Enseignement
Scientifique – PC/SVT : Le projet
Programme :
Projet expérimental et
numérique
Le projet s’articule autour de la
mesure et des données qu’elle produit, qui sont au cœur des
sciences expérimentales.
L'objectif est de confronter les
élèves à la pratique
d’une démarche scientifique expérimentale, de l’utilisation de
matériels (capteurs et
logiciels) à l’analyse critique des
résultats.
Le projet expérimental et
numérique comporte trois dimensions :
ü Utilisation
d’un capteur
éventuellement réalisé en classe (souvent le smartphone) ;
ü Acquisition
numérique de données
;
ü Traitement
mathématique, représentation et interprétation de ces
données.
Selon les projets, l’une ou
l’autre de ces dimensions peut être plus ou moins
développée mais les trois doivent être présentes.
L’objet d’étude peut être choisi librement, en lien
avec le programme ou non. Il s’inscrit éventuellement dans le
cadre d’un projet de classe ou d’établissement. Ce travail
se déroule sur une douzaine d’heures.
Il s’organise dans des conditions
qui permettent un travail en petits groupes d’élèves. La
dimension numérique repose sur l’utilisation de matériels
(capteur éventuellement associé à un microcontrôleur
ou smartphone) et de logiciels (tableur, environnement de programmation).
Prérequis et limites :
Ce projet remobilise certains acquis des
classes antérieures : mesure et incertitudes, manipulation de capteurs
et microcontrôleurs, données structurées et leur
traitement, information chiffrée et statistique descriptive, utilisation
d’un tableur et d’un environnement de programmation.
L’objectif n’est pas d’introduire des notions nouvelles. Ce
n’est pas un « exposé » !
Modalités
d’exécution
Voir
aussi le dossier projet sur le livre
Ø
Séance 1 : Présentation du projet (en
décembre).
Ø
Séance 2 : Faire un groupe de 3 ou 4
élèves.
Ø
Séance 3 : Choix du domaine d’étude et de la
problématique : Il faut identifier précisément ce
qu’on veut faire ou mesurer lors de votre projet. La
problématique est la question à laquelle on veut répondre.
A partir de là, chaque groupe va tenir un blog,
un padlet, un document word
… , où il consigne tout son travail fait
et à faire.
(Padlet est idéal
pour partager le travail entre les élèves et en partager le lien
avec le professeur.)
Les n° de séances sont indicatifs, certains
groupes peuvent aller plus vite mais les étapes sont obligatoires.
Ø
Séance 4 - 5 et 6 : Conception d’un protocole de
mesure : « qui fait quoi et quand ? »
Il s’agit d’un protocole construit par
anticipation, les élèves rédigent leur texte avant de
réaliser les mesures ou les expériences, mais ensuite, ce
protocole va être amendé simultanément à
l’expérimentation.
Nous définissons le protocole d’une
expérience comme une liste de tâches expérimentales
organisées de façon temporelle et/ou logique, dont
l’objectif est de faire des mesures souhaitées. Il faut
prévoir la liste du matériel, les conditions à respecter
pour la réalisation des mesures et faire un planning pour organiser le
travail et la prise de mesure.
Les élèves disposent de critères
d’évaluation du protocole qu’ils conçoivent :
le protocole doit être
pertinent (il répond à la question posée)
il doit être
exécutable (il est adapté aux objets qui constituent son champ
d'application et au matériel à disposition)
il doit être
reproductible (permet d’obtenir des résultats identiques
lorsqu’il est utilisé dans les mêmes conditions)
Il doit être communicable (avec un niveau de
précision adapté à son destinataire).
Matériel nécessaire (liste du
matériel nécessaire, demande au labo)
Planification des mesures (organisation des mesures,
créneau au labo éventuellement)
Ø
Séance 7 : Réalisation des expériences et
des mesures et/ou mise en commun des mesures
Mise en œuvre de capteurs obligatoires
(smartphone avec appli FizziQ , Phyphox, Physics toolbox
…)
Prendre des photos, des films des expériences.
Faire des mesures avec Mesurim2.
Applis spécifiques ou montre connectée
(rythme du sommeil, fréquence cardiaque …)
Capteurs prêtés par le lycée
(thermomètre …)
Capteurs réalisés et programmés
sur Arduino.
Ø
Séance 8 : Traitement des expériences
Les données mesurées doivent faire
l’objet d’un traitement mathématique :
Tableurs (Excel, Regressi), graphiques …
On ne base pas son travail sur une mesure unique, il
faut plusieurs échantillons ou répéter la mesure pour en
calculer une moyenne.
Ø
Séance 9 : Réalisation d’un compte rendu
écrit : document reprenant les étapes de votre projet y
compris les fausses pistes et les erreurs qui font partie de la démarche
(/10 ainsi que votre investissement pendant les séances d’AP)
Introduire la problématique, recherches effectuées,
exposer le protocole suivi, les mesures réalisées, leurs
exploitations, vos interprétations, la réponse à la
problématique.
PowerPoint, world, video
… Rendre ce compte rendu au professeur 1 semaine avant l’oral.
Ø
Séance 10 : Présentation oral 8 min de
présentation de votre projet puis 7 min pour les questions de
l’évaluateur sur le sujet et sur les connaissances scientifiques
liées. (/10)
Ø
Le projet est évalué coef 4 dans la moyenne du
3ème trimestre.
Guide ou vidéo de présentation de Fizziq.
Mode d’emploi plus détaillé et Chaine YouTube
Mini tuto pour Phyphox. Chaine youTube (anglais ou allemand)
Guide
pour Physics Toolbox
Propositions de thèmes de sujets : A partir
d’un thème il faudra définir la problématique que
vous allez étudier.
Thème 1 : Comment démontrer
à un platiste que la Terre est une
sphère. Par des expériences et des mesures vous devez mettre en
évidence que la Terre est ronde et bien expliquer votre démarche.
(sujet très difficile !)
Thème 2 : Analyse du chant d’un oiseau
Avec l’appli birdnet il est possible d’enregistrer et d’identifier les chants d’oiseaux. Avec Regressi, on peut analyser le fichier son et identifier les fréquences émises par ces chants d’oiseaux. Comment fait l’appli pour identifier les oiseaux ? Utiliser l’appli pour évaluer la biodiversité d’un jardin, d’une forêt.
Utilisation d’audacity ou de Regressi pour analyser un son ; Télécharger regressi ou en appli windows.
Thème 3 : Analyse d’une population d’être vivants ou de plantes https://www.vigienature-ecole.fr/
Observer et dénombrer les insectes, les oiseaux, les escargots …
Thème 4 : Analyse de l’influence de la hauteur du Soleil sur la température
Avec phyphox vous avez sur votre portable un luxmètre (capteur de luminosité), un GPS, utiliser un thermomètre … et avec les données de Stellarium vous avez les données astronomiques sur le Soleil et la Terre.
Avec un montage Arduino.
Thème 5 : Analyse utilisant des relevés météo (Pression, température, vent …) : faire des relevés, les comparer aux normes de saison …
https://www.infoclimat.fr/fr/cartes/observations-meteo/temps-reel/temperature/france.html
Thème 6 : Mesure du niveau sonore auquel est soumis un élève
Avec phyphox ou autres applis, il est possible d’avoir un sonomètre avec son smartphone. Vous pouvez enregistrer sur la journée le niveau sonore ambiant et traiter statistiquement ces mesures : exemple
Thème 7 : Réaliser des audiogrammes pour faire un bilan de la capacité auditive des lycéens (ou d’autres personnes)
Quelques applis pour réaliser des audiogrammes
Thème 8 : Faire pousser des cristaux
Etudier les conditions (concentration, température, masse de soluté …) pour obtenir les plus gros cristaux. Faire des courbes de croissance en fonction du temps.
S’aider des infos du chapitre sur les cristaux. Mesures sur une photo avec mesurim2 pour faire des courbes de croissance. + Eventuellement participer à un concours de cristallisation.
Thème 9 : Accorder son instrument de musique
Pour le possesseur d’instruments de musique, mesurer la fréquence fondamentale de plusieurs notes de musique. Mesurer les harmoniques. Etudier la composition en harmonique de l’instrument.
Variante : créer son instrument de musique (avec des bouteilles ou n’importe quoi)
Thème 10 : Paramètres influençant la croissance d’une plante
La couleur de la lumière influe-t-elle sur la croissance des plantes ? Toutes les longueurs d’ondes se valent-elles ? Mais aussi la composition de la terre, les engrais, l’humidité, la température, la composition de l’air (O2, CO2) …
Mesures sur une photo avec mesurim2 pour faire des courbes de croissance
Thème 11 : L’entrainement ou un effort physique particulier influe-t-il sur le rythme cardiaque et/ou la pression artérielle
Lors d’un effort mesurer son rythme cardiaque, mesurer le temps de récupération et observez si l’entrainement améliore les performances ou comparer les « performances » de différentes personnes : infos.
Applis pour mesurer son rythme cardiaque (cardiographe ; cardiio …) ou montre connectée.
Thème 12 : Protection contre le froid : Un pull en laine est-il plus ou moins efficace qu’un pull en coton ? Mesures d’échanges thermiques, principe de l’isolation et de la maison passive.
Application à la datation d’un décès par mesure de température.
Thème 13 : Etude de l’effet de serre exercé par le CO2 : Quel est le comportement thermique d’une atmosphère plus ou moins concentrée en CO2 : construire un modèle et l’étudier.
Thème 14 : Etude du sommeil
Quel est la qualité de votre sommeil ? Temps de sommeil, influence du stress (évaluation le lendemain, compétition sportive), de l’utilisation des smartphones avant de dormir, de la lumière bleue …
Applis pour analyser votre sommeil : https://www.clubic.com/application-mobile/dossier-385932-les-meilleures-applications-pour-suivre-son-sommeil.html. Appli pour tester la concentration ou le temps de réaction.
Thème 15 : Le daltonisme
Il a souvent un élève qui est daltonien : étude de la génétique familiale, analyse des défauts de vision des couleurs par des tests.
https://www.youtube.com/watch?v=Dsfi0OLXlpM
Thème 16 : les pigments des plantes
Etude par chromatographie des pigments de différentes plantes et identification.
https://www.osi-perception.org/A-la-decouverte-des-pigments.html
Thème 18 : Estimer le pouvoir
d’isolation phonique d’un matériau
Un smartphone avec appli sonomètre, différents matériaux de différentes épaisseurs
Thème 19 : Suivi d’un phénomène astronomique avec observation réelle et, éventuellement, comparaison avec stellarium :
Suivi de la position apparente de la Lune, des satellites de Jupiter, de la position du Soleil, de Venus ou de Mars …
Science participative avec l’évaluation de la pollution lumineuse
Thème 20 : Tout autre sujet original proposé par votre groupe qui sera validé par vos professeurs
Vidéos
La démarche scientifique (CEA)
