Enseignement de la physique en Licence

Transcription

1 Enseignement de la physique en Licence Impact de la réforme du Lycée C. Furget (resp. mention PGE) ( furget@lpsc.in2p3.fr)

2 Préambule Le travail entrepris en physique repose sur : ü Réflexion initiée en mars 2012 par le réseau ASUR et supervisée par le DLST ü Réflexion poursuivie au sein de PHITEM dès juin 2012 (voir échange avec le secondaire dans le cadre de GEPHY2012) ü Mise en place des groupes de travail à PHITEM (Coord. C. Hoffmann) Travail collaboratif et inter-disciplinaire ü Définir les besoins des différents parcours (ex. : BIO ou STE) ü Concertation sur les programmes de mathématiques ü Retour des différentes disciplines sur les propositions de la physique Travail en cours ü Réflexion retardée d un an pour la physique pour les biologistes (moins d évolution pédagogique nécessaire + fortes contraintes matérielles) ü Beaucoup de travail reste à faire : documents pédagogiques etc

3 Le nouveau profil des lycéens Diagnostic établi à partir de ü Analyse détaillée des programmes du lycée ü Retour d expérience d enseignants du secondaire sur la base de la 1 ière S (échange dans le cadre de l école GEPHY2012 UdppC/Phitem) Constat au 07/2013 ü Obj. : Susciter des vocations et acquisition des compétences de base ü Un bagage mathématique allégé ü Evolution vers les concepts de la physique moderne ü Démarche : Introduire les notions, modélisation conceptuelle (peu de maths), applications numériques (moins de calculs) ü Approche pédagogique spiralaire (notions revues plusieurs fois), mode zapping ü Supports pédagogiques variés : poly à trous, vidéo-projection, intranet

4 Offre de formation en Licence Offre de formation actuelle s est construite lors du passage au LMD (2003) : ü une offre de formation diversifiée (> 20 parcours) avec de nombreuses bifurcations et une volonté de proposer des UEs généralistes (mutualisables) ü Le passage à la semestrialisation a conduit à des UEs disciplinaires et autonomes de 6 ECTS = 60h présentiel mécanique du point matériel ou l électricité concentrés sur un semestre La réforme nous sert de prétexte pour faire évoluer notre offre de formation : ü Différentier les contenus et les approches si nécessaire tout en gardant la cohérence entre les parcours (physique pour les géosciences au S2) ü Apporter une progressivité dans les matières enseignées : mécanique sur une année, faire des liens entre les matières (électricité et mécanique) ü Améliorer la pratique expérimentale en introduisant des outils modernes (acquisition de données et outils d analyse)

5 Parcours Physique-chimie (avant) * * * * UEs réformées Enseignements de Physique : X2 = GCI120, GEL120, GMP120, MAP120, MAT129, STE120 X4 = CHI242, PHI242, MEC24a X6 = MEC361, PHY36e, CHI36d X6pro = STG369, MEN369 ü en L1 (30%) : Energie, fluide, optique géométrique (PHY111), Mécanique du point matériel (PHY121), électrocinétique continu et alternatif (PHY122) ü en L2 (40% ) : Electromagnétisme (PHY235), Thermodynamique + thèmes expérimentaux (PHY236), Vibrations, Physique moderne (PHY242), Ondes et optique ondulatoire (PHY244) ü en L3 (40% ) : Electromagnétisme (PHY351), Optique (PHY352), Mécanique analytique (PHY354), Analyse de donnée (PHY356), Cristallographie (PHY361), Mécanique quantique (PHY362), Physique statistique (PHY353)

6 Nouvelle offre de formation en L1 (sauf BIO et CHB) Un socle commun adapté au différents parcours : PMM, PHY, PHC, PGM, MAT MIN, INF SPI, CHI GSC Progression des enseignements sur 2 semestres : PHY114, PHY12a, (PHY124) PHY115, (PHY12b) PHY115, PHY12b, (PHY124) PHY115, PHY125 () : UEs en option PHY114/115 (S1) PHY12a/12b (S2) PHY124 (S2) PHY125 (S2) Mécanique du point matériel I (38h) Mécanique du point matériel II (55h) Mécanique du point + fluides (30h) Electricité I régime continu (25h) Electricité II régime variable (30 h) Optique géométrique (32h) Optique géométrique (32h)

7 Méthode de travail Définition précise des objectifs : ü Exemples : connaître les grands standards de la mécanique, s approprier le problème, établir une stratégie de résultat, interpréter le résultat Déclinaison plus précise des compétences demandées Etablir un calendrier pour l acquisition des compétences ü Exemple : Utilisation des lois de Newton, tracé d un graphe Apporter une progressivité dans les matières enseignées : mécanique sur une année, faire des liens entre les matières (électricité et mécanique) Articulation avec les acquisitions des compétences mathématiques ü Exemples : Composantes d un vecteur, produit scalaire et vectorielle, dérivée et primitives, équations différentielles à Faciliter l élaboration des supports pédagogiques (Cours/TD) et définir un cadre pédagogique pour l équipe pédagogique (> 20 enseignants)

8 4. Valider et interpréter le résultat Objectifs - PHY114/115 et PHY12a/b Objectifs 1. Connaitre les grands standards de la mécanique 1a. Grandes idées et principes (niveau conceptuel) 1b. Constantes fondamentales (par cœur) 1c. Unités SI (par cœur) 1d. Formules les plus importantes de math et de physique et les conditions d application (par c 1e. Ordre de grandeur des phénomènes 2. S approprier le problème 2a. Schéma reflétant bien le problème 2b. Identifier les grandeurs physiques pertinents (données) et les inconnus à déterminer 3. Etablir et mettre en œuvre une stratégie de résolution 3a. Choisir une modélisation adaptée 3b. Déterminer les lois physiques / formules à utiliser 3c. Maîtriser les outils mathématiques 3d. Choisir et savoir utiliser la méthode de résolution 3e. Résolution littérale et application numérique

9 Outils pédagogiques Obj. : valoriser le travail personnel, rendre les étudiants plus actifs et favoriser le travail collaboratif Outils pédagogiques variés ü En cours : polycopié à trous, Boitiers de vote, manipulations de démonstration ü Entre les cours et TD : résumé de cours, travail préparatoire ü En TDs : QCM, TDs forme classique ou apprentissage par petits groupe au choix des enseignants pour chaque séquence : exo de référence, exo type, exos à traiter en présentiel, hors présentiel ü En plus : Evaluation orale pour tester les compétences + orientation éventuelle

10 Démonstrations en amphi Obj. : Illustration en amphi des différents concepts Quelques exemples (mécanique) : Tube de Newton (chute d un objet dans le vide), palan artisanal, voiture autopropulsée (quantité de mouvement), tabouret (moment cinétique) Op$que S1 Mécanique S2 (illustrations fournies par C. Hoffmann)

11 Utilisation des boitiers de vote (fourni par C. Hoffmann) Rq : 1 amphi du DLST équipé de boitiers électroniques à la rentrée 2013 Votes avec cartes couleurs Un rugbyman de 2,10 m et 115 kg s échauffe tranquillement (il court à 8 km/h) sur le terrain. Une sprinteuse de 1,60 m et 46 kg avance à 20 km/h sur la piste à côté. Distraite par une camarade, elle quitte la piste et rentre frontalement dans le rugbyman. Qu est-ce qu il se passe? 1.) les deux avancent dans le sens du rugbyman 2.) les deux avancent dans le sens de la sprinteuse 3.) ils s arrêtent tous les deux

12 Rénovation des TPs de physique Obj. : utilisation de la vidéo pour une analyse numérique du mouvement dans les TP de mécanique du point Déroulement d une séance ü Mesure du mouvement de mobile auto-porté à l aide de caméra vidéo ü Analyse du mouvement à l aide d un logiciel libre (tracker) sur les ordinateurs personnels ü Extraction des paramètres physiques et interprétation ü Communication des résultats

13 Annexes

14 PHY114/115 (semestre S1) Mécanique du point matériel I Electricité I Partie Mécanique du point : Principe d inertie, principe fondamental de la dynamique, loi d interaction. Référentiels Galiléens et non Galiléens. Cinématique : position, vitesse et accélération, dans les systèmes de coordonnées cartésiennes. Forces de rappel, forces de frottement solide, forces de frottement visqueux. Travail d une force. Energie cinétique. Forces conservatives et non conservatives. Energie potentielle associée à une force conservative. Energie mécanique. Théorèmes de l énergie cinétique et de l énergie mécanique. Partie Electricité : notions de base sur les circuits en courant continu : courants et tensions, force électromotrice et résistance, dipôles et réseaux. Générateurs et récepteurs : caractéristiques courant-tension, puissance et rendement. Montage équivalent à une association de plusieurs générateurs ou récepteurs. Volume horaire : 13,5 C, 21 TD, 24,5 TP

15 PHY12a/12b (semestre S2) Mécanique du point matériel II Partie Mécanique du point : Cinématique : position, vitesse et accélération, dans les systèmes de coordonnées orthonormé, cylindrique, sphérique et Frenet. Oscillateur harmonique mécanique (ressort et pendule simple), lien avec l oscillateur harmonique en électricité. Moment d'une force et moment cinétique. Applications Chocs entre 2 masses ponctuelles Problème des 2 corps : illustration en astronomie. Extension des notions de base: changements de repères, repères non inertiels Volume horaire : 12 C, 27 TD, 15 TP

16 PHY12a/12b (semestre S2) Electricité II Optique géométrique Electricité Cette partie traitera de l'électricité en régime alternatif (le régime continu ayant été vu au 1er semestre) : Régimes transitoires et forcés dans des circuits RC, RL, RLC ; Puissance ; Circuit RLC parallèle ;... Optique géométrique Bases de l optique géométrique; Formation des images; Lentilles minces; Association de systèmes simples; Détecteurs (CDD, œil), appareil photo. Volume horaire : 18 C, 19,5 TD, 24,5 TP

17 PHY125 (semestre S2) Physique pour les géosciences Mécanique du point matériel Systèmes en rotation : Oscillateur harmonique Moments cinétique: Mécanique des fluides Hydrostatique : pression, forces Ecoulement d un fluide parfait. Conservation du débit et de l'énergie (Bernouilli). Ecoulement d un fluide visqueux (lois de Stokes et Poiseuille). Optique géométrique Bases de l optique géométrique; Formation des images; Lentilles minces; Association de systèmes simples; Détecteurs (CDD, œil), appareil photo. Volume horaire : 19,5 C, 27 TD, 14 TP

18 PHY11? (semestre S1) Physique pour les biologistes (BIO, CHB, SVT) Electricité Electrostatique : forces, champ, énergie, potentiel, dipôle électrique Electrocinétique : mobilité ionique, conductivité des électrolytes, relation entre conductivité et diffusivité. Optique Cette partie de l'ue est consacrée à l'utilisation de la lumière comme moyen d'investigation de la matière. Formation des images Polarisation de la lumière Spectroscopie Cette UE constitue une fusion entre deux UEs existantes PHY11a et PHY11b enseignées respectivement aux parcours de BIO et CHB. Démarrage en 2014.