La didactique en sciences de l’ingénieur au cycle terminal du lycée Séminaire S-SI – 21 mars 2016

Les programmes de technologie au collège, de sciences industrielles de l’ingénieur du cycle terminal du lycée (S-SI et STI2D) et de CPGE sont élaborés : selon le triptyque M-E-I ; en prenant en compte la modélisation multiphysique ; en mettant en évidence les écarts entre le souhaité, le réalisé et le simulé.

Mise en évidence des écarts Domaine du laboratoire Performances mesurées Domaine du commanditaire Performances attendues Domaine de la simulation Performances simulées Écart L-C Écart S-L Écart S-C Système souhaité Système réel Système simulé

Constats La mise en évidence des écarts et l’organisation générale des programmes en compétences ne sont prises en compte que trop rarement dans les progressions pédagogiques. Celles-ci sont toujours basées sur l’acquisition de savoirs-purs, et ne font pas toujours apparaître les activités de travaux pratiques. Écarts et compétences sont trop souvent associées à des activités expérimentales.

Quelques points sur lesquels il faut revenir et insister…. Progression pédagogique sur l’ensemble du cycle par compétences et non par savoirs. Activités de travaux pratiques. Démarches. Travaux dirigés. Projet en S-SI.

Ce qui n’est plus souhaité

Extrait d’une progression par compétences en 2PSI Moyens TP TD Semaine n° Compétences visées Savoirs transmis

Activités de travaux pratiques L’organisation des activités de travaux pratiques doit se faire selon le principe des îlots. Les textes de TP ne doivent pas être élaborés pour analyser le fonctionnement et évaluer les performances des systèmes. Ils doivent être élaborés pour faire acquérir aux élèves les compétences déclinées dans le programme.

Démarches Les activités conduites doivent s’appuyer sur la démarche d’investigation, la démarche de résolution de problèmes et la démarche de projet, et doivent conduire à mettre en évidence les écarts entre le souhaité, le mesuré (le réalisé ?) et le simulé.

La démarche d’investigation C’est une démarche scientifique qui permet d’expliciter un phénomène en formulant des hypothèses et en conduisant des recherches pour valider ou non ces hypothèses. Elle est présente au primaire et au collège.

La démarche de résolution de problème technique C’est une démarche mixte, scientifique et technologique, qui permet de cerner un problème et d’identifier les causes par une investigation, puis de trouver par exemple des solutions techniques pour améliorer un objet.

La démarche de projet C’est une démarche technologique qui permet progressivement de construire une réalité pour répondre à un besoin. La démarche de projet est une activité toujours collective, destinée à atteindre un objectif répondant à un besoin, passant par la définition d'objectifs intermédiaires, d'une planification des activités et d'une répartition des rôles. Elle intègre avantageusement les deux démarches précédentes.

Trois démarches spécifiques et complémentaires

Travaux dirigés Les activités de travaux dirigés, autant qu’il est possible de le faire, doivent être élaborées à partir de supports contextualisés et d’objectifs technologiques précis. Chaque exercice doit se terminer par une conclusion quant à ces objectifs, et doit permettre de mettre en évidence des écarts voire, de proposer des solutions pour éventuellement y remédier. Il est indispensable de bien mettre en évidence les apports des sciences industrielles de l’ingénieur par rapport à ceux des autres disciplines.

Projets S-SI, STI2D et OSI Certaines incompréhensions obligent à mettre en évidence les différences, dans la filière S-SI, entre le « feu » projet pluritechnique encadré (PPE- BOEN hors-série n°3 du 30 août 2001) et le projet interdisciplinaire (BOEN spécial n° 9 du 30 septembre 2010).

Projet pluritechnique encadré abrogé Projet interdisciplinaire Travail en équipe – démarche de projet. Travail en équipe – démarche de projet – plusieurs disciplines doivent être mobilisées. Réalisation (au sens fabrication) de solutions constructives avec mise en œuvre et tests : c’est la finalité de ce projet. Architectures de solutions sous forme de schémas, croquis, blocs diagrammes fonctionnels et structurels ou d’algorithmes. Prototype ou une maquette numérique ou matérielle, mais ce n’est pas la finalité du projet. La finalité du projet est l’analyse des performances de la réalisation, des tests et des simulations en fonction du besoin attendu (écarts).

Par conséquent, l’évaluation du projet interdisciplinaire ne prend pas en compte, en tant que telle, la réalisation d’une maquette, même s’il est clair qu’il faut s’appuyer sur un support matériel ou virtuel pour mener à bien ce projet. LE PPE C’EST TERMINÉ !

Le projet interdisciplinaire est une modalité pédagogique qui s’inscrit dans la progression pédagogique de l’enseignement de sciences de l’ingénieur. Ce projet ne doit pas être encadré uniquement par des enseignants de sciences de l’ingénieur, c’est ce qui en fait sa particularité et sa richesse.

En revanche, le projet en STI2D pose moins de problèmes. Cela étant, il serait bien d’inciter des élèves d’ESS différents de participer à un même projet. Les OSI 2016 vont prendre en compte ces différences, tout en ne maintenant qu’un concours unique.

Le projet ne mobilise qu'une seule discipline. Critères \ points A (6 points) B (4 points) C (2 points) D (0 points) Proposer un projet pluri-disciplinaire (coefficient 1 en S-SI et 0,2 en STI2D) Le projet mobilise plusieurs disciplines du lycée (Sciences Industrielles de l'Ingénieur, Mathématiques, Sciences Physiques, Sciences de la Vie et de la Terre, disciplines littéraires, sport, …).   Le projet ne mobilise qu'une seule discipline. Proposer un projet pluri-technologique (coefficient 1 en STI2D et 0,2 en S-SI) Le projet mobilise plusieurs technologies (transfert d'énergie, traitement de l'information, gestion de la matière, …). Le projet ne mobilise qu'une seule technologie.

Appliquer la démarche des Sciences Industrielles de l'Ingénieur Critères \ points A (6 points) B (4 points) C (2 points) D (0 points) Proposer une réalisation innovante et fonctionnelle (une réalisation est une maquette matérielle ou virtuelle, un prototype, un modèle ou un programme) La réalisation est innovante et fonctionnelle. La réalisation est innovante, mais pas fonctionnelle. La réalisation est fonctionnelle, mais pas innovante. La réalisation est ni fonctionnelle, ni innovante. Appliquer la démarche des Sciences Industrielles de l'Ingénieur L'équipe a développé une réalisation, et s'appuie sur des mesures expérimentales, sur des modèles, sur de la simulation, pour tirer des conclusions sur les performances du système étudié, et les optimiser. L'équipe a développé une réalisation, et s'appuie sur des mesures expérimentales, sur des modèles, sur de la simulation, mais n'en exploite pas les résultats. L'équipe a développé une réalisation, mais ne s'appuie que sur des mesures expérimentales, que sur des modèles ou que sur de la simulation. L'équipe ne présente aucune mesure expérimentale, aucun modèle et aucune simulation.

Critères \ points A (6 points) B (4 points) C (2 points) D (0 points) Communiquer La présentation est claire, structurée, dynamique. Elle valorise le travail d'équipe et les partenariats. Les réponses au jury sont pertinentes. La présentation est claire, valorise le travail d'équipe et les partenariats, mais manque de dynamisme. Les réponses au jury sont correctes. La présentation est dynamique, mais valorise peu le travail d'équipe et les partenariats. Les réponses au jury sont peu pertinentes. La présentation est terne, sans contenu. Les réponses au jury ne sont pas convaincantes.

Conclusions

Dans le continuum mis en place de la 6e aux CPGE, il n’y a pas que le triptyque M-E-I, la mise en évidence des écarts, la modélisation multiphysique. Il y a aussi la didactique qui donne du sens aux enseignements et prépare les jeunes aux démarches de l’ingénierie.

Scientists investigate that which already is ; engineers create that which has never been. Albert Einstein