Discipline Fondamentale Physique
Approche interdisciplinaire
Par l’instauration de groupes de disciplines en DF, de paires de disciplines en OS, le modèle général des PEC veut inciter à l’ouverture réciproque des disciplines. Ce souci d’une approche plus globale des problèmes vise à développer chez l’élève de nouvelles compétences en vue d’activités et de responsabilités futures qui dépasseront toujours davantage les limites d’un seul domaine.
A partir de l’enseignement de base de chaque discipline, cette ouverture peut être pratiquée de manière plus ou moins approfondie. La pluridisciplinarité pratiquée aujourd’hui consiste en un simple éclairage d’un thème par différentes disciplines conservant chacune sa propre vision. L’interdisciplinarité, plus ambitieuse, exige une réelle collaboration entre les disciplines dans le but de traiter un thème grâce aux connaissances et méthodes de plusieurs disciplines qui s’influencent mutuellement. La transition entre ces deux pôles offre de nombreuses possibilités qui devront être développées progressivement. Le cadre institutionnel et la formation des enseignants devront être adaptés en conséquence.
Au Lycée Blaise-Cendrars, l’introduction dans la grille horaire d’un séminaire interdisciplinaire constitue une première étape dans cette direction.
En termes d’objectifs généraux, l’approche interdisciplinaire doit notamment viser à :
- favoriser l’acquisition d’une vision globale tant pour la vie professionnelle que citoyenne
- opérer un recentrage par rapport à une formation éclatée, de manière à prendre équitablement en considération la part de chaque discipline dans la logique d’ensemble du processus de formation
- relativiser des points de vues afin d’éviter les approches trop réductionnistes.
Perspectives communes aux sciences expérimentales
Au-delà de leur spécificité, et indépendamment du degré d’intégration interdisciplinaire, les sciences expérimentales contribuent à développer un champ de compétences communes. Ces dernières peuvent être regroupées dans les catégories suivantes :
Objectifs fondamentaux communs aux sciences expérimentales
1. Pratique d’une démarche scientifique
- étapes principales du mode de travail en sciences expérimentales (observation, description, hypothèse, expérimentation, simulation, loi, théorie)
- évaluation et représentation des résultats d’une manière critique
- étapes essentielles des découvertes scientifiques, leur chronologie et leurs conséquences
- distinction entre faits et hypothèses, entre causes et conséquences
- la modélisation comme moyen de percevoir et de comprendre les phénomènes naturels et le fonctionnement d’appareils
- propriétés émergentes (dans un système, l’interaction entre les parties détermine de nouvelles propriétés)
- matière et énergie comme concepts fondamentaux
- dans une perspective critique, analyse et utilisation de textes scientifiques simples
2. Pratique du laboratoire
- principes de fonctionnement d’appareils usuels ou importants
- application des connaissances théoriques aux expériences de laboratoire et aux activités de la vie quotidienne
- manipulation de matériel de laboratoire simple en observant une attitude prudente et responsable, et réalisation d’expériences en suivant un mode opératoire
- unités internationales et certains ordres de grandeur essentiels
Objectifs généraux intégrant les sciences expérimentales
- compréhension des informations diffusées par les médias dans des domaines scientifiques et les appréhender de manière critique pour se forger une opinion personnelle
- prise de conscience dans l’impact des sciences et des technologies sur le monde
- sensibilisation à l’importance de la pensée scientifique dans le développement culturel
- acquisition d’une perspective philosophique et historique au service d’une réflexion éthique
Compétences de base non spécifiques aux sciences expérimentales
- accéder aux connaissances au moyen de différentes sources (livres, revues, médias, réseaux informatiques, …)
- développer une maîtrise nuancée de l’expression orale et écrite
- utiliser des outils mathématiques
- utiliser d’autres moyens d’expression (outils informatiques, photographie, vidéo, dessin, …)
Introduction aux programmes de physique
(Discipline fondamentale, option spécifique et option complémentaire)
Objectifs généraux
Le présent programme concrétise les objectifs généraux de la partie A du programme d’études cadre.
Considération et explications
Le présent programme se base sur les considérations et les explications de la partie B du programme d’études cadre. On utilisera en particulier une pédagogie propre à satisfaire les premier et quatrième paragraphes :
§ 1 : … l’élève apprend à sentir, regarder et décrire ce qu’il voit, propose lui-même une analyse et une explication. Il s’agit de stimuler son imagination et sa curiosité en le laissant deviner, tâtonner, se tromper et se corriger par lui-même. Sur cette base sont proposés ensuite des modèles qui permettent de se représenter les mécanismes et les principes cachés de nombreux phénomènes naturels.
→ « Modélisation »
§ 4 : La physique dispose d’un outil d’analyse et d’expression rigoureux et précis qu’il faut apprendre à exercer. Le langage de la physique revêt différentes formes (les graphiques, les dessins, les schémas, les mathématiques et l’informatique). Il importe donc de choisir la forme la mieux adaptée à ce que l’on veut exprimer.
→ « Mathématisation »
La pratique du laboratoire, la rédaction d’un rapport ou l’utilisation de matériel spécifique sont imposés par les troisième et sixième paragraphes :
§ 3 : Mais la compréhension par représentation intuitive ou analogique, bien qu’essentielle en physique, s’avère insuffisante. Il faut confronter ces constructions mentales à la réalité par le biais de mesures ; on élabore alors des modèles quantitatifs. La qualité d’une réponse ou d’une prévision est validée par l’expérience et non par la foi en l’autorité dogmatique d’une théorie ou du maître.
→ « Expérimentation »
§ 6 : Le travail de laboratoire donne l’occasion de rappeler pratiquement la nécessité d’une attitude prudente et responsable.
→ « Responsabilité »
On accordera une attention particulière aux mesures et aux traitements des incertitudes qui en découlent. Des jalons historiques et des commentaires sur la validité des lois physiques seront régulièrement déposés au cours de l’étude des divers chapitres de la physique.
§ 5 : Par l’étude de l’évolution historique des conceptions en physique, l’élève apprend à relativiser les théories et à en connaître les limites. Il participe ainsi à la dynamique de la pensée scientifique.
→ « Relativité »
Enfin le présent programme est construit dans un ordre qui tient compte de l’âge de l’élève. En ce sens il est la suite logique du programme de l’École Secondaire.
§ 2 : Les connaissances de base choisies sont abordées dans un ordre qui prend en compte essentiellement le vécu, l’acquis spontané et l’âge de l’élève. L’enseignement de la physique développe ainsi en premier lieu une compréhension des lois de la nature basée sur l’intuition.
→ « Intuition »
La physique a, de tout temps, eu de nombreuses imbrications avec les autres disciplines. Les mathématiques, la chimie, la biologie ou la philosophie même ont des liens étroits avec la physique. Les diverses branches ont souvent repris puis intégré les progrès, les modèles et les concepts développés dans d’autres domaines.
Toutefois, l’étude de la « physique mathématique » ou de la « chimie physique », qui sont des disciplines à part entière, sort du cadre des études du lycée.
→ « Interdisciplinarité »
Dans chaque programme de la discipline fondamentale, de l’option complémentaire et de l’option spécifique, une évaluation continue du travail et des capacités de l’élève est nécessaire. Elle permettra à l’élève de se situer régulièrement par rapport au programme et par rapport à ses camarades. L’évaluation portera non seulement sur les connaissances acquises mais aussi sur la compréhension et la capacité de l’élève à s’adapter à une nouvelle situation.
→ « Évaluation »
Objectifs fondamentaux
On regroupe les objectifs fondamentaux de la partie « Connaissance » du programme d’études cadre en trois thèmes :
- Grandeurs fondamentales
- Phénomènes, lois et théorèmes
- Applications
Grandeurs fondamentales
§ 1 : Les grandeurs fondamentales qui permettent de séparer, de distinguer et de repérer les propriétés physiques de la nature.
§ 10 : La terminologie scientifique.
§ 11 : Les unités internationales et certains ordres de grandeur essentiels.
Phénomènes, lois et théorèmes
§ 2 : Les phénomènes fondamentaux qui éclairent les comportements physiques de notre environnement.
§ 3 : Les principes de base sur lesquels est bâti l’édifice théorique de la physique.
§ 4 : Les étapes principales du mode de travail en physique (observation, description, expérimentation, simulation, hypothèse, modèle, loi, théorie)
§ 5 : Les algorithmes de raisonnement et de calcul de type général.
§ 6 : Les modèles les plus fonctionnels, les lois et les théories qui y sont associées.
Applications
§ 7 : Les étapes essentielles des découvertes scientifiques et leur chronologie.
§ 8 : Les principes de fonctionnement d’appareils usuels ou importants.
§ 9 : Les méthodes courantes de mesure.
Programme de la discipline fondamentale
Deuxième année (1 leçon hebdomadaire et 2 leçons de laboratoire tous les quinze jours)
Mécanique
| Matières | Grandeurs fondamentales | Phénomènes, loi et théorèmes | Exemples d’applications |
|---|---|---|---|
| Cinématique | Vitesse, accélération | Équation du mouvement | Observation d’un mouvement de chute libre Mouvement uniformément accéléré |
| Dynamique | Force | Loi de Newton Gravitation | Calcul des forces de liaison Frottement Ressort Force de gravitation Éléments d’astronomie |
| Travail et énergie | Théorème de l’énergie mécanique | Résolution et analyse de problèmes variés | |
| Quantité de mouvement Impulsion | Théorème de l’impulsion | Observation et analyse de chocs |
Chaleur
| Matières | Grandeurs fondamentales | Phénomènes, lois et théorèmes | Exemples d’applications |
|---|---|---|---|
| Dilatation Gaz parfait | Température Pression | Loi de Hooke Lois de dilatation Loi du gaz parfait | Déformation élastique Thermomètre Application aux problèmes de chimie |
| Échange de chaleur | Chaleur massique Chaleur latente | Bilan d’énergie thermique | Mesure de chaleur spécifique Analyse et modélisation des échanges de chaleur. |
Troisième année (2 leçons hebdomadaires)
Électricité
| Matières | Grandeurs fondamentales | Phénomènes, lois et théorèmes | Exemples d’applications |
|---|---|---|---|
| Force électrique | Charge, champ | Loi de Coulomb | Modèle atomique, nucléaire Limites de la mécanique classique. |
| Énergie électrique | Tension, potentiel Courant Puissance Résistance Résistivité | Loi d’Ohm et ses limites Loi de Joule | Analyse de circuits formés d’éléments usuels. Établir un bilan de puissance |
| Circuits électriques | Maille Nœud Résistance équivalente | Loi de Kirchhoff Formules des résistances | Résolution de circuits simples Générateur |
Magnétisme
| Matières | Grandeurs fondamentales | Phénomènes, lois et théorèmes | Exemples d’applications |
|---|---|---|---|
| Champ magnétique | Lignes de champ magnétique | – | Observation de lignes de champ magnétique produit par des aimants et des courants Géomagnétisme |
| Force magnétique | Courant Vecteur champ magnétique | Force de Laplace Force de Lorentz | Discussion de quelques applications pratiques (Ampèremètre à aiguille, haut-parleur, moteur électrique, TV, accélérateur de particules,…) |
| Induction | Flux, tension induite | Loi d’induction | Discussion de quelques applications (Dynamo, microphone,…) |
Remarque : Les exemples d’applications ne sont pas exhaustifs.