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1 LES NOUVEAUX PROGRAMMES DE PHYSIQUE CHIMIE EN PREMIÈRE ANNÉE DE CPGE 1

2 CONTEXTE La réforme des voies générale et technologique. La notion de compétence : en amont dans le lycée et en aval dans les écoles. Une structure identique (sauf TPC). Une organisation semestrielle (fluidité des parcours universitaires). 2

3 QUELS PUBLICS? BCPST S-SVT et S-SI STL (SPCL et bio) MPSI PCSI PTSI TB STI2D TPC TSI 3

4 L ARCHITECTURE DES PROGRAMMES Résolution de problèmes Enseigner la physique chimie en CPGE Pratiquer la démarche scientifique (compétences) Connaissances et capacités à maîtriser Démarche expérimentale Analyse documentaire Progresser dans la complexité de manière adaptée Une entrée contextualisée (très marquée dans la voie technologique) 4

5 LA DÉMARCHE SCIENTIFIQUE Mise en œuvre de compétences tout au long des deux années. Mettre les savoirs en action Être autonome et faire preuve d initiative Communiquer Démarche expérimentale Résolution de problèmes Analyses documentaires 5

6 LA DÉMARCHE EXPÉRIMENTALE S approprier Analyser Réaliser Valider Communiquer Être autonome, faire preuve d initiative - rechercher, extraire et organiser l information en lien avec une situation - énoncer une problématique - définir des objectifs - formuler une hypothèse - proposer une stratégie pour répondre à une problématique - proposer un modèle - choisir, concevoir ou justifier un protocole ou un dispositif expérimental - évaluer l ordre de grandeur d un phénomène et de ses variations - mettre en œuvre un protocole - utiliser (avec la notice) le matériel de manière adaptée, en autonomie pour celui de la liste «Grandeurs et instruments», avec aide pour tout autre matériel - mettre en œuvre des règles de sécurité adéquates - effectuer des représentations graphiques à partir de données expérimentales - exploiter des observations, des mesures en identifiant les sources d erreurs et en estimant les incertitudes - confronter un modèle à des résultats expérimentaux - confirmer ou infirmer une hypothèse, une information - analyser les résultats de manière critique - proposer des améliorations de la démarche ou du modèle - à l écrit comme à l oral : o présenter les étapes de son travail de manière synthétique, organisée, cohérente et compréhensible o utiliser un vocabulaire scientifique adapté o s appuyer sur des schémas, des graphes - faire preuve d écoute, confronter son point de vue - travailler seul ou en équipe - solliciter une aide de manière pertinente - s impliquer, prendre des décisions, anticiper 6

7 LA DÉMARCHE EXPÉRIMENTALE Des compétences nécessitant des connaissances et des capacités: Dans le domaine de la métrologie. Dans le domaine expérimental. Connaissances et capacités à acquérir tout au long de l année scolaire en fonction des thèmes étudiés. 7

8 MESURES ET INCERTITUDES Erreur ; composante aléatoire et composante systématique de l erreur. Notion d incertitude, incertitude-type. Évaluation d une incertitude-type. Incertitude-type composée. Incertitude élargie. Présentation d un résultat expérimental. Acceptabilité du résultat et analyse du mesurage (ou processus de mesure). Utiliser le vocabulaire de base de la métrologie : mesurage, valeur vraie, grandeur d influence, erreur aléatoire, erreur systématique. Identifier les sources d erreurs lors d une mesure. Savoir que l incertitude est un paramètre associé au résultat d un mesurage, qui caractérise la dispersion des valeurs qui peuvent être raisonnablement attribuées à la grandeur mesurée. Procéder à l évaluation de type A de l incertitude-type (incertitude de répétabilité). Procéder à l évaluation de type B de l incertitude-type dans des cas simples (instruments gradués) ou à l aide de données fournies par le constructeur (résistance, multimètre, oscilloscope, thermomètre, verrerie ). Évaluer l incertitude-type d une mesure obtenue à l issue de la mise en œuvre d un protocole présentant plusieurs sources d erreurs indépendantes à l aide d une formule fournie ou d un logiciel. Comparer les incertitudes associées à chaque source d erreurs. Associer un niveau de confiance de 95 % à une incertitude élargie. Exprimer le résultat d une mesure par une valeur et une incertitude associée à un niveau de confiance. Commenter qualitativement le résultat d une mesure en le comparant, par exemple, à une valeur de référence. Analyser les sources d erreurs et proposer des améliorations du processus de mesure. 8

9 MESURES ET SAVOIR FAIRE Nature et méthodes 1. Mesures d angles, de longueurs, de volume et de masse Longueurs : sur un banc d optique. Longueurs : à partir d une photo ou d une vidéo. Angles : avec un goniomètre. Longueurs d onde. Capacités exigibles Mettre en œuvre une mesure de longueur par déplacement d un viseur entre deux positions. Pouvoir évaluer avec précision, par comparaison à un étalon, une longueur (ou les coordonnées d une position) sur une image numérique. Utiliser un viseur à frontale fixe, une lunette autocollimatrice. Utiliser des vis micrométriques et un réticule pour tirer parti de la précision affichée de l appareil utilisé. Étudier un spectre à l aide d un spectromètre à fibre optique. Mesurer une longueur d onde acoustique à l aide d un support gradué et d un oscilloscope bicourbe. 9

10 LA RÉSOLUTION DE PROBLÈME Des compétences nécessitant des connaissances et des capacités: Dans différents champs de la physique et de la chimie. Une approche totalement différente du «problème» Mobiliser ses connaissances et ses capacités pour atteindre un objectif bien fixé sans que le chemin ne soit donné. L objectif à atteindre doit être clairement indiqué et le travail porte sur la démarche à suivre, l obtention du résultat et son regard critique. «Lorsque vous laissez fondre un glaçon dans un verre de boisson initialement à température ambiante lors d une chaude après-midi d été, quelle est la diminution de température? La réponse attendue est une valeur numérique.» 10

11 LA RÉSOLUTION DE PROBLÈME S approprier le problème. Établir une stratégie de résolution (analyser). Mettre en œuvre la stratégie (réaliser). Avoir un regard critique sur les résultats obtenus (valider). Faire un schéma modèle. Identifier les grandeurs physiques pertinentes, leur attribuer un symbole. Évaluer quantitativement les grandeurs physiques inconnues et non précisées. Relier le problème à une situation modèle connue.. Décomposer le problème en des problèmes plus simples. Commencer par une version simplifiée. Expliciter la modélisation choisie (définition du système, ). Déterminer et énoncer les lois physiques qui seront utilisées... Mener la démarche jusqu au bout afin de répondre explicitement à la question posée. Savoir mener efficacement les calculs analytiques et la traduction numérique. Rédiger la solution trouvée afin d expliquer le raisonnement et les résultats. S assurer que l on a répondu à la question posée. Vérifier la pertinence du résultat trouvé, notamment en comparant avec des estimations ou ordres de grandeurs connus. Comparer le résultat obtenu avec le résultat d une autre approche (mesure expérimentale donnée ou déduite d un document joint, simulation numérique, ). Étudier des cas limites plus simples dont la solution est plus facilement vérifiable ou bien déjà connue. 11

12 LE SOCLE DE SAVOIR: CONNAISSANCES ET CAPACITÉS Un premier semestre de transition: les grandeurs physiques introduites sont essentiellement des grandeurs scalaires dépendant du temps dans les différents champs de la physique et de la chimie. Les grandeurs vectorielles sont introduites au second semestre. Les relations avec les mathématiques sont clairement établies (annexes outils mathématiques), la progressivité dans la complexité mathématique affichée. Place du numérique. 12

13 PROGRAMMES DE PHYSIQUE MPSI PCSI PTSI S1 Signaux physiques Mécanique 1 Signaux physiques Mécanique 1 Signaux physiques Mécanique 1 S2 Mécanique 2 Thermodynamique Induction et forces de Laplace Mécanique 2 Thermodynamique Statique des fluides Induction et forces de Laplace Mécanique 2 Thermodynamique Induction et forces de Laplace 13

14 PROGRAMMES DE PHYSIQUE S1 TSI Signaux physiques Mécanique Thermodynamique Induction et conversion électromécanique TPC BCPST Signaux physiques Mécanique 1 Signaux physiques, bilans et transports Optique géométrique Thermodynamique S2 Mécanique 2 Thermodynamique Statique des fluides Induction et forces de Laplace Thermodynamique Mécanique 14

15 PROGRAMMES DE CHIMIE S1 S2 MPSI PCSI Transformation de la matière Architecture de la matière Transformation de la matière Architecture de la matière Structure, réactivité et transformations en chimie organique 1 Architecture de la matière condensée : solides cristallins Transformations chimiques en solution aqueuse Architecture de la matière condensée Transformations chimiques en solutions aqueuses Réactivité et transformations en chimie organique 2 (PC) PTSI Transformation de la matière Architecture de la matière Architecture de la matière condensée Transformations chimiques en solution aqueuse 15

16 PROGRAMMES DE CHIMIE TSI TPC BCPST S1 Transformation de la matière Architecture de la matière Transformation de la matière Architecture de la matière Structure en chimie organique Thermodynamique chimique Structure de la matière Introduction à la chimie organique S2 Transformations chimiques en solution aqueuse Architecture de la matière condensée : solides cristallins Transformations chimiques en solutions aqueuses Réactivité et synthèse en chimie organique Cinétique chimique Chimie organique réactionnelle 16

17 TB PROGRAMMES DE PHYSIQUE-CHIMIE EN TB S1 Structure de la matière Équilibre macroscopique de la matière S2 Évolution temporelle Analyse et synthèse Bilans d énergie en thermodynamique 17

18 CONCLUSION Des programmes «en 3D» Des éléments sur les 2 ans (compétences), sur une année (connaissances et capacités expérimentales), sur un semestre (connaissances et capacités dans des champs de la physique et de la chimie). Nécessité de construire une progression mettant les savoirs en action. Pas de révolution au niveau des contenus scientifiques mais quelques évolutions: Initiation à la physique quantique, Une véritable révolution en matière pédagogique en droite ligne de ce qui se fait en pré-bac. 18

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