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Séminaire académique Enseignements dexploration SI & CIT Mise en œuvre Lycée R.Dautry - LIMOGES 26 mai 2010 1.

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1 Séminaire académique Enseignements dexploration SI & CIT Mise en œuvre Lycée R.Dautry - LIMOGES 26 mai

2 Éléments de restitution du séminaire national IGEN STI des 17 & 18 / 05, Présentation des productions académiques, Présentation de quelques productions nationales, Réflexions et recommandations de mise en œuvre pour la rentrée Ordre du jour 2

3 Publication des programmes de seconde au BOEN n°4 spécial du 29 avril

4 Les enseignements dexploration SI & CIT 4

5 Transversale pour découvrir comment et pourquoi un produit technique évolue Transversale pour découvrir comment et pourquoi un produit technique évolue Verticale pour découvrir comment un produit répond à un besoin et comment il fonctionne Verticale pour découvrir comment un produit répond à un besoin et comment il fonctionne Diachronique Synchronique 5

6 Thèmes générauxExemples détudes La mobilitéLes véhicules individuels et les transports collectifs, les énergies utilisées, le pilotage et la sécurité, … Le sportLes sports de glisse, mécaniques, etc, les matériaux et vêtements techniques, la mesure de performance, … La santéLimagerie, linvestigation physiologique, lobservation non invasive, lassistance à lintervention médicale, … LhabitatLa performance énergétique, la maison à énergie positive passive, la domotique, … LénergieLes énergies renouvelables, le stockage et la distribution, … La communicationLa téléphonie, les interfaces de communication, les réseaux… La culture et les loisirsLe son et limage, les jeux vidéo, les musées en ligne, … Les infrastructuresLes viaducs, les tours, les tunnels… La bioniqueProthèses, robots humanoïdes, drones, solutions techniques recopiant le vivant,… La dématérialisation des biens et des services Monnaie; réservation en ligne, bureau virtuel, … Des thématiques sociétales communes 6

7 Lenseignement dexploration « Création & Innovation technologique » 7

8 CIT : Principe général Pour comprendre comment la créativité et linnovation sont les moteurs de lévolution technologique Lenregistrement magnétique La conversion Analogique Numérique La diode Laser La diode Laser La mémoire Flash La compression numérique Solution innovante Principes et lois dévolution 8 Synchronique

9 CIT : Stratégie globale 9

10 Les objectifs généraux Découvrir concrétement linnovation technologique et ses enjeux Découvrir la créativité technologique par le projet Explorer les 3 champs technologiques des bacs STI Activités danalyses de supports technologiques innovants. 1/2 à 2/3 des 54 heures Activités danalyses de supports technologiques innovants. 1/2 à 2/3 des 54 heures Activités de projet de créativité. 1/2 à 1/3 des 54 heures Activités de projet de créativité. 1/2 à 1/3 des 54 heures Création et Innovation technologique Activités passionnantes porteuses de sens… 10

11 Des objectifs associés La prise en compte de lorientation La découverte de linnovation et de la propriété industrielle Louverture vers les entreprises et les métiers Louverture de lenseignement à des experts dautres domaines (économie, design, industrie..) Création et Innovation technologique 11

12 CIT : Innovations et entreprises locales Des partenariats et des ressources… Site OSEO 12

13 CIT : Innovations et propriété industrielle Site INPI régional 13

14 Trois approches didactiques de linnovation technologique CIT : Approches didactiques Lapproche par les produitsLapproche par une innovationLapproche dun système global 14

15 Produit 1 Walkman Produit 1 Walkman Produit 2 iPod Produit 2 iPod Produit 3 iPhone Produit 3 iPhone Principes scientifiques et technologiques, solutions techniques et principes dinnovation et lois dévolution Evolutions Evolutions scientifiques et techniques : Traitement : Numérisation Stockage : Mémoires statiques Utilisation : Interface tactile Non évolution : restitution par oreillettes Lois dévolution Transition vers le micro : le baladeur miniaturisé Transition vers le super système : le téléphone mobile Principes dinnovation : Remplacement du système mécanique Changement de paramètre (champs) Universalité CIT : Approche « Produit » 15

16 Produit 1 Walkman Produit 1 Walkman Produit 2 iPod Produit 2 iPod Produit 3 iPhone Produit 3 iPhone Principes scientifiques et technologiques, solutions techniques et principes dinnovation et lois dévolution Evolutions Evolutions scientifiques et techniques : Traitement : Numérisation Stockage : Mémoires statiques Utilisation : Interface tactile Non évolution : restitution par oreillettes Lois dévolution Transition vers le micro : le baladeur miniaturisé Transition vers le super système : le téléphone mobile Principes dinnovation : Remplacement du système mécanique Changement de paramètre (champs) Universalité CIT : Approche « Produit » 16

17 Produit 1 iPhone Produit 1 iPhone Produit 2 Segway Produit 2 Segway Produit 3 WII Produit 3 WII Innovation, Principes scientifiques et technologiques Evolution Solutions techniques Evolution Solutions techniques Innovation : accéléromètre de technologie MEMS Principes, réalisation, utilisations Principes dinnovation et lois dévolution des téléphones Principes dinnovation et lois dévolution des systèmes de transport individuels Principes dinnovation et lois dévolution des systèmes de jeux vidéo CIT : Approche « Innovation » 17

18 Radars et sécurité GPS et éco conduite Pare chocs à absorption dénergie Innovation, Principes scientifiques et technologiques Evolution Solutions techniques Evolution Solutions techniques Thème global dinnovation : la mobilité du futur et la sécurité Principes dinnovation et lois dévolution des capteurs de détection de présence Principes dinnovation et lois dévolution des systèmes de positionnement GPS Principes dinnovation et lois dévolution des systèmes dabsorption de lénergie dun choc CIT : Approche « Globale » 18

19 La démarche pédagogique Une démarche globale permettant la découverte : – des principes et lois dinnovation : études de cas – de la créativité technologique : projet de créativité Des études de cas progressives : – justifiant des démarches dinvestigation,démarches dinvestigation – des activités de travaux pratiques, Des activités collectives menées en équipe, donnant lieu : – à des comptes-rendus collectifs, – des ouvertures vers lextérieur du lycée, les entreprises, les formations, CIT : Démarche pédagogique 19

20 CIT : Démarche « Starter » Identification du principe dinnovation Questionnement, analyse Investigation Démarche partielle danalyse et didentification dune solution innovante et dun principe dinnovation Activité « starter » Supports simples, accessibles, faciles à analyser. Produits ou secteur dactivité Produits ou secteur dactivité Identification de lévolution « produit » Identification de linnovation technologique Données technico économiques Caractérisation par analogie Contraintes : normes, brevets, environnement 20

21 CIT : Démarche TP danalyse Identification du principe dinnovation Questionnement, analyse Investigation Démarche partielle danalyse et didentification dune solution innovante et dun principe dinnovation associée à un travail pratique danalyse dune solution technique Activité avec TP Produits ou secteur dactivité Produits ou secteur dactivité Identification de lévolution « produit » Identification de linnovation technologique Données technico économiques Caractérisation par analogie Contraintes : normes, brevets, environnement TP relatif au principe de la solution innovante Manipulation du réel ou du virtuel, expérimentations : TP sur le capteur à ultra sons Pour comprendre linnovation technologique 21

22 CIT : Démarche « loi dévolution » 2 ou 3 produits 2 ou 3 produits Identification de lévolution technologique Identification de la solution innovante Identification du principe dinnovation Questionnement, analyse Investigation Observation comparaison Recherche documentaire Démarche partielle danalyse et didentification dune solution innovante, dun principe dinnovation associée à un TP et des lois dévolutions associées Activité Loi dévolution TP relatif au principe de la solution innovante Identification de la loi dévolution Manipulation du réel ou du virtuel, expérimentations Caractérisation par analogie Pour comprendre linnovation technologique Pour comprendre linnovation « produit » 22

23 CIT : Démarche de synthèse Produits ou secteur dactivité Produits ou secteur dactivité Identification de lévolution « produit » Identification de linnovation technologique Identification du principe dinnovation TP relatif au principe de la solution innovante Identification de la loi dévolution Compte rendu et présentation des résultats Données technico économiques Caractérisation dun principe par analogie Manipulation du réel ou du virtuel, expérimentation sur un principe Caractérisation dune loi par analogie Synthèse Pour comprendre linnovation technologique Pour comprendre linnovation « produit » Pour faire la synthèse des activités et communiquer Pour comprendre que linnovation est un facteur de compétitivité Pour comprendre que la compétitivité met en œuvre plusieurs dimensions (design, marketing, etc.) Contraintes : normes, brevets, environnement… 23

24 CIT : Le projet de créativité Créativité et création technologique La créativité nest pas la création. Cest une démarche intellectuelle, culturelle, une disposition ou un état desprit qui amène une personne à essayer de créer… lorsquil y parvient, on peut alors dire quil y a création. Le projet proposé vise une démarche de projet promouvant la créativité technologique, sans obligation de résultat. Il sappuie sur un existant, privilégie les démarches de modification et se conclue par une présentation collective de la démarche. 24

25 CIT : Des idées de projet Un défi technique ou un challenge: défi course en cours, concours robotique… Une amélioration dun système existant Une réflexion globale pour résoudre un problème : Comprendre le système GPS et imaginer une application particulière Une confrontation à un problème industriel : Découvrir un problème industriel, imaginer des solutions et les confronter à lentreprise Une relation entre innovations et métiers: Découvrir une entreprise, ses innovations, ses métiers et imaginer des évolutions 25

26 CIT : Un projet technologique entier Objectif proposé mais partagé… Démarche collective dappropriation Identification dun problème (contradiction) Activité de créativité (brainstorming piloté ) et de choix Matérialisation des idées (prototypage) Synthèse et présentation de la démarche Phases principales du déroulement dun projet technologique de créativité : Favoriser le « prototypage rapide » (formes, informations, énergies). Produire un dossier numérique de présentation collective formalisant la démarche plus que les résultats. 26

27 CIT : Les étapes du projet Etape dimprégnation Etape de créativité Etape de cristallisation Etape de matérialisation Expression du besoin (principales caractéristiques à atteindre, identification dune contradiction) Production du plus grand nombre didées possibles Choix raisonné dune ou deux solutions à explorer Formalisation dune idée de solution Choix raisonné dune ou deux solutions à explorer Formalisation dune idée de solution Matérialisation sous forme de modèle, maquette, prototype, expérimentation. Synthèse et compte-rendu collectif Matérialisation sous forme de modèle, maquette, prototype, expérimentation. Synthèse et compte-rendu collectif Les jalonsLes étapes du projetLes productions du groupe J1 J2 J3 J4 27

28 Etude de cas starter Etude de cas 2 Etude de cas et synthèse Projet de créativité CIT : Déroulement type de la formation Découverte de linnovation, de principes et des lois associées. Supports simples Exploration dune innovation associée à une expérimentation, relations avec les principes scientifiques et technologiques Exploration complète dune innovation, liens entre principes et lois dévolution. Synthèse et présentation collective Mise en œuvre dun projet collectif. Matérialisation de idées créatives. Synthèse et présentation collective. Présen- tation Brevets, design… Entre- prises, métiers Proto- typage Une organisation 28

29 Lenseignement dexploration « Sciences de lIngénieur » 29

30 Les sciences pour répondre aux questions de notre société Transport Information Santé Alimentation Énergie Habitat 30 Diachronique

31 Les objectifs généraux Activités danalyses de supports technologiques. 1/2 à 2/3 des 54 heures Activités danalyses de supports technologiques. 1/2 à 2/3 des 54 heures Activités de projet. 1/2 à 1/3 des 54 heures Activités de projet. 1/2 à 1/3 des 54 heures Sciences de lIngénieur Activités passionnantes porteuses de sens… La technologie contribue à répondre aux besoins humains en passant de lidée (ou du principe) à la proposition de solutions performantes et respectueuses de lenvironnement. Les sciences de lingénieur mobilisent les approches scientifiques et technologiques. Les phases de modélisation et de simulation permettent de prévoir le comportement, les performances dun système pluri technologique et doptimiser une solution au regard du cahier des charges. La démarche de management de projet conduit à développer des produits économiquement et techniquement viables. 31

32 Des objectifs associés La prise en compte de lorientation La découverte des relations entre la société et les technologies Louverture vers les domaines professionnels et les métiers Louverture de lenseignement à des experts dautres domaines (économie, design, industrie..) Sciences de lIngénieur 32

33 Des activités Caractériser les fonctions dun système technique Etablir les liens entre structure, fonction et comportement Identifier les contraintes associées à une norme, une réglementation Identifier la dimension sensible ou esthétique associée à un produit Sciences de lIngénieur 33

34 Des activités Analyser, représenter une solution Rendre compte sous forme écrite ou orale des résultats dune analyse, dune expérience, dune recherche Identifier un principe scientifique en rapport avec le comportement dun système technique Simuler le comportement dun système technique à partir de lévolution dun paramètre dentrée ou de sortie Sciences de lIngénieur 34

35 La démarche pédagogique Des études de cas (deux questions sociétales au moins sont abordées) : – justifiant des démarches dinvestigation, – des activités de travaux pratiques. Des activités collectives (recherche dune solution dans le cadre dune démarche de projet) menées en équipe, donnant lieu : – à des comptes-rendus collectifs, – des ouvertures vers lextérieur du lycée, les entreprises, les formations. Sciences de lIngénieur 35 Fin provisoire

36 Présentation des travaux académiques Maynard/Célérier/Besset : « véhicule hybride » Egrot/Banting/ Calas/Desbordes : vélo à assistance électrique Petinom/Delpy/Recoules: gyropode Audiger/Chavet/Lafarge/Dussol: Iland Gouzou/Paul/Lhéritier/Breysse/Herbet: la maison innovante Granet/Manot/Auger: éolienne Galinier/Cavalié/Mauduy: serrure biométrique 36

37 Présentation dexemples nationaux

38 Une organisation pour la mise en oeuvre Une organisation pour la mise en oeuvre 38

39 39

40 40

41 Les contraintes Les contraintes globales Les contraintes techniques : – Horaires – Locaux – Equipements Les contraintes pédagogiques – La mutualisation des productions – La formation des enseignants – La répartition des services CIT : Les contraintes liées à la formation 41

42 Equilibre de lexploration des 3 champs technologiques : matériau, énergie et information Equilibre des 3 approches de linnovation : globale, produit, innovation Progressivité des activités dexploration : études de cas adaptées et projet Contraintes de formation 42

43 Autonomie de chaque établissement pour organiser les 54 heures denseignement Liaison possible, et même intéressante, entre CIT (approche globale) et SI (approfondissement) Autonomie dans la répartition horaire : 1,5h année, 3h semestre, 2h 2/3 année, autres modalités…. Contraintes horaires et planification 43

44 Réorganiser les salles SI-CIT en îlots pour la rentrée 2010 : créer une rupture visible pour élèves et enseignants Déménager les systèmes de production des labos et compléter le parc informatique si nécessaire. Investir dans lachat de supports (des 3 types?), … Contraintes techniques 44

45 CIT : Laménagement des locaux Laboratoire partagé entre SI et CIT Organisation en ilots de travail accueillant une équipe de 4 élèves Zones de travail de prototypage et de rangement des supports 45

46 Mutualisation des productions Niveau national Niveau académique Niveau local (lycée ou territoire) Banque dEdC validées Banque de projets validés Banque dEdC Banque de projets 3 études de cas 1 projet 46

47 Les défis pour la rentrée 1.Animer un groupe de travail pluri technologique STI (élargi à tout enseignant intéressé) pour trouver les idées de supports et détudes de cas… 2.Rechercher dans les entreprises locales des possibilités de coopération 3.Définir 3 études de cas et un projet au niveau de létablissement, prévoir leur achat et leurs exploitations (TP) 4.Prévoir et organiser le réaménagement des laboratoires SI-CIT 5.Organiser les services enseignants SI-CIT pour lannée (enseignants, horaires, planification). 6.Accompagner léquipe enseignante pour les achats de supports, la réalisation des activités (études de cas, TP, projet) 7.Accompagner et garantir la mutualisation des supports au niveau académique 8.Accompagner le dispositif de formation local et académique associé 47

48 Seule nouveauté pour MPS (Mesures et Pratiques Scientifiques) « Lenseignement dexploration « méthodes et pratiques scientifiques » permet aux élèves de découvrir différents domaines des mathématiques, des sciences physiques et chimiques, des sciences de la vie et de la Terre et des sciences de lingénieur ». « Cest aussi loccasion de montrer lapport et la synergie de ces disciplines pour trouver des réponses aux questions scientifiques que soulève une société moderne, den faire percevoir différents grands enjeux, et de donner les moyens de les aborder de façon objective ». Cest un EE quil faut investir. 48

49 Principes dinnovation et lois dévolution Equivalent aux lois dévolutions en biologie, extraits de la théorie TRIZ, sans mise en œuvre des outils méthodologiques associés. Identification possible : – À partir dune liste réduite de principes dinnovation (par exemple, de 20 principes sur les 40 formalisés) – À partir dune liste de 8 lois dévolution CIT : Principes et lois dinnovation

50 Principe 16 : Dynamisme / Mobilité Diviser lobjet en plusieurs éléments pouvant être mobiles les uns par rapports aux autres. Si lobjet (ou son environnement) est fixe, le rendre mobile ou déplaçable. Optimiser lobjet ou son environnement extérieur pour quil sajuste automatiquement aux conditions de fonctionnement optimales. Diviser lobjet en plusieurs éléments pouvant être mobiles les uns par rapports aux autres. Si lobjet (ou son environnement) est fixe, le rendre mobile ou déplaçable. Optimiser lobjet ou son environnement extérieur pour quil sajuste automatiquement aux conditions de fonctionnement optimales. Principe 14 : Sphéricité Remplacer des formes parallélépipédiques par des formes sphériques. Utiliser des rouleaux, des billes, des spirales, des dômes. Remplacer un mouvement de translation par un mouvement de rotation ; recourir à la force centrifuge. Remplacer des formes parallélépipédiques par des formes sphériques. Utiliser des rouleaux, des billes, des spirales, des dômes. Remplacer un mouvement de translation par un mouvement de rotation ; recourir à la force centrifuge. Principe 35 : Changement / Modification de paramètres Modifier létat de phase dun objet (ex. sous forme de gaz, de liquide ou de solide). Changer la concentration ou la consistance. Modifier le degré de flexibilité, la température. Champs abordés : Mécanique, Acoustique, Thermique, Chimique, Electrique, Magnétique Modifier létat de phase dun objet (ex. sous forme de gaz, de liquide ou de solide). Changer la concentration ou la consistance. Modifier le degré de flexibilité, la température. Champs abordés : Mécanique, Acoustique, Thermique, Chimique, Electrique, Magnétique CIT : Exemples de principes dinnovation

51 Lois qui renseignent sur les dynamiques dévolutions futures du système Lois qui montrent la manière dont le système est en train dévoluer. Lois qui ont vocation à observer un système dans son état actuel. 1. Intégralité des parties du système (cohérence fonctionnelle) 2. Conductibilité de l'énergie 3. Coordination du rythme des parties du système 4. Accroissement de l'idéal 8. Augmentation de la contrôlabilité du système (Loi de commande, Feedback) 7. Transition du macro niveau vers le micro niveau (Intégration – miniaturisation) 6. Transition du système vers le super système (Tendance vers l'universalité) 5. Développement inégal des parties dun système technique CIT : Lois dévolution Identification dune loi dévolution associée à une contradiction technique et à des principes dinnovation

52 Mesurer une distance Loi dinnovation n°8 (Dynamisme et contrôlabilité) Principe 16 « Mobilité » Principe 14 « Sphéricité » Loi dinnovation n°2 (Flux dénergie) Principe 35 « Changement de paramètre » Loi dinnovation n°4 (Idéalité) Réglet Mètre de menuisier Mètre à ruban Télémètre laser ou ultrasons Lois et de principes dinnovation identifiées sur la fonction « mesurer » associée à des supports simples CIT : Lois dinnovation

53 53

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56 La démarche dinvestigation en technologie au collège 56

57 Situation problème Observation Problème technique à résoudre Pour chaque activité, un bilan, est réalisé pour répondre au problème posé. La démarche dinvestigation Questions élèves Activité(s) élèves Idées élèves Je maîtrise des techniques Je fais appel à la démarche technologique Je raisonne - lobservation à partir du réel, de photos, dun film, de solutions existantes … - des documents : texte, graphique, tableau, … Je communique : - oralement - oralement - par écrit - par écrit Je prends des informations Jutilise Objet technique 57


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