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IGEN STI9 juillet 20091 Séminaire CPGE - Paris Objectifs de ce séminaire Le groupe STI de lIGEN souhaite indiquer clairement aux nouveaux nommés en CPGE.

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1 IGEN STI9 juillet Séminaire CPGE - Paris Objectifs de ce séminaire Le groupe STI de lIGEN souhaite indiquer clairement aux nouveaux nommés en CPGE comment il conçoit lenseignement des sciences industrielles pour lingénieur.

2 IGEN STI9 juillet Séminaire CPGE - Paris Contexte Contexte difficile nous a imposé de vous inviter et non de vous convoquer. CPGE forment des ingénieurs, enseignants et des chercheurs, mais surtout des ingénieurs.

3 IGEN STI9 juillet Séminaire CPGE - Paris Aujourdhui il nest plus possible dignorer que la conception globale des systèmes fait appel tout autant aux connaissances des systèmes de commande, électroniques programmables ou non, quà celles des chaînes daction mécanique.

4 IGEN STI9 juillet Séminaire CPGE - Paris Définition de lingénieur (Commission des Titres dIngénieur) « Le métier dingénieur consiste à résoudre les problèmes de nature technologique, concrets et complexes, liés à la conception et à la mise en œuvre de systèmes ou de services. Cette aptitude résulte dun ensemble de connaissances techniques dune part, économiques, sociales et humaines dautre part ».

5 IGEN STI9 juillet Séminaire CPGE - Paris Un ingénieur doit être capable : - de sadapter à des produits / situations nouveaux / nouvelles ; - de les appréhender de manière globale ; - de dégager leurs fonctions principales ; - de procéder à leur analyse ; - d'en proposer une modélisation ; - de prédire leur comportement ; - d'améliorer leur modèle.

6 IGEN STI9 juillet Séminaire CPGE - Paris Un ingénieur doit : - avoir une approche système qui lui permet de gérer la complexité, et donc pour ce qui concerne les produits industriels avoir une approche intégrée des chaînes dénergie et dinformation. - sappuyer sur des modèles élaborés à partir doutils développés en mathématiques, sciences physiques, mécanique, génie électrique, automatique...

7 IGEN STI9 juillet Séminaire CPGE - Paris Ces outils ne sont plus une finalité. Par exemple, la mécanique est très utile pour déterminer les modèles destinés à analyser et concevoir la partie commande des systèmes automatiques.

8 IGEN STI9 juillet Séminaire CPGE - Paris Les ingénieurs de demain vont devoir répondre, à léchelle planétaire qui est dès à présent celle du monde globalisé, à dextraordinaires défis technologiques afin de : - faire face au réchauffement climatique ; - faire face à la pénurie deau ; - préserver la biodiversité ; - gérer la fin du pétrole ; - sortir du déséquilibre Nord/Sud ; - répondre à laugmentation de la population (de 6 à 9 milliards en 2050) qui, de plus, devrait se concentrer dans les villes ; - …..

9 IGEN STI9 juillet Séminaire CPGE - Paris Ces compétences ne peuvent plus être acquises uniquement en Grandes Écoles, les CPGE doivent y participer activement. Les CPGE sont partie intégrante de la formation des ingénieurs.

10 IGEN STI9 juillet Séminaire CPGE - Paris Réalisation dun produit : longtemps assimilée à la mise en œuvre de « règles de lart » ou de savoir-faire. Lenseignement technique est alors fondé essentiellement sur lapprentissage de savoir-faire, et destiné à donner une formation professionnelle pour les métiers de lindustrie. Constats Enseignement technique

11 IGEN STI9 juillet Séminaire CPGE - Paris À la fin du CES les élèves pouvaient sorienter vers une seconde technique qui débouchait vers un cycle de formation tourné vers la réalisation de produits simples. Certaines Grandes Écoles portent même encore avec fierté des noms de métiers aujourdhui pratiquement disparus en France : École des Arts et Manufactures, École des Mines par exemple.

12 IGEN STI9 juillet Séminaire CPGE - Paris Les « règles de lart » sont devenues insuffisantes et souvent inadaptées face aux besoins qui ont profondément évolué et par voie de conséquence face aux produits qui sont devenus de plus en plus sophistiqués.

13 IGEN STI9 juillet Séminaire CPGE - Paris La Technologie peut être définie comme la « science de lartificiel ». Par opposition aux « sciences de la nature », elle est le résultat de lactivité de lHomme, elle est au centre de sa culture, de son histoire et de son évolution. En effet les produits sont toujours inventés pour lhomme et par lhomme pour pallier ses insuffisances physiques, pour effectuer des travaux complexes ou répétitifs, pour améliorer son confort ou pour satisfaire des besoins plus ou moins vitaux... Enseignement technologique

14 IGEN STI9 juillet Séminaire CPGE - Paris Avis de lacadémie des Technologies – septembre 2004 « La technologie désigne lensemble de connaissances et des pratiques mises en œuvre pour offrir à des usagers des produits ou des services. La technologie fait donc intervenir, à coté des processus de transformation, des éléments relevant de la conception des produits et services, des attentes des usagers, de la fiabilité quils recherchent, des prix quils sont prêts à payer, du volume des marchés, des caractéristiques des matériaux disponibles, des compétences des travailleurs concernés….. ».

15 IGEN STI9 juillet Séminaire CPGE - Paris La conception et la réalisation de produits sest alors progressivement appuyée sur les résultats démontrés dans les sciences fondamentales. Mais la faiblesse des moyens de calcul dont la communauté scientifique disposait il y a encore une cinquantaine dannées, suffit à expliquer, voire à excuser, le développement de « techniques dexperts » plutôt que de méthodes scientifiques rigoureuses. Avec lévolution de ces moyens de calcul, lenseignement a changé : de technique il est devenu technologique.

16 IGEN STI9 juillet Séminaire CPGE - Paris La Technologie sappuie sur des méthodologies scientifiques rationnelles élaborées à partir de modélisations et dexpérimentations pour appréhender le réel dans sa globalité et sa complexité. Il ny a pas de sciences sans technologie et il ny a pas de technologie sans sciences (Recteur Blanchet – Académie des Sciences – Nice le 12 janvier 2009).

17 IGEN STI9 juillet Séminaire CPGE - Paris Sciences, activités scientifiques expérimentales, technologie Les sciences sont des ensembles cohérents de connaissances, relatives à des objets, des phénomènes et des produits, obéissant à des lois et vérifiées par des activités expérimentales. Les activités scientifiques expérimentales ont pour objectif de déterminer ou/et de vérifier une loi, un concept ou bien de servir de champ dapplication aux disciplines scientifiques.

18 IGEN STI9 juillet Séminaire CPGE - Paris Sciences, activités scientifiques expérimentales et Technologie : trois expressions qui définissent des domaines différents certes, mais dont lappréhension nest pas simple et fait lobjet de grandes confusions. Pourquoi ? Parce que la Technologie est une discipline jeune qui nest pas encore bien positionnée dans le concert des disciplines ou des activités traditionnelles.

19 IGEN STI9 juillet Séminaire CPGE - Paris Parce que les frontières ne sont pas étanches et quil y a une interpénétration mutuelle entre sciences, activités scientifiques expérimentales et Technologie qui se fécondent et se complètent mutuellement. Ainsi lévolution des sciences est souvent liée à celle des besoins de lhomme et le développement des technologies sappuie sur les outils théoriques et les modèles mis en place par les sciences.

20 IGEN STI9 juillet Séminaire CPGE - Paris TechnologieSciences Finalités Supports Démarches Départ Concevoir Produire Modéliser Comprendre Biens et services Équipements / ouvrages Phénomènes Êtres vivants Matière Technologique Scientifique Expérimentale Cahier des charges Hypothèses Observation dun fait naturel et/ou provoqué

21 IGEN STI9 juillet Séminaire CPGE - Paris Démarches La démarche scientifique - savoir regarder, questionner, observer, formuler une hypothèse et la valider, argumenter, modéliser de façon élémentaire - conduit à mettre en place des modèles de connaissance en référence à des faits et à des observations.

22 IGEN STI9 juillet Séminaire CPGE - Paris La démarche expérimentale - concevoir et appliquer un protocole, proposer des hypothèses, manipuler, mesurer, expérimenter, en utilisant les outils appropriés, y compris informatiques - fondée sur lobservation, la formulation dhypothèses puis la réalisation dexpérimentations, dégage les principes et les règles générales de comportement et tente de construire des modèles théoriques. La démarche expérimentale a pour objets essentiels, soit de mettre en évidence et/ou de vérifier la pertinence de ces modèles, soit détablir les relations entre les paramètres.

23 IGEN STI9 juillet Séminaire CPGE - Paris La démarche technologique se caractérise par un mode de raisonnement fait de transpositions, de similitudes de problématiques et danalogies tout en tenant compte des contraintes techniques, environnementales et socio- économiques. La démarche pratique qui en est le cœur nest que très partiellement expérimentale. Pour lessentiel, les activités pratiques mises en œuvre ont pour objet de « réaliser », mettre en œuvre dans un contexte dusage contraignant, maintenir, améliorer, etc., le tout avec la préoccupation de produire sans défaut.

24 IGEN STI9 juillet Séminaire CPGE - Paris La démarche de projet est une organisation destinée aux questions suivantes : à quels besoins faut-il répondre ? Que faut-il résoudre ? Quelle production faut-il réaliser ? … Elle est structurée de la façon suivante : - analyse de la situation (Formalisation des objectifs) ; - choix d'une stratégie ; - montage et planification du projet (étapes ? Comment les hiérarchiser ?) ; - mise en œuvre du projet ; - bilan (évaluation du projet, communication, ….).

25 IGEN STI9 juillet Séminaire CPGE - Paris La démarche dinvestigation est un ensemble dactions et de réflexions autour dun problème à résoudre qui vise à observer le comportement, le fonctionnement, la constitution dun objet technique, à rechercher des informations et à identifier les solutions retenues ainsi que les principes qui les régissent.

26 IGEN STI9 juillet Séminaire CPGE - Paris La démarche de résolution de problèmes techniques est un ensemble structuré de réflexions et dactions visant, à partir de lexpression du problème : - à lexpliciter ; - à identifier les contraintes qui y sont associées, le niveau de réponse attendue et les types de résolutions possibles (lois, règles, outils, méthodes, organisation…) ; - à appliquer les méthodes de résolution ; - et à comparer les résultats afin de faire un choix justifiable.

27 IGEN STI9 juillet Séminaire CPGE - Paris Processus de Réalisation Processus d'Intégration Processus de Conception Réceptionner Assembler Vérifier l'intégration Valider le système Fabriquer - Réutiliser - Acheter Définir le besoin Définir les exigences techniques Concevoir larchitecture fonctionnelle Concevoir larchitecture organique La démarche ingénieur La démarche ingénieur « englobe » ou sappuie sur toutes les autres démarches

28 IGEN STI9 juillet Séminaire CPGE - Paris Cest à partir de tous ces constats et nécessités quune nouvelle « discipline » est née il y a une trentaine dannées à peine : Les Sciences de lIngénieur.

29 IGEN STI9 juillet Séminaire CPGE - Paris Sciences Activités scientifiques expérimentales Technologie Sciences de lingénieur Et la démarche ingénieur

30 IGEN STI9 juillet Séminaire CPGE - Paris ATTENTES DE LIGEN Finalités de lenseignement de sciences industrielles pour lingénieur L'enseignement des sciences industrielles pour lingénieur permet d'aborder avec méthode et rigueur l'analyse de systèmes et de leur comportement. Il a pour objectif de permettre aux étudiants danalyser, de modéliser et de vérifier et de valider les performances de systèmes complexes industriels. Il est plus transversal que lenseignement technologique, même si celui-ci doit forcément évoluer.

31 IGEN STI9 juillet Séminaire CPGE - Paris Lenseignement de sciences industrielles pour lingénieur doit permettre de : - vérifier les performances attendues d'un système complexe ; - élaborer et valider une modélisation à partir d'expérimentations ; - prévoir les performances d'un système à partir d'une modélisation ; - analyser et concevoir des solutions technologiques.

32 IGEN STI9 juillet Séminaire CPGE - Paris Un enseignement de sciences industrielles pour lingénieur doit permettre dacquérir des démarches et des méthodes transposables à tous les systèmes et dun domaine à lautre

33 IGEN STI9 juillet Séminaire CPGE - Paris Organisation pédagogique Objectifs des TP Acquérir une opérationnalité dans la démarche ingénieur, c'est-à-dire développer les compétences nécessaires pour analyser et concevoir un système complexe. Les TP permettent aussi de découvrir la réalité des solutions industrielles, et développer le sens de lobservation, de goût du concret et la prise dinitiative et de responsabilité.

34 IGEN STI9 juillet Séminaire CPGE - Paris Objectifs des cours Transmettre les savoirs, de manière déductive ou inductive. Les cours obéissent à une logique dacquisition progressive et ordonnée des connaissances fondamentales. Ils permettent aussi de structurer les connaissances au travers de synthèses.

35 IGEN STI9 juillet Séminaire CPGE - Paris Objectifs des TD Acquérir la maîtrise des outils. Les TD prolongent le cours par des applications directes. Ils proposent des études dont la mise en situation est rapide. Ils peuvent préparer ou suivre des activités de Tps.

36 IGEN STI9 juillet Séminaire CPGE - Paris Lorganisation pédagogique annuelle doit être élaborée autour des TP

37 IGEN STI9 juillet Séminaire CPGE - Paris L'organisation pédagogique autour de TP n'exclut pas un cours magistral de haut niveau, dispensé avec des moyens modernes de communication. Les objets techniques, les systèmes industriels qui nous entourent étant complexes et de nature scientifique, le professeur de sciences industrielles pour lingénieur doit s'appuyer sur les outils de mathématiques, de sciences physiques, de mécanique, d'automatique,..., de génie électrique, … En revanche, le cours n'est plus une finalité en soi. Il est « au service » de la démarche ingénieur.

38 IGEN STI9 juillet Séminaire CPGE - Paris En sciences industrielles pour lingénieur on nest pas dans le 100 % inductif. Le cours vient structurer des concepts rencontrés en TP et/ou apporter des connaissances.

39 IGEN STI9 juillet Séminaire CPGE - Paris - vérifier les performances attendues d'un système complexe ; - élaborer et valider une modélisation à partir d'expérimentations ; - prévoir les performances d'un système à partir d'une modélisation; - analyser et concevoir des solutions technologiques. Stratégies pédagogiques en sciences industrielles pour lingénieur Elles doivent être élaborées selon la démarche ingénieur :

40 IGEN STI9 juillet Séminaire CPGE - Paris Maîtrise de concepts, de lois physiques ; capacités dabstraction Mathématiques et sciences physiques Aptitudes à communiquer Lettres et langues Maîtrise des démarches et méthodes, transposables dun domaine à lautre, pour appréhender des produits et/ou des situations complexes Sciences industrielles pour lingénieur « Répartition disciplinaire » en CPGE

41 IGEN STI9 juillet Séminaire CPGE - Paris Pour acquérir ces compétences, lapproche disciplinaire qui prévalait jusque-là doit laisser la place à l'approche danalyse fonctionnelle des systèmes organisée autour : - dactivités de travaux pratiques qui ne sont pas des applications de cours, mais servent au contraire à développer une opérationnalité effective sur les compétences précitées ; - de cours magistraux qui ne sont plus des finalités mais qui servent de point dappui aux activités de travaux pratiques et de travaux dirigés qui sappuient toujours sur des systèmes complexes.

42 IGEN STI9 juillet Séminaire CPGE - Paris Domaine réel Domaine du laboratoire Domaine de simulation Performances attendues du système Performances mesurées Performances simulées - Écart / CDCF Écart 3 Écart / CDCF Écart 1 Écart modèle / essais Écart

43 IGEN STI9 juillet Séminaire CPGE - Paris Les Sciences Industrielles pour l'Ingénieur permettent d'aborder la complexité des systèmes grâce à l'approche fonctionnelle. Les Sciences Industrielles pour l'Ingénieur développent chez les étudiants les compétences pour s'inscrire dans la démarche ingénieur. En Sciences Industrielles pour l'Ingénieur, les compétences traduisent la maîtrise de Connaissances disciplinaires, de Capacités à les utiliser et de Comportements à mettre en œuvre dans un contexte nouveau.

44 IGEN STI9 juillet Séminaire CPGE - Paris L'important est la démarche ingénieur, pas les savoirs disciplinaires

45 IGEN STI9 juillet Séminaire CPGE - Paris S1 Analyse fonctionnelle S11 Le point de vue externe S12 Le point de vue interne S2 Fonctions du produit S21 Alimenter en énergie S22 Convertir l'énergie S23 Transmettre l'énergie S24 Acquérir et traiter l'information S25 Communiquer l'information Structure dun programme : exemple celui de la filière TSI

46 IGEN STI9 juillet Séminaire CPGE - Paris S3 Comportement des systèmes : outils et modèles S31 La chaîne d'énergie S32 La chaîne d'information S4 Représentation des produits et démarche de conception S41 La représentation des produits S42 La démarche de conception S43 La démarche de réalisation et de qualification

47 IGEN STI9 juillet Séminaire CPGE - Paris La cohérence de lenseignement est fondamentale : - en ATS, les deux enseignants doivent travailler de manière coordonnée dans un laboratoire commun ; - en MPSI, un seul professeur pour assurer les TP – cours et TD – interrogations orales dinformatique ; - en PCSI et PSI, un seul professeur pour assurer TP – cours et TD – TIPE – interrogations orales dinformatique ;

48 IGEN STI9 juillet Séminaire CPGE - Paris - en PTSI, un seul professeur pour assurer TP (au moins un groupe) – cours et TD (au moins un groupe) – TIPE – interrogations orales dinformatique ; en PT, un seul professeur pour assurer TP – cours et TD – TIPE – interrogations orales dinformatique ; + un « 3e homme » qui sera chargé dun TD et/ou dun TP au moins ; - en TSI, les deux enseignants doivent travailler de manière coordonnée dans un laboratoire commun.

49 IGEN STI9 juillet Séminaire CPGE - Paris Contexte et attentes du groupe STI de linspection générale Claude Bergmann et Norbert Perrot Former les ingénieurs de demain avec les sciences industrielles pour lingénieur Hervé Riou – Président de lUPSTI - Lycée Chaptal Paris Stratégies pédagogiques en PSI Olivier Altet – Lycée Cormontaigne Metz Programme

50 IGEN STI9 juillet Séminaire CPGE - Paris Stratégies pédagogiques en PTSI François Alin – Lycée Roosevelt Reims Stratégies pédagogiques en ATS et en TSI Christel Izac – Lycée Jules Ferry Versailles Lautomatique en CPGE Claude Bergmann - IGEN

51 IGEN STI9 juillet Séminaire CPGE - Paris Les TIPE en CPGE Annick Antoine et Pascale Costa – Lycée Raspail Paris Conclusions Claude Bergmann et Norbert Perrot

52 IGEN STI9 juillet Séminaire CPGE - Paris Si tu conduis une machine (ou un groupe) occupe-toi de l'accélérateur ; il y aura toujours quelqu'un pour s'occuper du frein. Louis ARMAND ( 1905 – 1971)


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