III.011La propagation du son dans l’air

Cette tâche se compose de trois pages-écrans. Les deux premières sont liées au même objet d’enseignement, le modèle microscopique de la propagation du son et la dernière annonce la suite de la séquence. Nous présentons successivement ces trois pages-écrans.

III.1 Tâche 6 : ’Interprétation microscopique (Question)’

III.1.1 Enoncé

A partir des animations ci contre et de leurs explications respectives, choisissez celle qui rend le mieux compte de la propagation du son dans l’air. (les trois autres n’étant pas correctes).

• Animation 1 : Le son est causé par une vibration : il alors transporté de particule en particule de l’émetteur au récepteur.

• Animation 2 : le son est causé par une vibration : il met les particules en mouvement de l’émetteur au récepteur.

• Animation 3 : le son est causé par une vibration : il est transporté par les particules, chacune d’elles devenant alors sonore.

• Animation 4 : le son est causé par une vibration : toutes les particules sont bousculées les unes après les autres par leurs voisines et reprennent leur place. Aucune ne fait le déplacement de la source au récepteur.

L’objectif de la tâche est d’amener les élèves à interpréter la propagation du son dans l’air à partir de l’un des modèles ’particulaires’ afin de les aider d’une part à se construire une représentation de la vibration de l’air et d’autre part à prendre conscience qu’il n’y a pas globalement de déplacement du milieu matériel lors de la propagation du son.

III.1.2 Les éléments de la situation

III.1.2.1 L’organisation de la page-écran

L’organisation des demi-pages-écrans selon les niveaux de savoir et les systèmes sémiotiques est présentée dans le Tableau 17.

III.1.2.2 Les ressources

Les ressources internes

Les ressources internes sont complétées de l’onglet Aide dont les informations fournies sont détaillées selon les niveaux de savoir et les systèmes sémiotiques (Tableau 18).

III.1.2.3 Le système d’évaluation

• Le bouton de demande de validation de la réponse
  La demande de validation de la réponse est associée pour chacune des propositions à un message propre dans les cas où la réponse n’est pas celle qui est attendue :

  • Animation 1 : ’ Non, le son n’est pas une chose transportée par les particules.’

  • Animation 2 : ’Non, le son n’est pas la projection de particules vers le récepteur.’

  • Animation 3 : ’Non, une particule n’a pas la propriété d’être sonore.’

  • Animation 4 : ’ Non, une particule n’a pas la propriété d’être sonore.’

L’objectif des messages retournés est d’amener les élèves à remettre en cause le modèle explicatif de la propagation du son en fournissant une reformulation de la réponse sélectionnée.

• Le bouton réponse (du professeur)
  Ce bouton fournit la réponse que l’enseignant pourrait donner aux élèves à la fin de la résolution de la tâche : ’La partie vibrante de l’émetteur (la peau du tambourin) pousse les particules à son contact. La perturbation du mouvement de ses particules se propage de proche en proche. Il n’y a pas de déplacement global des particules, donc de la matière.’

III.1.3 Réalisation de la tâche et activités observables et didactiques

III.1.3.1 Réponses possibles

Les réponses possibles correspondent aux quatre propositions en langage naturel du modèle de la propagation du son dans l’air. Les trois premières sont élaborées à partir des conceptions des élèves sur la nature des mécanismes microscopiques de propagation de la propagation du son dans l’air. La dernière (animation 4) est la réponse attendue. Par conséquent, selon la réponse des élèves, il nous sera possible d’estimer le modèle explicatif des élèves à ce stade de la séquence et d’apprécier l’évolution possible de ce modèle au cours de la séquence. Nous présentons ci-dessous les conceptions des élèves associées aux trois premières animations :

• Animation 1: le son est une entité portée par les particules.

• Animation 2 : ’le son met les particules en mouvement’. Le point de vue microscopique coexiste avec le point de vue macroscopique.

• Animation 3 : ’le son est une entité qui est affectée aux particules : les particules deviennent alors sonores par conduction ou effet de domino’.

Nous faisons l’hypothèse que les élèves mettront en oeuvre au moins trois sortes de stratégie avant de proposer leur réponse :

• Stratégie menée principalement à partir de l’observation des animations. Dans ce cas, nous supposons que les élèves décrivent selon leur point de vue chacune des animations sans s’appuyer sur les propositions fournies. Dans ce cas, nous pouvons nous attendre à ce que les élèves mettent en oeuvre principalement le niveau des objets événements simulés.

• Stratégie menée principalement à partir de la lecture des différentes propositions. Ici, nous pouvons supposer que les élèves reformulent ou paraphrasent chacune des propositions en s’appuyant sur leurs connaissances personnelles ce qui consisterait à réaliser un traitement sur le système sémiotique, le langage naturel. Nous supposons que les élèves mettront en oeuvre principalement le niveau du modèle.

• Stratégie menée en mettant en relation deux des systèmes sémiotiques, le langage naturel et la représentation dynamique. Cette dernière nécessite que les élèves articulent le sens de chacune des propositions avec leurs animations respectives ce qui nécessite de réaliser une conversion et une coordination des représentations. De ce fait, les élèves mettront en relation le niveau de la théorie-modèle avec celui des objets événements simulés.

Dans la figure ci-dessous, nous décrivons la manière dont les différents systèmes sémiotiques peuvent être mis en oeuvre par les élèves : elle retrace les trois stratégies présentées ci-dessus.

III.1.3.2 Activités des élèves

L’activité observable des élèves est réduite à lire, observer et cocher une case. De plus, suite à la description précédente, l’activité attendue peut se présenter schématiquement de la façon suivante.

III.1.4 Connaissances mobilisées

Nous souhaitons que les élèves mettent en oeuvre les connaissances relatives : aux définitions de la vibration⁷¹ et de la propagation⁷² (proposées dans l’onglet Aide).

III.1.5 Discussion à propos des représentations dynamiques

Le modèle particulaire proposé montre six particules qui sont alignées et immobiles. De plus, il associe à la fois une description macroscopique (le tambour, la balle) et une description microscopique (les particules composant le milieu de propagation). Nous faisons l’hypothèse que de donner la possibilité aux élèves d’observer ’dynamiquement’ à la fois la vibration de la source de son (mouvement de la peau du tambourin), celle des particules et celle du récepteur peut aider à la construction du sens de la vibration, de la propagation de la perturbation de la source à un récepteur via un milieu de propagation sans transport de matière. Ce modèle est fonction des conceptions que nous tentons de faire acquérir aux élèves durant ce TP : la vibration de l’émetteur entraîne celle du milieu de propagation et des éléments situés à différents endroits de l’espace.

III.2 Tâche 7 : ’Interprétation microscopique (Explication)’

III.2.1 Enoncé

Les premières particules à vibrer sont celles en contact avec la source vibrante : la partie vibrante de l’émetteur (la peau du tambourin) pousse les particules les plus proches d’elle.

La perturbation du mouvement de ces particules se propage par choc avec les particules voisines.

L’ensemble des particules qui vibrent reste globalement au même endroit : il n’y a pas de déplacement de matière de l’émetteur au récepteur. Ainsi, aucune ne fait le déplacement complet depuis la source de bruit (le tambourin) jusqu’à l’oreille (le récepteur)

L’animation placée dans la demi-page-écran de droite illustre l’explication de la propagation du son à l’aide d’un modèle microscopique dans celle de gauche. La présentation, dans deux demi-pages-écrans distinctes, de la description du modèle de la propagation du son et de son animation a pour but que les élèves :

• réalisent un possible traitement sur le représentant en langage naturel, ce qui peut correspondre, par exemple, à paraphraser la description donnée ;

• effectuent une conversion d’un système sémiotique à l’autre ce qui conduit à les articuler.

III.2.2 Les éléments de la situation

III.2.2.1 L’organisation de la page-écran

Le Tableau 19 présente l’organisation de la page-écran selon les niveaux de savoir et les systèmes sémiotiques.

III.2.3 Activités des élèves

A partir de cette page-écran, l’activité observable des élèves se limite à lire et à observer l’animation.

III.3 Tâche 8 : ’Une petite pause’

III.3.1 Enoncé

Vous venez d’étudier une représentation possible de la vibration de l’air lors de l’émission d’un son. L’expérience qui va suivre vous amènera à utiliser cette représentation.

III.3.2 Activités des élèves

L’activité observable est réduite à lire le texte.