À travers cette séquence, les élèves auront à pratiquer l’écoute du son qui se produit dans la nature ou à partir des activités de l’être humain. Ils découvriront son caractère vibratoire, ses caractéristiques, les conditions de sa propagation, sa production et ses applications surtout au niveau des instruments de musique et comme signal de transport d’informations.
Le son, les vibrations et la propagation du son⚓
Prise en main de la séquence⚓
Compétence(s) ciblée(s)
Compétence 1 : Explorer les phénomènes naturels et les objets techniques à l’aide d’outils et de démarches caractéristiques des sciences expérimentales
Composante 1b – Niveau visé : acquisition
Observer, mesurer, décrire et expliciter le fonctionnement de phénomènes naturels et d’objets techniques à l’aide d’un vocabulaire scientifique et technique et par l’usage d’instruments d’observation et de mesure.
Composante 1d – Niveau visé : acquisition
Mettre en forme et communiquer ses conceptions, hypothèses, observations, résultats, interprétations et déductions ; les confronter à celles de ses pairs, aux informations issues de médias variés et aux prévisions des modèles théoriques des sciences expérimentales
Compétence 2 : Appréhender les phénomènes naturels et le comportement des objets techniques par le biais des représentations, de la modélisation et du langage mathématique
Composante 2b – Niveau visé : acquisition
Faire à la fois la différence et le lien entre un modèle scientifique basé sur l’idéalisation du comportement d’un objet naturel ou artificiel, que ce modèle soit formalisé mathématiquement ou non, et les observations effectuées dans le cadre d’une démarche expérimentale.
Compétence 3 : Se situer et agir en citoyen ou citoyenne responsable, dans un souci d’enrichissement, de préservation et de protection de la vie sociale et de l’environnement.
Composante 3a – Niveau visé : acquisition
Exercer un regard curieux et adopter une attitude exploratoire face au monde qui l’entoure en faisant preuve d’une distance critique et d’une capacité d’analyse et d’interprétation des informations qui lui sont soumises.
Composante 3b – Niveau visé : acquisition
Débattre de ses connaissances, valeurs et opinions en exerçant sa capacité de dialogue et de construction du désaccord, en vue de comprendre et de développer sa résilience et son pouvoir d’agir sur son environnement et dans la société.
Savoirs, savoir-faire, savoir-être/attitudes à acquérir
Distinguer bruit et son musical ; grondement du tonnerre, éclair et foudre.
Définir le son comme un phénomène vibratoire.
Produire du son par différents moyens pour distinguer un bruit d’un son musical et montrer l’aspect vibratoire du son.
Connaître les conditions de propagation du son et la vitesse du son dans certains milieux.
Construire un système de transmission du son pour identifier les conditions de propagation du son.
Connaître les caractéristiques du son.
Comprendre le lien entre la hauteur d’un son et les caractéristiques de l’instrument qui le produit (taille, tension, densité, etc.).
Développer sa curiosité dans l’observation des phénomènes sonores naturels et artificiels afin de les questionner et de chercher à mieux les comprendre.
Se donner du temps pour écouter l’harmonie musicale des chants des animaux, des oiseaux en particulier.
Mettre à profit, à travers des initiatives personnelles ou collectives, les savoirs et savoir-faire acquis et développés dans le but de mieux s’investir et d’accroître ses propres capacités.
Prérequis
Savoir que :
Les sons et les bruits du monde environnant (chants, cris, sifflement du vent par exemple) sont produits par des objets ou des êtres vivants.
On peut s’informer sur les activités d’un milieu par simple perception des sons et des bruits.
Un ensemble de sons plus ou moins confus est un bruit.
Le son peut être produit en pinçant une corde, en soufflant dans un tuyau ou en frappant un objet.
Le son est produit par la vibration d’un objet qui est le mouvement de va-et-vient rapide de cet objet.
L’écho est la répétition du son se produisant soit dans une grande salle fermée comme un auditorium ou une église, soit en plein air où il y a des montagnes.
Stratégie d’apprentissage
Approche socio-constructiviste reposant sur une réflexion en commun relative aux propriétés observées des objets apportés de la maison.
Approche phénoménologique (construction d’une « intuition » des phénomènes observés).
Respect de l’autonomie des élèves et de leur goût pour les activités à réaliser afin de développer chez eux le sens de la créativité.
Modalités
Activités de recherche et partage d’informations
Mise au point et réalisation de manipulations
Travail en classe entière et en petits groupes
Exploitation de documents appropriés
Devoirs à la maison
Découpage des séances
Séance (Titre et durée) | Thème, place dans la séquence et très brève description |
|---|---|
Séance 1 A l’écoute des sons 1 heure | Les élèves débattent des différents types sons qu’ils ont l’habitude d’entendre et cherchent à expliquer, par divers moyens ou en réalisant des activités, la manière dont le son est produit. |
Séance 2 Le son, un phénomène vibratoire 1 heure | Les élèves manipulent des objets et construisent de simples dispositifs émetteurs de sons afin de découvrir et de mettre en évidence la nature vibratoire du son, pour mieux le définir. |
Séance 3 La propagation du son 1 heure | Par divers procédés qu’ils mettent en place, les élèves découvrent que pour percevoir un son, il doit d’abord être produit et émis, ensuite avoir traversé un milieu matériel et enfin être reçu par un élément sensible aux vibrations sonores. |
Séance 4 Les caractéristiques du son 1 heure | Sous la supervision de l’enseignant, les élèves réalisent des activités leur permettant de développer leur compréhension des caractéristiques du son. |
Séance 5 Évaluations 1 heure | Évaluation finale sommative sur les contenus + Évaluation (formative) des compétences. |
Supports
Fiche son (voix humaine, oreille et écho)
Télécharger la fiche version .doc (26 Ko)
Télécharger la fiche version .Pdf (95 Ko)
Attention : en aucun cas, les élèves ne devraient être évalués sur leur maîtrise des contenus de ce texte, qui est uniquement illustratif et informatif (et surtout pas sur la maîtrise des termes techniques).
Manuel de sciences physiques (livre de classe), si existant pour ce nouveau programme.
Modalités d'évaluation
Évaluation initiale (diagnostique) :
En guise d’évaluation diagnostique, l’enseignant interroge (à l’oral ou à l’écrit) les élèves sur les sons qu’ils ont l’habitude d’entendre dans la nature, ceux produits par l’homme et les animaux. Il vérifie notamment que les prérequis mentionnés plus haut sont maîtrisés. L’évaluation diagnostique sert d’indication du niveau des élèves et de leurs éventuelles lacunes : elle ne donne lieu à aucun jugement d’aucune sorte (et donc à aucune note).
Évaluation continue (formative) :
L’enseignant organise régulièrement des activités d’évaluation formative, soit à la fin d’une séance, soit au début de la suivante. Il propose à chaque élève différents types d’exercices : « vrai ou faux », « questions à trous », « QCM », etc. dont des exemples sont proposés dans les pages qui suivent. Il s’autorise toutefois une certaine latitude et flexibilité de manière à organiser ces activités en fonction de sa perception de la progression des élèves.
Évaluation finale (bilan) et critères/indicateurs de réussite :
Première partie
Exercice 1
Établir, sous forme de couple (1,a), la correspondance entre les deux colonnes A et B. | ||||
|---|---|---|---|---|
No | A |
| B | C |
1. | Eclair | a. | Moins de 20 Hz |
Phénomène sonore |
2. | Infrasons | b. | Entre 20 Hz et 20 000 Hz | |
3. | Tonnerre | c. | Plus de 20 000 Hz | |
4. | Foudre | d. | Phénomène lumineux | |
5. | Ultrasons | e. | Phénomène de décharge électrique | |
Exercice 2
Compléter les phrases suivantes :
1. Plus un corps vibre rapidement, plus le son qu’il produit est ______________ et moins un corps vibre rapidement, plus le son qu’il produit est _______________.
2. La qualité permettant de distinguer deux sons de même fréquence et de même intensité est ___________________.
3. La réflexion du son par un obstacle est le phénomène de _________________.
4. Ce phénomène est utilisé par les ___________-_____________ pour détecter leur proie.
5. Un son désagréable et désorganisé est un __________ tandis qu’un son agréable et organisé est un son ___________________________
6. Pour obtenir du son il faut une _________________, un ________________ et un _______________
Deuxième partie
Évaluation (formative) des compétences (Grille en annexe)
Critères pour l’évaluation :
Dépassé = toutes les réponses sont correctes
Maîtrisé = la majorité des réponses sont correctes
Partiellement maîtrisé = jusqu’à la moitié des réponses sont correctes
Insuffisant = moins de la moitié des réponses sont correctes
À évaluer
Dépassé
Maîtrisé
Partiellement maitrisé
Insuffisant
Définition des termes comme éclair, tonnerre, foudre, écho,
Distinction entre : bruit et son musical, son aigu et son grave
Identification des conditions de production du son et des caractéristiques du son
NB. : Cette évaluation sera effectuée durant la dernière séance n°5.
Après avoir apprécié le niveau de justesse de chaque élève, si l’enseignant le souhaite, il pourra donner une note chiffrée.
Si le niveau de l’élève par rapport aux éléments évalués est « Insuffisant », il est conseillé à l’enseignant d’organiser des activités de remédiation pour cet élève.
Prolongements éventuels
Manipulations supplémentaires à faire à la maison
Construction de matériels sonores et d’instruments musicaux
Exercices à faire à la maison et à présenter au cours suivant.
Différenciation et adaptation aux élèves à besoins éducatifs particuliers
Dans cette séquence, la majorité des activités relèvent d’observations et de manipulations.
L’enseignant accompagne les élèves en difficulté dans la réalisation de certaines manipulations et leur propose un exercice « Vrai ou Faux » sur chacune des étapes afin de faciliter leurs observations et la compréhension des phénomènes observés.
L’enseignant propose à ces élèves de reprendre les autres manipulations chez eux, de préparer le rapport d’observations et de résultats, puis de préparer d’éventuelles questions dont ils auront besoin de discuter des réponses avec la classe à la séance suivante.
NB. Ces activités peuvent également être réalisées pour les élèves sans besoins particuliers, qui peuvent en profiter également.
Mise au point pour l’enseignant
Contenus
Dans cette séquence, il s’agit d’accompagner les élèves dans l’étude phénoménologique du son en les aidant d’abord à comprendre comment est produit le son, ensuite pourquoi tous les sons ne sont pas les mêmes et comment le son se déplace à travers différents types de matériaux.
On pourra faire réfléchir les élèves au fait que la musique est parfois désagréable (pour les parents) et désorganisée (musique contemporaine), et qu’à ce moment-là, ce qui la définit n’est pas la satisfaction qu’elle procure à celui qui l’écoute mais l’intentionnalité de celui qui joue.
On insistera pour que les élèves réalisent la mise en vibration de plusieurs objets, ceci de manières différentes, afin de reconnaître que sans vibration, il n’y a pas de son.
On s’attachera à montrer la manière dont la taille de ces objets, mais aussi leur tension, influence la hauteur des sons qu’ils produisent.
On pourra amener les élèves à comprendre que le son est un phénomène qui n’est pas proprement matériel, mais plutôt une perception qui nécessite la présence de matière pour se manifester.
Il sera intéressant de faire le lien avec l’Unité d’Apprentissage « Matière, espace, énergie » en montrant qu’il existe des sons naturels, artificiels et synthétiques, ces derniers pouvant être des reproductions de son naturels, tout comme il est possible de copier et synthétiser certaines substances naturelles.
À ce niveau on n’abordera pas avec les élèves la notion « d’ondes » proprement dite, mais on utilisera parfois l’expression d’ondes sonores pour donner certaines précisions.
On évitera, dans la salle de classe, de manipuler des appareils sonores avec un volume trop élevé pour ne pas perturber le cours et le fonctionnement des autres classes et de l’école.
Méthodes
On évitera l’emploi d’un langage trop technique à ce niveau, privilégiant un langage simple et qualitatif afin de faciliter la compréhension intuitive des phénomènes par les élèves.
Il est conseillé de donner aux élèves des activités à faire à la maison en prélude aux notions qui seront étudiées à chaque séance ultérieure.
On encouragera les élèves à s’entraider lorsqu’ils travaillent en équipe.
Lors de cette première séquence du thème (mais également tout au long de l’année), on pensera à valoriser les efforts et les idées des élèves, même lorsqu’elles ne sont pas tout à fait correctes, pour les encourager et les stimuler à participer au cours et leur donner confiance en leurs capacités à apprendre les sciences.
Séance 1 : À l'écoute des sons⚓
Supports
Fiche son (voix humaine, oreille et écho)
Télécharger la fiche version .doc (26 Ko)
Télécharger la fiche version .Pdf (95 Ko)
Manuel de sciences physiques (livre de classe), si existant pour ce nouveau programme.
Matériel
Chaise, cloche, couteau, verre, cuillère, règle, table ou bureau, téléphone, piquettes en bois, ficelle.
Évaluation diagnostique des prérequis sur le son
Pour évaluer les prérequis sur le son, l’enseignant demande à chaque élève de préparer une page d’évaluation et d’y inscrire ses réponses à propos de l’activité qui va suivre :
Consigne 1
Fermez les yeux et écoutez attentivement. Puis identifiez à chaque fois par quoi ou par qui les différents sons sont produits.
Il traîne une chaise dans la salle, fait tinter une cloche, frappe légèrement un couteau contre un verre, entonne un chant de façon désaccordée, frotte un couteau conte une cuillère à maintes reprises, laisse tomber une règle par terre, toussote faiblement, tape ses deux mains, tapote fortement sur la table de son bureau de façon désordonnée, passe une musique enregistrée sur son téléphone pendant quelques secondes.
En corrigeant l’activité avec la classe, l’enseignant demande à chaque élève de s’autoévaluer en se donnant 1 point par bonne réponse.
Il conclut en expliquant à la classe que cette activité permet de comprendre que les sons du monde environnant sont variés et qu’il est possible, à partir de différents sons, d’être informé sur les activités du milieu ou d’identifier certaines fois les objets ou les êtres vivants qui les ont produits.
Ce que fait l'élève
Les élèves préparent leur page d’évaluation, exécutent la consigne de l’enseignant et identifient à chaque fois sur cette page par quoi ou par qui les différents sons sont produits.
Ils participent à la correction de l’activité sous la direction de l’enseignant et s’autoévaluent.
Ils inscrivent par leurs propres mots, les points importants de la conclusion de l’enseignant dans leur cahier
Perception du son et différenciation entre son agréable et bruit
’enseignant commence par demander aux élèves de préciser quelques sons naturels qu’ils ont l’habitude d’entendre comme ceux produits par certains phénomènes dans la nature, des animaux ou de l’homme lui-même ; puis quelques sons artificiels ou synthétiques produits par l’homme à l’aide d’objets ou d’instruments.
Cinq minutes après, il trace deux axes orthogonaux (désagréable-agréable et désorganisé-organisé) qui définissent 4 quadrants.
Ensuite il indique la consigne suivante aux élèves :
Consigne 2 :
Identifiez parmi les sons suivants ceux qui sont ordonnés, désordonnés, désorganisés, désagréables à l’oreille.
Il reprend alors les mêmes activités que lors de la consigne 1.
A partir des réponses des élèves, il place les sons dans ces quadrants et leur demande de trouver d’autres exemples de situations produisant des sons représentatifs de ces 4 catégories.
Il leur demande si certaines de ces catégories ont des noms dans le langage courant.
Ce que fait l'élève
Les élèves essaient de donner des précisions sur certains sons naturels, artificiels et synthétiques qu’ils ont l’habitude d’entendre.
À partir des actions de l’enseignant, ils cherchent à identifier les sons désordonnés, désorganisés, désagréables à l’oreille.
Ils cherchent à identifier et à catégoriser les divers sons entendus.
Le son et la voix humaine
Explications, précisions et conclusions
L’enseignant lance ensuite un débat dans la classe sur le son en demandant aux élèves de réfléchir entre eux et d’expliquer la manière dont le son est produit.
Après que les élèves ont présenté plusieurs hypothèses sur la manière de produire le son, l’enseignant leur demande de réfléchir entre eux et de proposer des activités permettant de vérifier l’exactitude de leurs hypothèses.
L’enseignant, à son tour, leur propose de commencer par se demander comment ils produisent le son par leur propre voix.
Pour cela, il les recommande cette activité : (i) appliquez la main sous la gorge ; (ii) et exercez la voix en disant successivement : Allo – bonjour – merci – je – suis – là, etc. (iii) Recommencez l’expérience et expliquez ce que vous faites pour faire sortir les sons de la voix et ce que vous ressentez dans la main sous la gorge.
A partir de leurs réponses et explications, l’enseignant fournit des précisions aux élèves sur la manière dont la voix humaine est produite et le rôle du larynx dans la production de la voix.
Il les invite à définir la voix humaine en utilisant leurs propres mots, puis à comparer leurs définitions à celles trouvées dans les sources documentaires.
Ce que fait l'élève
Les élèves participent au débat en discutant entre eux et en émettant des hypothèses sur la manière dont le son est produit.
Les élèves recommencent à discuter entre eux afin de proposer certaines activités relatives au son qui permettraient de vérifier leurs hypothèses.
Ils effectuent l’activité recommandée par l’enseignant, ils la refont à maintes reprises et tentent d’expliquer ce qu’ils font pour faire sortir les sons de la voix et ce qu’ils ressentent dans la main agissant sous la gorge.
Résumé du cours et devoirs à la maison
L’enseignant résume le cours et posent des questions en mettant l’accent sur les notions essentielles de la séance.
Il indique les leçons à étudier et donne des exercices à faire à la maison.
Ce que fait l'élève
Les élèves répondent aux questions et notent les devoirs.
NB : On pourrait proposer aux élèves comme devoir à la maison :
De réfléchir sur le rôle des cris des animaux et la fonction de la voix ;
D’utiliser des tiges en bois plus ou moins flexibles et des brins de ficelle pour construire des arcs et produire des sons en tirant sur les ficelles tendues. Puis de noter leurs observations en recommençant l’expérience à plusieurs reprises tout en jouant sur la tension de la ficelle.
Production attendue
Il est attendu que l’élève :
fasse la différence entre son agréable désorganisé (son naturel comme une cascade), son agréable organisé (musique) et son désagréable organisé ou non (bruit) ;
sache écouter et interpréter un son ou un bruit afin d’en tirer des informations ;
puisse expliquer comment est produit le son de la voix humaine ;
sache définir : son organisé, bruit, musique, voix humaine.
Trace écrite pour l’élève à écrire dans le cahier :
Les sons du monde environnant sont variés. En les entendant, on peut dans certains cas identifier les objets ou les êtres vivants qui les ont produits ou être informé sur les activités du milieu.
Un bruit est un ensemble de sons plus ou moins confus, désorganisés, désagréables à l’oreille.
Un son agréable ordonné est généralement considéré comme un son musical, qu’il soit artificiel ou naturel.
Mais la musique nécessite l’intention de celui ou celle qui la produit : elle peut produire des sons agréables ou désagréables, organisés ou désorganisés.
La voix humaine est l’ensemble des sons produits par les vibrations des cordes vocales sous l’action l’air pénétrant le larynx.
La voix inclut la parole, le cri, le rire et le chant.
Évaluation et régulation
NB : Les séances 1 et 2 seront évaluées ensemble au début de la séance n°3.
Critère pour l’évaluation
Voir description de la séance n°2.
Éléments de remédiation
Voir description de la séance n°2.
Séance 2 : Le son, un phénomène vibratoire⚓
Les élèves manipulent des objets et construisent de simples dispositifs émetteurs de sons afin de découvrir et de mettre en évidence la nature vibratoire du son, pour mieux le définir.
Supports
Manuel de sciences physiques (livre de classe), si existant pour ce nouveau programme
Matériel
Arcs, scie à métaux
Vérification des devoirs à la maison
L’enseignant vérifie les devoirs relatifs au rôle des cris des animaux et la fonction de la voix, puis produit un résumé à l’aide de l’ensemble des réponses obtenues.
Ce que fait l’élève
Les élèves présentent leurs devoirs, discutent de leurs réponses entre pairs et notent le résumé produit.
Présentation des arcs et des sons produits
L’enseignant examine les arcs fabriqués par les élèves. Il demande à ces derniers de se mettre en équipe, de présenter chacun leur arc, de produire du son et d’expliquer leurs observations sur la manière dont le son est produit.
Après les présentations des élèves, il pose les questions suivantes à la classe :
En tirant sur les ficelles tendues et en les relâchant dans tous les cas, quels sont les remarques communes à toutes les observations ?
Les sons produits sont-ils tous les mêmes ? Si non, comment expliquer leurs différences ? En combien de catégories peut-on les classer ?
Suite aux réponses des élèves, l’enseignant conclut que, comme les vibrations des cordes vocales qui produisent la voix humaine, ce sont les vibrations des ficelles tendues dans les arcs qui émettent les différents sons quand on les pince. Ces sons entendus sont plus ou moins aigus ou plus ou moins graves suivant les différentes tensions des ficelles et la vitesse des vibrations.
Enfin, il demande aux élèves par quels autres moyens que le pincement de cordes on peut produire du son.
Ce que fait l’élève
Les élèves exécutent les consignes de l’enseignant et présentent leurs observations.
Aidés par l’enseignant, les élèves essaient de répondre aux questions posées
Les élèves écoutent la conclusion de l’enseignant et prennent des notes suivant leurs propres mots.
Les élèves expliquent et produisent du son par d’autres moyens (en tapant sur leur pupitre, en chantant, en sifflant, etc.)
Son, vibrations et vitesse des vibrations
L’enseignant fait venir un élève et propose une activité à la classe en utilisant une petite scie à métaux.
Il demande à l’élève de fixer quelque part l’une des extrémités de la scie à métaux, d’exercer une force avec un doigt sur l’extrémité libre, pour la déformer, puis de la relâcher brusquement.
Sous l’indication de l’enseignant, l’élève refait l’expérience à plusieurs reprises en variant la longueur libre de la lame.
L’enseignant demande à chaque fois aux autres élèves de suivre attentivement, d’écouter et de noter leurs observations.
Il leur pose des questions et provoque une discussion entre eux autour de leurs observations sur l’influence de la taille de la lame, la vitesse des vibrations et les sons émis.
Pour conclure, il leur demande : "Peut-on produire un son : sans qu’il y ait vibration de la matière ? sans qu’il y ait de la matière ?"
Ce que fait l’élève
Guidé par l’enseignant, l’élève en question réalise l’activité proposée et refait l’expérience plusieurs fois.
Les élèves observent, notent leurs remarques et en discutent avec leurs pairs et avec l’enseignant.
Ils cherchent à établir le lien entre la matière, la vibration et le son émis pour essayer de répondre aux questions de l’enseignant.
Consolidation des apprentissages et devoirs à la maison
L’enseignant questionne la classe sur les différentes façons de produire du son. Il donne ensuite des devoirs à faire à la maison et prévoit une évaluation pour la prochaine séance.
Ce que fait l’élève
L’enseignant questionne la classe sur les différentes façons de produire du son. Il donne ensuite des devoirs à faire à la maison et prévoit une évaluation pour la prochaine séance.
Production attendue
Il est attendu que l’élève :
sache réaliser des activités pour produire différents types de son ;
comprenne qu’un objet doit vibrer pour produire du son et qu’il n’y a pas de son sans matière pour le véhiculer ;
identifie un son aigu et un son grave et sache prévoir, en observant deux dispositifs similaires, lequel des deux produira le son le plus grave.
Trace écrite pour l'élève :
Les animaux poussent des cris pour communiquer entre eux, s’identifier et exprimer diverses attitudes (joie, détresse, danger, autorité, etc.). Chaque animal émet son propre cri.
La voix humaine est un instrument utilisé par l’homme pour s’exprimer, s’identifier ; elle lui permet de communiquer avec ses semblables par le biais de la parole, du cri, du rire et du chant. Elle est unique pour chaque être humain.
Le son peut être produit en pinçant une corde, en sifflant ou en soufflant dans un tuyau, ou en frappant un objet ;
Il n’y a pas de son sans vibration de la matière, ni sans matière pour le véhiculer.
Le son est produit par la vibration des corps. C’est donc un phénomène vibratoire.
Un son peut être grave ou aigu suivant la fréquence des vibrations qui le produisent.
Plus un corps vibre rapidement, plus le son qu’il produit est aigu ; moins un corps vibre rapidement, plus le son qu’il produit est grave.
Évaluation et régulation
Exercice 1 : Réponds par vrai ou faux.
Un son agréable à l’oreille est toujours est un son musical.
Les vibrations des cordes vocales produisent la voix humaine.
Un son est grave ou aigu suivant la fréquence des vibrations qui le produisent.
Il n’est pas nécessaire qu’il y ait de la matière pour produire un son.
Dès qu’on n’aime pas un ensemble de sons, il constitue alors un bruit.
Les animaux crient pour communiquer et s’exprimer.
Exercice 2 : Souligne la (ou les) bonne réponse.
Pour produire un son, il faut : de la matière ; des vibrations ; de la matière et des vibrations.
Pour communiquer, certains animaux se servent de : chant, parole, rire.
Plus un corps vibre rapidement, plus le son qu’il produit est : aigu, grave.
En utilisant les catégories vues durant le cours, comment définiriez-vous le son produit par le rire ?
Critère de l’évaluation
Les réponses sont correctes et cohérentes.
Les définitions sont assimilées et reliées aux observations.
NB : Cette évaluation sera effectuée au début de la séance suivante (séance n° 3).
Éléments de remédiation
L’élève en difficulté est accompagné par l’enseignant quelques minutes après la journée de classe pour comprendre ce qu’il ou elle n’a pas compris, revoir certaines activités et recevoir des explications supplémentaires. L’enseignant lui proposera par exemple de refaire les autres activités de la séance chez lui pour mieux appréhender les phénomènes étudiés et mieux assimiler les notions abordées. Il pourra ensuite venir poser des questions sur le sujet dans le prochain cours.
Séance 3 : La propagation du son⚓
Par divers procédés qu’ils mettent en place, les élèves découvrent que pour percevoir un son, il doit d’abord être produit et émis, ensuite avoir traversé un milieu matériel et enfin être reçu par un élément sensible aux vibrations sonores.
Supports
Fiche-Son "Oreilles humaines"
Guide de l’élève
Manuel de sciences physiques (livre de classe), si existant pour ce nouveau programme
Matériels
Téléphones, ballons de baudruche.
Évaluation formative des deux dernières séances
L’enseignant accorde une minute aux élèves pour se préparer à l’évaluation formative, donne les consignes, distribue dans la classe le texte d’évaluation (deux exercices types « Vrai ou Faux » et « QCM »).
Ensuite, il leur demande d’échanger leurs copies entre eux et de se corriger mutuellement (en discutant) pendant qu’il corrige avec eux les exercices.
Ce que fait l’élève
Les élèves passent leur évaluation, échangent leurs copies, se corrigent mutuellement et posent des questions sur leurs erreurs.
Éléments nécessaires à la perception du son
L’enseignant annonce aux élèves qu’ils vont faire deux activités dans la classe et qu’ils devront les reprendre individuellement à la maison.
Il donne les consignes suivantes à ceux qui ont un téléphone :
Consigne 1 :
Mettez vos téléphones en marche, puis jouez de la musique et écoutez pendant une minute.
Une minute après, il leur dit comme l’eau peut jaillir d’une source d’eau, la musique aussi, qui est un ensemble de sons, peut jaillir. Et il pose les questions :
D’où jaillissent les sons de la musique ? Et que représente le téléphone dans ce cas?
II reprend et dit : vous avez reçu et vous avez écouté la musique. Et il pose à nouveau les questions :
A l’aide de quoi recevez-vous, ou percevez-vous le son de la musique ? Et que représente l’oreille dans ce cas?
Le téléphone n’est pas près de l’oreille. Alors comment le son parvient-il à l’oreille ? Qu’est-ce qu’il a traversé ?
Et quand vous mettez des écouteurs, quel milieu le son traverse-t-il pour parvenir à l’oreille ?
Après les réponses des élèves, il explique que la vibration du son se propage dans l’air comme les ondes formées dans l’eau quand on y jette une pierre, constituant ce qu’on appelle des ondes sonores. Et lorsque ces ondes sonores atteignent nos oreilles, nous percevons le son émis.
Consigne 2 :
Jouez la musique à nouveau et écoutez. Après une minute, déposez la source sonore sur votre pupitre, puis appliquez une oreille fermement sur le pupitre pour continuer à écouter.
Comparez les deux perceptions de la musique. Y a-t-il une différence ? Si oui, quelle différence et pourquoi ?
Quel milieu conduit alors mieux le son : le bois (qui est un solide) ou l’air (qui est un gaz) ?
L’enseignant donne trois paires de ballons de baudruche identiques dans la classe. Dans chaque paire, un ballon est rempli d’air, de volume égal à l’autre ballon rempli d’eau.
Il demande aux élèves de placer le ballon rempli d’air contre l’oreille et de taper dessus plusieurs fois avec un crayon en appréciant le son obtenu. Ensuite de procéder de la même manière avec le ballon rempli d’eau, en tapant dessus avec le crayon et avec la même force, tout en appréciant le son obtenu.
Comparer les deux sons. Y a-t-il une différence ? Si oui, quelle différence et pourquoi ?
Quel milieu conduit alors mieux le son : l’eau (qui est un liquide) ou l’air (qui est un gaz) ?
L’enseignant conclut en demandant aux élèves, après tout ce qu’ils viennent d’étudier : quels sont les trois éléments indispensables à la perception du son ?
Ce que fait l’élève
Les élèves utilisent leur téléphone pour jouer et écouter de la musique.
Ils essaient de répondre à la question du rôle du téléphone duquel jaillit la musique.
Ils cherchent à donner une réponse sur le rôle de l’oreille qui perçoit les sons.
Ils émettent des hypothèses sur la façon dont les sons parviennent aux oreilles et sur les milieux qu’il a traversés.
Ils appliquent leur oreille sur leur pupitre pour essayer de comparer le son perçu dans l’air avec le son perçu dans la matière qui constitue leur pupitre afin d’expliquer la différence s’il y en a.
Ils réalisent les activités avec les ballons pour comparer les sons obtenus entre le ballon rempli d’air et celui rempli d’eau afin d’expliquer la différence s’il y en a
Le phénomène de l’orage : éclair-tonnerre-foudre
Dans la troisième partie du cours, l’enseignant lance un débat dans la classe sur le phénomène de l’orage en posant de multiples questions et en notant les meilleures réponses au tableau.
Il commence en disant : Lors d’un orage, vous avez l’habitude de percevoir l’éclair et le tonnerre.
Où se manifestent-ils ?
Avec quoi percevez-vous l’éclair ? Le tonnerre ?
Définissez chacun d’eux par vos propres mots.
De quel phénomène l’éclair et le tonnerre sont-ils les deux manifestations ?
Des phénomènes de l’éclair, du tonnerre et de la foudre, lequel permet l’existence des deux autres ? Peuvent-ils tous atteindre le sol ? Expliquer.
De ces trois propositions, laquelle est vraie ? (*)
On entend d’abord le tonnerre et on voit ensuite l’éclair.
L’éclair et le tonnerre se perçoivent en même temps.
On voit d’abord l’éclair et on entend ensuite le tonnerre.
Pourquoi ?
Comment nomme-t-on un milieu dépourvu de matière ? Le son se propage-t-il dans un tel milieu ?
L’enseignant précise pour les élèves que toutes ces activités permettent de comprendre que le son est émis par une source sonore, qu’il se propage à travers un milieu matériel (la matière) et qu’il est perçu par un récepteur. La vitesse du son varie avec le milieu et avec la structure de la matière. Le vide est le seul milieu où le son ne se propage pas.
(*) L’enseignant laisse réfléchir les élèves, qui échangent leurs idées. La question étant volontairement ambiguë, il valorise toutes les réponses justes :
- La foudre atteint le sol, c’est une décharge électrique entre le nuage et la terre
- Les lignes que trace l’éclair semblent toucher le sol
- La lumière produite par l’éclaire atteint bien sûr le sol, tout comme le son du tonnerre
Ce que fait l’élève
Les élèves participent au débat en discutant entre eux et avec l’enseignant.
Ils essaient de répondre à chacune des questions posées par l’enseignant suivant leur compréhension des phénomènes.
Ils écoutent les explications de l’enseignant et inscrivent les notes dans leur cahier.
Consolidation des acquis et activités à la maison
L’enseignant énumère les activités réalisées dans la séance et invite les élèves à reprendre les activités chez eux. Il distribue aux élèves la liste des questions qui ont été posées pour leur faciliter la tâche.
Et comme activité supplémentaire, il leur demande de faire des recherches sur le phénomène de l’écho
Ce que fait l’élève
Les élèves relèvent la liste des activités, reçoivent les questions de l’enseignant et inscrivent le devoir de recherche.
Production attendue
Il est attendu que l’élève :
comprenne que le son n’est pas de la matière, mais qu’il a besoin de matière pour être véhiculé.
réalise des expériences mettant en évidence la production et la propagation du son dans différents milieux matériels ;
sache que trois conditions doivent être réunies pour obtenir du son : une source sonore émettrice, un milieu matériel de propagation et un récepteur ;
fasse la différence entre éclair, tonnerre et foudre ;
définisse source sonore, milieu de propagation et récepteur de son.
Trace écrite pour l’élève :
Les vibrations du son se propagent dans les milieux matériels sous forme d’ondes sonores.
Nous percevons le son émis lorsque les ondes sonores atteignent nos oreilles.
Le son est une sensation auditive provoquée par une vibration.
Trois éléments sont nécessaires à l’existence d’un son :
une source sonore qui produit le son par la vibration d’un corps solide, liquide ou gazeux ;
un milieu matériel élastique qui transmet les vibrations produites, comme l’air, l’eau, le fer, le bois ;
un récepteur comme un micro, une oreille (organe de l’ouïe), sensible au son, sur lequel agissent les vibrations sonores.
Le son se propage mieux et plus rapidement à travers les milieux condensés qu’à travers les gaz.
La vitesse moyenne du son dans l’air est 340 m/s, dans l’eau de mer 1520 m/s, dans l’acier 5000 m/s, dans le verre 5500 m/s, etc.
Évaluation et régulation
NB : Les séances 3 et 4 seront évaluées ensemble à la fin de la séance n°4.
Critère pour l’évaluation
Voir description de la séance n°4.
Éléments de remédiation
Voir description de la séance n°4.
Séance 4 : Les caractéristiques du son ⚓
Sous la supervision de l’enseignant, les élèves réalisent des activités leur permettant de développer leur compréhension des éléments caractéristiques du son.
Supports
Fiche-Son "Phénomène de l’écho"
Guide de l’élève
Manuel de sciences physiques (livre de classe), si existant pour ce nouveau programme
Matériels
Rubans élastiques
Résumé de la dernière séance – Etude du phénomène de l’écho
L’enseignant demande aux élèves de lui faire un résumé sur la séance précédente et complète leurs présentations.
Ensuite il leur pose des questions relatives à leurs recherches sur le phénomène de l’écho, telles que :
Avez-vous l’habitude d’entendre ou de produire des échos ? Si oui, où ça ?
C’est quoi alors un écho ?
Un écho peut-il se produit n’importe où ? Si non, dans quelles conditions les échos se produisent-ils ?
Le phénomène de l’écho est-il appliqué par l’homme ou les animaux ? Si oui, en quoi ou comment ?
Après chaque réponse, l’enseignant donne des précisions et apporte des informations supplémentaires.
Ce que fait l’élève
Les élèves résument le cours précédent et écoutent les explications de l’enseignant.
A partir de leurs recherches sur le phénomène de l’écho, les élèves essaient de répondre aux questions de l’enseignant.
Ils notent par leurs propres mots les précisions et les informations additionnelles de l’enseignant
Caractéristiques du son
L’enseignant indique aux élèves que le son possède des caractéristiques physiques que l’on peut associer à ce que l’on appelle les « qualités physiologiques » du son.
Il donne un ruban élastique aux élèves par groupe de deux et leur demande de suivre les consignes suivantes tout en regardant et en écoutant attentivement :
Consigne 1
Un des deux élèves étire moyennement sur les deux extrémités du ruban en les tenant chacune par une main, pendant que l’autre pince le ruban en son milieu, tire dessus et relâche.
L’activité est réalisée à deux nouvelles reprises en y portant attention.
Consigne 2
Tirer fortement sur les deux extrémités du ruban, le pincer en son milieu, tirer dessus et relâcher.
Refaire l’activité à deux nouvelles reprises en y portant attention.
L’enseignant pose alors les questions :
Comparez les vibrations et les sons émis dans les deux cas.
Après les réponses et des explications, iI affirme que cette activité vient de mettre en évidence la hauteur du son émis par l’élastique, c’est-à-dire sa fréquence qui est le nombre de vibrations par seconde. Cette qualité permet de savoir si un son est grave (bas) ou aigu (haut).
Il donne des précisions sur les fréquences des infrasons, des ultrasons et des sons audibles par l’oreille humaine.
Consigne 3
Tirer encore une fois sur les deux extrémités du ruban, le pincer en son milieu, tirer dessus et relâcher.
Refaire l’activité en tirant beaucoup plus sur le ruban avant de le relâcher.
L’enseignant pose la question :
Les niveaux de sons entendus sont-ils les mêmes ? Quel est le plus fort et quel est le plus faible des deux sons émis ? Pourquoi ?
Suite aux réponses des élèves, il prend son téléphone, passe une musique à faible volume et augmente progressivement le volume. Il explique que le son peut être fort ou faible suivant l’amplitude du déplacement de l’air par la source sonore. C’est une autre qualité du son, l’intensité. Ainsi, plus on tire sur l’élastique avant de le relâcher, plus on augmente le volume du téléphone, plus le son est fort.
Il parle de la mesure et de l’unité de mesure de l’intensité du son.
L’enseignant continue de poser des questions en disant :
Imaginez-vous que quelqu’un joue de la guitare et un autre de la flûte et que les deux sons émis sont de même hauteur (c’est-à-dire de même fréquence) et de même intensité : comment distinguer alors ces deux sons ?
Il reprend et dit : c’est la troisième qualité du son qui permet de distinguer deux sons de même hauteur et de même intensité, émis par deux instruments différents. Cette qualité est le timbre.
Il conclut en demandant aux élèves de citer chacune des caractéristiques du son et l’importance de chacune d’elles.
Ce que fait l’élève
Les élèves utilisent les rubans élastiques reçus et exécutent les consignes de l’enseignant.
Ils essaient de comparer les vibrations produites et les sons émis.
Ils écrivent des notes par leurs propres mots.
Ils refont l’activité et cherchent à répondre aux questions posées.
Ils essaient de répondre par rapport aux niveaux des sons.
Les élèves réfléchissent et cherchent à donner une réponse à la question de l’enseignant.
Ils citent les qualités du son et expliquent l’importance de chacune d’elles
Évaluation formative des séances 3 et 4
Après une minute de préparation, l’enseignant donne des exercices d’évaluation à la classe.
Le temps écoulé, il collecte les copies en vue de les corriger et de produire une appréciation des travaux évalués.
Ce que fait l’élève
Les élèves passent leur évaluation .
Production attendue
Il est attendu que l’élève :
arrive à expliquer le phénomène de l’écho.
fasse la différence entre la hauteur, l’intensité et le timbre d’un son.
comprenne que plus la vibration est rapide, plus le son est dit aigu ou haut ; que plus la vibration est lente, plus le son est dit grave ou bas ; et que tout ceci exprime la hauteur du son.
sache que l’oreille humaine ne peut percevoir les infrasons et les ultrasons que certains animaux peuvent capter.
comprenne que l’endommagement ou à la défaillance d’un des constituants du système auditif peut provoquer la surdité et qu’il est conseillé d’éviter d’écouter des sons trop forts ou d’introduire des objets dans l’oreille sous peine d’endommager le tympan.
définisse écho, tympan, surdité.
Trace écrite pour l’élève :
L’écho est la répétition ou de la réflexion du son quand il rencontre un obstacle large, dur et lisse qui l’oblige à revenir au point de départ.
--> Il est utilisé par le sonar des sous-marins et l’échographie, mais aussi par les chauves-souris et les dauphins.
L’écho se produit quand l’obstacle qui réfléchit les ondes sonores se trouve à une distance suffisamment grande de la source sonore pour que le son réfléchi se distingue à l’oreille du son original. Voilà pourquoi ce sont dans un auditorium, une église ou en plein air là où il y a des montagnes que ce phénomène se réalise.
Un son est caractérisé par trois qualités physiologiques : sa hauteur, son intensité et son timbre.
La hauteur du son est la qualité qui permet de dire si le son est grave (bas) ou aigu (haut).
--> Elle correspond à la fréquence du son c’est-à-dire au nombre de vibration par seconde et se mesure en hertz (Hz). Plus la vibration est rapide, plus le son est aigu ; plus elle est lente, plus le son est grave.
L’intensité du son est la qualité qui permet de dire si le son est fort ou faible. Elle se mesure en décibel (dB). --> Elle dépend l’amplitude du déplacement de l’air par la source sonore produisant le son. Plus l’amplitude du déplacement de l’air est élevée, plus le son est fort. Dans le cas contraire, le son est faible.
Le timbre est la qualité qui permet de distinguer des sons de même fréquence et de même intensité émis par des instruments différents.
--> La plupart des sources sonores produisent des sons complexes qui sont composés d’une fréquence fondamentale et d’autres fréquences associées.
--> C’est le timbre qui permet d’identifier chacun des sons de façon unique.
L’oreille humaine moyenne n’entend que les sons dont la fréquence varie entre 20 Hz (sons les plus graves) et 20 000 Hz (sons les plus aigus). C’est l’intervalle de fréquence audible pour l’homme.
--> Cependant, en fonction de l’âge, il faut attendre de 5 ans pour que l’enfant détecte les fréquences aigues comme l’adulte et 10 ans pour les fréquences graves. A partir de 20 ans, les sons les plus aigus deviennent progressivement moins audibles : seuls les adolescents en entendent certains. Après 50 ans, les difficultés auditives commencent à se sentir et s’aggravent avec l’âge.
--> Les sons dont la fréquence est inférieure à 20 Hz sont qualifiés d'infrasons. Ils sont entendus par certains animaux comme la taupe ou l'éléphant qui peuvent capter les prémices de tremblements de terre de quelques Hertz.
--> Les sons dont la fréquence est supérieure à 20 000 Hz sont des ultrasons. Un chien ou un chat entendent jusqu'à 40 000 Hz et une chauve-souris ou un dauphin, jusqu'à 160 000 Hz.
Évaluation et régulation
Evaluation formative en deux exercices :
Exercice 1
Souligne la bonne réponse.
C’est de ce phénomène que dérivent les deux autres : la foudre, l’éclair, le tonnerre.
Le son par rapport à la lumière est : plus rapide, moins rapide, de même vitesse.
Caractéristique du son qui permet de savoir si un son est fort ou faible : hauteur, intensité, timbre
L’oreille humaine moyenne perçoit des sons dont les fréquences varient entre : 10 000 Hz et 40 000 Hz – 10 Hz et 20 000 Hz, 20 Hz et 20 000 Hz.
Exercice 2
De ces propositions, lesquelles sont vraies ?
Le son se propage mieux à travers les liquides, moins bien à travers les solides, et encore moins bien à travers les gaz.
Le son se propage mieux à travers les solides, moins bien à travers les liquides, et encore moins bien à travers les gaz.
La hauteur du son décrit le fait qu’un son est haut ou bas.
L’écho est la répétition ou de la réflexion du son quand il passe au travers d’un obstacle.
Critère d’évaluation
Les définitions sont assimilées et reliées aux observations.
Les réponses sont correctes et cohérentes.
Éléments de remédiation
L’enseignant peut accompagner pendant quelques minutes l’élève qui n’arrive pas à bien classer les différents types de substances présentées sur la liste ou qui ne saisit pas convenablement les caractéristiques des états physiques de la matière. L’élève aura à reprendre les activités du cours et poser des questions précises à l’enseignant sur ce qui le trouble afin d’être édifié.
Il peut ensuite être incité à refaire les activités chez lui pour mieux appréhender les phénomènes étudiés et mieux assimiler les notions abordées.
NB : Même les élèves qui ont bien compris peuvent assister à la séance de remédiation et refaire chez eux les activités réalisées en classe pour approfondir leur maîtrise des notions abordées.
Séance 5 : Évaluation⚓
Cette séance est intégralement réservée aux évaluations (sommative du point de vue des contenus, et formative du point de vue des compétences) de la séquence qu’elle conclut.
Supports
Grille d’(auto-)évaluation des compétences.
Restitution des copies de l’évaluation formative des connaissances.
L’enseignant restitue les copies et donne son feedback sur l’évaluation des séances (3 et 4) précédentes. Il donne les réponses des exercices et répond aux questions des élèves.
Ce que fait l’élève
Les élèves écoutent les explications et posent des questions à propos de leurs erreurs.
Évaluation sommative des contenus de la séquence
L’enseignant annonce l’évaluation finale (décrite dans la partie introductive de la présente séquence – Évaluation 1re partie). Il présente les consignes et distribue les textes d’évaluation.
Il collecte les copies à la fin du temps règlementaire.
Ce que fait l’élève
Les élèves passent leur évaluation.
Évaluation formative des séances 3 et 4
Après une minute de préparation, l’enseignant donne des exercices d’évaluation à la classe.
Le temps écoulé, il collecte les copies en vue de les corriger et de produire une appréciation des travaux évalués.
Ce que fait l’élève
Les élèves passent leur évaluation .
Évaluation formative des compétences
L’enseignant distribue les grilles d’auto-évaluation des compétences aux élèves.
Il ramasse les grilles complétées après la durée prévue, en promettant un feedback aux élèves mais évidemment pas de note (il s’agit d’une évaluation formative).
Ce que fait l’élève
Les élèves remplissent la grille d’auto-évaluation formative des compétences.