M. P. I. Mesures Physiques & Informatique

Planning lundi : - Tour de table - présentation du programme de MPI et commentaires - les différentes progressions ; les ressources ; le matériel - la progression A La chaîne de mesure - Présentation de la chaîne de mesure de température - Étalonnage du capteur, adaptateur ; utilisation d ’Excel pour -construire un tableau et un graphique, modéliser pas à pas

mardi : La numération Les portes logiques conversions décimal binaire hexadécimal exportation d'un octet sur le port imprimante pilotage du port de l ’imprimante Les portes logiques caractéristiques des portes logiques et associations demi-additionneur ; additionneur simulations Excel et Crocodile clips

Bilan du stage, prolongements ... Jeudi : La conversion analogique-numérique réalisation d'une échelle de potentiel codage en binaire du résultat de la conversion construction de la chaîne complète La conversion numérique - analogique principes de base, caractéristiques d'un CNA, simulation avec crocodile clips Le port série. Principe et réalisation d'un CAN à rampe. généralités sur le port série ( principe, normes, ... ) principe du CAN simple rampe : maquette et simulation Autres chaînes de mesures quelques pistes et idées pour la mise en œuvre d'autres capteurs : pH, pression, lumière, force... Bilan du stage, prolongements ...

Le Programme MPI BO Hors Série n°6 du 31 Août 2000 Faire des Sciences, c’est faire des mesures La qualité de ces mesures dépend de « l’appareil de mesure » d’un transducteur ( grandeur physique  tension ) d’un adaptateur ( traitement de la tension ) d’un affichage ( grandeur analogique  binaire ) Démystifier l’aspect magique d’une mesure Forger l’esprit critique vis à vis de la mesure C’est un enseignement de Détermination Liberté de traitement de 20% du temps

A propos du contenu Le programme est présenté sous forme de tableau à lire horizontalement Fil conducteur : comprendre une chaîne de mesure Minimisation de la théorie à l’indispensable Intervention de la culture générale

A propos de pédagogie Mise en situation problème - Questionnements Mise en commun des solutions - discussions Recherche de l’autonomie Aspects théoriques traités au fur et à mesure des besoins limitation de l ’étude des objets à la fonction utilisée

A propos de l’horaire 3 heures hebdomadaires en Travaux Pratiques (pas de séances de cours) Gestion du temps par les élèves eux-mêmes si possible

A propos du travail exigé En séance au lycée par binôme : faire de la physique avant tout ; approches diversifiées ; évaluation formative par binôme Un minimum de travail à la maison ou au CDI sous forme de recherches par exemple favoriser l ’autonomie tout au long de l'année.

A propos de l’informatique L’informatique n’est qu’un outil aux fins - de faire des acquisition de mesures - d’utiliser des logiciels de simulation - de représenter des données - éventuelles d’apprentissage de la logique - d’utiliser des logiciels simples de bureautique L’ordinateur n’est qu’un moyen dont l’étude doit se limiter à la compréhension fonctionnelle de son utilisation.

A propos de l’évaluation Les objectifs doivent être les suivants : - en cours de formation ( en binôme en TP ) vérifier la compréhension de ce qui est fait vérifier les acquis théoriques vérifier les acquis expérimentaux Ces comptes rendus seront l'occasion d'évaluer les élèves tout au long de l'année. - en fin de cycle de formation ( individuel ) vérifier l’assimilation des fonctions rencontrées. Des évaluations individuelles des capacités expérimentales sont indispensables.

Mise en œuvre du programme de MPI

Étude de la partie analogique de la chaîne et son exploitation Le capteur de température Étude documentaire sur la température La technologie du composant est hors programme Acquisition et traitement de résultats expérimentaux pour déterminer la fonction du capteur. Aucun langage de programmation ne doit être utilisé. Étude de la partie analogique de la chaîne et son exploitation Étude documentaire sur la température (l’échelle de température, éclairage historique, cohérence avec le tronc commun).  La technologie du composant est hors programme, on se limitera à étudier expérimentalement sa fonction et ses caractéristiques.  Acquisition et traitement de résultats expérimentaux pour déterminer la fonction du capteur. Utilisation d’un multimètre (lien entre l'utilisation du multimètre et ses performances ou caractéristiques : calibres et incertitudes) Utilisation d’un tableur- grapheur pour l ’exploitation des résultats (mise en forme, représentation graphique et ajustement) Aucun langage de programmation ne doit être utilisé.

Le conditionneur ou adaptateur Réinvestissement expérimental des lois de l’électrocinétique. (montages simples , sans démonstration théorique) Utilisation de logiciels de simulation. Utilisation des différents moyens de mesures du laboratoire (l’oscilloscope, des multimètres, des interfaces …) On ne doit en aucun cas étudier les lois pour elles-mêmes mais les présenter de façon raisonnée lorsque c'est nécessaire. Le conditionneur ou adaptateur Réinvestissement expérimental des lois de l’électrocinétique. On se limitera à des montages simples cités dans le programme sous l’éclairage expérimental de leurs fonctions sans démonstration théorique. On pourra utiliser préalablement les logiciels de simulation électronique. On conduira ces expériences en utilisant les différents moyens de mesures du laboratoire (usage de l’oscilloscope, des multimètres, des interfaces …) On ne doit en aucun cas étudier les lois pour elles-mêmes mais les présenter de façon raisonnée lorsque c'est nécessaire.

Méthodologie des mesures Adaptation de l’appareil choisi et du calibre à la mesure Incertitudes : caractéristiques de la documentation du constructeur.  Distribution et étude statistique : valeur moyenne et encadrement raisonnable de la mesure dispersion des mesures. Méthodologie des mesures Adaptation de l’appareil choisi à la mesure : Choix du calibre adapté. Incertitudes : on se limitera à utiliser les caractéristiques de la documentation du constructeur.  Distribution et étude statistique : on se limitera à une valeur moyenne et à une évaluation de l’encadrement raisonnable de la mesure et on mettra en évidence la dispersion des mesures.

Étude de la partie numérique de la chaîne et son exploitation Le binaire et les systèmes de numération Quelques systèmes de numération La conversion décimale/binaire. Pas de langage de programmation. Étude de la partie numérique de la chaîne et son exploitation  Le binaire et les systèmes de numération Quelques systèmes de numération (aspect historique ; recherche sur Internet). La conversion décimale/binaire. Cette étude doit rester simple, voire ludique. Elle sera l'occasion d'utiliser des petites animations logicielles et des exercices motivants. Seules les bases 2,10 et 16 sont au programme. On pourra également utiliser un petit algorithme de conversion dans une feuille de calcul. On ne doit cependant pas mettre en œuvre de langage de programmation.

Conversion numérique analogique Un seul montage (R-2R ou résistances pondérées). Utiliser la simulation  et une maquette déjà câblée (maximum 4 bits).  Toute démonstration théorique est hors programme.  Notion de résolution sera définie à travers une expérience exploitant ce dispositif de conversion.

Conversion analogique numérique Notion de comparaison à une échelle de potentiel traitée de façon expérimentale. Durée de conversion.  La technologie des convertisseurs CAN est hors programme. Conversion numérique analogique On se limitera à un seul montage (R-2R ou résistances pondérées). Pour déterminer sa fonction de transfert, on utilisera la simulation  et une maquette déjà câblée (maximum 4 bits).  Toute démonstration théorique est hors programme.  Dans cette partie la notion de résolution sera définie à travers une expérience exploitant ce dispositif de conversion.

Manipulations montrant les limites d'une chaîne de mesure numérique. Échantillonnage Manipulations montrant les limites d'une chaîne de mesure numérique. Le choix du calibre et de la durée d’échantillonnage. Échantillonnage manipulations montrant les limites d'une chaîne de mesure numérique. L’objectif est d'exercer l'élève à porter un regard critique sur une mesure.  Le choix du calibre et de la durée d’échantillonnage en dépendent.

Culture scientifique et technique Architecture d'un ordinateur, Quelques éléments de l'histoire de l'informatique Recherche documentaire des caractéristiques techniques de capteurs. Culture scientifique et technique Cette partie ne doit pas être dissociée des précédentes. Elle doit apparaître au moment opportun dans celles-ci. Architecture d'un ordinateur, en se limitant aux descriptions de parties utiles à la compréhension de son fonctionnement et de celui de ses périphériques. Quelques éléments de l'histoire de l'informatique pour en montrer l’évolution. Recherche documentaire sur Internet, sur cédérom et sur catalogue des caractéristiques techniques de capteurs.

Partie thématique Cette partie du programme pourra être l'occasion: On ne pourra mettre en œuvre des compétences que dans le prolongement de celles du programme du tronc commun de cet enseignement de détermination. Cette partie du programme pourra être l'occasion: · d ’un travail pluridisciplinaire. · d’étudier les portes logiques (principe de l’additionneur…). · de compléter par une chaîne de commande utilisant un actionneur. · d’utiliser quelques notions de programmation .   Partie thématique Le choix du contenu de cette partie est laissé à la liberté de l'enseignant en fonction des spécificités locales et de l'intérêt des élèves.  On ne pourra mettre en œuvre des compétences que dans le prolongement de celles du programme du tronc commun de cet enseignement de détermination.

Les progressions proposées

Progression A Du capteur au logiciel à travers la réalisation d ’une chaîne de mesure de température: - construction progressive de la chaîne de mesure - introduction des outils à mesure des besoins

Progression B Étude de diverses chaînes de mesures: - questionnement permanent - réinvestissement