La capsule universelle se connecte directement à l'interface d'acquisition MicrolabExAO. Elle est munie de différentes entrées qui permettent de connecter des transducteurs électroniques commerciaux : L'entrée analogique du signal (A), la référence, qui est une alimentation de 3,5V (R), le point milieu (M), la masse (0V) et une autre
55 alimentation de 5V (5V). Ces entrées sont représentées à la figure 11. Cette figure montre aussi un diviseur de tension (voir figure 10) composé du transducteur et de la résistance fixe qui sont connectés à la capsule universelle.
La figure 11 indique aussi le même circuit que celui de la capsule universelle, mais avec la représentation utilisée par les élèves en sciences au secondaire. Il est ainsi possible de constater que le diviseur de tension est simplement une résistance fixe et un transducteur placé dans le même circuit en série. Le fil en pointillé représente le voltmètre qui mesure le signal électrique, c’est-à-dire la tension délivrée par le transducteur. Sur la capsule universelle, ce fil est connecté à l’entrée nommée entrée analogique du signal (A) et permet à l’ordinateur de connaître la valeur de la tension aux bornes du transducteur. De plus, le transducteur est alimenté par la capsule universelle avec soit 5V, soit 3,5V, selon le transducteur utilisé. Lorsqu’une grandeur physique mesurée varie, la nouvelle tension aux bornes du transducteur est acheminée à l’ordinateur.
Dans notre intervention didactique, ces différentes notions seront explicitées aux élèves lors d’une formation sur les éléments clés à considérer pour réaliser un instrument
Transducteur Résistance fixe
Figure 11 : Les différentes entrées de la capsule universelle
Entrée analogique du signal (A) Référence 3.5V (R)
Point milieu (M)
Masse (0V)
56 de mesure électronique. Ces notions, en plus d’être accessibles aux élèves en fin de 4e secondaire et en 5e secondaire, permettent d’appliquer des savoirs et savoir-faire sur les circuits électriques et sur la loi d’Ohm dans la réalisation d’un objet technologique concret. Le tableau III représente les différents instruments de mesure qu’il est possible de réaliser avec la capsule universelle des systèmes MicrolabExAO à partir de transducteurs électroniques commerciaux.
Grandeur physique mesurée Transducteur commercial utilisé
Pression absolue Manomètre 0 à 1500hPa
Pression relative Manomètre -20 à 20 hPa
Température Thermistance 0 à 100oC
Thermistor -10 à 110oC
Position Potentiomètre 0 à 6 cm
Capteur optique 20 à 70 cm Intensité lumineuse Photorésistance 0 à 40 w/m2
Potentiel hydrogène pH-mètre 0 à 14
Force Jauge de contrainte 0 à 20 N
Taux d'humidité Hygromètre 0 à 100 %
Tension Voltmètre
Intensité du courant Ampèremètre
Résistance Ohmmètre avec un capteur virtuel
Champ magnétique Cellule à effet Hall 0 à 40 Gauss
Intensité du son Microphone
Angle Potentiomètre Tableau III : Liste des instruments de mesure réalisables avec les systèmes MicrolabExAO
57 Dans notre intervention didactique, parmi ces instruments de mesure électroniques, nous demanderons aux élèves de construire ceux qu’ils pourraient réutiliser dans des activités de laboratoire dans leurs cours de physique et de chimie en 5e secondaire. Ils réaliseront en quelque sorte leur propre trousse de laboratoire. Ainsi, nous inclurons dans l’intervention didactique la construction d’un thermomètre et d’un manomètre, utilisés en chimie, ainsi que celle d’un luxmètre et d’un détecteur de position, utilisés en physique.
Une autre particularité des recherches de développement menées au Laboratoire de robotique pédagogique, qui développe les systèmes MicrolabExAO, est d’utiliser les résultats de ces recherches pour contribuer à l’amélioration didactique et technologique de ces systèmes, autant au niveau du matériel que du logiciel. Ainsi, ces recherches ne se contentent pas d’évaluer la pédagogie d’un matériel technologique conçu et développé ailleurs, mais elles adaptent cette technologie à la pédagogie. Cette situation est particulièrement intéressante dans le cadre de cette recherche, car elle nous permettrait d’améliorer les systèmes MicrolabExAO pour que ceux-ci répondent aux exigences particulières de notre intervention didactique.
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2.11. Conclusion du chapitre
Ainsi, dans cette recherche de développement, nous voulons mettre à l’essai un environnement d’apprentissage utilisant les systèmes MicrolabExAO dans une intervention didactique particulière permettant aux élèves de construire différents instruments de mesure et d’en appréhender le fonctionnement. Suite à cette mise à l’essai, nous pourrions améliorer cet environnement d’apprentissage. Cette intervention didactique que nous voulons mettre sur pied devrait permettre à l’élève d’intégrer la démarche de résolution de problème et lui permettre d’effectuer un apprentissage interdisciplinaire en situation adidactique.
À partir de ces considérations théoriques et pratiques, nous allons définir deux objectifs de recherche qui nous permettront de réaliser notre idée de développement et de répondre ainsi à notre question générale de recherche. Notre façon d’évaluer ces objectifs sera précisée à la fin de la prochaine section, méthodologie.
1) Le premier objectif concerne l’apprentissage des apprenants dans notre intervention didactique. Il consiste à amener ces apprenants à réaliser un apprentissage interdisciplinaire en situation adidactique en leur demandant de réaliser leurs propres instruments de mesure à l’aide de l’environnement d’apprentissage des systèmes MicrolabExAO.
2) Le second objectif concerne l’amélioration didactique et technologique de l’environnement d’apprentissage des systèmes MicrolabExAO qui inclut les protocoles, les rapports de laboratoire, les prototypes d’instruments de mesure électroniques et le logiciel utilisé.
Ces deux objectifs de recherche sont intrinsèquement liés étant donné que l’apprentissage interdisciplinaire en situation adidactique ne serait possible que si l’environnement d’apprentissage MicrolabExAO permet aux élèves de déployer une démarche interdisciplinaire de résolution de problème. Dans la prochaine section, méthodologie, nous présenterons la recherche de développement que nous allons mettre en œuvre.
59 Nota Bene sur le développement des systèmes MicrolabExAO :
Les systèmes utilisés lors de la thèse de Fournier (2001) étaient différents des systèmes actuels. En effet, le Laboratoire de robotique pédagogique utilisait à l’époque le matériel Orphy de Micrelec et le logiciel MicrolabACQ développé dans ce laboratoire et utilisé par Micrelec. Les systèmes Orphy ont été développés dans les années 80 à partir des travaux du directeur du Laboratoire de robotique pédagogique, Pierre Nonnon. Ce dernier a créé les systèmes MicrolabExAO dans les années 2000. Le matériel Orphy de Micrelec est ainsi compatible avec les systèmes MicrolabExAO et vice-versa. Le logiciel MicrolabExAO est une version améliorée du logiciel MicrolabACQ.
Ainsi, depuis les 15 dernières années, il y a eu plusieurs avancements technologiques, avec le développement des systèmes MicrolabExAO qui, à la différence des systèmes Orphy, intègrent un amplificateur programmable pour améliorer la résolution des instruments de mesure et utilisent la capsule universelle pour construire des capteurs. De plus, le nombre de transducteurs commerciaux compatibles avec les systèmes MicrolabExAO a grandement augmenté. Ainsi, lors du dépôt de sa thèse en 2001, Fournier pouvait réaliser seulement quelques instruments de mesure avec la première version de la capsule universelle et le logiciel MicrolabACQ. Il est important de mentionner que la réalisation de ces instruments à l’époque n’était pas vraiment accessible aux élèves du secondaire étant donné qu’elle nécessitait des savoir-faire en électronique et en programmation. Le nouvel environnement MicrolabExAO développé au cours des dernières années a été conçu pour permettre aux apprenants de s’affranchir des contraintes liées à l’électronique et à la programmation et permet de construire beaucoup plus d’instruments de mesure avec une version améliorée de la capsule universelle et du logiciel MicrolabExAO qui intègre maintenant un module de régression visuelle et graphique pour la modélisation algébrique.
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