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Formations nouveaux programmes STL, 2ème trimestre 2010/2011 I Faller IA-IPR Biochimie-biologie page 1

Compte rendu des journées de travail concernant la rénovation des programmes

en filière STL, spécialité biotechnologies. Deux journées programmées au PAF ont été organisées dans l’académie pour préparer les professeurs aux nouveaux enseignements de la classe de première STL. La première journée a eu lieu fin janvier, la seconde à la fin du mois de mars 2011. Ces formations à public désigné ont rassemblé des professeurs volontaires et selon une représentation équilibrée des différents établissements offrant une formation STL à la rentrée prochaine. Le tableau suivant présente l’organisation de ces deux journées :

Réunion de fin janvier 2011 : 9H30 – 11H30 Retour sur les éléments fournis lors de la consultation

Présentation générale des projets de programmes de la classe de 1ère Questions / réponses sur la réforme du lycée et de la filière STL

11H30 – 12H Présentation des travaux de groupe et constitution des groupes. 13H30-16H00 Travaux de groupe

Analyse des programmes des enseignements de Chimie/biochimie/sciences du vivant, Biotechnologies, (mesure et instrumentation) répartie entre plusieurs groupes de 4 à 6 professeurs selon la démarche suivante :

- répartition du volume horaire, - proposition d’activités technologiques, - établissement des limites de chaque partie du programme

Annexe 1 : présentation des trames de ces documents de travail 16H00-17H00 Mise en commun avec présentation rapide des travaux réalisés dans chaque groupe.

Précision des délais d’envois des documents de travail. Entre les 2 réunions Collecte de la version n°1 élaborée par chacun des groupes

Diffusion de ces documents de travail aux professeurs concernés par ces réunions. Réunion de fin mars 2011

9H30 – 11H00 Exposé introductif aux travaux de groupe : - à partir d’une situation concrète observée en seconde pro, présentation de la démarche d’investigation. - transposition de cette démarche dans le cadre des nouveaux programmes de STL Annexe 2 : exemple d’une démarche d’investigation en seconde pro Ci-dessous : (1) propositions de transpositions pour la mise en œuvre des nouveaux programmes.

11H00 – 12H00 Présentation des travaux de groupe et démarrage des travaux. 13H30-15H00 Travaux de groupe

Etablissement du déroulement détaillé d’une des séances du tableau précédent selon une trame prédéfinie faisant apparaître les informations suivantes :

- le repère de la séance développée - les pré requis et objectifs pédagogiques - les conditions d’enseignement (groupe à effectif réduit ou classe entière) - les activités réalisées par le professeur et par les élèves avec indication de

leur durée approximative

15H00-17H00 Mise en commun avec présentation des travaux réalisés dans chaque groupe et échange avec l’ensemble de professeurs. Annexe 3 : documents de travail du groupe « mesure et instrumentation » de Strasbourg, progression et exemple du déroulement d’une séance.


Les documents produits en réunion constituent une première base de travail destinée à aider les professeurs à appréhender les nouveaux programmes. Les démarches pédagogiques à mettre en œuvre doivent permettre de développer les compétences des programmes et en particulier favoriser la réflexion des élèves à différents niveaux :

- préparation de la mise en œuvre d’une expérimentation : quel matériel, quelles étapes, justification ou élaboration de tout ou partie du protocole, quelles précautions pour quel risque et pourquoi ?

- exploitation des résultats : à mener individuellement, par petits groupes, en groupe de TP ou en classe entière, accompagnée et guidée par le professeur qui pourra leur transmettre des méthodes de travail.

- structuration des savoirs et synthèse : que faut-il retenir sur le sujet ? une synthèse des notions essentielles à retenir peut être étoffée par une documentation complémentaire (exploitation de résultats, documents d’étude, etc…)

- …..

Ces démarches sont destinées à favoriser l’assimilation des notions scientifiques ou savoirs qui apparaissent en première colonne des programmes. Certains « savoirs » ou « savoir-faire » sont traités dans d’autres programmes : il est important d’en tenir compte et de s’appuyer sur ces pré-acquis.

Comme indiqué dans les préambules, plusieurs démarches peuvent être envisagées, la démarche d’investigation étant une démarche parmi d’autres (approche historiques, expérimentation, démarche inductive, déductive).

En chimie biochimie sciences du vivant les expérimentations aident à la compréhension de notions fondamentales qu’elles peuvent introduire ou illustrer. En biotechnologies, elles permettent de répondre à une problématique située dans un contexte précis, de mener à bien un projet et de développer des compétences spécifiques ou transversales. En mesure et instrumentation, elles permettent de comprendre le fonctionnement des appareillages et la signification du vocabulaire utilisé en métrologie. La partie expérimentale se doit d’être mise en œuvre de façon rigoureuse, tant au niveau de la gestuelle qu’au niveau de l’organisation spatio-temporelle et de la traçabilité des travaux réalisés au laboratoire. Elle doit inclure la démarche préalable d’analyse de risque telle qu’elle est rappelée sur le site du 3RB. L’exploitation des résultats pourra être menée individuellement et/ou collectivement.

Les ressources élaborées au niveau national constitueront une aide à la préparation des différents supports d’étude (documents, activités technologiques, .)

(1) Propositions de transpositions de la démarche d’investigation pour la mise en œuvre des nouveaux programmes :

- Activités expérimentales :

o Tous les élèves ne font pas nécessairement la même chose o Importance de la réflexion préalable (conception de la manipulation, justification des étapes, organisation

spatio-temporelle, calculs des volumes à utiliser, …), se fait en salle non spécialisée, éventuellement en classe entière.

o Des temps de synthèse collective, préalable à la rédaction d’un compte rendu. o Exigence conservée pour l’utilisation du matériel et de la gestuelle

- Les connaissances :

o Ne doivent pas dépasser le cadre du programme o Importance d’un support de travail personnel bien structuré faisant la distinction entre :

� Les notions à comprendre et à retenir � Les documents complémentaires utilisés pour comprendre…

- Les pré-requis, sont à prendre en compte…tant pour les savoirs que pour les savoirs-faires - Entrée thématique et non pas par matière, y compris pour les savoirs et savoirs-faires fondamentaux qui doivent

être contextualisés. - Travailler toutes les compétences et plusieurs fois (y compris celles qui apparaissent dans le préambule),

compétences technologiques en biotechnologies, attitudes en CBSV. - Formaliser les réflexions personnelles à l’écrit (cahier personnel : observations, réflexions, exercices ? …

.


ANNEXE 1 1.1. Programme de CHIMIE BIOCHIMIE SCIENCES DU VIVANT :

Tableau permettant d’aborder le programme de façon linéaire

Thème 1 : Unité, Diversité, Techniques d’exploration et Niveaux d’organisation des organismes vivants

PROGRAMME

Connaissances Capacités

HO

RA

IRE

S

EN

VIS

AG

ES

COMMENTAIRES ET REPERES POUR LA FORMATION

EXEMPLES D’ACTIVITES EXPERIMENTALES OU

DOCUMENTAIRES

1.1. Les organismes vivants présentent une unité et une diversité

L’observation des organismes vivants témoigne d’une biodiversité. Les organismes vivants partagent des caractères communs, qui permettent de les classer.

Extraire et organiser des informations à partir d’études de terrains, de ressources documentaires pour : • a) constater la biodiversité • b)mettre en relation les caractères communs des organismes vivants avec leur place dans une classification emboîtée.

1.2. Les organismes vivants peuvent être explorés par des techniques adaptées à chaque échelle

L’imagerie médicale utilise différents signaux pour explorer le corps humain. Les structures anatomiques observables par imagerie médicale sont les os, les tissus mous et les cavités. Les signaux, rayons X et ultrasons, interagissent avec les structures anatomiques : transmission, absorption, réflexion.

a) Observer des clichés de radiographie aux rayons X et d’échographie pour : annoter un schéma simplifié du principe de la technique d'imagerie mettre en relation la nature du signal et ses interactions avec la structure anatomique explorée.


1.2. Programme de BIOTECHNOLOGIES : Tableau permettant d’aborder le programme de façon linéaire

1. Microscopie et structures cellulaires

PROGRAMME

Objectifs de formation et supports théoriques

Compétences transversales et technologiques

HO

RA

IRE

S

EN

VIS

AG

ES

COMMENTAIRES ET REPERES POUR

LA FORMATION Liens avec MI à mentionner

EXEMPLES D’ACTIVITES TECHNOLOGIQUES PROPOSEES

Microscopie et structures cellulaires

Observations microscopiques • Principe de fonctionnement

du microscope photonique et rôles des différents éléments

• Microscopie photonique :

apports et limites La maîtrise de la réalisation d’une préparation et l’adoption d’une démarche rigoureuse d’observation, doivent permettre de développer chez l'élève la capacité d'utilisation d'un microscope optique.

• Maîtriser la démarche d’utilisation du microscope optique, le rôle des principaux éléments et les modalités d'entretien.

• Effectuer les réglages

nécessaires et observer objectivement la préparation.

• Réaliser une préparation

microscopique avec ou sans coloration (coloration de Gram, au bleu de méthylène, préparation à l'état frais…).

• Conduire en autonomie une

observation microscopique qualitative et quantitative.

Ces compétences de base devront être rapidement maîtrisées par les élèves. Elles seront mises en oeuvre de façon contextualisée chaque fois que possible.


1.3. Programme de BIOTECHNOLOGIES : Tableau permettant d’aborder le programme par thématiques de projets avec report aux compétences. Thématique de projet : Pour chaque semaine, inclure les séances d’activités technologiques et les séances en classe entière (6H élève, cours et TP regroupés)

Semaine n°

Thème de la séance, (objectifs de formation, supports techniques)

Activités technologiques proposées assorties de commentaires et repères pour la formation et liens avec MI

Compétences transversales et technologiques (reporter n° compétences)

1

2

3

Tableau des compétences du programme (numérotées par des lettres et des chiffres) Semaine n° 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 TOTAL

0

Biotechnologies : historique, enjeux et environnement de travail 0

0 a conduire une recherche documentaire 0 0 b présenter à l'oral une synthèse sur un sujet relatif aux biotechnologies 0 0 c s'approprier le vocabulaire en réalisant un lexique 0 0

Origine et évolution des biotechno logies

d travailler en équipe 0 0 e organiser les postes de travail en fonction de l'activité : …. 0 0 f rechercher et extraire l'information de documents spécifiques 0 0 g choisir un matériel approprié 0 0 h utiliser des matériels spécifiques : microscope à fond clair, etc… 0 0 i suivre un protocole de façon rigoureuse 0 0

Laboratoires, équipements et démarches spécifiques aux

activités de biotechno logies

j renseigner les fiches de suivi des appareils 0


1.4. Programme de MESURE et INSTRUMENTATION : Tableau permettant d’aborder le programme de façon linéaire.

PROGRAMME

Notions et contenus Compétences

EXEMPLES D’APPLICATIONS AUX ACTIVITES TECHNOLOGIQUE

Mesure et Incertitudes de mesure

Définitions Utiliser le vocabulaire de base de la métrologie.

Notions d’erreurs

� Identifier les limites du mesurage (étendue de mesure, seuil de détection, seuil de quantification,…).

� Identifier les différentes sources d’erreur lors d’une mesure (mesurage).

Tableau permettant d’aborder le programme par compétences.

MESURE ET INSTRUMENTATION Notions et contenus

Compétences

Horaires envisagés

Commentaires et repères pour la formation

Exemple d’activité expérimentale ou documentaire

n° de séance

1 2

Tableau des compétences du programme (numérotées par des lettres et des chiffres) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Total 1 Mesures et incertitudes de mesures 1 Définitions a Utiliser le vocabulaire de base de la métrologie

1 b Identifier les limites du mesurage 1

Notions d'erreurs c Identifier les différentes sources d'erreur

1 d Evaluer les incertitudes associées à chaque source d'erreur 1

Notion d'incertitude e Comparer les poids des différentes sources d'erreurs


ANNEXE 2 : Observation de la démarche d’investigation en seconde pro sciences, menée par Nicolas Pequignot, professeur maths/sciences au lycée E Mathis de Strasbourg, dans le cadre d’une action de formation du PAF

Fiche de préparation de la séance Intitulé de la séance observée : introduction du module T2, 2de pro sciences « Comment passer de la vitesse des roues à celle de la voiture ? » Objectifs : Savoir-faire (capacités)

Déterminer expérimentalement une relation entre fréquence de rotation et vitesse linéaire.

Appliquer la relation entre la fréquence de rotation et la vitesse linéaire : v = 2 π R n Savoirs (connaissances)

Connaître les notions de fréquence de rotation et de période. Connaître l’unité de la fréquence de rotation (nombre de tours par seconde).

Savoir-être (attitudes)

Le sens de l’observation ; La curiosité, l’imagination raisonnée, la créativité, l’ouverture d’esprit ; L’ouverture à la communication, au dialogue et au débat argumenté ; Le goût de chercher et de raisonner ;

Durée : 2H Démarche pédagogique utilisée : démarche d’investigation Conditions : groupe à effectif réduit, salle comportant un espace « exposé », des tables disposées en îlots (pour 4 groupes de 4 élèves maxi .

Déroulement de la séance

Temps Activité professeur Activité élève Document ou support

Entrée = situation-problème Problème posé

5 min

Distribue l’énoncé aux élèves, demande à un élève de lire « calmement et doucement le texte », aide à la lecture des symboles.

Un élève volontaire « qui aime lire », lit l’énoncé. Les autres élèves sont attentifs et lisent en silence

Enoncé élève (voir page 9) : « Mr P est passionné de Tuning. Il a modifié son véhicule en procédant à différentes transformations : carrosserie, ajout d’ailerons….. mécanique : remplacement de jantes, de pneus, … il est flashé à 99 km/H alors que son compteur affiche 90 km/H : � d’où cela peut-il venir ? »

Appropriation Réflexion individuelle, puis par groupe,

5 min Informe les élèves qu’ils disposent de 5 minutes pour écrire quelques idées sur papier, circule et leur pose des questions : « je peux voir ce que tu as noté ? », « est ce que tu peux analyser ces choses là ? » Aide à reformuler les questions pour s’assurer de leur sens Aide à recentrer sur le problème scientifique à résoudre Vérifie que le problème à résoudre est compris de tous

S’expriment individuellement par écrit Observent Se représentent la situation Se posent des questions Confrontent leurs questionnements Enoncent un problème scientifique à résoudre Formalisent

Enoncé distribué par le professeur à l’étape précédente. Feuille de papier ou cahier de brouillon

Echanges argumentés Mise en commun

20 min - anime la discussion - aide les élèves à formuler leurs idées oralement. - inscrit les mots clés au tableau « on peut faire un premier tour de table ? » « est-ce que tu peux repréciser la situation ? Quel est le problème ?

- Elèves en confiance, s’expriment de façon volontaire, s’écoutent mutuellement, rebondissent sur les propos des uns et des autres. S’expriment plutôt clairement et de façon

Tableau noir : mots clés


Quelle est ton idée ? » « Est ce que vous avez plus qu’une vague idée ? » « on a fait un tour de table intéressant : qu’est ce qu’on va retenir de tout cela ? » Donne la parole à chaque élève Rassemble toutes les conclusions des élèves pour construire une première synthèse

assez structurée. - Retiennent l’hypothèse suivante : « le compteur est adapté à l’ancienne taille des roues ». Communiquent à l’ensemble de la classe leurs résultats Confrontent leurs résultats avec ceux des autres

Formulation d’hypothèses, de protocoles Nouveaux questionnements suivis d’une nouvelle phase de réflexion, expérimentations.

20 min Présente le nouveau questionnement issu (si possible) de la phase précédente (échanges argumentées) : « comment convertir le nb de tour de roues en distance effectuée par le véhicule ?» Précise que les élèves disposent du document complémentaire et du matériel sur le chariot pour effectuer ce travail. Consignes à respecter : - travailler à deux - écrire un protocole (FORMALISATION) Vérifie que les protocoles proposés sont réalisables et ne représentent aucun danger Favorise le travail en autonomie

Les élèves suivent les consignes du professeur : travaillent par deux, sollicitent éventuellement le professeur Formulent par écrit des hypothèses explicatives Proposent un protocole expérimental destiné à valider les hypothèses Choisissent le matériel nécessaire

Document élève (voir page 9): - Schémas : roues, boîtes de vitesse - Données caractéristiques d’un pneu - Informations sur boîte de vitesse s et compteur de vitesse. Chariot contenant du matériel pour réaliser expérimentation :

- voitures de différentes dimensions - règle, et autres accessoires de mesure

Investigation et résolution du problème

20 min Insiste sur la nécessité de formaliser (résultats, conclusions) : « qu’est ce que vous avez fait ou calculé ? quel est le résultat de vos mesures ? quelles sont vos conclusions ? » « il faut que je puisse ensuite comprendre ce que vous avez fait si on n’a pas le temps de faire une synthèse » « on se donne combien de temps ? ¼ d’H ? 20 min ? » Fournit les ressources à la demande (matériel, informations utiles…) Veille au bon déroulement (sécurité…) Gère le temps

Réalisent la ou les expérience(s) Exploitent les résultats Se confrontent avec les hypothèses formulées précédemment Rédigent une trace écrite

Chariot contenant du matériel pour réaliser expérimentation : - voitures de différentes dimensions - règle, et autres accessoires de mesure

Acquisition et structuration des connaissances

20 min Collectivement : Mise en évidence avec l'aide de l'enseignant de nouveaux éléments de savoir (notions, techniques, méthodes) utilisés au cours de la résolution. Reformulation écrite par les élèves, avec l'aide du professeur, des connaissances nouvelles acquises en fin de séquence et apport d'éventuels compléments d'information.

Opérationnalisation des connaissances

Séance suivante

Exercices d’entraînement Nouveaux problèmes permettant la mise en œuvre des connaissances acquises dans de nouveaux contextes (réinvestissement) Évaluation des connaissances et des compétences méthodologiques



ANNEXE 3 : documents de travail du groupe « mesure et instrumentation » de Strasbourg, (E Barbieri, L Chavant, N Pflieger, lycée J Rostand STRASBOURG) Proposition de progression pédagogique (report aux compétences)

Notions contenus

Compé-tences

H Commentaires et repères pour la formation Exemple d’activité expérimentale ou documentaire n° séance

1 a 2 Définitions : Mesure, Mesurande, Mesurage Document à compléter (TICE) ; Terminologie

Mesure dimensionnelle : règle, masse (pèse-personne), température,… Recherche de normes par les TICE

1

1 b 2 Exploiter les résultats d’une manipulation pour identifier les limites de mesurage

Document à compléter : tableau de résultats + questionnement + définitions de l’étendue et seuil de détection

TP : dilutions en cascade sur un sirop (pipette automatique) et mesurage à l’œil nu

2

1 C 2 Diagramme 5M à compléter par les élèves pour l’évaluation du « poids des différentes erreurs »

TP : Mesurage de la masse d’eau et sensibilisation aux différentes erreurs Pesée de l’eau : milieu (porte de la salle ouverte), manipulateur (tous les

élèves), matériel (pipette-éprouvette), méthode (différents types de balances), matière première (eau frelatée avec éthanol)

3

1 d+e 2 Exploitation mathématique simple visant à sensibiliser à l’importance relative des différents M

Traitement mathématique : comparaison des données du TP précédent, utilisation des TICE, représentation graphique…

4

1 F 2 Approche intuitive de l’exactitude de chaque instrument de mesure.

Choix raisonné du matériel à utiliser pour les travaux pratiques.

Inventaire du matériel de prélèvement existant au labo et recherche de leur exactitude à partir d’une documentation

Recherche des tolérances du matériel utilisé au labo Evaluation de l’incertitude par calcul de %

Vérifier par la manipulation : prélever 5 mL avec différents matériels de mesurage … Peser.

5

1 G+h+i+j+k

6 Chaque élève fait 10 fois une même manipulation Conclure sur fidélité dans des conditions de répétabilité :

moyenne, écart type= sr, CV

Introduire 10 fois le même essai et mesurer le signal (spectrophotométrie et bleu patenté).

Exploitation informatique des résultats sous forme de graphique Calcul moyenne, sr, cv

Sélection des valeurs à retenir, critère de sélection, calculs des valeurs statistiques corrigées

Exploitation des résultats obtenus par tous les élèves, conclusion.

6 7 8

1

l+m 4 Dégager la notion de « matériau de référence » Comparaison de la valeur de référence avec les résultats

expérimentaux Conclure sur la notion de justesse puis d’exactitude d’une

mesure.

Même type de manipulation avec un « matériau de référence » 9 10

2 et 3 Dégager le principe de l’instrument de mesure mis en œuvre et ses limites d’utilisation

Utilisation de l’instrument selon les BPL. Exprimer correctement les résultats (sources d’erreur, acceptabilité, traitement informatique des données)

Prendre appui sur les différents exemples de manipulation de l’enseignement de spécialité « biotechnologie »

11 à …

Avertissement : ce document de travail est un premier jet destiné à évoluer (rigueur et précision de la formulation écrite, démarche, activités réalisées, etc...).


Proposition de fiche de préparation de la séance n°3 : Discipline : Mesure et instrumentation Intitulé de la séance : Identifier les différentes sources d’erreur lors d’un mesurage. Application à la pesée. Repère ou situation dans l’année : Définition de la notion d’erreur : activité n°3 Acquis : Connaissance de la notion de mesure, mesurage et mesurande. Objectifs : (connaissances, capacités, attitudes)

- Connaissances : o Identifier les différentes sources d’erreur par le diagramme des 5M

- Capacité : o Comparer le poids des différentes les sources d’erreurs. o Etablir le diagramme des 5M

- Attitudes o Sens observation o Communication écrite et verbale

Durée : 2H Conditions : Groupe à effectif réduit en salle de travaux pratiques

Déroulement de la séance Temps Activité professeur Activité élève Document ou support Présentation de la séance

Redécouverte de l’outil balance

5 10

Contextualiser le mesurage d’une masse au laboratoire. Souligne les points à observer

Un volontaire effectue une pesée d’eau Observations par le reste du groupe

Schéma d’une balance annoté


Réflexion individuelle

Réflexion collective : Collecte des erreurs possibles Proposition d’expérimentation Mise en œuvre des protocoles par petits groupes Synthèse des résultats expérimentaux Conclusion et ouverture sur

le diagramme 5M

5 30 30 20 10

Anime la réflexion individuelle Retranscrire les propositions des élèves au tableau. Orienter vers des erreurs permettant de construire le diagramme de 5 M Indique le matériel à disposition Au tableau : Erreur/Protocole/Manipulateur Guide les élèves. Guide les élèves pour la synthèse des résultats (calcul d’écart, utilisation des TICE) Conclusion et ouverture vers le monde industriel Exemples à montrer issu du milieu industriel.

Expriment individuellement par écrit les potentielles sources d’erreur. Les élèves s’expriment Les élèves proposent un protocole pour vérifier l’influence des sources d’erreurs identifiées Les élèves manipulent et consignent les résultats dans le cahier de laboratoire. Les élèves exploitent les résultats par un tableau puis engagent la discussion collective et situent la source d’erreur étudiée dans le diagramme des 5M. Conclusion et structuration des connaissances acquises

Elèves écrivent les protocoles dans le cahier de laboratoire : Pesée de 10 mL d’eau avec erreur Manipulation à réaliser par chaque membre du groupe. Support diagramme 5M

TP : Mesurage de la masse d’eau avec identification des différentes erreurs possibles. Pesée de l’eau : milieu (porte ouverte), manipulateur (tous les élèves), matériel (pipette-éprouvette), méthode (balance de cuisine-balance de précision, pesée directe ou par tare), matière première (eau frelatée avec éthanol) Avertissement : ce document de travail est un premier jet destiné à évoluer (rigueur et précision de la formulation écrite, démarche, activités réalisées, etc...).

Documents

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