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MESURES PHYSIQUES ET
INFORMATIQUE
ENSEIGNEMENT
DE DÉTERMINATION
Programme
applicable à compter de l'année scolaire 2001-2002
A - OBJECTIFS
L'enseignement
dispensé dans cette option est un enseignement de sciences expérimentales : il
est en concordance avec les programmes des disciplines scientifiques et
techniques de la classe de seconde. Il veut être attractif et valorisant pour
susciter des orientations vers les sections scientifiques et technologiques. Il
s'agit d'une véritable option transdisciplinaire dans laquelle les apports de
la physique instrumentale sont utilisés comme outils propres au développement
de la compréhension et de l'appropriation d'autres programmes.
La physique est
omniprésente dans le monde par toutes ses applications ; aussi est-il
nécessaire de démystifier l'environnement scientifique et technologique qui
nous entoure. Il est évidemment hors de question de prétendre expliquer toutes
les réalisations actuelles, mais il est possible de faire comprendre un
"modèle de comportement" assez commun à de nombreux dispositifs, et
généralement absent des programmes de l'enseignement de tronc commun.
Qu'il s'agisse
de science fondamentale ou de science appliquée, la mesure est un moment obligé
de l'activité scientifique. Il est donc important d'en connaître les méthodes
et d'en évaluer les limites, lesquelles sont souvent cachées par les modes
d'affichage qui découragent tout esprit critique et qui peuvent par là même
conduire à des estimations fausses. L'utilisation rationnelle de quelques
outils informatiques permet de prendre conscience des problèmes liés au
traitement des données. La réflexion sur la validité et le traitement des
mesures est une composante de "l'éducation à la citoyenneté", car
elle contribue à forger cet esprit critique nécessaire.
Tout en restant
dans le domaine scientifique, les mesures proposées devront porter sur des
systèmes relevant des disciplines les plus variées : physique, chimie, science
de la vie et de la Terre, technologie, sciences au sens large du terme.
Il est
souhaitable que le travail soit élaboré en commun entre collègues. Cette façon
de travailler existe déjà : il faut la généraliser ; elle est efficace pour les
élèves et motivante pour les professeurs à condition que chacun fasse partager
ses connaissances et savoir-faire. Elle conduit au dynamisme pédagogique et au
respect des textes officiels, en limitant les dérives éventuelles.
Les objectifs
méthodologiques généraux (apprentissage de l'autonomie, gestion du temps, recherche
d'informations et présentation d'un travail en utilisant au mieux les
techniques actuelles de communication) et les objectifs méthodologiques
disciplinaires (utilisation réfléchie de matériels, initiation à la méthode
expérimentale, au traitement raisonné des mesures, utilisation de logiciels de
simulation) doivent
prendre le pas sur les objectifs de pur contenu.
L'introduction
d'une partie thématique permet d'adapter l'enseignement à l'intérêt des élèves
et aux conditions locales tout en laissant à l'enseignant un espace d'autonomie
dans lequel il peut concrétiser ses idées.
B - RECOMMANDATIONS
Il s'agit d'un enseignement expérimental devant favoriser l'apprentissage de
l'autonomie et de l'initiative ; les conditions matérielles doivent donc être
suffisantes pour que l'option fonctionne dans de bonnes conditions : chaque binôme doit disposer d'un
matériel de base suffisant et d'un ordinateur. Le laboratoire (ou le lycée) doit disposer de
ressources documentaires nécessaires à la mise en application du programme.
Chaque étude de
grandeur à mesurer est l'occasion d'aborder des lois physiques, d'utiliser de
façon réfléchie les instruments de mesure, d'affiner le traitement des mesures
et de diversifier les techniques utilisées. La progression durant l'année
scolaire se fait par un réinvestissement des connaissances et savoir-faire
antérieurs, auxquels s'ajoutent des compléments appartenant à chacune des
colonnes du programme : chaque semaine, un ou deux alinéas nouveaux du
programme seront traités.
Il est
nécessaire de laisser aux élèves du temps pour réfléchir, imaginer et intégrer la
logique d'un système fiable de mesures et de traitement.
L'évaluation se
fera à partir de réalisations pratiques, de comptes-rendus écrits ou oraux, de
recherches documentaires..., tous ces travaux se pratiquant pendant les heures
de présence en classe. On pourra être amené à donner aux élèves des tâches
différentes pendant une même tranche horaire pour utiliser au mieux le matériel
disponible au laboratoire.
Recommandations
propres à chaque colonne du tableau des contenus ci-après :
Il serait
contraire à l'esprit du programme de traiter les seuls contenus d'une même
colonne durant plusieurs semaines consécutives : la lecture doit en être faite
horizontalement de sorte que des notions appartenant à plusieurs colonnes
soient traitées lors d'une même séance et réinvesties au cours des séances
suivantes.
• Mesures :
La technologie
des différents appareils ou capteurs est hors programme.
Aucune
considération mathématique n'est à développer quant à l'étude statistique des
mesures : on se limitera à observer le sens physique des notions de moyenne et
d'écart type.
L'utilisation
des mots grandeur
intensive et
grandeur
extensive est
hors programme.
• Physique analogique :
L'échelle de
température est une première approche de ce qui sera approfondi dans le
programme de tronc commun de physique et chimie.
Loi d'ohm, loi
des intensités, loi des tensions sont des rappels et des compléments de ce qui
a été vu au collège. Le pont diviseur de tension sera étudié de façon
expérimentale ; l'étude théorique pouvant faire l'objet d'un exercice si le
niveau (ou la demande) de la classe le justifie. Les montages suiveur,
comparateur, amplificateur, et amplificateur différentiel ne seront étudiés que
dans un but fonctionnel : on visualisera les grandeurs d'entrée et de sortie et
on établira la relation les reliant.
• Physique numérique :
Les systèmes de
numération : on s'efforcera de montrer qu'avec un nombre restreint de symboles
on peut dénombrer de grandes quantités d'objets. On traitera les systèmes à
base deux, dix, seize.
En ce qui
concerne les convertisseurs, toute étude technologique est hors programme.
Résolution et
fréquence d'échantillonnage seront traitées expérimentalement : toute étude
théorique est hors programme. L'utilisation comparée d'une interface et d'un
oscilloscope pour la visualisation d'un même phénomène sera démonstrative.
• Informatique :
Aucune
connaissance théorique sur l'ordinateur et ses périphériques n'est exigible,
hormis ce qui est indispensable à son utilisation.
Aucune
connaissance spécifique à l'utilisation d'un logiciel n'est exigée. Par contre,
on pourra montrer que les fonctions de logiciels de même type se manipulent de
façon voisine.
• Culture scientifique
et technique :
L'histoire de la
numération : c'est toujours une surprise pour les élèves de
"découvrir" les techniques de numération des civilisations disparues.
Les systèmes à base 12 et 60 seront évoqués.
La lecture d'une
publicité peut être le prétexte à comprendre l'architecture d'un ordinateur et
sa compatibilité avec les différents périphériques.
La lecture de la
notice technique d'un capteur renseigne sur ses conditions d'utilisation, ses
performances, et suggère souvent des exemples d'utilisation.
Quelques
fonctionnalités d'un traitement de texte seront utilisées pour réaliser de
courts comptes-rendus écrits (quelques dizaines de lignes au plus) en incluant
des images, des graphiques, des tableaux,... Ceci peut être une incitation à maîtriser le clavier
de façon efficace, technique qui sera utile dans le cadre des études
ultérieures. En aucun cas les séances ne devront se ramener à des manipulations
de logiciels de traitement de textes.
• Partie thématique :
Celle-ci permet
de proposer un mini-projet soit à la classe, soit à des groupes d'élèves, pour
réaliser un dispositif de mesures et de traitement de celles-ci afin d'observer
un phénomène ou de réaliser une chaîne capteur-actionneur dans le domaine des
disciplines scientifiques ou techniques.
C - CONTENUS
Partie tronc commun (environ 72 heures)
|
MESURES |
PHYSIQUE |
INFORMATIQUE |
CULTURE
SCIENTIFIQUE |
|
|
ANALOGIQUE |
NUMÉRIQUE |
|||
|
- Étude d'un capteur de température. |
- Échelle de température. |
- Systèmes
de numération |
- Utilisation d'un tableur /grapheur. |
- Quelques éléments d'histoirede la numération. |
Partie
thématique (environ 18 heures)
Cette partie est
laissée à la liberté de l'enseignant en fonction des spécificités locales et de
l'intérêt des élèves. Elle pourra être l'occasion d'utiliser un pont de Wheatstone pour
conditionner un capteur passif, des portes logiques, de montrer le principe de
l'additionneur, de mettre en œuvre un actionneur, d'utiliser quelques notions
de programmation (algorithme élémentaire : analyse d'un problème simple,
instruction conditionnelle alternative ; langage de programmation associé au
tableur utilisé en classe.).
La partie
Thématique ne pourra donner lieu à des compétences que dans le prolongement de
celles du programme du tronc commun.