Présentation du programme. de physique-chimie. de Terminale S. applicable en septembre 2012

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1 Présentation du programme de physique-chimie de Terminale S applicable en septembre 2012 Nicolas Coppens [email protected]

2 Comme en Seconde et en Première, le programme mélange la physique et la chimie. Par rapport à l ancien programme : la partie «connaissances exigibles» est diminuée et remplacée par davantage de «compétences ou de capacités exigibles», notamment de recherche d informations scientifiques (avec la compétence «extraire et exploiter des informations») ; le programme donne une vision plus «moderne» de la physique et de la chimie (détecteur de particules, spectres RMN, etc.) au détriment de l enseignement de l électricité notamment ; il y a moins de modélisation demandée et moins de recours à l outil mathématique ; la radioactivité est maintenant vue en Première (de façon plus qualitative) ; les réactions d oxydo-réduction sont vues uniquement en Première.

3 3 parties dans le programme de l enseignement spécifique : Partie 1. Observer - Ondes et matière Partie 2. Comprendre - Lois et modèles Partie 3. Agir - Défis du XXIe siècle

4 Chapitre 4 : Spectres UV, IR et RMN du proton Le programme de physique-chimie Partie 1. Observer - Ondes et matière (exemple de découpage du programme) Chapitre 1 : Ondes et particules, des supports d information Chapitre 2 : Caractéristiques des ondes Chapitre 3 : Propriétés des ondes : diffraction des ondes, interférences et effet Doppler

5 Chapitre 4 : Spectres UV, IR et RMN du proton Le programme de physique-chimie Partie 1. Observer - Ondes et matière Chapitre 1 : Ondes et particules, des supports d information Chapitre 2 : Caractéristiques des ondes Chapitre 3 : Propriétés des ondes : diffraction des ondes, interférences et effet Doppler

6 Partie 1. Observer - Ondes et matière

7 Chapitre 4 : Spectres UV, IR et RMN du proton Le programme de physique-chimie Partie 1. Observer - Ondes et matière Chapitre 1 : Ondes et particules, des supports d information Chapitre 2 : Caractéristiques des ondes Chapitre 3 : Propriétés des ondes : diffraction des ondes, interférences et effet Doppler

8 Partie 2. Comprendre - Lois et modèles Chapitre 5 : Temps, cinématique et dynamique newtoniennes Chapitre 6 : Étude des mouvements des planètes et des satellites Chapitre 7 : Travail d une force et énergie mécanique

9 Partie 2. Comprendre - Lois et modèles Chapitre 8 : Mesure du temps et oscillateur, amortissement Chapitre 9 : Temps et relativité restreinte

10 Partie 2. Comprendre - Lois et modèles Chapitre 10 : Temps et évolution chimique : cinétique et catalyse Chapitre 11 : Représentation spatiale des molécules Chapitre 12 : Transformations en chimie organique Chapitre 13 : ph d une solution et réactions acide-base

11 Partie 2. Comprendre - Lois et modèles Chapitre 14 : Transferts d énergie entre systèmes macroscopiques Chapitre 15 : Transferts quantiques d énergie et dualité ondeparticule

12 Partie 3. Agir - Défis du XXIe siècle Chapitre 16 : Enjeux énergétiques et apport de la chimie au respect de l environnement Chapitre 17 : Dosages par étalonnage et par titrage Chapitre 18 : Stratégie et sélectivité en chimie organique

13 Partie 3. Agir - Défis du XXIe siècle Chapitre 19 : Transmettre et stocker de l information Chapitre 20 : Créer et innover --> Voir le sujet zéro d enseignement spécifique n 1 Le programme en détails Les compétences expérimentales

18 Partie 2. Comprendre - Lois et modèles Le programme de physique-chimie

19 Partie 2. Comprendre - Lois et modèles

28 Partie 3. Agir - Défis du XXIe siècle

33 Les compétences expérimentales Dans le cadre des activités expérimentales, six domaines de compétences sont maintenant travaillés : Voir le rapport de l IGEN : Activités expérimentales en physique-chimie : enjeux de formation

34 L évaluation des compétences expérimentales L épreuve est conçue dans l esprit d une tâche complexe. Le sujet est contextualisé, c est-à-dire fondé sur une situation concrète ou sur une problématique. Le candidat doit agir en autonomie et faire preuve d initiative tout au long de l épreuve. Lors des appels, l examinateur peut conforter le candidat dans ses choix ou lui apporter une aide adaptée.

35 L évaluation des compétences expérimentales Deux ou trois compétences sont évaluées par sujet, dont la compétence «Réaliser» qui est toujours évaluée. L énoncé du sujet comporte quelques ressources mais les documents proposés ne doivent pas être trop longs à lire et à exploiter. Il est possible de ne pas demander à l élève de réaliser l intégralité d une expérience. Il ne s agit pas de valider uniquement des capacités techniques.

36 Présentation des sujets zéro d ECE Critères de choix des deux sujets présentés : Un sujet en physique et un sujet en chimie Un sujet évaluant l enseignement de spécialité et un sujet évaluant l enseignement spécifique Des compétences nouvelles : question ouverte La flûte et la coumarine proposition de protocole (flûte, coumarine) communication orale (flûte) une étape de toute la démarche (coumarine) Lire les deux sujets zéro flûte et coumarine

37 Les critères d évaluation des sujets d ECE Toutes les compétences travaillées lors d une épreuve ne sont pas forcément évaluées (comme par exemple la compétence «S approprier»). L'évaluateur doit apprécier l acquisition par le candidat de chacune des compétences évaluées dans le sujet par un niveau allant de A à D. APP ANA REA VAL COM

38 «Cobayage» des sujets d ECE «C était bien, pour une fois, on a vraiment compris ce qu on faisait.» «C était fatiguant parce qu il fallait réfléchir!» MAIS AUSSI : Quelques élèves totalement bloqués.

39 Enseignement de spécialité Le contexte : un changement radical par rapport à l ancien programme «L élève est amené à développer trois activités essentielles chez un scientifique : - la pratique expérimentale ; - l analyse et la synthèse de documents scientifiques ; - la résolution de problèmes scientifiques.» «Lors de la démarche de résolution de problèmes scientifiques, l élève analyse le problème posé pour en comprendre le sens, construit des étapes de résolution et les met en œuvre. Il porte un regard critique sur le résultat, notamment par l évaluation d un ordre de grandeur ou par des considérations sur l homogénéité. Il examine la pertinence des étapes de résolution qu il a élaborées et les modifie éventuellement en conséquence. Il ne s agit donc pas pour lui de suivre les étapes de résolution qui seraient imposées par la rédaction d un exercice, mais d imaginer lui-même une ou plusieurs pistes pour répondre à la question scientifique posée.»

40 Enseignement de spécialité Le programme précise que : «les situations rencontrées par l élève en cours de formation ainsi qu au baccalauréat se limiteront aux domaines d étude des trois thèmes de l enseignement de spécialité» Les trois thèmes traités : o «L eau» o «Son et musique» o «Matériaux» Les connaissances nouvelles associées aux thèmes ne sont pas exigibles dans le cadre du baccalauréat.

41 Enseignement de spécialité

44 C est une activité au cours de laquelle l élève construit et met en œuvre un raisonnement argumenté (qui peut recourir à l expérience) pour répondre à une problématique scientifique : les étapes de la résolution ne sont pas données ; la formulation du problème rend impossible une résolution «mécanique» par l application directe d une formule par exemple ; plusieurs chemins de résolution sont possibles ; plusieurs niveaux de complexité sont envisageables : ce n est jamais terminé ; les données utiles ne sont pas apportées de manière séquentielle et locale ; il peut y avoir des données manquantes ; La résolution de problèmes scientifiques Qu est-ce qu une «résolution de problème»?

45 Pertinence de ce modèle d apprentissage pour l acquisition des connaissances et des compétences dans le domaine des sciences. Pensée plus créative et rigoureuse. Activité qui se rapproche davantage des caractéristiques du «travail scientifique». L élève se détache de l attitude «reconnaître ou abandonner». L élève (et le professeur) est stimulé par l étude de situations plus ouvertes où l initiative est valorisée. Travail individuel ou en groupe. La résolution de problèmes scientifiques Les avantages

46 Les étapes possibles d une résolution de problème : S approprier le problème comprendre la question posée analyser qualitativement la situation : verbaliser la question, faire des schémas, rôle des documents annexes Elaborer une stratégie de résolution identification des domaines de la discipline, les lois potentiellement utiles, émettre des hypothèses simplificatrices concevoir un plan de résolution Mettre en œuvre la résolution introduire des grandeurs physiques annexes utiliser des lois affiner les hypothèses simplificatrices conduire des évaluations Analyser le résultat et la démarche vraisemblance (homogénéité, ordre de grandeur, confrontation avec une observation, ) amélioration du modèle : autres méthodes? Puis-je faire mieux? plus précis? Insuffisance du modèle? Effectuer une synthèse finale du travail

47 La résolution de problèmes scientifiques La Problématique : contextualisée par un texte d actualité, un document, des graphes, des tableaux de mesure, des photos, (une vidéo ou une expérience en cours de formation) formulée clairement par exemple par une question courte par exemple Par exemple : Comment sont positionnées les frettes sur le manche d une guitare?

48 La guitare, format «sujet zéro» du bac EXERCICE III Comment sont positionnées les frettes sur le manche d une guitare? (5 points) Comme le montre la photographie ci-dessous, pour modifier la hauteur du son émis, le guitariste appuie sur la corde au niveau d une case, de façon à modifier la longueur de la corde utilisée. Des pièces métalliques, nommées frettes, délimitent les cases sur le manche d une guitare. Carlo Domeniconi, guitariste virtuose italien En s appuyant sur les documents donnés aux pages 2 et 3, répondre aux questions suivantes : 1. Discuter qualitativement de l influence de la longueur, de la tension et de la masse par unité de longueur de la corde sur la fréquence du son émis par une corde vibrante. 2. Expliquer qualitativement comment un guitariste passe d une note jouée Sol à la note La de la même octave et à l aide de la même corde. 3. Déterminer les fréquences de Do 3 et Do Prévoir les positions approchées en cm des quatre premières frettes. Effectuer ensuite quelques vérifications simples à l aide de la photo du document 1.

49 La guitare, format «sujet zéro» du bac Document 1 : Description du manche d une guitare manche L 0 : longueur à vide frettes n o 1, 2, 3 Document 2 : Corde vibrante Si l on considère une corde vibrante maintenue entre ses deux extrémités, la hauteur du son émis dépend de la longueur L de la corde, de sa masse par unité de longueur μ et de la tension T de la corde. La composition spectrale du son émis est complexe et la fréquence f du fondamental est donnée par la relation : f = 1 2L T L Corde vibrante

50 La guitare, format «sujet zéro» du bac Document 3 : Gamme tempérée - Les notes se suivent dans l ordre Do, Ré, Mi, Fa, Sol, La, Si, Do ; un «cycle» correspond à une octave. - On envisage 10 octaves numérotées de -1 à 8. - Chaque note d une gamme est caractérisée par sa fréquence. Par convention, le La 3 (diapason des musiciens) de l octave numérotée 3 a une fréquence de 440 Hz. - Le passage d une note à la note du même nom à l octave supérieure multiplie sa fréquence par deux ; ainsi la fréquence du La 2 est égale à 220 Hz et celle du La 4 à 880 Hz. - Dans la gamme tempérée, le quotient de la fréquence d une note sur la fréquence de la note précédente est 1 12 égal à :(2) 1,059. Si l on note f la fréquence de la note Do, note fondamentale d une octave donnée, les fréquences des notes successives de cette octave sont regroupées dans le tableau ci-contre. - Pour une corde donnée, pour passer par exemple d un Ré à un Ré#, le guitariste bloque cette corde sur la case située juste à côté de celle utilisée pour jouer le Ré, de façon à raccourcir la corde. note Do Do# Réb Ré Ré# Mib Mi Fab Mi# Fa Fa# Solb Sol Sol# Lab La La# Sib Si Dob Do Si# fréquence f f = 1,059 f f = 1,122 f f = 1,189 f f = 1,260 f f = 1,335 f f = 1,414 f f = 1,498 f f = 1,587 f f = 1,682 f f = 1,782 f f = 1,888 f 2f

51 La résolution de problèmes scientifiques : en conclusion Quelques pistes possibles pour la construction d activités «résolution de problème» Les informations utiles : elles peuvent être données dans des documents annexes ; ces documents peuvent contenir des informations supplémentaires non indispensables à la résolution du problème ou ouvrant plusieurs alternatives au schéma de résolution ; des questions peuvent être formulées sur ces documents (voir la compétence «extraire et exploiter») ; les éventuelles questions préliminaires ne doivent pas induire une méthode de résolution ; il y a des «données absentes», dont certaines relèvent de la culture générale : valeur de g, durée d une journée, et des données non directement utiles à la résolution.

52 La résolution de problèmes scientifiques : en conclusion Quelques pistes possibles pour la construction d activités «résolution de problème» Quelques dernières remarques : La résolution de problème peut faire appel à des techniques spécifiques : d évaluation d ordre de grandeur, d analyse dimensionnelle, Dans le cadre du baccalauréat, les connaissances liées aux thèmes de l enseignement de spécialité ne sont pas exigibles L élève est amené à proposer une résolution à la problématique principale, des niveaux différents de finesse dans les solutions peuvent être acceptés une analyse critique des résultats en lien avec des données expérimentales ou des simulations peut être explicitement demandée.

53 Sitographie Sujets zéro du baccalauréat 2013 en physique-chimie : Sujets zéro de l'évaluation des compétences expérimentales en physique-chimie : Ressources pour la Terminale S produites par l académie de Strasbourg :

54 Sitographie Rapport de l'igen sur les activités expérimentales en physique-chimie (du collège aux CPGE) : Nouveaux programmes de Terminale mais aussi ceux de Seconde et de Première en physique-chimie (avec des documents ressources):