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Classe Inversée - Appareils de mesures d'une tension alternative périodique

mis à jour le 09/05/16

logoTraAM Professeur expérimentateur - académie de Paris :

Fabien Lescene, Collège César Franck

TraAM - page nationale

Compétences mises en œuvre

Notions et contenus

L’OSCILLOSCOPE ET L’INTERFACE D’ACQUISITION, INSTRUMENT DE MESURE DE TENSION ET DE DURÉE

  • Tension alternative périodique
  • Période
  • Valeurs maximale et minimale d'une tension
  • Fréquence d’une tension périodique et son unité (SI)

 Compétences travaillées

  • Rechercher, extraire et organiser l’information utile.
  • Saisir l'adresse URL d'un site Web et naviguer dans celui-ci.
  • Utiliser un oscilloscope.
  • Réaliser, manipuler, mesurer, calculer, appliquer des consignes.
  • Grandeurs et mesurages : réaliser des mesurages, calculer des valeurs en utilisant différentes unités.
  • Présenter les résultats obtenus, communiquer à l’aide d’un langage adapté.
  • S’intégrer et coopérer dans un projet collectif.

Outils utilisés

  • Chaîne Youtube du professeur
  • Vidéoprojecteur + TNI
  • Ordinateurs du laboratoire + capteurs + cartes d'acquisition
  • Oscilloscope, GBF
  • Logiciel Pronote pour :
    - déposer les liens et les documents dans le cahier de textes numérique des élèves
    - créer et permettre aux élèves de faire des QCM d'auto-évaluation, les corrigés des questions étant accessibles.
  • Les élèves peuvent utiliser au choix leur téléphone connecté, leur tablette, leur ordinateur ou se rendre au CDI pour visionner les vidéos, faire les activités et répondre aux QCM.

Objectifs et déroulement de la séquence

La pédagogie de la classe inversée permet ici de dégager du temps pour une utilisation approfondie des appareils des mesures par les élèves. L'objectif est que le professeur intervienne le moins possible dans l'aide à l'utilisation des l'appareils, que les élèves les règlent de façon autonome et puissent remonter aux valeurs de la tension maximale, de la période et de la fréquence de générateurs réglés au préalable par le professeur.

Les classes sont très hétérogènes. Les élèves réussissant le mieux sont laissés en quasi-autonomie alors que ceux nécessitant plus ou moins d'aide sont accompagnés par le professeur.

3 activités proposées aux élèves :

Activité 1 : Cette activé de découverte de l'oscilloscope est faite à la maison par les élèves à l'aide d'une vidéo et d'un document dactylographié à compléter. En support, un QCM, sans limite de temps, reprenant les notions essentielles de l'activité permet aux élèves de s'auto-évaluer. Ils peuvent revenir sur toutes leurs réponses avant de valider définitivement le questionnaire comptant dans la moyenne. Le QCM est construit à partir de la vidéo de l'activité 1 et d’exercices du chapitre précédent.

Activité 2 : Cette activité permet de mesurer et de déterminer les caractéristiques d'une tension fournie par un GTBF grâce a un ordinateur muni d'une carte d’acquisition.

Activité 3 : Cette activé porte à nouveau sur l'utilisation de l'oscilloscope. A l'aide d'un document dactylographié et de la vidéo de l’activé 1, qu'ils peuvent visionner pendant la déroulement de l’activé 3, les élèves mesurent des caractéristiques de la tension fournie par un générateur basse fréquence, différent de celui utilisé lors des activités prcédentes.

1- Place de la séquence dans la progression 

Les élèves ont étudié les centrales électriques et les caractéristiques d'une tension alternative périodique pendant la séquence précédant celle de cet exemple d'usage.

Lors d'une des séances de ce chapitre les élèves ont relevé les valeurs de la tension produite par un GTBF (0,01 Hz) avec un voltmètre (en mode continu) et un chronomètre (relevé de mesures toutes les 5s sur une durée totale de 155s). Ils ont ensuite tracé le graphique correspondant. Ce graphique fait partie intégrante du cours et de la découverte des contenus relatifs à cette partie du programme.

Les élèves se sont rendus compte de la difficulté de la tâche ainsi que du manque de précision du procédé. Ceci a permis d'introduire la nécessité d'utiliser des appareils dédiés aux mesurages des tensions alternatives comme l'oscilloscope ou encore un ordinateur muni d'une carte d’acquisition. Ce dernier dispositif ne leur est pas inconnu car ils l'ont déjà utilisé pour réaliser des mesurages de pH avec le capteur approprié.

2- Travail en amont pour les élèves sur la séquence de l'exemple d'usage

Les élèves ont eu deux semaines pour visionner la vidéo et faire l'activité 1 sur la découverte de l'oscilloscope :

Pour contrôler leurs acquis, ils doivent répondre à un QCM (correction apparaissant en ligne à la fin du questionnaire) sur le logiciel Pronote 2015, ils ont deux semaines également :

3- En classe, semaine 1

L'activité 1 du chapitre considéré est corrigée à la fin d'une séance de la séquence précédente. En fonction de l'avancement des différents groupes, le professeur peut choisir de corriger cette activité 1 en passant voir chaque groupe ou devant la classe. Les élèves sont habitués à travailler sur la résolution d'exercices ou sur des activités de cours par groupe de 3, 4 ou 5 individus.

Le professeur vérifie si les élèves ont répondu au QCM.

Le professeur distribue les documents se rapportant aux activités 2 et 3.

4- Entre les deux séances

Les élèves doivent reprendre l'activité 1 et visionner la vidéo s'y rapportant ainsi que celle contextualisant les activités 2 et 3 : Vidéo contextualisante

Ils doivent réviser les caractéristiques d'une tension alternative périodique en vue d'une évaluation.

Ils doivent lire les activtés 2 et 3.

5- En classe, semaine 2

La séance de deux heures comporte deux évaluations :

  • Mesure des caractéristiques de la tension fournie par un GTBF grâce a un ordinateur muni d'une carte d’acquisition

Activité 2 : document format Openoffice / PDF

  • Utilisation de l'oscilloscope pour déterminer les caractéristiques de la tension fournie par un générateur basse fréquence réglé au hasard préalable par le professeur.

Activité 3 : document format Openoffice / PDF

Le fait que les élèves soient autonomes laisse plus de latitude au professeur pour régler les problèmes ou répondre aux questions des différents groupes.

Dès qu'un groupe a terminé une activité, il commence l'autre activité.

Le professeur veille à ce que l’équilibre dans le temps passé sur chaque activé soit respecté.

Dans le cas ou des groupes d'élèves auraient terminé, ils peuvent se lancer dans la résolution d'exercices préparés par le professeur.

Les activités 2 et 3 sont notées et comptent dans la moyenne des élèves. La note est la même pour tous les élèves d'un groupe sauf erreurs d'un des élèves n'ayant pas respecté par exemples les règles de sécurité ou encore les consignes.

Conditions de mise en œuvre

Avantages

Côté enseignant

  • Transfert du temps de cours dialogué vers du temps de mise en activité des élèves
  • plus de temps dans un échange personnalisé avec les élèves
  • différenciation de la pédagogie
  • remédiations facilitées
  • créer une habitude de travail à l'aide d'outils numériques familiers des élèves (chaîne Youtube).

Côté élèves

  • Plus de plaisir et de motivation dans l’apprentissage
  • élèves plus actifs en cours
  • grande interaction avec le professeur lors des travaux en groupe
  • développement de l'autonomie.

Inconvénients

  • Temps de préparation très important pour le professeur
  • des outils numériques à maîtriser (vidéo, QCM)
  • gestion de vitesse d’apprentissage différente entre les élèves, fonction ou non d'un travail suffisant de préparation.

Résultats et analyse

Les 3 classes sont habituées à travailler en groupes. Les groupes ont évolué selon les classes en fonction des interventions du professeur tout au long de l'année. Ils correspondent à des groupes de besoins, plus ou moins homogène. Une part de choix par affinité a été laissé aux élèves.

Nous ne discuterons pas ici des résultats de la classe de 3ème C composée de 26 élèves dont une très grand majorité en section européenne italien. Cette classe, d'un excellent niveau, a parfaitement adhéré aux différentes activités mettant en œuvre des travaux de groupes faisant suite ou non à des activités en classe inversée. Il n'y a quasiment plus de cours dialogués avec cette classe.

Nous commenterons donc les résultats des deux autres divisions.

Activité 1- pédagogie inversée

L’objectif initial, qui était de corriger l'activité 1 groupe par groupe, n’a pas été réalisé. Principalement pour des raisons de temps, elle a été corrigée en classe entière pour les trois divisions.

  • 3e A : 29 élèves

Classe très hétérogène aux niveau des résultats.
24 élèves ont répondu au QCM. Aucun problème technique rencontré, 5 élèves n'ont pas fait le travail demandé.

Moyenne : 3,38/6 pour les élèves ayant répondu au questionnaire.
Temps moyen de réponse : 8 minutes

Question 1                  

Q1

Que faire avant de brancher l'oscilloscope ?

• Positionner le bouton de sensibilité horizontale sur XY.

• Mettre la languette métallique sur 0.
• Mettre le bouton du niveau de déclenchement (LEVEL) sur la position FIXE.

 

 

Taux de bonnes réponses 7/24
De nombreux élèves ont confié avoir oublié de cocher les 3 réponses. Cette image et la question s'y rapportant sont directement construites à partir de la vidéo de l'activité 1 comme les deux suivantes.

Question 2                  

Q2

Ce bouton permet de régler :

• L'échelle verticale, qui fait correspondre une déviation mesurée en division à une tension mesurée en volt. (V/DIV)
• L'échelle horizontale, qui indique une durée proportionnelle à un déplacement horizontal se mesurant en division. (s/DIV)

 

 

Taux de bonnes réponses 20/24

Question 3                  

Q3

Ce bouton permet de régler :

• L'échelle verticale, qui fait correspondre une déviation mesurée en division à une tension mesurée en volt. (V/DIV)
• L'échelle horizontale, qui indique une durée proportionnelle à un déplacement horizontal se mesurant en division. (s/DIV)

 

 

Taux de bonnes réponses 21/24

Question 4                  

Q4

Quelle est la valeur de la période de ce signal ?
Sensibilité horizontale : 0,5 s/DIV
Sensibilité verticale : 2 V/DIV

• 1 s
• 2 s
• 4 s

 

 

Taux de bonnes réponses 17/24
La grande majorité des élèves maitrise le mesurage et le calcul de la période.

Question 5                  

Q5

Quelle est la valeur de la fréquence de ce signal ?
Sensibilité horizontale : 0,5 s/DIV
Sensibilité verticale : 2 V/DIV

• 1/2,5 Hz (« / » signifie « divisé »)
• 2,5 Hz
• 0,4 Hz

 

 

Taux de bonnes réponses 3/24
Cette question piégeuse, d'un point de vue des mathématiques, a été moins réussie.

Question 6                  

Q5

Quelle est la valeur de la tension maximale de ce signal ?
Sensibilité horizontale : 0,5 s/DIV
Sensibilité verticale : 2 V/DIV

 

• 3 V
• 6 V
• 12 V

 

 

Taux de bonnes réponses 13/24

Malgré de nombreuses mauvaises réponses peu d'élèves ont demandé des explications ou des compléments sur le QCM qui a été repris en classe. Les questions ne sont survenues que lors des activités 2 et 3 d'où la nécessité d'individualiser les échanges avec les élèves.

Le point à noter sur cette première phase est que les QCM n'ont été fait par la grande majorité des élèves que la veille de la séance, c'est à dire un mercredi après-midi, alors que deux semaines avaient été données. Le professeur n'a donc pas pu donner la possibilité à certains élèves de refaire le QCM.

  • 3e B : 27 élèves

Classe toute aussi hétérogène dans les résultats que la 3èmeA mais avec un bien meilleure ambiance de travail et plus d'implication de la part du groupe classe.

22 élèves ont répondu au QCM. Aucun problème technique rencontré, 5 élèves n'ont pas fait le travail demandé.

Moyenne : 5,41/6 pour les élèves ayant répondu au questionnaire.
Temps moyen de réponse : 4 minutes

A l'inverse dans cette classe, de nombreux élèves avaient fait le QCM dès la première des deux semaines imparties. Après un échange en classe au sujet du QCM le professeur a pu permettre a ceux qui avaient obtenu moins de 4/6 de le refaire. Au final un seul élève a obtenu moins de 4/6, il a eu 3/6 surement en raison de trop grande précipitation dans les réponses données. Ce dernier est l'élément moteur d'un groupe et ce dernier a parfaitement réussi les activités 2 et 3.

Activités 2 et 3 - activités expérimentales en autonomie

Notons avant de détailler la suite que la vidéo contextualisante n'a été que peu visionnée en amont.

    • 3e B : 27 élèves

25 élèves présents, la moyenne est de 9,52/10 pour l'activité 2 et de 13,23/15 pour l'activité 3. Ces évaluations formatives ont pour but d'encourager les élèves à travailler le plus sérieusement possible. Seuls 3 élèves n'ont pas été évalués sur l’activé 3, ils n'ont rien fait malgré plusieurs avertissements du professeur. Les échanges ont été nombreux avec les élèves et ils ont pu poser de nombreuses questions. Par rapport aux années précédentes le professeur a ressenti un plus grand aboutissement sur le thème abordé.

    • 3e A : 29 élèves

27 élèves présents la moyenne est de 9,48/10 pour l'activité 2 et de 11,29/15 pour l'activité 3.

3 élèves n'ont pas été évalués sur l'activité 3, 5 sur l'activité 2. Cela correspond à deux groupes qui ont mis beaucoup de temps à faire les activités et qui n'ont réussi à les faire qu'avec une aide très active du professeur. Il a été nécessaire de revoir de nombreuses notions : les vidéos n'avait pas été visionnées et le cours n'avait pas été vus ou revus. Le fait de pouvoir se déplacer de groupe en groupe permet au professeur d'échanger avec certains élèves sur les problèmes rencontrés.
Les mauvaises réponses du QCM, dues à des incompréhensions, ont continué à apparaitre dans certains groupes jusqu'à l'échange individualisé avec le professeur.

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