E ncart spécial pour le les s professeurs
T Physique Chimie C ollection D ulaurans D u rupthy
S
Enseignement de spécialité
SOMMAIRE Nos choix pédagogiques B Trois activités essentielles chez un scientifque C Acquérir les compétences de la démarche scientifque D Entrer dans les chapitres à l’aide des mots-clés E-G Présentation de la collection H
Nos choix pédagogiques Le Bulletin Ociel spécial n°8 du 13 octobre 2011 précise que l’enseignement de spécialité de Physique Chimie de la classe de Terminale S doit préparer l’élève à une poursuite d’étude dans ce domaine en consolidant son choix d’orientation. Pour cela, trois thèmes sont proposés : l’eau, le son et la musique et les matériaux. Chacun d’eux est découpé en trois domaines d’étude. Pour les traiter, le proesseur est invité à construire son enseignement à partir d’une liste de mots-clés. Ce manuel est découpé en neu chapitres qui respectent les neus domaines d’étude. Chaque chapitre est organisé autour des trois activités essentielles d’un scientique, identiées dans le programme : – l’analyse et la synthèse de documents scientifques ; – la pratique expérimentale ; – la résolution de problèmes scientifques. La répartition des mots-clés entre les diérentes activités de chaque chapitre est présentée en pages E à G de ce cahier. Des documents de diérents types (textes, schémas, tableaux de valeurs, graphiques, etc.), extraits de revues, d’ouvrages scientiques et de sites Internet ou des textes originaux, sont proposés à des ns d’analyse et de synthèse. Les exploitations possibles de ces documents qui prolongent les compétences « extraire et exploiter », décrites dans la fche 1, p. 194 du manuel, et mises en œuvre dans l’enseignement spécique, sont précisées en page C de ce cahier. La pratique expérimentale est soutenue par de nombreuses manipulations. Cependant, compte tenu de la nature de certains sujets traités (son et architecture, nanoparticules, supraconducteurs, etc.), les élèves peuvent aussi être amenés, dans le cadre de ces activités, à interpréter et justier des expériences non réalisables au laboratoire. La volonté de avoriser l’initiative des élèves est soulignée dans le texte de présentation de ces activités expérimentales en page C de ce cahier. La résolution de problèmes scientifques constitue une activité nouvelle et originale que nous explicitons en page C de ce cahier. Selon l’intitulé du programme, les élèves devant construire, puis mettre en œuvre les étapes de cette résolution, nous avons choisi le plus souvent de ne poser qu’une seule question. Cependant, dans le souci de les accompagner dans leur ormation à cette nouvelle démarche, nous proposons, pour chaque chapitre un problème entièrement résolu et en n d’énoncé ou en n de manuel des Pistes de résolution. L’ouvrage se termine par quelques propositions de sujets pour l’épreuve écrite du baccalauréat et pour l’épreuve d’évaluation des compétences expérimentales (ECE). Le traitement de certains mots-clés ait appel à des notions qui ne gurent pas au programme de l’enseignement spécique (gamme tempérée, électrolyse, par exemple), cela nous a conduits à proposer quelques fches en n d’ouvrage. Certaines notions, indispensables à la compréhension du programme de spécialité, mais qui ne seront généralement vues que plus tard dans l’année dans le cadre de l’enseignement spécique, sont présentées en début de chacune des trois parties sous orme de prérequis. Un(e) scientique est très souvent conduit(e) à eectuer des mesures et doit être capable d’évaluer et d’analyser les incertitudes qui entachent la valeur de ces mesures : c’est la raison pour laquelle les fches 2, 3 et 4 consacrées aux mesures et incertitudes sont proposées aux pages 197 à 201 du manuel. L’objecti de cet enseignement de spécialité est d’approondir la ormation aux compétences liées à la démarche scientifque, le tableau de la page D de ce cahier rappelle les compétences caractéristiques de cette démarche, et les illustre sur quelques exemples choisis dans les activités proposées.
Trois activités essentielles chez un scientifque • L’analyseetlasynthèsededocumentsscientifques Dans les préambules du programme de spécialité, il est précisé que « l’analyse et la synthèse de documents scientifques prolongent les compétences “extraire et exploiter” mises en œuvre dans l’enseignement spécifque. Elles conduisent l’élève à présenter de açon objective et critique, structurée et claire, les éléments qu’il aura extraits et exploités des documents scientifques mis à sa disposition. »
Pour répondre à cette exigence, nous avons choisi de présenter les activités documentaires sous la orme de corpus (association de plusieurs documents). Touteois, il ne s’agit pas d’une simple juxtaposition de documents analysés pour eux-mêmes : ces documents sont inséparables et sous-tendus par une problématique commune. Dans un objecti de ormation et pour ne pas aaiblir l’usage du document, nous avons volontairement limité leur taille. Enn, pour ormer progressivement l’élève à questionner par lui-même le support, nous avons indiqué, dans certaines activités documentaires, le numéro de document auquel les questions se rapportent.
•Lapratiqueexpérimentale Le programme de spécialité, présenté sous orme de mots-clés, met en jeu de multiples savoirs et des connaissances nouvelles complétant l’enseignement spécique. Leur diversité, s’articulant souvent avec des notions hors champ disciplinaire (en SVT, par exemple), nous a conduits à proposer une variété de pratiques expérimentales, conduisant à des exploitations tant qualitatives que quantitatives, sous-tendues par des démarches tant guidées que avorisant l’autonomie des élèves. Ainsi, pour certaines activités, l’analyse du problème posé est à la charge de l’élève ; pour d’autres, ce travail d’analyse est déjà inscrit dans les consignes données. De même, l’élève peut être invité à suivre un protocole ou bien à l’élaborer et le mettre en œuvre. Les nombreuses activités expérimentales proposées dans le manuel répondent au programme de spécialité qui indique que « la pratique expérimentale doit être soutenue et diversifée et doit avoriser l’initiative des élèves ». Les expérimentations proposées dépassent les seuls savoir-aire techniques et la connaissance du matériel. Elles permettent aux élèves d’acquérir des compétences disciplinaires et non disciplinaires en s’initiant à la démarche scientique, de développer l’esprit d’initiative, la ténacité et le sens critique, de prendre conscience des questions relatives à la mesure, etc. Elles ont toutes un point commun : l’interrogation du monde dans lequel évoluent les élèves.
• Larésolutiondeproblèmesscientifques Dans un problème scientique, « la question à résoudre porte soit sur un résultat inconnu à trouver à partir de certaines données, soit sur la détermination de la méthode à suivre pour obtenir un résultat supposé connu » (Le petit Robert , dictionnaire de la langue rançaise).
C’est sur cette dénition du problème que nous nous sommes basés pour construire deux catégories de problèmes scientiques : – dans un premier type de problème, que l’on pourrait qualier de problème ermé, l’élève résout le problème en utilisant les connaissances qu’il possède déjà et des compléments ou données qui lui sont ournis. Il applique alors un modèle de résolution connu qui ne lui est pas ourni, mais qu’il doit retrouver et reproduire (voir, par exemple, le problème 1, p. 140 du manuel) ; – dans un second type de problème, que l’on pourrait qualier de problème ouvert, l’élève construit une solution nouvelle, pas encore connue, qui lui demande d’eectuer des liens entre les notions qu’il possède, d’extraire, des documents ournis, des contenus scientiques nouveaux, d’acquérir de nouveaux savoirs, et de construire progressivement la solution du problème (voir, par exemple, le problème 1, p. 22 du manuel). Ainsi, nous répondons au programme qui précise qu’il ne s’agit pas pour l’élève « 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 scientifque posée. C’est sur la açon d’appréhender une question scientifque, sur le choix raisonné de la méthode de résolution et sur les moyens de vérifcation qu’est centrée la ormation de l’élève lors de la démarche de résolution de problème. »
Dans les deux cas, des pistes à la résolution sont ournies en n de manuel. Le proesseur pourra, s’il le souhaite, proposer aux élèves de s’y reporter. Elles peuvent, suivant les cas, ournir des clés pour comprendre le problème posé, le construire, ormuler des stratégies, orienter l’élève vers une méthode privilégiée, etc.
Acquérir les compétences de la démarche scientifque L’enseignement de spécialité de Physique Chimie permet à l’élève de consolider les compétences associées à une démarche scientique à travers trois activités essentielles : – la pratique expérimentale ; – l’analyse et la synthèse de documents scientiques ; – la résolution de problèmes scientiques. Le préambule de Terminale S précise que le programme, et donc la ormation à la démarche scientique, se situe dans le prolongement de celui de Première S. Pour aider le proesseur à conduire son enseignement, nous avons mis en regard les sept compétences répertoriées dans le Bulletin Ociel consacré à la classe de Première S, avec les activités proposées dans le manuel. An de ne pas alourdir la présentation de cette page, nous avons ait le choix de positionner, dans cette grille, des exemples d’activités du manuel, particulièrement représentatives de chaque compétence dans diérents chapitres. Ce tableau est destiné aux enseignants, mais il peut aussi être mis à la disposition des élèves an de guider leurs apprentissages. Les numéros répertoriés dans la grille correspondent aux numéros des activités du manuel. Un extrait de ce tableau est reproduit ci-dessous (dans ce tableau, ASDS = analyse et synthèse de documents ; TP = pratique expérimentales ; Pb = résolutions de problèmes scientiques) : Mobiliser ses connaissances
S’approprier
Exemples de capacités et d’attitudes
Exemples d’activités
Connaître les notions scientiques du programme, le vocabulaire approprié, les symboles adaptés, les unités. Rechercher, extraire et organiser l’inormation utile. Adopter une attitude critique vis-à-vis de l’inormation. Questionner, identier, ormuler un problème. Reormuler. Identier les risques. Émettre une hypothèse. Identier les paramètres qui infuencent un phénomène, choisir les grandeurs à mesurer.
Chap. 2 : ASDS 2, Pb 6 ; Chap. 5 : TP 7 ; Chap. 8 : ASDS 3
Élaborer ou justier un protocole. Analyser
Réaliser, calculer, appliquer des consignes
Valider
Communiquer à l’aide de langages ou d’outils scientifques Être autonome, aire preuve d’initiative
Chap. 1 : Pb 1 ; Chap. 7 : ASDS 1 Chap. 4 : Pb 6 ; Chap. 9 : Pb 4 Chap. 1 : Pb 1 ; Chap. 3 : ASDS 1 Chap. 4 : ASDS 4 ; Chap. 8 : Pb 4 Chap. 4 : ASDS 1; Chap. 7 : TP 3 Chap. 4 : TP 1A ; Chap. 9 : ASDS 1 Chap. 1 : Pb 1, TP 2 ; Chap. 2 : ASDS 2 ; Chap. 6 : ASDS 1, Pb 6 ; Chap. 8 : TP 3 Chap. 6 : ASDS 2 ; Chap. 7 : TP 2
Proposer une méthode, un calcul, un outil adapté ; aire des essais (choisir, Chap. 2 : Pb 6 ; Chap. 4 : TP 1 ; Chap. 5 : TP 6 ; adapter une méthode, un protocole). Chap. 8 : Pb 5 Proposer, décrire un modèle ; utiliser un modèle pour prévoir, décrire Chap. 1 : TP 2, Pb 1 ; Chap. 2 : ASDS 2 ; et expliquer. Chap. 6 : TP 2 ; Chap. 8 : ASDS 2 Percevoir la diérence entre un modèle et la réalité, entre la réalité Chap. 1 : Pb 1 et une simulation. Réaliser un montage à partir d’un schéma. Chap. 4 : TP 3 ; Chap. 8 : TP 2 Suivre un protocole donné. Chap. 3 : TP 1 ; Chap. 6 : TP 1C Utiliser, dans un contexte donné, le matériel à disposition. Chap. 5 : TP 5 ; Chap. 9 : TP 2 Savoir choisir, combiner et réaliser plusieurs actions. Chap. 6 : TP 1 Eectuer un relevé de mesures. Chap. 6 : TP 1 ; Chap. 8 : TP 1 Schématiser, construire un graphique, un tableau, etc. Chap. 6 : Pb 7 ; Chap. 8 : TP 3 Exploiter une relation, un calcul l ittéral. Chap. 5 : Pb 4 ; Chap. 7 : Pb 8 ; Chap. 8 : Pb 5 Eectuer un calcul numérique, utiliser les symboles et les unités appropriés, Chap. 2 : Pb 6 ; Chap. 6 : Pb 4 ; Chap. 7 : Pb 5 utiliser la calculatrice. Reconnaître et utiliser la proportionnalité. Chap. 2 : Pb 6 ; Chap. 7 : Pb 8 Respecter les règles de sécurité, manipuler avec soin, veiller au rangement Chap. 7 : TP 3 ; Chap. 8 : TP 4 du plan de travail, etc. Estimer l’incertitude d’une mesure, aire un traitement statistique Chap. 8 : ASDS 2 d’une série de mesures, etc. Interpréter des résultats, juger de la qualité d’une mesure, etc. Chap. 4 : Pb 2 ; Chap. 8 : TP 5 Conronter le résultat au résultat attendu, mettre en relation, déduire. Chap. 5 : ASDS 3 ; Chap. 7 : TP 4 Valider ou invalider une inormation, une hypothèse, etc. Chap. 4 : TP 2 ; Chap. 9 : TP 3 Communiquer des résultats, rédiger une solution. Exprimer un résultat (grandeur – unité – chires signicatis). Rendre compte à l’écrit ou à l’oral en utilisant un vocabulaire adapté. S’impliquer. Prendre des initiatives, anticiper, aire preuve de créativité. Travailler en autonomie. Travailler en équipe.
Le tableau complet est téléchargeable
Chap. 1 : TP 2 ; Chap. 2 : ASDS 2 ; Chap. 5 : ASDS 1 ; Chap. 8 : Pb 7 Chap. 3 : TP 1 ; Chap. 8 : Pb 2 Chap. 1 : TP 2 ; Chap. 6 : ASDS 3 ; Chap. 9 : Pb 3 Toutes les activités Chap. 5 : Pb 3 ; Chap. 8 : TP 2 et 3 Toutes les activités Toutes les activités
Entrer dans les chapitres à l’aide des mots-clés Thème 1 : L’eau Analyses doc 1, p 10, et 2, p 11 TP 1, p 16, 3, p 18, et 4, p 19 i Problèmes 2 à 7, p 22 à 26 i i
Analyse doc 2, p 11 TP 1, p 16 i Problème 6, p 25 i i
Dissolution Pluies acides
i
Analyse doc 1, p 10
i
Analyse doc 4, p 13 Problèmes 2 et 3, p 22-23
Concrétion
Chapitre 1 Analyse doc 3, p 12 TP 2, p 17 i Problèmes 1, p 20, 4, p 24, et 5, p 24 i i
Climat
Eau et environnement
Érosion
Traceurs chimiques
i
Mers, océans Lutteetsurveillance antipollution
i
Analyse doc 1, p 10
Analyses doc 1, p 10, 3, p 12, 5, p 14, et 6, p 15 i TP 2 à 4, p 17 à 19 i Problèmes 1, p 20, 3 à 5, p 23- 24, et 7, p 26 i
Analyses doc 2, p 11, 5, p 14, et 6, p 15 i TP 1, p 16, et 3, p 18 i Problèmes 6 et 7, p 25-26 i
Analyses doc 1 à 5, p 28 à 32 TP 1, p 34 i Problèmes 4 à 5, p 42-43 i i
Ressources
Analyses doc 2 à 5, p 29 à 32 i TP 1 à 4, p 34 à 37 i Problèmes 1 à 3, p 38 à 41, et 5, p 43
Chapitre 2
i
Eau potable
Eau et ressources
Hydrates de gaz
i i
Analyse doc 6, p 33 Problème 6, p 44
Traitement des eaux
Analyses doc 2 à 4, p 29 à 31 TP 1, p 34 i Problème 5, p 43 i i
Analyses doc 3, p 52 i TP 2, p 56 i Problèmes 1, p 56-57, 3, p 61, et 4, p 61 i
Pile à combustible
Chapitre 3
Eau et énergie
Analyses doc 1, p 48, et 2, p 50 i TP 1, p 54 i Problèmes 2, p 58, et 5, p 61 i
Production de dihydrogène
Entrer dans les chapitres à l’aide des mots-clés Thème 2 : Son et musique i i
Analyse doc 1, p 68 Problème 6, p 85
Analyse doc 1, p 68 i TP 2, p 78 i Problèmes 1, p 80, 2, p 82, et 7, p86
Analyse doc 3, p 72
i
Voix
Casque audio
Chapitre 4
Analyse doc 3, p 72 TP 3, p 79 i Problèmes 5, p 85, et 7, p86
i
i
Acoustique physiologique
Émetteurs et récepteurs sonores
Microphone
Analyse doc 2, p 70 i TP 1, p 76 i Problème 3, p 83 i
Enceintes acoustiques Reconnaissance vocale
i
i i
Analyse doc 4, p 74 Problème 4, p 84
Analyse doc 2, p 90 TP 1, p 93, 2, p 94, et 6, p 98 i Problème 1, p 100 i i
TP 3, p 95 i Problème 4, p 104 i
i
Instruments à cordes
i
Analyse doc 3, p 92 Problème 3, p 103
Instruments à percussion
Instruments à vent
Chapitre 5 i
Acoustique musicale
Dans tout le chapitre
Instruments de musique
Harmonies
Instruments électroniques
i
TP 4, p 96, et 5, p 97
Gammes Traitement du son
i i
Analyse doc 1, p 88 Problème 2, p 102
i i i i
Analyse doc 1, p 88 Problème 2, p 102
TP 7, p 99 Problème 3, p 103
i
Analyse doc 3, p 110
Acoustique active Analyses doc 1 et 2, p 106 à 108 i Problèmes 1, p 118, 5, p 121, et 7, p 123 i
Analyses doc 1 et 3, p 106 et 110 i Problèmes 2 à 6, p 120 à 122 i
Auditorium
Réverbation
Chapitre 6
Son et architecture
Analyse doc 4, p 112 TP 1 et 2, p 114 à 116 i Problèmes 3, p 120, et 6, p 122 i
Isolation phonique
i
Salle sourde i
Analyse doc 4, p 112
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