M11 - Physique-chimie

Document
d’accompagnement
du référentiel
de formation
Inspection de l'Enseignement Agricole
Classe :
4ème de l'enseignement agricole
Module :
M11 – Physique-chimie
Objectif général du module :
Acquérir des compétences scientifiques en physique et chimie pour
comprendre le monde qui nous entoure.
Présentation du module,
conditions d’atteinte des objectifs
Ce module contribue à l'acquisition d'une culture scientifique pour construire une première représentation globale,
cohérente et rationnelle du monde.
Il doit participer à la maîtrise des sept compétences du socle commun (en termes de connaissances, capacités et
attitudes) en vue de la validation de son palier 3, nécessaire pour l'obtention du DNB.
Les enseignements scientifiques contribuent collectivement aux thèmes de convergence ( mathématiques – biologie
écologie – physique chimie).
L'approche par la démarche d'investigation, partant de situations problèmes résolument concrètes s'appuyant sur des
sujets attractifs et débouchant sur la pratique expérimentale et/ou la recherche documentaire sur tout type de supports,
est à privilégier systématiquement toutes les fois que cela est possible. Cette approche doit être un facteur de
motivation suscitant la curiosité et débouchant sur la réussite des élèves. Elle met en avant le questionnement, la
formulation d'hypothèses, l'expérimentation ou les recherches documentaires pour éprouver ces hypothèses puis
conduire à des modélisations élémentaires (équations chimiques simples, loi d'Ohm, construction d'images...).
Dans les classes de collège, la physique-chimie est fortement corrélée aux autres disciplines scientifiques et
techniques. Conformément aux attendus du socle commun, elle se doit également de contribuer à la maîtrise de la
langue française, à la pratique (même modeste) d'une langue vivante étrangère, à la maîtrise des TIM, à l'acquisition
d'une culture humaniste (histoire des sciences et des arts), et celle de compétences sociales et civiques ainsi qu’au
développement de l'autonomie et de l'initiative.
Indications de contenus, commentaires,
recommandations pédagogiques
Les trois parties du référentiel
Une première partie concerne la description moléculaire et atomique de la matière pour interpréter les changements
d'état et donner une interprétation simplifiée de la transformation chimique.
La deuxième partie traite des lois simples du courant continu. Enfin, l'étude de la couleur des objets qui nous environnent et de la
formation des images par une lentille convergente constitue la troisième et dernière partie de ce référentiel.
La présentation des objectifs et des contenus n'implique pas la chronologie de leur présentation. Toute liberté est
laissée à l'enseignant pour organiser son cours dans l'ordre où il le souhaite. Il lui revient donc d'établir une progression
logique et cohérente afin que l'ensemble du référentiel de formation soit étudié. Des masses horaires indicatives sont
proposées pour chaque partie.
L’esprit des apprentissages
Maîtriser le socle commun c'est être capable de mobiliser ses acquis dans des situations-problèmes 1 présentant des
exercices complexes2, à l'École puis dans sa vie. Aussi, la pédagogie mise en jeu favorise résolument la mise en
activité des élèves toutes les fois que cela est possible.
Dans la continuité de l’école primaire, les programmes du collège privilégient pour les disciplines scientifiques une démarche
d’investigation (appellation souvent abusive pour désigner la démarche de résolution d’un exercice complexe). Toutefois, cette
démarche n’est pas unique. Elle n’est pas non plus exclusive et tous les objets d’étude ne se prêtent pas également à sa mise en
œuvre. Une présentation (exposé) par l’enseignant est parfois nécessaire, mais elle ne doit pas, en général, constituer l’essentiel
d’une séance. Ce dernier établit le cadre d’une démarche qui privilégie la construction du savoir par l’élève.
Il appartient donc au professeur de déterminer les sujets qui feront l'objet d'un exposé et ceux pour lesquels la mise en
œuvre d'une démarche d'investigation, ou de la résolution d’un exercice complexe, est pertinente.
L'acquisition progressive du pilier 3 du socle commun, qui se poursuivra jusqu’en classe de troisième, s’effectue au
travers des connaissances et des compétences développées lors de l'étude de tous les points de ce référentiel. Les
autres piliers du socle, dont l’étude participe également à leur acquisition, sont mentionnés (entre crochets […] et en
italique) à côté des contenus qui leur correspondent.
Il est rappelé que la validation du pilier 3 du socle commun est nécessaire pour l’attribution du DNB.
Objectif 1 - Décrire l'air qui nous entoure pour introduire un modèle simple des
molécules de corps purs et de la transformation chimique
La moitié du temps peut être consacré à cet objectif.
Objectif 1.1 - Caractériser l'air par ses paramètres physico-chimiques
En lien avec le cours de cinquième, on s'attache à faire mémoriser que l'air est un mélange de deux corps purs : le
dioxygène et le diazote et que l'ordre de grandeur de leurs proportions respectives est : 20 et 80 % en volume.
De même la connaissance de l'ordre de grandeur de la masse d'un litre d'air (≈ 1g) peut être considéré comme faisant
partie d'une culture scientifique commune, et à ce titre, mise en regard avec l'ordre de grandeur de la masse d'un litre
d'eau ou d'une solution aqueuse. Cette partie (masse de l’air et évaluation de sa masse volumique) peut donner lieu à
une démarche d'investigation [Piliers 1, 4 et 7].
On a ici également l'occasion d'évoquer, outre les autres composants naturels de l'air, les éléments qui en donnent la
qualité ou en caractérisent la pollution. [Piliers 5 et 6]
Objectif 1.2 - Utiliser le modèle moléculaire des corps purs (gazeux, liquides et solides) pour
décrire microscopiquement les mélanges et traduire les changements d'état
Ici le niveau moléculaire de la description de la matière est suffisant pour décrire les différents états et leurs transformations
physiques. La molécule est donc en un premier temps présentée comme une entité compacte microscopique à part entière.
Les trois états de la matière sont définis et décrits macroscopiquement par leurs paramètres et propriétés physiques et
microscopiquement en utilisant le modèle de la molécule.
La loi de conservation de la masse lors d’un changement d’état peut donner lieu à une démarche d'investigation
[Piliers1, 4 et 7].
Document d'accompagnement - Inspection de l'Enseignement Agricole
Classe : 4ème de l'enseignement agricole
Module : M11 – Physique-Chimie
Date : 14 décembre 2012
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Objectif 1.3 - Raisonner la transformation chimique en s'appuyant sur des exemples de
combustions simples
On définit le vocabulaire relatif aux combustions.
L’utilisation du triangle du feu permet de travailler les aspects de sécurité et de lutte contre un incendie. Des études
documentaires donnent un cadre contextualisé privilégié pour évoquer les dangers des combustions incomplètes et leur
prévention [Piliers1, 4, 6 et 7].
Les atomes sont introduits pour comprendre la transformation chimique : déconstruction des molécules (jusqu’ici
assimilées à des « petites boules ») en atomes et réarrangement de ces derniers pour créer de nouvelles espèces. La
notion de modèle est abordée ici : notation symbolique des atomes et molécules, puis d’équations chimiques traduisant
la transformation (combustion). Cette partie peut donner lieu à une démarche d'investigation (conservation de la
masse, des atomes) [Piliers1, 4 et 7].
On se limite à des équations très simples. L’utilisation de modèles moléculaires aide à la compréhension de l’écriture de
ces modèles et peut donner lieu à une démarche d'investigation [Piliers1, 4 et 7].
Objectif 2 - S’approprier les lois simples du courant continu
Objectif 2.1 - Caractériser les grandeurs tension électrique aux bornes d'un dipôle et intensité d'un
courant
Cette partie s’inscrit dans la continuité de l’étude qualitative des circuits en courant continu effectuée en classe de cinquième.
Il s’agit à présent de pratiquer des démarches expérimentales permettant d’établir les modèles simples relatifs aux
grandeurs électriques (unicité de l’intensité et de la tension dans, respectivement, les circuits série et les circuits
parallèles, lois d’additivité). Il est à noter qu’il est plus aisé de commencer par effectuer des mesures de tensions
compte tenu de la plus grande facilité de branchement du voltmètre par rapport à celui de l’ampèremètre.
Les mesures effectuées lors des pratiques expérimentales donnent l’occasion de se pencher sur l’importance de la pensée
statistique dans le regard scientifique porté sur le monde (incertitudes, erreurs, dispersion, causes des erreurs ...)
Cette partie peut donner lieu à des démarches d'investigation (unicité de l’intensité du courant dans un circuit série, importance
de l’ordre des éléments d’un circuit en boucle simple, influence de l’ajout ou du retrait d’un élément etc.) [Piliers1, 4 et 7].
Objectif 2.2 - Reconnaître un dipôle linéaire pour définir la résistance
La résistance d’un conducteur ohmique est le coefficient de proportionnalité entre la tension aux bornes d’un dipôle et
l’intensité du courant qui le parcourt. Ce paramètre est introduit en s’appuyant sur une démarche expérimentale.
[Piliers1, 4 et 7]. Il est à noter qu’en physique résistance traduit à la fois le composant conducteur ohmique et son
paramètre. Le « tracé de caractéristiques », en tant que tel, ne fait pas partie programme.
On effectue des mesures de résistances à l’ohmmètre.
On pourra, si le niveau de la classe le permet, aborder la notion de transfert thermique en s’en tenant à un point de vue
strictement qualitatif (échauffement du composant par effet Joule et transfert thermique, applications).
Objectif 3 - Justifier la couleur des objets et la formation des images optiques en
utilisant les propriétés de la lumière
Objectif 3.1 - Raisonner la couleur des objets
La couleur des objets qui nous entourent peut être abordée à partir des spectres de la lumière blanche ou de couleurs
filtrées. Ces derniers sont facilement obtenus avec des prismes ou encore des réseaux ; certains intercalaires de
classeurs transparents colorés peuvent constituer des filtres tout à fait acceptables et d'un prix très abordable. À ce
propos, il est intéressant de remarquer qu'un objet apparaissant coloré (éclairé en lumière blanche) se comporte de ce
point de vue comme un filtre absorbant les « couleurs complémentaires » à sa couleur propre.
Cette partie peut donner lieu à démarche d'investigation [Piliers1, 4 et 7].
On utilise les « lumières primaires » (et non « couleurs primaires ») rouge, bleu, vert en référence au luminophores des
écrans de télévision. On aborde la synthèse additive (la synthèse soustractive est hors programme) à l'aide de petits
logiciels en un accès libre : logiciel flash® et logiciel visolab® téléchargeables en libre accès. [Piliers 4 et 5])
Document d'accompagnement - Inspection de l'Enseignement Agricole
Classe : 4ème de l'enseignement agricole
Module : M11 – Physique-Chimie
Date : 14 décembre 2012
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Objectif 3.2 - Construire les images d'objets données par un instrument optique simple
Seules les images réelles sont au programme (à ce propos les expressions « image réelles » et/ou « images
virtuelles » ne sont pas introduites). Les lentilles convergentes permettent de former des images (nettes). On mentionne
le foyer en le mettant expérimentalement en évidence par la formation de l'image du soleil sur une feuille de papier
(d'où une introduction évidente à l'étymologie du mot foyer [Pilier 5]). Ceci permet d'attirer l'attention sur les dangers à
observer le soleil à travers une lentille convergente ou directement à l'œil nu [Piliers 6 et 7].
On pourra utiliser un logiciel (il en existe de nombreux en téléchargement libre) pour montrer le trajet des rayons
lumineux et des faisceaux de lumière [Pilier 4]). La construction géométrique d'image est hors programme.
On signale les très nombreuses applications de la formation des images à l'aide d'une lentille convergente (appareil
photo, caméras, appareils de projection...).
La vision résulte de la formation d'une image sur la rétine, interprétée par le cerveau. L'utilisation d'une maquette
modélisant l'œil permet de comprendre que voir correctement correspond, en un premier temps, à l'obtention d'une
image nette sur la rétine. Cette maquette peut également servir à présenter les corrections des défauts de l'œil qui
seront limitées à la myopie et l'hypermétropie. En réponse à la curiosité des élèves, le professeur ne s'interdira pas de
répondre à leurs questions ayant pour objet d'autres instruments complexes (le microscope par exemple).
1 Une situation problème est une situation d'apprentissage correspondant à une stratégie d'enseignement qui favorise l'engagement
des élèves, permettant ainsi la co-construction des savoirs et l’acquisition de compétences. Voir bibliographie ci-dessous.
2 Une exercice est dit « complexe » (qui ne doit pas être confondu avec « difficile ») si, pour apporter une réponse à une situation
problème, il nécessite la mobilisation par l’élève lui-même d’éléments qu’il connait, qu’il maîtrise et qu’il a déjà utilisé plusieurs fois
mais de façon séparée, dans un autre ordre ou dans un autre contexte. À l’opposé, un exercice dit « classique » consiste en une
résolution mécanique de tâches simples, selon une « procédure automatisée » de reproduction, ne laissant que peu de place à
l’autonomie et à l’acquisition de compétences.
Références documentaires ou bibliographiques
pour ce module
•
Le Socle commun de connaissances et compétences (site Eduscol):
http://media.eduscol.education.fr/file/socle_commun/00/0/socle-commun-decret_162000.pdf
•
Ressources pour le collège : (site Éduscol : http://eduscol.education.fr) :
Accompagnement pour l'enseignement de physique chimie :
http://media.eduscol.education.fr/file/Programmes/54/1/SPC_DOC_DAC_CC_111541.pdf
Banques de situations d’apprentissage du pilier 3 (toutes disciplines scientifiques) :
http://eduscol.education.fr/cid55510/banque-situations-apprentissage-competence.html
•
Manuels de Physique Chimie pour la classe de 4e (programme de l’ÉN, voisin de celui de l’EA)
Il convient d’être vigilants dans l’utilisation de manuels avec les élèves, en effet, certains ouvrages ne proposent qu’un
exposé académique précédé des quelques activités introductives, d’autres, par contre, présentent plus d’intérêt pour un
travail avec des élèves. Dans certains de ces ouvrages, chaque chapitre comporte une partie annoncée comme étant
une démarche d'investigation. Toutefois, si certaines de ces situations présentent de réels exercices complexes (plus
que de véritables démarches d'investigation) avec un authentique questionnement, d'autres, par contre ne donnent lieu
à aucune démarche et ne sont que des exercices ou des TP « classiques ».
Dans d’autres ouvrages, chaque chapitre présente des « situations » et des activités dont certaines peuvent présenter
des situations déclenchantes intéressantes pour mener des démarches, résoudre des exercices complexes ou des
recherches documentaires pertinentes.
•
Ouvrages plus généraux
Faire vivre de véritables situations-problèmes par G. de Vecchi et N. Carmona. (2008) Éditeur : Hachette.
Bref sommaire : problèmes, situations complexes, force des situations problèmes, pédagogie active, inventer des
situations, gestions des problèmes ouverts …
L'enseignement scientifique, comment faire pour que ça marche ?! par Gérard de Vecchi et André Giordan.
(2010) Éditeur : Delagrave.
Bref sommaire : conceptions et représentations, construire un savoir, entrer dans une démarche scientifique …
Document d'accompagnement - Inspection de l'Enseignement Agricole
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Date : 14 décembre 2012
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