L’enseignement des Sciences de l’Ingénieur dans la série s Jacques MADIER IA IPR STI Versailles

Sciences de l'artificiel OBJECTIFS GENERAUX Les sciences et vie de la terre et les sciences de l’ingénieur sont des enseignements spécifiques du baccalauréat scientifique. Comme les autres disciplines expérimentales, la didactique des sciences de l'ingénieur privilégie la mise en œuvre de la démarche scientifique. Sciences du naturel Sciences de l'artificiel Bac S SVT / SI

LA DEMARCHE DE L'INGENIEUR La démarche de l'ingénieur est une déclinaison de la démarche scientifique adaptée à l'étude des objets et systèmes techniques. La formation vise à rendre l'élève capable de comprendre les systèmes pluri technologiques répondant aux besoins de l’homme et le préparer à relever les défis de demain. La réponse à ces défis passe inévitablement par la formation d’ingénieurs et de chercheurs aux compétences scientifiques, technologiques et environnementales de haut niveau. L’ingénieur travaille en équipe et en relation avec de nombreux acteurs. Il doit aussi maîtriser des compétences de communication. Observer un système Modéliser le système Agir sur le système

LA DEMARCHE D'INVESTIGATION La démarche d'investigation est l'outil privilégié de la démarche scientifique pour décrire et comprendre le réel. Elle est utilisée dans les sciences de la nature comme en technologie. Elle repose sur le questionnement Observer un système Modéliser le système Agir sur le système Démarche de l’ingénieur Problème posé Activités de recherche Hypothèses Observation Expérimentation Modélisation Documentation Restitution / Conclusion Interprétation Résultats

LA DIDACTIQUE L’enseignement des SI repose sur la mise en œuvre d'une démarche qui amène l'élève à : Vérifier les performances attendues d’un système Proposer et valider des modèles de prédiction des performances Mesurer des écarts

LES COMPÉTENCES A DEVELOPPER… Analyser Expérimenter Communiquer Modéliser 4 compétences Observer un système Modéliser le système Agir sur le système Démarche de l’ingénieur

… AUXQUELLES SONT ASSOCIÉS DES SOUS-COMPÉTENCES B1 - Identifier et caractériser les grandeurs agissant sur un système B2 - Proposer ou justifier un modèle B3 - Résoudre et simuler B4 - Valider un modèle A1 - Analyser le besoin A2 - Analyser le système A3 - Caractériser les écarts - A - Analyser - B - Modéliser - C - Expérimenter - D - Communiquer D1 - Rechercher et traiter des informations. D2 - Mettre en œuvre une communication. C1 - Justifier le choix d’un protocole expérimental C2 - Mettre en œuvre un protocole expérimental

…DONT LA MISE EN OEUVRE MOBILISE DES SAVOIRS Analyser Modéliser Expérimenter Communiquer

… EVALUES A L'OCCASION DE DEUX EPREUVES DISTINCTES. Epreuve écrite Projet Analyser Modéliser Expérimenter Communiquer B1 - Identifier et caractériser les grandeurs agissant sur un système B2 - Proposer ou justifier un modèle B3 - Résoudre et simuler B4 - Valider un modèle A1 - Analyser le besoin A2 - Analyser le système A3 - Caractériser les écarts D1 - Rechercher et traiter des informations. D2 - Mettre en œuvre une communication. C1 - Justifier le choix d’un protocole expérimental C2 - Mettre en œuvre un protocole expérimental

Performances mesurées Performances simulées Performances attendues SYNTHESE : LE PROGRAMME Performances mesurées Performances simulées Performances attendues Ecart 1 Ecart 3 Ecart 2 Système réel Cahier des charges Système modélisé

Performances mesurées Performances simulées Performances attendues SYNTHESE : LES ACTIVITES Savoirs associés Analyser le système Analyser le besoin Performances mesurées Performances simulées Performances attendues Savoirs associés Savoirs associés Système réel Cahier des charges Système modélisé Mettre en œuvre le système Elaborer/justifier un protocole expérimental Mettre en œuvre le protocole expérimental Analyser le résultat des essais Elaborer/justifier un modèle Mettre en œuvre la simulation Afficher les résultats de la simulation

STRATEGIE PÉDAGOGIQUE EN SI Il s'agit d'une approche par compétences, construite en trois phases, qui privilégie démarche d'investigation et organisation par centre d'intérêt: L’acquisition de connaissances et de capacités qui constitueront progressivement les acquis du lycéen. L’entraînement à la résolution de tâches complexes (la démarche est donnée, la résolution est guidée et le choix de la méthode est précisé) La résolution de tâche complexe en autonomie. Augmentation du niveau de maîtrise des compétences Temps Modalités pédagogiques On s'intéresse d'abord aux systèmes existants par l'évaluation de leurs performances Etudes de cas Existant Progressivement la démarche de l'ingénieur consiste à proposer des solutions innovantes pour répondre à un besoin spécifié Projet interdisciplinaire A créer

ETUDES DE CAS Une étude de cas est un ensemble d’activités pédagogiques qui permettent aux élèves d’acquérir des connaissances et des capacités à partir d’une situation problème. Chaque situation problème relève d’un thème sociétal (par exemple : énergie) et d’une problématique (par exemple : rendre une maison plus économe en énergie). Les modalités pédagogiques peuvent comporter des phases d’acquisitions de connaissances, des activités expérimentales, de la conduite de projet, s’appuyant sur des démarches d’investigation et de résolution de problèmes. L’étude de cas conduit les élèves à découvrir des règles, des lois, des méthodes, des solutions techniques dans leur contexte normal d’utilisation sur des systèmes existants, présents ou non dans le laboratoire

PROJET INTERDISCIPLINAIRE Spécification Planification Conception préliminaire Prototypage Qualification Intégration Validation Analyse du besoin Le projet interdisciplinaire est avant tout le lieu du réinvestissement et de la mise en synergie des compétences et connaissances acquises préalablement lors des études des cas.

PROJET INTERDISCIPLINAIRE La démarche de projet est une démarche spécifique qui permet de structurer méthodiquement et progressivement une réalité à venir. Un projet est défini et mis en œuvre pour élaborer une réponse précise à un besoin clairement explicité, Un projet c'est un objectif, des actions à entreprendre et des résultats à atteindre avec des ressources données. Système avant Système après Un projet qui n'a pas de demandeur, ne répond à aucun besoin, ne vise aucune "amélioration" du produit n'est pas un projet…. C'est une étude de cas !

Identifier Caractériser Enoncer Conception préliminaire PROJET INTERDISCIPLINAIRE ANALYSER LE BESOIN CONCEVOIR REALISER VALIDER Analyser et spécifier le besoin Rédiger le CDCF Identifier Caractériser Enoncer Prospection Définir des architectures de solutions Créer Etudier Choisir Conception préliminaire Mesurer les écarts Valider les modèles Tester Mesurer Valider Développer les Solutions Simuler Maquetter Prototyper conception détaillée S-SI

Repère pour la formation LES THEMES SOCIETAUX Confort Etc. Energie Mobilité Repère pour la formation Développement Santé Protection Environnement

LE CENTRE D'INTERET Le centre d’intérêt est le fil rouge de l’activité de l’ensemble des élèves à un instant donné. Un centre d’intérêt regroupe des connaissances à acquérir et des capacités à développer, décrites dans le programme et mobilisées par la mise en œuvre des compétences : analyser, expérimenter, modéliser. Un centre d’intérêt pose clairement un problème technique à résoudre. Il est le point de départ des apprentissages et sera l’objet des évaluations en fin de cycle, il centre la préoccupation pédagogique sur une classe de problèmes et/ou de solutions, il détermine les activités proposées aux élèves dans le laboratoire. S-SI 5 Centres d'intérêts

LE CENTRE D'INTERET Dans le programme de sciences de l'ingénieur, Les niveaux de maîtrise attendus des connaissances et capacités sont représentées par les lettres A, B et C. Niveaux Maîtrise attendue A Les concepts sont abordés dans un contexte d’application adapté. Les élèves découvrent la définition et les caractéristiques de chaque concept. B Les activités proposées sont simples et variées. Elles mobilisent des outils et des méthodes dans un contexte connu. La démarche est donnée, la résolution guidée et la méthode toujours précisée. C Les situations proposées exigent la mise en œuvre de démarches mobilisant des outils et des méthodes dans un contexte nouveau. Les élèves doivent pouvoir justifier ces démarches et interpréter tout ou partie des résultats obtenus par rapport au problème posé. Centres d'intérêts

Entrainement à la résolution de tâches complexes ORGANISATION PÉDAGOGIQUE Les activités proposées aux élèves doivent être hiérarchisées ! L’étude des ST existants constituera la dominante des activités de première année (étude de cas simples puis entrainement à la résolution de tâches).. La résolution de tâches complexes et le projet constitueront la dominante des activités de seconde année. Première Terminale Complexité Pédagogique Etude de cas Projet Entrainement à la résolution de tâches complexes Mini Projet

ANTÉRIORITÉS TECHNIQUES L’acquisition d’une culture scientifique et technique ne peut se faire que graduellement. Il convient donc également de hiérarchiser les difficultés scientifiques et techniques auxquelles sont confrontés les élèves. Première Terminale Complexité technologique Prius e-Vivacity VAE

CONSTRUCTION DES SEQUENCES PEDAGOGIQUES Pour que l'enseignement ait du sens, il importe que les séquences pédagogiques soient construites selon un scénario clairement explicité. SENS Contexte Economique, social, environnemental Fonction de service du système Fonction technique du système Question sociétale Problématique technologique Frontière du système Problème technique

LES ETUDES DE DOSSIER Les études de dossiers techniques privilégient une démarche d’investigation particulière qui s’appuie sur un contexte réel, décrit dans un dossier numérique. Elle se mène en équipe, génère des activités différentes et se terminent toujours par une restitution. Contexte clairement défini d’appropriation Phase Phase d’expérimentation * Phase de recherche de restitution DÉMARCHE D’INVESTIGATION Situation problème Equipe d’élèves * On se limite à des études expérimentales limitées, ayant pour objectif de vérifier rapidement une hypothèse. Structuration des connaissances

LES ACTIVITES EXPERIMENTALES Les activités expérimentales peuvent être mises en œuvre dans le cadre des études de cas comme dans le cadre du projet interdisciplinaire. Problème technique à étudier, analyser Activité d’observation, de modélisation et de mesurage Formalisation de savoirs Activité de découverte Structuration des savoirs Support didactique, réel ou virtuel, présent ou à distance Problème technique à résoudre Activité d’application, de modélisation et de mesurage Analyse des écarts Activité de confortation Structuration des savoirs

Connaissances et compétences du programme Acquisition et structuration SYNTHESE : SCENARIO PEDAGOGIQUE SCENARIO PEDAGOGIQUE Centres d’intérêts Connaissances et compétences du programme Eval SITUATION PROBLÈME Activités élèves Etude de dossier Documentation, Observation, Simulation, Mesurage Projet Acquisition et structuration de connaissances Approches Fonctionnelle Structurelle Comportementale Historique … Thèmes sociétaux Problématiques associées Supports disponibles Dossier OT/ST RESSOURCES CONTRAINTES

VOCABULAIRE PEDAGOGIQUE Contenus Chaque séquence vise le développement de compétences l'acquisition de connaissances précises du programme. Centres d'intérêt Chaque séquence permet d'aborder de 1 à 3 CI au maximum, Thème de travail Chaque séquence correspond à un thème de travail unique, porteur de sens pour les élèves, Durée d’une séquence De 2 à 4 semaines consécutives au maximum…. Une séquence comporte plusieurs séances. Période de formation correspond à la période de cours entre deux périodes de vacances scolaires. Elle comporte de de 2 à 3 séquences Lancement d’activité Chaque séquence débute par une séance de présentation à tous les élèves, explicitant les objectifs, l'organisation des apprentissages et les supports didactiques utilisés Evaluation des acquis Chaque séquence donne lieu à une évaluation sommative, soit intégrée dans son déroulement, soit prévue dans le cours d'une séquence suivante

MERCI DE VOTRE ATTENTION