L’enseignement scientifique et technologique en STI2D

L’enseignement scientifique et technologique en STI2D

22 novembre 2011 1Norbert Perrot - Doyen du groupe STI de l'IGEN

Un des objectifs de la réforme du lycée est de développer le goût des jeunes pour les sciences et d’augmenter le vivier de recrutement des filières scientifiques et technologiques supérieures longues.


Avec une série S beaucoup plus scientifique. Le fait que 40 % des bacheliers S qui poursuivent des études scientifiques et technologiques supérieures longues alors qu’ils sont 90 % en S-SI impose d’implanter la série S-SI dans tous les lycées.


Mais aussi avec une voie technologique industrielle rénovée, avec la série STI2D qui n’a plus comme objectif final de préparer un BTS.

STI

Au plus haut niveau : M2 donc L, BTS, DUT

Prépare à la poursuite d’ études

STI BTSProgrammes écrits en fonction des BTS


La série STI2D est une vraie voie scientifique et technologique spécifique offrant une alternative à la série S. Elle est destinée à accueillir des élèves qui n’ont pas le profil et l’appétence pour faire S, mais dont le potentiel peut leur permettre d’envisager une poursuite d’études au plus haut niveau même si de nombreux parcours passeront par une STS.

Objectif

Faire de la série STIDD une voie d’excellence au même titre que la voie générale destinée à préparer les élèves à la poursuite d’études jusqu’au niveau M.

Une visée ambitieuse de poursuites d’études avec un objectif identique à celui de la voie scientifique mais utilisant un autre chemin.


22 novembre 2011 Norbert Perrot - Doyen du groupe STI de l'IGEN 6

Si l’objectif est clair, il est indispensable de l’opérationnaliser afin de permettre la réussite d’élèves, attirés par l’approche plus concrète des SPCFA et des STI, qui puisent leur motivation dans l’expression d’une forme d’intelligence peu sollicitée par l’enseignement théorique.


Des enseignements de maths - physique et STI

coordonnés seront plus efficaces et permettront

d’améliorer le niveau scientifique des élèves de

STI2D.

Ainsi ceux-ci seront-ils mieux préparés à la

poursuite d’études supérieures.


Un renforcement du sens des enseignements Un programme de mathématiques centré sur les besoins des élèves en STI2D et affichant la volonté de donner du sens à cet enseignement.

Des enseignements de SPCFA adapté aux contenus des enseignements technologiques.

Comment ?


Un document – ressources est cours d’élaboration. Son objectif est de montrer et/ou de justifier le besoin de faire des mathématiques à partir de situations concrètes en SPCFA et en STI.

Les « points durs » du programme de mathématiques ont été identifiés ainsi que les points de liaisons entre les différentes disciplines.


Des situations réelles, concrètes vont être choisies en fonction de leur pertinence pour introduire les concepts mathématiques.


Exemple : scie sauteuse

Bâti 0

Manivelle 2

Coulisseau 3

Rotor moteur 1


Mathématiques Sciences Physiques Enseignement Transversal

Fonctions trigonométriques

Fonction dérivée

Dérivée de t

sin (ωt)

Thème : Transport

Sous-thème : Mise en mouvement

Notions et contenus : Référentiels, trajectoires, vitesse, vitesse angulaire, accélération

Comportement énergétique des systèmes (transformation de l'énergie)

Typologie de solutions constructives des liaisons entre solides


Position de la molette

Fréquence de rotation (tours.min-1)

1 5002 10003 14004 20005 25006 3100

Une problématique:La découpe de plastique dur tel que le plexiglas devient impossible si la vitesse de coupe excède 1,5 m.s-1 car il y a un échauffement trop important du matériau…Le but de cette étude est de déterminer, pour la scie sauteuse choisie, la fréquence de rotation de la manivelle et donc la position de la molette afin que la vitesse maximale de coupe n’excède pas 1,5 m.s-1.

Un schéma technologique en plan


Quelques « points durs » dans les échanges inter disciplinairesLe passage de la modélisation technologique au « schéma d’étude mathématique » :Les professeurs de mathématiques considèrent ce

schéma inutile, « c’est évident ! » Ils restent dans l’implicite…

Le schéma mathématique qu’ils proposent consiste à étudier tout d’abord le déplacement du point A sur un cercle de rayon 1 et non sur celui correspondant au rayon du déplacement de l’excentrique centré sur A.


Le logiciel

mathématique

Géogébra permet

d’expliciter

graphiquement les

mouvements des points

A et H.

La modélisation proposée par le logiciel (schéma

ci-dessus) conduit à des interprétations

technologiquement fausses (liaison de type

encastrement au point H).


L’étude mathématique théorique, déconnectée de

la réalité technologique, reprend le dessus après

la mise en place de la problématique.

La résolution du problème apparaît en fin de

sujet, sous forme « d’application numérique ».


Quelques « constats » dans les échanges inter disciplinaires lors de l’élaboration de ce document

Très grande rigueur affichée par les physiciens

pour les notations et les unités (m.s-1 et non m/s).

Grande attention des professeurs de STI face à la

démarche de résolution du problème.

Une certaine « timidité » des enseignants STI face

à leurs collègues de mathématiques ou de

physique, très entreprenants et imaginatifs.


Une imagination parfois débordante des

enseignants de mathématiques qui leur permet de

résoudre mathématiquement des problèmes

technologiquement incohérents ou irréalistes

(exemple des plombs de chasse, exemple de la

perte de chaleur dans un loft).


Les points positifs

La rigueur scientifique est nécessaire pour tous

(schéma technologique, mathématique, notation,

unités…) afin de se comprendre et d’identifier le

langage commun.

Il s’agit d’un élément important du socle d’une

culture scientifique solide et nécessaire à la

poursuite d’étude dans l’enseignement

supérieur.


Un intérêt réel des enseignants de

mathématiques pour contribuer à résoudre nos

problèmes scientifiques et technologiques.

L’émergence des connaissances nécessaires

à la résolution d’un problème est le résultat

d’un travail élaboré dans une démarche

inductive, commune à tous…


Exemple : Courants porteurs et boîtiers CPL

Compteur Linky Mini-ordinateur

Client Réseau électrique Transformateurs Réseau téléphonique

Centrale de supervision


Mathématiques Sciences Physiques Enseignement Transversal

Fonctions trigonométriquesReprésentation graphique d’une

fonction

Énergie et puissance électriques : tension,

intensitéTransport et

distribution de l’énergie électrique

Caractérisation des fonctions relatives à l’énergie et à l’informationCodage (binaire, hexadécimal, ASCII) et transcodage de l’information, compression, correctionTransmission de l’information, réseaux et internet


Il est important que les professeurs de

mathématiques, SPCFA et de STI

constituent une équipe interdisciplinaire

qui se complète et élaborent leurs

progressions pédagogiques de manière

concertée.

Documents

L’enseignement scientifique et technologique en STI2D