Séminaire académique
Enseignements d’exploration
SI & CITMise en œuvre
Lycée R.Dautry - LIMOGES 26 mai 2010
1
• Éléments de restitution du séminaire national IGEN STI des 17 & 18 / 05,
• Présentation des productions académiques,
• Présentation de quelques productions nationales,
• Réflexions et recommandations de mise en œuvre pour la rentrée 2010.
Ordre du jourOrdre du jourOrdre du jour
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Publication des programmes de seconde au BOEN n°4 spécial du
29 avril 2010
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Les enseignements d’exploration
SI & CIT
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Diachronique Synchronique 5
Thèmes généraux Exemples d’études
La mobilité Les véhicules individuels et les transports collectifs, les énergies utilisées, le pilotage et la sécurité, …
Le sport Les sports de glisse, mécaniques, etc, les matériaux et vêtements techniques, la mesure de performance, …
La santé L’imagerie, l’investigation physiologique, l’observation non invasive, l’assistance à l’intervention médicale, …
L’habitat La performance énergétique, la maison à énergie positive passive, la domotique, …
L’énergie Les énergies renouvelables, le stockage et la distribution, …
La communication La téléphonie, les interfaces de communication, les réseaux…
La culture et les loisirs Le son et l’image, les jeux vidéo, les musées en ligne, …
Les infrastructures Les viaducs, les tours, les tunnels…
La bionique Prothèses, robots humanoïdes, drones, solutions techniques recopiant le vivant,…
La dématérialisation des biens et des services
Monnaie; réservation en ligne, bureau virtuel, …
6
L’enseignement d’exploration
« Création &
Innovation technologique »
7
Pour comprendre comment la créativité et
l’innovation sont les moteurs de
l’évolution technologique
L’enregistrementmagnétique
La conversionAnalogiqueNumérique
La diodeLaser
La mémoire FlashLa compression numérique
Solution innovantePrincipes et lois d’évolution 8Synchronique
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Les objectifs générauxLes objectifs générauxActivités d’analyses de supports technologiques innovants.1/2 à 2/3 des 54 heures
Activités de projet de créativité.1/2 à 1/3 des 54 heures
Activités de projet de créativité.1/2 à 1/3 des 54 heures
Activités passionnantes porteuses de sens…
Activités passionnantes porteuses de sens…
10
Des objectifs associés
11
Des partenariats et des ressources…Site OSEO
12
Site INPI régional
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Trois approches didactiques de l’innovation technologique
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Produit 1WalkmanProduit 1Walkman
Produit 2
iPod
Produit 2
iPod
Produit 3
iPhone
Produit 3
iPhone
Principes scientifiques et technologiques, solutions techniques et principes d’innovation et lois d’évolution
EvolutionsEvolutions
Evolutions scientifiques et techniques :• Traitement : Numérisation• Stockage : Mémoires statiques• Utilisation : Interface tactile• Non évolution : restitution par oreillettes
Lois d’évolution• Transition vers le micro : le baladeur miniaturisé• Transition vers le super système : le téléphone mobile
Principes d’innovation :• Remplacement du système mécanique• Changement de paramètre (champs)• Universalité
15
Produit 1WalkmanProduit 1Walkman
Produit 2
iPod
Produit 2
iPod
Produit 3
iPhone
Produit 3
iPhone
Principes scientifiques et technologiques, solutions techniques et principes d’innovation et lois d’évolution
EvolutionsEvolutions
Evolutions scientifiques et techniques :• Traitement : Numérisation• Stockage : Mémoires statiques• Utilisation : Interface tactile• Non évolution : restitution par oreillettes
Lois d’évolution• Transition vers le micro : le baladeur miniaturisé• Transition vers le super système : le téléphone mobile
Principes d’innovation :• Remplacement du système mécanique• Changement de paramètre (champs)• Universalité
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Produit 1
iPhone
Produit 1
iPhone
Produit 2
Segway
Produit 2
Segway
Produit 3
WII
Produit 3
WII
Innovation, Principes scientifiques et technologiques
EvolutionSolutions techniques
EvolutionSolutions techniques
Innovation : accéléromètre de technologie MEMS
Principes, réalisation, utilisations
Principes d’innovation
et lois d’évolution des téléphones
Principes d’innovation
et lois d’évolution des systèmes de
transport individuels
Principes d’innovation et lois
d’évolution des systèmes de jeux
vidéo17
Radars et
sécurité
Radars et
sécurité
GPS et éco
conduite
GPS et éco
conduite
Pare chocs à absorption d’énergie
Pare chocs à absorption d’énergie
Innovation, Principes scientifiques et technologiques
EvolutionSolutions techniques
EvolutionSolutions techniques
Thème global d’innovation : la mobilité du futur et la
sécurité
Principes d’innovation et lois d’évolution des capteurs de détection
de présence
Principes d’innovation et lois d’évolution des
systèmes de positionnement GPS
Principes d’innovation et lois d’évolution des
systèmes d’absorption de l’énergie d’un choc
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La démarche pédagogique
• Une démarche globale permettant la découverte :– des principes et lois d’innovation : études de cas– de la créativité technologique : projet de créativité
• Des études de cas progressives :– justifiant des démarches d’investigation, – des activités de travaux pratiques,
• Des activités collectives menées en équipe, donnant lieu :– à des comptes-rendus collectifs, – des ouvertures vers l’extérieur du lycée, les entreprises,
les formations,
19
Identification du principe
d’innovation
Identification du principe
d’innovation
Questionnement, analyse
Investigation
Démarche partielle d’analyse et d’identification d’une solution innovante et d’un principe d’innovation
Activité « starter »
Supports simples, accessibles, faciles à analyser.
Produits ou secteur d’activité
Produits ou secteur d’activité
Identification de l’évolution
« produit »
Identification de l’évolution
« produit »
Identification de l’innovation technologique
Identification de l’innovation technologique
Données technico économiques
Caractérisation par analogie
Contraintes : normes, brevets, environnement
20
Identification du principe
d’innovation
Identification du principe
d’innovation
Questionnement, analyse
Investigation
Démarche partielle d’analyse et d’identification d’une solution innovante et d’un principe d’innovation associée à un travail pratique d’analyse d’une solution technique
Activité avec TP
Produits ou secteur d’activité
Produits ou secteur d’activité
Identification de l’évolution
« produit »
Identification de l’évolution
« produit »
Identification de l’innovation technologique
Identification de l’innovation technologique
Données technico économiques
Caractérisation par analogie
Contraintes : normes, brevets, environnement
TP relatif au principe de la
solution innovante
TP relatif au principe de la
solution innovanteManipulation du réelou du virtuel, expérimentations : TP sur le capteur à ultra sons
Pour comprendre l’innovation
technologique
21
2 ou 3 produits
2 ou 3 produits
Identification de l’évolution technologique
Identification de l’évolution technologique
Identification de la solution
innovante
Identification de la solution
innovante
Identification du principe
d’innovation
Identification du principe
d’innovation
Questionnement, analyse
Investigation
Observationcomparaison
Recherche documentaire
Recherche documentaire
Démarche partielle d’analyse et d’identification d’une solution innovante, d’un principe d’innovation associée à un TP et des lois d’évolutions associées
Activité Loi
d’évolution
TP relatif au principe de la
solution innovante
TP relatif au principe de la
solution innovante
Identification de la loi
d’évolution
Identification de la loi
d’évolution
Manipulation du réelou du virtuel, expérimentations
Caractérisation par analogie
Pour comprendre l’innovation
technologique
Pour comprendre l’innovation « produit »
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Produits ou secteur d’activité
Produits ou secteur d’activité
Identification de l’évolution
« produit »
Identification de l’évolution
« produit »
Identification de l’innovation technologique
Identification de l’innovation technologique
Identification du principe
d’innovation
Identification du principe
d’innovation
TP relatif au principe de la
solution innovante
TP relatif au principe de la
solution innovante
Identification de la loi
d’évolution
Identification de la loi
d’évolution
Compte rendu et présentation des résultats
Compte rendu et présentation des résultats
Données technico économiques
Caractérisation d’un principe par analogie
Manipulation du réelou du virtuel, expérimentation sur un principe
Caractérisation d’une loi par analogie
Synthèse
Pour comprendre l’innovation
technologique
Pour comprendre l’innovation « produit »
Pour faire la synthèse des activités et communiquer
Pour comprendre que l’innovation est un facteur de compétitivité
Pour comprendre que la compétitivité met en œuvre plusieurs dimensions (design,
marketing, etc.)
Contraintes : normes, brevets, environnement…
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Créativité et création technologique
• La créativité n’est pas la création. C’est une démarche intellectuelle, culturelle, une disposition ou un état d’esprit qui amène une personne à essayer de créer… lorsqu’il y parvient, on peut alors dire qu’il y a création.
• Le projet proposé vise une démarche de projet promouvant la créativité technologique, sans obligation de résultat.
• Il s’appuie sur un existant, privilégie les démarches de modification et se conclue par une présentation collective de la démarche.
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25
Phases principales du déroulement d’un projet technologique de créativité :
Favoriser le « prototypage rapide » (formes, informations, énergies).
Produire un dossier numérique de présentation collective formalisant la démarche plus que les résultats.
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Etape d’imprégnation
Etape de créativité
Etape de cristallisation
Etape de matérialisation
Expression du besoin (principales caractéristiques à atteindre,
identification d’une contradiction)
Expression du besoin (principales caractéristiques à atteindre,
identification d’une contradiction)
Production du plus grand nombre d’idées possibles
Production du plus grand nombre d’idées possibles
Choix raisonné d’une ou deux solutions à explorer
Formalisation d’une idée de solution
Choix raisonné d’une ou deux solutions à explorer
Formalisation d’une idée de solution
Matérialisation sous forme de modèle, maquette, prototype, expérimentation.
Synthèse et compte-rendu collectif
Matérialisation sous forme de modèle, maquette, prototype, expérimentation.
Synthèse et compte-rendu collectif
Les jalons Les étapes du projet Les productions du groupe
J1
J2
J3
J427
Découverte de l’innovation, de principes et des lois associées.Supports simples
Exploration d’une innovation associée à une expérimentation, relations avec les principes scientifiques et technologiques
Exploration complète d’une innovation, liens entre principes et lois d’évolution. Synthèse et présentation collective
Mise en œuvre d’un projet collectif.Matérialisation de idées créatives.Synthèse et présentation collective.
Présen-tation
Brevets, design…
Entre-prises,
métiers
Proto-typage
Une organisation
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L’enseignement d’exploration
« Sciences de l’Ingénieur »
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Les sciences pour répondre aux questions
de notre société
Sant
é
Alimentation
Énergie
Habitat
30Diachronique
Les objectifs générauxLes objectifs généraux
Activités d’analyses de supports technologiques.1/2 à 2/3 des 54 heures
Activités de projet.1/2 à 1/3 des 54 heures
Activités de projet.1/2 à 1/3 des 54 heures
Activités passionnantes porteuses de sens…
Activités passionnantes porteuses de sens…
La technologie contribue à répondre aux besoins humains en passant de l’idée (ou du principe) à la proposition de solutions performantes et respectueuses de l’environnement.
Les sciences de l’ingénieur mobilisent les approches scientifiques et technologiques.
Les phases de modélisation et de simulation permettent de prévoir le comportement, les performances d’un système pluri technologique et d’optimiser une solution au regard du cahier des charges.
La démarche de management de projet conduit à développer des produits économiquement et techniquement viables.
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Des objectifs associés
32
Des activités
33
Des activités
34
La démarche pédagogique
• Des études de cas (deux questions sociétales au moins sont abordées) :– justifiant des démarches d’investigation, – des activités de travaux pratiques.
• Des activités collectives (recherche d’une solution dans le cadre d’une démarche de projet) menées en équipe, donnant lieu :– à des comptes-rendus collectifs, – des ouvertures vers l’extérieur du lycée, les entreprises,
les formations.
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Fin provisoire
Présentation des travaux académiques
Maynard/Célérier/Besset : « véhicule hybride »Egrot/Banting/ Calas/Desbordes : vélo à assistance électriquePetinom/Delpy/Recoules: gyropodeAudiger/Chavet/Lafarge/Dussol: IlandGouzou/Paul/Lhéritier/Breysse/Herbet: la maison innovanteGranet/Manot/Auger: éolienne Galinier/Cavalié/Mauduy: serrure biométrique
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Présentation d’exemples nationaux
• 1• 2• 3• 4
37
Une organisation pour la mise en oeuvre
38
Pour mémoire …Pour mémoire …
39
Pour mémoire …Pour mémoire …
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Les contraintesLes contraintes
• Les contraintes globales• Les contraintes techniques :
– Horaires– Locaux– Equipements
• Les contraintes pédagogiques– La mutualisation des productions– La formation des enseignants– La répartition des services
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44
Laboratoire partagé entre SI et CITOrganisation en ilots de travail accueillant une équipe de 4 élèvesZones de travail de prototypage et de rangement des supports
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1. Animer un groupe de travail pluri technologique STI (élargi à tout enseignant intéressé) pour trouver les idées de supports et d’études de cas…
2. Rechercher dans les entreprises locales des possibilités de coopération
3. Définir 3 études de cas et un projet au niveau de l’établissement, prévoir leur achat et leurs exploitations (TP)
4. Prévoir et organiser le réaménagement des laboratoires SI-CIT5. Organiser les services enseignants SI-CIT pour l’année 2010-11
(enseignants, horaires, planification).6. Accompagner l’équipe enseignante pour les achats de supports, la
réalisation des activités (études de cas, TP, projet)7. Accompagner et garantir la mutualisation des supports au niveau
académique8. Accompagner le dispositif de formation local et académique associé
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Seule nouveauté pour MPS (Mesures et Pratiques Scientifiques)
« L’enseignement d’exploration « méthodes et pratiques
scientifiques » permet aux élèves de découvrir
différents domaines des mathématiques, des sciences
physiques et chimiques, des sciences de la vie et de la
Terre et des sciences de l’ingénieur ».
« C’est aussi l’occasion de montrer l’apport et la synergie de ces
disciplines pour trouver des réponses aux questions scientifiques que
soulève une société moderne, d’en faire percevoir différents grands
enjeux, et de donner les moyens de les aborder de façon objective ».
C’est un EE qu’il faut investir.
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Principes d’innovation et lois d’évolution
• Equivalent aux lois d’évolutions en biologie, extraits de la théorie TRIZ, sans mise en œuvre des outils méthodologiques associés.
• Identification possible :– À partir d’une liste réduite de principes
d’innovation (par exemple, de 20 principes sur les 40 formalisés)
– À partir d’une liste de 8 lois d’évolution
Prin
cipe
16
: D
ynam
ism
e /
Mob
ilité
Diviser l’objet en plusieurs éléments pouvant être mobiles les uns par rapports aux autres.Si l’objet (ou son environnement) est fixe, le rendre mobile ou déplaçable. Optimiser l’objet ou son environnement extérieur pour qu’il s’ajuste automatiquement aux conditions de fonctionnement optimales.
Prin
cipe
14
: Sp
héric
ité
Remplacer des formes parallélépipédiques par des formes sphériques. Utiliser des rouleaux, des billes, des spirales, des dômes.Remplacer un mouvement de translation par un mouvement de rotation ; recourir à la force centrifuge.
Prin
cipe
35
: Ch
ange
men
t /
Mod
ifica
tion
de
para
mèt
res Modifier l’état de phase d’un objet (ex. sous forme
de gaz, de liquide ou de solide).Changer la concentration ou la consistance.Modifier le degré de flexibilité, la température.Champs abordés : Mécanique, Acoustique, Thermique, Chimique, Electrique, Magnétique
Lois qui renseignent sur les dynamiques d’évolutions
futures du système
Lois qui montrent la manière dont le système est en train d’évoluer.
Lois
qui
ont
voc
ation
à o
bser
ver u
n sy
stèm
e da
ns s
on é
tat
actu
el.
1. Intégralité des parties du système (cohérence fonctionnelle)
2. Conductibilité de l'énergie
3. Coordination du rythme des parties du système
4. Accroissement de l'idéal
8. Augmentation de la contrôlabilité du système (Loi de commande, Feedback)
7. Transition du macro niveau vers le micro niveau (Intégration – miniaturisation)
6. Transition du système vers le super système (Tendance vers l'universalité) 6. Transition du système vers le super
système (Tendance vers l'universalité)
5. Développement inégal des parties d’un système technique
5. Développement inégal des parties d’un système technique
Identification d’une loi d’évolution associée à
une contradiction technique et à des
principes d’innovation
Mesurer une distance
Loi d’innovation
n°8(Dynamisme et contrôlabilité)
Principe 16 « Mobilité »
Principe 14 « Sphéricité »
Loi d’innovation
n°2(Flux d’énergie)
Principe 35 « Changement de paramètre »
Loi d’innovation n°4 (Idéalité)
Réglet
Mètre de menuisier
Mètre à ruban
Télémètre laser ou ultrasons
Lois et de principes d’innovation identifiées sur la fonction « mesurer » associée à des supports simples
53
54
55
La démarche d’investigationLa démarche d’investigationen technologie en technologie
au collègeau collège
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Situation problèmeSituation problème
ObservationObservation
Problème technique à résoudreProblème technique à résoudre
Pour chaque activité, Pour chaque activité, un bilanun bilan, est réalisé pour répondre au problème posé., est réalisé pour répondre au problème posé.
La démarche La démarche
d’investigationd’investigation
““Questions élèves”Questions élèves”
Activité(s) élèvesActivité(s) élèves
““Idées élèves”Idées élèves”
Je maîtrise des Je maîtrise des techniquestechniques
Je fais appel à la Je fais appel à la démarche démarche
technologiquetechnologique
Je raisonneJe raisonne- l’observationl’observation à partir du à partir du réel, de photos, d’un film, réel, de photos, d’un film, de solutions existantesde solutions existantes ……- - des documents :des documents : texte, texte, graphique, tableau, …graphique, tableau, …
Je communique :Je communique : - oralement- oralement - par écrit- par écrit
Je prends des Je prends des informationsinformations
J’utilise
Objet techniqueObjet technique
57