D’après un travail de J.C. Larbaud et V. Guiral Mai 2011

1. Nouveau programme de Première S D’après un travail de J.C. Larbaud et V. Guiral Mai 2011

2. Classe de 1ère S Physique - Chimie Arrêté du 21 juillet 2010 fixant le programme d’enseignement spécifique de physique-chimie en classe de première de la série S. JO du 28 août 2010 BOEN spécial n°9 du 30 septembre 2010

3. Contexte général de la réforme du lycée • Orientation plus tardive (60 % d’enseignement général en 1ère S, 70 % d’enseignement scientifique en Terminale S) • Un horaire élève d’environ 28 heures (avec introduction de l’accompagnement personnalisé, épreuve anticipée d’histoire-géographie …)

4. Préambule • Objectifs : • Construire une culture scientifique (plus approfondie qu’en seconde) • Développer les vocations pour la science. • Mettre la discipline au service des compétences et des appétences : les compétences de base de la démarche scientifique ; le goût des sciences pour percevoir leur importance dans la société.

5. Préambule • Objectifs : • Le questionnement premier n’est donc pas : « S’ils veulent poursuivre des études scientifiques, qu’est-ce que les bacheliers S doivent savoir ? », • mais plutôt : « Ont-ils acquis les compétences de base de la démarche scientifique ? » (…) • et : « Ont-ils développé suffisamment le goût des sciences pour percevoir leur importance dans la société ? »

6. Préambule • Des objectifs qui traversent les disciplines (exemple des SVT) : • « Si les connaissances scientifiques à mémoriser sont raisonnables, c’est pour permettre aux enseignants de consacrer du temps à faire comprendre ce qu’est le savoir scientifique, son mode de construction et son évolution au cours de l’histoire des sciences. » • « L’acquisition des connaissances reste un objectif important, mais il doit être replacé dans un tout dont font aussi partie capacités et attitudes (trois objectifs de statuts également respectables) »

7. Préambule • Objectifs : • Le programme s’organise autour des étapes de la démarche scientifique : observation, modélisation, action sur le réel • En recherchant l’adhésion et l’intérêt par des entrées et des questionnements contextualisés. • Modalités de mise en œuvre : mise en activité des élèves à partir de démarches scientifiques, d’approches expérimentales, mises en perspective historique, liens avec les autres disciplines, usage des TIC. • Le professeur peut choisir le niveau d’entrée (dans les étapes de la démarche scientifique) et s’affranchir d’une lecture séquentielle du programme.

8. Préambule • Modalités : la démarche scientifique. • Des situations (questionnements, recherches …) qui doivent permettre de mettre en œuvre un raisonnement pour identifier un problème, formuler des hypothèses, les confronter à la réalité et exercer son esprit critique. • Il faut pouvoir : mobiliser des connaissances, organiser l’information utile, raisonner, argumenter, débattre, travailler en équipe, rédiger, s’exprimer oralement… • Dans la continuité du collège et de la seconde, les démarches d’investigation sont à développer.

9. Préambule • Modalités : l’approche expérimentale. • Deux pôles : l’expérience de cours et les activités expérimentales menées par les élèves. • Des stratégies pédagogiques qui permettent d’analyser un problème, de proposer et de réaliser un protocole expérimental, de confronter des représentations à la réalité, de porter un jugement critique sur la pertinence des résultats obtenus et sur les hypothèses émises. • Un cadre favorable pour développer autonomie et initiatives chez l’élève

10. Préambule • Modalités : la mise en perspective historique. • Préciser le contexte (temporel, géographique et sociétal) • Rappeler que la science est une école d’humilité et de patience, qu’elle a donné lieu à des hypothèses fausses et des controverses passionnées

11. Préambule • Modalités : le lien avec les autres disciplines. • Rechercher les liens entre les SPC et les autres disciplines scientifiques ( SVT, Mathématiques, SI), les disciplines non scientifiques. • Programme de SVT « Tectonique des plaques et recherche d’hydrocarbures » et « de l’œil au cerveau : quelques aspects de la vision »

12. Préambule • Modalités : L’usage des TIC • Expérimentation (ExAO), saisie et traitement des mesures, simulation, sans pour autant se substituer aux activités expérimentales directes et authentiques. • Les travaux et réalisations d’élèves pourront s’insérer dans le cadre d’un E.N.T., au cours ou en dehors des séances.

13. Architecture des programmes du cycle terminal • Observer • Comprendre • Agir

14. Présentation • Volonté d’encourager la liberté pédagogique • Ressources nationales pour faire la classe : des exemples indicatifs sans valeur prescriptive • des ressources pour la 1ère S (une dizaine) sur le site de l'académie de Limoges : http://www.ac-limoges.fr/physique-chimie/spip.php?rubrique42et aussi sur le site de la Martinique (avec une progression linéaire beaucoup d'adresses et de documents) : http://cms.ac-martinique.fr/discipline/physiquechimie/articles.php?lng=fr&pg=430 • Le site Eduscol et celui de SPC de l’académie de Lyon • S’appuyer au mieux sur les acquis de seconde et du collège.

15. Lecture du programme • Notions et contenus : les concepts à étudier • Compétences attendues : connaissances, capacités et attitudes dont la maîtrise est attendue en fin d’année scolaire. • Comme en seconde, la chimie et la physique sont imbriquées

16. Réflexion sur l’évaluation • Evaluation par compétences • Les évaluations peuvent prendre en compte, chaque fois que possible, les connaissances, capacités et attitudes (y compris dans les contrôles). • L’évaluation des activités pratiques et manipulatoires doit être prise en compte dans l’évaluation globale. • L’évaluation de la capacité à communiquer à l’oral est à renforcer.

17. OBSERVER : couleurs et images • Couleur, vision et image • Sources de lumière coloré • Matières colorées

18. COMPRENDRE : lois et modèles • Cohésion et transformations de la matière • Champs et forces • Formes et principe de conservation de l’énergie

19. AGIR : défis du XXIème siècle • Convertir l’énergie et économiser les ressources • Synthétiser des molécules et fabriquer de nouveaux matériaux • Créer et innover : espace de liberté pour le professeur (en fonction des ressources locales, de l’actualité scientifique…)

20. OBSERVER : couleurs et images. Couleur, vision et image * L’œil. * Lentilles minces convergentes : images réelle et virtuelle. * Accommodation. * Fonctionnements comparés de l’œil et d’un appareil photographique. * Couleur des objets. * Synthèse additive, synthèse soustractive. * Absorption, diffusion, transmission. * Vision des couleurs et trichromie. Daltonisme. * Principe de la restitution des couleurs par un écran plat.

21. OBSERVER : couleurs et images. Couleur, vision et image Accommodation : changement de courbure du cristallin pour permettre une vision nette à différentes distances – modification de la distance focale, de la vergence. Daltonisme : déficience d’un ou plusieurs des trois types de cônes de la rétine, entraînant une confusion des perceptions colorées.

22. OBSERVER : couleurs et images. Couleur, vision et image En 5ème : Comment éclairer et voir un objet ? Comment se propage la lumière ? En 4ème : Comment obtenir des lumières colorées ? Décomposition de la lumière blanche, le filtre, synthèse additive, Que se passe-t-il quand la lumière traverse une lentille ? Lentilles, foyers et images, modèle élémentaire de l’œil, défauts et corrections. En 2nde : Propagation rectiligne de la lumière, réfraction et réflexion totale Dispersion de la lumière blanche par un prisme, réfraction, lois de Snell Descartes

23. OBSERVER : couleurs et images. Sources de lumière colorée * Différentes sources de lumière : étoiles, lampes variées, laser, DEL… * Domaines des ondes électromagnétiques. * Couleur des corps chauffés. Loi de Wien. * Interaction lumière-matière : émission et absorption. * Quantification des niveaux d’énergie de la matière. * Modèle corpusculaire de la lumière : le photon. Énergie d’un photon. * Relation ΔE = hν dans les échanges d’énergie. * Spectre solaire.

24. OBSERVER : couleurs et images. Sources de lumière colorée Loi de Wien : max = k / T (site de l’observatoire de Paris: http://media4.obspm.fr/public/FSU (température) Plus la température est élevée, plus la longueur d’onde des radiations émises par le corps chauffé est faible (décalage vers le bleu).

25. OBSERVER : couleurs et images. Sources de lumière colorée • En 5ème : • Comment éclairer et voir un objet ? • En 2nde : • Ondes sonores, ondes électromagnétiques, domaines de • fréquences • Les spectres d’émission et d’absorption : spectres continus • d’origine thermique, spectres de raies • Raies d’émission ou d’absorption d’un atome ou d’un ion ; • caractérisation d’une radiation par sa longueur d’onde

26. OBSERVER : couleurs et images. Matières colorées * Synthèse soustractive. * Colorants, pigments ; extraction et synthèse. * Réaction chimique : réactif limitant, stoechiométrie, avancement. * Dosage de solutions colorées par étalonnage. Loi de Beer-Lambert. * Molécules organiques colorées : structures moléculaires, molécules à liaisons conjuguées. * Indicateurs colorés. Liaison covalente. * Formules de Lewis ; géométrie des molécules. * Rôle des doublets non liants. Isomérie Z/E.

27. OBSERVER : couleurs et images. Matières colorées Extraction de pigments chlorophylliens par solvant. Réaction entre les ions permanganate et les ions fer (II) : changement de couleur lors du changement de réactif limitant. Echelle des teintes I3- Courbe d’étalonnage A = f(C) puis détermination de la concentration d’une solution officinale de teinture d’iode.

28. OBSERVER : couleurs et images. Matières colorées * Couleur d’une substance : f(pH) / indicateur coloré ; f(solvant) /I2 rose en présence de cyclohexane, brun en solution aqueuse * Rhodopsine : rétinal, aldéhyde de la vitamine A avec doubles liaisons conjuguées (isomérisation photochimique) * Réaction photochimique simple : Ag +(aq) + Cl- (aq) = AgCl(s) puis à la lumière Ag+ + e - = Ag * Logiciels de visualisation et de dessins : Avogadro,ChemSketch, IsisDraw

29. OBSERVER : couleurs et images. Matières colorées En 5ème : Techniques expérimentales (décantation, filtration, CCM, distillation) En 4ème : Notion d’atomes, de molécules, de réactifs et produits les atomes pour comprendre la transformation chimique En 3ème : Constituants de l’atome. Transformation chimique. Synthèse d’espèces synthétiques ou naturelles En 2nde : Atomistique, Chimie organique (modèle moléculaire, formules, isomérie, groupe caractéristique), Techniques (extraction, décantation, filtration, chauffage, CCM, identification), Mole et concentrations massiques et molaires, Solution (solvant, soluté, dissolution, dilution), Système chimique et son évolution, Détermination expérimentale de la concentration d’une espèce (échelle de teintes)

30. COMPRENDRE : Lois et modèles Cohésion et transformations de la matière (1/3) * La matière à différentes échelles : du noyau à la galaxie. * Particules élémentaires : électrons, neutrons, protons. • * Charge élémentaire e. * Interactions fondamentales : interactions forte et faible, électromagnétique, gravitationnelle. * Cohésion du noyau, stabilité. Radioactivité naturelle et artificielle. Activité. Réactions de fission et de fusion. * Lois de conservation dans les réactions nucléaires. Défaut de masse, énergie libérée. Réactions nucléaires et aspects énergétiques associés. Ordre de grandeur des énergies mises en jeu.

31. COMPRENDRE : Lois et modèles Cohésion et transformations de la matière (2/3) * Solide ionique. Interaction électrostatique ; loi de Coulomb. * Solide moléculaire. Interaction de Van der Waals, liaison hydrogène. * Électronégativité. * Effet du caractère polaire d’un solvant lors d’une dissolution. * Conservation de la matière lors d’une dissolution.   * Variation de température et transformation physique d’un système par transfert thermique.  

32. COMPRENDRE : Lois et modèles Cohésion et transformations de la matière (2/3) Liaisons de Van der Waals : liaisons intermoléculaires de faible intensité Liaison hydrogène : liaisons impliquant des atomes d’hydrogène et des hétéroatomes très électronégatifs (O,N,F) porteurs de doublets libres. Energie de liaison 10 fois supérieure à celle des liaisons de Van der Waals, 20 fois plus faible qu’une liaison covalente.

33. COMPRENDRE : Lois et modèles Cohésion et transformations de la matière (3/3) * Nomenclature des alcanes et des alcools ; formule semi- développée.  * Lien entre les températures de changement d’état et la structure moléculaire dans le cas de l’eau, des alcools et des alcanes. * Miscibilité des alcools avec l’eau.  * Réactions chimiques et aspects énergétiques associés : énergie libérée lors de la combustion d’un hydrocarbure ou d’un alcool ; ordres de grandeur.

34. COMPRENDRE : Lois et modèles Cohésion et transformations de la matière (3/3) Alcools : TF et TE augmente avec M Alcanes et alcools : pour M identique (liaison H) Propane : Tébullition = - 42 °C Ethanol : Tébullition = + 78,5 °C (association par liaisons H) Ethanol miscible à l’eau, Octanol (longue chaîne carbonée) non miscible à l’eau

35. COMPRENDRE : Lois et modèles Cohésion et transformations de la matière Au collège : La perception immédiate de l’environnement à l’échelle humaine est complétée par une représentation du monde aux échelles microscopique d’une part et astronomique de l’autre. En 5ème : Que se passe-t-il quand on chauffe ou refroidit de l’eau ? En 4ème : Les trois états de l’eau à travers la description moléculaire En seconde : Description de l’Univers : de l’atome aux galaxies Atomistique, Pratiquer une démarche expérimentale pour mettre en évidence l’effet thermique d’une transformation chimique ou physique, Caractéristiques physique d’une espèce chimique

36. COMPRENDRE : Lois et modèles Champs et forces * Exemples de champs scalaires et vectoriels : pression, température, vitesse dans un fluide.   * Champ magnétique : sources de champ magnétique (Terre, aimant, courant).   * Champ électrostatique. * Champ de pesanteur local.   * Loi de la gravitation ; champ de gravitation. * Lien entre le champ de gravitation et le champ de pesanteur.

37. COMPRENDRE : Lois et modèles Champs et forces Champ de pression en météorologie (lignes isobares) g(vecteur) = G(vecteur) – a(vecteur), avec a = 2 r cos() : accélération due à la rotation de la Terre à la latitude .

38. COMPRENDRE : Lois et modèles Formes et principe de conservation de l’énergie * Énergie d’un point matériel en mouvement dans le champ de pesanteur uniforme : énergie cinétique, énergie potentielle de pesanteur, conservation ou non conservation de l’énergie mécanique. * Frottements ; transferts thermiques ; dissipation d’énergie.   * Formes d’énergie * Principe de conservation de l’énergie. * Application à la découverte du neutrino dans la désintégration β.

39. COMPRENDRE : Lois et modèles Champs et forces Formes et principe de conservation de l’énergie En 3ème : Notion de gravitation, P = mg (étude vectorielle hors programme), Energie mécanique : comment évolue l’énergie d’un objet qui tombe sur Terre ? Energie cinétique et énergie de position En 2nde : Etude du mouvement (relativité du mouvement, référentiel, trajectoire), La gravitation universelle et la pesanteur terrestre, Actions mécaniques, modélisation par une force, effet d’une force sur le mouvement d’un corps, principe d’inertie

40. AGIR : Défis du XXIème siècle Convertir l’énergie et économiser les ressources (1/2) * Ressources énergétiques renouvelables ou non ; durées caractéristiques associées. * Transport et stockage de l’énergie ; énergie électrique. * Production de l’énergie électrique ; puissance. * Conversion d’énergie dans un générateur, un récepteur. Loi d’Ohm. Effet Joule. * Notion de rendement de conversion.

41. AGIR : Défis du XXIème siècle Convertir l’énergie et économiser les ressources (2/2) * Stockage et conversion de l’énergie chimique.   * Énergie libérée lors de la combustion d’un hydrocarbure ou d’un alcool.   * Piles salines, piles alcalines, piles à combustible. * Accumulateurs. * Polarité des électrodes, réactions aux électrodes. * Oxydant, réducteur, couple oxydant/réducteur, réaction d’oxydo-réduction. * Modèle par transfert d’électrons.

42. AGIR : Défis du XXIème siècle Convertir l’énergie et économiser les ressources (2/2) En 5ème : Les circuits électriques en courant continu, Etude qualitative (courant électrique, schéma, circuit en série, circuit en dérivation) En 4ème  : Intensité et tension, Le dipôle « résistance » (loi d’Ohm, transfert d’énergie sous forme de chaleur) En 3ème : De la centrale électrique à l’utilisateur, Tension continue et tension alternative périodique, Puissance et énergie électrique, La mesure de l’énergie électrique, Pile électrochimique et énergie chimique (comment une pile électrochimique peut-elle être une source d’énergie ?)

43. AGIR : Défis du XXIème siècle Synthétiser des molécules et fabriquer de nouveaux matériaux * Nanochimie. * Synthèse ou hémisynthèse de molécules complexes, biologiquement actives. * Alcools, aldéhydes, cétones : nomenclature, oxydations.   * Acides carboxyliques : nomenclature, caractère acide, solubilité et pH. * Obtention d’un acide carboxylique ou d’une cétone ; rendement d’une synthèse.   * Synthèses et propriétés de matériaux amorphes (verres), de matériaux organisés (solides cristallins, céramiques) et de matières plastiques.

44. AGIR : Défis du XXIème siècle Synthétiser des molécules et fabriquer de nouveaux matériaux En 3ème : Domaines d’acidité et de basicité, Décrire le comportement du pH quand on dilue une solution, Synthèse d’espèces chimiques naturelles ou synthétiques En 2nde : Chimie organique, Synthèse et identification d’une molécule Caractéristiques physiques d’une espèce chimique

45. AGIR : Défis du XXIème siècle Créer et innover Culture scientifique et technique ; relation science-société. Métiers de l’activité scientifique (partenariat avec une institution de recherche, une entreprise, etc.). Possibilité d’intégrer les concours d’élèves.

46. Quelques pistes … • Mettre l’élève en activité, en situation de réflexion : « l’élève acteur de ses apprentissages » « On se persuade mieux par les raisons qu’on a soi-même trouvées que par celles qui sont venues dans l’esprit des autres » B. PASCAL, Pensées, VII, 10 « Il s'agit d'apprendre, en le faisant, à faire ce qu'on ne sait pas faire » P. MEIRIEU (1996)

47. Quelques pistes … Contextualiser, c’est aborder les notions sous un angle différent : Exemple (en seconde) : spectres dispersion prisme  réfraction Et non : réfraction prisme dispersion spectres c’est-à-dire de l’observation vers la théorie Observer  Comprendre  Agir

48. Trois types d’approche … Approche linéaire avec possibilité de modifier l’ordre des points dans un même thème et entre deux thèmes

49. Ex : « Vision et image », « Molécules colorées » -> Observer

50. Ex : « Interactions électrostatiques et solutions » « Oxydo-réduction et piles » -> mélange Comprendre et Agir