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L’enseignement des Sciences de l’Ingénieur dans la série s
Jacques MADIER IA IPR STI Versailles
OBJECTIFS GENERAUX
Les sciences et vie de la terre et les sciences de l’ingénieur sont des enseignements spécifiques du baccalauréat scientifique.
Comme les autres disciplines expérimentales, la didactique des sciences de l'ingénieur privilégie la mise en œuvre de la démarche scientifique.
Sciences du naturel
Sciences de l'artificiel
Bac SSVT / SI
LA DEMARCHE DE L'INGENIEUR
La formation vise à rendre l'élève capable de comprendre les systèmes pluri technologiques répondant aux besoins de l’homme et le préparer à relever les défis de demain.
La réponse à ces défis passe inévitablement par la formation d’ingénieurs et de chercheurs aux compétences scientifiques, technologiques et environnementales de haut niveau.
L’ingénieur travaille en équipe et en relation avec de nombreux acteurs. Il doit aussi maîtriser des compétences de communication.
Observer un système
Modéliser le système
Agir sur le système
La démarche de l'ingénieur est une déclinaison de la démarche scientifique adaptée à l'étude des objets et systèmes techniques.
LA DEMARCHE D'INVESTIGATION
Observer un système
Modéliser le système
Agir sur le système
Démarche de l’ingénieur
La démarche d'investigation est l'outil privilégié de la démarche scientifique pour décrire et comprendre le réel. Elle est utilisée dans les sciences de la nature comme en technologie. Elle repose sur le questionnement
Problème posé
Activités de recherche
Hypothèses
Observation Expérimentation ModélisationDocumentation
Restitution / Conclusion
Interprétation
Résultats
LA DIDACTIQUE
L’enseignement des SI repose sur la mise en œuvre d'une démarche qui amène l'élève à :
• Vérifier les performances attendues d’un système• Proposer et valider des modèles de prédiction des performances• Mesurer des écarts
LES COMPÉTENCES A DEVELOPPER…
Observer un système
Modéliser le système
Agir sur le système
Démarche de l’ingénieur
Analyser
Expérimenter Communiquer
Modéliser
4 compétences
- A -
Analyser
- B -
Modéliser
- C -
Expérimenter
- D -
Communiquer
… AUXQUELLES SONT ASSOCIÉS DES SOUS-COMPÉTENCES
B1 - Identifier et caractériser les grandeurs agissant sur un systèmeB2 - Proposer ou justifier un modèleB3 - Résoudre et simulerB4 - Valider un modèle
A1 - Analyser le besoinA2 - Analyser le système
A3 - Caractériser les écarts
D1 - Rechercher et traiter des informations.
D2 - Mettre en œuvre une communication.
C1 - Justifier le choix d’un protocole expérimentalC2 - Mettre en œuvre un protocole expérimental
Analyser Expérimenter CommuniquerModéliser
…DONT LA MISE EN OEUVRE MOBILISE DES SAVOIRS
Analyser Modéliser
ExpérimenterCommuniquer
… EVALUES A L'OCCASION DE DEUX EPREUVES DISTINCTES.
B1 - Identifier et caractériser les grandeurs agissant sur un systèmeB2 - Proposer ou justifier un modèleB3 - Résoudre et simulerB4 - Valider un modèle
A1 - Analyser le besoinA2 - Analyser le système
A3 - Caractériser les écarts
D1 - Rechercher et traiter des informations.
D2 - Mettre en œuvre une communication.
C1 - Justifier le choix d’un protocole expérimentalC2 - Mettre en œuvre un protocole expérimental
Epreuve écrite Projet
SYNTHESE : LE PROGRAMME
Système réel
Cahier des charges
Système modélisé
Performances mesurées
Performances simulées
Performances attendues
Ecart 1 Ecart 3
Ecart 2
Savoirs associés
Savoirs associésSavoirs associés
SYNTHESE : LES ACTIVITES
Elaborer/justifier un modèleMettre en œuvre la simulation
Afficher les résultats de la simulation
Mettre en œuvre le systèmeElaborer/justifier un protocole expérimentalMettre en œuvre le protocole expérimental
Analyser le résultat des essais
Analyser le systèmeAnalyser le besoin
Système réel
Cahier des charges
Système modélisé
Performances mesurées
Performances simulées
Performances attendues
Augmentation du niveau de maîtrise des compétences
TempsModalités pédagogiques
Il s'agit d'une approche par compétences, construite en trois phases, qui privilégie démarche d'investigation et organisation par centre d'intérêt:
1. L’acquisition de connaissances et de capacités qui constitueront progressivement les acquis du lycéen. 2. L’entraînement à la résolution de tâches complexes (la démarche est donnée, la résolution est guidée et le
choix de la méthode est précisé)3. La résolution de tâche complexe en autonomie.
STRATEGIE PÉDAGOGIQUE EN SI
On s'intéresse d'abord aux systèmes existants par l'évaluation de leurs performances
Etudes de cas Existant
Progressivement la démarche de l'ingénieur consiste à proposer des solutions innovantes
pour répondre à un besoin spécifiéProjet interdisciplinaireA créer
ETUDES DE CAS
Une étude de cas est un ensemble d’activités pédagogiques qui permettent aux élèves d’acquérir des connaissances et des capacités à partir d’une situation problème.
Chaque situation problème relève d’un thème sociétal (par exemple : énergie) et d’une problématique (par exemple : rendre une maison plus économe en énergie).
Les modalités pédagogiques peuvent comporter des phases d’acquisitions de connaissances, des activités expérimentales, de la conduite de projet, s’appuyant sur des démarches d’investigation et de résolution de problèmes.
L’étude de cas conduit les élèves à découvrir des règles, des lois, des méthodes, des solutions techniques dans leur contexte normal d’utilisation sur des systèmes existants, présents ou non dans le laboratoire
Le projet interdisciplinaire est avant tout le lieu du réinvestissement et de la mise en synergie des compétences et connaissances acquises préalablement lors des études des cas.
SpécificationPlanification
Conceptionpréliminaire
Prototypage
Qualification
Intégration
ValidationAnalyse du besoin
PROJET INTERDISCIPLINAIRE
PROJET INTERDISCIPLINAIRE
La démarche de projet est une démarche spécifique qui permet de structurer méthodiquement et progressivement une réalité à venir.
Un projet est défini et mis en œuvre pour élaborer une réponse précise à un besoin clairement explicité,
Un projet c'est un objectif, des actions à entreprendre et des résultats à atteindre avec des ressources données.
Un projet qui n'a pas de demandeur, ne répond à aucun besoin, ne vise aucune "amélioration" du produit n'est pas un projet…. C'est une étude de cas !
Système avant
Système après
PROJET INTERDISCIPLINAIRE
Définirdes
architectures desolutions
CréerEtudierChoisir
Conception préliminaire
Mesurer les écarts
Valider les modèles
Tester MesurerValider
Développer les
Solutions
Simuler MaquetterPrototyper
conception détaillée
Analyser et spécifier le besoinRédiger le
CDCF
Identifier Caractériser
Enoncer
Prospection
ANALYSERLE BESOIN CONCEVOIR REALISER VALIDER
S-SI
LES THEMES SOCIETAUX
Confort
Energie
Mobilité
Environnement
Santé Protection
Développement
Etc.
Repère pour la
formation
Le centre d’intérêt est le fil rouge de l’activité de l’ensemble des élèves à un instant donné. Un centre d’intérêt regroupe des connaissances à acquérir et des capacités à développer, décrites dans le programme et mobilisées par la mise en œuvre des compétences : analyser, expérimenter, modéliser.
Un centre d’intérêt pose clairement un problème technique à résoudre. • Il est le point de départ des apprentissages et sera l’objet des évaluations en fin de cycle, • il centre la préoccupation pédagogique sur une classe de problèmes et/ou de solutions, • il détermine les activités proposées aux élèves dans le laboratoire.
LE CENTRE D'INTERET
S-SI5
Centres d'intérêts
LE CENTRE D'INTERET
Centres d'intérêts
Dans le programme de sciences de l'ingénieur, Les niveaux de maîtrise attendus des connaissances et capacités sont représentées par les lettres A, B et C.
Niveaux Maîtrise attendue
A Les concepts sont abordés dans un contexte d’application adapté. Les élèves découvrent la définition et les caractéristiques de chaque concept.
BLes activités proposées sont simples et variées. Elles mobilisent des outils et des méthodes dans un contexte connu. La démarche est donnée, la résolution guidée et la méthode toujours précisée.
CLes situations proposées exigent la mise en œuvre de démarches mobilisant des outils et des méthodes dans un contexte nouveau. Les élèves doivent pouvoir justifier ces démarches et interpréter tout ou partie des résultats obtenus par rapport au problème posé.
Les activités proposées aux élèves doivent être hiérarchisées !
• L’étude des ST existants constituera la dominante des activités de première année (étude de cas simples puis entrainement à la résolution de tâches)..
• La résolution de tâches complexes et le projet constitueront la dominante des activités de seconde année.
Première Terminale
Complexité Pédagogique
Etude de cas
Projet
Entrainement à la résolution de tâches complexes
Mini Projet
ORGANISATION PÉDAGOGIQUE
L’acquisition d’une culture scientifique et technique ne peut se faire que graduellement. Il convient donc également de hiérarchiser les difficultés scientifiques et techniques auxquelles sont confrontés les élèves.
Première Terminale
Complexité technologique
Prius
e-Vivacity
VAE
ANTÉRIORITÉS TECHNIQUES
Pour que l'enseignement ait du sens, il importe que les séquences pédagogiques soient construites selon un scénario clairement explicité.
Question sociétale
SENS
ContexteEconomique, social, environnemental
Fonction de service du système
Fonction technique du système
Problématique technologique
Frontière du système
CONSTRUCTION DES SEQUENCES PEDAGOGIQUES
Problème technique
Structuration des
connaissances
Les études de dossiers techniques privilégient une démarche d’investigation particulière qui s’appuie sur un contexte réel, décrit dans un dossier numérique. Elle se mène en équipe, génère des activités différentes et se terminent toujours par une restitution.
Contexte clairement défini
Phas
e d’
appr
opria
tion
Phase d’expérimentation *
Phase de recherche
Phas
ede
resti
tutio
n
DÉMARCHE D’INVESTIGATION
Situation problème
Equipe d’élèves
* On se limite à des études expérimentales limitées, ayant pour objectif de vérifier rapidement une hypothèse.
LES ETUDES DE DOSSIER
Support didactique, réel ou virtuel, présent ou
à distance
Stru
ctur
ation
de
s sa
voirs
Stru
ctur
ation
de
s sa
voirs Problème
technique à résoudre
Activité d’application, de modélisation et de
mesurage
Analyse des écarts
Activité de confortation
Problème technique à
étudier, analyser
Activité d’observation, de
modélisation et de mesurage
Formalisation de savoirs
Activité de découverte
LES ACTIVITES EXPERIMENTALES
Les activités expérimentales peuvent être mises en œuvre dans le cadre des études de cas comme dans le cadre du projet interdisciplinaire.
SCENARIO PEDAGOGIQUE
Centres d’intérêts
Connaissances et compétences du
programme
Activités élèves• Etude de dossier • Documentation,• Observation,• Simulation,• Mesurage• Projet
EvalApproches• Fonctionnelle• Structurelle• Comportementale• Historique• …
Thèmes sociétaux
Problématiques associées
Supports disponibles
DossierOT/ST
Acquisition et structuration
deconnaissances
SITUATION PROBLÈME
RESSOURCESCONTRAINTES
SYNTHESE : SCENARIO PEDAGOGIQUE
Contenus Chaque séquence vise le développement de compétences l'acquisition de connaissances précises du programme.
Centres d'intérêt Chaque séquence permet d'aborder de 1 à 3 CI au maximum,
Thème de travail Chaque séquence correspond à un thème de travail unique, porteur de sens pour les élèves,
Durée d’une séquence De 2 à 4 semaines consécutives au maximum…. Une séquence comporte plusieurs séances.
Période de formation correspond à la période de cours entre deux périodes de vacances scolaires. Elle comporte de de 2 à 3 séquences
Lancement d’activité Chaque séquence débute par une séance de présentation à tous les élèves, explicitant les objectifs, l'organisation des apprentissages et les supports didactiques utilisés
Evaluation des acquis Chaque séquence donne lieu à une évaluation sommative, soit intégrée dans son déroulement, soit prévue dans le cours d'une séquence suivante
VOCABULAIRE PEDAGOGIQUE
MERCI DE VOTRE ATTENTION