section : sciences de la vie sciences de la terre et de l univers Composition à partir dʼun dossier Durée : 5 heures Samedi 17 octobre 2009 Modèles et modélisation dans l enseignement des sciences de la Terre Les phénomènes géologiques présentent une dimension spatiale et temporelle parfois difficile à appréhender pour les élèves. Ils affectent parfois des objets peu accessibles ou inaccessibles à l observation directe. L enseignement des géosciences fait ainsi souvent intervenir des modèles susceptibles de favoriser, selon les cas, la compréhension, la quantification ou la prédiction des phénomènes. On se propose dans ce devoir de discuter de l établissement et de l apport de différents types de modèles dans la construction des savoirs au Collège et au Lycée. Question 1 (9 points) Recensez, dans les programmes du Collège et du Lycée, les phénomènes dont l étude peut recourir à l exploitation de modélisations analogiques. Indiquez, pour chaque aspect envisagé, quel serait le phénomène étudié, le modèle analogique exploité et rédigez les connaissances construites à partir de cette exploitation. Vous indiquerez quel(s) serai(en)t le (ou les) supports ou documents que vous utiliseriez en 1
premier lieu, pour susciter les problèmes et motiver alors le recours à la modélisation proposée. Dans les courtes démarches que vous exposerez, vous vous fonderez autant que possible sur les documents du dossier (ensemble non exhaustif). Question 2 (7 points) Proposez pour la classe de 1 ère S, une progression permettant de construire le modèle de la cinématique globale des plaques. Vous préciserez la problématique, le plan détaillé, l articulation des parties avec leur programmation horaire, les notions construites. Vous indiquerez quels seraient les documents du dossier qui seraient exploités et décrirez en détail une activité intégrée à la progression, construite à partir d un ou de plusieurs documents. Il pourra être fait mention de documents non présentés dans le dossier. Question 3 (4 points) À partir de l un des documents du dossier, élaborez un exercice d évaluation formative au niveau 1 ère S, montrant comment il est possible grâce à un modèle d accéder à la composition des enveloppes les plus profondes du globe. Vous présenterez les hypothèses sous-tendant ce modèle, rédigerez l énoncé et indiquerez les réponses attendues. Dossier L ordre proposé dans le dossier est quelconque. On pourra selon les cas proposer des simplifications ou des modifications des documents en relation avec l exploitation pédagogique envisagée. Document 1 : Mouvement absolu de la région de Reykjavik (Islande) à partir de données GPS. Document 2 : Un cours d eau. Document 3 : Un protocole expérimental. Document 4 : Composition des réservoirs majeurs de la Terre (en % massiques). Document 5 : Données GPS et mouvements des plaques Document 6 : Trajet d une onde lumineuse traversant des milieux différents. Document 7 : Accident tectonique dans les Alpes. Document 8 : Bilan radiatif net du système Terre atmosphère en février (en haut) et août (en bas) en W.m -2. Document 9 : Les vecteurs vitesse le long de principales limites de plaques calculés d après le modèle NUVEL-1. Document 10 : Expériences réalisées dans un bac à sable. Document 11 : Chronologie du volcanisme le plus récent observé dans les îles de l archipel Hawaï. Document 12 : Expérience de convection avec de la cire-gel. Document 13 : Extrait de la carte géologique de l Océan Indien. 2
Document 1 Mouvement absolu de la région de Reykjavik (Islande) à partir de données GPS (site de l académie de Lyon) Un cours d eau Document 2 3
Document 3 Un protocole expérimental Document 4 Composition des réservoirs majeurs de la Terre (en % massiques) dans le cas d un modèle chondritique simplifié. Ce modèle est établi pour les proportions massiques suivantes : m (manteau) = 0,68 x masse (Terre) m (noyau) = 0,32 masse (Terre) 4
Document 5 Données GPS et mouvements des plaques. Document 6 Trajet d une onde lumineuse traversant des milieux différents. 5
Document 7 Accident tectonique dans les Alpes. Document 8 Bilan radiatif net du système Terre atmosphère en février (en haut) et août (en bas) en W.m -2. 6
Document 9 Les vecteurs vitesse le long de principales limites de plaques calculés d après le modèle NUVEL-1 (De Mets et al., 1990) JOLIVET L. et NATAF H.Cl., Géodynamique, Dunod, 1998 Document 10 Expériences réalisées dans un bac à sable. La partie hachurée correspond à une cloison mobile susceptible d être déplacée latéralement. La géométrie des déformations obtenues et l état des contraintes sont précisés. 7
Document 11 Chronologie du volcanisme le plus récent observé dans les îles de l archipel Hawaï Les âges sont donnés en millions d années. 8
Document 12 Expérience de convection avec de la cire-gel. 9
Document 13 Extrait de la carte géologique de l Océan Indien. (Commission de la carte géologique du monde) 10
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