Transcript 4. SSI : La construction des séquences en SSI : N. Perrot et P Lefebvre

Préparer les activités en SI
Exemple d’organisation
pédagogique et de contenus de
séquences pour le cycle terminal
des sciences de l’ingénieur
Norbert Perrot
IGEN STI
Philippe Lefèbvre
IA-IPR Dijon
22 novembre 2011
Préparer les activités en SI
La démarche en sciences de l’ingénieur en S
Analyser
Vérifier les performances
attendues d’un système
La démarche en sciences de
l’ingénieur en S
Expérimenter
Observer un système
Modéliser le système
La mise en
œuvre d’une
démarche en
sciences de
l’ingénieur
Modéliser
Agir sur le système
Agir sur le
système
Proposer et valider des
modèles d’un système à
partir d’essais
Prévoir les performances
d’un système à partir de
modélisations
Modifier les paramètres
d’un modèle
Proposer des modifications
structurelles pour
améliorer les performances
du système
Préparer les activités en SI
La démarche de l’ingénieur en S
• Vérifier les performances attendues d’un système, par
l’évaluation de l’écart entre un cahier des charges et les
réponses expérimentales (écart A-M) ;
• Proposer et valider des modèles d’un système à partir
d’essais, par l’évaluation de l’écart entre les performances
mesurées et les performances simulées (écart M-S) ;
• Prévoir les performances d’un système à partir de
modélisations, par l’évaluation de l’écart entre les
performances simulées et les performances attendues au
cahier des charges (écart A-S) ;
• Proposer des architectures de solutions, sous forme de
schémas ou d’algorigrammes.
Préparer les activités en SI
Un programme rédigé avec une approche
par compétences
C’est un objectif terminal qui ne présuppose pas une progression pédagogique.
Préparer les activités en SI
L’objectif poursuivi
À partir des…
Compétences
du
programme
Centres d’Intérêt
choisis pour
constituer une
progression
pédagogique
cohérente
Proposer une série de
séquences de formation
pour les 2 années,
associées à des fiches
pédagogiques facilitant la
construction des séances
Durées de
formation
par CI compétences
compatibles avec
la durée totale de
formation
Supports
didactiques ou réels
pertinents,
disponibles, et qui
tiennent compte des
contraintes de
démarrage de la
formation
Préparer les activités en SI
L’objectif poursuivi
Compétences
Centres
d’Intérêt
Durées de
formation
Supports
didactiques
SI – Enseignement
Les éléments clés pour bâtir une progression
Concept de séquence
Typologie des
supports
Centres d’intérêt
Construction
de la matrice
séquence/CI/supports
Organisation pratique des
activités
Fiches synthétiques
des 10 séquences par
année
SI – Concept de séquence
Le concept de séquence
Objectifs
Chaque séquence vise le développement (découverte ou approfondissement) de
compétences précises du référentiel, identifiées dans le programme
Contenus
Chaque séquence permet d'aborder de 1 à 2 CI au maximum, de manière à faciliter
les synthèses et limiter le nombre de supports
Thème de travail
Chaque séquence correspond à un thème sociétal, porteur de sens pour les élèves et
intégrant les CI utilisés
Durée d’une
séquence
Chaque séquence comprend de 2 à 4 semaines consécutives au maximum
Durée de l’année
scolaire
Périodes de
formations
Séquence de
synthèse
Lancement
Évaluation des
acquis
30 semaines par année scolaire, de façon à laisser une marge de manœuvre
pédagogique
6 semaines par année scolaire à répartir entre les séquences permettant d'intégrer
des remédiations, des évaluations, des sorties et visites, etc.
Elles correspondent à chaque période entre les vacances et intègrent de 2 à 3
séquences
Elle est proposée en fin d’une période de formation et vise à favoriser l’acquisition
des compétences du programme
Chaque séquence donne lieu à une séance de présentation à tous les élèves,
explicitant les objectifs, l'organisation des apprentissages et les supports didactiques
utilisés
Chaque séquence donne lieu à une évaluation sommative, soit intégrée dans son
déroulement, soit prévue dans le cours d'une séquence suivante
SI – Concept de séquence
Structure d’une séquence en inductif
Intentions pédagogiques, a priori
Compétences
Activités
pédagogiques
Séquence
xcwxcwx
cw
Activités
dirigées
dont
simulations
Structuration
des acquis
Activités
pratiques
Évaluation
Cours
Centres d’Intérêt
Réflexion pédagogique a postériori
Dossier
Système
Supports techniques
La structure d’une
séquence en
déductif ne pose
pas de problème
SI – Concept de séquence
La planification des séquences
Année scolaire
S1
S2
S3
S4
S5
S6
S8
S9
S10
S11
S12
Lancement
Séquence 1
Ouverture externe
Séquence 2
Chevauchement
permettant le
décalage entre
cours et activités
pratiques
Évaluation
Séquence 3
Séquence 4
SI – Centres d’intérêt
Les centres d’intérêt
Une proposition de CI, identiques en première
et terminale, est faite dans le document
d’accompagnement :
• elle permet une progression pédagogique
cohérente ;
• elle respecte le cadre proposé dans le
document
d’accompagnement
(cible
AMS/FSC) .
SI – Centres d’intérêt
Une approche progressive et structurée
Une progression
pédagogique qui
s’organise à partir des
performances A-M-S ou
des écarts :
A-M, M-S, S-A.
Les centres d’intérêt pris
seuls permettent une
entrée par les
performances, ou pris
deux à deux par les
écarts.
SI – Centres d’intérêt
Les Centres d’Intérêt retenus
Point de vue
Système souhaité
Système réel
Système simulé
Centres d’intérêt
CI1 : analyser un système.
fonctionnellement et structurellement.
CI2 : expérimenter et mesurer sur un
système réel pour évaluer ses
performances.
CI3 : analyser des constituants d’un
système réel d’un point de vue structurel
et comportemental.
CI4 : concevoir et utiliser un modèle
relatif à un système en vue d’évaluer les
performances de la chaîne
d’information.
CI5 : concevoir et utiliser un modèle
relatif à un système en vue d’évaluer les
performances de la chaîne d’énergie.
STI2D – Centres d’intérêt
Une approche progressive et structurée
SYSTÈME
Fonctionnel
Performances
Attendues
Définir le besoin.
Définir les fonctions de service.
Identifier les contraintes.
Traduire un besoin fonctionnel en
problématique technique.
Définir, justifier la frontière de tout
ou partie d’un système et répertorier
les interactions.
Écart A-S
Performances
Simulées
Écart S-M
Performances
Mesurées
Écart M-A
Structurel
Identifier l’organisation structurelle.
Comportemental
Identifier les éléments transformés et les flux .
Comparer les résultats simulés avec les critères du cahier des charges et interpréter les écarts.
Modifier les paramètres du modèle pour répondre au cahier des charges.
Valider un modèle optimisé fourni.
Choisir et mettre en œuvre une
méthode de résolution.
Identifier l’organisation structurelle.
Modifier ou proposer un modèle.
Choisir les grandeurs et les paramètres influents en
vue de les modéliser.
Simuler le fonctionnement de tout ou partie d’un
système à l’aide d’un modèle fourni.
Associer un modèle à un système ou à son
comportement.
Préciser les limites de validité du modèle utilisé.
Interpréter les résultats obtenus.
Comparer les résultats expérimentaux avec les résultats simulés et interpréter les écarts.
Traiter les données mesurées en vue d’analyser les écarts.
Modifier les paramètres du modèle pour répondre au cahier des charges.
Valider un modèle optimisé fourni.
Identifier et ordonner les fonctions
techniques qui réalisent les
fonctions de services et respectent
les contraintes.
Décrire les liaisons entre les blocs
fonctionnels.
Identifier l’organisation structurelle ;
Identifier les matériaux des
constituants et leurs propriétés en
relation avec les fonctions et les
contraintes.
Décrire une chaîne d’acquisition .
identifier les grandeurs physiques à mesurer.
Conduire les essais en respectant les consignes de
sécurité à partir d’un protocole fourni.
identifier le comportement des composants.
interpréter les résultats obtenus.
Justifier le choix des essais réalisés.
Comparer les résultats expérimentaux avec les critères du cahier des charges et interpréter les écarts.
Traiter les données mesurées en vue d’analyser les écarts.
Couverture centre d’intérêts compétences
SI - Enseignement
Compétences
A1 - Analyser le besoin
A2 - Analyser le système
A3 – Caractériser les écarts
B1 - Identifier et caractériser les
grandeurs agissant sur un système
B2 - Proposer ou justifier un modèle
B3 - Résoudre et simuler
B4 - Valider un modèle
C1 - Justifier le choix d’un protocole
expérimental
C2 - Mettre en œuvre un protocole
expérimental
D1 – Rechercher et traiter des
informations
D2 – Mettre en œuvre une
communication
Comportemental
Structurel
Fonctionnel
Performance
Attendue
A1
CI1
Écart
A/M
A2
CI3
Écart
A/S
A3
B2-B3-B4
C2
C1
Performance
Mesurée
CI4 & CI5
B1
CI2
Écart
M/S
Performance
Simulée
La compétence
COMMUNIQUER
peut être développée sur
tous les points de la
cible
Couverture centre d’intérêts compétences
SI - Enseignement
Compétences
A1 - Analyser le besoin
A2 - Analyser le système
A3 – Caractériser les écarts
B1 - Identifier et caractériser les
grandeurs agissant sur un système
B2 - Proposer ou justifier un modèle
B3 - Résoudre et simuler
B4 - Valider un modèle
C1 - Justifier le choix d’un protocole
expérimental
C2 - Mettre en œuvre un protocole
expérimental
D1 – Rechercher et traiter des
informations
D2 – Mettre en œuvre une
communication
Comportemental
Structurel
Fonctionnel
Performance
Attendue
A1
CI1
Écart
A/M
A2
CI3
Écart
A/S
A3
B2-B3-B4
C2
C1
Performance
Mesurée
CI4 & CI5
B1
CI2
Écart
M/S
Performance
Simulée
La compétence
COMMUNIQUER
peut être développée sur
tous les points de la
cible
SI – Organisation des activités
L’organisation pratique des activités
Les
activités
en
classe
entière
Les
activités
à
effectifs
réduits
Chaque séquence intègre des phases de cours ou des activités
dirigées en classe entière correspondant à des apports structurés
des connaissances ainsi qu'un lancement, une synthèse, des
évaluations.
La place du cours par rapport aux activités à effectifs réduits
correspond au choix d’une stratégie pédagogique durant chaque
séquence (inductive ou déductive).
Une séquence peut donner lieu à des activités à effectifs réduits
qui peuvent correspondre à des activités expérimentales,
numériques, … à des mini projets.
Les activités à effectifs réduits privilégient les démarches
spécifiques de la technologie : projet, résolution de problème
technique, investigation…
SI – Organisation des activités
Les approches didactiques
Approche
déductive
Cours et activités
dirigées
•Appréhender et formaliser
un concept nouveau
Activités pratiques
Évaluation
• Appliquer et
conforter le concept
• Formative ou
sommative
Ces approches impliquent un décalage
entre les cours et les activités pratiques
Approche
inductive
Activités pratiques
Cours et synthèses
Évaluation
• Appréhender et
découvrir un
concept nouveau
• Formaliser le
nouveau concept
• Formative ou
sommative
Cours CE
2h
*
Activités
dirigées
CE ou
Activités
numériques
Groupe
2h
projet 2 h
Un exemple possible (mais il y en a d’autres) : répartition 2h
cours et 2h TD en classe entière et de 2h de TP (ou AN*) en
groupe allégé.
Activités
pratiques
Groupe
2h
AP de 2 h
possible
TPE 1 h
SI – Organisation des activités
Choisir une organisation hebdomadaire
AN : activités numériques ; activités dirigées sur ordinateur pour la simulation
SI – Typologie des supports
Les supports didactiques
Trois types de supports :
• les supports réels disponibles dans le
laboratoire ;
• les supports virtuels ou numériques ;
• les supports réels ou virtuels
accessibles à distance.
SI – Typologie des supports
Le cahier des charges des supports réels en SI
L'utilisation d'un support
doit d'abord permettre
de caractériser les trois
écarts,
ce
qui
correspond
à
une
approche descendante et
externe.
Pas de supports de type
professionnels.
Petits
systèmes
didactiques
possibles (et pas forcément
des
systèmes
lourds
didactisés).
Chaque support réel doit
d'abord permettre aux
élèves de mener des
activités pratiques
concrètes, en particulier
l’expérimentation.
Chaque
support
doit
obligatoirement
permettre
l’observation, l’analyse, la
simulation, les mesures,
etc.).
SI – Typologie des supports
Les supports didactiques
Ces supports sont caractéristiques des thèmes
sociétaux issus du document ressources - Confort ,
Énergie,
Environnement,
Santé,
Mobilité,
Protection, Assistance au développement – ou du
programme de l’EE SI.
SI – Typologie des supports
Les supports didactiques
Thème : Culture et loisir
Modèle réduit de buggy 4x4
Participer à une
Besoin
compétition de
modèles réduits
Indications
quantifiées dans
Accélération, vitesse,
le cahier des
autonomie
charges
Accélération, vitesse,
Grandeurs
force motrice,
mesurables
autonomie
Grandeurs
Accélération, vitesse,
simulées
force motrice
300 Euros non
Coût indicatif
didactisé
1800 euros didactisé
Référence
SI – Typologie des supports
Les supports didactiques
Les indications dans le cahier des charges doivent
pouvoir, pour tout ou partie, être quantifiées par des
mesures de grandeurs physiques sur le système réel
ou par la simulation à l’aide des modèles.
Les modèles sont considérés comme faisant partie
du système et peuvent être acquis auprès des
fournisseurs d’équipements en même temps que le
système matériel.
SI – Typologie des supports
Les supports didactiques
Outils informatiques
Progiciel de CAO 3D,
Modules de simulation mécanique associés ou non
au Progiciel de CAO 3D,
Progiciel de description du comportement par
graphe d’état, logigramme, algorigramme avec
module permettant de générer et implanter un
programme dans un système cible,
SI – Typologie des supports
Les supports didactiques
Progiciel permettant de simuler le fonctionnement
complet d’un système intégrant plusieurs sources
d’énergie, plusieurs convertisseurs d’énergie et les
commandes associées.
Suite bureautique : tableur-grapheur, traitement de
texte, logiciel de présentation
Ces outils informatiques peuvent être acquis
séparément ou intégrés dans un ou plusieurs
produits.
SI – Matrice des séquences
Les étapes itératives de répartition des heures de formation
1. Choisir des horaires par regroupement de
connaissances-capacités du programme.
2. Vérifier si les CI concernés par ce regroupement de
connaissances-capacités ne sont pas plus de deux
sur un axe AMS ou sur un écart A-M, M-S, S-A.
3. Calculer le total horaire par CI-compétences.
4. Ajuster et valider la répartition des horaires par
rapport au total de 210 h (240 h).
Equilibrage
horaire
programme
et CI
Répartition
horaire du
programme
Calcul des
horaires par
CI
Relations
programme
et CI
Répartition
des heures
par CI
SI – Matrice des séquences
Construction de la matrice Programme -CI
Centre d’intérêt
1
Compétences SI
A – Analyser
A1. Analyser le besoin
A2. Analyser le système
A3. Caractériser des écarts
B - Modéliser
B1. Identifier et caractériser les grandeurs agissant sur un système
B2. Proposer ou justifier un modèle
B3. Résoudre et simuler
B4. Valider un modèle
C - Expérimenter
C1. Justifier le choix d’un protocole expérimental
C2. Mettre en œuvre un protocole expérimental
D - Communiquer
D1. Rechercher et traiter des informations
D2. Mettre en œuvre une communication
2
3
4
5