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FICHES PEDAGOGIQUES ET SITUATIONS

Liste des TP selon les éditeurs :

EXEMPLE DE FICHE EXPOSE PEDAGOGIQUE OU EXPERIMENTAL

EXEMPLES SEQUENCE (SUPER) sur système solaire

Attendu de fin de cycle : situer la Terre dans le système solaire et caractériser les conditions de la
vie terrestre :

https://pedagogie.ac-strasbourg.fr/fileadmin/pedagogie/physiquechimie/college/Cycle_3/Activites_pour_les_eleves/Institutionnaliser_des_connaissances_exemple_en_6e.pdf

Cycle 4

Physique-chimie

Catégorie : Mettre en œuvre son enseignement

Sous-catégorie : L’énergie et ses conversions

Quelle bouilloire choisis-tu ? Pourquoi ?

THEME : L’énergie et ses conversions Attendus de fin de cycle : Identifier les sources, les transferts, les conversions et les formes d’énergie – Utiliser la conservation de l’énergie.
Registre d’enseignement : enseignement commun
Descriptif : La situation d’apprentissage proposée a pour objectif de réinvestir la relation liant puissance, énergie et durée, dans le but de donner du sens à la notion de puissance. Plusieurs bouilloires sont proposées aux élèves, elles ont des contenances et des puissances différentes. L’objectif est que les élèves proposent un protocole et le mette en œuvre pour comparer ces bouilloires.
Repère de progressivité : Cette séquence peut être proposée en cours de cycle avant que toutes les notions relatives à l’énergie soient acquises. Aucune connaissance en électricité n’est nécessaire.
Objectifs d’apprentissage : Relier les notions de puissance, énergie et durée. Réaliser un bilan énergétique.
Compétences travaillées Pratiquer des démarches scientifiques Identifier des questions de nature scientifique. Proposer une ou des hypothèses pour répondre à une question scientifique. Concevoir une expérience pour la ou les tester. Mesurer des grandeurs physiques de manière directe ou indirecte. Interpréter des résultats expérimentaux, en tirer des conclusions et les communiquer en argumentant. Pratiquer des langages Lire et comprendre des documents scientifiques. Passer d’une forme de langage scientifique à une autre.
Connaissances et compétences associées Identifier les différentes formes d’énergie Identifier les sources, les transferts, et les conversions d’énergie Établir un bilan énergétique pour un système simple Utiliser la relation liant puissance, énergie et durée Notion de puissance
Mots clefs : Énergie, puissance, relation puissance énergie durée, bilan énergétique.

 


Situation proposée aux élèves

Quelle bouilloire choisis-tu ? Pourquoi ?

Bouilloire de cuisine XBouilloire de cuisine YBouilloire Z
Zone de Texte: XZone de Texte: YZone de Texte: Z
Zone de Texte: XZone de Texte: YZone de Texte: Z

Scénario possible

Questionnement en lien avec la situation proposée

Quelle bouilloire choisis-tu ? Pourquoi ?

Les élèves indiquent leurs critères de choix : esthétique, puissance, volume d’eau pouvant être chauffé, etc.

Nous allons nous intéresser uniquement aux caractéristiques électriques : puissance et énergie convertie.

Quelle est la bouilloire que vous choisissez et pourquoi ?

Les élèves formulent individuellement leurs idées, comme par exemple :

  • « je choisis la bouilloire X car c’est la plus puissante, c’est la plus performante » ;
  • « je choisis la bouilloire Z car c’est la moins puissante, c’est donc celle qui coûte le moins cher car elle utilise moins d’énergie ».

Retour sur les propositions, questionnement oral et collectif 

  • Lien entre puissance et durée de fonctionnement.
  • Lien entre énergie convertie et puissance.

Formulation du problème à résoudre

Je cherche à vérifier si, pour un besoin en énergie donné :

  • plus un appareil est puissant, plus sa durée de fonctionnement est courte ;
  • plus un appareil est puissant, plus il convertit d’énergie.

Proposition d’un protocole expérimental

  • Je chauffe un même volume d’eau, pris à une même température (température ambiante), avec les 3 bouilloires.
  • Je mesure, avec un chronomètre, le temps mis pour que la température de l’eau atteigne 100°C / pour que l’eau se mette à bouillir.

Réalisation de l’expérience

On peut envisager d’utiliser un thermomètre pour contrôler la température de l’eau ou arrêter le chauffage quand l’eau bout. Les mesures effectuées sont bien évidemment peu précises.

Conclusion : la bouilloire la plus puissante est la plus rapide pour transférer l’énergie nécessaire.

Exploitation des résultats expérimentaux

Les élèves réinvestissent la relation qui lie énergie, puissance et durée. Ils calculent l’énergie convertie. Après calcul, ils découvrent que l’énergie convertie par chaque bouilloire est à peu près la même.

Conclusion : l’énergie convertie pour une transformation donnée est la même, quelle que soit la puissance de l’appareil utilisé.

DES TACHES COMPLEXES GRIESP

https://www4.ac-nancy-metz.fr/physique/lycee/resaprob/resolution_problemes_Griesp.pdf

CompétenceExemples de capacités associées
S’approprier le problème.Faire un schéma modèle. Identifier les grandeurs physiques pertinentes, leur attribuer un symbole. Évaluer quantitativement les grandeurs physiques inconnues et non précisées. Relier le problème à une situation modèle connue. …
Établir une stratégie de résolution (analyser).Décomposer le problème en des problèmes plus simples. Commencer par une version simplifiée. Expliciter la modélisation choisie (définition du système, …). Déterminer et énoncer les lois physiques qui seront utilisées. …
Mettre en œuvre la stratégie (réaliser).Mener la démarche jusqu’au bout afin de répondre explicitement à la question posée. Savoir mener efficacement les calculs analytiques et la traduction numérique. Utiliser l’analyse dimensionnelle. …
Avoir un regard critique sur les résultats obtenus (valider).S’assurer que l’on a répondu à la question posée. Vérifier la pertinence du résultat trouvé, notamment en comparant avec des estimations ou ordres de grandeurs connus. Comparer le résultat obtenu avec le résultat d’une autre approche (mesure expérimentale donnée ou déduite d’un document joint, simulation numérique, …). Étudier des cas limites plus simples dont la solution est plus facilement vérifiable ou bien déjà connue. …
Communiquer.Présenter la solution ou la rédiger en expliquant le raisonnement et les résultats. …

Intérêt élèves : Raisonner à sa manière

2.1.1  Raisonner à sa façon

La stratégie de résolution n’est pas guidée et, souvent, elle n’est pas unique ; ainsi chaque élève élabore un raisonnement personnel, qui peut être différent des stratégies initialement envisagées par l’enseignant. Les élèves sortent ainsi du cadre d’un exercice classique à étapes imposées et peuvent contourner une difficulté en ayant recours à une stratégie alternative.

2.1.2  Se tromper pour progresser

L’erreur est source d’apprentissage. Comme le dit Thomas Edison :“I have not failed. I’ve just found

10,000 ways that won’t work.”  Ainsi, lors de l’élaboration d’une stratégie, les professeurs doivent permettre aux élèves de suivre des pistes non fructueuses et les amener à les améliorer, si possible par eux-mêmes, en faisant évoluer la stratégie initialement adoptée. La possibilité de pouvoir essayer sans crainte des démarches « d’essai-erreur » est très propice à la construction de savoirs mieux ancrés.

2.1.3  Travailler autrement

Quand les activités de recherche d’une résolution de problème sont bien adaptées au niveau des connaissances requises et de l’accessibilité des modèles, elles procurent une motivation supplémentaire aux élèves qui apprécient de travailler plus librement, souvent en groupe et dans un cadre collaboratif. Les élèves sont plus actifs, ils échangent entre eux et prennent confiance dans des situations a priori déroutantes.

Par une mise en œuvre plus régulière et dans une logique de découverte de situations de plus en plus complexes, on espère ainsi que l’élève se détachera de l’attitude classique « reconnaître rapidement » ou bien « abandonner », en prenant l’habitude de développer des stratégies nécessitant un peu plus de persévérance. Un travail de synthèse personnalisé proposé en fin de séance et analysant la ou les démarches choisies est recommandé pour renforcer l’efficacité de la formation et mettre en confiance les élèves.  

2.1  Du point de vue du professeur

Les professeurs qui s’engagent dans ce type de tâches y trouvent généralement beaucoup d’intérêt. Citons quelques arguments qui poussent les professeurs à diversifier leurs pratiques en incluant assez régulièrement ces activités depuis la classe de seconde :

  • dans une posture d’accompagnant, le professeur a la possibilité d’observer les élèves se posant des questions. Il peut ainsi plus efficacement repérer les obstacles, et apporter au fur et à mesure des aides ciblées sur des difficultés formulées, donc déjà repérées par les élèves ;
  • il est possible, dans une même classe, d’anticiper une différenciation des compétences travaillées, en proposant deux ou trois variantes de formulation de la tâche à réaliser, puis de l’affiner en apportant, le cas échéant et en temps réel, des aides personnalisées sous la forme par exemple de « coups de pouce ». Cela permet de porter son attention sur les élèves encore « peu experts ».
  • niveau A : les indicateurs choisis apparaissent pratiquement dans leur totalité ;
  • niveau B : les indicateurs choisis apparaissent partiellement ;
  • niveau C : les indicateurs choisis apparaissent de manière insuffisante ; –     
  • niveau D : les indicateurs choisis ne sont pas présents.

2.1.1    Etablissement d’un tableau récapitulatif des niveaux de maîtrise des compétences 

Après l’appréciation du niveau de maitrise de chaque compétence, on répète dans un tableau les compétences jugées les plus importantes de manière à leur donner « visuellement » un poids relatif plus élevé. On pourra sur ce thème de référer à l’exemple intitulé « Dilatation des océans ».

Compétences Niveau de maîtrise 
ABCD
S’approprier    
Analyser    
Analyser    
Réaliser    
Réaliser    
Valider    
Communiquer    

Si une évaluation chiffrée est attendue (comme cela peut être le cas dans l’exercice de spécialité du baccalauréat S noté sur 5 points), la note finale résulte d’une analyse du tableau. Des éléments indicatifs, exemplifiés au paragraphe 5.2.3 peuvent être précisés mais la décision finale relève de l’expertise du professeur. Soulignons que le passage à la note n’est en aucune manière une obligation.

2.1.2    Attribution d’une note au regard des niveaux de maîtrise des compétences

Dans le cas d’une résolution de problèmes que l’on désire évaluer en produisant au final une note sur 5 points, plusieurs  propositions pour attribuer la note peuvent être faites à ce sujet, par exemple celle qui consiste à analyser les proportions des différents niveaux A, B, C et D : 

  • majorité de A : note entre 4 ou 5 (majorité de A et aucun C ou D : 5)
  • majorité de B : note entre 2 et 4 (uniquement des B : 3)
  • majorité de C : entre 1 et 3 (uniquement des C : 2)
  • majorité de D entre 0 et 2 (uniquement des D : 0 ; dès qu’il y a d’autres niveaux que le D : 1 ou 2)

Naturellement des modifications peuvent être apportées en fonction de difficulté de la résolution de problèmes.

IntituléClasseQuelques caractéristiquesNombre de versionsPage
Le rugby2ndeAssez facile mais il faut s’approprier quelques règles du rugby. 3 versions15
Autonomie en plongée2ndeLa version initiation est bien adaptée. Pas beaucoup de documents.  Mise en œuvre de la loi de Boyle-Mariotte.3 versions35
Homéopathie2ndeUne vigilance particulière : les élèves ont des difficultés à s’approprier le vocabulaire.2 versions43
Gonflage d’un ballon2ndeParfaitement adaptée au niveau seconde dans sa version « confirmée ».2 versions50
Geocentrique ou presque2ndeApproche « mixte »  avec une approche documentaire.1 version63
Lever de la Terre2ndeSujet assez délicat en raison de la problématique des référentiels. 2 versions69
Le sel2ndeUne version initiation très adaptée.3 versions76
IntituléClasseQuelques caractéristiquesNombre de versionsPage
Cascade1°SOptique géométrique. Possibilité de la  coupler avec celle sur la « Profondeur d’un pont ».2 versions89
Profondeur du pont1°SOptique géométrique ; prolongement possible de la ressource « Cascade ». Pas en phase d’initiation.3 versions97
CO2 émis par les voitures1°SNiveau « initiation » très adapté. Le niveau « expert » est difficile (nécessité de travailler avec des ordres de grandeur). Le niveau « confirmé » est assez difficile mais riche car les élèves doivent prendre des décisions. 3 versions106
Extraction sélective1°SApproche expérimentale de la résolution de problème ; permet d’introduire et de travailler sur la proposition de schéma de résolution  du problème ; nécessite deux séances.3 versions124
Jet d’eau  (version 1)1°SPlutôt en fin d’année. Peut être aussi proposée en terminale.3 versions138
Hobbit1°SUne thématique relevant de la sciencefiction. Notion de puissance et d’énergie. Différents registres.2 versions147
Panneaux photovoltaïquesTSTrès bonne introduction; peut être utilisée en 1ère si on explicite le lien puissance et énergie. Illustre le fait qu’une résolution de problème  n’est jamais terminée (approches itératives).1 version154
Dilatation des océansTSUne version initiation – Ressource déjà publiée dans sa version « confirmée ».2 versions160
Voiture en mouvementTSExpérimentale, très simple au niveau de l’appropriation. Peut se faire rapidement en début d’année de TS. Niveau confirmé à cause des calculs. Fichier son.1 version170
Octobasse   TSBase : sujet de bac (septembre 2013 métropole) – 2 versions « confirmé » – une version « expert » utilisant l’analyse dimensionnelle.3 versions177
Jet d’eau  (version 2)TSAdaptée au niveau TS, approche énergétique. axée sur l’analyse dimensionnelle.2 versions189
Coque d’un navireTSBase : bac S métropole juin 2013. Vise à montrer comment adapter un sujet pour construire un niveau « expert ». 3 versions195
Mission ApolloTSEn spécialité – niveau « expert » ; deux voies de résolution possibles – durée supérieure à une heure3 versions208
Le rugbyTSOn demande de proposer des équations horaires à partir d’un modèle à déterminer par les élèves2 versions221
Le cor des AlpesTSExercice de spécialité du baccalauréat S – session 20141 version232


DIFFICULTES THEMES

L’énergie difficultés d’apprentissage: https://eduscol.education.fr/document/17770/download

THEME DES SIGNAUX POUR OBSERVER ET COMMUNIQUER

Repères pour une progression : https://eduscol.education.fr/document/17782/download

Ecrans tactiles : https://eduscol.education.fr/document/17803/download

MOUVEMENTS ET INTERACTIONS :

https://eduscol.education.fr/document/17758/download

Difficultés en mécanique cinématique cycle 4 et lycée :https://eduscol.education.fr/document/16147/download

THEME ONDE CORPUSCULE difficultés :

https://cache.media.eduscol.education.fr/file/PC/88/0/Dualite_onde-particule_222880.pdf