STI2D: Hypothèses de la RDM (modèle, limites) Loïc Philippoteaux 10/02/2015 STI2D: Hypothèses de la RDM (modèle, limites)

Plan de la présentation: Présentation de la filière Organisation pédagogique La RDM en STI2D Présentation séquence de tronc commun Détail Activité Bilan

Présentation de la filière: Pourquoi la réforme STI2D ? Constat : La France manque chaque année et encore au moins pour les deux décennies à venir de 12 000 ingénieurs ou techniciens hautement qualifiés. Aujourd’hui, moins de 50% des bacheliers S poursuivent des études supérieures scientifiques. Baisse de 20 % des effectifs en 10 ans pour le bac STI La réforme vise à valoriser les formations et les carrières scientifiques et techniques.

Programmes écrits en fonction des BTS Prépare à la poursuite d’ études Changement par rapport au bac STI : STI STI2D BTS Programmes écrits en fonction des BTS BAC+..5 Prépare à la poursuite d’ études 7 spécialités différentes : Génie mécanique Génie des matériaux Génie électronique Génie électrotechnique Génie Civil Génie énergétique Génie optique 4 spécialités différentes : AC : Architecture et Construction EE : Énergie et Environnement ITEC : Innovation Technologique et Éco-Conception SIN : Système d’Information et Numérique.

+ 35 % Enseignement technologique transversal STI2D Objectifs : INFORMATION ÉNERGIE MATIÈRE Objectifs : A terme, les objectifs nationaux sont d’accueillir 35% d’élèves en plus que les anciennes séries n’en accueillaient à la rentrée scolaire 2009. + 35 % Représente 50% des enseignements technologiques constitue la base des connaissances technologiques indispensables à toute poursuite d’étude dans le supérieur. Faire acquérir à l’élève des compétences selon l’approche MEI, indépendamment des supports utilisés lors des activités pédagogiques. Intégrer le développement durable de façon concrète dans les formations technologiques, pour préparer les élèves à relever les défis industriels de demain. Intégrer les contraintes environnementales à l’analyse et au choix des modes de consommation et de production.

Innovation Technologique & Eco Conception d’information et Numériques Structure STI2D Architecture & Construction Innovation Technologique & Eco Conception Systèmes d’information et Numériques Énergie Environnement L’enseignement transversal Les enseignements de spécialité Langue Vivante Physique Chimie Maths Enseignements technologiques Un tronc commun d’enseignements généraux STI2D – STL avec des programmes spécifiques en mathématiques et en physique chimie, Des liens étroits entre technologie, sciences et communication. Les enseignements technologiques de spécialité sont garants du caractère concret de nos enseignements. Ils représentent 50% des enseignements technologiques et permettent de donner une coloration au baccalauréat.

Exemple : ITEC AC SIN EE Le Solar Tree Supprimer les clivages! Etudier la structure de pilotage EE Etudier la structure énergétique AC Etudier l’impact urbain ITEC Etudier la structure matérielle Etude globale besoin, design, et technologique Exemple : Le Solar Tree Un même système : Une étude globale dans le cadre d’enseignement technologique transversal, Quatre axes d’observation qui peuvent être développés dans les enseignements technologiques de spécialité Supprimer les clivages!

Un enseignement technologique en langue étrangère avec 2 enseignants Enseignement Général 19h LV1 Techno 1h Term. ETT 7h Spécialités 5h 17h 9h 15h 13h 32h Un enseignement technologique en langue étrangère avec 2 enseignants Un enseignement général et transversal renforcé en première pour permettre les réorientations Volume Horaire : 32h

Classe de seconde Term Term S-SI Term Professionnelle 1ère S-SI La voie Technologique Une approche concrète pour matérialiser les concepts La voie Scientifique Une approche théorique pour modéliser les concepts La voie Professionnelle Une approche pratique pour réaliser, produire et acquérir un savoir faire Classe de seconde 2nde générale et technologique 2nde Professionnelle 1ère STI2D 1ère S-SI 1ère Professionnelle Term Professionnelle Term STI2D Term S-SI Différences Des voies de formation distinctes, pour des objectifs différents. Faire pour apprendre Apprendre à faire

Enseignement Supérieur Techno Sciences Enseignement Supérieur Différences STI2D/SSI Bac STI2D Un équilibre entre enseignement général et enseignement technologique. Un enseignement technologique en langue, vivante Une culture des principes techniques et des solutions technologiques. Bac S-SI Un rapport deux tiers / un tiers entre enseignement général et enseignement technologique Une approche technologique à dominante théorique. Une culture des modèles scientifiques et techniques. Une perméabilité entre formations qui offre possibilité de corriger un parcours de formation

Organisation pédagogique pour l’élaboration de la séquence

L’organisation des enseignements L’enseignement d’un savoir, est centré autour de séquences de formation : Séquence = unité de temps pédagogique amenant les élèves à maîtriser un savoir identifié. Séquence de Formation Situations pédagogiques classiques Cours TD Situations de formation à caractères pratique Étude de dossiers techniques Activités pratiques Projet technologique Privilégié en STI2D Démarche Inductive

Étude de dossiers techniques L’organisation de la classe lors des études de dossier technique peut prendre deux formes :

Activités Pratiques

Projet Technologique

Situations de formation: quels objectifs?

Notion de centres d’intérêt en STI2D

Détermination des CI

Construction de séquences : Programme Centres d’Intérêt Supports didactiques Durées de formation A partir des… Centres d’Intérêt choisis pour constituer une progression pédagogique cohérente Supports didactiques pertinents, disponibles , et qui tiennent compte des contraintes de démarrage de la formation Durées de formation par CI compatibles avec la durée totale de formation Proposer une série de séquences de formation pour les 2 années, associées à des fiches pédagogiques facilitant la construction des séances

Structure d’une séquence : Supports techniques Connaissances Compétences Dossier Système Structuration des connaissances xcwxcwxcw Centres d’Intérêt Evaluation des connaissances Etude de dossier Projet Activités pratiques Activités pédagogiques Intentions pédagogiques, à priori Séquence Réflexion pédagogique à postériori

La RDM en STI2D Enseignement Transversal : 2.3.3 Comportement mécanique des systèmes Résistance des matériaux : Hypothèses, Modèle poutre, Types de sollicitations simples, Notion de contrainte et de déformation, Loi de Hooke et module d’Young, Limite élastique, Etude d’une sollicitation simple. Niveau : Terminale Tax2 Prérequis : Physique-chimie : solides en mouvement (translation rectiligne et rotation autour d’un axe fixe). Aspects énergétiques du mouvement Remarques : Sollicitations : traction, compression, flexion simple. Niveau d’INFORMATION Niveau d’EXPRESSION Niveau de la MAÎTRISE D’OUTILS Niveau de la MAÎTRISE MÉTHODOLOGIQUE

La RDM en STI2D Enseignement Transversal : 2.3.4 Structures porteuses Transfert de charges Niveau : Première Tax3 Remarques : Modélisation du transfert de charges (efforts) dans une structure filaire (de type portique, charpente ou poutres-poteaux) Identification qualitative des sollicitations auxquelles sont soumis les éléments (traction, compression, flexion). Association du type de sollicitations à un choix de matériaux.

La RDM en STI2D Spécialité STI2D AC : 2.3 Modélisations, essais et simulations Étude des structures Niveau : Première/Terminale Tax3 Remarques : Cet enseignement fait suite à celui dispensé dans les ETT On privilégiera une approche expérimentale ou par modélisation numérique Les études portent plus particulièrement sur les matériaux propres au domaine AC

La RDM en STI2D Spécialité STI2D ITEC : 2.2 Comportement d’un mécanisme et/ou d’une pièce Simulations mécaniques : modélisation et simulation (modèle simplifié et modèle numérique, validation des hypothèses) Résistance des matériaux (suite de l’ETT) Niveau : Terminale Tax 3 Remarques : Enseignement permettant de montrer la nécessité d’obtenir un ordre de grandeur des résultats recherchés par l’utilisation d’un modèle simplifié mais accessible aux calculs manuels (à partir de formulaires). Cet enseignement fait suite à celui dispensé dans les ETT Utilisation possible de progiciels volumiques intégrant un module d’éléments finis simple et accessible.

Les différents CI de l’ETT Développement durable et compétitivité des produits M1 CI 2 Design, architecture et innovations technologiques CI 3 Caractérisation des matériaux et structures M2 CI 4 Dimensionnement et choix des matériaux et structures M3 CI 5 Efficacité énergétique dans l'habitat et les transports ME2 CI 6 Efficacité énergétique lié au comportement des matériaux ME3 CI 7 Formes et caractéristiques de l'énergie E1 CI 8 Caractérisation des chaines d'énergie E2 CI 9 Amélioration de l'efficacité énergétique dans les chaînes d'énergie E3 CI 10 Efficacité énergétique liée à la gestion de l'information EI2 CI 11 Commande temporelle des systèmes EI3 CI 12 Formes et caractéristiques de l'info I1 CI 13 Caractérisation des chaines d'info. I2 CI 14 Traitement de l'information I3 CI 15 Optimisation des paramètres par simulation globale MEI RDM

Présentation d’une séquence de l’ETT :

Présentation de la séquence i créée: Positionnement: Terminale dans l’enseignement technologique commun Complémentaire de la séquence 8 présentée précédemment Permet un approfondissement en spécialité Centres d’intérêt et compétences ciblées: CI 1,3 et 4 Développement durable et compétitivité des produits Caractérisation des matériaux et structures Dimensionnement et choix des matériaux et structures Compétences répondant à l’objectif « Utiliser un modèle de comportement pour prédire un fonctionnement ou valider une performance » Objectif de la séquence i: Choisir de manière raisonnée des matériaux et des dimensions pour une structure respectant des contraintes de fonctionnement (cinématique)

Positionnement au sein de la matrice MEI-Programme:

Présentation des objectifs, prérequis et difficultés:

Organisation pratique de la séquence: Emploi du temps: 5h hebdomadaire (3+2) modulables: Possibilité d’utiliser les 2h soit en classe entière soit en groupes réduits Groupes de 12 élèves (TP=6 binômes et études de dossiers techniques=3 groupes de 4) Choix des supports réalisé Pédagogie inductive Nombre de supports: adapté aux différentes activités proposées

Détail de la séquence (1/2): Jour Classe ou groupe Contenu Horaires élèves Matériel à prévoir   Lundi Lancement de la séquence Etude de dossiers techniques : chaque groupe effectue sur un support différent : Mettre en place un paramétrage (repère associé, dimensions). Identifier les liaisons mécaniques (mouvements possibles, nom et représentation, modèle général associé) Tracer une représentation cinématique globale. Expliquer à l’aide de cette représentation les particularités du système étudié (mouvements possibles, combinaisons de mouvements). 2h Jeudi Restitution des recherches. Construire un diaporama, et présenter la schématisation cinématique dans différentes configurations. 3h 5h Etude de dossier technique de 2h : 1- Investigation : relation charge-déformée 2- Investigation : Déterminer les paramètres influençant le dimensionnement d’une structure. 3- Influence de la géométrie sur la résistance mécanique d’une structure. Activité de RDM autour des ponts, avec manipulation sur banc d’essai. Bilan avec tout le groupe à la fin de la séance 7h Présentée ci-après

Détail de la séquence (2/2): Lundi Anglais Etude de composants : actionneurs (vocabulaire) 1h 8h   Jeudi 2h d’activités + 1h formalisation. Sollicitation simple flexion Mesures expérimentales Comparaison résultats numériques Limites et pertinence du modèle RDM + sollicitations simples 3h 11h Application à une chaîne de transmission 12h Activité pratique avec une représentation numérique et réelle (pince de robot). Etude cinématique Etude d’un bras de pince en flexion => Compte rendu écrit et pendant la séance 15h Géométrie et résistance des structures. Exercice évalué cinématique et sollicitations simples 2h 21h

Présentation de l’activité choisie: Contexte: Génie civil: structure des ponts Objectif: 1ère approche: effet de l’application de charges sur un système vis-à-vis des déformations 2ème approche: introduction d’un modèle poutre 3ème approche: utilisation de formulaires analytiques et comparaison avec le réel, influence des CL Bilan: Pertinence et limites modèle poutre

Bilan: Une grande liberté d’organisation Contrepartie: difficulté mise en place des séquences Intérêt? Donner le goût aux élèves des technologies

Merci pour votre attention