Claudine Ageorges - Josiane Lévy IA-IPR de physique-chimie
Limoges, mars 2019
LE BACCALAURÉAT 2021 - J2
PROGRAMME DE LA JOURNÉE
Matin : la voie générale du lycée 1. L’enseignement de spécialité Pause
2. L’enseignement scientifique : présentation de ressources Après-midi : l’évaluation et la voie technologique du lycée 3. Les différents programmes des séries scientifiques
4. L’enseignement mathématiques et physique-chimie : enjeux et
présentation de ressources
L’ENSEIGNEMENT DE SPÉCIALITÉ EN CLASSE DE
PREMIÈRE
LES OBJECTIFS
- élèves qui ont fait le choix de suivre l’enseignement de spécialité physique-chimie - pratique expérimentale
- mise en avant des concepts qui structurent le programme tout en recommandant une approche concrète et contextualisée
- Des allers et retours entre modèles et expérience
Préparation à
l’enseignement supérieur
REPÈRES
Mise en activité des élèves
Prise en charge des conceptions initiales des élèves
Valorisation de l’approche expérimentale
Contextualisation
Place de la structuration des savoirs
Tisser des liens entre les notions du programme et avec les autres enseignements
Acquisition d'automatismes et développement de l'autonomie des élèves
Une mise en perspective des savoirs avec l’histoire des sciences et l’actualité scientifique est fortement recommandée.
Introduction des « résolutions de problèmes »
REPÈRES ET POINTS DE VIGILANCE
S’appuyer sur les acquis des classes antérieures : remobiliser sans « refaire »
Être attentif aux capacités exigibles notamment pour les notions déjà présentes dans les anciens programmes
La place nouvelle dédiée à la modélisation ne doit pas être opposée à une approche concrète et à la nécessaire contextualisation
L’intitulé des « activités expérimentales support de la formation » ne préjuge pas des choix didactiques et pédagogique de mise en œuvre
La présence (modérée) de capacités mathématiques et numériques ne saurait légitimer un recours à des situations d’apprentissage qui ne font pas sens en physique-chimie ou se faire au détriment de la formation expérimentale
Le recours (modéré) à un microcontrôleur (de type Arduino) ne remet pas en cause la place de l’expérience assistée par ordinateur
12/10/2015
CAPACITÉS EXPÉRIMENTALES CAPACITÉS EXPÉRIMENTALES
- Respecter les règles de sécurité liées au travail en laboratoire.
- Mettre en œuvre un logiciel de simulation, de traitement des données.
Constitution et transformations de
la matière
- Mettre en œuvre un dispositif permettant d'illustrer l'interaction électrostatique.
- Utiliser un dispositif permettant de repérer direction et sens du champ électrique.
- Mesurer une pression dans un gaz et dans un liquide.
- …..
Energie : conversions et
transferts
Ondes et signaux
- Mettre en œuvre un dispositif permettant de mesurer la période, la longueur d'onde, la célérité d'une onde
périodique.
- Mettre en œuvre une démarche expérimentale pour estimer la distance focale d'une lentille mince convergente.
- Réaliser un montage optique comportant une lentille mince pour visualiser l'image d'un objet plan réel.
- …..
- Utiliser un multimètre, adapter le calibre si nécessaire.
- Réaliser un montage électrique conformément à un schéma électrique normalisé.
- Mesurer et traiter un signal au moyen d'une interface de mesure ou d'un microcontrôleur
- …….
Mouvements et interactions
- Préparer une solution par dissolution ou par dilution en choisissant le matériel adapté.
- Réaliser le spectre d’absorbance UV-visible d’une espèce chimique.
- Réaliser des mesures d’absorbance en s’aidant d’une notice
- ….
MESURES ET INCERTITUDES
En seconde GT : évaluer une incertitude de type A par une approche statistique;
écrire un résultat avec un nombre adapté de chiffres significatifs ; comparer qualitativement un résultat à une valeur de référence.
En spécialité physique chimie en première générale : définition qualitative d’une incertitude type ; incertitude de type A et incertitude de type B ; écrire un résultat avec un nombre adapté de chiffres significatifs ; comparer qualitativement un résultat à une valeur de référence.
SPIRALISATION
Constitution et transformations de la matière : Constitution
seconde première
Échelle macroscopique
Échelle macroscopique
Relation structure micro –propriétés
macroscopiques
Espèce chimique, corps pur
Mélanges, composition d’un mélange, solutions, concentration d’un soluté (g/L) Test physico-chimiques
Quantité de matière (mol) Entités chimiques
Atomes, constituants, configuration électronique, Stabilité gaz nobles, ions monoatomiques
Molécules, modèle liaison de valence, lecture schémas de Lewis
Nombre entités dans un échantillon, dans une mole
Modélisation
Corps pur : collection d’entités identiques Mélange : collection d’au moins deux types d’entités différentes
Composé moléculaire : collection d’entités moléculaires
Composé ioniques ; collection d’entités anioniques et cationiques, électroneutralité
Espèce chimique, masse molaire, volume molaire Concentration (mol/L)
Couleur en solution, Absorbance, spectre UV-visible, Dosage par étalonnage
Spectre IR et groupes caractéristiques des composés organiques Entités chimiques; molécules et ions polyatomiques :
établissement schémas de Lewis, géométrie
Électronégativité, polarisation des liaisons, polarité des entités, limite liaison de valence
Entités organiques ; formules brutes, semi-développées, squelettes carbonés, groupes caractéristiques, familles de composés
Interactions entre entités polaires, apolaires, par pont hydrogène, ions et entités polaire
ET
Cohésion dans les solides et liquides
Solubilité, Miscibilité, application à l’extraction par solvant Hydrophilie, lipophilie, amphiphilie, savons et tensio-actif
12/10/2015
Modélisation d’une transformation
Système, siège d’une transformation
chimique
Titrages
Modélisation d’une transformation au niveau macroscopique par une réaction, équation de réaction
Distinction transformation physique, chimique et nucléaire
Lois de conservation Stœchiométrie
Espèces réactives, spectatrices, produites Réactif limitant
seconde première
Évolution d’un système chimique : état initial, état final
Avancement, avancement final, avancement maximal Transformation totale
Mélange stœchiométrique Titrage suivi par colorimétrie
Équivalence : définition et repérage
Application à la détermination quantité de matière ou de concentration
Constitution et transformations de la matière : Transformations
Modélisation d’un transfert d’électrons au niveau macroscopique par une réaction d’oxydo-
réduction, oxydant, réducteur, couple oxydant- réducteur, demi-équation électronique
12/10/2015
Mouvement et interactions
Décrire
un mouvement
Modéliser une action
Modéliser une action
Relier mouvement et
actions
Référentiel Trajectoire
Vecteur vitesse
Variation du vecteur vitesse
Modélisation d’une action Actions réciproques
Exemples de forces : gravitation, poids, support
seconde première
Modèle du point matériel Principe d’inertie
Lien qualitatif entre variation de vitesse et existence d’action
Cas de la chute libre
Loi de Coulomb ; force et champ de gravitation et électrostatique
Fluide au repos, loi de Mariotte, actions de pression, loi fondamentale de l’hydrostatique
Lien entre la variation du vecteur vitesse d’un système et la somme des forces appliquées sur celui-ci. Rôle de la masse.
12/10/2015
L’énergie : conversions et transferts
Transformations physiques et chimiques endothermiques et exothermiques
Transformation nucléaire
Conversion d’énergie : Soleil, centrales nucléaires
seconde première
Modèle d’une source réelle Puissance et énergie. Effet Joule.
Rendement d’un convertisseur
Énergie cinétique, travail, théorème de l’énergie cinétique, conservation et non-conservation de l’énergie mécanique
Transformation de la matière et
transfert d’énergie
Aspects énergétiques des
phénomènes électriques
Aspects énergétiques de
phénomènes mécaniques
Conversion de l’énergie stockée dans la matière organique
Énergie molaire de réaction, pouvoir calorifique, énergie libérée lors d’une combustion.
Interprétation microscopique
Dans le thème constitution et transformations de
la matière
12/10/2015
Ondes et signaux
seconde première
La lumière : images et couleurs, modèles ondulatoire et particulaire
Relation de conjugaison pour une lentille mince, couleur des objets
Domaine des ondes électromagnétiques.
Le photon, énergie d’un photon, quantification des niveaux d’énergie d’un atome
Signaux électriques La lumière
Émission et perception d’un son
Émission, propagation, vitesse de propagation Période, fréquence
Perception d’un son
Vision et image
Propagation rectiligne de la lumière, vitesse de propagation
Spectres
Lois de Snell-Descartes Dispersion
Lentille mince convergente Modèle de l’œil Signaux et capteurs
Caractéristique tension-courant d’un dipôle Loi d’Ohm
Capteurs électriques
Ondes mécaniques
Célérité, ondes périodiques, sinusoïdales, lien entre λ, c et T
Modèle d’une source réelle
Puissance et énergie. Effet Joule.
Rendement d’un convertisseur
Dans le thème énergie
Ondes mécaniques
LIEN AVEC LES MATHÉMATIQUES
6 compétences sont travaillées au collège et au lycée, proches de celles de la démarche scientifique
•CHERCHER expérimenter – en particulier à l’aide d’outils logiciels ;
•MODÉLISER faire une simulation, valider ou invalider un modèle ;
•REPRÉSENTER choisir un cadre (numérique, algébrique, géométrique...), changer de registre ;
•RAISONNER démontrer, trouver des résultats partiels et les mettre en perspective ;
•CALCULER appliquer des techniques et mettre en œuvre des algorithmes ;
•COMMUNIQUER un résultat par oral ou par écrit, expliquer une démarche.
Seconde générale et technologique
Capacités mathématiques
(colonne capacités exigibles) Notions de physique-chimie associées Utiliser les pourcentages et les fractions. Composition massique d’un mélange.
Composition volumique de l’air Utiliser une grandeur quotient pour déterminer le
numérateur ou le dénominateur. Concentration (en masse).
Utiliser un quotient pour comparer.
Utiliser les opérations sur les puissances de 10.
Le noyau de l’atome, siège de sa masse et de son identité.
Utiliser la proportionnalité.
Identifier des situations de proportionnalité
Stœchiométrie. Réactif limitant.
Loi d’Ohm.
Représenter des vecteurs. Utiliser des grandeurs algébriques.
Vecteurs : déplacement d’un point, vitesse moyenne, vitesse.
Sommer et soustraire des vecteurs. Variation du vecteur vitesse.
Identifier une fonction périodique et déterminer sa
période. Onde sonore
Utiliser le théorème de Thalès. Optique
Enseignement de spécialité Physique-chimie – Classe de première
Notions mathématiques.
(colonne capacités exigibles)
Notions de physique-chimie associées
Utiliser une équation linéaire du premier degré.
Déterminer la composition de l’état final d’un système et l’avancement final d’une réaction.
Sommer et soustraire des vecteurs. Lien entre la variation du vecteur vitesse et la somme des forces Utiliser le produit scalaire de deux vecteurs. Travail d’une force.
Utiliser les représentations graphiques des
fonctions sinus et cosinus. Ondes sinusoïdales Utiliser le théorème de Thalès.
Utiliser des grandeurs algébriques.
Relation de conjugaison d’une lentille mince convergente.
DÉTERMINATION DE LA VALEUR D’UNE VITESSE
VITESSE, VITESSE MOYENNE, NOMBRE DÉRIVÉ, DÉRIVÉE
Calcul d’une vitesse à partir de données expérimentales : vitesse moyenne
■ Calcul du nombre dérivé en mathématiques :
Nombre dérivé en t = 2, limite de la pente quand M tend vers M0
NOVEMBRE 2018 IGEN
■ Le physicien travaille sur la trajectoire / le mathématicien travaille sur la courbe x=f(t)
■ Le physicien calcule la vitesse avec un point avant et un point après / le mathématicien travaille avec un point qui se rapproche du point où l’on veut calculer la dérivée
VITESSE, VITESSE MOYENNE, NOMBRE DÉRIVÉ, DÉRIVÉE
NOVEMBRE 2018 IGEN
■ Travailler sur les deux types de représentations :
■Trajectoire : pour donner du sens physique
■Graphe : (tn, Xn), pour faire apparaitre la pente et la notion de nombre dérivé
■ Calculer la vitesse en Xn en travaillant uniquement à partir de Xn+1 :
■ plus proche de l’expression de la définition de la limite en mathématiques
■C’est plus cohérent avec la définition du nombre dérivé en mathématiques
■Même si la mesure de la vitesse moyenne est sans doute moins précise
■
En particulier si l’objectif de l’apprentissage est de faire comprendre que la vitesse s’obtient par la dérivée de la position
VITESSE, VITESSE MOYENNE, NOMBRE DÉRIVÉ, DÉRIVÉE
L’ENSEIGNEMENT SCIENTIFIQUE : PRÉSENTATION DE
RESSOURCES
SUR LE THÈME 1 : UNE LONGUE HISTOIRE DE LA MATIÈRE
Sous-thème 1.2 - Des édifices ordonnés : les cristaux Exemple de trame
Les activités - État cristallin
- Les métaux – Les grenats
- Le verre – Température et état cristallin
SUR LE THÈME 4 : SON ET MUSIQUE, PORTEURS D’INFORMATION
Un exemple de trame
Sous-thème 4.3 – Entendre la musique La musique, un danger pour les oreilles ? Les dangers d’un casque audio
Détermination d’un niveau de surdité
Sous-thème 4.2 - La musique ou l’art de faire entendre les nombres
TRAVAIL EN ATELIER
LES DIFFÉRENTS PROGRAMMES DES SÉRIES TECHNOLOGIQUES SCIENTIFIQUES
La physique chimie est présente en STD2A, ST2S, STI2D et STL mais sous des formes différentes :
uniquement en classe de première ;
associée à une autre discipline dans un enseignement ;
seul l’enseignement SPCL est présent en première et terminale et ne
concerne que la physique chimie.
EN PREMIÈRE STD2A
Classe de première
Physique-Chimie (2h)
Outils et langages numériques
(2h)
Design et métiers d’art (14h)
Classe de terminale
Analyse et méthodes en design
(9h)
Conception et création en design et métiers d’art
(9h)
EN PREMIÈRE STD2A
■ Un programme cohérent avec les programmes de physique-chimie de seconde et des autre voies/séries, sur la forme (deux colonnes : notions et contenus / capacités exigibles) comme sur le fond (compétences de la démarche scientifique)
■ Un programme en continuité du programme actuel pour ce qui relève des contenus (en plus court) MAIS qui met davantage en avant les activités expérimentales et les activités documentaires.
■ Deux thématiques : "Connaître et transformer des matériaux" et "Voir et faire voir des objets"
■ Un programme qui encourage les liens avec les deux autres programmes de spécialité de première STD2A, en particulier certaines notions peuvent être abordées en lien avec l'enseignement de Design et métiers d'art, certaines activités expérimentales avec celui d'Outils et langages numériques.
■ Évaluation en classe de première : épreuves communes de contrôle continu
Classe de première
Physique-chimie pour la santé
(3h) Biologie et physiopathologie
humaines (5h)
Sciences et techniques sanitaires et sociales
(7h)
Classe de terminale
Chimie, Biologie et physiopathologie
humaines (8h dont 3h chimie)
Sciences et techniques sanitaires et sociales
(8h)
EN PREMIÈRE ST2S
EN PREMIÈRE ST2S
Contextualisation plus marquée par les applications à la santé : vision, audition, sécurité routière, sécurité électrique, pression et analyse sanguines, imagerie médicale, besoins énergétiques et alimentaires de l’homme, eau et produits phytosanitaires dans l’habitat et l’environnement
Éducation à la démarche citoyenne (3 entrées thématiques : prévenir et sécuriser, analyser et diagnostiquer, faire des choix autonomes et responsables)
Programme de cycle, sur deux années, avec reprise des entrées thématiques
Interdisciplinarité plus marquée (avec biologie et physiopathologie humaine)
Formation plus marquée par l’objectif de poursuite d’études (social- santé)
Évaluation de l’enseignement « physique-chimie » en classe de première
Une évaluation de « chimie-BPH » en fin de terminale (une partie de l’épreuve terminale portera explicitement sur la chimie)
EN PREMIÈRE STI2D
Classe de première
Innovation technologique
(3h)
Ingénierie et développement
durable (I2D) (7h)
Physique chimie et mathématiques
(6h)
Classe de terminale
Ingénierie, Innovation et développement durable + 1 enseignement spécifique :
- architecture et construction ; - énergies et environnement ;
- innovation technologique et éco- conception ; - systèmes d’information et numérique
(12h)
Physique chimie et mathématiques
(6h)
EN PREMIÈRE STI2D
■ Un nouvel enseignement de spécialité « Physique-Chimie et mathématiques » qui renforce très sensiblement le poids de la physique-chimie en STI2D (évaluation à une des deux épreuves écrites terminales du baccalauréat).
■ Une articulation physique-chimie mathématiques pensée dès l’élaboration du programme pour une meilleure préparation des élèves à la poursuite d’études supérieures.
■ Un renforcement et une adaptation des contenus de physique et de chimie pour la poursuite d’études supérieures.
■ Quatre thématiques étudiées en cohérence avec les programmes de technologie : erreurs et incertitudes ; énergie ; propriétés des matériaux et organisation de la matière ; ondes et information.
■ Une place sensiblement plus importante donnée à la démarche expérimentale, à la maitrise des compétences associées et à leur évaluation.
■ Une incitation à mener des activités de projet (intégrant les maths et/ou la technologie) ; en particulier en conclusion des grands chapitres du programme.
EN PREMIÈRE STL
Classe de première
Physique chimie et ma thématiques
(5h)
Biochimie, biologie (4h)
SPCL ou
Biotechnologie (9h)
Classe de terminale
Physique chimie et mathématiques
(5h)
SPCL ou
Biochimie, biologie et biotechnologie
(13h)
EN PREMIÈRE STL
■Continuité avec le programme de seconde :
■Structure de programme
■Thématiques abordées
■Physique-chimie et mathématiques :
■Des liens avec les mathématiques clairement identifiés en particulier en mécanique et lors de l’étude de la cinétique chimique
■Un programme de chimie conçu pour donner les bases de chimie nécessaires pour les élèves qui suivent les enseignements de spécialité Biotechnologie
■Sciences physiques et chimiques en laboratoire :
■Les modules « Chimie et développement durable » et « Image » ainsi que la démarche de projet sont conservées avec des évolutions dans l’écriture
■Ajout d’un module « Instrumentation » autour des instruments de mesure d’une part et des chaines de mesure d’autre part.
■Évaluation au baccalauréat : 2 épreuves terminales
■Physique-chimie et mathématiques
■Sciences physiques et chimiques en laboratoire
L’ENSEIGNEMENT « MATHÉMATIQUES ET PHYSIQUE-
CHIMIE » : ENJEUX ET PRÉSENTATION DE RESSOURCES
LE PROGRAMME DE MATHÉMATIQUES
Le programme de l’enseignement commun aux séries technologiques
Le programme de l’enseignement mathématiques- physique-chimie
Présentation des programmes
PREMIÈRE STI2D
PREMIÈRE STL
PRÉSENTATION DE RESSOURCES
Une activité
Une notion : le produit scalaire
TRAVAIL COMMUN
Réflexion sur l’articulation des programmes de mathématiques et de physique- chimie pour les séries STI2D et STL.
Formalisation
