VI.011La propagation du son dans l’air

Cette dernière tâche composée de deux pages-écrans clôture la séquence de TP que nous analyserons. La première donne un questionnaire censé amener les élèves à réinvestir leur modèle explicatif de la propagation du son dans l’air. La seconde introduit le modèle de l’onde sonore pour interpréter la propagation du son.

VI.1 Tâche 13 : ’Question’

VI.1.1 Enoncé

Parmi les propositions suivantes laquelle ou lesquelles permettent de se représenter la façon dont le son se propage. Donnez deux réponses au maximum :

Le son émis par le haut-parleur est un courant d’air.
Le son émis par le haut-parleur pousse l’air qui est devant lui.
Le son émis par le haut-parleur se déplace d’autant mieux que le volume sonore est élevé
Le son émis par le haut-parleur est transporté par un déplacement d’air.
Aucune de ces propositions.

L’objectif de cette tâche est d’amener les élèves à vérifier et à réfuter une à une chacune des propositions en se rapportant à leur modèle personnel, au modèle particulaire et à l’onglet Aide. Nous souhaitons à ce stade de la séance observer si les conceptions des élèves au sujet de la propagation du son ont ’évolué’ et discerner sur quelles représentations ils vont s’appuyer pour réfuter les différentes propositions.

VI.1.2 Les éléments de la situation

VI.1.2.1 L’organisation de la page-écran

L’organisation des deux demi-pages-écrans selon les niveaux de savoir et les système sémiotiques est donnée dans le Tableau 24.

Tableau 24 : L’organisation de la page-écran ’Question’
Demi-page-écran de gauche		Demi-page-écran de droite
Niveaux de savoir	Systèmes sémiotiques	Niveaux de savoir	Systèmes sémiotiques
Théorie-modèle	Langage naturel	Champ expérimental	Représentation dynamique

VI.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 25).

Intitulé de l’information dans l’onglet Aide	Niveaux de savoir	Systèmes sémiotiques
Définition (Propagation du son)	Théorie-modèle	Langage naturel
Animation (Propagation du son)	Champ expérimental	Représentation dynamique
Définition (Vibration)	Théorie-modèle	Langage naturel
Animation (Vibration)	Champ expérimental	Représentation dynamique
Explication (modèle particulaire)	Théorie-modèle	Langage naturel
Animation (modèle particulaire)	Objets événements simulés	Représentation dynamique

Le système d’évaluation

Bouton demande de validation de la réponse
Lors de la demande de validation, dans le cas où la réponse est inexacte, il est retourné le message suivant : ’Vous souvenez-vous de ce que vous avez répondu lors de l’interprétation microscopique ? Vous pouvez utiliser l’aide dans la page ci contre, le cours ou le dictionnaire de la bibliothèque avant de répondre à nouveau’. Ce conseil peut avoir un effet de contrat sur le fonctionnement des élèves : il leur est indiqué une démarche pour déterminer la réponse au problème. Dans le cas où la réponse est exacte, on donne un premier élément de réponse : ’C’est la bonne réponse. Le son est causé par une vibration qui se propage au travers du milieu de propagation de la source au récepteur sans déplacement de matière. C’est ce que l’on appelle l’onde sonore’.
Bouton réponse (du professeur)
Ce bouton explicite le premier élément de réponse : ’La vibration de la membrane du haut-parleur modifie le milieu de propagation. Cette modification se produit dans le milieu à partir de la source puis de plus en plus loin de la source sans déplacement de matière : c’est ce que l’on appelle ’l’onde sonore’. La propagation de l’onde sonore permet d’interpréter le déplacement du son’.

VI.1.3 Réalisation de la tâche et activités des élèves

VI.1.3.1 Réponses possibles

Les élèves devront mettre en oeuvre le niveau de la théorie-modèle. En effet, pour identifier que la seule réponse possible est ’aucune de ces propositions’, nous faisons l’hypothèse que les élèves seront censés écarter chacune des propositions et mettre en avant un élément du modèle vu au cours de la séquence. Nous donnons pour les quatre premières propositions l’un des éléments du modèle de la propagation permettant de la réfuter :

Proposition 1 et 2 (’le son émis par le haut-parleur est un courant d’air’ et ’ Le son émis par le haut-parleur pousse l’air qui est devant lui’). Ces deux premières propositions reprennent l’idée que ’le son serait une sorte de vent ou bien quelque chose d’abstrait et assez mal identifié qui pousserait l’air’ (Vince, 2000, p. 88). Pour réfuter ces deux premières propositions l’élève peut s’aider d’une part du modèle ’particulaire’ pour souligner qu’il n’y a pas déplacement global du milieu (l’air) et d’autre part peut indiquer à partir de l’interprétation précédente qu’étant donné que le milieu vibre quand le son se propage, le son ne pousse pas l’air et n’est pas un courant d’air.
Proposition 3 ’Le son émis par le haut-parleur se déplace d’autant mieux que le volume sonore est élevé’. Pour écarter cette proposition qui met en relation l’amplitude de vibration de la source et la vitesse du son, les élèves peuvent justifier leur réponse en utilisant d’abord la relation entre la perception sonore et la grandeur Amplitude de vibration : le volume sonore dépendant principalement de l’amplitude de vibration de la source de son et n’a donc pas d’effet sur le déplacement du son. Puis en utilisant le modèle microscopique précédent afin de se donner une représentation du mouvement des particules lorsque l’amplitude augmente.
Proposition 4 ’Le son émis par le haut-parleur est transporté par un déplacement d’air’. Cette dernière proposition croise une conception macroscopique avec une conception microscopique de la propagation que l’on peut donner sous la forme : le son est transporté par les particules d’air. Pour la réfuter, les élèves peuvent s’appuyer sur le fait qu’il n’y a pas de déplacement global du milieu et d’autre part que la vibration des particules composant l’air se propage de proche en proche sans que globalement ce dernières ’changent de place’ au sens d’aller de la source au récepteur.

Il est possible qu’une des tentations des élèves soit de proposer une réponse dont le coût cognitif soit minimum et de sélectionner, de préférence, ce qui est en accord avec leur propre représentation de la propagation du son.

VI.1.3.2 Activités des élèves

Nous supposons que l’activité observable des élèves est limitée à lire, à observer la vidéo et à sélectionner l’une des propositions. L’activité ’didactique’ des élèves selon les niveaux de savoir de la question, les niveaux à utiliser et ceux à mettre en relation est présentée dans la Figure 117.

Figure 117 : Niveaux de savoir de l’énoncé, niveaux à utiliser et à mettre en relation

VI.1.4 Connaissances à mobiliser

Nous faisons l’hypothèse que les connaissances que les élèves mobiliseront sont relatives : au modèle ’particulaire’, à la relation entre la perception sonore et les caractéristiques physiques de la vibration, à l’interprétation de l’expérience du haut-parleur et de la bougie et à la définition de la propagation.

VI.2 Tâche 14 : ’En résumé’

VI.2.1 Enoncé

La vibration de la source modifie le milieu. Cette modification se produit donc dans le milieu à partir de la source puis de plus en plus loin de la source, sans déplacement de matière : c’est ce qu’on appelle une onde .

L’onde sonore se propage à partir de l’émetteur, et cette propagation de l’onde sonore permet d’interpréter le déplacement du son.

Cette dernière page-écran reprend la réponse donnée dans la tâche précédente. Le contenu de cette page se réfère au niveau de la théorie-modèle.

VI.2.2 Les éléments de la situation

VI.2.2.1L’organisation de la page-écran

L’organisation de la page-écran est présentée dans le Tableau 26.

Tableau 26 : L’organisation de la page-écran ’En résumé’
Page-écran
Niveaux de savoir	Systèmes sémiotiques
Théorie-modèle	Langage naturel

VI.2.3 Activités des élèves

A partir de cette page-écran, l’activité observable des élèves se limite à lire un texte.