L'album: Dans mes oreilles, j'entends le monde (Romanyshyn et Lesiv, 2017).

Matériel requis pour la phase de préparation:

-Album: Dans mes oreilles, j'entends le monde

-Cuillère en métal et morceau de ficelle de 50cm pour chaque élève

-Quelques montres à aiguilles des élèves volontaires

-Crayons et papier pour prendre des notes au besoin, ou pour dessiner une esquisse de ce qu'il vont fabriquer. 

1- Lecture de l'album Dans mes oreilles, j'entends le monde (Romanyshyn et Lesiv, 2017).

Avant la lecture:

• Mentionner aux élèves que ce livre nous apprendra beaucoup de choses sur un sujet bien précis.
• En vous basant sur le titre du livre et l'illustration de la page couverture, de quoi croyez-vous que le livre parlera?
• Que connaissez-vous sur ce sujet?

Pendant la lecture:

• P.8-9: Expliquer aux élèves à l'aide de l'image que les vibrations du son entrent dans l'oreille et font vibrer notre tympan ainsi que les petits osselets qui se trouvent à l'intérieur de notre oreille. C'est ainsi qu'on peut entendre les sons.
• P. 11: Différencier avec la voix les types de sons (forts, doux, aigus, graves).
• P. 19: Pouvez-vous nommer des sons que notre corps produit?
• P.31: Clarifier avec les élèves ce qu'est l'écholocalisation.

* Si le temps manque, les pages 32 à 43 peuvent ne pas être lues.  

Après la lecture:

• Quelle partie du corps nous permet d'entendre les sons?
• Comment voyagent les sons?
• Demander aux élèves d'être en silence, de fermer les yeux et d'être attentifs. Qu'entendons-nous?

2- Activité dirigée pour explorer le thème des sons afin de permettre aux élèves de s'approprier certaines connaissances sur cette notion.

Activité créée par Andrée Boissonneault. Tirée du site Éducatout à l'adresse https://www.educatout.com/activites/sciences/la-propagation-du-son.htm

L'enseignante commence par demander aux élèves s'ils savent comment le son se propage.  Elle les guide dans une courte expérience pour mieux comprendre ce phénomène.

            Chaque enfant reçoit une cuillère en métal et un morceau de ficelle. L'enseignante guide les manipulations suivantes: Attacher la cuillère en plein milieu du morceau de ficelle à l'aide d'un n?ud solide.

            Quand tout le monde est prêt, l'enseignante demande aux élèves de prendre les deux bouts de la ficelle dans chacune de leur main et de cogner la cuillère sur la table. L'enseignante fait remarquer aux élèves qu'ils entendent les ondes sonores émises par la cuillère et qu'elles ont voyagé dans l'air jusqu'à leurs oreilles. Elle recueille les commentaires des élèves sur la manière dont ils ont entendu le son.  Ã‰tait-il fort ou faible ? Aigu ou grave?

            Les élèves sont maintenant prêts à répéter l'expérience en enroulant la ficelle autour de leur index et en mettant leurs doigts dans leurs oreilles. Encore une fois, l'enseignante les encourage à qualifier le son qu'ils ont entendu. Le son entendu dans cette deuxième expérience est plus fort que celui de la première, car les ondes sonores se propagent mieux en milieu solide que gazeux! Ainsi la matière permet mieux de faire voyager le son que l'air.

            L'enseignante explique aux élèves que le son voyage toujours de la même façon, c'est-à-dire par ondes sonores. Ces ondes sont comme des vagues qui partent de l'objet qui produit le son et se propagent dans toutes les directions. Ton oreille capte une de ces ondes et tu entends le son. Plus tu t'éloignes de l'objet, moins le son est fort puisqu'il y a une perte importante dans l'air.

            Lorsque tu as placé tes doigts dans tes oreilles avec la ficelle, tu as créé un autre chemin pour le son. Il est parti de la cuillère, a voyagé dans la ficelle puis dans tes doigts pour entrer dans ton oreille! Le son voyage beaucoup mieux dans les objets solides que dans l'air, car il y a moins de perte. Voici quelques autres façons de le vérifier : En déposant une montre à aiguilles sur une table, on s'apercevra que le son est plus fort en collant l'oreille sur la table.  De même, dans le bain on entend un son métallique plus fort si on a la tête sous l'eau que hors de l'eau.  En effet, le son voyage aussi mieux dans l'eau que dans l'air.

Matériel requis pour la phase de réalisation:

-L'enseignante aura un téléphone cellulaire disponible pour permettre aux équipes de faire des tests de sons.

-Crayons et papiers pour dessiner une esquisse de ce qu'ils vont fabriquer

-Cahier de l'élève imprimé (un pour chaque élève)

-Il est important que les élèves soient en mesure de reproduire l'idée à laquelle ils ont réfléchis. Ainsi, le choix du matériel fourni sera aussi basé sur les protocoles des élèves. Voici des exemples de matériaux qui pourraient être disponibles: petites boîtes en carton, rouleaux de papier de toilette, papier d'aluminium, pellicule plastique, ruban adhésif, contenant de plastique vide, canne de conserves vide, fils en divers types de matériaux, bouchons de liège, papier bulles, papiers construction, boîtes d'oeufs, etc.  

Résumé de la réalisation:

À partir des connaissances que les élèves ont commencées à s'approprier sur le son, ?en équipe de 3 ou 4 élèves, les élèves auront à confectionner quelque chose que grand-mère pourra utiliser pour mieux entendre le son provenant de son téléphone cellulaire. Notons que le volume du son initial doit être le même pour chaque équipe. Le produit attendu des élèves est un objet qui va permettre de canaliser le son pour l'amplifier.

Après la période de réalisation de l'outil par les élèves, chaque équipe présente son prototype, et l'enseignante animera une discussion où les élèves auront l'opportunité d'expliquer leur prototype et leur démarche utilisée. Ce sera aussi l'occasion pour enseignante d'expliquer le contenu notionnel.

Mise en situation:

L'enseignante explique aux élèves que sa grand-mère Gertrude a de la difficulté à entendre: ?Hier, je suis allée visiter ma grand-mère Gertrude. Je m'inquiétais pour elle, car je lui ai laissé plusieurs messages vocaux sur son téléphone la semaine dernière qui sont restés sans réponse. Lorsque je lui ai demandé pourquoi elle n'avait pas retourné mes appels, elle m'a expliqué qu'elle n'entendait pas mes messages, même en mettant le son du téléphone au maximum et en le collant à son oreille.?  

Problématisation:

J'ai suggéré à grand-mère Gertrude d'utiliser des hauts-parleurs, mais elle n'en a pas, et elle ne veut pas en acheter. Je veux aider ma grand-mère à entendre les personnes qui l'appellent. J'ai essayé de penser à des solutions, mais je n'en trouve pas. Pourriez-vous m'aider? Peut-on amplifier le message téléphonique ou construire un appareil auditif à grand-maman Gertrude?  

Rôle de l'enseignante: Guider les élèves vers une solution simple que la grand-mère peut utiliser.

Le rôle de l'enseignante lors de la phase de réalisation est de soutenir les élèves dans la confection de leur protocole et de leur prototype. Elle doit circuler dans la classe lors de la création du protocole afin de s'assurer que les élèves soient claires et précis dans la rédaction des différentes étapes de celui-ci. Les étapes des élèves devraient aussi être directement en lien avec leur hypothèse. Lors de la construction de leur prototype, l'enseignante circulera dans la classe afin de s'assurer que les différentes équipes se concentrent à la tâche. Elle devra aussi motiver les élèves lorsque certaines de leurs tentatives ne fonctionnent pas. L'enseignante devra les encourager à persévérer dans leur recherche d'une solution et à noter leurs succès et leurs échecs sur sa grille d'évaluation.

Matériel requis pour la phase d'intégration:

-Activité #1: Crayons et papiers pour prendre des notes et rédiger leur hypothèse et leur protocole d'équipe

-Activité #2: Un grand bol, un haut-parleur, du papier cellophane, du sel.

Pendant la phase d'intégration nous souhaitons, d'une part, venir contextualiser les notions apprises par les élèves et d'autre part, approfondir les connaissances traitées par cette situation d'apprentissage en introduisant une nouvelle connaissance en lien avec la notion traitée. Pour ce faire, notre phase d'intégration comprend deux activités.

Activité #1: Isolation d'un haut-parleur

Intention:  L'élaboration d'une hypothèse et d'un protocole, et présentation de ceux-ci

Premièrement, afin de réinvestir les connaissances acquises par les élèves, une nouvelle problématique leur sera présentée. L'enseignante demande aux élèves s'il est possible de diminuer le son d'un appareil. Pour ce faire, elle leur présente un petit haut-parleur, et elle leur explique qu'elle souhaite réduire le son produit par cet appareil. Les élèves doivent se regrouper en équipe et produire une hypothèse ainsi qu'un protocole. Ensuite, chaque équipe présente leurs idées à la classe. Afin d'effectuer un retour sur ces présentations, l'enseignante présente l'une des façons d'isoler le son. Elle anime ensuite une discussion en lien avec la théorie de cette solution. L'intention de cette activité est d'amener les élèves à élaborer une hypothèse et un protocole en utilisant les concepts traités en classe.

Activité #2: Sel et haut-parleur

Intention: Réinvestissement des connaissances et explication d'un phénomène

Deuxièmement, dans une autre activité nous souhaitons venir déstabiliser les élèves en introduisant une nouvelle notion en lien avec le son. Plus précisément, nous voulons amener les élèves à se questionner davantage sur ce sujet, afin d'affiner leur compréhension. Pour ce faire, l'enseignante et les élèves effectuent une nouvelle expérience scientifique. Le but de celle-ci est d'amener les élèves à réinvestir des connaissances afin d'expliquer un phénomène scientifique. L'enseignante fera une démonstration devant tout le groupe. Elle dépose un haut-parleur dans un grand bol et recouvre la surface du bol d'une pellicule plastique qu'elle dispose de manière étanche. Ensuite, elle verse des grains de sel sur cette pellicule. Lorsqu'elle allume le son du haut-parleur, les grains de sel s'agitent et rebondissent sur la pellicule plastique. Ensuite, l'enseignante anime une discussion afin d'expliquer pourquoi les grains de sel s'agitent ainsi.  

Bien que les élèves aient l'occasion de démontrer leurs compétences dans tous les critères d'évaluation en sciences au cours de cette SAE, nous recommandons l'évaluation rigoureuse des critères 2 et 5.  En effet, nous jugeons qu'il serait une tâche trop lourde pour l'enseignante d'avoir à évaluer tous les critères dans l'accomplissement de cette SAE, et la question de recherche a été spécifiquement formulée pour offrir le plus de liberté possible aux élèves, et observer la démarche qu'ils mettront en ?uvre. Ainsi, nous préférons nous pencher précisément sur les critères en lien avec l'exécution de la démarche scientifique puisque cela correspond avec notre intention pédagogique.

Critère 1: Description adéquate du problème : Est-ce que l'élève comprend bien ce qui lui est demandé ? Est-ce qu'il fait des liens avec ses connaissances antérieures sur le sujet? Toutefois, ce critère ne sera pas évalué.

Critère 2: Mise en ?uvre d'une démarche appropriée.  Concrètement, cette situation d'apprentissage vise à évaluer l'habileté des élèves à adapter leur protocole suite aux différentes expérimentations et manipulations qu'ils feront avec le matériel qui leur est offert. Il s'agit du deuxième critère d'évaluation, soit la mise en ?uvre d'une démarche appropriée.   Nous cherchons à savoir si l'élève prévoit et met en place une stratégie lui permettant d'aider à augmenter le volume d'un message enregistré.

Critère 3: Utilisation appropriée d'instruments, d'outils ou de techniques.  Les élèves devront construire leur prototype à l'aide du matériel à leur disposition.  Est-ce que les élèves utilisent les bons outils dans leur projet? (règle, compas, rapporteur d'angles?)

Critère 4: Utilisation appropriée des connaissances scientifiques et technologiques.  Est-ce que les élèves s'appuient sur des connaissances scientifiques sur le son pour élaborer leur prototype?

Critère 5: Maitrise des connaissances ciblées par la progression des apprentissages

Nous évaluerons également l'appropriation personnelle des connaissances sur le son des élèves en leur demandant d'expliquer pourquoi ils pensent que leur prototype va aider grand-maman Gertrude à l'aide d'une propriété du son.  Nous nous attendons à ce que les élèves se soient approprié certaines connaissances au terme de cette SAE (voir la section sur le contenu notionnel).

Le son voyage par les vibrations des molécules d'air. C'est ce qu'on appelle les ondes sonores.  Les ondes sonores entrent dans nos oreilles, font vibrer le tympan qui transmet les vibrations aux osselets de l'oreille moyenne (marteau, enclume et étrier) afin que les ondes sonores puissent se rendre à l'oreille interne. Finalement, le système nerveux se charge de l'interprétation des perceptions sensorielles. C'est ainsi que nous pouvons entendre les sons dans notre environnement. Dans un environnement sans air, comme dans l'espace, il n'y a pas de son. (Alloprof, s.d.)

Voici un schéma représentant une onde sonore: (Image: Nebel, Siegfried, 2012)

Le décibel (dB) est l'unité de mesure utilisée pour représenter l'intensité d'un son. Un son doux transporte peu d'énergie, comparativement à un son fort qui en transporte beaucoup. Plus le son est fort, plus la mesure en décibel sera élevée, et plus il aura une grande «amplitude». «L'amplitude (A) d'une onde correspond à la hauteur maximale atteinte par l'onde par rapport à sa position au repos. (Alloprof, s.d.) En résumé, plus le volume d'un son est élevé, plus il transporte d'énergie. La vibration de l'onde sonore sera donc plus intense et on dira que le son est d'une grande amplitude.

Les ondes sonores peuvent également passer au travers des murs. C'est pour cette raison qu'on peut entendre quelqu'un parler, même si on se trouve dans une autre pièce. Les matériaux minces et légers permettent aux ondes de voyager, alors que les matériaux lourds et épais absorbent les vibrations et ne les laissent pas passer au travers.

Lorsqu'il y a de l'écho, par exemple en montagne ou dans une pièce vide, c'est parce que les ondes sonores rebondissent sur les surfaces et reviennent vers nous. (Espace des sciences, 2008) Plusieurs animaux utilisent l'écholocalisation pour se repérer. C'est le cas notamment de la chauvesouris, du dauphin ou de la baleine. Ils émettent des sons très aigus et attendent que les ondes sonores reviennent vers eux après avoir étée réfléchies sur des obstacles ou leurs proies. Ils peuvent ainsi savoir à quelle distance ils se trouvent par rapport à eux. (Romanyshyn et Lesiv, 2017)

La réverbération du son est également utilisée pour améliorer la qualité du son dans les salles de spectacle. L'architecture et les matériaux utilisés font en sorte que le son reste bien dans la salle en rebondissant contre les murs. C'est pourquoi le son d'un spectacle est de meilleure qualité en salle que sur une scène extérieure avec le même équipement. (Édukson, 2019) C'est ce principe qui sera utilisé par les enfants lors de leur démarche. Par exemple, en construisant un cône avec du carton pour aider grand-mère Gertrude à mieux entendre, les élèves auront un contrôle sur les ondes sonores. En effet, les vibrations rebondiront contre les parois du carton. Cette réverbération augmentera l'amplitude des ondes sonores et par le fait même, le volume du son sera plus élevé.   

Ce que nous voulons que les élèves retiennent de cette activité scientifique est que le son est une vibration physique qui voyage de différentes façons dans différents milieux.  En général le son voyage mieux dans la matière que dans l'air, comme les élèves le constateront lors de l'expérience proposée dans la phase de préparation.  Certaines matières peuvent aussi être utilisées comme des isolants sonores. Selon l'environnement, les humains utilisent différentes propriétés du son.

Notre activité permet une pluralité de solution. Les élèves seront en mesure de trouver plusieurs façons originales et efficaces d'amplifier le son afin que grand-mère Gertrude puisse bien entendre les messages vocaux que les personnes lui laissent. Voici certaines solution que les élèves pourraient créer afin de répondre à la problématique:

• Les élèves pourraient penser à mettre le téléphone dans un bol.

• Ils pourraient enfermer le son en le mettant dans un boîte.

• Les élèves pourraient se lancer dans la création un casque d'écoute.

• Ils pourraient décider d'utiliser des cylindres en carton pour diriger le son.  

• Certains chercheraient à isoler le son ambiant. Ils pourraient notamment créer avec des tissus des panneaux pour mettre devant les fenêtres de la pièce.

• Les élèves pourraient créer un entonnoir afin de diriger le son.

Tous les jours, les élèves sont en contact avec des objets qui émettent du son. Ils écoutent la télévision, ils enfilent des écouteurs pour entendre de la musique, ils jouent aux jeux vidéos, etc. De plus, les enfants sont eux-mêmes des émetteurs de son. Il est donc normal que ceux-ci aient des connaissances antérieures en lien avec cette notion.  Par conséquent, lorsque nous allons introduire ce sujet aux élèves, il est fort probable que les élèves expriment et prennent appui sur certaines conceptions qu'ils ont face au sujet abordé.

Tout d'abord, les élèves peuvent parler de la transparence du son. Le son n'est pas visible à l'?il. Lorsqu'ils écoutent la télévision, ils peuvent fermer les yeux et ils pourront encore entendre les voix des personnages. De plus, ils peuvent affirmer que le son n'est pas malléable. Il est impossible de toucher le son avec nos mains. De ces affirmations, certains élèves peuvent affirmer que l'ouïe est le seul sens ciblé par le son.

Aussi, il est probable que certains élèves aient conscience que le son n'est pas entendu de la même façon par tout le monde. Ils ont peut-être une grand-maman Gertrude eux aussi! Ils savent que l'on peut augmenter le son en transmettant une commande à un appareil, mais que faire quand cet appareil est déjà au maximum? Certains élèves pourraient évoquer un personnage littéraire ou télévisé qui a un cône fixé à son oreille dans lequel les gens crient pour se faire entendre.

De plus, les élèves mentionneront surement diverses propriétés du son, dont le fait que certains peuvent être faibles comme des chuchotements et d'autres forts comme lorsque l'on fait jouer de la musique à un haut volume. Ils ajouteront aussi qu'ils connaissent des sons aigus comme des cris et des sons graves comme les sons que l'on entend lorsque l'on appuie sur les touches qui se trouvent à l'extrémité gauche d'un piano.