LES SCIENCES DE L’INGENIEUR Concevoir un TP de Sciences de l’Ingénieur Cahier des charges pour un TP réussi D. Petrella - IA-IPR STI

Généralités sur les sciences de l’ingénieur Sciences de la conception et de la réalisation des systèmes inventés par l ’homme : élaboration d ’objets, d ’équipements et de processus; organisation qui accompagne ces créations. Les sciences de l’ingénieur visent à donner au bachelier les connaissances de base dans les grands domaines techniques de : la mécanique, l ’automatique, l ’électrotechnique, l ’électronique, le traitement et la communication de l ’information. induisent une approche pluritechnique et concrète associée à la mise en œuvre d ’outils informatiques permettant la représentation des solutions constructives, le calcul des paramètres déterminants et la simulation de leur comportement. privilégient une démarche d ’analyse en T. P. associés à des ressources d ’aide à la conceptualisation autour de centres d ’intérêts points de départ des apprentissages. D. Petrella - IA-IPR STI

Généralités : L’organisation d’un système L'approche « système » des produits se caractérise par : Environnement Système opérant Système d’information Système de décision un système d’information (stockage, transfert des informations), un système de décision (ensemble des processus par lesquels l’information est convertie en action), un système physique ou opérant (transformation des flux de matières et d’énergies) les divers flux (matières, produits, énergies, informations). D. Petrella - IA-IPR STI

Généralités : L’approche système retenue Chaîne d’information Chaîne d’énergie Energie d’entrée Action ALIMENTER CONVERTIR TRANSMETTRE DISTRIBUER ACQUERIR TRAITER COMMUNIQUER Informations destinées à d’autres systèmes et aux interfaces H / M Informations issues d’autres systèmes et d’interfaces H / M Ordres Grandeurs physiques à acquérir D. Petrella - IA-IPR STI

Généralités : Approche externe des fonctions Chaîne E S E1 S1 En E2 Sn S2 Identifier et quantifier les flux et les transformations d’énergie (puissance) et d’information (nature, protocole,…) et les interactions entre les éléments. Identifier, définir et justifier chaque fonction constitutive d ’une chaîne. Quantifier les relations entrée-sortie entre les grandeurs physiques . D. Petrella - IA-IPR STI

Généralités : Approche interne des fonctions L’approche interne des fonctions favorise : la compréhension du fonctionnement, le rapprochement du comportement réel avec les principes, lois et modèles. Elle permet un approfondissement local en : identifiant, définissant et justifiant la structure matérielle d’une solution donnée, intervenant finement sur l’analyse et la vérification d’une performance donnée, son adaptation et sa modification. Cette approche interne portant généralement sur des constituants internes mécaniques, électriques, électroniques et informatiques. Le référentiel limite le niveau d’approfondissement attendu. D. Petrella - IA-IPR STI

Généralités : Limitations à l’approche interne des systèmes Une analyse des compétences attendues et des savoirs associés du référentiel montre que : L’analyse mécanique des constituants reste globale, les comportements locaux ne sont pas approfondis et leur approche sert à justifier qualitativement une solution constructive. L’électronique analogique n’est pas traitée, alors qu’elle tenait une place importante dans l’ancien référentiel. Ceci induit que les simulations de comportement analogique d’une carte ne sont plus d’actualité. Les schématisations électriques recommandées dans le référentiel se limitent à la description fonctionnelle et matérielle des systèmes de commande micro programmés. D. Petrella - IA-IPR STI

Typologie pédagogique des TP Les activités de travaux pratiques ont, dans les enseignements de S.I., une quadruple vocation : La découverte et la construction d’un savoir nouveau. L’application et la mise en œuvre de savoirs et savoir-faire à des situations variées dans une logique de consolidation des connaissances (redondance et récurrence des apprentissages). La recherche et la validation des solutions techniques dans le cadre du Projet Pluritechnique Encadré. L’évaluation de compétences associées aux activités pratiques. D. Petrella - IA-IPR STI

Classification des supports de TP Produits industriels Systèmes de production de bien ou de service. Systèmes d’assemblage et de conditionnement. Systèmes de manutention. Produits grand public Systèmes « fermés » Pré-programmés. Systèmes programmables. Produits didactiques Etude des comportements d’un actionneur. Platines de tests d’une famille de composants. Etude d’un concept, d’une loi. D. Petrella - IA-IPR STI

Enseigner en S-SI à l’aide de travaux pratiques organisés autour de centres d’intérêt Le centre d’intérêt cible la préoccupation pédagogique sur une classe de problèmes ou de solutions technologiques afin de donner du sens aux activités élèves. Il fourni un cadre à : des savoirs et savoir-faire : de nature cognitive. des démarches : de nature méthodologique. Il correspond aux points clés du programme. « C ’est le fil rouge de l ’activité des élèves pour une période donnée ». Il induit une structuration des acquis par des activités de synthèse. Le nombre de C.I. doit être limité lors d’une séance ou d’un cycle de T.P.. Important : Les C.I. doivent être répartis sur les 2 années de formation en s’efforçant de les mobiliser en cohérence les uns par rapport aux autres afin de ne pas aboutir à un enseignement scindé et déconnecté en 2 parties (la partie opérative et la partie commande d’un système technique. D. Petrella - IA-IPR STI

Les centres d’intérêts en S-SI CI 1 Fonctionnalités architecture et structure d’un système CI2 Représentation et schématisation CI3 Motorisation et conversion d’énergie CI4 Guidages et assemblages CI5 Transmission de puissance, transformation de mouvement CI6 Comportement statique et élastiques des solides CI7 Comportement dynamique et énergétique d’un système CI8 Pilotage contrôle et comportement d’un système CI9 Acquisition et conditionnement des informations CI10 Traitement de l’information CI11 Systèmes logiques traitement combinatoire et séquentiel CI12 Communications et réseaux D. Petrella - IA-IPR STI

Enseigner en S-SI à l’aide de travaux pratiques organisés autour de centres d’intérêt Les centres d’intérêt induisent une démarche pédagogique de : Découverte Acquisition de connaissances Structuration par la synthèse Approfondissement Evaluation des connaissances Ils favorisent l’intervention commune des professeurs de G.M. et de G.E. Ils facilitent la construction et l’équilibre de la progression. Ils permettent de faire apparaître des fonctions communes à de nombreux systèmes et donc de traiter la même notion sur différents systèmes. D. Petrella - IA-IPR STI

Un scénario d’activités La résolution du problème posé concevoir un T.P. en S-S.I. avec du sens Un T.P. prend appui sur une problématique technique ou industrielle posée sur le support technique retenu. Une problématique posé sur le support technique Un scénario d’activités La résolution du problème posé D. Petrella - IA-IPR STI

Support technique réel Simulation du comportement La démarche du TP en S.I. Un logique de conduite des activités Problématique Support technique réel Analyse Confrontation Modèle virtuel Résultats numériques Simulation du comportement D. Petrella - IA-IPR STI

TP sur le comportement dynamique et énergétique d’un système Pe P méca P méca P méca ACTIONNEUR TRANSMETTEUR EFFECTEUR D. Petrella - IA-IPR STI Exemple : Analyse – modélisation – simulation – résultats - confrontation

Respecter une méthodologie pour concevoir un T.P. en S-S.I.  Programme Sciences de l’ingénieur Ce qui est mis à la disposition de l’élève dans un environnement multimédia Aides méthodologiques Assistances techniques  Choix du centre d’intérêt  Identification des objectif(s) de formation du TP  Identification de la problématique  Rédaction du scénario d’apprentissage  Activités de l’élève  Choix du support technique  Rédaction de la fiche de formalisation des connaissances  Base d’informations spécifiques  Base de connaissances générales  Prise en compte des Prérequis de l’élève  Résolution du problème posé D. Petrella - IA-IPR STI

 Identification des objectif(s) de formation du TP Respecter une méthodologie pour concevoir un T.P. en S-S.I.  Prise en compte des Prérequis de l’élève Quels est le niveau d’enseignement ? Première terminale Quels sont les savoirs et savoir-faire déjà acquis ? Quel est le degré d’autonomie de l’élève ? Repérage dans le programme de S-S.I. : De la thématique du T.P. Des compétences attendues; Des savoirs et savoir-faire associés Identification des connaissances à retenir et à formaliser.  Identification des objectif(s) de formation du TP D. Petrella - IA-IPR STI

 Rédaction de la fiche de formalisation des connaissances Respecter une méthodologie pour concevoir un T.P. en S-S.I. Les apprentissages durant le TP induisent une finalité pédagogique, qui doit constituer la preuve et la trace des savoirs acquis. Cette finalité ce traduit par la rédaction d’une fiche de formation des savoirs ciblés par le TP.  Rédaction de la fiche de formalisation des connaissances C’est un document spécifique, gardé par l’élève, résumant ce qu’il doit retenir et qui sera susceptible d’être évalué sommativement. Exemple Dans tous les cas, cette fiche de formalisation des connaissances doit être rédigée complètement par le professeur très en amont de la préparation du TP, dès que les objectifs de formation sont identifiés. D. Petrella - IA-IPR STI

Respecter une méthodologie pour concevoir un T.P. en S-S.I. Une problématique technique posée sur le support technique étudié doit être proposée à l’élève pour donner du sens aux activités et servir, du point de vue de l’élève, de fil conducteur aux apprentissages…  Identification de la problématique Les activités d’apprentissage du T.P. constituent des phases d’action fondamentales, où les élèves sont amenées à développer une activité intellectuelle mobilisant des prérequis et induisant des connaissances nouvelles. Elles s’inspirent des activités industrielles sur les systèmes ou les produits. Ces activités visent notamment à l ’appropriation des modèles.  Activités d’apprentissage de l’élève Elles s ’appuient sur une stratégie pédagogique, qui invite les élèves à des tâches précises : démonter ou mettre en action le support technique, identifier un nouveau composant, comprendre le fonctionnement du système, simuler un comportement, mesurer des performances, calculer, déterminer, comparer des résultats numériques, rédiger… D. Petrella - IA-IPR STI

Respecter une méthodologie pour concevoir un T.P. en S-S.I.  Base de connaissances générales Bases de données relatives à un champ scientifique ou technique donné : mécanique, construction, électrotechnique, automatisme… Elles réunissent des renseignements de type scientifiques et techniques du niveau de formation considéré Elles constituent un premier tri entre les informations brutes et innombrables disponibles sur Internet et les informations utiles et adaptées au niveau de l’apprenant Elles permettent d’augmenter librement la culture technique de l’apprenant en lui proposant un accès libre à des informations diverses… Exemple en S-SI : Lois et principes scientifiques ; Les matériaux ; Les procédés de transformation mécaniques ; Les outils de description fonctionnelle ; Structures et fonctionnement des actionneurs Les unités… D. Petrella - IA-IPR STI

Respecter une méthodologie pour concevoir un T.P. en S-S.I.  Base de d’informations spécifiques Il s’agit de bases d’informations relatives au produit ou système technique utilisé et aux objectifs de formation visés, comme : la maquette numérique 3D, les modes d’emploi, notice de maintenance du produit ou système, une bibliothèque d’images et de films vidéo relatifs au produit et à son utilisation, ses caractéristiques technico-économiques, Des catalogues et des notices techniques relatifs à certains composants présents dans le produit … D. Petrella - IA-IPR STI

Aides méthodologiques Assistances techniques Respecter une méthodologie pour concevoir un T.P. en S-S.I. Aides méthodologiques Modules d’aide proposés aux élèves en libre service, accessibles à tout moment du travail. Module proposant d’assister l’élève dans une démarche d’ordre : technique : choisir un composant, réaliser une mesure, … scientifique : formuler une loi d’entrée-sortie d’un train épicycloïdal, déterminer la valeur d’un courant… méthodologique : démarche d’élaboration d’un schéma… Assistances techniques Modules d’assistance techniques relatifs à l’utilisation d’un outil, … Exemples : Identifier un composant dans une base de données techniques. Réaliser une mise en plan en CAO, mettre en œuvre la simulation numérique… Déclarer une macro étape dans un logiciel de programmation ….. D. Petrella - IA-IPR STI

Cahier des charges pour concevoir un T.P. en S-S.I. Un centre d’intérêt situant le cycle du T.P. Un objectif pédagogique Un fiche de formalisation des connaissances Une problématique technique Un support technique Un scénario d’activités d’apprentissage Une résolution du problème Une base de connaissance spécifique sur le support Une base de connaissances générales (*) Des aides méthodologiques (*) Des assistances techniques (*) (*) si besoin. D. Petrella - IA-IPR STI