Cycle et niveau de classe
Cycle 4 - Quatrième
Objectifs pédagogiques
Montrer expérimentalement les besoins des cellules chlorophylliennes pour la production de la matière organique
Compétences et capacités travaillées
- Concevoir et mettre en œuvre un protocole expérimental
- Utiliser des langages scientifiques
- CRCN 1.3 : Traiter des données
- CRCN 5.2 : Évoluer dans un environnement numérique
Outils numériques - intérêt et limites
- Capteur CO2 (Grove CO2 sensor référence CO2 MH-Z16B ), plus sensible que le capteur NDIRZ16, avec un embout permettant son immersion dans l'eau du bécher contenant les élodées,
- Capteur lumière, à relier au grove par un adaptateur,
- Carte arduino Uno (montage possible sur un support imprimé en 3D)
- Plaque Shield Grove (plaque enfichée sur la carte Arduino® afin de pouvoir raccorder les modules Grove sans soudure)
- Logiciel Arduino à télécharger, disponible sur les ordinateurs,
- Tableur
Présentation (organisation, consignes et supports)
Organisation Séance de 2 heures en binôme
Consigne
Contexte : On peut déterminer la présence de matière organique fabriquée par les cellules d’une feuille chlorophyllienne en utilisant de l’eau iodée qui va colorer en bleu nuit l’amidon produit par la photosynthèse.
Acquisition numérique d’une observation en microscopie optique (x200) de feuilles d’élodée placées pendant plusieurs jours à l’obscurité (A) et à la lumière (B) dans un bécher contenant de l’eau au fond de la salle de classe.(Nathan, cycle 4)
Quels sont les besoins des cellules chlorophylliennes pour réaliser cette synthèse de matière organique ?
Hypothèses : lumière, CO2, O2, sels minéraux…
1. En utilisant le matériel proposé, concevez une stratégie expérimentale permettant de tester une des hypothèses posées. Schématisez votre montage expérimental.
2. Après vérification de votre montage auprès de l’enseignant, suivez le protocole proposé avec différentes étapes :
a) Réalisation du montage expérimental (capteur CO2 et lumière)
- placez les élodées dans un bécher
- positionnez les capteurs (capteur CO2 dans le bécher et capteur lumière à côté du bécher) et refermez le bécher avec le film étirable
b) Paramétrage du logiciel Arduino (différenciation)
| Niveau expert | Niveau avancé | Niveau débutant |
Le programme permettant l’utilisation des capteurs est disponible au téléchargement pour les élèves. Le capteur CO2 doit être positionné sur la broche D4 et le capteur lumière sur la broche I2C. Ils doivent ouvrir le logiciel Arduino, copier le code, sélectionner la carte et le port puis vérifier le code, le téléverser avant d’ouvrir le moniteur série pour suivre les résultats. | Les capteurs sont branchés. Le programme a été téléversé sur la carte.
Les élèves ouvrent le moniteur série pour suivre les résultats. | Les capteurs sont branchés. Le programme a été téléversé sur la carte.
Les élèves ouvrent le traceur série pour visualiser les résultats |
c) Acquisition des données
Afficher l’horodatage,
Visualisez les mesures de la teneur en CO2 (en ppm) et de la lumière pendant 5 minutes à la lumière
Placez un cache sur le bécher et poursuivez l’enregistrement à l’obscurité pendant 5 minutes.
d) Traitement des données (différenciation)
| Niveau expert | Niveau avancé | Niveau débutant |
Les élèves copient les valeurs obtenues pendant les 10 minutes sur un fichier tableur (cocher « espace » dans la fenêtre de dialogue). Ils construisent la courbe de l’évolution de la teneur en CO2 en fonction du temps et de la luminosité. Ils titrent et légendent le graphique | Les élèves copient les valeurs obtenues pendant les 10 minutes sur un fichier tableur (cocher « espace » dans la fenêtre de dialogue). Ils construisent : - la courbe de l’évolution de la teneur en CO2 en fonction du temps - la courbe de l’évolution de la luminosité en fonction du temps et titrent et légendent les graphiques obtenus | Les élèves récupèrent le graphique du traceur série pour le titrer et le légender |
e) Conclusion par rapport à l’hypothèse testée.
Précisez en fonction de l’hypothèse testée quels sont les besoins des cellules végétales pour fabriquer de la matière organique
Aides :
- Fiche technique Arduino avec prise en main sur Capytale (code : c860 216 1807 pour Windows 10/11 et IOS de Cédric Metge)
- FT tableur : expert (courbe avec 2 axes des Y), débutant (réalisation d’une courbe, titre et légende)
Production des élèves
Bilan et retour des élèves
L'utilisation d'Arduino permet d'aborder la programmation avec des capteurs à moindre coût.
Pour aller plus loin / Liens
Le dispositif Arduino se compose de la carte Arduino Uno R4, du module Grove shield, du capteur CO2 MH-Z16B que du détecteur de lumière Grove 101020030. La carte Arduino, l'interface de connexion peuvent être intégrées dans un boîtier imprimé en 3D.
Le capteur de lumière est donné pour une mesure allant de 0,1 à 40000 lux, ce qui fonctionne bien en intérieur mais sature rapidement en extérieur. Il faut en tenir compte si on souhaite avoir une mesure précise de la luminosité en extérieur en différents points éclairés.
