Norbert Perrot IGEN STI Préparer les activités en SI Exemple d’organisation pédagogique et de contenus de séquences pour le cycle terminal des sciences de l’ingénieur Norbert Perrot IGEN STI Philippe Lefèbvre IA-IPR Dijon 22 novembre 2011

Préparer les activités en SI La démarche en sciences de l’ingénieur en S Analyser Vérifier les performances attendues d’un système La démarche en sciences de l’ingénieur en S Observer un système Modéliser le système Agir sur le système La mise en œuvre d’une démarche en sciences de l’ingénieur Expérimenter Proposer et valider des modèles d’un système à partir d’essais Prévoir les performances d’un système à partir de modélisations Modéliser Modifier les paramètres d’un modèle Proposer des modifications structurelles pour améliorer les performances du système Agir sur le système

Préparer les activités en SI La démarche de l’ingénieur en S Vérifier les performances attendues d’un système, par l’évaluation de l’écart entre un cahier des charges et les réponses expérimentales (écart A-M) ; Proposer et valider des modèles d’un système à partir d’essais, par l’évaluation de l’écart entre les performances mesurées et les performances simulées (écart M-S) ; Prévoir les performances d’un système à partir de modélisations, par l’évaluation de l’écart entre les performances simulées et les performances attendues au cahier des charges (écart A-S) ; Proposer des architectures de solutions, sous forme de schémas ou d’algorigrammes.

Préparer les activités en SI Un programme rédigé avec une approche par compétences C’est un objectif terminal qui ne présuppose pas une progression pédagogique.

Préparer les activités en SI L’objectif poursuivi Centres d’Intérêt choisis pour constituer une progression pédagogique cohérente À partir des… Proposer une série de séquences de formation pour les 2 années, associées à des fiches pédagogiques facilitant la construction des séances Compétences du programme Supports didactiques ou réels pertinents, disponibles, et qui tiennent compte des contraintes de démarrage de la formation Durées de formation par CI - compétences compatibles avec la durée totale de formation

Préparer les activités en SI L’objectif poursuivi Compétences Centres d’Intérêt Durées de formation Supports didactiques

SI – Enseignement Les éléments clés pour bâtir une progression Concept de séquence Organisation pratique des activités Centres d’intérêt Typologie des supports Construction de la matrice séquence/CI/supports Fiches synthétiques des 10 séquences par année

SI – Concept de séquence Le concept de séquence Objectifs Chaque séquence vise le développement (découverte ou approfondissement) de compétences précises du référentiel, identifiées dans le programme Contenus Chaque séquence permet d'aborder de 1 à 2 CI au maximum, de manière à faciliter les synthèses et limiter le nombre de supports Thème de travail Chaque séquence correspond à un thème sociétal, porteur de sens pour les élèves et intégrant les CI utilisés Durée d’une séquence Chaque séquence comprend de 2 à 4 semaines consécutives au maximum Durée de l’année scolaire 30 semaines par année scolaire, de façon à laisser une marge de manœuvre pédagogique 6 semaines par année scolaire à répartir entre les séquences permettant d'intégrer des remédiations, des évaluations, des sorties et visites, etc. Périodes de formations Elles correspondent à chaque période entre les vacances et intègrent de 2 à 3 séquences Séquence de synthèse Elle est proposée en fin d’une période de formation et vise à favoriser l’acquisition des compétences du programme Lancement Chaque séquence donne lieu à une séance de présentation à tous les élèves, explicitant les objectifs, l'organisation des apprentissages et les supports didactiques utilisés Évaluation des acquis Chaque séquence donne lieu à une évaluation sommative, soit intégrée dans son déroulement, soit prévue dans le cours d'une séquence suivante

SI – Concept de séquence Structure d’une séquence en inductif Compétences Intentions pédagogiques, a priori Activités pédagogiques Séquence Supports techniques Évaluation Structuration des acquis xcwxcwxcw Activités dirigées dont simulations Cours Activités pratiques Centres d’Intérêt Réflexion pédagogique a postériori La structure d’une séquence en déductif ne pose pas de problème Dossier Système

SI – Concept de séquence La planification des séquences Année scolaire S1 S2 S3 S4 S5 S6 S8 S9 S10 S11 S12 Chevauchement permettant le décalage entre cours et activités pratiques Lancement Séquence 1 Ouverture externe Séquence 2 Évaluation Séquence 3 Séquence 4

Les centres d’intérêt SI – Centres d’intérêt Une proposition de CI, identiques en première et terminale, est faite dans le document d’accompagnement : elle permet une progression pédagogique cohérente ; elle respecte le cadre proposé dans le document d’accompagnement (cible AMS/FSC) .

Une approche progressive et structurée SI – Centres d’intérêt Une approche progressive et structurée Une progression pédagogique qui s’organise à partir des performances A-M-S ou des écarts : A-M, M-S, S-A. Les centres d’intérêt pris seuls permettent une entrée par les performances, ou pris deux à deux par les écarts.

Les Centres d’Intérêt retenus SI – Centres d’intérêt Les Centres d’Intérêt retenus Point de vue Centres d’intérêt Système souhaité CI1 : analyser un système. fonctionnellement et structurellement. Système réel CI2 : expérimenter et mesurer sur un système réel pour évaluer ses performances. CI3 : analyser des constituants d’un système réel d’un point de vue structurel et comportemental. Système simulé CI4 : concevoir et utiliser un modèle relatif à un système en vue d’évaluer les performances de la chaîne d’information. CI5 : concevoir et utiliser un modèle relatif à un système en vue d’évaluer les performances de la chaîne d’énergie.

STI2D – Centres d’intérêt Une approche progressive et structurée SYSTÈME Fonctionnel Structurel Comportemental Performances Attendues Définir le besoin. Définir les fonctions de service. Identifier les contraintes. Traduire un besoin fonctionnel en problématique technique. Définir, justifier la frontière de tout ou partie d’un système et répertorier les interactions. Identifier l’organisation structurelle. Identifier les éléments transformés et les flux . Écart A-S Comparer les résultats simulés avec les critères du cahier des charges et interpréter les écarts. Modifier les paramètres du modèle pour répondre au cahier des charges. Valider un modèle optimisé fourni. Simulées Choisir et mettre en œuvre une méthode de résolution. Modifier ou proposer un modèle. Choisir les grandeurs et les paramètres influents en vue de les modéliser. Simuler le fonctionnement de tout ou partie d’un système à l’aide d’un modèle fourni. Associer un modèle à un système ou à son comportement. Préciser les limites de validité du modèle utilisé. Interpréter les résultats obtenus. Écart S-M Comparer les résultats expérimentaux avec les résultats simulés et interpréter les écarts. Traiter les données mesurées en vue d’analyser les écarts. Mesurées Identifier et ordonner les fonctions techniques qui réalisent les fonctions de services et respectent les contraintes. Décrire les liaisons entre les blocs fonctionnels. Identifier l’organisation structurelle ; Identifier les matériaux des constituants et leurs propriétés en relation avec les fonctions et les contraintes. Décrire une chaîne d’acquisition . identifier les grandeurs physiques à mesurer. Conduire les essais en respectant les consignes de sécurité à partir d’un protocole fourni. identifier le comportement des composants. interpréter les résultats obtenus. Justifier le choix des essais réalisés. Écart M-A  Comparer les résultats expérimentaux avec les critères du cahier des charges et interpréter les écarts.

Couverture centre d’intérêts -compétences SI - Enseignement Couverture centre d’intérêts -compétences Compétences Performance Attendue A1 - Analyser le besoin A2 - Analyser le système A3 – Caractériser les écarts B1 - Identifier et caractériser les grandeurs agissant sur un système B2 - Proposer ou justifier un modèle B3 - Résoudre et simuler B4 - Valider un modèle C1 - Justifier le choix d’un protocole expérimental C2 - Mettre en œuvre un protocole expérimental D1 – Rechercher et traiter des informations D2 – Mettre en œuvre une communication A1 CI1 Écart A/M Écart A/S A2 CI3 A3 B2-B3-B4 CI4 & CI5 C2 C1 B1 Comportemental Performance Simulée Performance Mesurée CI2 Structurel La compétence COMMUNIQUER peut être développée sur tous les points de la cible Fonctionnel Écart M/S

Couverture centre d’intérêts -compétences SI - Enseignement Couverture centre d’intérêts -compétences Compétences Performance Attendue A1 - Analyser le besoin A2 - Analyser le système A3 – Caractériser les écarts B1 - Identifier et caractériser les grandeurs agissant sur un système B2 - Proposer ou justifier un modèle B3 - Résoudre et simuler B4 - Valider un modèle C1 - Justifier le choix d’un protocole expérimental C2 - Mettre en œuvre un protocole expérimental D1 – Rechercher et traiter des informations D2 – Mettre en œuvre une communication A1 CI1 Écart A/M Écart A/S A2 CI3 A3 B2-B3-B4 CI4 & CI5 C2 C1 B1 Comportemental Performance Simulée Performance Mesurée CI2 Structurel La compétence COMMUNIQUER peut être développée sur tous les points de la cible Fonctionnel Écart M/S

Les activités à effectifs réduits SI – Organisation des activités L’organisation pratique des activités Les activités en classe entière Chaque séquence intègre des phases de cours ou des activités dirigées en classe entière correspondant à des apports structurés des connaissances ainsi qu'un lancement, une synthèse, des évaluations. La place du cours par rapport aux activités à effectifs réduits correspond au choix d’une stratégie pédagogique durant chaque séquence (inductive ou déductive). Les activités à effectifs réduits Une séquence peut donner lieu à des activités à effectifs réduits qui peuvent correspondre à des activités expérimentales, numériques, … à des mini projets. Les activités à effectifs réduits privilégient les démarches spécifiques de la technologie : projet, résolution de problème technique, investigation…

SI – Organisation des activités Les approches didactiques Cours et activités dirigées Appréhender et formaliser un concept nouveau Activités pratiques Appliquer et conforter le concept Évaluation Formative ou sommative Approche déductive Ces approches impliquent un décalage entre les cours et les activités pratiques Activités pratiques Appréhender et découvrir un concept nouveau Cours et synthèses Formaliser le nouveau concept Évaluation Formative ou sommative Approche inductive

SI – Organisation des activités Choisir une organisation hebdomadaire Un exemple possible (mais il y en a d’autres) : répartition 2h cours et 2h TD en classe entière et de 2h de TP (ou AN*) en groupe allégé. Cours CE 2 h Activités dirigées CE ou Activités numéri-ques Groupe 2 h Activités pratiques Groupe 2 h projet 2 h TPE 1 h AP de 2 h possible * AN : activités numériques ; activités dirigées sur ordinateur pour la simulation

SI – Typologie des supports Les supports didactiques Trois types de supports : les supports réels disponibles dans le laboratoire ; les supports virtuels ou numériques ; les supports réels ou virtuels accessibles à distance.

SI – Typologie des supports Le cahier des charges des supports réels en SI L'utilisation d'un support doit d'abord permettre de caractériser les trois écarts, ce qui correspond à une approche descendante et externe. Pas de supports de type professionnels. Petits systèmes didactiques possibles (et pas forcément des systèmes lourds didactisés). Chaque support réel doit d'abord permettre aux élèves de mener des activités pratiques concrètes, en particulier l’expérimentation. Chaque support doit obligatoirement permettre l’observation, l’analyse, la simulation, les mesures, etc.).

SI – Typologie des supports Les supports didactiques Ces supports sont caractéristiques des thèmes sociétaux issus du document ressources - Confort , Énergie, Environnement, Santé, Mobilité, Protection, Assistance au développement – ou du programme de l’EE SI.

SI – Typologie des supports Les supports didactiques Thème : Culture et loisir Modèle réduit de buggy 4x4 Besoin Participer à une compétition de modèles réduits Référence Indications quantifiées dans le cahier des charges Accélération, vitesse, autonomie Grandeurs mesurables Accélération, vitesse, force motrice, autonomie Grandeurs simulées Accélération, vitesse, force motrice Coût indicatif 300 Euros non didactisé 1800 euros didactisé

SI – Typologie des supports Les supports didactiques Les indications dans le cahier des charges doivent pouvoir, pour tout ou partie, être quantifiées par des mesures de grandeurs physiques sur le système réel ou par la simulation à l’aide des modèles. Les modèles sont considérés comme faisant partie du système et peuvent être acquis auprès des fournisseurs d’équipements en même temps que le système matériel.

SI – Typologie des supports Les supports didactiques Outils informatiques   Progiciel de CAO 3D, Modules de simulation mécanique associés ou non au Progiciel de CAO 3D, Progiciel de description du comportement par graphe d’état, logigramme, algorigramme avec module permettant de générer et implanter un programme dans un système cible,

SI – Typologie des supports Les supports didactiques Progiciel permettant de simuler le fonctionnement complet d’un système intégrant plusieurs sources d’énergie, plusieurs convertisseurs d’énergie et les commandes associées. Suite bureautique : tableur-grapheur, traitement de texte, logiciel de présentation   Ces outils informatiques peuvent être acquis séparément ou intégrés dans un ou plusieurs produits.

SI – Matrice des séquences Les étapes itératives de répartition des heures de formation Choisir des horaires par regroupement de connaissances-capacités du programme. Vérifier si les CI concernés par ce regroupement de connaissances-capacités ne sont pas plus de deux sur un axe AMS ou sur un écart A-M, M-S, S-A. Calculer le total horaire par CI-compétences. Ajuster et valider la répartition des horaires par rapport au total de 210 h (240 h). Répartition horaire du programme Relations programme et CI Répartition des heures par CI Calcul des horaires par CI Equilibrage horaire programme et CI

SI – Matrice des séquences Construction de la matrice Programme -CI Centre d’intérêt 1 2 3 4 5 Compétences SI A – Analyser A1. Analyser le besoin A2. Analyser le système A3. Caractériser des écarts B - Modéliser B1. Identifier et caractériser les grandeurs agissant sur un système B2. Proposer ou justifier un modèle B3. Résoudre et simuler B4. Valider un modèle C - Expérimenter C1. Justifier le choix d’un protocole expérimental C2. Mettre en œuvre un protocole expérimental D - Communiquer D1. Rechercher et traiter des informations D2. Mettre en œuvre une communication