TP virtuel sur le temps de réaction : la règle qui tombe

Ce TP virtuel sur le temps de réaction suit le TP obligatoire d'AQA GCSE sur le temps de réaction humain. Les élèves rattrapent d'abord eux-mêmes une règle qui tombe et convertissent chaque distance de chute en temps avec t = √(2d/g). Ils passent ensuite à une classe simulée de 40 élèves au plus et comparent quatre facteurs : voir ou entendre le signal, la main dominante ou non dominante, être concentré ou distrait, et sans ou avec caféine. Ils repartent avec des moyennes, des étendues et des résultats aberrants, et comprennent bien pourquoi un seul résultat d'une seule personne ne prouve rien. Tous les nombres des données de classe ci-dessous ont été lus dans la simulation.

Liens avec les programmes

• AQA GCSE Biology : point 4.5.2.1 du programme, structure et fonction du système nerveux, et le TP obligatoire sur l'effet d'un facteur sur le temps de réaction humain. Le cours de Combined Science comporte le même TP.
• NGSS (standard américain) : MS-LS1-8, les récepteurs sensoriels répondent aux stimuli en envoyant des messages au cerveau.
• Simulic n'est pas affilié au College Board ni à AQA, et n'est pas approuvé par eux.

Avant le TP (5 min)

Demandez : « Les élèves rattrapent la règle en comptant à rebours de 7 en 7 à partir de 100. Comment leur temps de réaction moyen se compare-t-il à celui obtenu en étant concentré ? » Les élèves choisissent plus long, plus court ou pareil, et écrivent une raison. Sur un lien de classe, c'est la question 1 ; la simulation se débloque une fois qu'ils ont répondu.

Protocole dans la simulation

Partie 1 : votre propre temps de réaction (10 min).

1. Gardez Mode : Mesurer votre propre temps de réaction, Stimulus : Voir la règle tomber, Main dominante, Règle 50 cm, 5 essais.
2. Touchez l'image ou appuyez sur la barre d'espace. La règle tombe à un moment aléatoire ; rattrapez-la dès qu'elle bouge.
3. Notez d et t pour chaque essai. Cliquez sur une ligne pour voir le calcul d → t. Recommencez avec la main non dominante.

Vos propres temps incluent le délai de l'écran et de la souris ou de l'écran tactile : comparez-les seulement entre eux.

Partie 2 : la classe simulée (20 min).

1. Appuyez sur Réinitialiser. Choisissez Mode : Données simulées de la classe, Élèves 20, Essais par condition 5, Règle 50 cm. N'appuyez pas sur Nouvelle classe : tout le monde voit ainsi les mêmes données.
2. Pour chaque option de Comparer, notez le t moyen de A et de B et la différence moyenne B − A.
3. Choisissez Comparer : Sans ou avec caféine, Élèves 5, Essais 2, et appuyez sur Réinitialiser. Notez la différence B − A, appuyez sur Nouvelle classe et notez de nouveau : cinq classes en tout. Recommencez ensuite avec Élèves 40 et Essais 10.

Comparer	t moyen, A (s)	t moyen, B (s)	B − A (s)	Élèves plus rapides en B
Voir ou entendre
Main dominante ou non dominante
Concentré ou distrait
Sans ou avec caféine

Résultats attendus

Après Réinitialiser, avec 20 élèves, 5 essais et une règle de 50 cm, la condition A donne un t moyen de 0,230 s (étendue 0,188–0,265 s, d moyen 26,3 cm) pour chaque comparaison, car ce sont les mêmes élèves à chaque fois. Condition B :

• entendre un clic : 0,200 s, soit une différence de −0,030 s ; 17 élèves sur 20 sont plus rapides ;
• main non dominante : 0,233 s, +0,003 s ; seulement 7 sur 20 sont plus rapides : pas d'effet net ;
• distrait : 0,259 s, +0,029 s ; seulement 3 sur 20 sont plus rapides ;
• caféine : 0,214 s, −0,016 s ; 15 sur 20 sont plus rapides.

La caféine avec 5 élèves et 2 essais donne une réponse différente à chaque fois. En partant de Réinitialiser, cinq classes ont donné +0,003 ; −0,016 ; −0,026 ; −0,004 et −0,011 s : une classe montre même que la caféine ralentit les élèves. Avec 40 élèves et 10 essais, les cinq classes ont toutes donné entre −0,008 et −0,013 s.

Questions pour les élèves

1. Prédiction : comment le temps de réaction moyen des élèves distraits se compare-t-il à celui des élèves concentrés ?
2. Lequel de ces éléments doit rester identique pour que le test de la règle soit équitable ?
3. Une règle est rattrapée après une chute de d = 21,5 cm. Calculez le temps de réaction.
4. Données de la classe, Concentré ou distrait : calculez le pourcentage d'augmentation du t moyen.
5. Comparez les données sur la caféine de 5 élèves × 2 essais avec celles de 40 élèves × 10 essais. Expliquez pourquoi une conclusion demande beaucoup d'essais et beaucoup de personnes.

Réponses pour l'enseignant :

1. Plus long : le cerveau est occupé par une autre tâche.
2. La position de départ de la règle, avec le 0 au niveau du bord supérieur du pouce.
3. t = √(2 × 0,215 ÷ 9,8) = 0,209 s (accepté à ± 0,002).
4. (0,259 − 0,230) ÷ 0,230 × 100 = 12,6 % (accepté à ± 1).
5. L'effet est d'environ 0,01 s, bien plus petit que la variation d'un essai à l'autre et d'une personne à l'autre. Les petits échantillons donnent des différences de +0,003 à −0,026 s. Les grands concordent étroitement : la moyenne est donc reproductible.

Idées fausses fréquentes

• « Rattraper la règle est un réflexe. » C'est une réponse consciente qui passe par le cerveau : elle est plus lente qu'un réflexe et s'améliore avec l'entraînement.
• « Deux fois plus de distance, c'est deux fois plus de temps. » d = ½gt² : deux fois plus de temps donne quatre fois plus de distance.
• « Ma prise la plus rapide est mon temps de réaction. » Une prise en moins de 0,10 s est devinée ; la simulation la signale et l'exclut de la moyenne.
• « Un chronomètre sur un appareil vaut une vraie règle. » L'écran et la saisie ajoutent un délai, que la simulation estime à environ 0,02–0,08 s.

Prolongement

• Effet de l'entraînement. Réglez Graphique : Par numéro d'essai (entraînement) avec 10 essais. Les premiers essais sont plus lents ; demandez pourquoi la simulation fait commencer la moitié de la classe par A.
• Longueur de la règle. Demandez quel est le temps le plus long qu'une règle de 30 cm peut mesurer : √(2 × 0,30 ÷ 9,8) ≈ 0,25 s. Demandez pourquoi les élèves plus lents ont besoin de la règle de 50 cm.

Questions fréquentes

Pourquoi les questions utilisent-elles les données de la classe et pas les temps de l'élève ?

Les temps de chaque élève sont différents, et un appareil ajoute son propre délai. Les données de la classe sont les mêmes pour tous après Réinitialiser : les réponses peuvent donc être corrigées automatiquement.

La condition caféine est-elle éthique ?

Ce sont uniquement des données simulées, et c'est pour cela qu'elle est dans la simulation. On ne doit pas donner de caféine aux élèves pour une expérience scolaire.

Cela remplace-t-il le TP réel ?

Pas pour AQA : les TP obligatoires doivent toujours être faits à la main. Utilisez la simulation pour préparer le test, vous entraîner à la conversion d → t et analyser un grand jeu de données. Voir laboratoires virtuels ou réels.

Voir aussi

Neurone – potentiel d'action et propagation de l'influx nerveux Chute libre et chute avec résistance de l'air

Pour mener la prédiction en discussion, voir prédire, observer, expliquer avec des simulations.