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Mesure et Instrumentation Programme Progression Séquence pédagogique Perspectiv

Mesure et Instrumentation Programme Progression Séquence pédagogique Perspective Questionnement Jeudi 19 janvier 2012 Programme Bulletin officiel spécial n° 3 du 17 mars 2011 Mesure et incertitudes de mesure ( Notions et contenus / Compétences ) • Définitions. ▫ Utiliser le vocabulaire de base de la métrologie. • Notions d’erreurs. ▫ Identifier les limites du mesurage (étendue de mesure, seuil de détection, seuil de quantification, etc.). ▫ Identifier les différentes sources d’erreur lors d’une mesure (mesurage). • Notion d’incertitude. ▫ Évaluer les incertitudes associées à chaque source d’erreur. ▫ Comparer le poids des différentes sources d’erreur. ▫ Évaluer l’incertitude d’une mesure :  à partir de la documentation du constructeur ;  à l’aide d’une formule d’évaluation (fournie à l’élève) ;  donnée par un instrument analogique. ▫ Évaluer la valeur moyenne et l’écart-type expérimental d’une série de mesures effectuées dans des conditions de répétabilité. ▫ Évaluer l’incertitude de répétabilité à l’aide d’une formule d’évaluation (fournie à l’élève). • Expression et acceptabilité du résultat. ▫ Exprimer le résultat d’un mesurage par une valeur mesurée et une incertitude de mesure associée à un niveau de confiance. ▫ Définir les mesurages à conserver en fonction d’un critère donné. ▫ Faire des propositions pour améliorer la démarche. ▫ Vérifier un résultat de mesurage à l’aide d’un étalon. ▫ Évaluer l’exactitude de la mesure (fidélité et justesse). Programme Bulletin officiel spécial n° 3 du 17 mars 2011 Instrumentation : instruments de mesure, chaîne de mesure numérique ( Notions et contenus / Compétences ) • Capteur et principe physique associé. • Chaîne de traitement de l’information ▫ Associer la mesure d’une grandeur au principe physique d’un capteur. ▫ Mettre en œuvre un instrument de mesure, une chaîne de mesure numérique. ▫ Identifier les sources d’erreur et évaluer les incertitudes associées à chaque étage de la chaîne. ▫ Étalonner un capteur, un transmetteur, une chaîne de mesure numérique. • Utilisation des appareils de mesure Choix des appareils Étalonnage Dans le cadre d’une mesure, pour chaque appareil : ▫ Connaître la grandeur mesurée ; ▫ Choisir un instrument de mesure adapté en fonction de ses caractéristiques (sensibilité, temps de réponse, fidélité, justesse, étendue de mesure) ; ▫ Indiquer le capteur utilisé ; ▫ Identifier les éléments de la chaîne de mesure ; ▫ Utiliser l'appareil, à l’aide d’une documentation, dans le cadre d’un protocole de mesure ; ▫ Effectuer des mesures. Réaliser, régler et/ou étalonner les dispositifs expérimentaux dans les conditions de précision correspondant au protocole. Programme Bulletin officiel spécial n° 3 du 17 mars 2011 Les techniques de mesure ( Notions et contenus / Compétences ) • Mesures absolues et mesures relatives. • Mesures directes et indirectes. • Mesure par comparaison, méthode de zéro. ▫ Reconnaître les différents types de mesures. ▫ Choisir une technique de mesure et la mettre en œuvre afin de minimiser l’incertitude ou de limiter l’effet des grandeurs d’influence. Progression 1 1. a, b Règlement inter-laboratoire Sécurité Découverte du laboratoire et de la notion de mesure Notion de Mesure, Mesurande, Mesurage Observation de la verrerie courante du laboratoire pour les critères suivants : - Plus grand volume mesurable - Plus petit volume mesurable - Volume entre deux graduations - Tolérance indiquée 2 1. a, b Limite de mesurage Utiliser les résultats d’une manipulation pour identifier les limites et étendues de mesure. Analyse de la dispersion des vitesses calculées. Synthèse sur les notions d’étendue de mesure, de limite supérieure ou inférieure de mesure. Travail par groupe : - Mesurer le temps d’un déplacement à l’aide de : chronomètre, montre, comptage mental - Mesurer la distance parcourue à l’aide de : double décimètre, corde, mètre ruban Calcul de vitesse. Interrogation écrite sur les notions de sécurité. 3 1. a, c Mettre en œuvre un instrument de mesure Pipette jaugée Transfert de volumes d’eau (20 mL) à l’aide pipette jaugée. Exercices : expression de volumes dans différentes unités. Evaluation du cahier de laboratoire. 4 1. a, c Mettre en œuvre un instrument de mesure Balance analytique Pesée de 1 g de NaCl. Exercices : expression de masse dans différentes unités Interrogation écrite sur les notions de mesure, mesurage, mesurande. 5 1. a, c, d, e Influence de divers facteurs sur un mesurage - Classification à l’aide du diagramme des 5M Classification des facteurs d’influence. Analyse de l’étendue pour l’influence de la main d’œuvre. Construction du diagramme des 5M Application au monde du travail. TP : Mesurage de la masse d’eau dans différentes conditions Pesée de l’eau : - méthode (balance préparative - balance analytique) - milieu (eau à température ambiante et eau froide) - matière première (eau - eau frelatée avec éthanol) - matériel (pipette jaugée - éprouvette) - manipulateur (tous les élèves) Evaluation de l’utilisation de la balance. 6 1. a, f Evaluer l’incertitude d’une mesure Notion de concentration massique et molaire. Calcul de l’incertitude de la mesure à l’aide d’une formule de calcul simplifiée fournie à ’élève. Estimation de l’incertitude de la mesure à l’aide d’une formule de calcul simplifiée et par le biais de l’affichage. Préparation d’une solution de NaCl à 5g.L-1 (pesée 0,5g, 100 mL). Recherche des tolérances des instruments (documentation constructeur). Exercices changements d’unités et calcul de concentration. Progression 7 1. a, f Evaluer l’incertitude d’une mesure Notion de concentration massique et molaire. Estimation de l’incertitude de la mesure à l’aide d’une formule de calcul simplifiée. Dilution d’une solution de KMnO4 (10 dans 100 mL). Mesure de la « concentration » par spectrophotométrie en mode concentration. Exercices changements d’unités et calcul de concentration. Evaluation de l’utilisation de la pipette jaugée. 8 1. a, g, h, i, j Analyse statistique d’une série de mesure séance 1 Tracer de la courbe : Concentration = f(essai) Calcul de la moyenne, sr et CVr. Conclusion partielle sur la fidélité en condition répétabilité. Dilution répétée 8 fois d’un colorant alimentaire et mesure de la concentration par spectrophotométrie en mode concentration. 9 Analyse statistique d’une série de mesure séance 2 Reprise des résultats de chaque élève par Excel : moyenne, écart type et CVr bruts Notion de fidélité en condition de répétabilité. Reprise de l’ensemble des résultats (16 x 8) par Excel : moyenne, écart type et CVR. Notion de fidélité en condition de reproductibilité (main d’œuvre). Présentation formule liant sr à sR. Détermination sr de référence. Comparaison sr de référence et sr élève. Présentation de la notion de valeur de référence et de la notion de justesse. Présentation des formules de calcul pour le biais et le biais relatif. Conclusion sur la notion d’exactitude Exactitude = fidélité + justesse. Appropriation du sr et CVr. Appropriation de la notion de fidélité en condition de répétabilité. Appropriation du sR et CV R Appropriation de la notion de fidélité en condition de reproductibilité. Auto-évaluation de la fidélité en condition de répétabilité de la série de mesure. Calcul du biais et du biais relatif. Auto-évaluation de la justesse de la série de mesure. Appropriation de schémas de présentation des notions. 10 Mettre en œuvre un instrument de mesure Burette Mesurer des volumes d’eau à l’aide d’une burette de 10 mL et de 25 mL. Interrogation écrite sur les calculs de conversion et de concentration. 11 Mise en application des notions de qualité au laboratoire : dosage volumétrique séance 1 Etalonnage d’une solution ‘acide chlorhydrique par une solution d’hydrogénocarbonate de potassium Evaluation du geste pipette jaugée 12 Mise en application des notions de qualité au laboratoire : dosage volumétrique séance 2 Réaction du compte rendu Tableau de sécurité Tableau de résultat Equations des réactions Equivalence Etablissement de l’équation aux grandeurs Calcul des concentrations molaires Acceptabilité des résultats Rappel de la fidélité en condition de répétabilité et de reproductibilité Justesse Séquence pédagogique Intitulé de la séance 02 Limite de mesurage Pré-requis Utilisation des instruments de mesurage de longueur et de temps Objectifs Connaissances (savoirs) Limites et étendue de mesurage Capacités (savoir-faire) Réaliser les mesurages demandés, construire un tableau de résultats, analyser des résultats expérimentaux Attitudes (savoir-être) Communiquer Déroulement de la séance Temps Activités professeur Activités élève Support Interrogation 10 min Interrogation, en début de séance, sur les notions de sécurité. Réponds aux questions MI 02 prof EV sécurité Activité expérimentale 30 min Présentation et organisation de l’activité expérimentale (oralement): - Mesurer le temps d’un déplacement à l’aide de : chronomètre, montre, comptage mental - Mesurer la distance parcourue à l’aide de : double décimètre, corde, mètre ruban Réalisation de l’activité proposée Compléter le tableau de résultats (phase 1 = mesure) Tableau de résultats Calculs de vitesse 20 min Instructions pour construire le tableau des vitesses Construire le tableau des vitesses Calcul de vitesse en m.s-1 Tableau et / ou informatique Analyse des résultats 30 min Analyse de la dispersion des vitesses calculées Retour sur les grandeurs mesurées : limites et étendues de mesure Echange avec le professeur Compléter le tableau de résultats (phase 2 = notions) Tableau de résultats Conclusion 10 min Synthèse sur les notions d’étendue de mesure, de limite supérieure où inférieure de mesure Echange avec le professeur Exercice d’application 10 min Interrogation complémentaire sur l’activité 1 Compléter le tableau uploads/s3/ presentation-de-mi-au-lycee-jean-rostand-eric-barbieri 1 .pdf