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ballon_stratospherique

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ballon_stratospherique [2020/01/30 20:25] – créée larnaudballon_stratospherique [2020/01/30 20:29] (Version actuelle) – larnaud
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-Fiches ateliers UBPE Vaulx +====== Projet Ballon Experimental ====== 
-Présentation du document + 
-Rédigé par Ludovic ARNAUD – Septembre 2011 +documents ressources : 
-Document du travail – EN COURS DE CONSTRUCTION - qui vise à rassembler un ensemble de pistes pour animer des ateliers tout au long d'un projet UBPE. +  * {{ ::ballons_2012_vaulx_-_pistes_de_travail_ateliers.odt |}} 
-Il est inspiré du travail réalisé depuis quelques années au lycée Doisneau avec des classes de 2de et l'an dernier avec une classe de CM2. +  * {{ ::caneva_ubpe2011_mps.odt |}} 
-Il est destiné a servir de base de travail et peut être enrichi et modifier avec l'accumulation d'expériences. + 
-Pensé d'abord pour être menée dans une classe de 2de, plusieurs ateliers (au moins les 3 premiersd +
-)  ont été pensé aussi dans l'optique d'être repris à d'autres niveaux (collège ou primaire). Il serait intéressant de retravailler ce document avec des enseignants de ces niveaux. +
-Les éléments indiqués suppose une animation adapté à la mise en recherche des élèves, en groupe souvent avec un problème à résoudre et une production à réaliser et à présenter. Le prof est un animateur et pas la personne qui explique en « donnant la bonne réponse ». La coopération et la confrontation entre les élèves est le moteur principal des apprentissage. Le prof est le garant du cadre (compréhensio des consignes, relances, régulation).  +
-Table des matières +
-Atelier 1 - C'est quoi le ciel ? 2 +
-1. Questionnement « C'est quoi le ciel ? » 2 +
-2. Activité « quelques repères en altitudes » 2 +
-3. Questionnement sur l'atmosphère 2 +
-4. Questionnaire 2 +
-Atelier 2 - Découverte du projet UBPE 3 +
-1. Ressources et questionnaire 3 +
-2. Le projet UBPE auquel vous allez participer 3 +
-3. Synthèse 4 +
-Atelier 3 - Questionnement scientifique du projet 5 +
-1. Rappel des questions qu'on se pose 5 +
-2. Rappel de « l'expérience ballon » 5 +
-3. Les objectifs scientifiques et pédagogiques du projet 5 +
-4. Questionnement scientifique du projet – étape 1 A FINIR 5 +
-Atelier 4 - Mesurer la température 6 +
-Atelier 5 - La pression atmosphérique 6 +
-Atelier 7 - Démarche CAPTEURS (A INVENTER) 7 +
-1. Atelier « qu'est-ce qu'un capteur ? » 7 +
-2. Brancher un capteur 7 +
-3. Choix d'un capteurs en fonction des contraintes 7 +
-4. Étalonner un capteur 8 +
-5. Fabriquer un capteur de température avec une CTN 8 +
-Atelier 8 - Exploiter les données du GPS 8 +
-Atelier 9 - La poussée d'archimède. 9 +
-Atelier 10 - La mécanique de vol du ballon 9 +
-Atelier 11 - La structure de l'atmosphère. 9 +
-Atelier 12 - L'enquête permanente. 9 +
-Atelier 1 -  C'est quoi le ciel ? +
-Testé cette année. Intéressant et riche mais à affiner sur la fin.  +
-Peut se décliner à tous les niveaux. +
-Objectifs : partir des représentations des élèves sur « le ciel » pour aboutir à un modèle « atmosphère/espace », construire quelques repères d'altitude et faire émerger un questionnement pour la suite du projet. +
-1.  Questionnement « C'est quoi le ciel ? » +
-Questionnement en groupe et production d'affiches à partir de cette question. Rapide discussion. Rédaction d'une synthèse. +
-2.  Activité « quelques repères en altitudes » +
-Classer des objets par distance croissante au sol (oiseaux, avion, nuage, étoile filante, lune, satellite, soleil, étoiles) + Indiquer la limite atmosphère/espace. +
-Réflexion individuelle, en groupe et correction tous ensembles. +
-Support : des images à placer au tableau (à faire). Des vignettes individuelles à coller dans son porte vue. +
-Production : Un document présentant le résultat.  +
-3.  Questionnement sur l'atmosphère +
-Questionnement : « quelles questions est-ce que vous vous posez sur l'atmosphère ? »  +
-Individuel / Groupes / synthèse. +
-Production : un document présentant les différentes questions que se posent le groupe. +
-4.  Questionnaire +
-Recueil de quelques conceptions  : +
-    • Donner une définition de « l'atmosphère » +
-    • Température là-haut ? +
-    • A quelle altitude commence l'espace ? +
-    • Qu'est-ce qu'on peut voir (de) là-haut ? +
-    • Une idée de ce qu'on appelle « pression atmopshérique ? » +
-Ce que j'ai appris pendant cette séance. Ce que j'ai aimé, ce que j'ai pas aimé. +
-Atelier 2 -  Découverte du projet UBPE +
-Testé une ébauche cette année. A affiner. Voir comment décliner à différents niveau en fonction des compétences de lecture, de collecte d'information et de synthèse.  +
-Objectif : donner les premières informations sur le projet UBPE auquel ils vont participer, en quoi il consiste, qu'est-ce qu'un ballon stratosphérique, histoire de ce projet sur vaulx, déroulement du projet sur l'année, les partenaires. +
-1.  Ressources et questionnaire +
-Questionnaire : un ensemble de question dont il faudra que vous connaissiez la réponse le plus vite possible (au moins avant la fin du projet;-) ). +
-Ressources :  +
-    • « Traces » des projets des années précédentes sur Vaulx +
-        ◦ exposition réalisée pour les festiciels et exposciences 2011 +
-        ◦ rapports finaux Doisneau  +
-        ◦ autres supports années précédentes +
-    • Brochure simplifiée UBPE +
-    • Sites webs : école curie, planète science Rhône +
-Trouver uen façon de les faire « visiter » ces ressources en allant y chercher les informations pertinentes mais aussi en se laissant perdre dans tel ou tels détail qui intéresse chacun … +
-Travail de lecture individuelle à la maison ?  +
-2.  Le projet UBPE auquel vous allez participer +
-Dans l'hypothèse où une dynamique se monte sur vaulx-en-velin autour des différents projets ballon doisneau, duclos, mistral), voilà à quoi ça pourrait ressembler... +
-Lecture d'un texte rédigé par les porteurs de projets (profs de vaulx et planète science) présentant les différents projets qui vont se mener sur vaulx. +
-Évoquer les collaborations possible, le fait que rien n'est encore calé et que tout va se construire petit à petit avec eux.  +
-Indiquer les idées importantes, ce qui est déjà un peu calé (rencontres, lâcher communs, festiciels). +
-Les possibilités (collaborations, échanges, ambitions des expériences, …) +
-Les défis à relever pour la « campagne 2012 Ballons vaudais ». +
-    • voir le ballon, si possible quand il éclate +
-    • avoir des photos depuis tout en haut +
-    • mieux comprendre les mesures et l'atmosphère +
-    • mieux comprendre le vol du ballon +
-    • mieux maitriser la technique embarquée (élec, capteurs) +
-    • ... +
-3.  Synthèse +
-Qu'est-ce que j'ai retenu de ce projet ? +
-Qu'est-ce qui me motive dans ce projet ? +
-Qu'est-ce qui m'inquiète dans ce projet ?  +
-Les questions que je me pose ? +
-Indiv/groupe. Préparer synthèse par prof. +
-Atelier 3 -  Questionnement scientifique du projet +
-Objectif : reprendre le questionnement initial et maintenant qu'ils savent qu'ils vont faire une nacelle, faire réfléchir les élèves à quelles expériences ils peuvent chercher à réaliser et pour répondre à quelles questions. Hypothèses sur les résultats. +
-1.  Rappel des questions qu'on se pose +
-Présentation de la compilation du questionnaire de la séance « c'est quoi le ciel ? ». +
-(éventuellement présentation par un élève qui aura préparé) +
-2.  Rappel de « l'expérience ballon » +
-Nacelle emportée par ballon stratosphérique et qui est ensuite récupérée. +
-(éventuellement présentation par un élève qui aura préparé) +
-3.  Les objectifs scientifiques et pédagogiques du projet +
-2 documents à s'approprier : +
-    • Objectifs pédagogiques : « Le but de ce projet est de vous initier à la démarche scientifique et expérimentale, de vous apprendre à travailler comme des scientifiques et des techniciens. Mais vous ne ferez pas vraiment de la « vrai » recherche, sur des choses « vraiment » inconnues. De nombreuses questions peuvent trouver facilement des réponses en allant la demander à la bonne personne. On peut de même réaliser une expérience qui fonctionne bien juste en appliquant sans réfléchir un protocole déjà élaboré par quelqu'un d'autre avant. Mais l'objectif c'est d'apprendre à réfléchir par soit même comme un vrai scientifique. Et d'en retirer la même satisfaction... » +
-    • Objectifs scientifique : « Une démarche scientifique et expérimentale vise à répondre à des questions par l'élaboration d'expériences. A partir des premiers résultats, les questions peuvent évoluer ainsi que les expériences, avant d'arriver à un résultat intéressant scientifiquement. Une expérience sans questionnement est peu intéressante (à moins qu'elle interpelle et suscite des questions). Et un savoir théorique qu'on ne peut confronter à l'expérience reste une hypothèse. C'est le va et vient entre les deux qui constitue le coeur de la démarche scientifique et expérimentale.» +
-Lecture croisée et explications en groupes. +
-4.  Questionnement scientifique du projet – étape 1 A FINIR +
-Individuellement / synthèse au tableau.  +
-« Quelles questions peut-on se poser et quelles expériences peut-on envisager pour y répondre ? » +
-Répartission par groupes selon les idées d'expérience et/ou questions (???) +
-« Décrire de manière la plus détaillée possible le principe des expériences. Lister les points qui restent en suspend sous forme de nouvelles questions théoriques ou techniques ». +
-Prodution d'une petite affiche. +
-Mise en commun. +
-Chacun rédige un texte présentant le questionnement scientifique. Compilation des textes les plus riches. +
-Atelier 4 -  Mesurer la température  +
-A CONSTRUIRE – NOTES EN VRAC +
-S'accorder sur quelques bases sur la mesure de température : différents instruments, unités, difficulté, précision. +
-La mesure de température est quelque chose de familier a priori (« donner des exemples de mesures de température courantes : séjour, météo, fièvre, bain d'un bébé, frigo, ... »). +
-Pistes de problèmes à explorer : +
-    • une mesure à une unité, une précision. (« degrés quoi ? Celsius, farenheit, kelvin ? ») +
-    • Différents domaines de température (glace, eau bouillante, huile bouillante, pôles, désert, flamme, soleil, …)  +
-        ◦ expériences : mesurer des températures extrêmes ? On peut ? Comment ? /!\ sécurité] +
-        ◦ mesurer la température d'une flamme ? Trouver un capteur adapté +
-        ◦ à combien descend le frigo, le congélateur ?  +
-        ◦ Utiliser une bombe à froid. On descent jusqu'à combien ?  +
-        ◦ ... +
-    • la précision et la fiabilité de la mesure : par exemple mesurer la température dans la classe, chacun à sa place avec un thermomètre – température homogène ou pas, fiabilité des thermomètres, quelle précision avoir ? … +
-    • présenter différents instruments : thermomètre à alcool, digital avec différents modèles, sondes industrielle hautes température, enregistrement sur PC et tracé d'une courbe. Domaine de fonctionnement, précision, fiabilité. +
-    • le problème du temps de réponse des capteurs et de l'équilibre thermique. Question importante mais délicate. Pour faire une mesure de température il faut s'assurer que l'instrument de mesure à le temps de bien se mettre en équilibre thermique avec le corps à mesurer. Ce n'est pas toujours facile. Une manip à imaginer, u n pb expérimental à résoudre, ??? Quelque chose avec la pompe à vide ? Avec un bain thermostaté ? ??? +
-    • ??? +
-Atelier 5 -  La pression atmosphérique +
-A CONSTRUIRE +
-S'accorder sur quelques bases sur la mesure de pression: la notion de pression, différents instruments, unités, difficulté, précision. +
-Contrairement à la température, la pression est beaucoup moins accessible.  +
-Elle est généralement associée à la « densité » de l'air, « beaucoup de gaz ou pas » (Cf . pompe à vide : on enlève du gaz et la pression baisse). +
-Mais on peine à l'associer à l'idée de force, d'action. « le poids de l'air au dessus de nos tête » n'aide pas forcément à clarifier les choses.  +
-L'enjeux est de trouver pour chaque niveau une interprétation cohérente de la « grandeur pression » mesurée avec les intruments.  +
-La pompe à vide, des seringues et des connaissances sur la pression en profondeur dans l'eau peuvent permettre de de construire des situations à explorer.  +
-Voir les documents produits pour les ateliers du deuxième lâcher 2011 Doisneau Curie. Hémisphères de magdebourg.  +
-Atelier 6 -   +
-Atelier 7 -  Démarche CAPTEURS (A INVENTER) +
-1.  Atelier « qu'est-ce qu'un capteur ? » +
-A inventer. Il y a une difficulté à faire s'approprier cette notion pleinement aux élèves. +
-Un truc à construire je ne'arrive pas à trouver d'idée vraiment convaincante ... +
-2.  Brancher un capteur +
-A partir d'une documentation sur les capteur et comment les brancher, apprendre à réaliser un montage avec : +
-    • une pile pour l'alimentation +
-    • un voltmètre pour mesurer la tension délivrée +
-    • des capteurs 3 pattes : MPX, CTN en pont, LM35 +
-        ◦ avec les trois couleurs indiquées (rouge, bleue, noir) +
-        ◦ sans fils de couleurs. +
-    • des fils et pinces. +
-    • Du matériel pour faire varier la grandeur mesurée +
-Objectif : s'entrainer pour atteindre le niveau le plus élève possible. +
-Peuvent tenter à plusieurs reprise avec des nouveaux capteurs. +
-Différents niveau de savoir faire à atteindre : +
-    • Niveau 1 : reproduire un montage en photo ou dessiné +
-    • Niveau 2 : reproduire un montage schématisé avec les codes du circuit élec +
-    • Niveau 3 : indications sur les fonctions « alimentation » et « mesure » et les couleurs des sorties du capteur. +
-    • Niveau 4 : peut se passer des couleurs en utilisant la documentation technique du capteur. +
-3.  Choix d'un capteurs en fonction des contraintes +
-A construire avec :  +
-    • choix du bon modèle de MPX dans catalogue Gotronic (ou autre).  +
-    • Le LM35. Circuit simple ou complexe pour temp <0 , le pb de la dynamique de sortie, … faire test sur les deux vols pour comprendre les pb. +
-    • CTN. Proposer CTN nue, sans pont diviseur. Faire chercher une solution (se trouve dans une  brochure qu'il faut comprendre. Rappel d'élec si nécessaire et envie. Test autres expériences avec CTN dans 1ère nacelle ?). Intérêt de ce capteurs.  +
-4.  Étalonner un capteur +
-Comment passer des tensions délivrées par le kiwi aux valeurs des grandeurs ? Poser ce pb dès que les élèves sont prêts, souvent après le premier lâcher quand il s'agit de faire parler les courbes... +
-5.  Fabriquer un capteur de température avec une CTN +
-A CONSTRUIRE +
-Lycéens motivés. +
-Possible avec un autre capteur résistif comme une photo résistance.  +
-A REPRENDRE AUTREMENT - Pour le moment c'est un peu un échec. L'élec est trop aride pour que les élèves accrochent suffisamment. Ou alors il faudrait y passer beaucoup de temps avec un défis pour réaliser le capteur de température à parti de la CTN ? +
-Comment réaliser un capteur de température fiable, simple, peu couteux à partir d'un composant électronique très basique : une « CTN ». +
-    • un thermoresistance +
-    • un montage simple avec un domino, une résistance, la CTN et quelques fils de couleur +
-    • mesures de tensions +
-    • modélisation d'un circuit électrique +
-    • un peu d'électrocinétique. +
-En faire une démarche d'investigation. En deux temps +
-    • comprendre le besoin du pont diviseur : Comment ??? +
-    • comprendre le choix de la valeur de la résistance en série : Une lettre d'un collègue scientifique qui propose de continuer un travail qu'il n'a pas le temps de finir : présente la démarche à réaliser, les ressources disponibles et l'objectif à atteindre. Utilisation d'un logiciel de simulation.  +
-Nécessite de ne pas être allergique à l'électricité. +
-A minima on peut demander de réaliser à partir du circuit. Au maxima, de savoir expliquer le fonctionnement du capteur (circuit) et le choix de la résistance (chaud !). +
-Autre piste : comprendre ce qu'est une CTN, composant à la base de nombreux instruments  digitaux. Utilisation d'un ohmètre, boite de résistances et deux CTN. Qu'est-ce qui distingue ces différents composant et le comportement face à un changement de température ? A creuser. +
-Atelier 8 -  Exploiter les données du GPS +
-A CONSTRUIRE +
-Voir si on a un GPS CNES (donnée brutes à tracer. Bien plus riche) ou bien Cartoexplorer qui donne directement des courbes après qq manips profs. Voir aussi si le suivi du vol a permis de noter des données GPS régulièrement. En fonction de cela, faire varier le travail sur la récolte et la mise en forme des données. +
-Travail possibles pour les élèves : +
-    • Extraires des informations sur le vol (durée, distances) à partir des graphiques produits par le GPS.  +
-    • Réalisation d'une maquette du vol. Valorisant. Travail sur le changement d'échelle. Réflexion sur l'épaisseur de l'atmosphère en rapport avec la distance parcourue. Conclure sur l'épaisseur de l'atm si la terre est un ballon. Ca relativise la portée du vol … +
-    • Calculs de vitesses (montée, chute, horizontale) +
-    • Comparaison des données GPS des différents vols +
-Atelier 9 -  La poussée d'archimède. +
-A CONSTRUIRE +
-Pourquoi le ballon vole ? Il y a une force vers le haut... Découverte de quelques une de ces caractéristiques. +
-Plusieurs possibilités : +
-    • analogie avec la flottaison (voir démarche « pourquoi ça flotte ? ») +
-    • expériences avec un ballon de baudruche gonflé à l'hélium. +
-    • Exo niveau 2de sur représentation forces avec formules Pa=rho.V.g et P=mg. +
-Atelier 10 -  La mécanique de vol du ballon +
-A CONSTRUIRE +
-Colle tout à fait avec le cours de méca au lycée. Sous forme d'un exercice après le cours et d'un exposé oral pour élèves volontaires. A moins de construire le cours de méca la dessus mais c'est une autre histoire ... +
-Méca au collège ?  +
-Bilan des forces et variation de la vitesse, effet du parachute, … +
-Atelier 11 -  La structure de l'atmosphère. +
-A CONSTRUIRE +
-Difficile. Niveau seconde. Seuls les élèves les plus performants s'y sont frottés pour le moment avec une réussite bien aléatoire. A creuser.  +
-Comment mettre en évidence la structure en couche de l'atmosphère à partir de nos données ? +
-Ressources :  +
-    • une planche résumant les connaissances sur l'atmosphère +
-    • Les données GPS et Kiwi des différents vols +
-Questionnement : +
-    • Pourquoi ce changement de direction au milieu du vol ? (carte trajectoire horizontale) +
-    • Pourquoi cette variation de température et pression ? (produire courbe fct altitude) +
-    • ...  +
-Atelier 12 -  L'enquête permanente. +
-Idée nouvelle en réponse à un besoin. A TESTER +
-Cet « atelier » n'en est pas un mais constitue une façon de garder le fil de la réflexion tout au long du projet. En effet les élèves ont du mal à garder des questions en suspend sur la durée. Soit on leur donne une réponse et le piquant de la recherche disparaît. Soit on fait chercher et c'est la frustration d'avoir à attendre pour avoir la réponse.  +
-Un certain nombres de connaissances sont au cœur du projet. Le jeu est de ne pas chercher à les obtenir autrement que par la démarche proposée, avec les ressources documentaires et le matériel  sélectionnées.  +
-Quand un élèves pose une question dont la réponse est au cœur du projet et que la suite pourra apporter une réponse, le prof ne doit pas la donner ! Chercher cette réponse doit être un objectif de la suite. +
-Mettre en valeur la question, féliciter l'élève, lui demander de l'écrire en gros sur une feuille et de l'afficher  au mur (prévoir endroit) pour pas qu'on l'oublie. Un nouveau défis à relever : trouver la réponse. +
-Si des questions sont relative à d'autres connaissances ont peut répondre rapidement et/ou renvoyer à une recherche documentaire ou vers une personnes ressource. Peut si l'information est intéressante mener à la production d'un court écrit à afficher. +
-Au cours du déroulement du projet, faire le point sur les questions accumulées et voir celles où on sait répondre. Reformuler éventuellement les questions. Afficher les éléments de réponses récoltés. Mettre éventuellement des commentaires critiques ou positifs si c'est utile pour relancer la réflexion (post-it) +
-A tester : si l'élève est trop frustré de ne pas avoir sa réponse de suite et que cela le décourage, lui confier en secret la réponse en lui demandant de la garder pour lui. En échange il doit guider les autres pour qu'ils trouvent eux même la réponse... +
-Cette enquête permanente doit être matérialisée sur un mur pour être tout le temps lisible et pour pouvoir s'y référer régulièrement.+
ballon_stratospherique.1580415954.txt.gz · Dernière modification : 2020/01/30 20:25 de larnaud