Les Sciences Industrielles en CPGE Daniel FORT Origine de la réflexion Aspect scientifique du problème Interdisciplinarité et enseignement scientifique.

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1 Les Sciences Industrielles en CPGE Daniel FORT Origine de la réflexion Aspect scientifique du problème Interdisciplinarité et enseignement scientifique Formation scientifique et activité scientifique Démarche scientifique et activité de modélisation Les modèles scientifiques La démarche scientifique en SI La place des SI en CPGE DIJON 28 avril 2003 Journée de rencontre académique en SI- CPGE -1- Quelle est la place des Sciences Industrielles dans la formation scientifique dispensée en CPGE ? qui sommes nous ? qu’y faisons nous ?

2 Les Sciences Industrielles en CPGE Daniel FORT Origine de la réflexion Aspect scientifique du problème Interdisciplinarité et enseignement scientifique Formation scientifique et activité scientifique Démarche scientifique et activité de modélisation Les modèles scientifiques La démarche scientifique en SI La place des SI en CPGE DIJON 28 avril 2003 Journée de rencontre académique en SI- CPGE -2- Origine de la réflexion 1.Remise en cause implicite de la discipline en CPGE, notamment en MP et PSI. 2.Participation à un groupe de réflexion et de formation sur les TPE Nous sommes au cœur du problème d’interdisciplinarité Identité à définir à affirmer Comment cohabiter avec les autres disciplines ? Comment aborder un problème à plusieurs disciplines ?

3 Les Sciences Industrielles en CPGE Daniel FORT Origine de la réflexion Aspect scientifique du problème Interdisciplinarité et enseignement scientifique Formation scientifique et activité scientifique Démarche scientifique et activité de modélisation Les modèles scientifiques La démarche scientifique en SI La place des SI en CPGE DIJON 28 avril 2003 Journée de rencontre académique en SI- CPGE -3- Aspect scientifique du problème Monde réel complexe Monde intelligible, à notre portée Rôle de la science Appréhender le monde c’est : Etudier son comportement * caractériser les objets qui nous entourent * trouver des relations de causalité pour : prévoir les effets futurs des causes présentes Influer sur ce comportementagir sur les causes pour : provoquer les effets souhaités Améliorer notre condition (maîtrise pouvoir) La science a donc un double rôle : Agir Sciences physiques/Chimie Mathématiques Sciences de l’ingénieur Expliciter

4 Les Sciences Industrielles en CPGE Daniel FORT Origine de la réflexion Aspect scientifique du problème Interdisciplinarité et enseignement scientifique Formation scientifique et activité scientifique Démarche scientifique et activité de modélisation Les modèles scientifiques La démarche scientifique en SI La place des SI en CPGE DIJON 28 avril 2003 Journée de rencontre académique en SI- CPGE -4- Interdisciplinarité et enseignement scientifique Notre nature est fondamentalement interdisciplinaire D’un point de vue scientifique nous formons un trio inséparable Sciences physiques Sciences industrielles MathématiquesFormation scientifique Il reste à nous situer : Place d’autant plus difficile à trouver que les disciplines sont imbriquées Sciences industrielles Sciences physiques Mathématiques Quelle est notre contribution propre ?

5 Les Sciences Industrielles en CPGE Daniel FORT Origine de la réflexion Aspect scientifique du problème Interdisciplinarité et enseignement scientifique Formation scientifique et activité scientifique Démarche scientifique et activité de modélisation Les modèles scientifiques La démarche scientifique en SI La place des SI en CPGE DIJON 28 avril 2003 Journée de rencontre académique en SI- CPGE -5- Formation scientifique et activité scientifique Les bases de la formation Interdisciplinarité vers une vue globale de la science Démarche scientifique résolution de problèmes scientifiques Voir : Annexe-L’enseignement des sciences au lycée. BO n°2 HS du 30/08/01 Démarche scientifique s’appuie sur des ConceptsModèles temps information énergie force flux masse … réduire le réel Fonction organisatrice et structurante L’activité de modélisation est sous tendue par les concepts mis en jeu Donner à voir les concepts Manipuler les concepts

6 Les Sciences Industrielles en CPGE Daniel FORT Origine de la réflexion Aspect scientifique du problème Interdisciplinarité et enseignement scientifique Formation scientifique et activité scientifique Démarche scientifique et activité de modélisation Les modèles scientifiques La démarche scientifique en SI La place des SI en CPGE DIJON 28 avril 2003 Journée de rencontre académique en SI- CPGE -6- L’activité scientifique Formation scientifique et activité scientifique des scientifiques : - élaboration d’une théorie (concepts, modélisations, lois, …) - mise à l’épreuve et validation expérimentale de la théorie - acceptation par la communauté scientifique enseignée : - utilisation d’une théorie admise et éprouvée - choix et mise en œuvre d’une modélisation en rapport avec : * la classe de problèmes du problème traité * les connaissances des élèves concernés - construction d’un modèle adapté au contexte du problème (voir à ce sujet la notion de particularisation développée par Y. Cartonnet lors des journées de l’UPSTI 2002) La notion d’adaptation inclus celle d’hypothèses - prévision de la solution du problème traité (solution calculée) - en cas de doute, validation du modèle (de la particularisation)

7 Les Sciences Industrielles en CPGE Daniel FORT Origine de la réflexion Aspect scientifique du problème Interdisciplinarité et enseignement scientifique Formation scientifique et activité scientifique Démarche scientifique et activité de modélisation Les modèles scientifiques La démarche scientifique en SI La place des SI en CPGE DIJON 28 avril 2003 Journée de rencontre académique en SI- CPGE -7- associer à ces relations des fonctions mathématiques plus ou moins explicites Démarche scientifique et activité de modélisation Problème et démarche scientifiques sont très liés et même si une question est posée au départ, le problème se construit avec la démarche par un va et vient permanent entre questions et réponses possibles Démarche scientifiqueProblème scientifique Le caractère essentiel de la démarche scientifique est l’utilisation de modèles Le but d’un modèle est double : 1.Décrire scientifiquement le problème traité dans un cadre conceptuel définir les caractères pertinents du problème ( quantifiables si possible et mesurables ) associer à ces caractéristiques des entités mathématiques représentatives ( géométriques, scalaires, vecteurs, tenseurs, … ) 2.Expliciter les relations de causalité entre les caractéristiques du problème Henri Poincaré disait : « une collection de faits n’est pas plus une science qu’un tas de briques n’est une maison » lois de comportement

8 Les Sciences Industrielles en CPGE Daniel FORT Origine de la réflexion Aspect scientifique du problème Interdisciplinarité et enseignement scientifique Formation scientifique et activité scientifique Démarche scientifique et activité de modélisation Les modèles scientifiques La démarche scientifique en SI La place des SI en CPGE DIJON 28 avril 2003 Journée de rencontre académique en SI- CPGE -8- La force d’un modèle = capacité à généraliser, créer une classe de problèmes fédérer le plus grand nombre de problèmes dans cette classe Exemple : la classe des systèmes à 4 barres Le modèle joue plusieurs rôles, il permet de : décrire, expliquer (c’est son rôle le plus reconnu) situer un problème spécifique dans un cadre plus général prévoir la solution du problème (c’est son rôle le plus important dans la démarche scientifique) On peut distinguer deux grands types de modèles : les modèles symboliques (représentation imagée) attachés à la structure matérielle du système ils décrivent les éléments et leurs relations dans l’espace et le temps (vision mécaniste) Exemples : schémas cinématiques, électriques, etc … les modèles formels attachés à la structure fonctionnelle du système ils gagnent en généralité et permettent de fédérer des types de problèmes très nombreux Exemples : schémas blocs, diagramme FAST, etc … Les modèles scientifiques qui représente des systèmes différents, comme : - le système d’ouverture à vantaux - la suspension arrière de moto BMW

9 Les Sciences Industrielles en CPGE Daniel FORT Origine de la réflexion Aspect scientifique du problème Interdisciplinarité et enseignement scientifique Formation scientifique et activité scientifique Démarche scientifique et activité de modélisation Les modèles scientifiques La démarche scientifique en SI La place des SI en CPGE DIJON 28 avril 2003 Journée de rencontre académique en SI- CPGE -9- La conception puis la réalisation de produits à partir d’un besoin exprimé, fait intervenir de nombreuses disciplines et une démarche de projet qui en font un processus complexe. Si on essaye de situer les Sciences industrielles dans leur contexte plus restreint et notre contribution propre dans la formation scientifique des CPGE, on peut représenter notre démarche générale par la représentation suivante : La démarche scientifique en SI

10 Les Sciences Industrielles en CPGE Daniel FORT Origine de la réflexion Aspect scientifique du problème Interdisciplinarité et enseignement scientifique Formation scientifique et activité scientifique Démarche scientifique et activité de modélisation Les modèles scientifiques La démarche scientifique en SI La place des SI en CPGE DIJON 28 avril 2003 Journée de rencontre académique en SI- CPGE -10- Conception Solution constructive validée Solution constructive réalisée ProductionValidation Cahier des Charges Fonctionnel Modélisation ÉCART RÉEL (Qualité perçue) Valeurs mesurées Valeurs fonctionnelles Valeurs calculées Traitement du problème de Physique État final du phénomène physique étudié Traitement du problème de Mathématique État final du problème mathématique Paramètres = Entités mathématiques associées État initial du problème mathématique Interprétation des grandeurs physiques obtenues Performances prévues Besoin Prestations attendues Performances réelles Prestations réalisées État initial du phénomène physique mis en jeu La démarche scientifique en SI Critères d’appréciation Maquette numérique ÉCART DU MODÈLE (Qualité prévue) MODÈLE DE L’ÉCART RÉEL (Qualité objective) Grandeurs physiques État final des paramètres Solution constructive imaginée

11 Les Sciences Industrielles en CPGE Daniel FORT Origine de la réflexion Aspect scientifique du problème Interdisciplinarité et enseignement scientifique Formation scientifique et activité scientifique Démarche scientifique et activité de modélisation Les modèles scientifiques La démarche scientifique en SI La place des SI en CPGE DIJON 28 avril 2003 Journée de rencontre académique en SI- CPGE -11- La place des SI en CPGE Notre identité se situe dans : le passage : Besoin CdCF le passage : Fonctions Critères d’appréciation valeurs fonctionnelles la phase de conception (art de concevoir culture des solutions) la définition du problème physique associé à l’objectif de validation de la solution imaginée (modélisée) la traduction des valeurs calculées en performances prévues de la solution imaginée la phase de production le passage des performances réelles aux valeurs mesurées dépendent des : - concepts du modèle utilisé - principes de mesure (matériels disponibles) - procédures et protocoles mis en œuvre estimation de l’écart réel/modèle de l’écart réel qualité perçue/qualité objective analyse de l’écart entre valeurs calculées / valeurs mesurées droit de regard sur le modèle de la physique (spécifique ? au SI)

12 Les Sciences Industrielles en CPGE Daniel FORT Origine de la réflexion Aspect scientifique du problème Interdisciplinarité et enseignement scientifique Formation scientifique et activité scientifique Démarche scientifique et activité de modélisation Les modèles scientifiques La démarche scientifique en SI La place des SI en CPGE DIJON 28 avril 2003 Journée de rencontre académique en SI- CPGE -12- La place des SI en CPGE Ce qui est fait en CPGE : lecture du cahier des charges fonctionnel définition du problème de physique et choix d’une modélisation traitement du problème de physique : analytique informatique (simulation) valeurs calculées interprétation des valeurs calculées performances prévues analyse de l’écart performances prévues / CdCF interprétation performances réelles valeurs mesurées analyse de l’écart valeurs mesurées / valeurs calculées (objectif = écart nul) validation :- du choix du modèle de calcul - du choix du principe et protocole de mesure validation écart réel (solution réalisée/besoin) Ceci à des niveaux d’analyse différents suivant la complexité du problème. Le but des Sciences de l’ingénieur étant de donner les capacités et les outils pour maîtriser la complexité industrielle.

13 Les Sciences Industrielles en CPGE Daniel FORT Origine de la réflexion Aspect scientifique du problème Interdisciplinarité et enseignement scientifique Formation scientifique et activité scientifique Démarche scientifique et activité de modélisation Les modèles scientifiques La démarche scientifique en SI La place des SI en CPGE DIJON 28 avril 2003 Journée de rencontre académique en SI- CPGE -13- La place des SI en CPGE Conclusions Les mots clés des activités propres aux Sciences industrielles en CPGE sont : modélisation analyse du rapport au réel simulation informatique valeurs calculées valeurs mesurées sur les système réel analyse, comparaison solutions réalisées / CdCF Notre contribution propre à la formation scientifique en CPGE s’exprime essentiellement au laboratoire au cours des séances de Travaux Pratiques. Les compétences qu’on y développe sont indispensables à la formation des futurs ingénieurs et à notre identité. Passer à coté de l’enjeu des TP c’est prendre le risque de ne plus être identifié comme une discipline nécessaire à la formation scientifique en CPGE.