programme de SNT :
– Ecrire des programmes simples d’acquisition des données d’un capteur – Traitement de données structurées ( fichier csv) |
| DESCRIPTION DU SCÉNARIO / ACTIVITÉ |
| Un groupe d’élèves de première enseignement scientifique a choisi de travailler sur la mare du CIV avec comme problématique : quels poissons choisir pour peupler la mare du lycée ?
Dans cette optique, ils ont mené une étude des paramètres physico-chimiques de l’eau de la mare qu’ils ont ensuite comparés avec les préférences écologiques de diverses espèces de poissons communément utilisés pour peupler les mares artificielles. |
Travail préliminaire en classe :
Objectif : comprendre ce qu’est un microcontrôleur, réaliser un montage et un programme simple permettant de mesurer la température dans l’eau.
Matériel nécessaire pour le montage :
- Une carte Arduino UNO (et son câble USB),
- Une résistance de 4.7K ohms, code couleur jaune – violet – rouge,
- Un ou plusieurs capteurs DS18B20,
- Une plaque d’essai et des fils pour câbler le montage.
Schéma du montage :
Programmer la carte Arduino
Le programme pour le capteur DS18B20 ici
Les élèves peuvent ensuite tester leur montage en mesurant la température de l’eau dans un bécher et observer l’affichage de la température sur l’écran de l’ordinateur.
Travail sur le terrain
Le montage réalisé en classe :
Le montage est protégé dans un récipient en plastique et isolé du fond par un socle en polystyrène. Un orifice a été réalisé pour permettre le passage du capteur de température. L’imperméabilisation se fait à l’aide d’un pistolet à colle.
Un flotteur a été réalisé avec une « frite » de piscine.
On utilise un Shield élaboré par Edumed pour obtenir un montage plus compact. Il permet de brancher le thermomètre et contient une photorésistance pour mesurer la luminosité extérieure.
Le programme est plus complexe que celui utilisé en classe, il intègre dans le programme le code pour :
- mesurer la température par le capteur DS18B20
- mesurer la luminosité par la photorésistance,
- horodater les enregistrements ( Real Time Clock ou RTC),
- enregistrer les données sur une carte SD
Les programmes réalisés par Fabrice Mourau :
Les élèves ont positionné leur montage au centre de la mare dont la profondeur n’excède pas 1,20m ce qui limite les variations de température entre l’eau de surface et l’eau au fond de la mare
Traitement des données :
A l’issue des mesures, on récupère sur la carte SD les données sous forme de fichiers csv.
Les élèves ont pu constater que la variation de la température de l’eau de la mare augmente le jour et diminue la nuit avec un différentiel de 2°C.
| CONCLUSION – OUVERTURE – ESPRIT CRITIQUE |
| A partir de l’ensemble des relevés effectués (paramètres physico-chimiques), des dimensions de la mare, de son exposition, des espèces végétales déjà introduites…les élèves ont ainsi pu faire des propositions pour peupler la mare du CIV.
Il aurait été intéressant cependant de réaliser également des mesures au différentes saisons et notamment en hiver en étalant le projet numérique sur l’année. En effet d’après leurs recherches, la variation de température de l’eau de la mare ne doit pas excéder plus de 3°C par jour pour la bonne santé des poissons ni monter trop haut ou descendre trop bas suivant les espèces. |
| PISTES D’ÉVALUATION |
| Evaluation du projet numérique (travail collaboratif, démarche et présentation orale) |
