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Publié : 9 mars 2010
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Conception et réalisation d’un instrument de mesure de la durée

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Cette activité a été conduite dans une classe de CM2 de 27 élèves.

Alors que nous étions en train de travailler en mathématiques sur la mesure des durées, une question s’est posée :

Comment mesurait-on les durées avant l’invention des chronomètres, pendules, montres ou horloges ?

Cette question est donc naturellement devenue la situation-problème de la séquence.

Pouvons-nous concevoir et réaliser un objet qui permettra de mesurer des durées ?

Place de la séquence dans les programmes :

- Sciences expérimentales et technologie :
Les compétences et les connaissances sont construites dans le cadre d’une méthode qui permet d’articuler questionnement sur le monde et démarche d’investigation. Cette démarche peut recourir à diverses formes de travail telles que l’expérimentation directe conçue et réalisée par les élèves, la réalisation matérielle avec recherche d’une solution technique ou la recherche sur documents.

Dans la partie du programme intitulée "Le monde construit par l’homme" on peut lire :
L’élève s’initie, dans le cadre d’une réalisation, à la recherche de solutions techniques, au choix et à l’utilisation raisonnée d’objets et de matériaux.

Caractère inter-disciplinaire de l’activité :
Cette séquence trouve place dans plusieurs parties des programmes.

- Mathématiques :
Dans la partie "Grandeurs et mesure" on peut lire : L’essentiel des activités concerne la résolution de problèmes concrets, réels ou évoqués, en utilisant des instruments de mesure(...)Les activités scientifiques et technologiques fournissent un champ d’application privilégié pour ce domaine.

- Maîtrise du langage et de la langue française :

* Parler pour participer aux débats.
* Lire pour comprendre les documents trouvés en BCD ou sur Internet.
* Ecrire pour rédiger des plans et des compte-rendus.

Je propose un document joint présentant un déroulement possible de la séquence.

Cahier des charges

Le débat a fait ressortir plusieurs "constantes" relatives aux objets techniques de la vie courante. Un objet doit être :

¤ solide
¤ stable
¤ facile à utiliser
¤ économique
¤ muni d’une fonction "marche/arrêt"

Un instrument de mesure ( notre objet d’étude) doit être :

¤ précis
¤ fiable ( donner toujours la même mesure)
¤ étalonné ( comparé avec une unité étalon)

Informations pratiques :

Il est important d’avoir un point d’eau dans la salle (la salle de sciences de l’école). A noter que l’on pourrait concevoir des instruments qui laissent s’écouler du sable ou de la semoule...

Le matériel nécessaire est du matériel de récupération ( bouteilles d’eau minérale, bouchons, planchettes de contreplaqué...).

L’outillage : scies, colle, fer à souder, pistolet à colle...
Il convient de prendre toutes les dispositions de sécurité lorsqu’on fait manipuler ce type de matériel.

Prolongement possible :

Il est possible de travailler la compétence :
Etre capable de recommencer une expérience en ne modifiant qu’un seul facteur par rapport à l’expérience précédente. (Méthode de séparation des variables).
On peut parler rapidement du pendule de HUYGENS qui permet de réguler le mouvement des horloges.

Présenter un pendule ( fil et objet suspendu). Ce pendule a la particularité d’avoir une fréquence d’oscillation constante ( il peut par exemple osciller 30 fois par minute).

La situation-problème est la suivante :

Comment faire varier le nombre d’oscillations par minute (la fréquence) ?

On peut faire varier la longueur du fil, la masse de l’objet suspendu ou l’amplitude de l’oscillation.

L’objectif de la recherche étant de savoir quelle est la variable qui permet de changer la fréquence d’oscillation.