VII.011’Influence de la position du récepteur par rapport à l’émetteur au niveau des grandeurs caractéristiques du son’

Cette tâche s’intéresse à observer l’évolution des caractéristiques du son au cours de sa propagation. Elle est composée de cinq tâches chacune correspond à une page-écran :

• La première est une introduction présentant globalement l’objectif de cette nouvelle tâche ;

• Les trois suivantes proposent trois situations expérimentales que les élèves devront interpréter selon les caractéristiques du son et selon les caractéristiques de l’onde sonore ;

• La dernière résume cette tâche en proposant une vidéo.

VII.1 Tâche 19: ’Introduction’

VII.1.1 Enoncé

Dans cette dernière partie, vous allez observer et analyser l’influence de la position du récepteur par rapport à l’émetteur au niveau des grandeurs caractéristiques du son, puis des grandeurs caractéristiques de la vibration, et enfin de la représentation de la tension obtenue à l’oscilloscope. Nous vous proposons, dans les pages suivantes, trois expériences à partir desquelles vous allez étudier ce phénomène.

Cette introduction générale précise les différents axes d’étude de l’évolution des caractéristiques du son au cours de sa propagation au niveau du phénomène sonore, du phénomène physique.

VII.1.2 Les activités observables

Nous supposons que l’activité observable des élèves est réduite à lire un texte.

VII.2 Tâche 20 : ’Expérience 1’

VII.2.1 Enoncé

Polo et Cardi habitent à deux kilomètres l’un de l’autre. Dans le village, situé à un kilomètre de chez Cardi, la cloche de l’église sonne. Comparer les caractéristiques du son (hauteur et volume) émis par la cloche de l’église entendue par Cardi et entendue par Polo au son entendu dans le village.

Cette situation est illustrée d’un dessin inspiré de la réalité qui est placé dans la demi-page-écran de droite. Un ensemble de propositions relatives aux possibles caractéristiques du son chez Cardi et chez Polo sont placées en dessous du dessin. L’objet de cette première expérience est de prédire la perception sonore selon la position du récepteur relativement à l’émetteur.

VII.2.2 Les éléments de la situation

VII.2.2.1 L’organisation de la page-écran

Le Tableau 45 présente l’organisation de la page-écran selon les niveaux de savoir et les systèmes sémiotiques.

VII.2.2.2 Les ressources

Les ressources internes

Les ressources sont de trois types : le mini-dictionnaire, deux escamots sur les termes hauteur et volume et un onglet Aide. Nous détaillons dans le tableau ci-dessous les différentes informations fournies selon les niveaux de savoir et les systèmes sémiotiques.

VII.2.2.3 Le système institutionnel

• Le bouton demande de validation

L’évaluation de la réponse conduit à deux messages. Dans le cas où la réponse ne correspondrait pas à celle attendue, il est retourné ’Votre réponse est incorrecte. Imaginez ce que l’on entendrait à 10, 20 ou 30 kilomètres du village’ ce qui est censé amener l’élève à se projeter dans la situation. Dans le cas ou celle-ci est exacte le message encourage l’élève à consulter la réponse : ’C’est exact !!! Cependant, il vous est conseillé de consulter la réponse du professeur pour en savoir plus’.

• Le bouton réponse (du professeur)

Ce bouton donne la réponse du professeur : ’ Plus on s’éloigne de la source de son, plus on perçoit un son dont le volume sonore est faible’.

VII.2.3 Réalisation de la tâche et activités des élèves

VII.2.3.1 Réponses possibles

Pour répondre à cette situation, nous nous attendons à ce que les élèves, d’une part, se réfèrent à leur propre expérience en se projetant dans la situation des personnages et d’autre part, mettent en oeuvre le résultat de la prédiction réalisée dans le TP2 (Tâche 5 ’Application les pots de yaourt’).

Nous supposons que la réponse mette principalement en jeu la perception sonore. En effet, une étude de Vince (2000, p. 178) à une question relevant d’un même objectif d’enseignement ’la position du récepteur par rapport à la source influence t’elle toujours le son perçu ?’, conduit à ce que la réponse des élèves relève majoritairement de la perception du son sans éprouver le besoin de la justifier au niveau du modèle (l’onde sonore) ; ce que l’auteur estime être l’une des difficultés des élèves de justifier en dehors des termes du champ expérimental. De plus, lors de la réalisation de ce TP par des élèves de Seconde en séquences de travaux pratiques classiques avec les TP SOC, les réponses se regroupent en trois catégories :

• On entend le son moins fort et aussi aigu : 5 élèves sur les vingt

• On entend de moins en moins fort uniquement : 10 élèves sur les vingt

• On entend plus grave et moins fort : 5 élèves sur les vingt

VII.2.3.2 Activités des élèves

Nous supposons que l’activité observable des élèves est réduite à lire, observer la situation et cocher une case. La figure suivante (Figure 132) présente selon les niveaux de savoir de l’énoncé ceux que les élèves sont censés utiliser et mettre en relation.

VII.2.4 Connaissances à mobiliser

Nous supposons que les élèves seront amenés à mobiliser des connaissances relatives à la vie quotidienne, aux termes relatifs à la perception sonore.

VII.3 Tâche 21 : ’Expérience 2’

VII.3.1 Enoncé

Polo et Cardi habitent à deux kilomètres l’un de l’autre. Dans le village, situé à un kilomètre de chez Cardi, la cloche de l’église sonne. Déterminer comment les caractéristiques physiques de l’onde sonore (la fréquence et l’amplitude) vont évoluer suivant que l’on se trouve chez Cardi et chez Polo.

Cette nouvelle expérience est semblable à la précédente : même situation proposée et même organisation. Nous souhaitons que les élèves interprètent la situation en se référant au modèle : la fréquence et l’amplitude.

VII.3.2 Les éléments de la situation

VII.3.2.1 L’organisation de la page-écran

L’organisation de la page-écran est présentée dans le tableau ci-dessous.

VII.3.2.2 Le système institutionnel

• Le bouton demande de validation
  La demande de validation de la réponse retourne deux messages. Dans le cas où la réponse serait inexacte, le message ’Votre réponse est incorrecte !!! Lisez bien ce que Fripini vous énonce’ offre à l’élève une première aide pour répondre : ’Vous venez d’observer que le volume sonore diminue lorsqu’on s’éloigne de l’émetteur. Comment les caractéristiques de l’onde sonore évoluent=t’elles ?’ Cette aide est une amorce à la résolution du problème et elle amène l’élève à se positionner au niveau de la perception sonore pour ensuite réaliser la relation avec le modèle. Dans le cas ou celle-ci est exacte le message encourage l’élève à consulter la réponse : ’C’est la bonne réponse. Lisez la réponse du professeur pour en savoir plus ’.

• Le bouton réponse (du professeur)
  Ce bouton donne la réponse du professeur : ’En effet, précédemment nous avons pu constater que plus on s’éloigne de la source sonore, plus le son perçu est faible. Ainsi, seule l’amplitude de vibration diminue suivant la distance par rapport à la source’.

VII.3.2.3 Divers

Fripini fournit une aide non négligeable pour réaliser cette tâche : ’Vous venez d’observer que le volume sonore diminue lorsqu’on s’éloigne de l’émetteur. Comment les caractéristiques de l’onde sonore évoluent-elles ?’

VII.3.3 Réalisation de la tâche et activités des élèves

VII.3.3.1 Réponses possibles

Pour répondre à cette question, nous attendons que les élèves mettent en relation le niveau de la théorie-modèle et du champ expérimental ce qui correspondrait à une interprétation du phénomène sonore à partir des grandeurs caractéristiques de la vibration. De ce fait, cette situation permettra d’apprécier comment les élèves mettent en oeuvre les relations construites dans les tâches précédentes.

VII.3.3.2 Activités des élèves

Nous supposons que l’activité observable des élèves est réduite à lire, regarder l’illustration et cocher une case. La figure suivante (Figure 133) présente selon les niveaux de savoir de l’énoncé ceux que les élèves sont censés utiliser et mettre en relation.

VII.3.4 Connaissances à mobiliser

Pour réaliser cette tâche nous supposons que les élèves mobiliseront les connaissances relatives à la relation entre la perception sonore et les grandeurs caractéristiques de la vibration.

VII.4 Tâche 22 : Expérience 3

VII.4.1 Enoncé

Le microphone est un récepteur sonore, il reçoit le son émis par un émetteur (un haut-parleur).

Déterminer, la forme de la tension en fonction du temps aux bornes des deux microphones, connaissant celle du haut-parleur.

Cette dernière situation propose d’interpréter l’influence de la position du récepteur sur la perception sonore à partir de la représentation graphique fournie par l’oscilloscope relié à un microphone. Cette situation met en jeu le microphone, un récepteur sonore, dont les élèves n’ont pas étudié le fonctionnement à ce stade de la séance : il transforme une onde sonore en un signal électrique. Dans cette séquence, le microphone est pris en tant qu’appareil permettant l’étude de signaux électriques obtenus en différents endroits de l’espace. L’intérêt de cette tâche est de proposer une situation expérimentale à partir de laquelle les élèves seront amenés à réinvestir les connaissances relatives aux tâches liées à l’étude des grandeurs caractéristiques du son à l’oscilloscope (voir IV).

VII.4.2 Les éléments de la situation

VII.4.2.1 L’organisation de la page-écran

L’organisation de la page-écran est présentée selon les niveaux de savoir et les systèmes sémiotiques dans le Tableau 48.

VII.4.2.2Les ressources

Il y a trois sortes de ressources : le mini-dictionnaire, deux escamots sur les termes microphone et haut-parleur et un onglet Aide. Nous détaillons dans le tableau ci-dessous les informations proposées dans l’onglet Aide selon les niveaux de savoir et les systèmes sémiotiques

VII.4.2.3 Le système institutionnel

• Le bouton demande de validation
  Dans le cas où la réponse de l’élève est incorrecte, le message retourné le conseille de consulter l’aide ou de revenir aux deux expériences : ’Votre réponse est incorrecte. Nous vous conseillons de consulter l’aide ou le cours et de revenir aux deux expériences précédentes’. Dans le cas contraire, nous l’invitons à regarder la réponse de l’enseignant : ’C’est exact !!! Cependant, il vous est conseillé de consulter la réponse du professeur pour en savoir plus’.

• Le bouton réponse (du professeur)
  La sélection du bouton réponse donne accès à la réponse attendue : ’Lorsqu’on s’éloigne de la source de son, la fréquence est conservée alors que l’amplitude diminue’.

VII.4.2.4 Divers

Fripini explique comment les oscillogrammes doivent être déplacés : ’pour déplacer un oscillogramme cliquer dessus et faîtes le glisser jusqu’à la fenêtre correspondante puis relâcher la souris’.

VII.4.3 Réalisation de la tâche et activités des élèves

VII.4.3.1 Les réponses possibles

Pour déterminer les oscillogrammes correspondant à la position du récepteur en un endroit de l’espace, nous faisons l’hypothèse que les élèves seront censés mettre en relation les niveaux de la théorie-modèle avec les objets événements simulés (sous-niveau mesure) ainsi qu’avec le champ expérimental (position des deux microphones par rapport au haut-parleur). En effet, pour déterminer les oscillogrammes, les élèves seront censés mobiliser la connaissance relative à l’évolution des grandeurs caractéristiques de l’onde sonore selon la position du récepteur par rapport à la source de son. Il sera alors intéressant d’observer les sources d’erreurs des élèves pouvant se situer par exemple au niveau de la différenciation entre la fréquence et l’amplitude, au niveau de l’évolution des caractéristiques de l’onde sonore selon l’éloignement du récepteur de la source de son (tâche précédente).

Du point de vue de l’activité sémiotique nous pouvons nous attendre à ce que les élèves mettent en relation la réponse obtenue lors de la tâche précédente ’En effet, précédemment nous avons pu constater que plus on s’éloigne de la source sonore, plus le son perçu est faible. Ainsi, seule l’amplitude de vibration diminue suivant la distance par rapport à la source’ avec les différents oscillogrammes donnés. De plus, pour distinguer les oscillogrammes et les grandeurs caractéristiques de la tension, les élèves seront amenés peut être à réinvestir l’une des stratégies décrites lors de la tâche 12 : identifier la fréquence et l’amplitude en comptant le nombre de carreaux ce qui conduit à la mise en oeuvre de la représentation symbolique (RS).

VII.4.3.2 Activités des élèves

Nous supposons que l’activité observable est réduite à lire, glisser et lâcher un oscillogramme. La figure suivante présente schématiquement les niveaux de savoir de l’énoncé, les niveaux à utiliser pour résoudre la tâche et enfin les relations attendues.

VII.4.4 Connaissances à mobiliser

Pour réaliser cette tâche nous supposons que les élèves mobiliseront les connaissances relatives à l’évolution des caractéristiques du son au cours de sa propagation pointer lors de la tâche précédente (Expérience 2) et à la définition d’un oscillogramme.

VII.5 Tâche 23 : En résumé

VII.5.1 Enoncé

’Nous venons de voir que la fréquence de l’onde sonore est déterminée par l’émetteur et ne change pas suivant la distance séparant le récepteur de l’émetteur. En effet, la hauteur du son n’est jamais modifiée quelle que soit la position du récepteur.

Enfin, l’amplitude de l’onde sonore diminue suivant la position à la source. En effet, on a pu remarquer que le volume sonore diminue plus on s’éloigne de la source de son’.

Cette dernière tâche résume cette partie.

VII.5.2 Les éléments de la situation

VII.5.2.1 L’organisation de la page-écran

Le tableau suivant (Tableau 50) décrit l’organisation de la page-écran selon les niveaux de savoir et les systèmes sémiotiques.

VII.5.3 Activités des élèves

L’activité est réduite à lire et à observer la vidéo.