Norbert PerrotIGEN STI

Exemple d’organisation pédagogique et de contenus de

séquences pour le cycle terminal des sciences de l’ingénieur

Exemple d’organisation pédagogique et de contenus de

séquences pour le cycle terminal des sciences de l’ingénieur

22 novembre 2011

Philippe LefèbvreIA-IPR Dijon

La mise en œuvre d’une démarche en sciences de l’ingénieur

La démarche en sciences de l’ingénieur en SLa démarche en sciences de l’ingénieur en S

Expérimenter

Modéliser

Analyser

Vérifier les performances attendues d’un système

Proposer et valider des modèles d’un système à partir d’essais Prévoir les performances d’un système à partir de modélisations

Modifier les paramètres d’un modèle Proposer des modifications structurelles pour améliorer les performances du système

Agir sur le système

La démarche en sciences de l’ingénieur en S

Observer un système

Modéliser le système

Agir sur le système

• Vérifier les performances attendues d’un système, par l’évaluation de l’écart entre un cahier des charges et les réponses expérimentales (écart A-M) ;

• Proposer et valider des modèles d’un système à partir d’essais, par l’évaluation de l’écart entre les performances mesurées et les performances simulées (écart M-S) ;

• Prévoir les performances d’un système à partir de modélisations, par l’évaluation de l’écart entre les performances simulées et les performances attendues au cahier des charges (écart A-S) ;

• Proposer des architectures de solutions, sous forme de schémas ou d’algorigrammes.

La démarche de l’ingénieur en SLa démarche de l’ingénieur en S

C’est un objectif terminal qui ne présuppose pas une progression pédagogique.

Un programme rédigé avec une approche par compétences

Un programme rédigé avec une approche par compétences

L’objectif poursuiviL’objectif poursuivi

Proposer une série de séquences de formation

pour les 2 années, associées à des fiches

pédagogiques facilitant la construction des séances

Compétencesdu

programme

Centres d’Intérêtchoisis pour

constituer une progression

pédagogique cohérente

Supports didactiques ou réels

pertinents, disponibles, et qui

tiennent compte des contraintes de

démarrage de la formation

Durées de formation

par CI - compétences

compatibles avec la durée totale de

formation

À partir des…

L’objectif poursuiviL’objectif poursuivi

Compétences Centres d’Intérêt

Supports didactiques

Durées de formation

Les éléments clés pour bâtir une progressionLes éléments clés pour bâtir une progression

Concept de séquence Centres d’intérêtOrganisation pratique des

activités

Constructionde la matrice

séquence/CI/supports

Fiches synthétiques des 10 séquences par

année

Typologie des supports

Objectifs Chaque séquence vise le développement (découverte ou approfondissement) de compétences précises du référentiel, identifiées dans le programme

Contenus Chaque séquence permet d'aborder de 1 à 2 CI au maximum, de manière à faciliter les synthèses et limiter le nombre de supports

Thème de travail Chaque séquence correspond à un thème sociétal, porteur de sens pour les élèves et intégrant les CI utilisés

Durée d’une séquence

Chaque séquence comprend de 2 à 4 semaines consécutives au maximum

Durée de l’année scolaire

30 semaines par année scolaire, de façon à laisser une marge de manœuvre pédagogique

6 semaines par année scolaire à répartir entre les séquences permettant d'intégrer des remédiations, des évaluations, des sorties et visites, etc.

Périodes de formations

Elles correspondent à chaque période entre les vacances et intègrent de 2 à 3 séquences

Séquence de synthèse

Elle est proposée en fin d’une période de formation et vise à favoriser l’acquisition des compétences du programme

LancementChaque séquence donne lieu à une séance de présentation à tous les élèves, explicitant les objectifs, l'organisation des apprentissages et les supports didactiques utilisés

Évaluation des acquis

Chaque séquence donne lieu à une évaluation sommative, soit intégrée dans son déroulement, soit prévue dans le cours d'une séquence suivante

Le concept de séquenceLe concept de séquence

Structure d’une séquence en inductifStructure d’une séquence en inductif

Supports techniques

Compétences

Dossier Système

Structuration des acquis

Structuration des acquis

xcwxcwxcw

xcwxcwxcw

Centres d’Intérêt

ÉvaluationÉvaluation

Activités pédagogiques

Intentions pédagogiques, a priori

Séquence

Réflexion pédagogique a postériori

La structure d’une séquence en

déductif ne pose pas de problème

La structure d’une séquence en

déductif ne pose pas de problème

Année scolaire

S1 S2 S3 S4 S5 S6 S8 S9 S10 S11 S12

Séquence 3

Séquence 4

Lancement

Ouverture externe

Évaluation

Chevauchement permettant le décalage entre

cours et activités pratiques

Chevauchement permettant le décalage entre

cours et activités pratiques

Séquence 1

Séquence 2

La planification des séquencesLa planification des séquences

Une proposition de CI, identiques en première et terminale, est faite dans le document d’accompagnement :

• elle permet une progression pédagogique cohérente ;

• elle respecte le cadre proposé dans le document d’accompagnement (cible AMS/FSC) .

Les centres d’intérêtLes centres d’intérêt

Une approche progressive et structurée Une approche progressive et structurée

Une progression pédagogique qui s’organise à partir des performances A-M-S ou des écarts :A-M, M-S, S-A.Les centres d’intérêt pris seuls permettent une entrée par les performances, ou pris deux à deux par les écarts.

Les Centres d’Intérêt retenusLes Centres d’Intérêt retenus

Point de vue Centres d’intérêt

Système souhaité CI1 : analyser un système. fonctionnellement et structurellement.

Système réel

CI2 : expérimenter et mesurer sur un système réel pour évaluer ses performances.CI3 : analyser des constituants d’un système réel d’un point de vue structurel et comportemental.

Système simulé

CI4 : concevoir et utiliser un modèle relatif à un système en vue d’évaluer les performances de la chaîne d’information.CI5 : concevoir et utiliser un modèle relatif à un système en vue d’évaluer les performances de la chaîne d’énergie.

SYSTÈME Fonctionnel Structurel Comportemental

PerformancesAttendues

Définir le besoin.Définir les fonctions de service.Identifier les contraintes.Traduire un besoin fonctionnel en problématique technique. Définir, justifier la frontière de tout ou partie d’un système et répertorier les interactions.

Identifier l’organisation structurelle. Identifier les éléments transformés et les flux .

Écart A-SComparer les résultats simulés avec les critères du cahier des charges et interpréter les écarts.

Modifier les paramètres du modèle pour répondre au cahier des charges.Valider un modèle optimisé fourni.

PerformancesSimulées

Choisir et mettre en œuvre une méthode de résolution.

Identifier l’organisation structurelle.Modifier ou proposer un modèle.

Choisir les grandeurs et les paramètres influents en vue de les modéliser.Simuler le fonctionnement de tout ou partie d’un système à l’aide d’un modèle fourni.Associer un modèle à un système ou à son comportement.Préciser les limites de validité du modèle utilisé. Interpréter les résultats obtenus.

Écart S-M

Comparer les résultats expérimentaux avec les résultats simulés et interpréter les écarts.Traiter les données mesurées en vue d’analyser les écarts.

Modifier les paramètres du modèle pour répondre au cahier des charges.Valider un modèle optimisé fourni.

Performances Mesurées

Identifier et ordonner les fonctions techniques qui réalisent les fonctions de services et respectent les contraintes.Décrire les liaisons entre les blocs fonctionnels.

Identifier l’organisation structurelle ; Identifier les matériaux des constituants et leurs propriétés en relation avec les fonctions et les contraintes. Décrire une chaîne d’acquisition .

identifier les grandeurs physiques à mesurer.Conduire les essais en respectant les consignes de sécurité à partir d’un protocole fourni. identifier le comportement des composants.interpréter les résultats obtenus.Justifier le choix des essais réalisés.

Écart M-A Comparer les résultats expérimentaux avec les critères du cahier des charges et interpréter les écarts.

Traiter les données mesurées en vue d’analyser les écarts.

Une approche progressive et structurée Une approche progressive et structurée

Couverture centre d’intérêts -compétences

Couverture centre d’intérêts -compétences

ÉcartA/S

Performance Attendue

Performance Simulée

Performance Mesurée

ÉcartM/S

ÉcartA/M

Compétences

A1 - Analyser le besoinA2 - Analyser le systèmeA3 – Caractériser les écartsB1 - Identifier et caractériser les grandeurs agissant sur un système B2 - Proposer ou justifier un modèle B3 - Résoudre et simuler B4 - Valider un modèle C1 - Justifier le choix d’un protocole expérimental C2 - Mettre en œuvre un protocole expérimental D1 – Rechercher et traiter des informationsD2 – Mettre en œuvre une communication

ComportementalComportemental

StructurelStructurel

Fonctionnel

A1

A3

A2

B1

B2-B3-B4

C2

CI1CI1

CI3CI3

CI4 & CI5CI4 & CI5

CI2CI2

C1

La compétence COMMUNIQUER

peut être développée sur tous les points de la

cible

ÉcartA/S

Performance Attendue

Performance Simulée

Performance Mesurée

ÉcartM/S

ÉcartA/M

Compétences

A1 - Analyser le besoinA2 - Analyser le systèmeA3 – Caractériser les écartsB1 - Identifier et caractériser les grandeurs agissant sur un système B2 - Proposer ou justifier un modèle B3 - Résoudre et simuler B4 - Valider un modèle C1 - Justifier le choix d’un protocole expérimental C2 - Mettre en œuvre un protocole expérimental D1 – Rechercher et traiter des informationsD2 – Mettre en œuvre une communication

ComportementalComportemental

StructurelStructurel

Fonctionnel

A1

A3

A2

B1

B2-B3-B4

C2

CI1CI1

CI3CI3

CI4 & CI5CI4 & CI5

CI2CI2

C1

La compétence COMMUNIQUER

peut être développée sur tous les points de la

cible

Couverture centre d’intérêts -compétences

Couverture centre d’intérêts -compétences

Les activités

en classe entière

Chaque séquence intègre des phases de cours ou des activités dirigées en classe entière correspondant à des apports structurés des connaissances ainsi qu'un lancement, une synthèse, des évaluations.

La place du cours par rapport aux activités à effectifs réduits correspond au choix d’une stratégie pédagogique durant chaque séquence (inductive ou déductive).

Les activités

à effectifs réduits

Une séquence peut donner lieu à des activités à effectifs réduits qui peuvent correspondre à des activités expérimentales, numériques, … à des mini projets.

Les activités à effectifs réduits privilégient les démarches spécifiques de la technologie : projet, résolution de problème technique, investigation…

L’organisation pratique des activitésL’organisation pratique des activités

Approche inductive

Approche déductive

Ces approches impliquent un décalage entre les cours et les activités pratiques

Les approches didactiquesLes approches didactiques

Un exemple possible (mais il y en a d’autres) : répartition 2h cours et 2h TD en classe entière et de 2h de TP (ou AN*) en groupe allégé.

Choisir une organisation hebdomadaireChoisir une organisation hebdomadaire

Cours CE2 h

Activités dirigéesCE ou

Activités numéri-

ques Groupe

2 h

Activités pratiquesGroupe

2 h

AP de 2 h possible

* AN : activités numériques ; activités dirigées sur ordinateur pour la simulation

Trois types de supports :•les supports réels disponibles dans le laboratoire ;•les supports virtuels ou numériques ;•les supports réels ou virtuels accessibles à distance.

Les supports didactiquesLes supports didactiques

L'utilisation d'un support doit d'abord permettre de caractériser les trois écarts, ce qui correspond à une approche descendante et externe.

Pas de supports de type professionnels. Petits systèmes didactiques possibles (et pas forcément des systèmes lourds didactisés).

Chaque support réel doit d'abord permettre aux élèves de mener des activités pratiques concrètes, en particulier l’expérimentation.

Chaque support doit obligatoirement permettre l’observation, l’analyse, la simulation, les mesures, etc.).

Le cahier des charges des supports réels en SILe cahier des charges des supports réels en SI

Ces supports sont caractéristiques des thèmes sociétaux issus du document ressources - Confort , Énergie, Environnement, Santé, Mobilité, Protection, Assistance au développement – ou du programme de l’EE SI.

Les supports didactiquesLes supports didactiques

Les supports didactiquesLes supports didactiques

Thème : Culture et loisir

Modèle réduit de buggy 4x4

BesoinParticiper à une compétition de modèles réduits

Référence

Indications quantifiées dans le cahier des charges

Accélération, vitesse, autonomie

Grandeurs mesurables

Accélération, vitesse, force motrice, autonomie

Grandeurs simulées

Accélération, vitesse, force motrice

Coût indicatif300 Euros non didactisé1800 euros didactisé

Les supports didactiquesLes supports didactiques

Les indications dans le cahier des charges doivent pouvoir, pour tout ou partie, être quantifiées par des mesures de grandeurs physiques sur le système réel ou par la simulation à l’aide des modèles. Les modèles sont considérés comme faisant partie du système et peuvent être acquis auprès des fournisseurs d’équipements en même temps que le système matériel.

Les supports didactiquesLes supports didactiques

Outils informatiques Progiciel de CAO 3D, Modules de simulation mécanique associés ou non au Progiciel de CAO 3D,Progiciel de description du comportement par graphe d’état, logigramme, algorigramme avec module permettant de générer et implanter un programme dans un système cible,

Les supports didactiquesLes supports didactiques

Progiciel permettant de simuler le fonctionnement complet d’un système intégrant plusieurs sources d’énergie, plusieurs convertisseurs d’énergie et les commandes associées. Suite bureautique : tableur-grapheur, traitement de texte, logiciel de présentation Ces outils informatiques peuvent être acquis séparément ou intégrés dans un ou plusieurs produits.

1. Choisir des horaires par regroupement de connaissances-capacités du programme.

2. Vérifier si les CI concernés par ce regroupement de connaissances-capacités ne sont pas plus de deux sur un axe AMS ou sur un écart A-M, M-S, S-A.

3. Calculer le total horaire par CI-compétences.4. Ajuster et valider la répartition des horaires par

rapport au total de 210 h (240 h).

Les étapes itératives de répartition des heures de formationLes étapes itératives de répartition des heures de formation

Centre d’intérêt

Construction de la matrice Programme -CIConstruction de la matrice Programme -CI

Compétences SI

A – AnalyserA1. Analyser le besoin A2. Analyser le systèmeA3. Caractériser des écarts

B - Modéliser B1. Identifier et caractériser les grandeurs agissant sur un systèmeB2. Proposer ou justifier un modèle B3. Résoudre et simuler B4. Valider un modèle

C - Expérimenter C1. Justifier le choix d’un protocole expérimental C2. Mettre en œuvre un protocole expérimental D - Communiquer D1. Rechercher et traiter des informations D2. Mettre en œuvre une communication

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