Plan - ORGANISATION AU LYCÉE VAROQUAUX - PROGRESSION - UNE SÉANCE D ENSEIGNEMENT - POINTS POSITIFS - DIFFICULTÉS - QUESTIONNEMENT

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1 1 ère STL module Mesures et Instrumentation Plan - ORGANISATION AU LYCÉE VAROQUAUX - PROGRESSION - UNE SÉANCE D ENSEIGNEMENT - POINTS POSITIFS - DIFFICULTÉS - QUESTIONNEMENT

2 ORGANISATION Horaire : 2 heures hebdomadaires en effectif réduit de 15 élèves 3.5 classes de 1 ère STL - 1 classe : 2 groupes, spécialité Physique - Chimie de Laboratoire classes : 5 groupes, spécialité Biotechnologies 2 professeurs de MI par classe: BGB et PC Alternance hebdomadaire: - 1 semaine sur 2 : séance MI avec le professeur BGB - 1 semaine sur 2 : séance MI avec le professeur PC 6 professeurs de MI : 3 BGB et 3 PC Partage horaire du programme: Prof. BGB 50 %, Prof. PC 50% Activités technologiques en salles de travaux pratiques: - MI-BGB: salle de TP chimie-biochimie et postes informatiques, - MI-PC: salle de TP physique et postes informatiques

3 PROGRESSION Séance MI-BGB MI-PC 1 septem 2 septem 3 octo Mesure de masse Types de balances, caractéristiques et contextes d utilisation; Observation des balances; Exercice : conversion d unités. Mesure de masse Utilisation de balances de précision; Pesée de masses métalliques et de cristaux; Sources d erreur : identifier, comparer leur influence, classer selon la méthode des 5 M. Mesure de volume Un volume 10 ml E.D. prélevé par 3 instruments : éprouvette, pipette graduée et pipette jaugée, pesée; comparer, identifier des sources d erreur, classer par la méthode des 5M. Mesure d intensité et de tension électriques Appareils analogiques calis, mesures, incertitude, chiffres significatifs Mesure d intensité et de tension électriques Appareils à affichage numérique Présentation du résultat : encadrement et chiffres significatifs. Mesure de tension électrique T.P. contrôle pratique: photorésistance, mesures et incertitudes.

4 Séance MI-BGB MI-PC 4 Octo novem 5 novem 6 décem Mesure de volume Pipetage de 5 ml E.D. ou sirop visqueux avec erreurs unitaires, suivi de pesée; Comparer l effet des sources d erreur Exemple de séance Mesure de volume - Mesurage du volume d une goutte avec la burette, - Mesurage d un volume versé à la burette, résultat avec encadrement; - Verrerie de laboratoire: catégories et usages, lecture des données du constructeur : in, ex, tolérance sur volume, classes de précision A et B. Mesure de concentration Dosage volumétrique d une solution de soude par l acide chlorhydrique, calcul de la concentration, incertitude relative donnée type B, chiffres significatifs, résultat avec encadrement Mesure dimensionnelle en optique Mesure de la distance focale d une lentille : La méthode approchée Mesure dimensionnelle en optique suite Méthode de Silbermann, Comparaison des 2 méthodes. Mesure optique Principe du spectroscope à prisme, Lampe à vapeur de mercure, graphe d étalonnage λ = f(d) d: déviation des rayons lumineux

5 Séance MI-BGB MI-PC 7 Décem janvier Mesure de concentration Evaluation type B de l incertitude; Suite du dosage de la soude : - Mise en commun des mesures - Histogramme sur papier, mesures retenues, mesures aberrantes. Mesure optique Tracé des incertitudes sur le graphe d étalonnage λ = f(d) ; Détermination des longueurs d onde des raies jaunes du sodium et incertitude de mesure. 8 Janvier 9 Janvier Février Mesure de volume : 1 Mesurage - Ajouts répétés de 5.00 ml d E.D. dans un flacon et pesées : 15 X par binôme - Calcul de la masse attendue - Saisie d une centaine de mesures de masse sur le tableur. Mesure de concentration : 1 Mesurage Dosage d une solution d acide chlorhydrique par la soude: - 2 à 3 essais par élève, calcul de concentration, - saisie des mesures sur tableur Mesure de volume : 2 Outil informatique: tableur Mesures aberrantes, Mesures retenues, Histogramme, Valeur moyenne Mesure de volume : 3 Traitement statistique Justesse, erreur systématique; Fidélité, erreur aléatoire, écart-type; Distribution d une centaine de mesures à ± 1, 2 ou 3 écarts-types.

6 Séance MI-BGB MI-PC 10 Février 11 février mars Mesure de concentration : 2 Outil informatique: tableur Application aux notions : Moyenne, justesse, erreur systématique ; Fidélité, erreur aléatoire, écarttype. Mesure d absorbance dilutions en série d une solution de permanganate de potassium, étendue de perception, seuil de détection de l œil et de la cellule photoélectrique du spectrophotomètre Fin du traitement statistique des mesures : 3 et 3 Evaluation de type A de l incertitude: écart-type et coefficient de Student, Niveaux de confiance, Résultat avec incertitude élargie associée à une mesure. 12

7 UNE SEANCE D ENSEIGNEMENT FICHE DE PREPARATION DE LA SEANCE Mesure de volume par pipetage, comparaison de l effet des sources d erreur Repère T.P. n 4 les 21 octo et 4 novem 2011 Pré-requis - Mesurage de masse, utilisation balances de précision : TP2 - Mesurage de volume et identification des sources d erreur :TP3 - Masse volumique, écart relatif à la valeur attendue en % - Pour une classe plus avancée, travail hors séance : élaborer des modes opératoires de pipetage pour comparer l effet des sources d erreur. Objectifs : - Comparer et classer des sources d erreur de pipetage, Démarche: - Ecrire une fiche de bonne pratique: utilisation de la pipette graduée. - Chaque binôme fait le pipetage de 5 ml E.D. ou sirop visqueux avec une pipette graduée, selon la bonne pratique, à l exception d une opération unitaire erronée, pèse le bécher avec E.D. ou sirop visqueux, calcule l écart relatif à la masse attendue; - Mise en commun des écarts relatifs; chaque élève utilise l ensemble des résultats du groupe pour classer les sources d erreur selon leur effet par ordre décroissant. Durée 1h50 Conditions: 3 balances de précision à 0.1 mg

8 FICHE DE PREPARATION DE LA SEANCE Mesure de volume par pipetage, comparaison de l effet des sources d erreur Déroulement 105 min Activité professeur Activité élèves Documents Supports Corriger devoir Corriger TP Tableau mural Rétroprojecteur: Corrigé préparé Recopier réponses Recopier réponses Copies élèves Comptes-rendus TP4 Modes opératoires ou mode opératoire donné. Organisation temporelle Démonstration Manipulations alternées Rangement Rédaction Remise Feuille individuelle de Résultats 10 à Ecoute propositions Aide au choix Donner mode op Ordre de passage aux balances Consignes orales Démo bon pipetage Observation de la gestuelle et conseil Vérifier rangement Donner exercice: établir fiche bonne pratique pipetage Recevoir les F.R. Proposer les modes opératoires avec erreurs unitaires. Lire le mode op donné Observation Binôme: pipeter peser 1 essai par élève Ranger Calcul masse attendue Calculer les écarts relatifs, les écrire au tableau, recopier ceux des autres, classer les sources d erreur et conclure. Cahier de labo ou carnet Mode opératoire Table masse volumique eau Cahier de labo ou carnet Feuille de résultats

9 POINTS POSITIFS 1. Découverte et utilisation d instruments, 2. Acquisition d un savoir-faire commun aux activités technologiques, 3. Mesures réelles, calcul, esprit critique face aux résultats, 4. Matière nouvelle en phase avec l exigence de qualité dans les laboratoires, 5. Coopération pluridisciplinaire des professeurs BGB et PC : progrès de la concertation plutôt par binôme de professeurs que de façon collective. DIFFICULTÉS 1. Les élèves ont des matières nomuses, diverses, certaines sont fragmentées, environ 15 professeurs par classe + les professeurs de l aide personnalisée; 2. Chaque groupe d élèves fait 1 séance par 2 semaines avec chaque professeur BGB ou PC : difficulté du suivi, oubli de documents et de ce qui a été fait, retard de comptes-rendus et de la remise d exercices; 3. Des élèves peu attentifs, réticents à la prise de notes, impatients de faire 4. Travailler les compétences élémentaires: lire un mode opératoire simple, le comprendre, calculer avec attention, acquérir une méthode, apprendre; 5. Concertation très partielle avec les enseignants de spécialités cette 1 ère année.

10 QUESTIONNEMENT 1. Quels nom et choix de professeurs? Deux professeurs BGB et PC par groupe, quelle que soit la spécialité, avec la possibilité d orienter partiellement la pratique vers la spécialité des élèves, ou un seul professeur BGB ou PC par groupe selon la spécialité Biotechnologies ou SPCL, en lien utile avec cette spécialité. 2. Quelle pédagogie? Pédagogie directive pour le travail des élèves: Mode opératoire fourni, suivi des consignes, exigence de la rédaction des résultats rendue dès la fin de séance, Comment réaliser la démarche d investigation? Réflexion, conception et préparation de l expérimentation, activités pratiques à chaque séance, synthèse collective préalable à la rédaction des comptes-rendus en une séance d 1heure 50 min!? 3. Quels supports à la pratique? Des supports directs : carnet de mesures et feuilles de résultats à compléter, Un support élaboré : cahier de laboratoire?

11 Suite: commentaires lors du stage 1. Professeurs: discussion quant à la place de MI dans la formation: soit en sciences et technologies générales tout en tenant compte de la spécialité, soit en association étroite et utile à la spécialité. 2. Pédagogie: recommandation de suivre la démarche d investigation chaque fois qu elle est possible - mais sans obligation si non réalisable - malgré des contraintes et difficultés de mise en œuvre; mettre les élèves en situation de proposition et d activités; fractionner les tâches à réaliser avec des temps de réponses ou bilans intermédiaires durant la séance; maintenir des exigences précises données aux élèves. 3. Support: utilisation d un cahier de laboratoire au lycée STANISLAS en séance MI associée à la séance de 2 ème jour de T.P. de biotechnologies: pour préparer une manipulation, écrire les mesures, coller une fiche, etc 4. Améliorer la progression au Lycée VAROQUAUX : les séances parallèles des professeurs PC et BGB gagneraient à être complémentaires pour créer des liens perceptibles par les élèves; exemple: mesures d optique spectroscope et L.O. // spectrophotométrie; dynamomètre mesures de masse // pesée sur balances; etc