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Bulletin officiel spécial n° 9 du 30 septembre 2010 © Ministère de l'Éducation

Bulletin officiel spécial n° 9 du 30 septembre 2010 © Ministère de l'Éducation nationale > www.education.gouv.fr 1 / 9 Annexe SCIENCES DE L’INGÉNIEUR CYCLE TERMINAL DE LA SÉRIE SCIENTIFIQUE I - Objectifs généraux Notre société devra relever de nombreux défis dans les prochaines décennies. Les démographes annoncent une forte croissance de la population mondiale, répartie inégalement sur les territoires. Il faudra donc proposer des réponses aux besoins fondamentaux des hommes, tels que l’accès à l’eau, à l’énergie, à l’alimentation, à l’habitat, au transport, à la santé, à l’éducation et à l’information. Pour satisfaire ces besoins, la recherche de solutions devra se faire dans un contexte environnemental contraint, au sein d’une concurrence économique internationale et avec la nécessité d’assurer un développement durable pour tous. La réponse à ces défis passe inévitablement par la formation d’ingénieurs et de chercheurs aux compétences scientifiques et technologiques pluridisciplinaires de haut niveau, capables d’innover, de prévoir et maîtriser les performances des systèmes(1) complexes, en intégrant les grandes questions sociétales et environnementales. L’enseignement des sciences de l’ingénieur, dans le cycle terminal du lycée, a pour objectif d’aborder la démarche de l’ingénieur qui permet, en particulier : - de vérifier les performances attendues d’un système, par l’évaluation de l’écart entre un cahier des charges et les réponses expérimentales (figure1, écart 1) ; - de proposer et de valider des modèles d’un système à partir d’essais, par l’évaluation de l’écart entre les performances mesurées et les performances simulées (figure 1, écart 2) ; - de 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 (figure 1, écart 3) ; - de proposer des architectures de solutions, sous forme de schémas ou d’algorigrammes. Figure 1 : représentation des différents écarts L’identification et l’analyse de ces écarts peuvent mobiliser des compétences pluridisciplinaires, en particulier celles développées en mathématiques et en sciences physiques-chimiques fondamentales et appliquées. Les sciences de l’ingénieur renforcent les liens entre les disciplines et participent à la poursuite d’études dans l’enseignement supérieur. Les sciences de l’ingénieur développent des démarches pour analyser des systèmes complexes pluri-technologiques. Les compétences acquises sont ainsi transposables à l’ensemble des domaines scientifiques et technologiques, et permettent d’appréhender des situations inédites. (1) Un système est une association structurée d’éléments ayant des relations entre eux. Il a été conçu dans le but de répondre à un besoin. Il est caractérisé par la nature de : - ses éléments constitutifs et des interactions entre ceux-ci ; - ses éléments environnants et des interactions de ceux-ci avec le système. Dans ce programme, le terme « système » recouvre tout le champ des produits manufacturés et des ouvrages, intégrés dans leur environnement. Le système peut être matériel, virtuel ou souhaité. Bulletin officiel spécial n° 9 du 30 septembre 2010 © Ministère de l'Éducation nationale > www.education.gouv.fr 2 / 9 Interdisciplinarité En classe de première, les travaux personnels encadrés sont intégrés dans l’horaire de sciences de l’ingénieur. Le principe de base est la pluridisciplinarité, deux disciplines au moins doivent être impliquées : la discipline caractéristique de la série ainsi que, par exemple, les mathématiques, la physique-chimie ou encore les sciences de la vie et de la Terre. En classe terminale, un projet interdisciplinaire sera également mis en place dans un volume horaire d’environ 70 heures en collaboration avec les disciplines scientifiques ou encore les disciplines de l’enseignement commun. Tice Les technologies de l’information et de la communication sont systématiquement mises en œuvre dans cet enseignement. Elles accompagnent toutes les activités proposées : - recherche et exploitation de dossiers numériques ; - analyse structurelle des systèmes ; - simulation de comportement des systèmes ; - expérimentations assistées par ordinateur locales ou à distance et matérialisation d’idées (maquette numérique, programmation et prototypage rapide) ; - suivi et comptes rendus d’activités d’analyse et de projet ; - archivage et consultation des productions des élèves. Toutes ces activités, individuelles et en équipes, s’inscrivent naturellement dans le contexte d’un environnement numérique de travail (ENT) et participent à la préparation du B2i niveau lycée. Compétences terminales visées L’enseignement des sciences de l’ingénieur a pour objectif de développer les compétences présentées sur la figure 2 ci-dessous : Figure 2 : compétences développées en sciences de l’ingénieur Les systèmes complexes choisis peuvent relever des grands domaines suivants : énergie, information et communication, transport, production de biens et de services, bâtiments et travaux publics, santé, agroalimentaire. Cette liste n’est pas exhaustive et les enseignants ont la possibilité de s’appuyer sur d’autres domaines qu’ils jugent pertinents. Identifier et caractériser les grandeurs agissant sur un système Proposer ou justifier un modèle Résoudre et simuler Valider un modèle Justifier le choix d’un protocole expérimental Mettre en œuvre un protocole expérimental Analyser le besoin Analyser le système Caractériser des écarts Rechercher et traiter des informations Mettre en œuvre une communication SYSTÈME ANALYSER MODÉLISER EXPÉRIMENTER COMMUNIQUER Bulletin officiel spécial n° 9 du 30 septembre 2010 © Ministère de l'Éducation nationale > www.education.gouv.fr 3 / 9 II - Programme 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 La représentation des systèmes, si elle s’avère nécessaire, se fera avec des outils numériques. L’utilisation des logiciels retenus n’implique pas la maîtrise de leurs fonctionnalités. Chaque compétence est présentée avec les connaissances et les capacités associées : - un premier tableau définit les compétences terminales attendues, spécifiant le contrat d’évaluation ; - un second tableau présente les connaissances et les capacités associées ainsi que le niveau de maîtrise des capacités. Les capacités associées aux connaissances seront dispensées à partir de tout ou partie d’un système, disponible sous forme matérielle ou virtuelle, instrumenté si nécessaire, défini par un dossier technique. La maîtrise des capacités est définie selon les trois niveaux suivants : Niveau A - Les concepts sont abordés dans un contexte d’application adapté. Les élèves découvrent la définition et les caractéristiques de chaque concept. Niveau B - Les activités proposées sont simples et variées. Elles mobilisent des outils et des méthodes dans un contexte connu. La démarche est donnée, la résolution est guidée et le choix de la méthode est toujours précisé. Niveau C - Les situations proposées exigent la mise en œuvre de démarches mobilisant des outils et des méthodes dans un contexte nouveau. Les élèves doivent pouvoir justifier ces démarches et interpréter tout ou partie des résultats obtenus par rapport au problème posé. Lorsque le niveau est précisé en classe de première, cela signifie qu’il est atteint en fin de classe de première et qu’il peut être utilisé en classe de terminale. Lorsque le niveau n’est précisé qu’en classe de terminale, cela signifie qu’il est atteint en fin de classe de terminale mais qu’il peut être introduit en classe de première. A - Analyser A1. Analyser le besoin Compétences attendues - définir le besoin ; - définir les fonctions de service ; - identifier les contraintes ; - traduire un besoin fonctionnel en problématique technique. Connaissances Capacités 1re T Besoin, finalités, contraintes, cahier des charges Décrire le besoin Présenter la fonction globale Identifier les contraintes (fonctionnelles, sociétales, environnementales, etc.) Ordonner les contraintes (critère, niveau, flexibilité) C Analyse fonctionnelle externe Expression fonctionnelle du besoin Présenter à l’aide d’un diagramme des interacteurs une réponse technique à un besoin C Fonctions d’usage, de service, d’estime Identifier et caractériser les fonctions de service C Bulletin officiel spécial n° 9 du 30 septembre 2010 © Ministère de l'Éducation nationale > www.education.gouv.fr 4 / 9 A2. Analyser le système Compétences attendues - identifier et ordonner les fonctions techniques qui réalisent les fonctions de services et respectent les contraintes ; - identifier les éléments transformés et les flux ; - 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. Connaissances Capacités 1re T Système Frontière d’étude Environnement Définir le système et sa frontière d’étude Analyser l’environnement d’un système, ses contraintes Décrire le fonctionnement d’un système Identifier des évolutions possibles d’un système C Architectures fonctionnelle et organique d’un système Identifier les fonctions techniques Déterminer les constituants dédiés aux fonctions d’un système et en justifier le choix Identifier les niveaux fonctionnels et organiques d’un système Présenter les architectures fonctionnelle et organique d’un système à l’aide d’un diagramme FAST Proposer des évolutions sous forme fonctionnelle C Relier le coût d’une solution technique au besoin exprimé A Impact environnemental Évaluer l’impact environnemental (matériaux, énergie, nuisances) A Matière d’œuvre, valeur ajoutée, flux Identifier la matière d’œuvre et la valeur ajoutée Représenter les flux (matière, énergie, information) à l’aide d’un actigramme A-0 de la méthode SADT C Chaîne d’information Identifier et décrire la chaîne d’information du système uploads/Management/ 1812-bac-s-si-annexe-arrete-du-21-7-2010.pdf