Projet innovation : «pratique scientifique et expérimentale en classe de seconde»

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1 Projet innovation : «pratique scientifique et expérimentale en classe de seconde» Afin d améliorer l orientation des élèves vers la voie scientifique, en particulier l orientation des filles, et dans le souci de répondre à l une des priorités de monsieur le Recteur, nous proposons l expérimentation d un enseignement pluridisciplinaire alliant les disciplines SVT et SPC (en premier lieu) pour la classe de seconde. L objectif primordial des sciences physiques est de rendre le monde intelligible et de montrer que quelques lois universelles peuvent rendre compte de son fonctionnement. Mais la construction des modèles auxquels ces lois font référence reste souvent du domaine de l implicite ; de même, le mode de construction du savoir n apparaît jamais, avec ses à coups, ses stagnations, ses controverses. Cet enseignement novateur pourra donc faire appel à la dimension historique de l évolution des idées de même qu il peut faire une large place aux sciences de l Univers : astronomie et astrophysique. Il faut aussi montrer que, même si elle ne précède pas toujours la théorie, l expérience joue un rôle majeur dans la construction des connaissances en sciences. C est pourquoi nous inscrivons dans cette expérimentation des objectifs méthodologiques, concernant en particulier l acquisition de données scientifiques, leur collecte et éventuellement stockage ou mise à disposition sur un site, leur exploitation suivant une démarche rigoureuse et méthodique. Les thèmes choisis restent libres, ils pourront s articuler selon une démarche de projet, avec une pédagogie de résolution de problèmes, et les professeurs pourront utiliser certains des éléments de la liste ci dessous, construite en cohérence avec les programmes de la discipline aussi bien au collège qu au lycée. Le décloisonnement résulte d un double regard porté sur le problème qui se pose à l élève. Ils traiteront par exemple des médicaments, d aromathérapie, de couleur, concentration et dosages, de développement durable (pollution des villes et capteurs, déchets et traitement, traitement des eaux, biocarburants), d évolution de la concentration en dioxyde de carbone dans l atmosphère et d évolution du climat, d effet de serre, de rayonnement et couleur, de rayonnement et médecine, de pile à hydrogène, de centrale nucléaire et environnement

2 En Chimie : 1 ère point d ancrage possible : la sécurité L objectif de cette partie n est en aucun cas d effrayer l élève, mais bien au contraire, de lui faire prendre conscience qu un comportement citoyen ainsi que le respect des règles de vie élémentaires permettent de travailler dans des conditions de sécurités optimales. Contenus- notion Compétences développées Exemples d activités basiques Attitude dans un Etablir les règles à la fois de laboratoire comportement et vestimentaires Etiquetage Règle incendie Savoir lire une étiquette, connaissance des pictogrammes Connaissance du triangle du feu, des classes ainsi que les moyens d extinction Observation et analyse sur de nombreux exemples S appuyer surtout sur les connaissances propres des élèves 2 ème point d ancrage : les gaz Cette partie permet d éveiller le sens scientifique des élèves, en appuyant sur des démarches telles que l élaboration de protocoles ou le dépouillement de résultats bruts. Propriétés des gaz compressibilité, expansibilité dilatation Se documenter Rédiger, réaliser et présenter un protocole expérimental, utiliser un simulateur. Réalisation par groupe, pour chacune des propriétés puis présentation au reste de la classe Loi de Boyle Mariotte Equation d état des gaz parfaits Suivre un mode opératoire simple Utiliser un tableur de type EXCEL, pour exploiter des résultats et tracer une courbe. Contrôle des variables et expérimentation. Utiliser un simulateur Mesurer l évolution de la pression en fonction du volume. Etudier l influence de la température 3 ème point d ancrage : : solution aqueuse ionique Prolongement du programme de troisième, tout en donnant de solides bases de méthodologie expérimentale.

3 Dissolution Déshydratation à pression atmosphérique Déshydratation sous pression réduite Dilution. Concentration et lumière : réaliser un spectrophotomètre simplifié avec diode HL et photodiode. Savoir utiliser une pipette, une fiole jaugée, la mise sous vide. Connaître l influence de la pression sur la température de changement d état. Connaître lors d une dissolution l influence de la température. Déterminer la concentration d une solution colorée(réaliser une courbe d étalonnage). Savoir lire une courbe d analyse spectrale. Réaliser ces différents procédés en veillant particulièrement à la méthodologie expérimentale Oxydoréduction Appréhender la notion de couple redox de type M n+ / M Ecrire des demi équations redox Réaliser des piles électrochimiques simple, approche de la notion de potentiel Réaliser une électrolyse Réactions d oxydoréduction entre un métal et un ion métallique Réalisation d une pile électrochimique avec mesure de tension Initiation au plaquage : Obtenir un dépôt métallique sur une électrode de graphite 4 ème point d ancrage : transformation chimique partie en cohérence avec le programme de seconde La mole Les grandeurs liées à la mole Savoir présenter ces grandeurs de façon rigoureuse, en respectant les règles ou les conventions d écriture. Réaliser une pesée de précision au centième. Suivi d une transformation réelle (synthèse d un médicament ou d un arôme). Exemple de transformation chimique Connaître les lois de conservation. Connaître la modélisation d une transformation chimique. Effectuer la pesée précise de la masse d une fraction de mole de substance. Bilan de matière Savoir utiliser une burette, un agitateur magnétique mais aussi savoir agiter manuellement. Connaître la notion de réactif limitant. Représenter un tableau d avancement. Réalisation de différentes transformations chimiques basées sur le réinvestissement des savoirfaire expérimentaux acquis jusqu à lors. Volume molaire Suivre un mode opératoire élaboré Rédiger un compte rendu détaillé Réinvestir les notions acquises au collège ainsi que dans la 2 ème Mise en évidence du réactif limitant, établir un tableau d avancement.

4 partie du tronc commun Détermination expérimentale du volume molaire 5 ème point d ancrage : acides/bases Notion de ph Capteur de ph Suivant la valeur du ph savoir si la solution aqueuse est acide, basique ou neutre. Savoir mesurer un ph avec un capteur non étalonné Méthodologie expérimentale Savoir choisir un indicateur coloré Exemple avec des substances de la vie courante : citron, produit vaisselle, eau savonneuse Utilisation d indicateurs colorés, de papier ph et du ph-mètre, étalonnage d un capteur de ph. Dosage volumétrique Dosage phmètrique Effectuer des mesures expérimentales et de représenter celles ci dans un graphe. Dosage entre un acide fort et une base forte par deux méthodes différentes En Physique 1 ère point d ancrage : électricité Cette première partie vient prolonger le programme de la classe de troisième (B2.1 Notion de résistance). Cette entrée sera l occasion de familiariser les élèves avec l utilisation de l outil informatique (tracé de graphique et modélisation ; acquisition assistée par ordinateur). Contenus - Notions Compétences développées Exemples d activités Mesures en électricité. tensions périodiques, capteur d intensité et capteur de position. Réaliser un circuit à partir d un schéma, schématiser un circuit existant. Utiliser les appareils de mesure y compris l'oscilloscope. Distinguer courant et tension. Connaître les lois de l électricité (lois des mailles ou d additivité des tensions, unicité du courant dans un circuit série, loi des nœuds, loi d Ohm, associations de conducteurs ohmiques). Puissance dissipée par effet Joule. Réalisation de montages simples. Mesures d intensité, de tension, de période. Associations de conducteurs ohmiques et mesures de résistances. Etude du diviseur de tension. Application à la réalisation d un capteur de position. Utilisation de l'oscilloscope pour illustrer le principe du sonar.

5 Mise en œuvre raisonnée de différents capteurs et de circuits d adaptation Utiliser un CIL en suiveur, comparateur ou amplificateur Mise en œuvre de dispositifs d acquisition de mesures. 2 ème point d ancrage : thermique Le lien de cette partie avec la précédente est réalisé lors du premier TP sur la thermistance. Les mesures de capacités thermiques se feront assistées par ordinateur. Contenus - Notions Compétences développées Exemples d activités Thermistance, diode, Constituer une banque de données Acquisition assistée par circuit intégré LM35 Organiser suivant un objectif : Tracé ordinateur de la courbe de la courbe d étalonnage des d étalonnage d'une thermistance. composants. Utilisation d'une thermistance. pour déterminer une température ou pour commander un circuit d e chauffage ou autre... Capacité thermique massique. Mesurer la capacité thermique massique d un liquide. Mesurer une capacité thermique massique de changement d état. Suivre un changement d état Introduction documentaire des concepts d'énergie et de température. Utilisation d un calorimètre. Mesure assistée par ordinateur de la capacité thermique massique de l eau en utilisant la relation E = U I t. Mesure de la capacité thermique massique de fusion de la glace. 3 ème point d ancrage : optique Cette partie vient comme un complément du programme de tronc commun de seconde, dans lequel les lentilles et la formation des images ne sont pas abordées (tronc commun : la lumière : messager des étoiles -spectres- ; principe de propagation rectiligne de la lumière appliqué à des mesures de distances). Les lentilles seront abordées d un point de vu essentiellement expérimental, l utilisation de logiciel de simulation allégera les tracés des rayons pour les instruments d optique usuels. La réalisation d exposés aura pour but d améliorer l utilisation d Internet comme outil de recherche documentaire et de logiciel de type bureautique pour la présentation de l exposé. En outre, l exposé sera aussi l occasion de travailler la présentation orale d un sujet.

6 Contenus - Notions Compétences développées Exemples d activités Lentilles minces convergentes. Connaître le lien entre la vergence d une lentille et sa distance focale. Savoir distinguer une lentille mince convergente d une lentille mince divergente. Savoir construire graphiquement et obtenir expérimentalement l image d un objet par une lentille mince convergente. Connaître la relation de conjugaison (avec origines aux centres optiques). Savoir mettre en évidence les aberrations géométriques et chromatiques d une lentille. Détermination de la distance focale d une lentille (ou de sa vergence) par autocollimation. Utilisation du banc d optique pour la vérification de la relation de conjugaison. Cas d un objet situé entre le foyer et le centre optique d une lentille convergente (la loupe). Utilisation de logiciels de simulation pour obtenir le tracé des rayons lumineux. Instruments d optique et capteurs de lumière comme la photodiode Se documenter et présenter le Réalisation par groupes principe d un instrument d optique : d exposés présentant le principe appareil photo numérique, jumelles, de différents instruments lunette astronomique, télescope, d optique avec fabrication de microscope. modèles. Présentation par les Comprendre l utilisation des élèves au reste de la classe à dispositifs de type CCD. l aide d un logiciel permettant la projection d un diaporama.