Les approfondissements

1. PARCOURS STRATEGIES PEDAGOGIQUES STI2D – BESANCON – MARS / AVRIL 2011 Les approfondissements

2. PARCOURS STRATEGIES PEDAGOGIQUES STI2D – BESANCON – MARS / AVRIL 2011 Les objectifs généraux • Approfondir des compétences de l’enseignement transversal dans le domaine concerné. • Vivre une démarche de projet dans le cadre de projets de formation et d’un projet terminal d’évaluation. • Et suivant les spécialités : • Étudier et rechercher des solutions architecturales et techniques relatives aux bâtiments et aux ouvrages. • Appréhender les interactions entre le choix d’une solution technique et la performance d’une construction, d’un système. • Appréhender les interactions entre un système pluri technique et ses composants.

3. PARCOURS STRATEGIES PEDAGOGIQUES STI2D – BESANCON – MARS / AVRIL 2011 Le projet technologique Le projet technologique de STI2D s’appuie surun système réel associé à une situation problèmeaboutissant à laconception et à la réalisationd’un prototype, d’une maquette, d’une simulation, à la validation de solutions proposées par les élèves et à une soutenance. Il n’ya pas d’obligation de résultat optimisé, ni d'obligation de qualité du résultat et de la démarche associée pour y arriver.

4. PARCOURS STRATEGIES PEDAGOGIQUES STI2D – BESANCON – MARS / AVRIL 2011 Le projet technologique • Il permet : • de faire acquérir aux élèves des compétences partagées entre toutes les spécialités, relatives à l’organisation d’un travail en équipe, à la recherche de solutions, à la communication technique, à la créativité. Cette approche est à distinguer de celle rencontrée dans l’enseignement professionnel, où la finalité est de valider des compétences professionnelles au travers de l’élaboration d’une solution technique répondant aux exigences d’un cahier des charges. • de proposer des phases de synthèse permettant une parfaite intégration des approches MEI en déclinant le principe d’approfondissement de l’enseignement • transversal dans un champ spécifique et en mettant • en œuvre des compétences liées à la conception.

5. Les formes de projet en STI2D PARCOURS STRATEGIES PEDAGOGIQUES STI2D – BESANCON – MARS / AVRIL 2011 Il se décline selon 2 formes spécifiques : • le projet technologique de formation,qui se déroule à n’importe quel moment du cycle terminal, à l’initiative des enseignants. Ce type de projet pédagogique peut prendre toutes sortes de formes, du mini-projet fédérateur d’activités de formations aux projets technologiques de synthèse de connaissances. Il est placé sous la responsabilité pédagogique des enseignants qui décident de sa mise en œuvre. • Le projet terminal d’évaluationintégré dans l’épreuve de projet du baccalauréat, qui se déroule en fin de cycle terminal selon des modalités précisées dans le règlement de l’examen et sert de support aux évaluations de l’épreuve d’examen.

6. PARCOURS STRATEGIES PEDAGOGIQUES STI2D – BESANCON – MARS / AVRIL 2011 Le projet technologique Équipe d’élèves encadrés par un enseignant PROJET DE FORMATION Structuration de savoirs Organisation, planification, déroulement et suivi du projet, revues de projet Phase de synthèse et d’évaluation du projet Objectif du projet Cahier des charges Conception Réalisation Validation PROJET D’ÉVALUATION Soutenance du projet Prototype Maquette Simulation Support technique, réel ou virtuel, présent ou à distance

7. PARCOURS STRATEGIES PEDAGOGIQUES STI2D – BESANCON – MARS / AVRIL 2011 La spécialité EE

8. PARCOURS STRATEGIES PEDAGOGIQUES STI2D – BESANCON – MARS / AVRIL 2011 Objectif principal • La spécialité Énergie et Environnement explore la production, la gestion, le transport, la distribution et l'utilisation de l’énergie. • L’objectif et de faire vivre aux élèves les principales étapes d’un projet technologique justifié par l’amélioration de l’efficacité énergétique d’un système, la modification d’une chaîne d’énergie, l’amélioration de performances dans un objectif de développement durable.

9. PARCOURS STRATEGIES PEDAGOGIQUES STI2D – BESANCON – MARS / AVRIL 2011 Objectifs opérationnels • A partir d’un système existant, définir tout ou partie d’une chaîne d’énergie et du système de gestion associé, anticiper ou vérifier leurs comportements par simulation (y compris numérique). • Réaliser un prototype, évolution du système répondant à un cahier des charges (problème authentique), vérifier l’adéquation des solutions proposées, effectuer des essais et des réglages en vue d’une optimisation. Remarque: utiliser les outils de simulation numérique autant que de besoin.

10. Cahier des charges du projet PARCOURS STRATEGIES PEDAGOGIQUES STI2D – BESANCON – MARS / AVRIL 2011 Le cahier des charges de l’évolution de la chaîne énergétique d’un système conduit à : • proposer une solution capable de répondre à un nouveau besoin: évolution de la charge, intégrer une source d’énergie renouvelable par exemple ; • améliorer les performances de la chaîne d’énergie (améliorer le rendement, etc…) ; • optimiser la gestion d’énergie (pilotage, régulation, asservissement, etc…).

11. Les activités liées au projet

12. Exemples de projets

13. PARCOURS STRATEGIES PEDAGOGIQUES STI2D – BESANCON – MARS / AVRIL 2011 La spécialité SIN

14. PARCOURS STRATEGIES PEDAGOGIQUES STI2D – BESANCON – MARS / AVRIL 2011 Le prototypage rapide en SIN L’enseignement de spécialité SIN s’appuie sur la réalisation de projets. Les projets débouchent sur la réalisation de prototypes qu’il faudra confronter aux spécifications d’un cahier des charges en phase de validation.

15. PARCOURS STRATEGIES PEDAGOGIQUES STI2D – BESANCON – MARS / AVRIL 2011 Des mini projets La progression construite autour de mini-projets qui permettent d’aborder les solutions associées aux constituants de la chaîne d’information appartenant à un système MEI : acquisition, restitution, traitement, communication. Les projets conduits en groupe permettent de développer progressivement, les compétences liées : • au travail de groupe, à l’autonomie et à la créativité des élèves ; • à l’organisation et au suivi du projet ; • au maquettage (modélisation-simulation) en vue de faciliter la compréhension des traitement effectués et de prévoir les performances ; • au prototypage de solutions et à la vérification des performances obtenues au regard d’un cahier des charges. Les différentes situations proposées confrontent les élèves à des situations de mesurage dans le domaine de l’analogique et du numérique, pour les test ou les recettes des solutions étudiées et développent les compétences nécessaires au choix et utilisation des différents outils de mesure.

16. PARCOURS STRATEGIES PEDAGOGIQUES STI2D – BESANCON – MARS / AVRIL 2011 La démarche de projet La démarche de projet donne du sens aux enseignements technologiques. L’organisation pédagogique liée associe des séances : • d’analyse et découverte des solutions ; • des séances de réalisation mettant en œuvre les solutions choisies ; • de restitution des travaux ; • des séances de synthèse associées aux compétences abordées. Mettre en place un projet nécessite la formulation : • d’une problématique en relation avec un à un système MEI (dont les frontières seront à définir) : évolution du besoin, amélioration d’une performance, implémentation d’une nouvelle fonctionnalité, changement de technologie … • d’exigences et contraintes exprimées dans un cahier des charges. On s’appuie notamment sur une expression du besoin formalisé à l’aide des différents diagrammes SysML.

17. PARCOURS STRATEGIES PEDAGOGIQUES STI2D – BESANCON – MARS / AVRIL 2011 La démarche de projet • L’approche technique du projet propose des étapes  : • d’investigation qui permet une appropriation de la problématique, la recherche documentaire, des investigations au regard de solutions déjà apportées sur certains systèmes … débouchant sur la formalisation de problèmes à résoudre ; • de modélisation et simulation d’une ou des solutions (conception détaillée) ; • d’implémentation de la solution choisie ou de prototypage de solutions vérifiant la pertinence fonctionnelle des propositions ; • - d’intégration permettant de vérifier les performances de la solution traitant de l’information et celles du système MEI obtenus au regard des spécifications du cahier des charge.

18. Exemples de projets SIN

19. PARCOURS STRATEGIES PEDAGOGIQUES STI2D – BESANCON – MARS / AVRIL 2011 Matériels utilisés dans les projets SIN • Les projets en SIN s’appuient sur la mise en œuvre : • des systèmes des laboratoires ; • de composants informatiques notamment dans le domaine des réseaux (interconnexion serveur, routeur etc…) ; • des réalisations matérielles permettant de prototyper des solutions. Elles s’appuient sur l’utilisation de cartes industrialisées du marché ou proposées par les fournisseurs de composants électroniques, intégrant des composants • spécialisés et associant des outils logiciels de développement adaptés.

20. PARCOURS STRATEGIES PEDAGOGIQUES STI2D – BESANCON – MARS / AVRIL 2011 La spécialité AC

21. PARCOURS STRATEGIES PEDAGOGIQUES STI2D – BESANCON – MARS / AVRIL 2011 Caractéristiques de la spécialité AC • Nature unique et à forte dimension sociétale de la construction. • Intégration forte dans le site et contraintes réglementaires spécifiques aux ouvrages publics. • Durée de vie centenaire pour les structures. • Concerne l’ensemble des champs du BTP (bâtiment, travaux publics, urbanisme). • Approche complète de l’ouvrage sur son cycle de vie (de la conception architecturale à la fin de vie de l’ouvrage).

22. PARCOURS STRATEGIES PEDAGOGIQUES STI2D – BESANCON – MARS / AVRIL 2011 Le projet en AC Démarche d’éco construction sur un ouvrage existant ou projeté: • Adaptabilité des ouvrages aux besoins et aux contraintes ; • Maîtrise de l’énergie ; • Gestion des fluides ; • Optimisation des structures ; • Choix des matériaux et des procédés ; • Qualité sanitaire et confort des usagers ; • Vie en œuvre.

23. PARCOURS STRATEGIES PEDAGOGIQUES STI2D – BESANCON – MARS / AVRIL 2011 Les activités • L’étude de dossiers est un support indispensable à la contextualisation des activités • Des mini projets de formation préparant à un projet technologique final de certification Besoins et analyse Étude de réalisation Présentation du projet GESTION DU PROJET Maquettage Étude de conception

24. PARCOURS STRATEGIES PEDAGOGIQUES STI2D – BESANCON – MARS / AVRIL 2011 Exemples d’activités • activités de "relevé" des caractéristiques des constructions ou d'éléments de construction (observation du réel) :   * relevé 3D par des scanners ; * relevés environnementaux (air, eau), acoustiques, thermiques, étanchéité à l'air. • activités d'expérimentation visant à identifier le comportement de la structure et du sol :   * comportement mécaniques des sols ; * comportement des éléments de structure (entrée matériaux) ; * analyse comportementale des structures.

25. Les approches possibles

26. Le projet technologique

27. Les outils

28. PARCOURS STRATEGIES PEDAGOGIQUES STI2D – BESANCON – MARS / AVRIL 2011 La spécialité ITEC

29. PARCOURS STRATEGIES PEDAGOGIQUES STI2D – BESANCON – MARS / AVRIL 2011 Les principes généraux • Approfondir les relations entre les matériaux, les structures et les performances d’un système pluri technique ; • Concevoir des solutions techniques relevant du champ matériaux et structures ; • Prototyper des pièces mécaniques et valider leur conception par leur intégration dans un système pluri technique et la vérification des performances du système pluri technique.

30. PARCOURS STRATEGIES PEDAGOGIQUES STI2D – BESANCON – MARS / AVRIL 2011 La démarche proposée 1. Imaginer une solution pour répondre à un besoin • Identifier et justifier le problème technique • Proposer (démarche de créativité) et valider une solution • Définir une solution et les pièces associées (CAO) intégrant la relation fonctions/matériau/procédé (principes) 2. Valider des solutions techniques • Simuler le fonctionnement du mécanisme (CAO et outils de simulation métier) • Valider ou modifier une solution par rapport aux résultats de la simulation • Imaginer et mettre en œuvre un protocole d’essai pour vérifier la performance du système • Comparer et analyser des résultats de simulation au comportement réel 3. Gérer la vie du produit • Identifier (par l’expérimentation) les principaux paramètres influents (matériaux, réglages) d’un procédé de transformation et les conséquences sur l’obtention de pièces mécaniques. • Réaliser et valider une pièce prototypée • Intégrer les pièces prototypées réalisées dans le système pluri technique et valider la conception globale

31. PARCOURS STRATEGIES PEDAGOGIQUES STI2D – BESANCON – MARS / AVRIL 2011 La conception d’un mécanisme • Elle démarre d’un problème technique identifié d’amélioration d’un système existant (pas de création ex nihilo) et intègre toujours une dimension compétitivité, innovation ou développement durable. • Elle fait appel aux méthodes accessibles de créativité (dans le prolongement de l’enseignement d’exploration CIT de seconde). • Elle utilise obligatoirement un logiciel volumique de CAO 3D (à partir d’une maquette du système pré existante). • Elle permet à chaque élève de définir une pièce de l’ensemble (en tenant compte du procédé retenu) et à l’équipe de définir une maquette numérique de l’ensemble modifié.

32. Le projet technologique

33. PARCOURS STRATEGIES PEDAGOGIQUES STI2D – BESANCON – MARS / AVRIL 2011 Les simulations Il s’agit d’utiliser des logiciels de simulations mécaniques associés aux logiciels volumiques (dans une approche assistée par le professeur et privilégiant l’analyse de différents scénarios amenant à choisir une solution) pour : • Calculer des efforts • Vérifier des résistances ou des déformations • Vérifier des performances cinématiques Les simulations particulières : • Simulations des impacts environnementaux • Simulations des procédés de transformation

34. PARCOURS STRATEGIES PEDAGOGIQUES STI2D – BESANCON – MARS / AVRIL 2011 La découverte des procédés • Il s’agit de découvrir les principes des principaux procédés de transformation des matériaux, primaires (qui créent la forme), secondaires (qui modifient la forme) et tertiaires (qui améliorent les performances). • Elle se fait par l’expérimentation sur des systèmes didactiques de fonderie (moules silicone, fonderie cire perdue), de moulage (injection plastique), de déformation (cambrage, pliage), d’usinage (pas d’étude d’un processus). • Elle ne s’intéresse pas aux processus et à leur optimisation, ce qui n’empêche pas de faire une préparation du travail cohérente dans une démarche de prototype.

35. PARCOURS STRATEGIES PEDAGOGIQUES STI2D – BESANCON – MARS / AVRIL 2011 Le prototypage des pièces mécaniques 3 niveaux complémentaires: • La validation des formes et dimensions d’une pièce • La validation de la résistance d’une pièce • La validation d’une famille de matériaux

36. PARCOURS STRATEGIES PEDAGOGIQUES STI2D – BESANCON – MARS / AVRIL 2011 La validation des formes et dimensions • Réalisation : maquette (en vraie grandeur ou à l’échelle) d’une pièce (ou d’un ensemble de pièces assemblées ou non) permettant de valider les formes et les dimensions générales (mais pas la précision des surfaces). • Procédé d’obtention : Imprimante 3D une ou deux matières (pour les supports). • Matériaux : polymères (extrudés, flashés par couche, etc…) en une ou plusieurs couleurs. • Procédure : génération du prototype à partir d’une maquette CAO et d’une mise en situation préalable dansl’imprimante.

37. PARCOURS STRATEGIES PEDAGOGIQUES STI2D – BESANCON – MARS / AVRIL 2011 La validation de la résistance • Réalisation : maquette d’une pièce réalisée dans un polymère résistant, éventuellement chargé. • Procédé d’obtention : coulée sous vide d’une résine bi composants dans un moule en silicone. • Matériaux : polyuréthanes bi composants, chargés (talc, poudres métalliques). • Procédure : • prototypage de la pièce sur imprimante 3D • coulage d’un moule en résine silicone • coulage d’une pièce en résine dans le moule silicone Processus de réalisation d’un moule silicone et de coulée de résine (R Allard) Equipement de coulée sous vide de résine bi composants

38. PARCOURS STRATEGIES PEDAGOGIQUES STI2D – BESANCON – MARS / AVRIL 2011 La validation d’un matériau • Réalisation : maquette d’une pièce réalisée dans un alliage métallique. • Procédé d’obtention : coulée sous vide d’un matériau dans un moule obtenu par cire perdue. • Matériaux : métaux et alliages : aluminium, cuivreux, voire ferreux. • Procédure : • prototypage de la pièce sur imprimante 3D ; • réalisation d’une « grappe » modèle du moule ; • réalisation d’un moule en plâtre à partir de la grappe ; • coulage automatique de l’alliage en fusion dans le moule ; • démoulage et parachèvement de la pièce moulée. Processus de coulée sous vide amenant à l’obtention d’un boitier métallique (doc R. Allard)