Resolution Problemes Griesp

GRIESP juillet 2014 1

Table des matires

1. Introduction .............................................................................................................................. 3

2. Quels sont les contours dune activit de rsolution de problmes en physique-chimie ?3

2.1 La rsolution de problmes dans les programmes de lyce .................................................... 3

2.2 La rsolution de problmes sous lclairage des comptences................................................ 4

2.3 Russir une rsolution de problme .................................................................................. 5

3. Quels sont les intrts pdagogiques dune activit de rsolution de problmes en

physique-chimie ? .......................................................................................................................... 6

3.1 Du point de vue de llve ....................................................................................................... 6

3.1.1 Raisonner sa faon ........................................................................................................ 6

3.1.2 Se tromper pour progresser .............................................................................................. 6

3.1.3 Travailler autrement .......................................................................................................... 6

3.2 Du point de vue du professeur ................................................................................................. 6

4. Comment former les lves la rsolution de problmes en physique-chimie ? .............. 7

4.1 Une programmation prvoir .................................................................................................. 7

4.2 Travailler les capacits dans un cadre complexe ............................................................... 7

4.3 Les phases incontournables de la rsolution de problmes ..................................................... 8

4.4 Lorganisation du travail en classe ........................................................................................... 8

5. Comment valuer les lves lors de rsolution de problmes en physique-chimie ? ........ 8

5.1 Une valuation nouvelle .......................................................................................................... 8

5.1.1 La problmatique de lvaluation ....................................................................................... 8

5.1.2 Lauto valuation est possible ........................................................................................... 9

5.2 Une valuation fonde sur les comptences ........................................................................... 9

5.2.1 Attribution dun niveau de matrise pour chaque comptence ........................................... 9

5.2.2 Etablissement dun tableau rcapitulatif des niveaux de matrise des comptences ....... 10

5.2.3 Attribution dune note au regard des niveaux de matrise des comptences ................... 10

6. Quelques exemples de rsolutions de problmes de la seconde la terminale S ........... 10

6.1 La conception dune rsolution de problme.......................................................................... 10

6.2 La banque de ressources propose par le GRIESP .............................................................. 11

6.2.1 Plusieurs niveaux pour chaque rsolution de problme ............................................. 11

Rsoudre un problme de physique-chimie ds la seconde (Griesp)


6.2.2 Les choix qui ont motiv la conception des ressources ................................................... 11

6.2.3 Liste des ressources proposes ...................................................................................... 11

7. Une bibliographie - sitographie sur la rsolution de problmes ........................................ 13

7.1 Ouvrages ............................................................................................................................... 13

7.2 Sitographie ............................................................................................................................ 13

7.2.1 Sites nationaux et internationaux .................................................................................... 13

7.2.2 Sites acadmiques .......................................................................................................... 13

8. Membres du Griesp ............................................................................................................... 14

9. Annexes ........................................................................................................................... 15-237


1. Introduction La rsolution de problmes a t explicitement introduite dans le nouveau programme de spcialit de la classe de terminale S entr en application la rentre scolaire 2012. Laptitude rsoudre un problme fait partie des grandes comptences du XXIme sicle, comptences qui devront tre construites dans les coles de demain. Daprs lOCDE1, on constate ces dernires dcennies une forte augmentation des emplois requrant de solides comptences en rsolution de problmes. Dans le cadre de lvaluation internationale PISA2 2012, les performances des lves de 15 ans en rsolution de problmes ont t values. Dans le contexte de PISA, la rsolution de problmes est dfinie comme la capacit dun individu sengager dans un traitement cognitif pour comprendre et rsoudre des problmes, en labsence de mthode de solution vidente, ce qui inclut sa volont de sengager dans de telles situations pour exploiter tout son potentiel de citoyen constructif et rflchi . Il faut souligner que les problmes mis en uvre dans cette valuation internationale sont a priori conus pour saffranchir des connaissances des domaines classiques valus par PISA comme la comprhension de lcrit, la culture mathmatique et la culture scientifique. Ce nest pas le parti pris pour ce qui concerne la rsolution de problmes en physique-chimie, celle-ci doit sappuyer de fait sur les connaissances et savoir-faire exigibles des programmes de lyce, ce qui la diffrencie de manire significative du cadre identifi par PISA mme si les comptences mobilises sont similaires. La formation la rsolution de problmes doit sinscrire dans un continuum qui va du collge, o les lves se voient proposer des tches complexes et des dmarches dinvestigation, lenseignement post-baccalaurat, avec lintroduction de la rsolution de problmes en classes prparatoires aux grandes coles et dans certaines universits. Pour faciliter cette transition, ce document prend rsolument le parti dinciter les professeurs dbuter la formation des lves la rsolution de problmes ds la classe de seconde. Ainsi, certains des exemples proposs sont destins des lves de seconde ; d'autres sont lintention des lves de premire ou de terminale. Ce document vise proposer aux professeurs des pistes et des exemples pour former les lves la rsolution de problmes. Les suggestions formules nont naturellement aucun caractre normatif ou prescriptif, les questions des comptences mobilises et de lvaluation formative ou sommative seront galement traites car elles sont indissociables dun apprentissage efficace et structur. Remarquons enfin que cette contribution sera complte ultrieurement par un document traitant des approches documentaires3 (analyses et/ou synthses de documents scientifiques).

2. Quels sont les contours dune activit de rsolution de problmes en physique-chimie ?

2.1 La rsolution de problmes dans les programmes de lyce Ce type dactivit est dcrit dans le prambule du programme de physique-chimie de terminale S dans les termes suivants : En plaant llve en situation de recherche et daction, cet enseignement [de spcialit] lui permet de consolider les comptences associes une dmarche scientifique. Llve est ainsi amen dvelopper trois activits essentielles chez un scientifique :

- la pratique exprimentale ; - lanalyse et la synthse de documents scientifiques ; - la rsolution de problmes scientifiques.

1 http://www.oecd.org/pisa/keyfindings/PISA-2012-PS-results-fre-FRANCE.pdf 2 On pourra consulter la note de la DEPP numro 8 davril 2014. 3 La porosit entre les deux dmarches (approche documentaire et rsolution de problmes) est souligne dans ce texte de prsentation.


Lors de la dmarche de rsolution de problmes scientifiques, llve analyse le problme pos pour en comprendre le sens, construit des tapes de rsolution et les met en uvre. Il porte un regard critique sur le rsultat, notamment par lvaluation dun ordre de grandeur ou par des considrations sur lhomognit. Il examine la pertinence des tapes de rsolution quil a labores et les modifie ventuellement en consquence. Il ne sagit donc pas pour lui de suivre les tapes de rsolution qui seraient imposes par la rdaction dun exercice, mais dimaginer lui-mme une ou plusieurs pistes pour rpondre la question scientifique pose.... . On comprend bien quil sagit l doffrir aux lves des situations adaptes aux objectifs viss en matire de matrise des comptences et sinspirant modestement de lactivit authentique dun scientifique.

2.2 La rsolution de problmes sous lclairage des comptences Dun point de vue pdagogique, ce type dactivit sapparente une tche complexe, cest--dire une tche dont la rsolution amne llve utiliser, en les articulant, des ressources internes (culture, capacits, connaissances, etc.) et externes (documents, aides mthodologiques, protocoles, notices, recherches sur Internet, etc. ). Cette tche complexe demande llve de mettre en uvre un ensemble de capacits et de comptences varies cibles par le professeur ; le tableau4 ci-dessous, propose une synthse organise mais non exhaustive de celles-ci.

Comptence Exemples de capacits associes

Sapproprier le problme. Faire un schma modle. Identifier les grandeurs physiques pertinentes, leur attribuer un symbole. valuer quantitativement les grandeurs physiques inconnues et non prcises. Relier le problme une situation modle connue.

tablir une stratgie de rsolution (analyser).

Dcomposer le problme en des problmes plus simples. Commencer par une version simplifie. Expliciter la modlisation choisie (dfinition du systme, ). Dterminer et noncer les lois physiques qui seront utilises.

Mettre en uvre la stratgie (raliser).

Mener la dmarche jusquau bout afin de rpondre explicitement la question pose. Savoir mener efficacement les calculs analytiques et la traduction numrique. Utiliser lanalyse dimensionnelle.

4 Ces comptences ont t identifies dans le document de lIGEN Recommandations pour la conception de lpreuve crite de physique-chimie du baccalaurat S publi en dcembre 2013 et dans les nouveaux programmes de physique et de chimie de CPGE appliqus en premire anne la rentre 2013 et en deuxime anne la rentre 2014. Document tlchargeable ladresse suivante : http://www.cndp.fr/portails-disciplinaires/fileadmin/user_upload/Physique-chimie/PDF/Recommandations_pour_l_epreuve_ecrite_du_bac_S_15-12-2013.pdf


Avoir un regard critique sur les rsultats obtenus (valider).

Sassurer que lon a rpondu la question pose. Vrifier la pertinence du rsultat trouv, notamment en comparant avec des estimations ou ordres de grandeurs connus. Comparer le rsultat obtenu avec le rsultat dune autre approche (mesure exprimentale donne ou dduite dun document joint, simulation numrique, ). tudier des cas limites plus simples dont la solution est plus facilement vrifiable ou bien dj connue.

Communiquer. Prsenter la solution ou la rdiger en expliquant le raisonnement et les rsultats.

Il convient de souligner que la comptence tre autonome, faire preuve dinitiative , non mentionne ci-dessus, est transversale. Elle est souvent mobilise sur l'ensemble de lactivit de rsolution de problmes et elle participe la dfinition du niveau de matrise des autres comptences. On peut dgager quelques invariants concernant la rsolution de problmes scientifiques o llve, confront une question prcise, est amen : - prendre des dcisions : sachant que les chemins de rsolution sont multiples, la crativit,

lengagement voire laudace doivent tre encourags (comptence tre autonome, faire preuve dinitiative ) ;

- articuler des donnes issues de son exprience personnelle, de ses acquis et des documents proposs. Les donnes utiles ne sont pas apportes par lnonc de manire squentielle et locale mais elles peuvent tre regroupes au dbut ou la fin du document prsentant la rsolution de problme ; il peut y avoir des donnes manquantes que llve devra identifier et dont il devra ventuellement estimer une valeur (comptences sapproprier et analyser ) ;

- schmatiser, identifier et nommer des grandeurs, mobiliser des modles, relevant de la physique ou de la chimie, jugs pertinents pour faire des prvisions et/ou apporter des arguments (comptences sapproprier et analyser ) ;

- construire et mettre en uvre une stratgie qui peut recourir lexprience (comptences analyser et raliser ) ;

- rendre compte de ses travaux lcrit comme loral, individuellement ou collectivement ( communiquer ) ;

- avoir un regard critique sur le(s) rsultat(s) trouv(s) qui peut amener llve reconsidrer sa dmarche ( valider ).

2.3 Russir une rsolution de problme Lors de sa formation, llve doit demble prendre conscience des caractristiques de la dmarche attendue afin dadopter une posture dengagement adapte la tche. En effet, contrairement aux situations de formation auxquelles il est gnralement confront, llve doit savoir que :

- les questions poses ninduisent pas a priori une dmarche de rsolution ; - la rponse nest ni vidente, ni immdiate (sinon ce nest plus une rsolution de problme),

ni forcment prcise (ordre de grandeur choisir ou estimer) et pas toujours unique (la rponse dpend du modle choisi, lutilisation dun modle plus labor ou la prise en compte de paramtres ngligs dans un premier temps peuvent conduire des rponses diffrentes) ;

- toute dmarche cohrente, mme si elle ne dbouche pas sur un rsultat abouti, sera value positivement par le professeur. Il en est de mme pour toute analyse critique du travail ralis et des rsultats obtenus.


3. Quels sont les intrts pdagogiques dune activit de rsolution de problmes en physique-chimie ?

3.1 Du point de vue de llve

3.1.1 Raisonner sa faon

La stratgie de rsolution n'est pas guide et, souvent, elle n'est pas unique ; ainsi chaque lve labore un raisonnement personnel, qui peut tre diffrent des stratgies initialement envisages par l'enseignant. Les lves sortent ainsi du cadre d'un exercice classique tapes imposes et peuvent contourner une difficult en ayant recours une stratgie alternative.

3.1.2 Se tromper pour progresser

Lerreur est source dapprentissage. Comme le dit Thomas Edison :"I have not failed. Ive just found 10,000 ways that wont work." Ainsi, lors de llaboration dune stratgie, les professeurs doivent permettre aux lves de suivre des pistes non fructueuses et les amener les amliorer, si possible par eux-mmes, en faisant voluer la stratgie initialement adopte. La possibilit de pouvoir essayer sans crainte des dmarches dessai-erreur est trs propice la construction de savoirs mieux ancrs.

3.1.3 Travailler autrement

Quand les activits de recherche dune rsolution de problme sont bien adaptes au niveau des connaissances requises et de laccessibilit des modles, elles procurent une motivation supplmentaire aux lves qui apprcient de travailler plus librement, souvent en groupe et dans un cadre collaboratif. Les lves sont plus actifs, ils changent entre eux et prennent confiance dans des situations a priori droutantes. Par une mise en uvre plus rgulire et dans une logique de dcouverte de situations de plus en plus complexes, on espre ainsi que llve se dtachera de lattitude classique reconnatre rapidement ou bien abandonner , en prenant lhabitude de dvelopper des stratgies ncessitant un peu plus de persvrance. Un travail de synthse personnalis propos en fin de sance et analysant la ou les dmarches choisies est recommand pour renforcer lefficacit de la formation et mettre en confiance les lves.

3.2 Du point de vue du professeur Les professeurs qui sengagent dans ce type de tches y trouvent gnralement beaucoup dintrt. Citons quelques arguments qui poussent les professeurs diversifier leurs pratiques en incluant assez rgulirement ces activits depuis la classe de seconde :

- dans une posture daccompagnant, le professeur a la possibilit dobserver les lves se posant des questions. Il peut ainsi plus efficacement reprer les obstacles, et apporter au fur et mesure des aides cibles sur des difficults formules, donc dj repres par les lves ;

- il est possible, dans une mme classe, danticiper une diffrenciation des comptences travailles, en proposant deux ou trois variantes de formulation de la tche raliser, puis de laffiner en apportant, le cas chant et en temps rel, des aides personnalises sous la forme par exemple de coups de pouce . Cela permet de porter son attention sur les lves encore peu experts .

Le professeur peut tre amen adapter des rsolutions de problmes existantes, comme certains exemples proposs en annexe le montrent, puis progressivement sengager dans le travail passionnant de conception de ce type dactivits.


4. Comment former les lves la rsolution de problmes en physique-chimie ?

4.1 Une programmation prvoir Les exercices de type rsolution de problmes ncessitent un temps dimprgnation pour acqurir les comportements et les comptences attendus en fin de cycle terminal, aussi toute formation la dmarche scientifique incluant des rsolutions de problmes gagnerait tre envisage ds la classe de seconde ; les enseignements dexploration fournissent, de ce point de vue, un cadre adapt pour proposer ce type de dmarches. Les rsolutions de problmes constituent un prolongement logique des tches complexes et des dmarches dinvestigation mises en uvre au collge, tout en revtant un caractre nouveau pour les lves. La formation la rsolution de problmes est un apprentissage qui, comme tout apprentissage, peut entraner des difficults ncessitant une aide mthodologique ; il serait alors pertinent dexploiter des sances daccompagnement personnalis pour renforcer le travail engag en physique-chimie dans ce domaine. Par consquent, une formation des lves la dmarche de rsolution de problmes sinscrit dans une programmation annuelle, en organisant une progressivit dans la complexit des situations proposes, en diffrenciant par groupes de comptences, notamment en exploitant la possibilit dutiliser les diffrentes versions (niveaux initiation/confirm/expert) dun mme sujet et en grant au mieux les fiches daide. Ce qui amne articuler dans un ordre variable :

- un travail collaboratif et interactif notamment, mais pas de manire exclusive, dans le cadre des sances denseignement incluant des approches exprimentales ;

- un travail plus individualis raliser en classe, la maison ou lors dune valuation (formative ou sommative).

4.2 Travailler les capacits dans un cadre complexe On peut noter que, lors de ces diffrentes activits, le professeur peut choisir de focaliser lattention sur une tape particulire de la rsolution de problmes, tout en la menant toujours son terme, ventuellement au moyen dune aide cible, pour ne pas perdre le sens global de la tche. Pour dvelopper certaines capacits mobilises lors dune rsolution de problmes, il pourra par exemple choisir de :

- souligner quelques techniques en lien avec la phase dappropriation : identifier les grandeurs pertinentes, les nommer, en proposer des ordres de grandeurs, schmatiser la situation physique, etc. ;

- travailler les stratgies de contournement permettant par exemple de pallier une connaissance absente ou oublie ;

- insister sur ltape de proposition dun schma de rsolution ; - centrer son activit sur la recherche et le tri dinformations pertinentes contenues dans les

ventuels documents ; - demander de proposer un modle de rsolution plus labor que celui propos initialement

pour par exemple gagner en prcision ; - travailler sur la vrification et la validation dun rsultat afin de montrer llve limportance

de conserver un regard critique sur les rsultats obtenus ; - travailler la prsentation de la solution en montrant que celle-ci peut revtir diffrentes

formes, plus ou moins rdiges ou schmatises.


4.3 Les phases incontournables de la rsolution de problmes La rsolution de problmes contribue la formation des lves aux comptences de la dmarche scientifique. En tant que telle, elle ne peut tre que progressive et construite dans la dure. Le premier pas pour llve confront une rsolution de problmes est de dcrypter le problme, cest--dire de sapproprier celui-ci. Aprs lecture des documents, llve doit tre en mesure dexpliciter les objectifs de lexercice propos, seul ou en groupe, lcrit ou loral. La matrise de la comptence sapproprier demande en particulier llve de questionner les documents, sans laide du professeur, pour identifier quelles informations ils apportent (en regard de la problmatique), pour retranscrire les donnes utiles et commencer les articuler entre elles et avec ses propres connaissances. Dans un deuxime temps, il sagira danalyser ces informations en les compltant par les lois et les principes qui semblent ncessaires pour modliser la situation. Cette phase pralable dappropriation et danalyse est indispensable et ne peut tre nglige ; elle ncessite du temps et contribue la construction de la stratgie. Il sagit de ltape dite de dcontextualisation dun problme o le codage de linformation sappuie sur un formalisme ddi (lexical, schmatique, mathmatique, etc.) ; cette tape est cruciale pour faire comprendre aux lves la manire dont la science rpond aux questions poses. Cette phase constitue une des difficults majeures dans lenseignement de notre discipline, les lves doivent y tre pleinement associs.

4.4 Lorganisation du travail en classe La conduite dune situation pdagogique question ouverte demande de savoir articuler des temps de travaux de recherche individuelle ou en groupe et les temps de mise en commun. Une soigneuse anticipation des dures de ces phases de travail, mme si la tche nest pas aise, est ncessaire lors de llaboration du scnario pdagogique des sances. La posture du professeur au cours de ces sances alterne entre des phases dobservation et danalyse silencieuses o le professeur est en retrait, et des phases de courts changes adresss un lve ou un groupe ou lensemble de la classe pendant lesquelles des informations ou des bilans peuvent tre partags. Les TICE, en particulier lutilisation de lInternet pour la recherche dinformations, de logiciels pour construire des cartes heuristiques, de systmes dacquisitions dans le cas de rsolution de problmes caractre exprimental, ou de logiciels de traitement de linformation (tableur-grapheur-solveur), peuvent tre utilises. Pour accrotre le travail collectif et linteraction entre lves, on ne se privera pas dutiliser les tableaux numriques interactifs pour travailler directement et collectivement sur les documents. De plus, en les combinant une tablette numrique ou un appareil photo numrique, il est possible de projeter la production dun groupe dlves pour que la classe puisse en faire une critique constructive ou pour comparer plusieurs dmarches.

5. Comment valuer les lves lors de rsolution de problmes en physique-chimie ?

5.1 Une valuation nouvelle Lanalyse prsente ci-dessous a trait lvaluation sommative telle quelle peut tre pratique dans le cadre du baccalaurat, cependant cette rflexion permet de construire de manire analogue des valuations dautres niveaux.

5.1.1 La problmatique de lvaluation

Par nature, une rsolution de problme ne peut pas tre value de manire classique et squentielle en capitalisant des points obtenus pour chaque lment de rponse attendu. Les voies de rsolution suivies par les lves ntant pas uniques, ni ventuellement linaires, il nest pas


possible de procder comme pour un exercice guid comportant des questions successives qui structurent par avance le plan de la rsolution. Pour pouvoir analyser les productions des lves, il est ncessaire de rechercher lavance les schmas de rsolution possibles, didentifier les comptences et les capacits mises en jeu, de dcrire des exemples dindicateurs de russite et de reprer dans les diffrentes tapes de la dmarche personnelle des lves si ces indicateurs sont prsents. La rdaction du corrig ncessite, lors de la conception du sujet, davoir recherch le (ou les) schma(s) de rsolution envisageable(s) et den faire par exemple une reprsentation de type algorithmique visant expliciter au mieux les tapes identifiables. Lidentification des comptences mises en jeu et la description dexemples dindicateurs de russite ncessitent de sappuyer sur les comptences (identifies dans le tableau du paragraphe 2.2) qui ont t mises en uvre dans la rsolution. Il convient galement de caractriser la manire dont les comptences sont mobilises en listant des exemples de capacits contextualises cest--dire en lien direct avec la rsolution mise en uvre.

5.1.2 Lauto valuation est possible

Si lvaluation des comptences des lves est de la responsabilit du professeur, une auto-valuation a posteriori, en utilisant la grille de comptences avec les critres de russite retenus, pourra tre utilement exploite en demandant llve didentifier ses points de russite ou ceux qui ont fait dfaut dans sa dmarche.

5.2 Une valuation fonde sur les comptences La mthode prsente est fonde sur le niveau de matrise des comptences mises en jeu. Cette mthode a dj t exemplifie sur des situations varies comme : Cor de chasse , sujet pos la session 2014 du baccalaurat en mtropole et Dilatation des ocans , document conu par les membres du GRIESP. Soulignons enfin que cette mthode a lavantage dinduire des pistes pour la formation des lves la rsolution de problmes.

5.2.1 Attribution dun niveau de matrise pour chaque comptence

Le niveau de matrise de chaque comptence est apprci selon quatre niveaux en regard de la production de llve et des indicateurs de russite prcdemment identifis. Pour cela, lattribution sappuie sur les indicateurs de russite prsents dans la production de llve :

- niveau A : les indicateurs choisis apparaissent pratiquement dans leur totalit ; - niveau B : les indicateurs choisis apparaissent partiellement ; - niveau C : les indicateurs choisis apparaissent de manire insuffisante ; - niveau D : les indicateurs choisis ne sont pas prsents.

Attention, puisquil sagit dune valuation sommative, celle-ci intervient lissue de la formation. Les niveaux sont dcerns aprs que les lves aient ralis la tche seuls et en autonomie, sans que le professeur nait interagi avec eux. Cette particularit mrite dtre souligne, car, dans le cadre de lECE, ces mmes niveaux sont dcerns, mais ils permettent alors dapprcier le degr dautonomie dun lve lors de la ralisation dune preuve pratique en temps limit, en interagissant avec lui pour lui permettre daller au bout de la tche. Indiquons que, dans le processus dvaluation, il ny a aucune lgitimit corrler a priori entre eux les niveaux de matrise de comptences diffrentes. Par exemple, lobtention par un lve dun niveau de matrise B dans la comptence analyser ne doit pas rendre impossible lattribution dun niveau A pour la comptence raliser .


5.2.2 Etablissement dun tableau rcapitulatif des niveaux de matrise des comptences

Aprs lapprciation du niveau de maitrise de chaque comptence, on rpte dans un tableau les comptences juges les plus importantes de manire leur donner visuellement un poids relatif plus lev. On pourra sur ce thme de rfrer lexemple intitul Dilatation des ocans .

Comptences Niveau de matrise

A B C D

Sapproprier Analyser

Analyser

Raliser

Raliser

Valider

Communiquer

Si une valuation chiffre est attendue (comme cela peut tre le cas dans lexercice de spcialit du baccalaurat S not sur 5 points), la note finale rsulte dune analyse du tableau. Des lments indicatifs, exemplifis au paragraphe 5.2.3 peuvent tre prciss mais la dcision finale relve de lexpertise du professeur. Soulignons que le passage la note nest en aucune manire une obligation.

5.2.3 Attribution dune note au regard des niveaux de matrise des comptences

Dans le cas dune rsolution de problmes que lon dsire valuer en produisant au final une note sur 5 points, plusieurs propositions pour attribuer la note peuvent tre faites ce sujet, par exemple celle qui consiste analyser les proportions des diffrents niveaux A, B, C et D : - majorit de A : note entre 4 ou 5 (majorit de A et aucun C ou D : 5) - majorit de B : note entre 2 et 4 (uniquement des B : 3) - majorit de C : entre 1 et 3 (uniquement des C : 2) - majorit de D entre 0 et 2 (uniquement des D : 0 ; ds quil y a dautres niveaux que le D : 1 ou

2) Naturellement des modifications peuvent tre apportes en fonction de difficult de la rsolution de problmes.

6. Quelques exemples de rsolutions de problmes de la seconde la terminale S

6.1 La conception dune rsolution de problme Les ressources proposes dans ce document peuvent tre utilises pour tre exploites en formation ou en valuation. Toutefois, elles ne visent pas lexhaustivit et par consquent elles ne couvrent pas lensemble des besoins. Le professeur est donc invit concevoir ses propres rsolutions de problmes partir des quelques pistes fournies ci-aprs :

- choisir un contexte attractif et motivant ; - mettre en uvre des connaissances et des comptences acquises dans le champ de la

physique-chimie, ventuellement largies dautres disciplines ; - envisager des situations o la mise en uvre dune exprience participe la construction

dune solution au problme pos ; - proposer ventuellement des situations pour lesquelles les documents ne fournissent pas

toutes les donnes ncessaires llaboration dune solution. Dans ce cas, il sera envisageable soit dvaluer des ordres de grandeur de paramtres utiles, soit de permettre llve doprer une recherche sur Internet pour en dterminer les valeurs ;


- insrer, si ncessaire, une ou plusieurs questions pralables. Celles-ci permettent daider llve sapproprier plus facilement le problme, ou dattirer son attention sur une information cible. Ces questions pralables peuvent savrer utiles pour une formation dbutant ; elles peuvent aussi tre transformes en coups de pouce lorsque lapprentissage est plus avanc. Il est ncessaire que ces questions ninduisent pas la dmarche de rsolution proprement dite.

6.2 La banque de ressources propose par le GRIESP

6.2.1 Plusieurs niveaux pour chaque rsolution de problme

Le champ des possibles tant trs vaste, la banque de ressources attenante dcrit des situations pdagogiques testes dans des classes de seconde, premire ou terminale. Pour chaque situation propose, deux ou trois niveaux sont gnralement dclins :

- un niveau dinitiation en phase de dcouverte et dappropriation par les lves de la dmarche de rsolution de problmes ;

- un niveau confirm qui permet de consolider les acquis ; - ventuellement un niveau expert pour les lves les plus volontaires pour sengager.

Les situations proposes sappuient gnralement sur des documents, plus ou moins longs ou difficiles exploiter. La comptence du programme extraire et exploiter des informations est parfois sollicite un niveau expert. Les professeurs doivent prendre en compte cette porosit incontournable entre les diffrentes activits approches documentaires et rsolutions de problmes - que llve doit conduire, et adapter les situations en consquence dans leur classe. De manire valuer limpact des modifications apportes aux diffrentes versions dune mme rsolution de problmes sur les comptences mobilises, des niveaux de difficult bass sur une chelle ordinale quatre niveaux sont attribus chaque comptence.

6.2.2 Les choix qui ont motiv la conception des ressources

Le choix de lensemble des ressources proposes dans ce document, mme au stade de linitiation, est de toujours proposer aux lves un problme rsoudre. Il est apparu plus pertinent de placer les lves dans des situations o ils doivent articuler plusieurs comptences, plutt que de les exposer la mise en uvre des comptences isoles. En effet, la rsolution de plusieurs tches simples ne garantit pas automatiquement la capacit rsoudre un problme (tche complexe). Cependant, il est videmment possible de choisir une autre stratgie pdagogique que celle prsente ici. Les professeurs sont donc invits exprimenter dautres voies de formation sils le souhaitent.

6.2.3 Liste des ressources proposes

Intitul Classe Quelques caractristiques Nombre de versions

Page

Le rugby 2nde Assez facile mais il faut sapproprier

quelques rgles du rugby. 3 versions 15

Autonomie en plonge

2nde La version initiation est bien adapte. Pas

beaucoup de documents. Mise en uvre de la loi de Boyle-Mariotte.

3 versions 35

Homopathie 2nde Une vigilance particulire : les lves ont

des difficults s'approprier le vocabulaire.

2 versions 43

Gonflage d'un ballon 2nde Parfaitement adapte au niveau seconde

dans sa version confirme . 2 versions 50

Geocentrique ou presque

2nde Approche mixte avec une approche

documentaire. 1 version 63

Lever de la Terre 2nde Sujet assez dlicat en raison de la

problmatique des rfrentiels. 2 versions 69

Le sel 2nde Une version initiation trs adapte. 3 versions 76


Intitul Classe Quelques caractristiques Nombre de versions

Page

Cascade 1S Optique gomtrique. Possibilit de la

coupler avec celle sur la Profondeur dun pont .

2 versions 89

Profondeur du pont 1S Optique gomtrique ; prolongement

possible de la ressource Cascade . Pas en phase dinitiation.

3 versions 97

CO2 mis par les voitures

1S

Niveau initiation trs adapt. Le niveau expert est difficile (ncessit de

travailler avec des ordres de grandeur). Le niveau confirm est assez difficile mais

riche car les lves doivent prendre des dcisions.

3 versions 106

Extraction slective 1S

Approche exprimentale de la rsolution de problme ; permet d'introduire et de

travailler sur la proposition de schma de rsolution du problme ; ncessite deux

sances.

3 versions 124

Jet d'eau (version 1)

1S Plutt en fin danne. Peut tre aussi

propose en terminale. 3 versions 138

Hobbit 1S Une thmatique relevant de la science-

fiction. Notion de puissance et dnergie. Diffrents registres.

2 versions 147

Panneaux photovoltaques

TS

Trs bonne introduction; peut tre utilise en 1re si on explicite le lien puissance et nergie. Illustre le fait qu'une rsolution de

problme n'est jamais termine (approches itratives).

1 version 154

Dilatation des ocans

TS Une version initiation - Ressource dj publie dans sa version confirme .

2 versions 160

Voiture en mouvement

TS

Exprimentale, trs simple au niveau de lappropriation. Peut se faire rapidement en

dbut d'anne de TS. Niveau confirm cause des calculs. Fichier son.

1 version 170

Octobasse

TS

Base : sujet de bac (septembre 2013 mtropole) - 2 versions confirm - une

version expert utilisant lanalyse dimensionnelle.

3 versions 177

Jet d'eau (version 2)

TS Adapte au niveau TS, approche nergtique. axe sur l'analyse

dimensionnelle. 2 versions 189

Coque d'un navire TS Base : bac S mtropole juin 2013. Vise montrer comment adapter un sujet pour

construire un niveau expert . 3 versions 195

Mission Apollo TS En spcialit niveau expert ; deux voies de rsolution possibles dure

suprieure une heure 3 versions 208

Le rugby TS On demande de proposer des quations

horaires partir d'un modle dterminer par les lves

2 versions 221

Le cor des Alpes TS Exercice de spcialit du baccalaurat S

session 2014 1 version 232


7. Une bibliographie - sitographie sur la rsolution de problmes

7.1 Ouvrages

- George Polya Comment poser et rsoudre un problme , deuxime dition augmente, traduit par C. Mesnage, prface de G. Darmois, Paris, Dunod 1965, disponible aux ditions Jacques Gabay. Cet ouvrage a inspir de nombreux travaux de didactique des mathmatiques.

- Lawrence Weinstein et John A Adam Guesstimation - Solving the World's Problems on the Back of a Cocktail Napkin , Princeton. Ce livre donne de nombreux exemples de questions ouvertes, rsolution de problmes, pour lesquelles de nombreuses estimations sont faire pour parvenir au rsultat.

7.2 Sitographie

7.2.1 Sites nationaux et internationaux

- http://cache.media.eduscol.education.fr/file/SPC/50/8/Resolution_de_problemes_221508.pdf : Eduscol : ressources pour la classe terminale.

- http://www.ac-paris.fr/portail/jcms/p1_639558/resolution-de-problemes : CPGE, site de

lacadmie de Paris. - http://ife.ens-lyon.fr/vst/DA-Veille/82-fevrier-2013.pdf : le dossier de lIF des projets pour

mieux apprendre (Catherine Reverdy), voque assez largement la rsolution de problme, dans un contexte un peu diffrent.

- http://wiki.upmc.fr/download/attachments/7733587/ResolutionPb-2013-

UPMC.pdf?version=1&modificationDate=1366056962000 : texte de Jean-Michel COURTY (Universit Pierre et Marie Curie).

- http://scitation.aip.org/content/aapt/journal/tpt/info/collections : site de la revue amricaine de

The Physics Teacher . On y trouve deux types de rsolutions de problmes (noncs et solutions possibles) :

- les Fermi questions , poses tous les mois par Lawrence Weinstein, auteur de Gesstimation ;

- les Physics Challenges : problmes poss en ligne. Les tudiants (ou quipes d'tudiants) peuvent proposer leur solution galement en ligne.

7.2.2 Sites acadmiques

Les sites acadmiques suivants mettent en ligne des rsolutions de problmes qui constituent des pistes intressantes pour les professeurs. - http://www.pedagogie.ac-nantes.fr/40760136/0/fiche___pagelibre/ (Nantes) - http://physique.ac-orleans-tours.fr/lycee/premiere_s/resolutions_de_problemes/ (Orlans-Tours) - http://www.discip.crdp.ac-caen.fr/phch/resolution_pb/resolution_pb.htm (Caen) - http://spcfa.spip.ac-rouen.fr/spip.php?rubrique174 (Rouen)


8. Membres du Griesp5

AUZELY-LEXA Catherine professeure

BARON Christine professeure

BLOQUEL Carole professeure

COPPENS Nicolas professeur

GIROUX Bruno professeur

GYR Marc professeur

HELIOT Ludivine professeure

LE RILLE Alain professeur

MASSOTTE Muriel professeure

MOUTET Laurent professeur

MONTANGERAND Michel professeur

SCHLOSSER Nicolas professeur

MOMBELLI Bruno IA-IPR

SIMON Christiane IA-IPR

VIGNERON Michel IA-IPR

5 Groupe de Recherche et dinnovation pour lEnseignement des Sciences Physiques


9. Annexes

Rsolution de problme : Passe en avant ou en arrire au rugby ?

Niveau : Seconde gnrale Thme : La pratique du sport Activit exprimentale : non Origine du sujet : GRIESP

Programme de Seconde

Notions et contenus Comptences attendues

Ltude du mouvement : lobservation, lanalyse de mouvements et le chronomtrage constituent une aide lactivit sportive. Des lois de la physique permettent dapprhender la nature des mouvements effectus dans ce cadre.

Relativit du mouvement. Rfrentiel. Trajectoire.

Comprendre que la nature du mouvement observ dpend du rfrentiel choisi. Exploiter des enregistrements vido pour analyser des mouvements.

Description du document Plusieurs versions dune mme rsolution de problme sont proposes avec des niveaux de difficult diffrents.

Niveaux de difficult

Comptences Version 1 (niveau initiation )

Version 2 (niveau confirm )

Version 3 (niveau expert )

Sapproprier (APP) 1 1 2 Analyser (ANA) 2 4 4

Raliser (REA) 1 3 3

Valider (VAL) 1 2 3

Communiquer (COM)

1 2 2

Analyse des diffrentes versions de la rsolution de problme

La version 1 peut tre donne lors de ltude de la relativit du mouvement et du principe dinertie. Ce sujet ne prsente pas de difficults particulires car lappropriation des rgles du rugby est favorise par la prsence dun schma explicatif dans lnonc. Le problme pos dans la version 2 est plus difficile au niveau de lanalyse et de la rsolution du problme car sa rsolution ncessite une modlisation plus aboutie du mouvement du ballon de rugby dans le rfrentiel du terrain. La version 3 prsente encore davantage de difficults car le document de lnonc est plus long et une question supplmentaire est pose aux lves afin quils donnent leur avis sur une nouvelle rgle au rugby.

Droulement de lactivit Le professeur prsente la vido de lessai litigieux puis llve reoit lnonc (fiche 1). Au cours de son raisonnement, en cas de blocage, llve peut faire appel des aides, dcrites dans la fiche 2. Des lments de rponses sont donns dans la fiche 3 pour le professeur. La fiche 4 donne des exemples dindicateurs de russite permettant lenseignant dvaluer cette activit par comptences sil le souhaite.


Prsentation dune des deux vidos suivantes : Match complet Toulouse-Clermont du 5 janvier 2014 (lessai litigieux est visible la 11me minute du match et la 15me minute de la vido) : http://www.youtube.com/watch?feature=player_detailpage&v=HG4tZ4KBr3Y Rsum du match Toulouse-Clermont du 5 janvier 2014 (lessai litigieux est visible 1 min 8 s aprs le dbut du rsum) : http://www.youtube.com/watch?v=LDGV0Op_bEw


Fiche 1 - Enonc du sujet

Top 14, Toulouse-Clermont : Quand la passe en avant de Huget devient une passe en arrire ! Daprs une dpche de lAFP du 09/01/2014 @RugbyramaFR Profitant des nouvelles directives concernant les en-avant, l'essai inscrit par le Toulousain Mdard contre Clermont a t valid par larbitre.

Nulle rgle ne dfinit mieux le rugby que la sacro-sainte passe en arrire, mais ce principe est aujourd'hui plus difficile comprendre, suite la modification du jugement de la passe en avant. Dimanche dernier, un essai a t accord au Toulousain Maxime Mdard aprs qu'il ait rcupr un ballon lanc vers l'arrire par Yoann Huget, mais qui avait atterri deux mtres en avant sur le terrain.

Daprs : http://www.lindependant.fr/2014/01/10/les-mains-de-la-discorde,1833348.php

Difficile de juger un en-avant ! Une passe en avant est juge dsormais selon le mouvement des mains du joueur et non plus selon la trajectoire du ballon sur le terrain

Avancer en se passant le ballon vers

larrire : cest la rgle dor du jeu. Au dclenchement de la passe, le mouvement des mains du joueur est bien dirig vers larrire.

Comme le joueur court lors du lancer du ballon, le ballon va atterrir devant son point de dpart.

Source : IRB - AFP

Si on jugeait, comme prcdemment, la trajectoire du ballon par rapport au terrain, il y aurait en-avant. Cependant, depuis cette anne, la passe est juge bonne car le mouvement des mains du joueur tait vers larrire.


Version 1 : niveau initiation

Questions pralables : Dans quel rfrentiel juge-t-on maintenant si une passe est en avant ou en arrire au rugby ? Pourquoi le ballon peut-il atterrir devant son point de dpart si le joueur court lors du lancer du ballon ?

Problme : Finalement, la passe de Yoann Huget Maxime Mdard est-elle une passe en avant ou une passe en arrire ? Larbitre a-t-il eu raison de valider lessai ?

Version 2 : niveau confirm

Questions pralables : Pourquoi le ballon peut-il atterrir devant son point de dpart si le joueur court lors du lancer du ballon ? La passe de Yoann Huget Maxime Mdard est-elle une passe en avant ou une passe en arrire ?

Problme : Cette nouvelle rgle du rugby concernant les passes favorise-t-elle les joueurs les plus rapides ou les joueurs les plus lents ?


Version 3 : niveau expert

Top 14, Toulouse-Clermont : Quand la passe en avant de Huget enflamme le rugby franais ! Daprs une dpche de lAFP du 09/01/2014 @RugbyramaFR Profitant des nouvelles directives concernant les en-avant, l'essai inscrit par le Toulousain Mdard contre Clermont a entrain de nombreuses ractions.

Nulle rgle ne dfinit mieux le rugby que la sacro-sainte passe en arrire, mais ce principe est aujourd'hui plus difficile comprendre, suite la modification du jugement de la passe en avant. Dimanche dernier, un essai a t accord au Toulousain Maxime Mdard aprs qu'il ait rcupr un ballon lanc vers l'arrire par Yoann Huget, mais qui avait atterri deux mtres en avant sur le terrain.

Daprs : http://www.lindependant.fr/2014/01/10/les-mains-de-la-discorde,1833348.php

Dans le cadre de l'extension du recours l'arbitrage vido cette saison, il est donc prn de ne plus tenir compte de la trajectoire du ballon mais du geste. "On est en train de construire une usine gaz o chacun interprte sa manire et a cre des incomprhensions grotesques. La faon dont elle est applique depuis le dbut de saison dans le championnat franais cre des situations ubuesques. Dans le vestiaire dimanche, certains joueurs taient persuads que l'arbitre avait siffl une pnalit et pas un essai. Ils ne comprenaient pas qu'il ait pu tre accord", explique le directeur sportif de Clermont Jean-Marc Lhermet, ulcr par l'essai toulousain.

Pour linstant, lors des matchs de la saison rgulire, la polmique reste mesure mais elle prendra une toute autre importance en phase finale, voire en finale, avec un titre en jeu. "Je ne vous cache pas que les arbitres franais sont mal l'aise. Avoir introduit cette notion est une complication, une source d'incomprhension

Difficile de juger un en-avant ! Une passe en avant est juge dsormais selon le mouvement des mains du joueur et non plus selon la trajectoire du ballon sur le terrain

Avancer en se passant le ballon vers

larrire : cest la rgle dor du jeu. Au dclenchement de la passe, le mouvement des mains du joueur est bien dirig vers larrire.

Comme le joueur court lors du lancer du ballon, le ballon va atterrir devant son point de dpart.

Source : IRB - AFP

Si on jugeait, comme prcdemment, la trajectoire du ballon par rapport au terrain, il y aurait en-avant. Cependant, depuis cette anne, la passe est juge bonne car le mouvement des mains du joueur tait

vers larrire.


supplmentaire. Nous prfrerions qu'on revienne la dfinition prcdente de la passe en avant, savoir si le ballon va vers la ligne de ballon mort adverse", rpond le patron des arbitres franais, Didier Mn.

Questions pralables : Pourquoi le ballon peut-il atterrir devant son point de dpart si le joueur court lors du lancer du ballon ? La passe de Yoann Huget Maxime Mdard est-elle une passe en avant ou une passe en arrire ?

Problme : Cette nouvelle rgle du rugby concernant les passes favorise-t-elle les joueurs les plus rapides ou les joueurs les plus lents ? Que pensez-vous finalement de cette nouvelle rgle ?


Fiche 2 - Aides la rsolution du problme

Lordre des questions pralables ne correspond pas forcment un schma de rsolution prcis. Il est possible et mme souhaitable que les lves fassent des allers-retours entre les diffrentes tapes de rsolution.

Question pralable n 1 de la version 1 Dans quel rfrentiel juge-t-on maintenant si une passe est en avant ou en arrire au rugby ?

Daprs les lgendes du schma explicatif, la passe est maintenant juge selon le mouvement des mains du joueur.

APP

Les diffrents rfrentiels possibles sont : le rfrentiel terrestre li au terrain ; le rfrentiel li au joueur lanant le ballon ; le rfrentiel li au ballon.

ANA

Question pralable n 2 de la version 1 et question pralable n 1 des versions 2 et 3 Pourquoi le ballon peut-il atterrir devant son point de dpart si le joueur court lors du lancer du ballon ?

Daprs les lgendes du schma explicatif, le ballon peut atterrir devant son point de dpart car le joueur court lors du lancer du ballon.

APP

Si on nglige les frottements de lair, il ny a pas de forces horizontales exerces sur le ballon aprs son lancer par le joueur. Daprs le principe dinertie, si on nglige les frottements de lair, le ballon de rugby serait tomb au pied de Yoann Huget sil lavait lch en courant en ligne droite vitesse constante (sans le lancer vers larrire).

ANA

La valeur de la vitesse du ballon lanc vers larrire par Yoann Huget dans le rfrentiel li au joueur est infrieure la valeur de la vitesse de Yoann Huget vers lavant dans le rfrentiel li au terrain.

REA

Problme de la version 1 et question pralable n 2 des versions 2 et 3 La passe de Yoann Huget Maxime Mdard est-elle une passe en avant ou une passe en arrire ?

Daprs le document et la vido, Maxime Mdard a rcupr un ballon lanc vers l'arrire par Yoann Huget, mais qui a atterri deux mtres en avant sur le terrain.

APP

Etes vous immobile ou en mouvement autour du Soleil lorsque vous rpondez cet exercice ? Y a-t-il un mouvement absolu ? Yoann Huget est immobile dans le rfrentiel li lui-mme et il est en mouvement dans le rfrentiel li au terrain (le rfrentiel terrestre). Dcrivez le mouvement du ballon de rugby dans le rfrentiel li au terrain et dans le rfrentiel li Yoann Huget.

ANA

Larbitre a-t-il eu raison de valider lessai ? (question pose uniquement dans le problme de la version 1).

Daprs les lgendes du schma explicatif, la passe est maintenant juge selon le mouvement des mains du joueur. Daprs le document et la vido, Maxime Mdard a rcupr un ballon lanc vers l'arrire par Yoann Huget.

APP

Etudier la passe de Yoann Huget Maxime Mdard dans le rfrentiel li au joueur. VAL


Problme des versions 2 et 3 Cette nouvelle rgle du rugby concernant les passes favorise-t-elle les joueurs les plus rapides ou les joueurs les plus lents ?

Depuis la saison 2013-2014, la passe en avant est juge selon le mouvement des mains du joueur lanant la balle et non plus selon la trajectoire du ballon dans le rfrentiel li au terrain, comme ctait le cas auparavant.

APP

Dans le rfrentiel li au terrain, on peut modliser le mouvement de Yoann Huget par un mouvement en ligne droite, parallle la ligne de touche, vers la ligne dessai adverse. La vitesse du ballon dans le rfrentiel li au terrain dpend : - de la vitesse du ballon dans le rfrentiel li Yoann Huget ; - de la vitesse de Yoann Huget dans le rfrentiel li au terrain.

ANA

La relation entre les valeurs des composantes dans la direction de la longueur du terrain : - de la vitesse du ballon dans le rfrentiel li au terrain Vballon/terrain ; - de la vitesse du ballon lanc vers larrire dans le rfrentiel li Yoann Huget Vballon/Huget ; - de la vitesse de Yoann Huget vers lavant dans le rfrentiel li au terrain VHuget/terrain ;

est : Vballon/terrain = IVHuget/terrainI - IVballon/HugetI *

(dans le rfrentiel du terrain, le ballon va : - en avant si Vballon/terrain > 0 - en arrire si Vballon/terrain < 0).

REA

Dans le rfrentiel du terrain, le ballon va en arrire (Vballon/terrain < 0) uniquement si IVHuget/terrainI < IVballon/HugetI. Plus IVballon/HugetI est faible, plus IVHuget/terrainI doit tre faible pour que le ballon aille en arrire dans le rfrentiel du terrain (Vballon/terrain < 0).

VAL

* : travailler avec des valeurs absolues permet de faire apparaitre la ngation, ce qui est plus simple pour les lves.

Que pensez-vous finalement de cette nouvelle rgle ? (question pose uniquement dans le problme de la version 3) Daprs le document de lnonc, le directeur sportif de Clermont a t ulcr par l'essai toulousain alors que certains joueurs taient persuads que l'arbitre avait siffl une pnalit et pas un essai. Daprs le document de lnonc, le patron des arbitres franais trouve que cette nouvelle rgle apporte une complication et une source d'incomprhension supplmentaire. Daprs la rponse la premire question du problme, les joueurs les plus rapides sont favoriss par cette nouvelle rgle.

APP

Les spectateurs, qui voient le match depuis le bord du terrain, peuvent eux aussi ne pas comprendre la nouvelle rgle. Tous les matchs de rugby, notamment les matchs avec les jeunes joueurs, ne peuvent pas bnficier de larbitrage vido.

ANA

Il est possible de nuancer la rponse et de ne pas donner un avis dfinitif.

VAL


Fiche 3 Elments de rponses

Question pralable n 1 de la version 1 Au rugby, une passe est maintenant juge en avant ou en arrire dans le rfrentiel li au joueur.

Sapproprier Extraire l'information utile. Daprs la dpche de lAFP, la passe est maintenant juge selon le mouvement des mains du joueur.

Analyser Dterminer et noncer les lois physiques qui seront utilises.

Au rugby, une passe est maintenant juge en avant ou en arrire dans le rfrentiel li au joueur.

Question pralable n 2 de la version 1 et question pralable n 1 des versions 2 et 3 Le ballon peut atterrir devant son point de dpart si le joueur court lors du lancer du ballon.

Sapproprier Extraire l'information utile. Daprs la dpche de lAFP, le ballon peut atterrir devant son point de dpart car le joueur court lors du lancer du ballon.


En effet, si on nglige les frottements de lair, il ny a pas de forces horizontales exerces sur le ballon aprs son lancer par le joueur. Ainsi, daprs le principe dinertie, le ballon de rugby serait tomb au pied de Yoann Huget sil lavait lch en courant en ligne droite vitesse constante (sans le lancer vers larrire).

Raliser Mener la dmarche jusquau bout afin de rpondre explicitement la question pose.

Le ballon va donc atterrir devant son point de dpart si la valeur de la vitesse de Yoann Huget vers lavant dans le rfrentiel terrestre li au terrain est suprieure la valeur de la vitesse du ballon lanc vers larrire par Yoann Huget dans le rfrentiel li au joueur.

Problme de la version 1 et question pralable n 2 des versions 2 et 3 La passe de Yoann Huget Maxime Mdard est la fois une passe en avant et une passe en arrire.

Sapproprier Extraire l'information utile. Daprs la dpche de lAFP, Maxime Mdard a rcupr un ballon lanc vers l'arrire par Yoann Huget, mais qui avait atterri deux mtres en avant sur le terrain.


Daprs la relativit du mouvement, la passe de Yoann Huget Maxime Mdard est : une passe en avant dans le rfrentiel terrestre li au terrain de rugby ;

une passe en arrire dans le rfrentiel li Yoann Huget. Suite du problme de la version 1 : larbitre a eu raison de valider lessai. Sapproprier Extraire l'information utile. Daprs la dpche de lAFP, la passe est maintenant juge selon le mouvement des mains du joueur et Maxime Mdard a rcupr un ballon lanc vers l'arrire par Yoann Huget.

Valider Exploiter et interprter les rsultats.

Larbitre a donc eu raison de valider lessai.


Problme des versions 2 et 3 Cette nouvelle rgle du rugby concernant les passes favorise les joueurs les plus rapides.

Sapproprier Extraire l'information utile. Daprs la dpche de lAFP, la passe en avant est juge maintenant selon le mouvement des mains du joueur lanant la balle et non plus selon la trajectoire du ballon dans le rfrentiel li au terrain, comme ctait le cas auparavant.

Analyser Elaborer une version simplifie de la situation en explicitant les choix des hypothses faites. Organiser et exploiter ses connaissances ou les informations extraites.

Pour tudier cette nouvelle rgle et savoir si elle favorise les joueurs les plus lents ou les plus rapides, il faut tudier le mouvement du ballon de rugby par rapport la vitesse du joueur faisant la passe dans le rfrentiel terrestre li au terrain. Pour simplifier la situation tudie, on peut ngliger les forces de frottements exerces sur le ballon et considrer que le mouvement de Yoann Huget est un mouvement en ligne droite, parallle la ligne de touche, vers la ligne dessai adverse.

Raliser Savoir mener efficacement les calculs analytiques. Mener la dmarche jusquau bout afin de rpondre explicitement la question pose.

La relation entre les valeurs des composantes dans la direction de la longueur du terrain : - de la vitesse du ballon dans le rfrentiel li au terrain Vballon/terrain ; - de la vitesse du ballon lanc vers larrire dans le rfrentiel li Yoann Huget Vballon/Huget ; - de la vitesse de Yoann Huget vers lavant dans le rfrentiel li au terrain VHuget/terrain ;

est : Vballon/terrain = IVHuget/terrainI - IVballon/HugetI.

Valider Exploiter et interprter des rsultats.

Dans le rfrentiel du terrain, le ballon va donc en arrire (Vballon/terrain < 0) uniquement si IVHuget/terrainI < IVballon/HugetI. Ainsi pour un mme lancer de ballon (avec une mme valeur de vitesse Vballon/Huget), un joueur rapide (IVHuget/terrain1I grand) enverra le ballon en avant dans le rfrentiel du terrain car IVHuget/terrain1I > IVballon/HugetI alors quun joueur plus lent (IVHuget/terrain2I plus faible) lenverra en arrire car IVHuget/terrain2I < IVballon/HugetI. Les joueurs les plus rapides taient donc dfavoriss par lancienne rgle et cette nouvelle rgle avantage enfin les joueurs les plus rapides par rapport aux joueurs les plus lents.

Suite du problme de la version 3 : que pensez-vous finalement de cette nouvelle rgle ?

Sapproprier Extraire l'information utile.

Cette nouvelle rgle favorise les joueurs les plus rapides. Cependant daprs la dpche de lAFP cite dans lnonc, des directeurs sportifs, des joueurs et mme des arbitres ont des difficults pour comprendre cette nouvelle rgle.

Analyser Organiser et exploiter ses connaissances ou les informations extraites.

Il en est de mme pour les spectateurs et il ne faut pas oublier que tous les matchs, notamment les matchs amateurs, ne bnficient pas de larbitrage vido.

Valider Faire preuve desprit critique. Ainsi, cette nouvelle rgle est intressante car elle est dans lesprit du jeu en favorisant les joueurs les plus rapides. Cependant, elle ncessite lutilisation de la vido car les arbitres et les spectateurs voient le plus souvent le mouvement du ballon dans le rfrentiel terrestre du terrain. Cest donc une rgle qui ne peut pas tre applique tous les niveaux, notamment chez les jeunes, et qui peut tre difficile comprendre pour le public.


Fiche 4 Exemples dindicateurs de russite

Sapproprier

Yoann Huget a lanc la balle vers larrire mais elle est arrive plus en avant sur le terrain. Cette passe est maintenant considre comme une passe en arrire et elle est donc valable. Version 3 : Cette nouvelle rgle apporte beaucoup de confusion car elle est difficile comprendre.

Analyser

La passe de Yoann Huget Maxime Mdard est en avant ou en arrire suivant le rfrentiel dtude. Dans le rfrentiel terrestre li au terrain, la vitesse du ballon de rugby est tudie par rapport la vitesse du joueur. La modlisation de la situation est correctement prsente.

Raliser

Le ballon peut atterrir devant son point de dpart si la valeur de la vitesse du ballon lanc vers larrire par Yoann Huget dans le rfrentiel li au joueur est infrieure la valeur de la vitesse de Yoann Huget vers lavant dans le rfrentiel li au terrain. Versions 2 et 3 : Vballon/terrain = IVHuget/terrainI - IVballon/HugetI. Une explication sans calcul avec uniquement des phrases peut galement suffire. Par exemple : avec lancienne rgle qui tudiait le mouvement des passes dans le rfrentiel li au terrain, les joueurs les plus rapides devaient lancer le ballon plus en arrire que les joueurs lents pour que le ballon aille en arrire dans le rfrentiel li au terrain.

Valider

Version 1 : Larbitre a eu raison de valider lessai. Versions 2 et 3 : Cette nouvelle rgle avantage les joueurs les plus rapides par rapport aux joueurs les plus lents. Version 3 : Cette nouvelle rgle est intressante car elle avantage les joueurs les plus rapides. Cependant, cette nouvelle rgle est difficile comprendre.

Communiquer

La communication est claire, cohrente avec un vocabulaire scientifique prcis. Les quations mathmatiques, non obligatoires, sont tablies avec un langage mathmatique correct.


Exemples de copies dlves de Seconde ayant rsolu le problme sur la passe en avant ou en arrire au rugby (version Initiation du niveau Seconde) Quatre copies dlves de Seconde ayant rsolu le problme sur la passe en avant ou en arrire au rugby (niveau Initiation ) sont prsentes dans les pages suivantes. La premire copie est une bonne copie. Le niveau A a t attribu pour les comptences Sapproprier , Valider et Communiquer . En revanche, la modlisation de la situation propose permet uniquement une rsolution qualitative de la situation, ce qui explique le niveau B pour la comptence Analyser et le niveau C pour la comptence Raliser . La note donne cette copie est donc 4 / 5 car la plupart des comptences sont valides (A ou B), sauf la comptence Raliser . La deuxime copie est assez comparable la premire copie (niveau A pour les comptences Sapproprier et Valider , niveau B pour Analyser et niveau C pour Raliser ). Cependant, le vocabulaire scientifique utilis est moins prcis, ce qui explique le niveau B pour la comptence Communiquer . La note attribue cette copie est donc : 3 / 5. La troisime copie prsente une bonne appropriation du problme et une bonne communication crite (niveau A pour les comptences Sapproprier et Communiquer ). En revanche, lanalyse et la ralisation du problme montre une incomprhension de llve concernant le concept de force et la validation du problme nest pas termine, do le niveau C pour les comptences Analyser , Raliser et Valider . Il y a moins de comptences valides (niveaux A ou B) que de comptences non valides (niveaux C ou D) : la note attribue cette copie est donc : 2 / 5. La quatrime et dernire copie prsente montre une rsolution du problme insuffisante, aussi bien sur le fond que sur la forme. Le niveau C ou D a donc t attribu pour chacune des cinq comptences values et la note donne cette copie est 1 / 5.


Copie 1


Evaluation de la copie 1

Exemples dindicateurs de russite pour le niveau A Niveaux de russite

A B C D

Sapproprier

Yoann Huget a lanc la balle vers larrire mais elle est arrive plus en avant sur le terrain.

Cette passe est maintenant considre comme une passe en arrire et elle est donc valable.

X

Analyser


X X

2

Raliser

.

Le ballon peut atterrir devant son point de dpart si la valeur de la vitesse du ballon lanc vers larrire par Yoann Huget dans le rfrentiel li au joueur est infrieure la valeur de la vitesse de Yoann Huget vers lavant dans le rfrentiel li au terrain du joueur.

X X

2

Valider Larbitre a eu raison de valider lessai.

X

Communiquer La communication est claire, cohrente avec un vocabulaire scientifique prcis. X

NOTE :

Aide la notation : Premire tape : - majorit de A et de B : note entre 3 et 5 ; - majorit de C et D : note entre 0 3

Deuxime tape : - majorit de A : note entre 4 ou 5 (majorit de A et

aucun C ou D : 5) - majorit de B : note entre 2 et 4 (uniquement des B : 3) - majorit de C : entre 1 et 3 (uniquement des C : 2) - majorit de D entre 0 et 2 (uniquement des D : 0 ; ds

quil y a dautres niveaux que le D : 1 ou 2)

La note finale rsulte dune analyse du tableau avec laide la notation utilise mais la dcision finale relve de lexpertise du professeur.


4 / 5

GRIESP Juillet 2014 29

Copie 2




A B C D

Sapproprier



X

Analyser


X X

2

Raliser

.


X X

2


X


NOTE :







3 / 5


Copie 3




A B C D

Sapproprier



X

Analyser


X X

2

Raliser

.


X X

2

Valider Larbitre a eu raison de valider lessai. X


NOTE :







2 / 5


Copie 4




A B C D

Sapproprier



X

Analyser


X X

2

Raliser

.


X X

2


X


NOTE :







1 / 5


Rsolution de problme : Autonomie en plonge

Niveau : seconde Thme : la pratique du sport Activit exprimentale : non Origine du sujet : GRIESP

Programme de seconde

Notions et contenus Comptences attendues

La pression

Pression dans un liquide au repos, influence de la profondeur loi de Boyle-Mariotte, un modle de comportement de gaz, ses limites.

savoir que la diffrence de pression entre deux points dun liquide dpend de la diffrence de profondeur. Savoir que, pression et temprature donnes, un nombre donn de molcules occupe un volume indpendant de la nature du gaz.



Comptences Version 1

(niveau initiation ) Version 2

(niveau confirm ) Version 3

(niveau expert )

Sapproprier (APP)

1 2 3

Analyser (ANA) 1 2 4

Raliser (REA) 2 2 2

Valider (VAL) 1 1 1

Communiquer (COM)

2 2 2

Analyse des diffrentes versions de la rsolution de problme La version 1 prsente quelques difficults pour les lves, surtout concernant :

lappropriation des documents : comprendre la notion de dtente partir dune description brve et non issue dun texte scientifique qui en est donne ;

lanalyse du sujet : ncessit destimer une grandeur utile (volume de la bouteille) ; la notion de temps napparait pas directement dans les relations employes ;

la ralisation : elle ncessite de poser une hypothse de travail (temprature constante au cours de la plonge) ; la mise en relation des diffrentes relations nest pas vidente.

La version 2 du problme prsente les mmes difficults pour les lves mais le sujet est rendu plus difficile par rapport la version 1 car la relation de Boyle-Mariotte et la loi de lhydrostatique ne sont pas rappeles, llve na donc pas de pistes pour se lancer dans la rsolution du problme La version 3 du problme est trs difficile et ce sujet est rserv aux lves ayant un got marqu et/ou des facilits pour ce type d'activit. En effet, les difficults des versions prcdentes restent prsentes, avec comme difficults supplmentaires :

le texte descriptif du dtendeur comporte des informations superflues ;

des donnes utiles sont manquantes (eau, g, Patm), ce qui ne guide pas llve vers certaines relations connues ;


une grandeur dont lestimation nest pas vidente doit tre propose par llve (la consommation dair du plongeur).

Droulement de lactivit Llve reoit lnonc (fiche 1). Au cours de son travail de rolution, en cas de blocage, llve peut faire appel des aides, dcrites dans la fiche 2. Des lments de rponses sont donns dans la fiche 3 pour le professeur. La fiche 4 donne des exemples dindicateurs de russite permettant lenseignant dvaluer cette activit par comptences sil le souhaite.


Fiche 1 - Enonc du sujet Version 1 : niveau initiation

Document 1 Un plongeur est quip dune bouteille dair comprim 200 bar, munie dun dtendeur. Quest-ce quun dtendeur de plonge ? Un dtendeur est le mcanisme qui permet au plongeur de respirer lair contenu dans sa bouteille. La fonction principale du dtenteur est de faire passer ou dtendre lair, de la pression laquelle il est stock dans la bouteille, la pression laquelle le plongeur volue. Daprs http://www.tribord.com/fr/plongee/comment-choisir/comment-choisir-son-detendeur-de-plongee-bouteille

Donnes : 1 bar = 105 Pa Consommation dair : d = 25 L.min-1

eau = 1000 kg.m-3 La pression atmosphrique vaut 1,013.105 Pa

Document 2 : Loi Boyle-Mariotte temprature constante et pour une quantit de gaz donne, le produit de la pression P dun gaz par le volume V quil occupe est une constante (P.V = constante).

Document 3 : Pression dans un liquide au repos

Dans un liquide au repos, la diffrence de pression P P0 entre un point M0 la surface libre du liquide et un point M la profondeur h est proportionnelle h :

P P0 = g h

: masse volumique du liquide g = 9,8 N.kg

liquideh

air

M

M0

Question : Quelle est la dure pendant laquelle le plongeur peut rester en plonge la profondeur de 20 m ?


Version 2 : niveau confirm

Document 1 Un plongeur est quip dune bouteille dair comprim 200 bar, munie dun dtendeur. Daprs http://www.tribord.com/fr/plongee/comment-choisir/comment-choisir-son-detendeur-de-plongee-bouteille Donnes 1 bar = 105 Pa Consommation dair : d = 25 L.min-1 eau = 1000 kg.m-3 La pression atmosphrique vaut 1,013.105 Pa




Un plongeur est quip dune bouteille dair comprim 200 bar, munie dun dtendeur.

Daprs http://www.tribord.com/fr/plongee/comment-choisir/comment-choisir-son-detendeur-de-plongee-bouteille Donne : 1 bar = 105 Pa





A quelle profondeur se droule la plonge ? Quelle est la pression dans la bouteille ? Quel est le rle du dtendeur ? A quelle pression lair est-il inspir par le plongeur ? (rponse qualitative) Pour les versions 1 et 2 : A quoi correspond la pression atmosphrique ? Pour la version 1 : La loi de Boyle-Mariotte sapplique-t-elle leau ou lair ? La relation de lhydrostatique sapplique-t-elle leau ou lair ? Pour la version 3 : Quelle est la valeur de la pression atmosphrique ?

APP

Rappeler la dfinition dune surface libre. Estimer le volume de la bouteille. Pour les versions 2 et 3 : Comment varie la pression dans leau avec la profondeur ? Rappeler la loi de Boyle-Mariotte. Pour la version 3 : Estimer le volume dair consomm par le plongeur chaque minute (en L.min-1). Estimer la masse volumique de leau. Rappeler la valeur de lintensit de la pesanteur g.

ANA

Evaluer la pression la profondeur de la plonge. Quelle hypothse doit-on faire pour pouvoir appliquer la loi de Boyle-Mariotte ? Evaluer le volume dair dtendu pouvant tre extrait de la bouteille la sortie du dtendeur. Evaluer la dure de la plonge. Procder si ncessaire par analyse dimensionnelle.

REA

La valeur obtenue semble-t-elle pertinente ? Quel regard critique peut-on poser sur le raisonnement men ?

VAL


Fiche 3 Elments de rponses Sapproprier le problme.

Identifier les grandeurs physiques pertinentes, leur attribuer un symbole.

- La plonge se droule la profondeur h = 20 m. - La pression dans la bouteille est : P bouteille = 200 bar = 200.105 Pa - Le dtendeur permet de dtendre lair contenu dans la bouteille, cest--dire de diminuer sa pression. - Grce au dtendeur, lair inspir par le plongeur est alors la mme pression que leau la profondeur de plonge. - La pression atmosphrique correspond la pression de lair au niveau de la mer : Patm = 1,013.105 Pa Pour la version 1 : Document 2 : La loi de Boyle-Mariotte permet dtudier lair contenu dans la bouteille. Document 3 : La relation de lhydrostatique permet dtudier la variation de pression dans leau selon la profondeur de plonge.

Analyser Dterminer et noncer les lois physiques qui seront utilises. valuer quantitativement les grandeurs physiques inconnues et non prcises

- La surface libre est la surface de contact entre leau et latmosphre. - On peut estimer : Vbouteille = 15 L Pour les versions 2 et 3 :

- La variation de pression augmente proportionnellement la profondeur : P = Patm + eau.g.h, avec g = 9,8 N.kg-1 - Loi de Boyle-Mariotte : P.V = cste pour un gaz temprature et quantit de matire constantes. Pour la version 3 : - Consommation dair : d = 25 L.min-1 - eau = 1000 kg.m-3

Raliser Mener la dmarche jusquau bout afin de rpondre explicitement la question pose. Savoir mener efficacement les calculs analytiques et la traduction numrique.

- A 20 m de profondeur : P1 = Patm + eau.g.h = 3.105 Pa = Pinspir - Pour appliquer la loi de Boyle-Mariotte, on fait lhypothse que la temprature de leau est constante au cours de la plonge. - Volume occup par lair la pression de profondeur P1 : V(P1) = P bouteille .V bouteille / P1 = 1000 L

- Dure de la plonge : = V(P1) / d = 40 min Valider Discuter de la pertinence du rsultat trouv (identification des sources

derreur, choix des modles, formulation des hypothses, ) tudier des cas limites plus simples dont la solution est plus facilement vrifiable ou bien dj connue

La dure de plonge obtenue semble pertinente. Il est cependant prudent de remonter avant davoir consomm tout lair dans la bouteille garder une rserve. Lhypothse dune temprature constante est acceptable, dans le cas de ce type de modlisation.


Fiche 4 Exemples dindicateurs de russite

Sapproprier

Les donnes pression dans la bouteille et profondeur de plonge sont extraites des documents. La notion de pression atmosphrique (et la valeur pour la version 2) est (sont) connue(s). Le rle du dtendeur est compris. Les domaines dapplication de la loi de Boyle-Mariotte et de la relation de lhydrostatique sont connus

Analyser

Le volume de la bouteille est estim de faon raliste. Pour les versions 2 et 3 : La variation de pression avec la profondeur est correctement explicite. La loi de Boyle-Mariotte et ses hypothses sont connues. Pour la version 3 : La consommation dair par le plongeur est estime de faon raliste. La masse volumique de leau est estime de faon raliste. La valeur de lintensit de la pesanteur est connue.

Raliser

Le calcul de la pression la profondeur de plonge est correctement men. La comprhension du phnomne de dtente et donc de lair disponible pour le plongeur est comprise. Lapplication de la loi de Boyle-Mariotte est convenablement mene.

Valider La pertinence de la valeur numrique obtenue est ralise. Un regard critique est port sur le raisonnement : ncessit de remonter avant davoir consomm tout lair et/ou hypothses de la loi de Boyle-Mariotte vrifies.

Communiquer La communication est claire, cohrente avec un vocabulaire scientifique prcis. Les calculs sont effectus partir de formules littrales, dans un langage mathmatique correct.


Rsolution de problme : Lhomopathie

Niveau : seconde Thme : sant Activit exprimentale : non Origine du sujet : GRIESP

Programme de seconde Notions et contenus Comptences attendues

Le diagnostic mdical

La quantit de matire. Son unit : la mole. Constante dAvogadro : NA.

Les mdicaments

Principe actif, excipient, formulation. Analyser la formulation dun mdicament. Concentration molaire et massique dune espce en solution non sature Dilution dune solution.

Connatre et exploiter lexpression des concentrations massiques et molaires dune espce molculaire ou ionique dissoute.



Comptences Version 1 (niveau confirm )

Version 2 (niveau expert )

Sapproprier (APP) 3 4 Analyser (ANA) 3 4

Raliser (REA) 2 2

Valider (VAL) 2 2

Communiquer (COM) 2 2

Analyse des diffrentes versions de la rsolution de problme La version 1 prsente des difficults assez importantes pour les lves, surtout concernant :

lappropriation des documents (en particulier pour le passage dune chelle logarithmique ( CH ) une conversion en puissance de 10 de la dilution) ;

la validation (il sagit de comprendre ce quun nombre de molcule infrieur 1 dans une solution veut dire).

La version 2 du problme prsente les mmes difficults pour les lves mais le sujet est rendu plus difficile par rapport la version 1 car :

de nombreuses informations non ncessaires la rsolution du problme sont prsentes dans lnonc ( succusion , similia similibus curantur , dcimale hahnemannienne ) ;

une donne est manquante (le nombre dAvogadro) ; la question pose est plus ouverte (il sagit pour llve destimer la concentration initiale de la

solution mre mais aussi le volume final de la solution fille).


Droulement de lactivit Llve reoit lnonc (fiche 1). Au cours de son raisonnement, en cas de blocage, llve peut faire appel des aides, dcrites dans la fiche 2. Des lments de rponses sont donns dans la fiche 3 pour le professeur. La fiche 4 donne des exemples dindicateurs de russite permettant lenseignant dvaluer cette activit par comptences sil le souhaite.


Fiche 1 - Enonc du sujet Version 1 : niveau confirm

Les mdicaments homopathiques sont fabriqus par des dilutions successives. Les dilutions s'expriment en CH, centsimale hahnemannienne. Une dilution 1 CH correspond un produit dilu 100 fois. Une

dilution 2 CH correspond, elle, un produit dilu 100 fois puis nouveau 100 fois, soit 10000100100 fois, etc

On sait que la constante d'Avogadro (12310.02,6 molNA ) reprsente le nombre d'atomes ou de

molcules dans une mole d'une substance pure []. A partir d'une dilution 12 CH, il est trs peu probable que les mdicaments homopathiques contiennent mme une seule molcule de la substance souche dont le nom apparat sur l'tiquette. Ces dilutions sont appeles ultramolculaires. Daprs L'homopathie une pratique histoires - Un concept plutt qu'une technique , La recherche, 31/05/1998, n310

On suppose quune solution initialement la concentration 10 1 L.molC subit une dilution 12 CH.

Question : Vrifier quun litre de cette dilution12 CH est ultramolculaire.



Parmi les mdecines qu'on appelle naturelles, alternatives, parallles ou complmentaires, l'homopathie est, d'un point de vue scientifique, la plus controverse. Elle avance des arguments qui semblent contraires l'intuition et est accuse de violer certaines lois scientifiques fondamentales. Ce scepticisme n'empche pourtant pas l'homopathie d'tre l'une des formes les plus populaires des mdecines complmentaires : environ un tiers de la population franaise y a recours. [] Sa dfinition formelle est pourtant simple : l'homopathie est une mthode thrapeutique fonde sur un concept, les semblables sont traits par les semblables , concept souvent invoqu dans sa forme latine similia similibus curantur . [] Les mdicaments homopathiques sont fabriqus par des dilutions successives avec succussion : la succussion est une agitation vigoureuse dans le plan vertical, avec choc contre un butoir lastique. Les dilutions s'expriment principalement en DH dcimale hahnemannienne, soit 1:10 et en CH centsimale hahnemannienne, soit 1:100. Une large gamme est utilise et des dilutions atteignant 30 CH sont de pratique courante. Une connaissance minimale en chimie suffit pour comprendre le problme pos par ces dilutions. On sait que la constante d'Avogadro reprsente le nombre d'atomes ou de molcules dans une mole d'une substance pure []. Or un mdicament homopathique en dilution 30 CH reprsente une dilution 1060 de la substance souche. La conclusion est vidente et n'est pas du tout mise en cause par les homopathes : partir d'une dilution 23 DH ou 12 CH, il est trs peu probable que les mdicaments homopathiques contiennent mme une seule molcule de la substance souche dont le nom apparat sur l'tiquette. Ces dilutions sont appeles ultramolculaires. Daprs L'homopathie une pratique histoires - Un concept plutt qu'une technique, La recherche, 31/05/1998, n310

Question : Vrifier quun litre de cette dilution 12 CH est ultramolculaire.




Quest-ce quune dilution ultramolculaire ? Combien dentits chi

Resolution Problemes Griesp

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