Enseignements d’exploration Lycée R.Dautry - LIMOGES 26 mai 2010 Séminaire académique Enseignements d’exploration SI & CIT Mise en œuvre Lycée R.Dautry - LIMOGES 26 mai 2010

Ordre du jour Ordre du jour Éléments de restitution du séminaire national IGEN STI des 17 & 18 / 05, Présentation des productions académiques, Présentation de quelques productions nationales, Réflexions et recommandations de mise en œuvre pour la rentrée 2010.

Publication des programmes de seconde au BOEN n°4 spécial du 29 avril 2010

Les enseignements d’exploration SI & CIT

Deux approches possibles Verticale pour découvrir comment un produit répond à un besoin et comment il fonctionne Transversale pour découvrir comment et pourquoi un produit technique évolue Deux approches possibles Sciences de l’Ingénieur Pour une analyse au cœur des systèmes Création et Innovation Technologique Pour une découverte des lois d’évolutions des systèmes Synchronique Diachronique

Des thématiques sociétales communes Thèmes généraux Exemples d’études La mobilité Les véhicules individuels et les transports collectifs, les énergies utilisées, le pilotage et la sécurité, … Le sport Les sports de glisse, mécaniques, etc, les matériaux et vêtements techniques, la mesure de performance, … La santé L’imagerie, l’investigation physiologique, l’observation non invasive, l’assistance à l’intervention médicale, … L’habitat La performance énergétique, la maison à énergie positive passive, la domotique, … L’énergie Les énergies renouvelables, le stockage et la distribution, … La communication La téléphonie, les interfaces de communication, les réseaux… La culture et les loisirs Le son et l’image, les jeux vidéo, les musées en ligne, … Les infrastructures Les viaducs, les tours, les tunnels… La bionique Prothèses, robots humanoïdes, drones, solutions techniques recopiant le vivant,… La dématérialisation des biens et des services Monnaie; réservation en ligne, bureau virtuel, …

L’enseignement d’exploration « Création & Innovation technologique »

CIT : Principe général Pour comprendre comment la créativité et l’innovation sont les moteurs de l’évolution technologique Création et Innovation Technologique L’enregistrement HIFI L’enregistrement magnétique La conversion Analogique Numérique La diode Laser La mémoire Flash La compression numérique Solution innovante Principes et lois d’évolution Synchronique

CIT : Stratégie globale Création et Innovation Technologique Découvrir les lois d’évolution des systèmes… …et découvrir l’intérêt de l’innovation en réalisant un projet technologique simple

Les objectifs généraux Création et Innovation technologique Les objectifs généraux Découvrir concrétement l’innovation technologique et ses enjeux Découvrir la créativité technologique par le projet Explorer les 3 champs technologiques des bacs STI Activités d’analyses de supports technologiques innovants. 1/2 à 2/3 des 54 heures Activités de projet de créativité. 1/2 à 1/3 des 54 heures Activités passionnantes porteuses de sens…

Des objectifs associés Création et Innovation technologique Des objectifs associés La prise en compte de l’orientation La découverte de l’innovation et de la propriété industrielle L’ouverture vers les entreprises et les métiers L’ouverture de l’enseignement à des experts d’autres domaines (économie, design, industrie..)

Des partenariats et des ressources… Site OSEO CIT : Innovations et entreprises locales Des partenariats et des ressources… Site OSEO

CIT : Innovations et propriété industrielle Site INPI régional

Trois approches didactiques de l’innovation technologique CIT : Approches didactiques Trois approches didactiques de l’innovation technologique L’approche par les produits L’approche par une innovation L’approche d’un système global

CIT : Approche « Produit » Walkman Produit 2 iPod Produit 3 iPhone Evolutions Evolutions Principes scientifiques et technologiques, solutions techniques et principes d’innovation et lois d’évolution Evolutions scientifiques et techniques : Traitement : Numérisation Stockage : Mémoires statiques Utilisation : Interface tactile Non évolution : restitution par oreillettes Principes d’innovation : Remplacement du système mécanique Changement de paramètre (champs) Universalité Lois d’évolution Transition vers le micro : le baladeur miniaturisé Transition vers le super système : le téléphone mobile

CIT : Approche « Produit » Walkman Produit 2 iPod Produit 3 iPhone Evolutions Evolutions Principes scientifiques et technologiques, solutions techniques et principes d’innovation et lois d’évolution Evolutions scientifiques et techniques : Traitement : Numérisation Stockage : Mémoires statiques Utilisation : Interface tactile Non évolution : restitution par oreillettes Principes d’innovation : Remplacement du système mécanique Changement de paramètre (champs) Universalité Lois d’évolution Transition vers le micro : le baladeur miniaturisé Transition vers le super système : le téléphone mobile 16

CIT : Approche « Innovation » Innovation : accéléromètre de technologie MEMS Principes, réalisation, utilisations Produit 1 iPhone Produit 2 Segway Produit 3 WII Innovation, Principes scientifiques et technologiques Evolution Solutions techniques Principes d’innovation et lois d’évolution des téléphones Principes d’innovation et lois d’évolution des systèmes de transport individuels Principes d’innovation et lois d’évolution des systèmes de jeux vidéo

Thème global d’innovation : la mobilité du futur et la sécurité CIT : Approche « Globale » Thème global d’innovation : la mobilité du futur et la sécurité Radars et sécurité GPS et éco conduite Pare chocs à absorption d’énergie Innovation, Principes scientifiques et technologiques Evolution Solutions techniques Principes d’innovation et lois d’évolution des capteurs de détection de présence Principes d’innovation et lois d’évolution des systèmes de positionnement GPS Principes d’innovation et lois d’évolution des systèmes d’absorption de l’énergie d’un choc

La démarche pédagogique CIT : Démarche pédagogique La démarche pédagogique Une démarche globale permettant la découverte : des principes et lois d’innovation : études de cas de la créativité technologique : projet de créativité Des études de cas progressives : justifiant des démarches d’investigation, des activités de travaux pratiques, Des activités collectives menées en équipe, donnant lieu : à des comptes-rendus collectifs, des ouvertures vers l’extérieur du lycée, les entreprises, les formations,

CIT : Démarche « Starter » Activité « starter » Produits ou secteur d’activité Démarche partielle d’analyse et d’identification d’une solution innovante et d’un principe d’innovation Données technico économiques Questionnement, analyse Identification de l’évolution « produit » Supports simples, accessibles, faciles à analyser. Contraintes : normes, brevets, environnement Investigation Identification de l’innovation technologique Caractérisation par analogie Identification du principe d’innovation

CIT : Démarche TP d’analyse Démarche partielle d’analyse et d’identification d’une solution innovante et d’un principe d’innovation associée à un travail pratique d’analyse d’une solution technique Activité  avec TP Produits ou secteur d’activité Données technico économiques Questionnement, analyse Identification de l’évolution « produit » Contraintes : normes, brevets, environnement Investigation Identification de l’innovation technologique Pour comprendre l’innovation technologique TP relatif au principe de la solution innovante Caractérisation par analogie Manipulation du réel ou du virtuel, expérimentations : TP sur le capteur à ultra sons Identification du principe d’innovation

Activité Loi d’évolution CIT : Démarche « loi d’évolution » Activité Loi d’évolution Démarche partielle d’analyse et d’identification d’une solution innovante, d’un principe d’innovation associée à un TP et des lois d’évolutions associées 2 ou 3 produits Observation comparaison Questionnement, analyse Identification de l’évolution technologique Identification de la loi d’évolution Pour comprendre l’innovation « produit » Investigation Recherche documentaire Caractérisation par analogie Identification de la solution innovante Pour comprendre l’innovation technologique TP relatif au principe de la solution innovante Recherche documentaire Manipulation du réel ou du virtuel, expérimentations Identification du principe d’innovation

Pour comprendre que l’innovation est un facteur de compétitivité CIT : Démarche de synthèse Pour comprendre que l’innovation est un facteur de compétitivité Produits ou secteur d’activité Compte rendu et présentation des résultats Pour faire la synthèse des activités et communiquer Données technico économiques Synthèse Pour comprendre que la compétitivité met en œuvre plusieurs dimensions (design, marketing, etc.) Identification de l’évolution « produit » Identification de la loi d’évolution Pour comprendre l’innovation « produit » Contraintes : normes, brevets, environnement… Caractérisation d’une loi par analogie Identification de l’innovation technologique Pour comprendre l’innovation technologique TP relatif au principe de la solution innovante Caractérisation d’un principe par analogie Manipulation du réel ou du virtuel, expérimentation sur un principe Identification du principe d’innovation

Créativité et création technologique CIT : Le projet de créativité Créativité et création technologique La créativité n’est pas la création. C’est une démarche intellectuelle, culturelle, une disposition ou un état d’esprit qui amène une personne à essayer de créer… lorsqu’il y parvient, on peut alors dire qu’il y a création. Le projet proposé vise une démarche de projet promouvant la créativité technologique, sans obligation de résultat. Il s’appuie sur un existant, privilégie les démarches de modification et se conclue par une présentation collective de la démarche.

CIT : Des idées de projet Un défi technique ou un challenge: défi course en cours, concours robotique… Une amélioration d’un système existant Une réflexion globale pour résoudre un problème : Comprendre le système GPS et imaginer une application particulière Une confrontation à un problème industriel : Découvrir un problème industriel, imaginer des solutions et les confronter à l’entreprise Une relation entre innovations et métiers: Découvrir une entreprise, ses innovations, ses métiers et imaginer des évolutions

CIT : Un projet technologique entier Phases principales du déroulement d’un projet technologique de créativité : Favoriser le « prototypage rapide » (formes, informations, énergies). Objectif proposé mais partagé… Démarche collective d’appropriation Identification d’un problème (contradiction) Activité de créativité (brainstorming  piloté ) et de choix Matérialisation des idées (prototypage) Synthèse et présentation de la démarche Produire un dossier numérique de présentation collective formalisant la démarche plus que les résultats.

CIT : Les étapes du projet Les jalons Les étapes du projet Les productions du groupe Etape d’imprégnation Expression du besoin (principales caractéristiques à atteindre, identification d’une contradiction) J1 Etape de créativité Production du plus grand nombre d’idées possibles J2 Etape de cristallisation Choix raisonné d’une ou deux solutions à explorer Formalisation d’une idée de solution J3 Etape de matérialisation Matérialisation sous forme de modèle, maquette, prototype, expérimentation. Synthèse et compte-rendu collectif J4

Une organisation CIT : Déroulement type de la formation Présen-tation Etude de cas starter Etude de cas 2 Etude de cas et synthèse Projet de créativité Présen-tation Brevets, design… Entre-prises, métiers Proto-typage Découverte de l’innovation, de principes et des lois associées. Supports simples Exploration d’une innovation associée à une expérimentation, relations avec les principes scientifiques et technologiques Exploration complète d’une innovation, liens entre principes et lois d’évolution. Synthèse et présentation collective Mise en œuvre d’un projet collectif. Matérialisation de idées créatives. Synthèse et présentation collective.

L’enseignement d’exploration « Sciences de l’Ingénieur »

Les sciences pour répondre aux questions de notre société Sciences de l’Ingénieur Transport Information Santé Alimentation Énergie Habitat Diachronique

Les objectifs généraux Sciences de l’Ingénieur Les objectifs généraux La technologie contribue à répondre aux besoins humains en passant de l’idée (ou du principe) à la proposition de solutions performantes et respectueuses de l’environnement. Les sciences de l’ingénieur mobilisent les approches scientifiques et technologiques. Les phases de modélisation et de simulation permettent de prévoir le comportement, les performances d’un système pluri technologique et d’optimiser une solution au regard du cahier des charges. La démarche de management de projet conduit à développer des produits économiquement et techniquement viables. Activités d’analyses de supports technologiques. 1/2 à 2/3 des 54 heures Activités de projet. 1/2 à 1/3 des 54 heures Activités passionnantes porteuses de sens…

Des objectifs associés Sciences de l’Ingénieur Des objectifs associés La prise en compte de l’orientation La découverte des relations entre la société et les technologies L’ouverture vers les domaines professionnels et les métiers L’ouverture de l’enseignement à des experts d’autres domaines (économie, design, industrie..)

Sciences de l’Ingénieur Des activités Caractériser les fonctions d’un système technique Etablir les liens entre structure, fonction et comportement Identifier les contraintes associées à une norme, une réglementation Identifier la dimension sensible ou esthétique associée à un produit

Sciences de l’Ingénieur Des activités Analyser, représenter une solution Rendre compte sous forme écrite ou orale des résultats d’une analyse, d’une expérience, d’une recherche Identifier un principe scientifique en rapport avec le comportement d’un système technique Simuler le comportement d’un système technique à partir de l’évolution d’un paramètre d’entrée ou de sortie

La démarche pédagogique Sciences de l’Ingénieur La démarche pédagogique Des études de cas (deux questions sociétales au moins sont abordées) : justifiant des démarches d’investigation, des activités de travaux pratiques. Des activités collectives (recherche d’une solution dans le cadre d’une démarche de projet) menées en équipe, donnant lieu : à des comptes-rendus collectifs, des ouvertures vers l’extérieur du lycée, les entreprises, les formations. Fin provisoire

Présentation des travaux académiques Maynard/Célérier/Besset : « véhicule hybride » Egrot/Banting/ Calas/Desbordes : vélo à assistance électrique Petinom/Delpy/Recoules: gyropode Audiger/Chavet/Lafarge/Dussol: Iland Gouzou/Paul/Lhéritier/Breysse/Herbet: la maison innovante Granet/Manot/Auger: éolienne  Galinier/Cavalié/Mauduy: serrure biométrique

Présentation d’exemples nationaux 1 2 3 4

Une organisation pour la mise en oeuvre

Pour mémoire …

Pour mémoire …

CIT : Les contraintes liées à la formation Les contraintes globales Les contraintes techniques : Horaires Locaux Equipements Les contraintes pédagogiques La mutualisation des productions La formation des enseignants La répartition des services

Contraintes de formation Equilibre de l’exploration des 3 champs technologiques : matériau, énergie et information Equilibre des 3 approches de l’innovation : globale, produit, innovation Progressivité des activités d’exploration : études de cas adaptées et projet

Contraintes horaires et planification Autonomie de chaque établissement pour organiser les 54 heures d’enseignement Liaison possible, et même intéressante, entre CIT (approche globale) et SI (approfondissement) Autonomie dans la répartition horaire : 1,5h année, 3h semestre, 2h 2/3 année, autres modalités….

Contraintes techniques Réorganiser les salles SI-CIT en îlots pour la rentrée 2010 : créer une rupture visible pour élèves et enseignants Déménager les systèmes de production des labos et compléter le parc informatique si nécessaire. Investir dans l’achat de supports (des 3 types?), …

CIT : L’aménagement des locaux Laboratoire partagé entre SI et CIT Organisation en ilots de travail accueillant une équipe de 4 élèves Zones de travail de prototypage et de rangement des supports

Niveau local (lycée ou territoire) Mutualisation des productions Niveau national Banque d’EdC validées Banque de projets validés Niveau académique Banque d’EdC Banque de projets Niveau local (lycée ou territoire) 3 études de cas 1 projet

Les défis pour la rentrée Animer un groupe de travail pluri technologique STI (élargi à tout enseignant intéressé) pour trouver les idées de supports et d’études de cas… Rechercher dans les entreprises locales des possibilités de coopération Définir 3 études de cas et un projet au niveau de l’établissement, prévoir leur achat et leurs exploitations (TP) Prévoir et organiser le réaménagement des laboratoires SI-CIT Organiser les services enseignants SI-CIT pour l’année 2010-11 (enseignants, horaires, planification). Accompagner l’équipe enseignante pour les achats de supports, la réalisation des activités (études de cas, TP, projet) Accompagner et garantir la mutualisation des supports au niveau académique Accompagner le dispositif de formation local et académique associé

Seule nouveauté pour MPS (Mesures et Pratiques Scientifiques) « L’enseignement d’exploration « méthodes et pratiques scientifiques » permet aux élèves de découvrir différents domaines des mathématiques, des sciences physiques et chimiques, des sciences de la vie et de la Terre et des sciences de l’ingénieur ». « C’est aussi l’occasion de montrer l’apport et la synergie de ces disciplines pour trouver des réponses aux questions scientifiques que soulève une société moderne, d’en faire percevoir différents grands enjeux, et de donner les moyens de les aborder de façon objective ». C’est un EE qu’il faut investir. 48

Principes d’innovation et lois d’évolution CIT : Principes et lois d’innovation Principes d’innovation et lois d’évolution Equivalent aux lois d’évolutions en biologie, extraits de la théorie TRIZ, sans mise en œuvre des outils méthodologiques associés. Identification possible : À partir d’une liste réduite de principes d’innovation (par exemple, de 20 principes sur les 40 formalisés) À partir d’une liste de 8 lois d’évolution

CIT : Exemples de principes d’innovation Remplacer des formes parallélépipédiques par des formes sphériques. Utiliser des rouleaux, des billes, des spirales, des dômes. Remplacer un mouvement de translation par un mouvement de rotation ; recourir à la force centrifuge. Principe 14 : Sphéricité Diviser l’objet en plusieurs éléments pouvant être mobiles les uns par rapports aux autres. Si l’objet (ou son environnement) est fixe, le rendre mobile ou déplaçable. Optimiser l’objet ou son environnement extérieur pour qu’il s’ajuste automatiquement aux conditions de fonctionnement optimales. Principe 16 : Dynamisme / Mobilité Modifier l’état de phase d’un objet (ex. sous forme de gaz, de liquide ou de solide). Changer la concentration ou la consistance. Modifier le degré de flexibilité, la température. Champs abordés : Mécanique, Acoustique, Thermique, Chimique, Electrique, Magnétique Principe 35 : Changement / Modification de paramètres

CIT : Lois d’évolution 4. Accroissement de l'idéal Lois qui montrent la manière dont le système est en train d’évoluer. 1. Intégralité des parties du système (cohérence fonctionnelle) 5. Développement inégal des parties d’un système technique 6. Transition du système vers le super système (Tendance vers l'universalité) Lois qui ont vocation à observer un système dans son état actuel. 2. Conductibilité de l'énergie 7. Transition du macro niveau vers le micro niveau (Intégration – miniaturisation) Lois qui renseignent sur les dynamiques d’évolutions futures du système 3. Coordination du rythme des parties du système 8. Augmentation de la contrôlabilité du système (Loi de commande, Feedback) Identification d’une loi d’évolution associée à une contradiction technique et à des principes d’innovation

Principe 35 « Changement de paramètre » Principe 14 « Sphéricité » CIT : Lois d’innovation Lois et de principes d’innovation identifiées sur la fonction « mesurer » associée à des supports simples Loi d’innovation n°8 (Dynamisme et contrôlabilité) Loi d’innovation n°2 (Flux d’énergie) Mètre de menuisier Principe 16 « Mobilité » Principe 35 « Changement de paramètre » Réglet Télémètre laser ou ultrasons Principe 14 « Sphéricité » Mesurer une distance Mètre à ruban Loi d’innovation n°4 (Idéalité)

La démarche d’investigation en technologie au collège

La démarche d’investigation Situation problème Objet technique Observation “Questions élèves” “Idées élèves” Problème technique à résoudre Activité(s) élèves Je prends des informations Je maîtrise des techniques Je fais appel à la démarche technologique J’utilise l’observation à partir du réel, de photos, d’un film, de solutions existantes … - des documents : texte, graphique, tableau, … Je raisonne Je communique : - oralement - par écrit La démarche d’investigation Pour chaque activité, un bilan, est réalisé pour répondre au problème posé.