ECRITS : QUESTIONS PEDAGOGIQUES – MECANIQUE

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Texte intégral

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Questions pédagogiques – MECANIQUE – Colas ANSELME Page 1 sur 20

ECRITS : QUESTIONS PEDAGOGIQUES – MECANIQUE

Préparation à l’agrégation interne de Physique Chimie – Colas ANSELME – octobre 2017

Introduction :

I. Focus sur les nouveaux programmes du collège (cycle 3 et cycle 4)……….page 2

II. Un peu d’histoire des sciences… pour la mécanique

1. Avant de commencer……….……….page 2 Sujet 2016, questions 12 à 17

Sujet 2013, question 7

2. Un tableau chronologique pour la mécanique ……….page 4 3. Quelques ouvrages, sites sur l’histoire des sciences……….page 5

III. L’évaluation par compétences

1. Les 6 champs de compétences de la démarche scientifique……….…….page 5 2. Tableau des capacités ou types de tâches associés à ces compétences………..……….…….page 5

IV. Travailler des compétences professionnelles

1. Activité 2de sur le principe d’inertie : Passe en avant, ou en arrière ? ………..……….…….pages 6 à 8 2. Activité TS sur les équations horaires : Rugby, encore

3. Activité 3ème sur le poids : La nouvelle cour de Robert………..……….page 10 4. Activité TS : L’ « amarsissage » du rover Opportunity………..……….……….page 12 5. Activité 3ème sur les mouvements et les forces : La sonde spatiale Rosetta……….page 13 6. Sujet agreg’2015, q°8 sur le principe d’inertie : analyser une production d’élève………….……….page 14 7. Sujet agreg’ 2013, q°17 et 18 : mettre en œuvre une activité expérimentale

(mesure de vitesse utilisant l’effet Doppler)……….……….…….page 16

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I. FOCUS sur les nouveaux programmes du collège

1. Cycle 3 (CM1, CM2 ET 6ème !! ):

− Un seul enseignement commun de Sciences et Technologie.

− Un seul programme (Physique, SVT, Techno), du CM1 à la 6ème. 2. Cycle 4 (5ème, 4ème et 3ème) :

− 4 grands thèmes :

Ø Organisation et transformation de la matière (chimie) Ø Mouvement et interaction

Ø L’énergie et ses conversions (dont l’électricité)

Ø Des signaux pour observer et communiquer (lumière et son)

− Un seul programme de la 5ème à la 3ème. L’enseignement doit être spiralaire sur les trois niveaux, en veillant à la progressivité des apprentissages.

− 7 compétences travaillées en Physique Chimie (cf programme)…

Ø Pratiquer des démarches scientifiques Ø Concevoir, créer, réaliser

Ø S’approprier des outils et des méthodes Ø Pratiquer des langages

Ø Mobiliser des outils numériques

Ø Adopter un comportement éthique et responsable Ø Se situer dans l’espace et dans le temps

− … reprenant les 5 domaines du nouveau socle commun de connaissances, de compétences et de culture ;

− … redondantes avec les 6 domaines de la démarche scientifique (voir III).

− mise en place des EPI (enseignements pratiques interdisciplinaires) et de l’AP (accompgt personnalisé).

II. Un peu d’histoire des sciences… pour la mécanique

1. Avant de commencer :

Agrégation interne 2016, questions 12 à 17 :

Agrégation interne 2013, question 7 : …où il est question d’un texte sur la découverte des pulsars…

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Questions pédagogiques – MECANIQUE – Colas ANSELME Page 4 sur 20 2. Un tableau chronologique sur la mécanique

Date Savant Publication – Découverte – Théorie D’autres contributions…

Antiquité Aristote, Ptolémée

Théorie des 4 éléments, en « concordance » avec la conception aristotélicienne du mouvement

Mécanique des sphères

1543

Copernic Publication de De Revolutionibus Orbium Coelestium (Des révolutions des sphères célestes) : héliocentrisme

1609

Kepler Publication de Astronomia Nova

è 3 lois de Kepler sur le mouvement des corps célestes autour du Soleil

Tycho Brahé (remarquables observations du ciel)

1610

Galilée è Découverte des 4 Lunes de Jupiter (1610)

è Prise de conscience du rôle du temps pour l’étude des mouvements

è Loi de la chute des corps è Principe d’inertie

Giordano Bruno (reprend en Italie les idées de Copernic. Mort en 1600)

1687

Newton Publication de Principes mathématiques de la philosophie naturelle (Principia mathematica philosophiae naturalis) :

è 3 lois du mouvement (mécanique newtonienne), è loi de la gravitation, de laquelle découle les trois lois

de K.

Hook, Haley (celui de la comète J) : qui

pressentirent tout deux le lien entre gravitation et distance.

1905 Einstein Théorie de la relativité restreinte :

La célérité de la lumière est la même dans tous les référentiels galiléens

Mach, Lorentz, Poincaré

1915

Einstein

Théorie de la relativité générale :

è Nouvelle théorie de la gravitation ;

è Les corps massifs « courbent » l’espace-temps Csq : écoulement du temps « ralenti », déviation des rayons lumineux aux abords de ces corps.

è première vérification expérimentale lors de l’éclipse solaire totale de 1919

è applications, prolongements : mirages gravitationnels, évolution de l’Univers à partir d’une singularité initiale (Big Bang), Trous Noirs, Ondes gravitationnelles

Hilbert

1900

Planck Quantification des échanges d’énergie (spectre du corps noir) Maxwell, Boltzmann, Rutherford (1907), Max Born, Heisenberg, Dirac, Feynman, und so weiter…

1905 Einstein Explication de l’effet photoélectrique

1913

Bohr Modèle de l’atome d’hydrogène

1923 De Broglie Dualité onde-particule 1924 Pauli Découverte du spin

1925 : Principe d’exclusion 1925 Schrödinger Equation de S.

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Questions pédagogiques – MECANIQUE – Colas ANSELME Page 5 sur 20 3. Histoire des sciences - Ouvrages et site en vrac :

− Galilée, Newton, lus par Einstein, Françoise BALIBAR

− Les trous noirs, Jean-Pierre LUMINET

− Einstein et la relativité générale, Jean EISENSTAEDT

− Le chat de Schrödinger, John GRIBBIN

− La théorie de la relativité restreinte et générale, Albert EINSTEIN

− http://etienneklein.fr/frise-chronologique-2/

III. Evaluation par compétences

1. Les 6 champs de la démarche scientifique :

− s’approprier

− analyser

− réaliser

− valider

− communiquer

− faire preuve d’autonomie et d’initiative.

2. Tableau des capacités ou types de tâches associés à ces compétences (d’après GRIESP) :

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IV. Travailler des compétences professionnelles

Ci-dessous, quelques activités, des extraits de sujets de physique à l’agrégation interne, ainsi que les compétences professionnelles associées.

Rugby

2de Rugby

TS La cour de

Robert 3ème Opportunity

TS Rosetta

3ème Agreg

2013 Agreg 2015 Analyser une production d’élève

Mettre en œuvre une activité expérimentale

Elaborer une activité documentaire Proposer un corrigé

Elaborer une solution à une résolution de problème

Elaborer une grille d’évaluation par compétences

1. Activité sur le principe d’inertie en 2de : Passe en avant ou passe en arrière ? (d’après GRIESP : http://eduscol.education.fr/fileadmin/user_upload/Physique- chimie/PDF/resolution_problemes_Griesp.pdf)

a. Après avoir lu les documents ci-dessous, identifier les compétences mises en jeu dans cette activité.

b. Elaborer une grille d’évaluation par compétences de cette activité, comportant pour chacune d’elle des indicateurs de réussite.

c. Analyser au travers de cette grille les deux copies d’élèves également fournies.

2. Activité sur les équations horaires en TS : Rugby, encore

d. Proposer un corrigé pour la même activité, proposée cette fois-ci en TS (sujet ci-dessous).

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Questions pédagogiques – MECANIQUE – Colas ANSELME Page 10 sur 20 3. Activité sur le poids en 3ème : La nouvelle cour de Robert

Robert est un agriculteur. Il souhaite refaire sa cour, en coulant une dalle en béton.

Afin d’éviter l’apparition de flaques d’eaux, il doit penser à faire installer des bouches d’égout (« regard »).

Vous êtes le technicien en charge des travaux. Une contrainte se pose pour la construction, le poids du tracteur de Robert : le regard doit être assez résistant ! Vous avez recherché au préalable différents documents (voir ci-dessous).

Objectifs :

1. À l’aide des documents proposés, déterminer quel type de regard il faut choisir.

2. Écrire une lettre à Robert lui indiquant votre choix. Vous devez impérativement justifier ce choix très précisément, en indiquant la ou les raisons que vous avez trouvées.

Document 1 : Caractéristiques du tracteur (d’après : http://www.deere.fr/wps/dcom/fr_FR/products/equipment/tractors/8r_2011_series/8r_2011_series.page)

largeur maximale 3050 mm (soit 3,05 m)

masse 13003 kg

garde au sol 590 mm (soit 59 cm)

rayon de braquage 6,10 m

Document 2 : Différents types de regard Classe Charge maximale

autorisée (poids), en kilonewtons

Type d’application Coût moyen d’un

regard (bouche d’égout), en euros A 15 15 kN aires ou espaces verts ; utilisé uniquement pour les piétons ou les

cyclistes. 150 €

B 125 125 kN pour trottoirs ou surfaces comparables, tels que planchers de

parking ; utilisé uniquement pour les véhicules de tourisme. 450 € C 250 250 kN pour zones piétones, parkings, caniveaux dans la rue, accotements des

routes et parkings ; accessible aux poids-lourds. 630 €

D 400 400 kN pour rues piétonnes, bandes routières, rues et routes 780 €

Document 3 – Relation entre le poids d’un objet et sa masse

- P : poids du corps, en Newton - m : masse du corps en kilogramme - g : intensité de la pesanteur

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Questions pédagogiques – MECANIQUE – Colas ANSELME Page 11 sur 20 Document 4 : Extrait d’une brochure de regard pour l’évacuation des eaux de pluie

N

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Questions pédagogiques – MECANIQUE – Colas ANSELME Page 12 sur 20 4. Activité documentaire / expérimentale en TS : « Amarsissage » du rover Opportunity

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Questions pédagogiques – MECANIQUE – Colas ANSELME Page 13 sur 20 5. Activité documentaire en 3ème : La sonde spatiale Rosetta

Cette activité s’inscrit dans la partie II du programme de cycle 4 : Mouvement et interaction, ici à destination d’élèves de 3ème. L’activité est prévue pour durer une heure.

a. Rédiger une fiche élève comportant différentes questions permettant aux élèves de s’approprier les divers documents et d’illustrer les différents effets d’une force.

b. Dans le cadre d’une activité moins guidée, rédiger la question qui pourrait être posée aux élèves, ainsi que les diverses aides à prévoir et à distribuer, éventuellement, lors du déroulement de l’activité.

c. Quelle trace écrite peut-on prévoir ou construire avec les élèves suite à cette activité.

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Questions pédagogiques – MECANIQUE – Colas ANSELME Page 14 sur 20 6. Agrégation interne 2015, questions 8 :

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Questions pédagogiques – MECANIQUE – Colas ANSELME Page 16 sur 20 7. Agrégation interne 2013, questions 17 et 18 :

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Questions pédagogiques – MECANIQUE – Colas ANSELME Page 19 sur 20 Correction – Agreg’ 2015, question 8

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Q° PEDAGOGIQUES – MECANIQUE – Des liens vers les ressources :

- Activité Rugby :

http://eduscol.education.fr/fileadmin/user_upload/Physique-chimie/PDF/resolution_problemes_Griesp.pdf Le document fait 237 pages ! …et regroupe de nombreuses activités.

è Sommaire des activités page 1

è L’activité « Rugby » pour les 2de se trouve à la page 15.

è Une version à destination des TS se trouve à la page 221

- Activité OPPORTUNITY : http://physique-chimie.discip.ac-caen.fr/spip.php?article178

- Activité ROSETTA : http://eduscol.education.fr/cid100248/ressources-physique-chimie-cycle-4.html - EDUSCOL : http://eduscol.education.fr/pid23213/physique-chimie.html

- pour avoir accès à tous les sujets d’agreg’ interne ET A LEURS CORRIGéS : http://www.agregation-interne-physique-chimie.org/

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Références

Sujets connexes :