Post on 14-Sep-2018
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Enseignement d’explorationMéthodes et Pratiques Scientifiques
PROGRAMME DE MÉTHODES ET PRATIQUES SCIENTIFIQUES EN CLASSE DE SECONDE GÉNÉRALE ET TECHNOLOGIQUE
Préambule
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.
… / … Pour atteindre ces objectifs, une liste de six thèmes nationaux est proposée.
… / … Un thème libre peut y être ajouté par l’équipe de professeurs.
Les objectifs de cette journée…
ü Comment choisir un projet scientifique à l’intérieur d’un des 6 thèmes ?
ü Où sont cachées les mathématiques dans chacun des thèmes ? Quelles mathématiques ?
ü Comment les introduire dans une démarche de projet, en articulation avec les autres disciplines ?
ü Quelles ressources ? Quelle formation pour les enseignants ?
Apporter si possible des éléments de réponse à vos questions, en particulier aux questions suivantes :
… en intégrant la découverte de métiers et de formations de façon à aider les élèves à construire leur projet de poursuite d’études.
Un site intéressant de l’ONISEPsur « métiers et sciences »
Exemple en cosmétologie :
Choix d’un thème…
Quand ?
Par qui ?
Un exemple d’organisation emprunté au lycée Jules Guesde de Montpellier…
Un thème est choisi en juin pour l’année suivante, en concertation par les professeurs des disciplines concernées qui sont donc “maîtres du jeu” en quelque sorte...
d’une part, qu’un travail co-disciplinaire est possible, chaque discipline éclairant le thème à sa lumière en le déclinant selon sa spécificité…
L’avantage de ce croisement de regards entre matières est double car cela permet en effet d’être assuré :
… et d’autre part, que les recherches proposées seront suffisamment riches dans toutes les matières concernées tout en s’assurant qu’elles seront accessibles aux élèves.
Mais il n’est pas question pour autant de limiter le questionnement des élèves à celui prévu par les professeurs a priori …
Par exemple, au lycée Jules Guesde chaque thème a été “lancé” lors d’une séance réunissant tous les élèves inscrits en option DCS et en présence de tous les professeurs intervenant dans cette option. Cette séance de lancement du thème choisi par les enseignants s’est imposée de plus en plus comme une séance de motivation “incontournable ”…
Lors de cette séance de lancement, suite à des expérimentations et/ou diverses présentations, les élèves sont amenés à décrire ce qu’ils ont observé et aussi à se poser un maximum de questions qui sont inscrites au fur et à mesure au tableau…
Les questions retenues et posées aux élèves se veulent donc suffisamment “ouvertes” sans jamais rien dévoiler à l’avance pour qu’ils soient en situation d’exercer leur imagination, de prendre des initiatives en complète autonomie au sein de petits groupes de recherches.
En outre, toute idée, prolongement ou conjecture (ou hypothèse) sont toujours les bienvenus avec toujours la possibilité d’envisager s’il est possible de laisser des élèves partir sur une recherche qui les motive plus particulièrement…
Enfin, il paraît important également de pouvoir accoler les créneaux des trois disciplines de façon à pouvoir donner une certaine souplesse dans la gestion des heures entre les professeurs concernés et/ou pouvoir donner un peu de densité au contenu de cet enseignement sous réserve bien entendu de tenir un planning très strict respectant l’équilibre horaire entre les disciplines.
Une plage de 3 h consécutives serait sans doute l’idéal surtout si en plus cela pouvait se faire un mercredi matin car cela permettrait :•d’organiser le planning sur la base de deux tranches horaires de
1h30, ou, plus rarement, en réservant la plage de 3h pour une seule matière, •aux trois enseignants d’intervenir ensemble pendant une séance si
nécessaire,•d’organiser des visites extérieures (en fonction des moyens)…
Exemple de planning de début d’année en option DCS :
D'où l'obligation de se concerter et d'observer pour :v connaître les contraintes des autres matières,v se mettre d'accord sur la notion d'autonomie,v se mettre d'accord sur l'évaluation ...v trouver des solutions communes…
Donc des différences par rapport à l'organisation classique qui vont nécessiter :v d'annualiser,
v d'équilibrer, d'enchaîner, d'alterner les matières,
v d'ajuster à plusieurs :§les contenus,§le planning,§les compétences, …
Exemple : “autour” de l’abricot…(ou de tout autre fruit sphérique !)
Conditionnement Empilement de sphères
VolumesOptimisation
Mûrissement des abricots
Éthylène (S.V.T.)
TransportPlus court chemin
graphes
Choix entre deux modes de
transformationOptimisation linéaire
Empilement pyramidal sur un étalage
Géométrie dans l’espaceSuites
Boites de conserveSurfaces
optimisation
StérilisationS. P.C. : La chimie dans la casserole (H. THYS)
Tests de qualitéThéorie des testsAide à la décision
SCIENCE ET ALIMENTS
Problème, en apparence anodin, mais dont le champ d’application s’étend de l’étude des cristaux à la théorie des codages informatiques…
Comment empiler efficacement des abricots ?
(ou tout autre fruit sphérique !)
Comment empiler des abricotsde façon à obtenir un tas
occupant aussi peu de volume que possible ?
Autre formulation de ce problème…
Est-il préférable d’empiler des couches où les fruits sont disposés en carrés ?
Ou bien est-il préférable d’empiler des couches où les fruits sont disposés en triangles ?
?
EMPILEMENTS DE SPHÈRES
Exemple :Avec des boulets de canon de diamètre 12 cm
F Nombre de boulets pour construire une telle pyramide ?F En considérant que ces boulets sont bien sphériques et sachant que leur
diamètre vaut 12 cm, quelle peut bien être la hauteur d’une telle pyramide (au mm près) ? Généralisation ?
F En utilisant l’intégralité des boulets de deux pyramides identiques à celle représentée ci-dessus, examinez s’il est possible d’obtenir :§ deux pyramides à base carrée de tailles différentes ;§ trois pyramides à base carrée…
F Nombre pyramidal : c’est un nombre qui est représenté par une pyramide dont la base est un polygone régulier. Ainsi 1, 5, 14, 55 et 91 sont des nombres pyramidaux à base carrée que l’on appellera plus simplement nombres pyramidaux carrés.§Déterminez les 15 premiers nombres pyramidaux carrés.§ Établissez quelques propriétés de ces nombres…
Devant des musées de l’armée, en guise de décoration, on trouve parfois, à côté de canons, des pyramides à base carrée comme ci-contre.
Comment obtenir un bon rôti ?FEn empruntant à la chimie ses études des sucres et des acides
aminés.
Comment obtenir de bonnes gelées ?
FEn reprenant les résultats récents de la physico-chimie des gels...
Comment préparer plus de 20 litres de mayonnaise à partir d’un seul jaune d’œuf ?FEn explorant la physique des émulsions.
GASTRONOMIE MOLÉCULAIRE ET PHYSIQUE
On dit que les fruits rouges ne doivent pas être placés dans des récipients étamés...On dit que les haricots verts doivent être cuits dans de l’eau bouillante salée, sans couvercle...On dit qu’une petite cuillère dans le goulot d’une bouteille de champagne empêche les bulles de partir...On dit… tant de choses étranges que le physico-chimiste s’interroge. Lorsqu’il expérimente et qu’il cherche à interpréter en termes moléculaires les tours de main culinaires, Hervé THIS nous explique qu’il se livre à l’activité qu’il a nommée, avec Nicolas KURTI, Gastronomie Moléculaire et Physique. Telle que définie par Hervé THIS, la Gastronomie Moléculaire vise à :• recenser et tester les tours de main et dictons culinaires, anciens ou modernes,
français ou étrangers,• expliquer les transformations culinaires par les mécanismes physico-chimiques,• présenter la chimie et la physique au grand public, sous une forme appétissante et
digeste,• utiliser la connaissance des opérations physiques et chimiques pour introduire
en cuisine de nouveaux outils ou ingrédients,• inventer des plats nouveaux, fondés sur la connaissance des aliments et la
compréhension des transformations culinaires.
GASTRONOMIE MOLÉCULAIRE ET PHYSIQUE
Propositions issues de l’atelier IREM "approche pluridisciplinaire" consacré en particulier à l’option MPS, lors du colloque Adirem à Marseille le 17 mars 2010.
Constituants du raisin
(S.V.T.)
Constituants chimique du vin
(S.P.C.)
Utilisation des mêmes tests d’identification des
constituants
Extraction d’éthanolDosage des ions ferDosage acidité...
L’alcool dans le
vin
alcoolémiepb. de mélanges
(Math.)
fermentation alcoolique
éthanol (S.V.T.)
Rendement(Math.)
Productivité d’une vigne
degré alcoolique et densité
réfractomètre (S.P.C.)
AUTOUR DE LA VIGNE ET DU RAISIN
Prévention des risques d’addiction
Exemple : autour d’une crème solaire…
Tests d’efficacitéThéorie des tests
(Wicoxson, test des signes…)
Rayonnement solaire (SPC)
Brulures, mélanomes( SVT)
Images d’épidermes au microscope
Ordres de grandeurTravail sur le microscope
Etude d’un contenant (flacon, tube)
Volumes, optimisation
Gestion des stocksOptimisation
Graphes
http://www.statisticien.fr/tests-de-rangs/
SCIENCE ET COSMÉTOLOGIE
Propositions de l’atelier IREM "approche pluridisciplinaire" - Colloque Adirem Marseille - 17 mars 2010.
Exemple : autour d’une enquête…
Codage et décodage cryptologie
Étude de trajectoires courbes
Etude d’impactsGéométrie
(sections planes de sphères)
Tests ADNÉchantillonnageThéorie des tests
ADN nucléaire et mitochondriale (SVT)
SCIENCE ET INVESTIGATION POLICIÈRE
Propositions de l’atelier IREM "approche pluridisciplinaire" - Colloque Adirem Marseille - 17 mars 2010.
Exemple : autour d’un tableau…
Matériaux (support, pigments, vernis…)
Couleur
PerspectiveSymétrie
Frises et pavagesNœuds et entrelacs
Anamorphose
géométrie
algorithmique
datation suites
restauration
SCIENCE ET ŒUVRE D’ART
On dispose d’un miroir en forme de cône dont le diamètre de base est 5 cm et pour lequel chaque génératrice mesure également 5 cm. On suppose que l’œil est situé à 11 cm au dessus du sommet du cône.
Sur la figure en vraie grandeur donnée, pour un point M’ situé sur l’anamorphose : construire le point M de la base du cône d’où le point M’ semble provenir.
AnamorphosePapier crayon
On désigne par I le milieu de [BC]. Graduer le segment [IC] chaque 0,5 mm. Pour chacun des points de cette graduation, en utilisant la question 1°), construire le point image par l’anamorphose. On pourra ainsi réaliser une règle à anamorphose de ce type :
Anamorphose d’unchapeau …
« On retrouve bienle chapeau ! »
Avec un logiciellogiciel gratuit http://www.anamorphosis.com/
De Philipp Kent (Londres)
Grâce à ce logiciel, un groupe d’élèves a réalisé une anamorphose à partir du tableau du peintre Henri Matisse ci-dessous :
Voici le résultat
Puis ils ont vérifié avec leur cône…
Propositions de l’atelier IREM "approche pluridisciplinaire" - Colloque Adirem Marseille - 17 mars 2010.
Exemple : autour du trafic routier…
Forme des routes géométrie
Implantation et synchronisation des feux de signalisation
Théorie des graphes
optimisation
chocs
SCIENCE ET PRÉVENTION DES RISQUES D’ORIGINE HUMAINE
Propositions de l’atelier IREM "approche pluridisciplinaire" - Colloque Adirem Marseille - 17 mars 2010.
SCIENCE ET VISION DU MONDE
n Pourquoi le ciel est-il bleu ?n Pourquoi fait-il noir la nuit ?n Comment représenter la Terre ?n Comment colorier une carte ?n Comment fonctionne un appareil photo (argentique,
numérique) ?n …
Propositions de l’atelier IREM "approche pluridisciplinaire" - Colloque Adirem Marseille - 17 mars 2010.
Observation de cristaux naturels
(S.V.T.)Étude de polyèdres(Math.)
Fabrication de cristaux en laboratoire (S.P.C.)
Modèle de cristallisation d’un magma (S.V.T.)
Étude d’un modèle géométrique
“à la manière de ...” (Math.)
Formation et croissance de cristaux
(S.P.C.)
Empilement de sphères et
densité(Math.)
Le cristal à l’échelle microscopique
(S.P.C.)
CRISTALLOGRAPHIE
Méthodes et Pratiques Scientifiques
Anne BrondexDaniel DevalloisIsabelle MazzellaSandrine Miranda
Claudie RichetCathy Risch
Une expérimentation d’option science (Article 34) Lycée Madame de Staël 74160 Saint Julien en Genevois
Un exemple de situation : les limites de la vision
L'acuité visuelle La myopie
Une expérimentation d’option science (Article 34) Lycée Madame de Staël 74160 Saint Julien en Genevois
Préambule 2 Heures (1 SVT, 1 SPC)
1. Une limite de l’œil humain : l’acuité visuelle 12 Heures (7 SVT, 5 MATH)
Conception d'un protocole de mesure, réalisation du protocole,acquisition de données
SVT
Modélisation mathématique (Ajustement affine d’un nuage de points) MATH
Test expérimental du modèle mathématique SVT
Evaluation SVT, MATH
2. Une maladie de l’œil modifiant l'acuité visuelle : la myopie 15 Heures (3 SVT, 4 MATH, 8 SPC)
Modélisation de l’œil normal, construction d’un modèle (usage de lentilles convergentes), travail sur les paramètres (obtention et netteté d’une image)
SPC
Fonctionnement de l’œil / Lien objet – image SPC, MATH, SPC
L’œil myope : comment corriger la myopie, prévoir la correction ? SVT, SPC, MATH
Evaluation SVT, SPC, MATH
Bilan horaire 29 Heures (11 SVT, 9 MATH, 9 SPC) dont 4 d’évaluation
Une expérimentation d’option science (Article 34) Lycée Madame de Staël 74160 Saint Julien en Genevois
Plan de la séquence Intervenants et horaires
1 Modélisation du fonctionnement optique de
l'oeil normal
conception/réalisation d'un protocole pour déterminer les
conditions permettant d'obtenir une image nette
mise en relation des paramètres déterminants sous forme
d'équations (lentille fixée)
applications des équations sur d'autres lentilles (vérification)
mise en équation du système optique de
correction
Le fonctionnement de l'œil normal (hors optique)
Les caractéristiques macroscopiques de la
myopie
test de lentilles pour corriger la myopie
Créer un oeil myope avec des lentilles
2 Modélisation du fonctionnement optique de
l'oeil myope
les techniques de correction de la myopie
Créer un oeil normal avec des
lentilles
1
Comment corriger
une myopie ?
SVT
Maths
SPCSs Problème
Travail en Mathématiques
n Le travail à réaliser par les élèves :vTrouver une relation liant les paramètres OA (distance
lentille-objet), OA' (distance lentille-image) et OF' (distance lentille -foyer image).
v (formulation donnée aux élèves).vTester le modèle sur des mesures prises en sciences
physiques
n Les choix nécessaires des élèves :vLes outils mathématiques à utiliser.
LES LIMITES DE LA VISION
Travail en Sciences Physiques
n Le travail à réaliser par les élèves :vConcevoir, rédiger et réaliser un protocole pour obtenir une
image nette derrière une lentille afin de comprendre une maladie de l'œil (la myopie) et d'être capable de proposer une correction.
n Les choix nécessaires des élèves :vchoisir les modalités de mesure, le matériel d'optique étant
imposé.v faire varier les paramètres afin de trouver un lien entre
eux.
LES LIMITES DE LA VISION
Travail en S.V.T.
n Le travail à réaliser par les élèvesvDéterminer les moyens de corriger la myopie et leur
principe de fonctionnement.
n Les choix nécessaires des élèvesvChoisir les sources d'information,vChoisir les informationsvChoisir une manière de corriger la myopie à présenter aux
autres élèvesvChoisir le type de schéma le plus approprié pour
présenter le moyen.
LES LIMITES DE LA VISION
Quelques pistes de travail co-disciplinaire.Pour l’instant trois thèmes sont abordés :
v Myopie (16 h)
v Repérage de l'épicentre d'un séisme (20 h)
v Réchauffement climatique et cycle du carbone (3 h hebdomadaires)
QUELQUES RESSOURCES… :
http://forum-culturemath.dma.ens.fr/spip.php?rubrique1
Quelles mathématiques pour le module "Méthodes et Pratiques Scientifiques" en Classe de Seconde ?
http://educmath.inrp.fr/Educmath/recherche/p2s-corise/
Forum CultureMath
Il y a de nombreux documents pédagogiques pluridisciplinaires mis en ligne par les équipes d’enseignants ayant développé l’option « Démarche et Culture Scientifique » (ex "option Sciences") dans leur lycée.Ce ne sont pas des ressources "clé en main" pour l’enseignement d’exploration MPS, mais elles peuvent être sources d’inspiration pour la mise en place de cet enseignement.
Sans oublier :
ØLes Pages mathématiques de l’académie de Montpellier
ØL’IREM de Montpellier [Enseignement scientifique]
ØL’APMEP [Modules de découverte MPS]
Ø…