Le baccalauréat 2021 - J2 Claudine Ageorges - Josiane Lévy IA-IPR de physique-chimie Limoges, mars 2019

PROGRAMME DE LA JOURNÉE Matin : la voie générale du lycée L’enseignement de spécialité Pause 2. L’enseignement scientifique : présentation de ressources Après-midi : l’évaluation et la voie technologique du lycée 3. Les différents programmes des séries scientifiques 4. L’enseignement mathématiques et physique-chimie : enjeux et présentation de ressources

L’enseignement de spécialité en classe de première

l’enseignement supérieur Les objectifs élèves qui ont fait le choix de suivre l’enseignement de spécialité physique-chimie pratique expérimentale mise en avant des concepts qui structurent le programme tout en recommandant une approche concrète et contextualisée Des allers et retours entre modèles et expérience Préparation à l’enseignement supérieur

repères Mise en activité des élèves Prise en charge des conceptions initiales des élèves Valorisation de l’approche expérimentale Contextualisation Place de la structuration des savoirs Tisser des liens entre les notions du programme et avec les autres enseignements Acquisition d'automatismes et développement de l'autonomie des élèves Une mise en perspective des savoirs avec l’histoire des sciences et l’actualité scientifique est fortement recommandée. Introduction des « résolutions de problèmes »

Repères et points de vigilance S’appuyer sur les acquis des classes antérieures : remobiliser sans « refaire » Être attentif aux capacités exigibles notamment pour les notions déjà présentes dans les anciens programmes La place nouvelle dédiée à la modélisation ne doit pas être opposée à une approche concrète et à la nécessaire contextualisation L’intitulé des « activités expérimentales support de la formation » ne préjuge pas des choix didactiques et pédagogique de mise en œuvre La présence (modérée) de capacités mathématiques et numériques ne saurait légitimer un recours à des situations d’apprentissage qui ne font pas sens en physique- chimie ou se faire au détriment de la formation expérimentale Le recours (modéré) à un microcontrôleur (de type Arduino) ne remet pas en cause la place de l’expérience assistée par ordinateur

Capacités expérimentales - Respecter les règles de sécurité liées au travail en laboratoire. - Mettre en œuvre un logiciel de simulation, de traitement des données. Constitution et transformations de la matière Energie : conversions et transferts Préparer une solution par dissolution ou par dilution en choisissant le matériel adapté. Réaliser le spectre d’absorbance UV-visible d’une espèce chimique. Réaliser des mesures d’absorbance en s’aidant d’une notice …. Utiliser un multimètre, adapter le calibre si nécessaire. Réaliser un montage électrique conformément à un schéma électrique normalisé. Mesurer et traiter un signal au moyen d'une interface de mesure ou d'un microcontrôleur ……. Ondes et signaux Mouvements et interactions Mettre en œuvre un dispositif permettant de mesurer la période, la longueur d'onde, la célérité d'une onde périodique. Mettre en œuvre une démarche expérimentale pour estimer la distance focale d'une lentille mince convergente. Réaliser un montage optique comportant une lentille mince pour visualiser l'image d'un objet plan réel.  ….. Mettre en œuvre un dispositif permettant d'illustrer l'interaction électrostatique. Utiliser un dispositif permettant de repérer direction et sens du champ électrique. Mesurer une pression dans un gaz et dans un liquide. …..

MESURES ET INCERTITUDES En seconde GT : évaluer une incertitude de type A par une approche statistique; écrire un résultat avec un nombre adapté de chiffres significatifs ; comparer qualitativement un résultat à une valeur de référence. En spécialité physique chimie en première générale : définition qualitative d’une incertitude type ; incertitude de type A et incertitude de type B ; écrire un résultat avec un nombre adapté de chiffres significatifs ; comparer qualitativement un résultat à une valeur de référence.

SPIRALISATION

Constitution et transformations de la matière : Constitution seconde première Espèce chimique, corps pur Mélanges, composition d’un mélange, solutions, concentration d’un soluté (g/L) Test physico-chimiques Quantité de matière (mol) Espèce chimique, masse molaire, volume molaire Concentration (mol/L) Couleur en solution, Absorbance, spectre UV-visible, Dosage par étalonnage Spectre IR et groupes caractéristiques des composés organiques Échelle macroscopique Entités chimiques Atomes, constituants, configuration électronique, Stabilité gaz nobles, ions monoatomiques Molécules, modèle liaison de valence, lecture schémas de Lewis Nombre entités dans un échantillon, dans une mole Entités chimiques; molécules et ions polyatomiques : établissement schémas de Lewis, géométrie Électronégativité, polarisation des liaisons, polarité des entités, limite liaison de valence Entités organiques ; formules brutes, semi-développées, squelettes carbonés, groupes caractéristiques, familles de composés Échelle macroscopique Modélisation Corps pur : collection d’entités identiques Mélange : collection d’au moins deux types d’entités différentes Composé moléculaire : collection d’entités moléculaires Composé ioniques ; collection d’entités anioniques et cationiques, électroneutralité Interactions entre entités polaires, apolaires, par pont hydrogène, ions et entités polaire ET Cohésion dans les solides et liquides Solubilité, Miscibilité, application à l’extraction par solvant Hydrophilie, lipophilie, amphiphilie, savons et tensio-actif Relation structure micro –propriétés macroscopiques

Constitution et transformations de la matière : Transformations seconde première Modélisation d’une transformation au niveau macroscopique par une réaction, équation de réaction Distinction transformation physique, chimique et nucléaire Lois de conservation Stœchiométrie Modélisation d’un transfert d’électrons au niveau macroscopique par une réaction d’oxydo-réduction, oxydant, réducteur, couple oxydant-réducteur, demi-équation électronique Modélisation d’une transformation Évolution d’un système chimique : état initial, état final Avancement, avancement final, avancement maximal Transformation totale Mélange stœchiométrique Système, siège d’une transformation chimique Espèces réactives, spectatrices, produites Réactif limitant Titrage suivi par colorimétrie Équivalence : définition et repérage Application à la détermination quantité de matière ou de concentration Titrages

Relier mouvement et actions Mouvement et interactions seconde première Référentiel Trajectoire Vecteur vitesse Variation du vecteur vitesse Décrire un mouvement Loi de Coulomb ; force et champ de gravitation et électrostatique Fluide au repos, loi de Mariotte, actions de pression, loi fondamentale de l’hydrostatique Modélisation d’une action Actions réciproques Exemples de forces : gravitation, poids, support Modéliser une action Modèle du point matériel Principe d’inertie Lien qualitatif entre variation de vitesse et existence d’action Cas de la chute libre Lien entre la variation du vecteur vitesse d’un système et la somme des forces appliquées sur celui-ci. Rôle de la masse. Relier mouvement et actions

Dans le thème constitution et transformations de la matière L’énergie : conversions et transferts Dans le thème constitution et transformations de la matière seconde première Transformations physiques et chimiques endothermiques et exothermiques Transformation nucléaire Conversion d’énergie : Soleil, centrales nucléaires Conversion de l’énergie stockée dans la matière organique Énergie molaire de réaction, pouvoir calorifique, énergie libérée lors d’une combustion. Interprétation microscopique Transformation de la matière et transfert d’énergie Aspects énergétiques des phénomènes électriques Modèle d’une source réelle Puissance et énergie. Effet Joule. Rendement d’un convertisseur Aspects énergétiques de phénomènes mécaniques Énergie cinétique, travail, théorème de l’énergie cinétique, conservation et non-conservation de l’énergie mécanique

Ondes et signaux première seconde Émission et perception d’un son Émission, propagation, vitesse de propagation Période, fréquence Perception d’un son Ondes mécaniques Célérité, ondes périodiques, sinusoïdales, lien entre λ, c et T Ondes mécaniques Vision et image Propagation rectiligne de la lumière, vitesse de propagation Spectres Lois de Snell-Descartes Dispersion Lentille mince convergente Modèle de l’œil La lumière : images et couleurs, modèles ondulatoire et particulaire Relation de conjugaison pour une lentille mince, couleur des objets Domaine des ondes électromagnétiques. Le photon, énergie d’un photon, quantification des niveaux d’énergie d’un atome La lumière Dans le thème énergie Signaux et capteurs Caractéristique tension-courant d’un dipôle Loi d’Ohm Capteurs électriques Signaux électriques Modèle d’une source réelle Puissance et énergie. Effet Joule. Rendement d’un convertisseur

LIEN AVEC LES MATHÉMATIQUES 6 compétences sont travaillées au collège et au lycée, proches de celles de la démarche scientifique CHERCHER expérimenter – en particulier à l’aide d’outils logiciels ; MODÉLISER faire une simulation, valider ou invalider un modèle ; REPRÉSENTER choisir un cadre (numérique, algébrique, géométrique...), changer de registre ; RAISONNER démontrer, trouver des résultats partiels et les mettre en perspective ; CALCULER appliquer des techniques et mettre en œuvre des algorithmes ; COMMUNIQUER un résultat par oral ou par écrit, expliquer une démarche.

Seconde générale et technologique Capacités mathématiques (colonne capacités exigibles) Notions de physique-chimie associées Utiliser les pourcentages et les fractions. Composition massique d’un mélange. Composition volumique de l’air Utiliser une grandeur quotient pour déterminer le numérateur ou le dénominateur. Concentration (en masse). Utiliser un quotient pour comparer. Utiliser les opérations sur les puissances de 10. Le noyau de l’atome, siège de sa masse et de son identité. Utiliser la proportionnalité. Identifier des situations de proportionnalité Stœchiométrie. Réactif limitant. Loi d’Ohm. Représenter des vecteurs. Utiliser des grandeurs algébriques. Vecteurs : déplacement d’un point, vitesse moyenne, vitesse. Sommer et soustraire des vecteurs. Variation du vecteur vitesse. Identifier une fonction périodique et déterminer sa période. Onde sonore Utiliser le théorème de Thalès. Optique Notions mathématiques mobilisées en 3ème sauf les vecteurs étudiés en seconde et la fonction périodique étudiée en 1ère en trigonométrie

Enseignement de spécialité Physique-chimie – Classe de première Notions mathématiques. (colonne capacités exigibles) Notions de physique-chimie associées Utiliser une équation linéaire du premier degré. Déterminer la composition de l’état final d’un système et l’avancement final d’une réaction. Sommer et soustraire des vecteurs. Lien entre la variation du vecteur vitesse et la somme des forces Utiliser le produit scalaire de deux vecteurs. Travail d’une force. Utiliser les représentations graphiques des fonctions sinus et cosinus. Ondes sinusoïdales Utiliser le théorème de Thalès. Utiliser des grandeurs algébriques. Relation de conjugaison d’une lentille mince convergente.

Détermination de la valeur d’une vitesse

Vitesse, vitesse moyenne, nombre dérivé, dérivée Calcul d’une vitesse à partir de données expérimentales : vitesse moyenne Calcul du nombre dérivé en mathématiques : Nombre dérivé en t = 2, limite de la pente quand M tend vers M0 Source : http://aloubatieres.free.fr/doc/PhyP2C1C1.pdf

Vitesse, vitesse moyenne, nombre dérivé, dérivée Le physicien travaille sur la trajectoire / le mathématicien travaille sur la courbe x=f(t) Le physicien calcule la vitesse avec un point avant et un point après / le mathématicien travaille avec un point qui se rapproche du point où l’on veut calculer la dérivée

Vitesse, vitesse moyenne, nombre dérivé, dérivée Travailler sur les deux types de représentations : Trajectoire : pour donner du sens physique Graphe : (tn, Xn), pour faire apparaitre la pente et la notion de nombre dérivé Calculer la vitesse en Xn en travaillant uniquement à partir de Xn+1 : 𝑉 𝑛 = 𝑋 𝑛+1 − 𝑋 𝑛 𝑡 𝑛+1 − 𝑡 𝑛 plus proche de l’expression de la définition de la limite en mathématiques lim 𝑡→ 𝑡 0 𝑓 𝑡 −𝑓 𝑡 0 𝑡− 𝑡 0 C’est plus cohérent avec la définition du nombre dérivé en mathématiques Même si la mesure de la vitesse moyenne est sans doute moins précise En particulier si l’objectif de l’apprentissage est de faire comprendre que la vitesse s’obtient par la dérivée de la position

L’enseignement scientifique : présentation de ressources

Sur le thème 1 : Une longue histoire de la matière Sous-thème 1.2 - Des édifices ordonnés : les cristaux Exemple de trame Les activités État cristallin Les métaux – Les grenats Le verre – Température et état cristallin

Sur le thème 4 : Son et musique, porteurs d’information Un exemple de trame Sous-thème 4.3 – Entendre la musique La musique, un danger pour les oreilles ? Les dangers d’un casque audio Détermination d’un niveau de surdité Sous-thème 4.2 - La musique ou l’art de faire entendre les nombres

Travail en atelier

Les différents programmes des séries technologiques scientifiques La physique chimie est présente en STD2A, ST2S, STI2D et STL mais sous des formes différentes : uniquement en classe de première ; associée à une autre discipline dans un enseignement ; seul l’enseignement SPCL est présent en première et terminale et ne concerne que la physique chimie.

En première STD2A Classe de première Classe de terminale Physique-Chimie (2h) Outils et langages numériques Design et métiers d’art (14h) Classe de terminale Analyse et méthodes en design (9h) Conception et création en design et métiers d’art

En première STD2A Un programme cohérent avec les programmes de physique-chimie de seconde et des autre voies/séries, sur la forme (deux colonnes : notions et contenus / capacités exigibles) comme sur le fond (compétences de la démarche scientifique) Un programme en continuité du programme actuel pour ce qui relève des contenus (en plus court) MAIS qui met davantage en avant les activités expérimentales et les activités documentaires. Deux thématiques : "Connaître et transformer des matériaux" et "Voir et faire voir des objets" Un programme qui encourage les liens avec les deux autres programmes de spécialité de première STD2A, en particulier certaines notions peuvent être abordées en lien avec l'enseignement de Design et métiers d'art, certaines activités expérimentales avec celui d'Outils et langages numériques. Évaluation en classe de première : épreuves communes de contrôle continu

En première ST2S Classe de première Classe de terminale Physique-chimie pour la santé (3h) Biologie et physiopathologie humaines (5h) Sciences et techniques sanitaires et sociales (7h) Classe de terminale Chimie, Biologie et physiopathologie humaines (8h dont 3h chimie) (8h)

En première ST2S Contextualisation plus marquée par les applications à la santé : vision, audition, sécurité routière, sécurité électrique, pression et analyse sanguines, imagerie médicale, besoins énergétiques et alimentaires de l’homme, eau et produits phytosanitaires dans l’habitat et l’environnement Éducation à la démarche citoyenne (3 entrées thématiques : prévenir et sécuriser, analyser et diagnostiquer, faire des choix autonomes et responsables) Programme de cycle, sur deux années, avec reprise des entrées thématiques Interdisciplinarité plus marquée (avec biologie et physiopathologie humaine) Formation plus marquée par l’objectif de poursuite d’études (social- santé) Évaluation de l’enseignement « physique-chimie » en classe de première Une évaluation de « chimie-BPH » en fin de terminale (une partie de l’épreuve terminale portera explicitement sur la chimie)

En première STI2D Classe de première Classe de terminale Innovation technologique (3h) Ingénierie et développement durable (I2D) (7h) Physique chimie et mathématiques (6h) Classe de terminale Ingénierie, Innovation et développement durable + 1 enseignement spécifique : - architecture et construction ; - énergies et environnement ; - innovation technologique et éco- conception ; - systèmes d’information et numérique (12h)

En première STI2D Un nouvel enseignement de spécialité « Physique-Chimie et mathématiques » qui renforce très sensiblement le poids de la physique-chimie en STI2D (évaluation à une des deux épreuves écrites terminales du baccalauréat). Une articulation physique-chimie mathématiques pensée dès l’élaboration du programme pour une meilleure préparation des élèves à la poursuite d’études supérieures. Un renforcement et une adaptation des contenus de physique et de chimie pour la poursuite d’études supérieures. Quatre thématiques étudiées en cohérence avec les programmes de technologie : erreurs et incertitudes ; énergie ; propriétés des matériaux et organisation de la matière ; ondes et information. Une place sensiblement plus importante donnée à la démarche expérimentale, à la maitrise des compétences associées et à leur évaluation. Une incitation à mener des activités de projet (intégrant les maths et/ou la technologie) ; en particulier en conclusion des grands chapitres du programme.

En première STL Classe de première Classe de terminale Physique chimie et mathématiques (5h) Biochimie, biologie (4h) SPCL ou Biotechnologie (9h) Classe de terminale Biochimie, biologie et biotechnologie (13h)

En première STL Continuité avec le programme de seconde : Structure de programme Thématiques abordées Physique-chimie et mathématiques : Des liens avec les mathématiques clairement identifiés en particulier en mécanique et lors de l’étude de la cinétique chimique Un programme de chimie conçu pour donner les bases de chimie nécessaires pour les élèves qui suivent les enseignements de spécialité Biotechnologie Sciences physiques et chimiques en laboratoire : Les modules « Chimie et développement durable » et « Image » ainsi que la démarche de projet sont conservées avec des évolutions dans l’écriture Ajout d’un module « Instrumentation » autour des instruments de mesure d’une part et des chaines de mesure d’autre part. Évaluation au baccalauréat : 2 épreuves terminales Physique-chimie et mathématiques Sciences physiques et chimiques en laboratoire

L’ENSEIGNEMENT « MATHÉMATIQUES ET PHYSIQUE-CHIMIE » : ENJEUX ET PRÉSENTATION DE RESSOURCES

Le programme de mathématiques Le programme de l’enseignement commun aux séries technologiques Le programme de l’enseignement mathématiques- physique-chimie Présentation des programmes Différences STL/STI2D En STI2D : nombres complexes EN STL : dans la partie Primitives, un « lien avec l’enseignement de physique-chimie » est demandé

Première STI2D

Première STL

Présentation de ressources Une activité Une notion : le produit scalaire

Travail commun Réflexion sur l’articulation des programmes de mathématiques et de physique- chimie pour les séries STI2D et STL. Formalisation