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Institut National de Bureautique et de MicroInformatique Ahmed MESSAOUDI Réseau

Institut National de Bureautique et de MicroInformatique Ahmed MESSAOUDI Réseau des Sciences physiques Janvier 2011 Page 1 sur 13 Scénario pédagogique « Sur les traces de NEWTON » Version1 Conception : Ahmed MESSAOUDI, professeur principal de sciences physiques Institut National de Bureautique et de MicroInformatique Ahmed MESSAOUDI Réseau des Sciences physiques 2008 / 2009 Page 2 sur 13 I. TITRE DE L’ACTIVITÉ « Sur les traces de NEWTON » II. PUBLIC ET LIEN AVEC LE PROGRAMME D’ÉTUDES Ce scénario vise les élèves de la troisième secondaire section mathématiques. Voici un extrait du programme officiel tunisien. Objectifs de cette situation d’apprentissage de type Travaux pratiques (TP): 1. Reconnaître la forme de la trajectoire d’un projectile lancé avec vitesse initial. 2. Dégager les caractéristiques du mouvement d’un projectile 3. Appliquer la relation fondamentale de la dynamique III. CONSTITUTION DES ÉQUIPES DE TRAVAIL ET TEMPS ALLOUÉ : Le scénario est basé sur le travail collaboratif mais tout le temps précédé par un travail individuel sur papier afin de promouvoir la verbalisation. Les élèves sont répartis en groupes de 4 d’élèves chacun. Le nombre d’heures qui seront consacrées à cette activité est de 4 heures en classe Institut National de Bureautique et de MicroInformatique Ahmed MESSAOUDI Réseau des Sciences physiques 2008 / 2009 Page 3 sur 13 IV. MISE EN SITUATION ET DESCRIPTION DU PROJET À RÉALISER IV.1. DESCRIPTION DE LASITUATION PAR LE FORMATEUR (ENSEIGNANT) : Il s’agit de résoudre la situation problème «Où va tomber la balle ? » décrite ci-dessous : Un scooter qui roule à vitesse constante sur une piste horizontale abandonne sans la lancer une boule qui a été tenue en main. A votre avis, où se trouveront le cycliste et son vélo lorsque la balle touchera le sol ? Vous devez fournir une réponse individuelle, précise et argumentée en vous aidant d’un schéma. Institut National de Bureautique et de MicroInformatique Ahmed MESSAOUDI Réseau des Sciences physiques 2008 / 2009 Page 4 sur 13 Dans cette situation l’enseignant va appliquer la démarche hypothéticodéductive (encouragée et demandée par le programme officiel). La stratégie de la situation est de faire agir les élèves de manière active plutôt que réceptive et de les faire travailler par groupe afin de promouvoir leurs compétences en rapport avec le travail collaboratif. Cette situation sera menée de la manière qui suit : 1. Emerger les conceptions des élèves afin déterminer des obstacles d’apprentissage. 2. Amener les élèves à relever le défi de la situation problème 3. Rechercher des solutions (hypothèses) d’une façon individuelle puis par petit groupe dans le but de permettre l’appropriation de la situation et du problème, et la mise en place d’échanges et de confrontation d’idées, d’argumentations. 4. Vérifier les hypothèses tout en prenant conscience du chemin qu’ils ont parcouru lors de la recherche de solution. 5. Conclure à propos du phénomène expérimental. IV.2. DESCRIPTION DU SCÉNARIO PAR LE FORMATEUR (ENSEIGNANT) : Les élèves sont appelés à concevoir un support numérique sous forme d’exposé qui regroupe des réponses claires aux questions posées et qu’ils vont présenter oralement au tableau. Pour être admissible le document devra : -Être réalisé avec photorécit -Contenir des réponses claires aux questions posées avec la précision de chaque étape de la démarche expérimentale suivie. -Les vidéos enregistrées -Le fichier REGRESSI -Les graphiques demandées Institut National de Bureautique et de MicroInformatique Ahmed MESSAOUDI Réseau des Sciences physiques 2008 / 2009 Page 5 sur 13 -Toutes les équations paramétrées tirées de l’analyse du mouvement IV.3. LE RÔLE DE L’ÉLÈVE Le rôle de l’élève est d’entamer une recherche scientifique afin d’expliquer le caractère énigmatique de la situation problème .Il applique la démarche expérimentale lors de son investigation : Il s’agit d’un « petit chercheur ». L’élève se sert du matériel et des logiciels nécessaires et sera guidé par les questions associées à la situation pour aboutir à la solution. V. LA MISE EN CONTEXTE Ici, L’élève choisit les conditions expérimentales de vérification des hypothèses. Il est appelé à identifier le matériel nécessaire et le « montage » adéquat à la vérification de l’hypothèse. S’il choisit de filmer, il devrait choisir l’angle de prise de vue et il est invité à choisir de quelle distance doit il filmer. En effet, il est impératif que le cameraman s’éloigne le plus loin possible du scooter et se place au milieu de la scène pour que tous les points de la scène soient pratiquement à la même distance du caméscope. VI. L’ÉLÈVE S’INTERROGE Afin de préciser la pensée de l’élève, l’enseignant lui propose de répondre aux questions de l’activité intitulée « Où va tomber la balle ?” : Un scooter qui roule à vitesse constante sur une piste horizontale abandonne sans la lancer une boule qui a été tenue en main. I.1.Question : À votre avis, où se trouveront le cycliste et son vélo lorsque la balle touchera le sol ? Vous devez fournir une réponse individuelle, précise et argumentée en vous aidant d’un schéma. Institut National de Bureautique et de MicroInformatique Ahmed MESSAOUDI Réseau des Sciences physiques 2008 / 2009 Page 6 sur 13 I.2.Vérification expérimentale : A. Enregistrement de séquence du mouvement : Pour confirmer ou infirmer votre hypothèse, utilisez un caméscope, une Webcam ou votre téléphone portable pour filmer le mouvement décrit dans la situation. La balle est assimilée à un point matériel. Précisez le protocole expérimental et les mesures de précaution à prendre (choix de l’angle de prise de vue, distance, éclairage, ..) B. Pointage points : Reprenez le film avec le logiciel Regavi et faire le pointage nécessaire: C. Traitement des paramètres x,y et t. Copier les valeurs du tableau généré par Regavi et reprenez les dans regressi. (Regavi le fait automatiquement) D. Répondez aux questions suivantes : Vous allez décomposer le mouvement global en un mouvement horizontal et un autre vertical. 1. Faire tracer x(t) puis modéliser avec Regressi : 2. Faire tracer y(t) puis modéliser avec Regressi : Institut National de Bureautique et de MicroInformatique Ahmed MESSAOUDI Réseau des Sciences physiques 2008 / 2009 Page 7 sur 13 3. Faire générer vx(t) etvx(t) à l’aide de Regressi puis modéliser : 4. Faire générer vy(t), et vy(t) puis modéliser à l’aide de Regressi : 5. Deux derniers graphes, déduire des accélérations ax et ay , : 6. Déduire v0x et v0y les projections sur OX et OY du vecteur vitesse à l’instant initial. 7. Calculer la valeur de la vitesse initiale v0 et l’angle  que fait le vecteur 0 v avec l’axe horizontal. 8. Déterminer la nature du mouvement avant et après le sommet. 9. Quelle est la valeur de la vitesse au sommet ? 10. Déduire les équations horaires du mouvement de la balle . Vérifier avec les modélisations. 11. Déduire l’équation de la trajectoire de la balle. 12. Faites les calculs et donner l’équation la trajectoire y en fonction de x .Vérifier le résultat avec la modélisation de Regressi 13. Faire générer les vecteurs vitesses et accélération. Est-il cohérent avec les calculs qui précèdent ? E. Conception de l’exposé : Vous êtes invité à concevoir et réaliser un exposé regroupant les réponses aux questions posées et votre conclusion à propos du mouvement d’un projectile. Vous avez le choix des logiciels libres ou tout simplement gratuits qui sont adéquats adéquats tels que : OpenOffice, Photorécit, GIMP, REGAVI, etc. VII. L’ÉLÈVE IDENTIFIE CE QU’IL DOIT FAIRE L’élève spécifie les étapes de recherche de la solution de chaque situation problème proposée c'est-à-dire la démarche expérimentale : Institut National de Bureautique et de MicroInformatique Ahmed MESSAOUDI Réseau des Sciences physiques 2008 / 2009 Page 8 sur 13  Rechercher des solutions d’une façon individuelle puis en groupe dans un climat d’échanges et de confrontation d’idées et d’argumentations.  Emettre des hypothèses d’une façon individuelle puis en équipe  Vérifier les hypothèses en analysant le mouvement à l’aide du logiciel de pointage.  Conclure à propos de l’explication du phénomène observé. VIII. L’ÉLÈVE SE PRÉPARE ET S’ORGANISE L’élève doit identifier, quelle expérience et quelles sont les conditions expérimentales qui permettront de vérifier les hypothèses. IX. PLANIFICATION DE LA RECHERCHE Le formateur (enseignant) oriente les élèves en leur demandant de proposer des explications et des protocoles expérimentaux ainsi que la manière d’utilisation du logiciel de pointage afin d’analyser le mouvement d’un objet. L’enseignant guidera bien sûr, l’élève et l’oriente à remarquer les grandeurs physiques susceptibles d’influencer le mouvement tels que masse, poids, forces, vitesse ainsi que les grandeurs physiques à contrôler et étudier tels que x, y, vitesse, accélération, en fonction du temps pour mener à bien sa recherche. L’enseignant aide les élèves à s’organiser et discuter dans un climat sain afin d’écarter ou valider d’une façon objective les hypothèses. X. L’ÉLÈVE CHERCHE En discutant avec les membres de son équipe, l’élève cherche des réponses et des explications à propos de la situation problème et entame une discussion avec ses pairs. L’élève est appelé à noter le parcours qu’il a entamé pour confirmer ou infirmer ses hypothèses ou les hypothèses des membres de son groupe. Il est amené à inscrire les résultats de validation uploads/Science et Technologie/ sur-les-traces-de-newton.pdf