L'intégration de la technologie dans nos salles de classe apporte une dimension nouvelle et engageante à l'enseignement des sciences. Dans cet article nous étudions comment utiliser FizziQ pour réaliser une séance d'investigation scientifique en class en utilisant l'exemple de l'activité "Chloé et les diapasons" dont l'objectif est la découverte du calcul de la période d'un signal sonore.
Le programme
FizziQ ne permet bien sûr pas d'aborder tous les concepts abordés au collège et au lycée mais ce type d'outils permet néanmoins de couvrir un grand nombre de concepts théoriques du programme. L'activité "Chloé et les diapasons" permet par exemple d'aborder plusieurs séquences au programme de collège :
Sciences physiques Cycle 4 et Seconde : Signaux sonores : Notion de fréquence : sons audibles, infrasons et ultrasons. Croisements entre enseignements :En lien avec l’éducation musicale, Information et communication : signaux sonores (émetteurs et récepteurs sonores : micro...) signaux lumineux, signaux électriques.
Éducation musicale Cycle 3 : Par le travail de la perception, celui de l’écoute de la musique, les élèves développent leurs capacités à percevoir des caractéristiques plus fines et des organisations plus complexes de la musique ; ils apprennent à identifier des relations, des ressemblances et des différences entre plusieurs œuvres. Manipulation d’objets sonores à l’aide d’outils numériques appropriés.
Education musicale Cycle 4 : « Culture et création artistiques », « Sciences, technologie et société », en lien avec la technologie, la physique- chimie, les mathématiques, le français, les arts plastiques. L’impact des technologies et du numérique sur notre rapport à l’art ; aux sons, à la musique, à l’information.
Préparation
Les outils digitaux tels que FizziQ sont largement éprouvés pour l'enseignement des sciences. Fizziq est utilisé par des milliers d'élèves chaque jour donc pas d'inquiétude, l'application ne buguera pas. Par contre si son fonctionnement est extrêmement intuitif pour les élèves, les adultes peuvent parfois éprouver des difficultés à trouver telle ou telle fonction. Pour cela il sera utilise de se familiariser avec l'application avant de faire son premier cours.
On demandera dans les jours qui précèdent le cours aux élèves de télécharger l'application sur leur smartphone ou tablette. L'application Fizziq est gratuite et sans partage de données personnelles donc son téléchargement ne posera pas de problèmes en terme de confidentialité ou RGPD. Il sera utile que les élèves se familiarisent avec l'application, ils peuvent le faire à la maison après avoir téléchargé le programme.
L'utilisation de smartphone en classe est soumis à certaines contraintes et on peut avoir à demander l'aval du proviseur pour son utiisation. Il est très rare que cette autorisation soit refusée étant donné que l'utilisation par les élèves est purement scolaire. L'application Fizziq n'est pas un jeu et c'est un véritable instrument scientifique.
En terme de matériel, l'application FizziQ dispose de tout ce dont on a besoin pour faire un cours complet sur le son. On trouvera les instrument de mesure tels qu'un oscilloscope pour visualiser le signal, un fréquencemètre pour mesurer les fréquences fondamentale ou dominante et le spectre, un sonomètre pour mesurer le niveau sonore et le niveau moyen. Mais FizziQ possède également la capacité d'émettre un gamme étendu de son, des sons purs et sons complexes avec le synthétiseur, ou des sons des la vie de tous les jours avec la bibliothèque de sons qui inclue des sons d'instruments de musique, des bruits blancs, des sons pour mesurer l'effet Doppler, et bien plus.
Malgré les possibilités de FizziQ, rien ne remplace l'utilisation de vrais instruments de musique pour étudier le son. On peut donc ajuster le défi pour s'adapter à l'utilisation des instruments disponibles en classe.
Le défi
Dans le cadre de la méthode d'investigation, il est intéressant de proposer un défi aux élèves. Voilà le défi et le protocole que l'on pourra proposer aux élèves dans le cadres de l'activité "Chloé et les diapasons".
Défi : En explorant le grenier poussiéreux de ses grands-parents, Chloé tombe sur une boîte mystérieuse gravée de motifs musicaux. À l'intérieur, elle découvre trois diapasons, chacun portant une inscription unique - "Mozart", "Philharmonic Pitch", et "La3". Intriguée, Chloé les fait résonner un à un, mais s'étonne d'entendre des tonalités distinctement différentes. Votre mission est de l'aider à dévoiler le mystère derrière ces variations sonores et de retracer l'histoire et l'origine de chaque diapason. Pour mener à bien cette enquête sonore, vous serez équipé de l'application FizziQ et de ses outils d'analyse acoustique.
Protocole de l'activité :
Recherche Historique : Avant de commencer l'expérience, effectuez une brève recherche sur l'histoire des diapasons, les standards de fréquence au fil du temps. Cela vous donnera des indices sur l'origine possible de chaque diapason.
Ecoute des diapasons : Vous trouverez les différents diapasons dans la bibliothèque de sons de l'application FizziQ, situé dans le menu Outils. Ecoutez les différents diapasons, quelle est la différence de sonorité ? Comment peut-on caratériser cette différence ?
Analyse Acoustique : Déterminer la fréquence de chaque diapason de deux manières différentes. On pourra utiliser l'instrument "Fréquence Fondamentale", et l'instrument "Amplitude" pour mesurer les fréquences.
Interprétation et Conclusion : Sur la base de vos mesures et recherches, élaborez une explication sur pourquoi chaque diapason produit une note différente. Reliez vos découvertes aux époques historiques, aux pratiques d'accord, et à l'évolution des standards musicaux.
Présentation des Résultats : Préparez une présentation ou un rapport incluant vos hypothèses, méthodes d'analyse, résultats, et conclusions. Partagez vos découvertes avec la classe, en illustrant comment la science et l'histoire se rencontrent dans l'étude des diapasons.
Extension : Pour aller plus loin, explorez comment les différentes fréquences des diapasons peuvent influencer l'accord d'instruments modernes. Vous pouvez également créer une expérience comparant la perception des fréquences par différentes personnes.
Déroulement de l'activité
L'activité se déroule sur environ 30-45 minutes. Elle se déroule en plusieurs étapes :
Organisation : organiser les élèves par groupe de 3 ou 4. Chaque groupe utilisera un seul smartphone ou tablette. Répartir les différents groupes dans la classe. Il peut être préférable de faire les manipulations en extérieur ce qui permet d'éviter les interférences et un bruit trop important dans la classe.
Préparation : Assurez-vous que l'application FizziQ est bien installée et fonctionnelle sur tous les appareils avant de commencer l'activité. Mettre les appareils sur mode Avion pour éviter que les élèves soient distraits ou que des notifications ne viennent perturber les mesures. .
Familiarisation avec l'application : Dans un premier temps, laisser les élèves pendant au moins 5 minutes se familiariser avec l'application. Ils regarderont les différentes fonctionnalités et en général appuieront sur tous les boutons. Demander leur d'identifier les instruements de mesure, le cahier d'expérience et les outils musicaux.
Réalisation de l'activité : Une fois la période de familiarisation écoulée, laissez les élèves conduire leur investigation. Encouragez les à découvrir les fonctionalités de l'application. Demandez leur de réaliser un cahier d'expérience qui contiendrales mesures, du texte et des photos
Partage : Demandez aux élèves d'exporter leur cahier d'expérience sous forme PDF et de l'envoyer par mail ou par d'autres moyens de communication.
Précautions
Pour garantir le succès et la sécurité de l'activité, il est essentiel de prendre certaines précautions. Ces mesures contribueront à assurer une expérience d'apprentissage à la fois enrichissante et sûre pour les élèves.
Danger lié aux sons forts : Rappeler aux élèves de maintenir un volume sonore raisonnable lors de l'utilisation des diapasons pour éviter les nuisances sonores et protéger l'audition. Si des élèves ont des sensibilités auditives, envisagez des adaptations pour leur permettre de participer confortablement.
Utilisation des Appareils Électroniques : Encouragez les élèves à manipuler les appareils avec soin pour éviter les chutes ou les dommages.
Hygiène et Sécurité : Si l'activité se déroule en période de restrictions sanitaires, rappeler les mesures d'hygiène comme le lavage des mains et la désinfection des surfaces et des appareils partagés.
Respect des Données et Confidentialité : Il est intéressant au cours de l'exercice de sensibiliser les élèves à la confidentialité et au respect des données s'ils partagent des enregistrements ou des observations. Les informations personnelles ne doivent pas être partagées sans consentement.
Supervision et Assistance : Prévoyez une supervision adéquate pour aider les élèves à utiliser l'application et les instruments de musique de manière sûre et efficace. Soyez prêt à fournir une assistance technique et conceptuelle aux élèves qui en ont besoin.
Réalisation de l'activité avec FizziQ
Pour réaliser cette activité, on utilisera trois sons présents dans la bibliothèque de sons :
le diapason La3
le diapason Mozart
le Diapason Philharmonie Pitch
On trouvera les sons de ces diapasons, on va dans le menu Outils en appuyant sur l'onglet en bas de l'écran, puis on sélectionne la Bibliothèque de sons, et dans le menu déroulant, on sélectionne l'un de ces trois sons. On appuie sur le bouton Play pour jouer le son.
Pour mesurer la fréquence fondamentale d'un son, on utilise le fréquencemètre accessible à partir de l'écran Mesures (onglet en bas de l'écran) et on sélectionne la fréquence fondamentale. La fréquence du signal est calculée à une fréquence de 20 Hertz, à partir des signaux capturés par le microphone.
Fizziq permet de simultanément jouer le son et l'analyser. Pour cela on lance le son que l'on souhaite étudier à partir de la Bibliothèque ou du Synthétiseur, puis dans va dans l'onglet mesure et on fait la mesure alors que le son est joué par le haut-parleur. On ajuste le volume pour que l'analyse soit pertinente.
Pour enregistrer une mesure, on peut soit prendre un instantané de la mesure en appuyant sur le bouton rouge avec un carré blanc, soit faire un enregistrement sur une période de temps en appuyant sur le bouton REC. Les données sont enregistrées dans le cahier d'expérience qui contient l'ensemble des mesures mais auquel on peut ajouter du texte ou des photos. le cahier peut être exporté au format PDF ou Excel. On peut créer et sauvegarder d'autres cahiers.
Pour visualiser la forme de l'onde sonore, on va dans l'onglet Mesures, puis Microphone, et Amplitude. Cet instrument permet de visualiser l'oscillogramme de l'onde sonore en temps réel. Pour enregistrer la mesure, on appuie sur le bouton rouge avec un carré blanc qui permet de faire une mesure instantanée. Dans le cahier, on peut utiliser la loupe pour faire une mesure de la période du signal. Pour activer la loupe, on appui sur l'écran et on déplace le curseur. On notera que l'on peut zoomer sur le graphique ou changer son format.
Dans le cahier pour ajouter des photos ou du texte au cahier, on appuie sur le bouton + qui donne accès à d'autres fonctionnalités.
Debriefing
A la fin de la séance on demandera aux élèves de partager leur cahier d'expérience. Ce cahier sera complété avec des photos et du texte donnant, les hypothèses, le raisonnement et les conclusions de l'activité.
FizziQ permet de partager les cahiers au format PDF. si des analyses supplémentaires doiveêtnt re réalisées, on pourra également partager les données au format Excel ou Python.
Les élèves peuvent échanger des données en utilisant le partage par QR code qui se trouve en haut à droite de chaque carte d'observation. Il suffit de scanner ce QR code à partir de l'application, en appuyant sur + dans le cahier d'expérience, puis Observation. Les données arrivent automatiquement dans le cahier d'expérience. Chaque élève peut ainsi créer son propre cahier à partir des données du groupe.
Quand chaque groupe a réalisé et partagé son cahier, on peut alors faire un débriefing sur l'activité, les difficultés que l'on a rencontré et les conclusions auxquelles les groupes sont arrivé. Le débriefing, ou le retour d'expérience, qui suit l'activité est crucial. Il permet aux élèves de réfléchir sur leur apprentissage, de partager des insights et de renforcer leur compréhension des concepts étudiés. C'est également un moment précieux pour l'enseignant, qui peut évaluer l'efficacité de l'activité, recueillir des feedbacks pour des améliorations futures et, surtout, célébrer les réussites des élèves.
Conclusion
L'activité "L'Enquête des Diapasons de Chloé" offre aux élèves une opportunité unique d'explorer les notions fondamentales de la physique du son, telles que la fréquence et la période, tout en tissant des liens enrichissants avec l'histoire de la musique et la technologie moderne via l'application FizziQ. En mettant en œuvre les précautions nécessaires, les enseignants peuvent créer un environnement d'apprentissage sûr et stimulant qui encourage les élèves à devenir des chercheurs actifs, à développer leur esprit critique et à appliquer leurs connaissances théoriques dans des contextes pratiques et historiques.
Cette activité illustre parfaitement comment l'enseignement des sciences peut être rendu vivant et pertinent pour les élèves, en démontrant l'interconnectivité des domaines scientifiques, technologiques et artistiques. En se plongeant dans l'histoire et la science derrière chaque diapason, les élèves ne se contentent pas d'apprendre des faits ; ils s'engagent dans un processus de découverte qui valorise la curiosité, l'investigation et l'analyse critique.