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© Ministère de l'Éducation nationale et de la Jeunesse > www.education.gouv.fr Annexe 2 Programme de physique-chimie et mathématiques de première STI2D Sommaire Introduction Programme de physique-chimie Préambule Mesure et incertitudes Énergie Matière et matériaux Ondes et information Programme de mathématiques Intentions majeures Géométrie dans le plan Nombres complexes Analyse © Ministère de l'Éducation nationale et de la Jeunesse > www.education.gouv.fr Introduction L’enseignement de spécialité de physique-chimie et mathématiques vise à donner aux élèves une formation scientifique solide les préparant à la poursuite d’études. Si chacune des disciplines qui le composent a ses enjeux propres, les programmes qui suivent ont été conçus pour donner une cohérence et une unité à l’ensemble. Les modes de pensée spécifiques à chaque champ disciplinaire s’acquièrent au travers d’un ensemble limité de savoirs, savoir-faire et méthodes qui trouvent leur efficacité lors de l’étude de problèmes communs, sur lesquels les différentes disciplines apportent des éclairages complémentaires. Les professeurs de physique-chimie et de mathématiques s’attachent à travailler conjointement les notions qui se prêtent à un croisement fructueux. Il est essentiel d’organiser des passerelles pédagogiques entre les deux disciplines afin que les élèves puissent enrichir la compréhension de concepts communs et l’assimilation de méthodes partagées. C’est notamment le cas du calcul infinitésimal (dérivée et primitive), où il est essentiel de préciser les démarches à l’œuvre dans les calculs menés avec des variations Δx ou Δt très petites mais finies et leurs liens avec les résultats acquis par passage à la limite. Il importe notamment d’adopter des notations parlantes et concertées. Cela nécessite un travail pédagogique commun des deux professeurs. De même, le travail statistique sur les incertitudes de mesure ou encore la modélisation du travail d’une force par le produit scalaire appellent une réelle collaboration des deux professeurs. Les contenus et méthodes abordés dans l’enseignement de spécialité de physique-chimie et mathématiques sont suffisamment riches pour permettre aux élèves de conduire des projets variés en vue de l’épreuve orale terminale du baccalauréat. Programme de physique-chimie Préambule  Objectifs de formation La série « Sciences et technologies pour l’industrie et le développement durable » (STI2D) est une série à dominantes scientifique et technologique. Les élèves l’ayant choisie doivent être initiés, dans ces domaines, aux concepts, démarches méthodologiques et savoir-faire expérimentaux qui leur permettront de progresser et de réussir quel que soit leur choix d’orientation dans l’enseignement supérieur : BTS ou DUT de l’industrie et du développement durable, licences scientifiques et technologiques, formations d’ingénieurs et CPGE de la filière TSI, etc. Ce programme d’enseignement de physique-chimie poursuit cet objectif, dans la continuité des apprentissages du collège et de la classe de seconde. Il s’agit de renforcer la culture scientifique des futurs bacheliers de la série STI2D, de les faire accéder à une compréhension plus globale des concepts et notions de physique-chimie étudiés, d’améliorer leurs capacités d’investigation, d’analyse et de raisonnement, de les faire progresser dans la maîtrise de la démarche expérimentale scientifique et des compétences qui lui sont associées. Pour étayer cet objectif, il s’avère indispensable de conforter les outils mathématiques nécessaires pour la conceptualisation, la modélisation et le calcul des grandeurs associées aux notions de physique et de chimie du programme, sans oublier que leur utilisation prépare à la poursuite d’études supérieures. Le professeur veille à la meilleure articulation possible du programme de physique-chimie avec les programmes de mathématiques, notamment celui des enseignements communs et de cette spécialité. © Ministère de l'Éducation nationale et de la Jeunesse > www.education.gouv.fr L’ambition de conduire les élèves à une compréhension de l’utilité et de la portée universelle des notions et de la méthodologie de la physique-chimie ne doit pas faire perdre de vue leurs applications constantes et généralisées dans le domaine technologique. Les réalisations technologiques fournissent naturellement les exemples de contextualisation et d’application de l’enseignement de physique-chimie. La connaissance scientifique nourrit ces réalisations ; certaines d’entre elles, à leur tour, améliorent les capacités d’investigation et de compréhension du réel. La mise en évidence de cette articulation, à travers la permanence d’un contexte technologique illustrant les notions de physique et de chimie étudiées, donne d’abord du sens à cet enseignement pour les élèves ; au-delà, elle permet de leur fournir des clés pour s’approprier les grands défis scientifiques et technologiques du XXIe siècle, en particulier ceux de l’énergie, du réchauffement climatique et du traitement de l’eau.  Contenus et progression Partant de ces objectifs généraux, quatre domaines d’études ont été privilégiés : la mesure et les incertitudes, l’énergie, la matière et les matériaux, les ondes et l’information.  Le premier domaine permet de poursuivre la sensibilisation des élèves, commencée en seconde, au rôle de la mesure pour approcher et quantifier les phénomènes physiques et chimiques, suivre leur évolution dans le temps, observer leurs discontinuités, élaborer des modèles et délimiter leurs domaines de validité, ainsi qu’à l’importance de présenter chaque résultat final d’une mesure avec la mention de l’incertitude-type et de l’unité associées. Les notions sont introduites en s’appuyant sur les thématiques abordées dans les trois autres domaines et dans une logique de progressivité, à l’occasion de travaux pratiques, mais aussi de façon récurrente lors d’exercices et de résolutions de problèmes tout au long du cycle terminal. Les trois autres domaines sont conçus selon l’approche systémique que doit conduire le technologue lors de l’étude des objets ou installations et répondent aux questions suivantes : quels sont les échanges d’énergie ou de matière entre le système étudié et le milieu extérieur ? Quels sont les supports pour les échanges d’information entre le système étudié et le milieu extérieur ?  Le deuxième domaine, l’énergie, constitue le pôle central du programme de physique-chimie du cycle terminal de STI2D. En classe de première, les élèves sont sensibilisés aux enjeux de l’énergie, à ses différentes formes, à ses conversions, à son transport et sa distribution, à son stockage, afin d’être familiarisés à la diversité et à la complexité des problèmes liés à l’énergie. Ils sont amenés à identifier les conditions nécessaires pour qualifier une ressource d’énergie de « renouvelable ». Tout au long du cycle terminal, les grandes formes d’énergie (électrique, interne, chimique, mécanique, électromagnétique) sont étudiées, ainsi que les principales notions qui leur sont associées. L’étude de l’énergie mécanique aborde explicitement la notion d’actions mécaniques. Les notions fondamentales sont introduites en classe de première ; puis on procède à leur approfondissement et à des applications plus complexes en classe terminale.  Dans le troisième domaine, la matière et les matériaux sont envisagés d’abord du point de vue de la présentation des propriétés des matériaux (électriques, thermiques, mécaniques, optiques, chimiques) qui permet d’éclairer les choix technologiques. L’organisation de la matière en lien avec les propriétés physiques des matériaux (atomes, liaisons entre atomes, molécules, macromolécules, ions et solutions aqueuses) complète cette approche. Les transformations chimiques importantes dans le domaine industriel (combustion, oxydo-réduction et corrosion) sont ensuite étudiées. Les notions fondamentales sont mobilisées et approfondies dès la classe de première, pour être développées en classe terminale avec des applications importantes : transformations chimiques, physiques et nucléaires, effets © Ministère de l'Éducation nationale et de la Jeunesse > www.education.gouv.fr énergétiques associés, corrosion, piles et accumulateurs, traitement de l’eau, contraintes industrielles, acidification des océans, etc.  Les ondes sonores et électromagnétiques sont étudiées comme exemples de vecteurs d’information. En classe de première sont introduites les caractéristiques d’une onde, les phénomènes de propagation, d’absorption, de réflexion. Puis sont approfondies les caractéristiques, propriétés particulières et notions associées aux ondes sonores et aux ondes électromagnétiques. Tout au long du cycle terminal, en particulier en conclusion des grands domaines du cours (énergie, matière et matériaux, ondes et information), un mini-projet d’application illustrant la thématique est proposé aux élèves. Le programme propose une série d’exemples de thèmes possibles pour ces mini-projets, sans exhaustivité, en laissant aux professeurs et à leurs élèves l’initiative et le choix des contenus dans les thématiques industrielles ou sociétales du développement durable.  Place des compétences expérimentales Les compétences expérimentales des élèves sont systématiquement construites à travers les grands domaines d’études, au cours de séances régulières de pratique expérimentale, mais également dans le cadre d’exercices et de résolutions de problèmes. Il s’agit d’abord de se familiariser avec les appareils de mesure et leur utilisation, de développer le savoir- faire expérimental et la capacité à suivre un protocole. Sur cette base, les élèves sont amenés également à conceptualiser la démarche expérimentale, à choisir et décrire la façon d’obtenir une mesure en lui associant une incertitude, à choisir et positionner un instrument d’acquisition ou de mesure, à élaborer et proposer un protocole expérimental simple, à proposer un ou des modèles possibles des phénomènes étudiés dans des conditions de mesure et d’observation spécifiées et en précisant les limites de ces modèles. Les compétences expérimentales sont valorisées au même titre que les capacités théoriques : outre qu’elle valide des modèles donnés, la démarche expérimentale permet aux élèves de concevoir de nouveaux modèles simples et d’évaluer leurs limites de validité.  Compétences de la démarche scientifique Il est rappelé ci-dessous les compétences retenues dès le programme de seconde pour caractériser la démarche scientifique. Dans le souci de veiller à la uploads/Management/ spe591-annexe2-22-1-1063856.pdf