Programme de Sciences - SeGEC

Programme

FÉDÉRATION DE L’ENSEIGNEMENT SECONDAIRE CATHOLIQUE Rue Guimard, 1 – 1040 Bruxelles

Programme de Sciences

2e degré de l’enseignement de transition

2001

Photo réalisée par J.C. ADAM de l’Institut d’enseignement secondaire Saint-Luc à Liège.

2 Programme de Sciences, 2e degré de l’enseignement de transition

La FESeC remercie les membres des groupes à tâche qui ont travaillé à l’élaboration du présent programme.

Ont collaboré à l’écriture du présent programme

Philippe Capelle

Guy-Michel Jacques

Philippe Chaveriat

Geneviève Leloup

Henri de Groote

Pierre Pirson

Francis Delaigle

Christian Renquet

Dominique De Gussem

Hugues Stanus

Michel Dumont

Lucien Vanhamme

Jean Fraipont

Philippe van Sull

Philippe Godts

Yvonne Verbist

Isabelle Habay

La FESeC remercie également les membres du secteur sciences et les nombreux enseignants qui ont enrichi ce programme de leur expérience et de leur regard constructif.

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Table des matières

Première partie.- Introduction Préambules ..............................................................................................................7 1. Présentation générale 1.1. Du décret «Missions» au programme ..................................................................9 1.2. Répartition horaire ..........................................................................................10 1.3. Organisation pratique ......................................................................................11 2. Objectifs généraux 2.1. Les compétences générales ............................................................................12 2.2. Sciences de premier niveau et éducation scientifique ........................................12 2.3. Sciences de deuxième niveau..........................................................................16 2.4. Tableaux synoptiques ......................................................................................20 3. Approche pédagogique 3.1. Généralités ....................................................................................................22 3.2. Une approche épistémologique ........................................................................25 3.3. Exemple de mise en œuvre d’une séquence ....................................................26 3.4. Activités interdisciplinaires ..............................................................................27 3.5. Quelques mots sur l’évaluation ........................................................................30

Deuxième partie.- Programmes 1. Propositions de sujets interdisciplinaires ..........................................................33 2. Cours de sciences de premier niveau (3 périodes par semaine) 2.1. Présentation générale ....................................................................................38 2.2. Cours de 3e année I. Thèmes axés sur la biologie........................................................................39 II. Thèmes axés sur la chimie ........................................................................42 III. Thèmes axés sur la physique ......................................................................45 IV. Présentation intégrée des thèmes ..............................................................48 2.3. Cours de 4e année I. Thèmes axés sur la biologie........................................................................56 II. Thèmes axés sur la chimie ........................................................................58 III. Thèmes axés sur la physique ......................................................................61 IV. Thème axé sur la chimie et la physique ......................................................64 V. Présentation intégrée des thèmes ..............................................................66

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3. Cours de sciences de deuxième niveau (5 périodes par semaine) 3.1. Présentation générale ....................................................................................75 3.2. Cours de 3e année I. Biologie ....................................................................................................76 II. Chimie......................................................................................................81 III. Physique ..................................................................................................87 3.3. Cours de 4e année I. Biologie ....................................................................................................92 II. Chimie......................................................................................................97 III. Physique ................................................................................................104 4. Cours d’éducation scientifique (2 périodes par semaine) 4.1. Présentation générale ..................................................................................115 4.2. Cours de 3e année I. Thèmes axés sur la biologie......................................................................117 II. Thèmes axés sur la chimie ......................................................................120 III. Thèmes axés sur la physique ....................................................................123 4.3. Cours de 4e année I. Thèmes axés sur la biologie......................................................................126 II. Thèmes axés sur la chimie ......................................................................128 III. Thèmes axés sur la physique ....................................................................131 IV. Thème axé sur la chimie et la physique ....................................................134

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Première partie.- Introduction

Préambules «Il ne faut pas bourrer un jeune esprit de faits, de noms et de formules. Pour les connaître, on n’a pas besoin de cours, on les trouve dans les livres. L’enseignement devrait s’employer uniquement à apprendre aux jeunes à penser, à leur donner cet entraînement qu’aucun manuel ne peut remplacer.» Albert Einstein (1879-1955)

Ce programme s'inscrit tout à fait dans la continuité de l’enseignement des sciences et prend en compte le rôle central que l’élève doit jouer au niveau de son apprentissage. Même s'il présente des accents nouveaux, il paraît tout à fait adéquat de reprendre ici les termes mêmes de la charte de l’enseignement des sciences qu’avait écrite le secteur sciences en 1994 : «Les nouveaux programmes doivent être : / «générateurs d’interaction», en ce sens qu’ils favorisent l’activité de personnes (les élèves entre eux et avec leur professeur) à l’occasion de la découverte de la dimension technoscientifique de notre environnement ; / «souples», en ce sens qu’ils laissent aux professeurs une liberté méthodologique de type disciplinaire et/ou interdisciplinaire et qu’ils permettent aux professeurs d’adapter les contenus aux élèves en fonction de leur motivation et de leurs demandes. Seront ainsi prises en compte les caractéristiques humaines des groupes, l’infrastructure locale,… / «ouverts», en ce sens qu’ils prennent en compte les dimensions historique, sociale, économique, éthique,… lesquelles dimensions permettent de situer l’élaboration de notions scientifiques dans leur contexte humain.» Ainsi les élèves seront plus aptes à «décoder la réalité quotidienne» et à «mieux vivre» dans la société technoscientifique qui est la leur. L’enseignement ne peut plus se réduire à une transmission de connaissances mais doit tout au contraire viser à développer chez les élèves des compétences réinvestissables dans la vie quotidienne, aujourd’hui et demain. La mise en œuvre de ces programmes sera d’autant plus pertinente qu’elle permettra de développer une démarche de recherche basée sur les intérêts des élèves à travers des activités scientifiques aussi authentiques que possible. L'espoir est alors de communiquer à nos élèves, à travers le questionnement, la créativité et la réflexion, le plaisir de la découverte et d’une meilleure compréhension du monde naturel et technique. Ces programmes permettent également de rencontrer les recommandations émises par le Conseil de l’Education et de la Formation, dans son avis de mai 1999, quand il indique : 2001


«L’enseignement devrait assurer à tous les jeunes, dès le début de la scolarité et tout au long de l’enseignement obligatoire, une éducation scientifique citoyenne qui les rende capables de questionner le monde, d’essayer de le comprendre, de s’engager dans sa sauvegarde et de s’impliquer dans sa gestion. A côté de l’éducation scientifique citoyenne, une formation spécialisée en sciences devrait être organisée pour ceux qui le souhaitent, notamment pour ceux qui envisagent de s’engager dans des études supérieures ou une carrière professionnelle scientifique(s) au terme de leur enseignement secondaire.» Ces programmes sont conçus avec l’espoir d’être pour les enseignants aussi bien un outil de travail qu’une incitation à la formation continuée et avec l’objectif ambitieux de contribuer réellement à la formation générale et humaniste des jeunes.

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1. Présentation générale1

1. De plus amples informations concernant les différents point développés dans ces pages (ainsi que d’autres renseignements concernant les formations, les sites intéressants, les événements,…) sont désormais disponibles à la page «sciences» du site du SeGEC : http://www.segec.be/fesec/ secteurs/sciences

1.1. Du décret “Missions” aux programmes Le décret définissant les missions prioritaires de l’enseignement fondamental et de l’enseignement secondaire du 24 juillet 1997 prévoit en ses articles 16, 25 et 35 que «le Gouvernement détermine les (socles de) compétences et les soumet à la confirmation du Parlement» . C’est la première fois dans notre pays que la société civile exprime explicitement ses attentes à l’égard de l’école en fixant, par les voies du décret, les compétences et les savoirs à atteindre par les élèves du secondaire en fin de premier degré et au terme des humanités. Chaque professeur en fonction a, en principe, reçu les documents reprenant l’ensemble des socles de compétences du 1er degré et des compétences terminales qui l’intéressent2. Ces documents ont été rédigés par des groupes de travail composés de professeurs des universités francophones, de conseillers pédagogiques, d’inspecteurs et de professeurs des trois réseaux d’enseignement. Ils s’attachent à définir, pour chaque discipline pour le 1er degré et les humanités générales et technologiques, de façon globale pour les humanités professionnelles et techniques, les compétences et savoirs à maîtriser et sur lesquelles devra porter la certification.

2. Ces documents sont maintenant disponibles sur le site de la Communauté française : http://www.agers.cfwb.be/ pédag/textes/compterm/ COMP_sciences

Leur rédaction a été supervisée par la Commission commune de pilotage instituée par le décret «Missions» (art. 61). Les textes ont été approuvés par le Conseil général de concertation (intercaractères), le Gouvernement les a fixés, le Parlement les a confirmés après les avoir amendés. Ces documents n’ont pas de prétention pédagogique ni méthodologique, même si l’articulation des compétences et des savoirs qu’ils prévoient n’est pas neutre. Ce sont les programmes, «référentiels de situations d’apprentissage, de contenus d’apprentissage, obligatoires ou facultatifs, et d’orientations méthodologiques qu’un Pouvoir organisateur définit afin d’atteindre les compétences fixées», qui proposent la mise en œuvre des documents «compétences». Les programmes de la FESeC, écrits par des groupes de professeurs des écoles libres catholiques, reprennent : / les compétences et les savoirs qui servent de base à la certification / des moyens et des méthodes propres à amener les élèves à la maîtrise, à un niveau donné, des compétences et des savoirs requis. Ces moyens et ces méthodes ne sont que proposés et il appartient à chacun, en fonction de ses élèves et de sa propre sensibilité, de développer ses propres situations d’apprentissage.

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Mettre en œuvre ces programmes implique une évolution des pratiques d’apprentissage, l’objectif étant d’avoir à maîtriser des compétences : / l’élève est davantage amené à construire ses propres connaissances et à s’approprier les savoirs scientifiques standardisés; le professeur accompagne cette démarche plus qu’il ne transmet des savoirs (ce qu’il fait aussi bien sûr !) ; / les activités sont davantage contextualisées, elles sont plus globales, pour porter du sens. Maîtriser une compétence exige de la part du jeune des acquis qui peuvent être de quatre types : / des connaissances qui sont les informations, les notions ou les procédures, mémorisées et reproductibles par un individu dans un contexte donné ; / des capacités cognitives qui sont les opérations mentales, les mécanismes de la pensée que l’individu met en œuvre quand il exerce son intelligence ; / des attitudes qui sont des comportements sociaux ou affectifs acquis par l’individu et mobilisables dans des domaines de la vie quotidienne ou professionnelle ; / des habiletés qui sont des capacités à réaliser quelque chose.

1.2. Répartition horaire Au deuxième degré, la formation scientifique est organisée selon deux niveaux : / le premier niveau à raison de trois périodes hebdomadaires / le deuxième niveau à raison de cinq périodes hebdomadaires. Toutefois, dans l’enseignement technique de transition, cette formation peut être remplacée par un cours d’éducation scientifique à deux périodes hebdomadaires. A noter enfin que les élèves qui suivent la formation scientifique à raison de 5 périodes hebdomadaires sont considérés, pour le calcul du NTPP, comme suivant deux périodes hebdomadaires de laboratoire.

Les programmes du 2e degré ont été élaborés afin de permettre à un élève de modifier son choix de niveau de sciences quand il passe de 3e en 4e année ou de 4e en 5e année.

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1.3. Organisation pratique / Les programmes de sciences s’organisent autour de 3 disciplines: biologie, chimie, physique. Il convient de consacrer une durée semblable à chacune des disciplines. / Tous les cours de sciences devraient, au 2e degré, être confiés à un même professeur. Cette disposition a pour avantage: • de renforcer la dynamique relationnelle entre le professeur et les élèves ; • de permettre d’établir des ponts entre les notions et les démarches abordées en biologie, en chimie et en physique ; • de gagner du temps et de la cohérence dans la formation aux démarches scientifiques communes aux trois disciplines (méthode expérimentale, modélisation, critique des informations, bon usage des experts,…) ; • d’impliquer davantage le professeur en lui offrant plus de souplesse dans la mise en œuvre du programme. Rendre l’élève compétent, c’est le mettre en recherche à propos de situations qui l’interpellent. Privilégier ce type d’apprentissage a pour conséquences, dans le cadre de l’enseignement des sciences, d’intégrer les travaux de laboratoire3 et les activités de groupe dans le cours proprement dit. Par ailleurs, les recherches axées sur des séances de laboratoire exigent le respect de règles de sécurité. Comme il est également indispensable qu’un matériel suffisant soit disponible pour chaque élève, les cours de sciences devraient être organisés suivant des groupes d’élèves en nombre raisonnable. Le comptage NTPP plus favorable pour 2 des 5 périodes du cours de sciences 2e niveau devrait faciliter la réalisation de cette disposition.

/ Pour les cours de sciences de 1er niveau et d’éducation scientifique, les expériences seront menées le plus souvent par le professeur, avec l’aide éventuelle d’élèves. Il paraît judicieux de favoriser les activités de recherche en disposant dans l’horaire des élèves deux périodes consécutives consacrées aux sciences.

3. De façon à ce que la pratique de laboratoire rejoigne l’expérience quotidienne, il faudrait privilégier l’utilisation de matériel courant : l’expérience de laboratoire doit s’intégrer à l’univers de l’élève qui est alors enclin à adopter une attitude expérimentale dans sa vie courante.

/ Pour les cours de sciences de 2e niveau, il conviendrait également que, parmi les 5 périodes, deux soient consécutives. Cette organisation devrait permettre aux élèves de réaliser un minimum de 12 séances de laboratoire par année. / Une attention particulière doit être apportée au respect des règles de sécurité et d’hygiène en vigueur dans les laboratoires de chimie4. De manière générale, pour l’enseignant, il convient d’avoir une attitude permanente de précaution et d’ «agir en bon père de famille». Outre une connaissance de la législation de base relative à la sécurité dans les laboratoires de chimie et aux équipements de protection, cette attitude suppose d’initier les élèves à :

4. Document de référence : Sécurité et hygiène dans les laboratoires de chimie – Ministère fédéral de l’emploi et du travail – 1999 (http://www.meta.fgov.be)

• établir la fiche de sécurité des substances qu’il utilise lors des séances de travaux pratiques ; • identifier les substances dangereuses utilisées dans un laboratoire et pouvoir prendre les mesures de prévention nécessaires lors de leur manipulation ; • acquérir de bonnes pratiques de laboratoire dans le cadre de la protection de l’environnement.

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2. Objectifs généraux

2.1. Les compétences générales Les compétences générales définies dans ce programme : / sont des compétences complexes, disciplinaires ou interdisciplinaires, destinées à s’exercer sur des situations d’apprentissage ou d’intégration ; / sont intégratrices parce qu’elles permettent de mettre en œuvre un ensemble de ressources à travers une tâche ou un défi ; / s’exercent sur des situations appartenant à une même famille puisqu’elles mobilisent un ensemble commun de compétences ; / sont applicables à différents niveaux d’étude. Ce sont ces compétences générales qui permettent de structurer l’apprentissage, y compris et même surtout dans sa phase d’évaluation, qu’elle soit formative ou certificative. Il importe donc que chaque professeur gère ces compétences générales de manière équilibrée afin de permettre leur maîtrise par les élèves en fin d’humanités.

2.2. Sciences de premier niveau et éducation scientifique Les quatre compétences générales sont ici une synthèse des 6 compétences scientifiques et des 19 compétences spécifiques (voir tableau page 15 ci-dessous) définies pour les sciences de base dans le document des compétences terminales. Elles ont toutes les quatre un fort caractère interdisciplinaire dont il convient de tenir compte dans la gestion de son cours.

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Compétence générale 1.Modéliser, dans le cadre d’une discipline scientifique, une technologie ou un phénomène courant en tenant compte éventuellement d’aspects techniques, sociaux, économiques ou culturels.

Compétences scientifiques concernées

15. Confronter ses représentations avec les théories établies. 2. Modéliser : construire un modèle qui rende compte de manière satisfaisante des faits observés. 3. Expérimenter.

5. Cette numérotation fait référence à la numérotation des compétences scientifiques de sciences de base dans le document des compétences terminales (page 7).

4. Maîtriser des savoirs scientifiques permettant de prendre une part active dans une société technoscientifique. 6. Communiquer.

Compétence générale 2.Réaliser une recherche documentaire en vue de participer à un débat sur une question scientifique historique ou d’actualité.


1. Confronter ses représentations avec les théories établies. 2. Modéliser : construire un modèle qui rende compte de manière satisfaisante des faits observés. 4. Maîtriser des savoirs scientifiques permettant de prendre une part active dans une société technoscientifique. 5. Bâtir un raisonnement logique. 6. Communiquer.

Compétence générale 3.Utiliser à bon escient des notions scientifiques de base pour justifier des règles de sécurité et d’hygiène à mettre en œuvre dans une situation de la vie quotidienne.


1. Confronter ses représentations avec les théories établies. 2. Modéliser : construire un modèle qui rende compte de manière satisfaisante des faits observés. 4. Maîtriser des savoirs scientifiques permettant de prendre une part active dans une société technoscientifique. 6. Communiquer.

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Compétence générale 4.Formuler des questions ou des hypothèses en vue de sauvegarder son patrimoine santé.


1. Confronter ses représentations avec les théories établies. 2. Modéliser : construire un modèle qui rende compte de manière satisfaisante des faits observés. 4. Maîtriser des savoirs scientifiques permettant de prendre une part active dans une société technoscientifique. 5. Bâtir un raisonnement logique. 6. Communiquer.

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Tableau de correspondance entre les compétences spécifiques et les compétences générales

Chaque compétence spécifique peut être activée selon les circonstances et les intérêts de chaque professeur et des élèves. Le tableau ci-dessous propose des articulations possibles. Les enjeux sont que chaque élève atteigne, en fin d’humanités, la maîtrise des 6 compétences scientifiques et des 19 compétences spécifiques à travers les quatre compétences générales.

Les compétences spécifiques

CG1

CG2

16. Décrire la structure, le fonctionnement, l’origine et l’évolution de l’Univers à la lumière de modèles.

x

x

2. Modéliser la Terre comme un tout fonctionnel.

x

x

3. Modéliser diverses formes de la matière constitutive du vivant et du non-vivant.

x

4. Expliquer comment les interactions entre particules ont permis, au fil du temps, la structuration de la matière, l’émergence de la vie et son évolution.

x

5. Utiliser une démarche scientifique pour appréhender des phénomènes naturels, des processus technologiques.

x

CG3

6. Ces numéros correspondent à l’ordre dans lequel se présentent ces compétences spécifiques dans la 2e colonne des pages 8 à 14 du document des compétences terminales.

x

6. Utiliser une argumentation rationnelle dans des débats de société sur des sujets tels que l’énergie, la radioactivité, les déchets, la santé, l’environnement, le clonage,…

x

7. Evaluer l’impact de découvertes scientifiques et d’innovations technologiques sur notre mode de vie.

x

8. Evaluer l’impact d’actes quotidiens sur l’environnement.

x

x

9. Expliquer la transmission du patrimoine génétique et ses enjeux.

x

10. Expliquer l’impact écologique de la consommation.

x

11. Expliquer pourquoi et comment intégrer des règles de sécurité et/ou d’hygiène dans des comportements quotidiens.

x

12. Expliquer les notions de base concernant l’utilisation, la maintenance et les règles de sécurité de quelques appareils domestiques.

x

13. Expliquer pourquoi et comment économiser l’énergie.

x

14. Modéliser un objet technique domestique.

x

15. Expliquer comment une technologie domestique a des dimensions techniques et socioculturelles.

x

16. Expliquer, à l’aide de quelques exemples judicieusement choisis, des interactions possibles entre le physique et le psychique.

x

17. Expliquer des attitudes préventives pour sauvegarder son patrimoine santé.

x

18. Identifier des signes de dysfonctionnement de l’organisme en vue de consulter un professionnel de la santé. 19. Modéliser simplement l’une ou l’autre technologie médicale.

CG4

x x

x

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2.3. Sciences de deuxième niveau Les 6 compétences générales présentées ici, sont une synthèse des compétences scientifiques définies pour les sciences générales dans les pages 16 et 17 du document des compétences terminales. Parmi ces 6 compétences générales, 5 sont disciplinaires et la 6e ouvre à la pratique interdisciplinaire.

Compétence générale 1.Organiser ses observations et ses connaissances en justifiant ou en utilisant des classifications établies sur base de critères scientifiques.


/ S’approprier des concepts fondamentaux, des modèles ou des principes : • en évaluer la portée et les limites ; • les utiliser pour rendre compte des faits observés ; • les utiliser dans des explications argumentées ou des prévisions. / Conduire une recherche et utiliser des modèles : • élaborer des modèles en faisant bon usage des boîtes noires ; • imaginer des procédures expérimentales ; • élaborer une synthèse critique. / Utiliser des procédures de communication : • utiliser un langage correct et précis respectant les conventions, les unités et les symboles internationaux ; • utiliser différentes formes de présentation comme les tableaux, graphiques, schémas, diagrammes, plans, croquis,…

Compétence générale 2.Rédiger un rapport structuré suite à une recherche expérimentale ou documentaire permettant d’élaborer de nouveaux concepts, de découvrir ou de valider des lois et des théories dans le cadre d’une situation concrète.


/ S’approprier des concepts fondamentaux, des modèles ou des principes : • en évaluer la portée et les limites ; • les utiliser pour rendre compte des faits observés ; • les utiliser dans des explications argumentées ou des prévisions. / Conduire une recherche et utiliser des modèles : • rechercher l’information adéquate, en estimer le crédit et, le cas échéant, consulter un spécialiste ; • élaborer des modèles en faisant bon usage des boîtes noires ; • imaginer des procédures expérimentales ; 2001

• élaborer une synthèse critique.


/ Utiliser des procédures expérimentales : • détecter un problème, observer un phénomène ; • repérer les principaux facteurs qui peuvent influencer un phénomène, faire des prédictions ; • concevoir une expérience ; • réaliser une expérience ; • analyser les résultats obtenus ; • rendre compte de l’expérience sous la forme d’un rapport (écrit et/ou oral). / Utiliser des procédures de communication : • utiliser un langage correct et précis respectant les conventions, les unités et les symboles internationaux ; • décrire les procédures suivies pour que d’autres puissent répéter l’expérience ou résoudre le problème ; • utiliser différentes formes de présentation comme les tableaux, graphiques, schémas, diagrammes, plans, croquis,… • défendre un point de vue de manière structurée. / Utiliser les outils mathématiques et informatiques adéquats.

Compétence générale 3.- Interpréter un phénomène ou prévoir son évolution - Expliquer le fonctionnement d’un objet technologique en utilisant des modèles ou des théories scientifiques dont il convient d’estimer la pertinence et les limites.


/ S’approprier des concepts fondamentaux, des modèles ou des principes : • utiliser dans des explications argumentées ou des prévisions. / Conduire une recherche et utiliser des modèles : • élaborer des modèles en faisant bon usage des boîtes noires ; • imaginer des procédures expérimentales ; • élaborer une synthèse critique. / Utiliser des procédures de communication : • utiliser un langage correct et précis respectant les conventions, les unités et les symboles internationaux ; • utiliser différentes formes de présentation comme les tableaux, graphiques, schémas, diagrammes, plans, croquis,… • défendre un point de vue de manière structurée.

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Compétence générale 4.Résoudre une application numérique concrète en gérant les données de façon efficace, grâce aux outils mathématiques et informatiques adéquats.


/ S’approprier des concepts fondamentaux, des modèles ou des principes : • les utiliser pour rendre compte des faits observés. / Conduire une recherche et utiliser des modèles : • utiliser des modèles en tenant compte de leur domaine de validité. / Utiliser des procédures de communication : • utiliser un langage correct et précis respectant les conventions, les unités et les symboles internationaux ; • décrire les procédures suivies pour que d’autres puissent répéter l’expérience ou résoudre le problème ; • utiliser différentes formes de présentation comme les tableaux, graphiques, schémas, diagrammes, plans, croquis,… / Résoudre des applications concrètes : • cerner la question et sélectionner les données utiles ; • concevoir une stratégie qui permette de répondre à la question qui a été posée ; • vérifier si le résultat est plausible et, le cas échéant, en estimer l’incertitude ; • réfléchir sur les méthodes, raisonnements et procédures utilisés. / Utiliser les outils mathématiques et informatiques adéquats.

Compétence générale 5.Communiquer oralement ou par écrit un raisonnement élaboré sur base de théories scientifiques afin d’éclairer une personne confrontée à des questions relatives à la santé, la sécurité, l’éthique,…


/ S’approprier des concepts fondamentaux, des modèles ou des principes : • en évaluer la portée et les limites ; • les utiliser pour rendre compte des faits observés ; • les utiliser dans des explications argumentées ou des prévisions. / Conduire une recherche et utiliser des modèles : • utiliser des modèles en tenant compte de leur domaine de validité ; • élaborer une synthèse critique. / Bâtir un raisonnement logique. / Utiliser des procédures de communication : • utiliser un langage correct et précis respectant les conventions, les unités et les symboles internationaux ; • défendre un point de vue de manière structurée. 2001


Compétence générale 6.Elaborer un dossier argumenté permettant d’évaluer l'impact de découvertes scientifiques ou d'innovations technologiques sur notre mode de vie et sur l’environnement en vue de responsabiliser un public-cible.


/ S’approprier des concepts fondamentaux, des modèles ou des principes : • en évaluer la portée et les limites ; • les utiliser pour rendre compte des faits observés. / Conduire une recherche et utiliser des modèles : • rechercher l’information adéquate, en estimer le crédit et, le cas échéant, consulter un spécialiste ; • élaborer des modèles en faisant bon usage des boîtes noires ; • utiliser des modèles en tenant compte de leur domaine de validité ; • élaborer une synthèse critique. / Utiliser des procédures expérimentales : • détecter un problème, observer un phénomène. / Bâtir un raisonnement logique. / Utiliser des procédures de communication : • utiliser un langage correct et précis respectant les conventions, les unités et les symboles internationaux ; • décrire les procédures suivies pour que d’autres puissent répéter l’expérience ou résoudre le problème ; • utiliser différentes formes de présentation comme les tableaux, graphiques, schémas, diagrammes, plans, croquis,… / Utiliser des savoirs scientifiques pour enrichir des représentations interdisciplinaires : • établir un lien entre les pratiques expérimentales en physique, chimie et biologie ; • établir un lien entre les développements des sciences et des technologies et, par exemple : * la pratique de certaines activités (les industries automobile, agroalimentaire…, le sport…), * l’évolution de notre mode de vie (mobilité, automatisation, aménagement du temps de travail…), * les développements de la médecine (espérance de vie, techniques médicales de diagnostic et de soins, mise au point de médicaments, de vaccins…), * leur impact sur l’environnement, * la vision que l’on a du monde. / Etablir des liens entre des démarches et notions vues en sciences et vues ailleurs, par exemple : • mettre en évidence le transfert de certains modèles, démarches, concepts ou compétences d’une discipline à une autre ; • en faisant appel à un exemple historique ou actuel, situer la construction d’une théorie dans son contexte d’origine et décrire son évolution ainsi que quelques débats qui l’ont accompagnée. 2001


2.4. Tableaux synoptiques Ces tableaux communs à tous les niveaux de sciences présentent de manière globale, pour chaque discipline, la distribution des contenus pour les 6 années des humanités. Chaque professeur du 3e degré a la possibilité de modifier la répartition proposée pour les 5e et 6e années, à condition de le faire en concertation avec ses collègues. Tableau synoptique des contenus en biologie

Contenus du premier degré / Notions d’organe, d’appareil, de système. / Nutrition : chaînes et réseaux alimentaires, comportements alimentaires, digestion, assimilation. / Respiration : types de respiration. / Circulation sanguine : appareil circulatoire, fonctionnement du cœur, types de circulation. / Reproduction : modes de reproduction, gamètes, zygote, appareils reproducteurs, fécondation, embryon, fœtus, naissance, allaitement, cycle de vie.

Tableau synoptique des contenus en chimie

Contenus du premier degré / Distinction entre corps purs et mélanges. / Distinction entre mélanges homogènes et mélanges hétérogènes. / Techniques de séparation des constituants d’un mélange.

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Tableau synoptique des contenus en physique

Contenus du premier degré / Caractéristiques et propriétés des trois états de la matière. / Eléments de calorimétrie : conduction, convection, rayonnement, transformations de la chaleur, relation chaleur-température, changements d’état. / Différentes sources et transformations d’énergie. / Electricité : conducteur, isolant, circuit électrique simple. / Dynamique : force, actions réciproques, masse et poids, pression.

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3. Approche pédagogique

3.1. Généralités Pour l’élève

L’apprenant n’est pas un réceptacle passif et neutre auquel on peut transmettre une suite logique et organisée d’informations qui le conduisent au résultat attendu. C’est quelqu’un qui vit dans un contexte précis, qui a ses propres représentations du monde et ses projets qui ne sont pas toujours ceux des enseignants en sciences.

7. Faire expliciter les préconceptions des élèves est une formidable occasion de développer leur curiosité et leur imagination (ces facultés «cerveau droit» souvent négligées dans notre enseignement) mais aussi de favoriser l’établissement de liens avec des démarches appliquées à d’autres domaines. Les élèves peuvent alors être valorisés dans la mesure où leurs apports et leurs remarques sont considérés avec bienveillance. Par ailleurs, ce type d’activité devrait permettre au professeur de mieux définir ses objectifs d’apprentissage en élaborant des séquences d’enseignement basées sur l’état réel des connaissances des élèves.

Idéalement, toute activité d’apprentissage devrait tenir compte, outre des ressources indispensables, des préconceptions7 de l’élève et de son contexte. Une attitude réflexive sur la démarche poursuivie devra lui être proposée.

Il est difficile, de toute façon, de tenir compte de tous ces paramètres lors d’un apprentissage qui reste un processus complexe et spécifique. 2001


Il faudra, en tout cas, veiller à ce que les élèves adoptent, lors de toute pratique scientifique, les attitudes8 suivantes qui paraissent indispensables. •

L’honnêteté intellectuelle impose, par exemple, • de rapporter ce que l’on observe et non ce que l’on pense devoir observer ;

8. ll s’agit des attitudes communes à la biologie, la chimie et la physique telles qu’elles sont définies aux pages 6 et 15 du document des compétences terminales.

• de reconnaître les limitations du travail entrepris ; • de s’investir dans une étude sérieuse et une analyse critique des questions mises au débat et, le cas échéant, de suspendre son jugement. / L’équilibre entre ouverture d’esprit et scepticisme suppose, entre autres, • d’être ouvert aux idées nouvelles et inhabituelles, mais de suspendre son jugement s’il n’existe pas de données plausibles ou d’arguments logiques à l’appui de ces idées ; • de reconnaître les explications inconsistantes, les généralisations abusives et les failles dans une argumentation ; • de se poser la question : «Comment est-on arrivé à ces conclusions ?» ; • de chercher à se documenter à diverses sources, en confrontant les informations recueillies. / La curiosité conduit à s’étonner, à se poser des questions sur les phénomènes qui nous entourent et à y rechercher des réponses. / Le souci d’inscrire son travail dans celui d’une équipe.

Pour l’enseignant

L’enseignant n’est pas un simple transmetteur de savoirs. Il doit favoriser la mobilisation de ressources plutôt que leur accumulation. Cependant le métier d’enseignant est complexe et demande un art particulier puisqu’il est demandé au professeur d’être : / créateur de sens en proposant aux élèves des mises en situation qui les mettront en mouvement et les convaincront que les sciences peuvent les rendre capables de décoder leur monde, / facilitateur, pour faire émerger les préconceptions des élèves, / metteur en confiance, pour laisser libre cours à leur expression et à leur créativité, / négociateur pour gérer les tensions entre les démarches personnelles des élèves et les approches standardisées des disciplines, / disponible comme personne-ressource, pour aider et orienter les élèves dans leurs démarches de recherche, / transmetteur et gestionnaire de savoirs standardisés pour permettre aux élèves de s’approprier des démarches et des modèles scientifiques.

Au point de vue des objectifs poursuivis

Les objectifs principaux des sciences sont de : / construire des modèles et des théories fiables des phénomènes ; / tester la fiabilité de ces modèles et de ces théories ; / standardiser ces modèles et ces théories en corpus disciplinaires.

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Dès lors, l’enseignement des sciences devra veiller à: / donner les clés essentielles permettant d’utiliser les sciences pour répondre à des questions que se posent les élèves dans leur vie quotidienne et dans leur rapport aux technologies ; / développer des attitudes, des méthodes de pensée qui s’apparentent à celles que les scientifiques mettent en œuvre dans leurs pratiques.

Cependant, tenant compte des connaissances actuelles sur la manière dont les sciences se construisent, chacun devrait prendre conscience que : / un professeur n’est pas un instructeur neutre dans une discipline mais qu’il véhicule, à travers son enseignement, une vision du monde, des sciences et de la société. On est ainsi mieux conscient du rôle éducatif de l’enseignant en sciences ; 9. Dans cette optique, il est conseillé de varier nos didactiques. La mobilisation des élèves ne passe pas automatiquement par la mise en œuvre de situations concrètes et il faut pouvoir varier les stratégies d’apprentissage selon les contextes de la classe. Si, dans ce programme, l’approche par situations concrètes est en effet privilégiée, il ne faudrait pas pour autant négliger d’autres approches potentiellement aussi motivantes telles que l’exposé structuré ou une recherche centrée sur un thème disciplinaire.

/ les sciences sont un lieu privilégié de débat et d’invention et il importe d’encourager nos élèves à chercher, inventer, créer, tester et contester, discuter9,… / les sciences ne sont pas une vérité inscrite de tout temps dans le livre de la nature. On sait que ce sont des créations intellectuelles des êtres humains, liées à des contextes et des projets déterminés. Les savoirs ainsi créés permettent une meilleure compréhension du monde et des technologies mais suscitent parfois des débats éthiques. On perçoit donc que l’enseignement des sciences ne peut se limiter à une transmission de savoirs standardisés mais doit permettre à nos élèves de prendre une place plus responsable, plus citoyenne dans notre société technoscientifique ; / les cours de sciences contribuent à la formation de nos élèves dans une vision humaniste et chrétienne en nourrissant leur réflexion. Ils pourront ainsi mettre leurs savoirs au service d’une action qui privilégie l’être sur l’avoir.

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3.2. Une approche épistémologique / Il ne s’agit pas d’imposer aux enseignants une position philosophique particulière. Des débats existent actuellement concernant la nature et la portée des sciences. Il paraît cependant souhaitable que les enseignants prennent suffisamment conscience de leurs positions épistémologiques, implicites ou explicites, afin de développer chez les élèves une vision critique vis-à-vis de l’activité scientifique. / Ce programme repose sur des choix clairs liés à une vision humaniste : • éviter les dérives d’une démarche inductive qui prétendrait, partant d’observations, établir des lois générales sans reconnaître la dimension créatrice des démarches scientifiques. Les scientifiques inventent des représentations fiables du monde ; • éviter des positions scientistes suivant lesquelles les scientifiques découvriraient des lois qui expliqueraient la totalité du phénomène envisagé. Une discipline scientifique ne représente jamais qu’un point de vue concernant une situation ; • éviter les comportements attendus, le conditionnement d’élèves pour lesquels ils sont entraînés à produire la réponse attendue, tout en reconnaissant que, dans certaines situations, le «drill» a du sens. / Les concepts et les lois scientifiques ont été et sont construits, inventés, dans le cadre d’un contexte (social, culturel, politique,…) et de projets particuliers : ils visent à mieux comprendre le monde, à agir sur lui et à réaliser des projets concrets. Ces concepts et ces lois ont donc un caractère relatif (ce qui n’enlève rien à leur pertinence) et c’est la mise en évidence du contexte et du projet qui les rendent intéressants et féconds10. / Parmi toutes les compétences scientifiques, il est important de privilégier la compétence «modéliser» (en d’autres mots : expliquer, manier une représentation, conceptualiser, relater une observation ou une expérience) surtout dans des situations de la vie courante11. Confronté à une situation (un système, un objet technique, une panne, une expérience, un phénomène ou un objet), l’élève devrait acquérir le réflexe de se la représenter mentalement, donc de la modéliser. A cet égard, des situations particulièrement intéressantes à modéliser sont celles où l’on sent les limites de ses connaissances, et notamment les pannes d’appareils. Il faut veiller particulièrement : • à rendre les élèves conscients qu’une modélisation est pertinente dans la mesure où elle tient compte du projet qui la sous-tend ;

10. Quant à la notion de vérité appliquée à un modèle scientifique, il importe de la manier avec prudence. Ce programme suppose cependant que les modèles scientifiques, appliqués dans leur champ de validité, sont généralement fiables. 11. sans négliger pour autant la modélisation de grandes questions comme l’évolution, l’origine de la vie et de l’Univers,…

• à ce que les élèves distinguent clairement une action et une conceptualisation ; • à faire prendre conscience de la dimension créatrice de la modélisation. / Ce programme présente l’expérimentation non pas uniquement comme une «vérification» mais comme un moyen d’appropriation de modèles, de lois et de théories. L’utilisation de matériel simple devrait être encouragée. Certaines expérimentations pourraient également être le lieu d’une véritable recherche, d’autres d’explorations réalisées sur le terrain. / Un des objectifs essentiels de la formation est lié à la communication : à travers ce processus, les élèves pourront comprendre les avantages d’avoir un langage, des concepts et des modèles standardisés. Il importe de faire le lien entre la production d’un savoir scientifique standardisé et une certaine socialisation à laquelle les cours de sciences doivent ainsi contribuer. / Les technologies12 doivent être présentes dans les cours de sciences. Elles ne doivent pas être envisagées uniquement sous leur aspect scientifique, mais aussi selon des points de vue fonctionnel, culturel, social, économique,… / L’histoire des sciences doit contribuer à mettre en évidence le caractère humain de leur développement: elle n’est pas linéaire mais dépend des hommes, des femmes, des contextes dans lesquels ils évoluent et de leurs projets.

12. Il conviendrait d’éviter l’idéologie selon laquelle les technologies ne seraient que des applications de principes scientifiques. Les historiens et les sociologues sont aujourd’hui conscients que beaucoup de technologies se sont développées et se développent indépendamment des modélisations scientifiques. De plus, une technologie comporte des composantes (fonctionnelles, sociales, culturelles,…) dont les sciences ne rendent pas compte.

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13. D'après un travail de Christian Host.

3.3. Exemple de mise en oeuvre d’une séquence13

Mise en situation Tâche à effectuer, défi, obstacle, visite, actualité,…

Rapport, exposé, poster,…

Activité de structuration

Evaluations formatives

Production de l'élève

Réflexion métacognitive

Livres, documents, Internet, travaux de laboratoire, personne-ressource,…

Interaction élèves-élèves

Interaction élèves-professeur

Activité de recherche

Validation des formules, lois, théories, méthodes,…

Activité d'appropriation Exercices, travaux de laboratoire,…

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3.4. Activités interdisciplinaires La pratique interdisciplinaire est un type particulier d’activité qu’il est essentiel de voir se développer dans nos classes. Les raisons en sont nombreuses. / Aucun problème concret, rencontré dans la vie courante, ne reçoit une solution sérieuse sans une approche mobilisant des savoirs provenant de plusieurs disciplines. Pensons à l’achat d’une voiture, à la construction d’une maison, à la préparation d’un repas, à l’entretien de son jardin,… / L’approche interdisciplinaire est également de mise, et de plus en plus, dans les milieux professionnels, que ce soit en médecine dans le traitement pointu de maladies comme le cancer, ou dans les domaines industriels et économiques. / Dans l’enseignement, l’approche interdisciplinaire permet d’aller à la rencontre de questions concrètes et réelles, de fournir des réponses adéquates aux interrogations des adolescents qui attendent un point de vue élargi. C’est ce type d’approche qui prend le mieux en compte cette évidence : on n’apprend bien que ce qui nous semble utile ! / Cette approche doit permettre, de faire évoluer l’image des sciences (et cet objectif doit être une préoccupation centrale): les sciences ne servent pas seulement à résoudre des problèmes scientifiques mais sont utiles pour éclairer des questions que l’on se pose. / Enfin, l’approche interdisciplinaire est le lieu idéal pour créer des liens entre les notions et les acteurs (professeurs et élèves), conditions tout à fait favorables pour améliorer l’apprentissage. Les lignes qui suivent tentent de préciser ce concept pour aider les enseignants à entrer dans cette démarche innovante14.

Tout d’abord, la pratique interdisciplinaire ne consiste pas à traiter un même sujet sous différentes approches disciplinaires, éventuellement même avec plusieurs professeurs. Il s’agit, à propos de situations pour lesquelles des choix doivent être posés, d’en élaborer une représentation en croisant plusieurs disciplines afin de se doter d’un outil d’analyse ou de communication. L’élève pourra alors défendre une position claire lors d’un débat sur une problématique concernant par exemple les comportements souhaitables pour respecter un espace naturel.

14. On trouvera des éclairages sur les démarches interdisciplinaires dans l’ouvrage sous presse «Disciplinariser l’inter- et la transdisciplinarité» par A. Maingain, G. Fourez & al.

Caractéristiques d’une pratique interdisciplinaire

Elle permet de construire des connaissances nouvelles avec un regard neuf, par l’intégration des savoirs et des processus d’apprentissage de différentes disciplines, dans une perspective formative. L’interdisciplinarité ne consiste pas à faire table rase des apports spécifiquement disciplinaires. Au contraire, c’est une façon de mobiliser avec rigueur des acquis disciplinaires en vue d’éclairer une situation qui ne peut être adéquatement étudiée par une seule discipline.

Conditions de réalisation d’une pratique interdisciplinaire

Au départ de la démarche, une équipe d’enseignants élabore un projet didactique susceptible de connecter de façon originale différents apports disciplinaires. Ce projet vise à articuler plusieurs disciplines autour d’une situation-problème en vue d’en construire une représentation, avec une finalité qui donne sens à la démarche des élèves. Dans le contexte scolaire, pour assurer d’emblée la dimension interdisciplinaire, il vaut mieux partir d’un questionnement formulé par les enseignants en vue d’articuler plusieurs disciplines. Toutefois, il importe de choisir une situation d’apprentissage qui corresponde au vécu, au contexte socioculturel et aux centres d’intérêts des élèves, pour obtenir la dynamisation souhaitée du groupe-classe. 2001


L’interdisciplinarité implique d’enseigner de façon collégiale. Le travail en équipe devient dès lors pratiquement incontournable. Celui-ci doit reposer sur le partenariat et la négociation, si l’on veut éviter de glisser vers une simple juxtaposition de disciplines. La négociation permettra de déterminer quels sont les apprentissages qui seront acquis dans le cadre disciplinaire traditionnel et quels sont ceux qui seront articulés dans une démarche interdisciplinaire en tant que telle.

Exemples de cheminement

A propos de deux situations différentes, voici deux exemples possibles de parcours pédagogique proposant une approche interdisciplinaire. Dans la deuxième partie de ce programme se trouvent d’autres exemples auxquels ces parcours peuvent être adaptés.

1. Quelle alimentation pour garder la ligne ?

Producteurs : les élèves. Destinataires : les élèves. Projet : garder la ligne. Produit attendu : une fiche de conseils pratiques. Contexte : temps disponible à préciser.

1re étape : le cliché Faire exprimer par les élèves la réponse à diverses questions. Pourquoi se nourrit-on ? Comment vivons-nous nos repas ? Pourquoi relie-t-on de plus en plus l’alimentation à la santé ? Que signifie «garder la ligne» ? Pour quoi le veut-on ? L’alimentation a-t-elle la même signification pour nos pays et des pays en développement ? Quels sont les enjeux économiques liés au secteur alimentaire ? On peut aussi faire appel à un spécialiste par exemple de la diététique, en sachant qu’il va donner de l’alimentation une vision quasi unilatérale, conditionnée par sa spécialité.

2e étape : le panorama spontané / les acteurs concernés : les consommateurs, ceux qui préparent les aliments, les servent, les achètent, les vendent, les partenaires de l’industrie agro-alimentaire, les diététiciens, les restaurateurs, les affamés,… / les normes : étiquetage, normes de qualité, de conservation ou de contrôle, émergence de nouvelles valeurs ( produits «bio», vie saine,…) / les enjeux et tensions : plaisir et santé, consommateurs et industriels, orientation écologique et production de masse, les choix des programmes de recherche, les choix de politique agricole commune, les choix dans le contrôle des aliments,… / les boîtes noires : éducation à la santé, recommandations diététiques, influences de la culture, image du corps, composition de nos aliments, processus de dégradation et d’intégration des aliments, évolution historique de notre alimentation, influence de la publicité,…

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3e étape : la descente sur le terrain / confrontation à des situations concrètes : • examiner les menus de la semaine à la cafétéria et les comparer aux recommandations formulées par les diététiciens • mettre en relation certains comportements alimentaires et des maladies assez fréquentes dans nos régions • décoder les messages publicitaires et les attitudes de défense des consommateurs • examiner l’alimentation et ses dépenses en fonction des classes sociales / consultation de spécialistes : • étude du système digestif avec un biologiste • étude des différences dans les habitudes alimentaires avec un sociologue • étude des normes de qualité avec un juriste • étude des attitudes boulimiques avec un psychologue • étude de l’éthique alimentaire avec un philosophe,…

4e étape : la synthèse Se donner une représentation théorique de l’alimentation. En quoi l’étude permet-elle de négocier plus rationnellement ses pratiques alimentaires ?

2. Lavoisier, un scientifique du siècle des lumières

Cet exemple est présenté sous la forme d'un panorama. Ce panorama qui figure à la page suivante, sera explicité dans la présentation générale (page 30) du cours de sciences de premier niveau.

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Programme de Sciences, 2e degré de l’enseignement de transition

Exemple de panorama pédagogique: Lavoisier, un scientifique du siècle des lumières

3.5. Quelques mots sur l’évaluation15 Il n’entre pas dans la fonction d’un programme de détailler les caractéristiques d’une évaluation de compétences : l’évaluation fera l’objet d’un chapitre important des outils d’accompagnement de ce programme. S’y trouveront, au-delà de l’exemple ci-dessous, des manières concrètes d’incarner l’évaluation des compétences.

15. A consulter pour plus d’informations : «Une pédagogie de l’intégration, de X.Roegiers», DeBoeck Université, 2000

Pour quoi évaluer des compétences ?

Si le «comment évaluer des compétences ?» sera développé dans les outils, le «pour quoi de l’évaluation» mérite de retenir l’attention dès à présent. C’est pourquoi, deux points seront envisagés qui paraissent fondamentaux pour bien aborder l’évaluation et, en particulier, l’évaluation des compétences. / Tout d’abord, se réapproprier la signification du verbe «évaluer» paraît une démarche intéressante. L’étymologie de ce verbe permet de souligner qu’évaluer consiste à «faire ressortir ce qui est sain», à «mettre en évidence les aspects positifs». Ce qui pourrait encore se traduire dans le contexte des apprentissages par la volonté de faire émerger les aspects positifs d’une production. / Ensuite, mesurer que le regard porté sur les erreurs détectées dans les productions peut avoir des conséquences bien différentes suivant les intentions que le professeur annonce à ses élèves. En effet, lorsque le professeur précise au départ d’une activité d’évaluation ce pour quoi cette activité est conçue, il dit ainsi quelque chose sur le statut des erreurs rencontrées dans les productions d’élèves et sur le traitement de ces erreurs. • C’est ainsi que si le professeur annonce que l’activité d’évaluation proposée vise à réguler les apprentissages, on se situe dans le domaine du formatif où l’on apprend aussi grâce à ses erreurs. Car une telle activité va fournir de l’information sur la situation des acquis et sur le niveau de maîtrise des compétences des élèves dans le but de réajuster les activités d’apprentissage tant pour le professeur que pour l’élève. La forme de l’activité d’évaluation peut être très ponctuelle et parcellaire ou au contraire plus «sommative». • Au contraire, si le professeur annonce que l’activité d’évaluation vise à récolter des informations sur le degré de maîtrise des compétences générales en vue de pouvoir prendre une position définitive sur le parcours de formation de l’élève, on est alors dans un contexte de certification. Le statut de l’erreur est donc très différent. Ces activités d’évaluation peuvent néanmoins prendre des formes variées, même s’il est souhaitable de les envisager dans une perspective d’intégration des apprentissages. Certains auteurs parlent parfois d’évaluation certificative obtenue après des activités sommatives, ce qui laisse percevoir une certaine idée de sommation d’informations pour prendre une décision. Pour d’autres, dans le contexte des compétences, des activités d’intégration sont appréciées sur base de critères, ce qui devrait permettre de prendre des décisions plus centrées sur l’essentiel de l’apprentissage.

Bref, ce qui paraît important n’est peut-être pas les étiquettes mais les intentions annoncées qui sont à la base de l’activité d’évaluation ainsi que les conséquences sur les apprentissages ou sur le parcours scolaire de l’élève.

Pour évaluer chaque compétence générale, on fera appel à des critères qui ne devront pas être en nombre trop élevé (4, par exemple). Ces critères correspondent aux différentes qualités que l’on attend d’une production, d’une réalisation. La satisfaction aux différents critères est évaluée à l’aide d’indicateurs, indices observables qui permettent d’évaluer si la qualité attendue est bien présente. Ces indicateurs pourraient, du moins pour les élèves des deux dernières années, être mis au point à la suite d’une réflexion commune entre le professeur et les élèves.

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Exemple

Les compétences générales pourraient être évaluées à l’aide de 4 critères : / critère 1 : appropriation du problème / critère 2 : recherche d’informations / critère 3 : résolution du problème / critère 4 : communication. D’autres critères liés aux attitudes (voir page 23 de ce document) et à la réflexion sur les démarches suivies peuvent être utilisés pour valoriser le travail de l’élève.

Sur base de ces 4 critères, la compétence générale 2 du cours de sciences 2e niveau pourrait être évaluée de la manière suivante (les indicateurs sont ici largement inspirés de l’énoncé des compétences scientifiques de sciences générales décrites dans le document des compétences terminales).

CG 2.- Rédiger un rapport structuré suite à une recherche expérimentale ou documentaire permettant d’élaborer de nouveaux concepts, de découvrir ou de valider des lois et des théories dans le cadre d’une situation concrète. Mise en situation particulière: rédiger un rapport structuré d’une expérience ayant pour objet de déterminer la vitesse instantanée d’une roue à axe tronconique descendant un rail incliné.

Critère 1.- Appropriation du problème. Indicateur 1 : le choix des concepts, modèles et principes est pertinent et permet de mettre au point une stratégie correcte.

Critère 2 .- Recherche d’informations par l'expérimentation. Indicateur 1 : des procédures expérimentales adéquates sont imaginées. Indicateur 2 : les appareillages sont correctement préparés dans le respect des normes de sécurité. Indicateur 3 : l’expérience est correctement mise en œuvre.

Critère 3.- Résolution du problème. Indicateur 1: les résultats obtenus sont exploités en référence aux concepts et modèles appropriés. Indicateur 1: les outils mathématiques et informatiques adéquats sont utilisés.

Critère 4 .- Communication. Indicateur 1 : un langage correct et précis est utilisé pour le rapport. Indicateur 2 : les procédures suivies sont décrites correctement. Indicateur 3 : le rapport est correctement structuré. Indicateur 4 : la conclusion du rapport est objective et critique.

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Deuxième partie.- Programmes

1. Propositions de sujets interdisciplinaires Mange-t-on bien ou mal ? mieux ou moins bien qu’hier ? Ressources relevant des disciplines scientifiques

Biologie : / transformation des produits de l’agriculture / sélections végétales et animales / éthique dans l’expérimentation animale / alimentation et santé : produits cancérigènes, augmentation de la concentration en résidus dans une chaîne alimentaire / … Chimie: / conservation à long terme / additifs dans l’alimentation / …

Ressources relevant d’autres disciplines

Histoire : / évolution «technologique» de notre alimentation / évolution de nos habitudes alimentaires / … Economie : / coût de l’alimentation / …

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Technologie : / conditionnement des aliments (mise sous vide) / … Sociologie : / us et coutumes alimentaires en fonction des classes sociales / problématique des «fast food» / … Psychologie : / troubles du comportement (anorexie, boulimie) / désir/plaisir de l’alimentation / …

2. L’eau est-elle vraiment indispensable à la vie ? Ressources relevant des disciplines scientifiques

Biologie : / importance de l'eau sur la Terre / importance de l'eau dans le corps humain / importance de l'eau dans le métabolisme / équilibres hydriques (osmose) / … Physique : / propriétés physiques (poussée d’Archimède, densité, tension superficielle, capillarité, chaleur spécifique) / énergie hydraulique / comportement de l’eau (absorption de rayonnement, déviation de la lumière, pression exercée par sa vapeur) / … Chimie : / propriétés chimiques (solvant, réactif, transporteur) / hydrolyse / hydratation / …

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Géologie : / nature des roches et qualité de l’eau / …


Médecine : / cycle de l’eau dans le corps humain / eau, vecteur de maladies / hydrothérapie / …

3. Pourquoi éviter le “tout à l’égout” ? Ressources relevant des disciplines scientifiques

Biologie : / traitement des eaux dans une station d’épuration / qu’est-ce qu’une eau polluée ? une eau potable ? / importance de l’eau dans notre corps / cycle naturel de l’eau / … Physique : / traitement des eaux dans une station d’épuration / comment pomper l’eau ? / comportement de l’eau dans une canalisation / désalinisation de l’eau de mer / … Géographie : / cycle naturel de l’eau / eaux courantes, eaux stagnantes / rapport entre la disponibilité de l’eau à la surface de la Terre et le développement / …

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Economie : / combien d’eau consommons-nous par jour ? combien cela coûte-t-il ? / comment bien gérer les apports en eau d’une ville ? / … Politique : / programme wallon de stations d’épuration d’eau pour les années à venir / …

4. “Et la lumière fut …” Que nous apporte-t-elle ? Ressources relevant des disciplines scientifiques

Biologie / chlorophylle, accumulateur et transformateur d’énergie lumineuse / bioluminescence / œil / vision des couleurs / … Chimie / combustions / … Physique / appareils d’optique (invention de l’Homme) / ombres et pénombres / éclipses / éclairage d’un plateau de théâtre ou de cinéma / panneau solaire – cellule photovoltaïque / …

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Histoire / différents moyens utilisés par l’Homme pour s’éclairer / … Economie / aspect économique de l'utilisation énergétique de la lumière (panneau solaire – cellule photovoltaïque) / … Santé / importance de la lumière sur le psychique – la luminothérapie / … Religion / symbolique de la lumière / …

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2. Cours de sciences de premier niveau (3 périodes par semaine)

2.1. Présentation générale

16. Ces thèmes sont euxmêmes proposés, de façon que chaque enseignant se sente libre d’emprunter un cheminement différent.

Afin d’exercer les compétences générales définies plus haut (pages 13 à 14), il convient de proposer à l’élève des situations susceptibles de le motiver. Ce programme propose donc, pour chaque thème16, des exemples de questionnement permettant de susciter imagination et curiosité au départ d’une séquence d’apprentissage. Quelques-uns de ces questionnements, traduits en langage «élève», proposent à travers des mises en situation porteuses de sens, des tâches à réaliser ou des défis à relever propres à mettre l’élève en recherche. C'est de cette manière, en effet, que l'élève mobilisera au mieux ses capacités, percevra les limites de ses propres représentations et se mettra en quête de nouvelles. A la suite de l'énoncé de chaque mise en situation figure entre parenthèses la référence à une compétence générale (chaque professeur peut, évidemment, en envisager une autre). Ce programme prend comme référence les compétences terminales de sciences de base. Les tableaux reprennent donc, pour chaque thème, l’énoncé des savoirs concernés figurant dans le document des compétences terminales. Cependant, pour préciser ces savoirs généralement définis de manière assez large, des niveaux de maîtrise à atteindre sont indiqués. C’est donc le contenu de ces tableaux qui fera l’objet de la certification dans la perspective de la maîtrise de compétences. Suit alors la rubrique «A éviter» dans laquelle figurent les contenus estimés inadéquats étant donné le volume horaire attribué. Cependant, s’il est évident que ces contenus ne doivent faire l’objet ni de développements ni d’évaluations, il va de soi qu’un enseignant peut en parler à l’occasion d’un questionnement d’élève par exemple. Une dernière rubrique fait état de quelques liens possibles avec d’autres disciplines.

Après la présentation de chacune des trois disciplines et d’un thème commun à la chimie et à la physique pour la 4e année, se trouve une présentation intégrée des thèmes sous forme de panoramas pédagogiques. Ceux-ci sont présentés à titre d’exemples, pour montrer que la réalisation d’une tâche centrée sur une compétence générale permet une mise en relation étroite, au service d’un thème, d’une série de compétences spécifiques et de savoirs. Au centre de chaque panorama, figure la tâche proposée en relation avec une des 4 compétences générales. En périphérie, apparaissent des concepts qu’il est intéressant de mobiliser pour réaliser la tâche centrale. A chacun de ces concepts correspondent un questionnement et une tâche associée à une compétence spécifique.

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Ce programme est construit autour de projets dont la réalisation peut nécessiter l’intervention de concepts ayant trait à plusieurs disciplines. Il s’agit bien sûr d’une volonté de s’inscrire dans la logique de la rédaction des compétences terminales pour les sciences de base. Les compétences générales sont ici une synthèse des 19 compétences spécifiques des sciences de base telles qu’elles figurent dans le document des compétences terminales. Chaque professeur est invité à les envisager dans la perspective de leur maîtrise par les élèves. S’il n’y a pas possibilité d’attribuer les trois périodes de cours au même professeur, ce programme invite les différents professeurs de sciences d’une même classe à une collaboration étroite. Il convient en tout cas de consacrer une durée semblable à chacune des trois disciplines. Ce programme est conçu de manière à ce que le passage d’élèves dans un cours de sciences d’un autre niveau soit possible si le niveau de réussite est raisonnable.

2.2. Cours de 3e année I. Thèmes axés sur la biologie Thème proposé : une alimentation équilibrée (environ 8 périodes) Exemples de questionnement pouvant donner lieu à une mise en situation

/ Est-il nécessaire de prendre des compléments vitaminés si on se nourrit régulièrement ? / Que risque une personne qui poursuit une grève de la faim ? / Peut-on se nourrir uniquement de plantes ? / Quels sont les types d’aliments indispensables pour un adolescent ? / Quels sont les risques liés à des comportements de type anorexique ou de type boulimique ? / …

Exemples de mise en situation

/ Rendre compte des problèmes posés par une alimentation trop riche (ou carencée) dans le cadre d’une réflexion sur la répartition des ressources alimentaires au niveau planétaire. (CG 4) / Formuler des conseils pour aider une personne à choisir une alimentation saine. (CG 4) / …

Savoirs et niveaux de maîtrise

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A éviter

/ Etudier la structure chimique des nutriments. / S’attarder sur l’anatomie du système digestif (déjà étudiée au 1er degré).

Thème proposé : l’absorption d’eau et de sels minéraux par les plantes (environ 6 périodes) Exemple de questionnement pouvant donner lieu à une mise en situation

/ L’utilisation de sels de déneigement pose-t-elle des problèmes à la végétation ? / Quels sont les signes de dépérissement d’une plante qui témoignent d’un problème au niveau du substrat ? / Quelles adaptations ont développées certaines espèces de plantes en fonction du substrat sur lequel elles vivent ? / Comment un brin d'herbe reste-t-il rigide ? / …


/ Imaginer des modèles pour rendre compte de l’entrée et de la circulation de l’eau dans une plante et les mettre en relation avec des techniques de jardinage : utilisation d’engrais naturels ou de synthèse, arrosage, précautions lors de repiquage,... (CG 1) / Décrire des problèmes rencontrés par les agriculteurs dans les régions manquant d’eau ou d’engrais et expliquer la pertinence de solutions proposées. (CG 2) / …

Savoirs et niveaux de maîtrise Savoirs •

Histoire de l’une ou l’autre théorie scientifique en rapport avec son contexte et les débats qui l’ont accompagnée.

•

La cellule comme unité de fonctionnement de la vie.

Niveaux de maîtrise •

Identifier l’eau comme un facteur déclenchant (germination) et limitant indispensable à la vie d’une plante.

•

Montrer à l’aide de quelques exemples issus de l’histoire des sciences que le modèle de la nutrition végétale évolue.

•

Identifier les apports nutritifs du substrat à une prise d’eau et de sels minéraux indispensables à la vie d’une plante.

•

Elaborer un premier modèle de la cellule (membrane cytoplasmique, cytoplasme et noyau).

A éviter

/ Réaliser l’étude détaillée des différents constituants chimiques présents dans le sol. / S’attarder sur les différents mécanismes expliquant la montée de la sève. / Décrire des organites non observables au microscope photonique. 2001

/ Faire l’étude de l’ultrastructure cellulaire (cellule observée au microscope électronique).


Thème proposé : l’interaction des organismes vivants avec leur milieu (environ 11 périodes) Exemples de questionnement pouvant donner lieu à une mise en situation

/ Quelles conditions devraient être réunies pour que le reboisement du Sahel soit un succès ? Quel est l’intérêt de ce genre d'intervention ? / Pourquoi certains présentent-ils l’Amazonie comme le poumon de la planète ? / Suffit-il d’interdire le commerce d’une espèce protégée pour en assurer la survie ? / D’où proviennent les composés organiques que nous utilisons comme combustibles (pétrole, gaz, charbon,... ) ? / …


/ Participer à un débat concernant le rôle que peut jouer une forêt dans l’absorption du dioxyde de carbone produit par l’activité humaine. (CG 2) / Participer à un débat sur l’intérêt de créer une réserve naturelle. (CG 2) / Expliquer pourquoi il est utile d’économiser les énergies fossiles. (CG 2) / ...


A éviter

/ S’attarder sur les aspects quantitatifs des flux de matière et d’énergie au sein des écosystèmes. / Etudier les différentes phases de la photosynthèse (phase claire et phase sombre).

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II. Thèmes axés sur la chimie Thème proposé : réactions chimiques et modèles de la matière (environ 9 périodes) Exemples de questionnement pouvant donner lieu à une mise en situation

/ Que se passe-t-il lorsqu’on met deux substances au contact l’une de l’autre ? / Quelles activités de la vie quotidienne à la maison (nettoyage, préparation des repas,…) ont un rapport avec la chimie ? / …


/ Mener une recherche historique sur différents modèles de la matière apparus au cours des siècles et les mettre en relation avec des phénomènes chimiques observés en classe ou à la maison. (CG 2) / Sur base de l’étude de quelques phénomènes, constituer des fiches de synthèse présentant les différents modèles de la matière étudiés. (CG 1) / …


A éviter

/ S’attarder sur les méthodes de séparation des mélanges (déjà abordées au 1er degré). / Parler du modèle atomique en couches de Bohr (qui sera vu en 4e).

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Thème proposé : classification de substances (environ 11 périodes) Exemples de questionnement pouvant donner lieu à une mise en situation

/ Quelles sont les catégories de produits disponibles en droguerie ou utilisés à la maison ? / Quels types de produits est-il recommandé de ramener au «coin vert» ? Pour quelles raisons ? / Comment est organisé le rangement des produits dans le laboratoire ? Selon quels critères ? / Quelles propriétés guident le choix d’un produit par rapport à l’usage qu’on va en faire ? / Quelle méthode a utilisé Mendeleiev pour élaborer son tableau ? / Comment se sont formés le charbon, le pétrole et le gaz naturel ? / …


/ Etablir des relations entre des produits utilisés à la maison ou à l’école à partir d’informations reprises sur les étiquettes en terme d’usage et de précautions. (CG 4) / Réaliser une recherche historique sur la découverte de l’une ou l’autre substance, l’usage qu’on en a fait, les critères selon lesquels elle a été classée. (CG 2) / …


Classification des corps constitutifs de la matière : métaux et non-métaux, composés organiques et minéraux.

•

Principales propriétés et usage de produits chimiques courants.

•

Chimie – sécurité – santé.


Associer la masse des atomes et des molécules à une masse de référence, celle d’un atome H.

•

Déterminer le nombre de protons, d’électrons et de neutrons composant un atome à partir de renseignements tirés du tableau périodique.

•

Distinguer, sur base de propriétés physiques, les corps à caractère plutôt métallique de ceux à caractère plutôt non métallique.

•

Distinguer expérimentalement les composés organiques et les composés minéraux.

•

Classer, sur base de leur formule chimique, les corps minéraux en acides, hydroxydes, sels et oxydes.

•

Nommer les acides, hydroxydes, oxydes et sels d’usage courant au vu de leur formule.

•

Donner des exemples d’utilisation dans la vie courante de certains corps (soude caustique, esprit de sel, ... ).

•

Interpréter un schéma du cycle du carbone (en lien avec la biologie).

A éviter

/ Nommer des composés contenant des groupements autres que (OH), (NO3), (SO4), (CO3) et (PO4). / Aborder des molécules complexes au niveau de la nomenclature. 2001


Thème proposé : un modèle de transformation de matières, l’équation chimique (environ 5 périodes) Exemples de questionnement pouvant donner lieu à une mise en situation

/ Les plantes comme la betterave fabriquent du sucre. Comment font-elles ? / Comment rendre compte des associations d’atomes avant et après une réaction chimique ? / Comment Lavoisier a-t-il montré les limites de la «théorie du phlogistique» ? / …


/ Rendre compte de phénomènes observés en écrivant des équations chimiques. (CG 1) / Confronter une représentation de la réaction chimique (proposée par la classe) avec la loi de conservation des masses. (CG 1) / …


A éviter

/ Aborder la loi de Proust. / Rechercher les produits d’une réaction à partir des réactifs. / Pondérer des équations de réactions fournissant plus de deux produits.

2001


III. Thèmes axés sur la physique Thème proposé : jeux de lumière (environ 13 périodes) Exemples de questionnement pouvant donner lieu à une mise en situation

/ Comment s’organise l’éclairage d’un plateau de théâtre ou d’une salle de concert ? / Comment obtenir des images à partir de miroirs, de lentilles, ... ? / Quels usages fait-on des miroirs ou des lentilles ? / Quels types de lentilles trouve-t-on dans les montures de lunettes ? / Par quelles couleurs passe un filament au fur et à mesure que sa température augmente ? / …


/ Rendre compte d’effets optiques observés dans la nature ou lors d’une utilisation artificielle de la lumière. (CG 1) / Décrire quelques techniques médicales en rapport avec la lumière. (CG 1) / Montrer la variété des types d’éclairage utilisés en fonction de l’objectif poursuivi : s’éclairer pour lire, créer une lumière d’ambiance, éclairer une route, éclairer en visant une économie d’énergie, attirer l’attention sur un message publicitaire,… (CG 1) / Décrire et expliquer la formation d’images produites par un instrument d’optique (un projecteur de diapositives ou un microscope par exemple). (CG 1) / Expliquer l’effet que produit un environnement donné (étang, vitre ...) sur un faisceau lumineux. (CG 1) / Réaliser un modèle réduit rendant compte des éclipses. (CG 1) / Rechercher d'éventuels changements de nos modes de vie induits par l'utilisation de fibres optiques. (CG 1) / …


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A éviter

/ Définir l’énergie à partir de la notion de travail. / Démontrer la formule des miroirs sphériques (cette démonstration peut se faire dans le cadre du cours de mathématique). / Envisager la loi de Snell (rapport des sinus). / S’attarder sur les défauts des miroirs sphériques ou des lentilles. / Faire appel au modèle de l’atome pour expliquer l’émission et l’absorption de lumière.

Thème proposé : sécurité lors de la pratique d’activités sportives ou professionnelles (environ 12 périodes) Exemples de questionnement pouvant donner lieu à une mise en situation

/ Quels sont les risques encourus lors de la pratique d’une activité sportive (escalade, plongée, gymnastique, voile, …) ? Comment les éviter ? Comment exprimer des conseils ou des interdictions en intégrant les principes de physique qui les justifient ? / Augmente-t-on la stabilité d'une table en multipliant le nombre de pieds ? / Jusqu’à quelle profondeur peut descendre un humain en plongée ? / Pourquoi a-t-on mal aux tympans quand on plonge en apnée ? / Comment expliquer l'ascension d'un ballon gonflé à l'hélium ? / Pourquoi une aile d’avion est-elle bombée dans sa partie supérieure et plane dans sa partie inférieure ? / Pourquoi est-il demandé aux gens de s’écarter du bord du quai quand un train passe à grande vitesse ? / …


/ En collaboration avec le cours d’éducation physique, établir les relations entre une série d’observations relevées lors d’activités de plongée en piscine et des principes de physique. (CG 1) / Par l'exploitation ou l'utilisation de principes de physique, justifier les attitudes qui permettraient d'éviter certains accidents (rupture de câble, apnée prolongée, chute lors d'escalade, non-respect des paliers de plongée, …). (CG 3) / …

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A éviter

/ Utiliser la notion de moment de forces. / Réaliser des études de mouvements.

2001


Réactions chimiques et enzymatiques

Tâche proposée: modéliser la synthèse ou le fractionnement de l’une ou l’autre substance organique. (Modéliser diverses formes de la matière constitutive du vivant et du non-vivant)

Quelles transformations chimiques subissent les aliments que nous ingurgitons ?

Eléments d’éthologie y compris ceux de l’espèce humaine

Alimentation et nutrition humaine

(Expliquer des attitudes préventives pour sauvegarder son patrimoine santé)

Tâche proposée: rédiger une série de conseils liés à une alimentation équilibrée et les confronter à ceux diffusés par des médias.

Comment vérifier si une alimentation correspond aux besoins énergétiques d’une personne ? Quand un régime alimentaire est-il nécessaire ? Comment surveiller son déroulement ?

CG 4.- Formuler des questions ou des hypothèses en vue de sauvegarder son patrimoine santé.

En quoi la publicité influence-t-elle notre alimentation ? En quoi le mode culturel d’une société influence-t-il les comportements vis-à-vis de l’alimentation ?

(Expliquer l’impact écologique de la consommation)

Tâche proposée: analyser le comportement de différents individus ou sociétés vis-à-vis de leurs modes alimentaires.

Mise en situation du thème: rendre compte de problèmes posés par une alimentation trop riche (ou carencée) dans le cadre d’une réflexion sur la répartition des ressources alimentaires au niveau planétaire.

Comment interpréter les informations reprises sur l’étiquette d’un produit alimentaire ? Quelles sont les principales sources de glucides, de lipides et de protides dans notre alimentation ?

(Modéliser diverses formes de la matière constitutive du vivant et du non-vivant)

Nature et rôle de quelques composés biochimiques simples: glucides, lipides, protides Tâche proposée: comparer les apports alimentaires d’une journée avec ceux nécessaires à l’organisme.

Exemple de panorama pédagogique: une alimentation équilibrée

IV. Présentation intégrée des thèmes

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Notion d’ions

Tâche proposée: repérer, sur une étiquette de bouteille d'eau minérale, différents ions et rechercher, dans le tableau périodique, les atomes correspondants. (Modéliser diverses formes de la matière constitutive du vivant et du non-vivant)

Pourquoi les symboles atomiques sont-ils parfois accompagnés d’un signe + ou d’un signe - ?

Modèle cellulaire à partir du microscope photonique

La cellule, unité du fonctionnement de la vie

Le microscope

(Modéliser un objet technique domestique)

Tâche proposée: observer un microscope et sur base d’un plan, expliquer le rôle de ses différentes parties.

Comment fonctionne un microscope ? Comment déterminer le grossissement utilisé ?

CG 1.- Modéliser, dans le cadre d’une discipline scientifique, une technologie ou un phénomène courant en tenant compte éventuellement d’aspects techniques, sociaux, économiques ou culturels.

Comment les biologistes en sont-ils arrivés à considérer que les organismes vivants sont constitués de cellule(s) ? Quels renseignements sur les cellules nous apporte une observation au microscope photonique ?

(Modéliser diverses formes de la matière constitutive du vivant)

Tâche proposée : dessiner quelques cellules à partir d’une coupe transversale dans une feuille.

Mise en situation du thème: imaginer des modèles pour rendre compte de l’entrée et de la circulation de l’eau dans une plante et les mettre en relation avec des techniques de jardinage.

Quelles sont les observations ou les expériences qui permettent de comprendre comment une plante se nourrit à partir de son substrat ? En quoi l’usage d’un modèle influence-t-il des technologies ou des pratiques ?

Tâche proposée: raconter quelques étapes de l'évolution du modèle de la nutrition végétale en montrant les aspects nouveaux pour l’époque et les limites auxquelles ces modèles se sont heurtés par la suite. (Utiliser une démarche scientifique pour appréhender un phénomène naturel)

Historique du modèle de la nutrition végétale

Exemple de panorama pédagogique: l’absorption d’eau et de sels minéraux par les plantes

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Respiration

Tâche proposée: mener une recherche historique sur le concept de respiration (travaux de Lavoisier, ...). (Evaluer l’impact de découvertes scientifiques et technologiques sur notre mode de vie)

Quelles sont les conditions d’hygiène favorisant une bonne respiration ?

D’où provient le CO2 produit par notre respiration ?

CG 2.- Réaliser une recherche documentaire en vue de participer à un débat sur une question scientifique historique ou d’actualité.

Flux de matière et d’énergie au sein d’un écosystème Cycle du carbone

(Modéliser la Terre comme un tout fonctionnel)

Tâche proposée: réaliser un schéma montrant la circulation du carbone à l’intérieur d’un écosystème.

Sous quelles formes se présente l’énergie dans un biotope ? Quelles substances sont échangées entre les vivants ?

Mise en situation du thème: participer à un débat concernant le rôle que peut jouer une forêt dans l’environnement (notamment dans l'absorption du dioxyde de carbone produit par l’activité humaine).

Quels genres de réactions produisent du CO2 ?

Quels facteurs favorisent l’absorption du dioxyde de carbone ?

Quel type de lumière les plantes utilisentelles ?

(Utiliser une démarche scientifique pour appréhender un phénomène naturel)

(Utiliser une démarche scientifique pour appréhender un phénomène naturel)

Comment reconnaître un composé organique ?

Tâche proposée: analyser un graphique de l’absorption de la lumière par la chlorophylle.

Lumière

Tâche proposée: rendre compte d’expériences mettant en évidence la présence de C ou de CO2 .

Composés organiques

En quoi le CO2 est-il utile aux plantes ?

Tâche proposée: rendre compte de résultats expérimentaux concernant les facteurs de croissance des plantes. (Utiliser une démarche scientifique pour appréhender un phénomène naturel)

Photosynthèse

Exemple de panorama pédagogique: l’interaction des organismes vivants avec leur milieu

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Symboles atomiques Formules chimiques

Tâche proposée: dresser une liste de substances familières, en précisant dans quel contexte on en a entendu parler, et établir la relation avec une série de formules chimiques. (Evaluer l’impact de découvertes scientifiques et d’innovations technologiques sur notre quotidien)

Quelles sont les formules chimiques de substances que nous employons habituellement ? Que signifie une formule chimique ? Comment s’aider de dessins ou d’objets pour se représenter des molécules ?

En quoi les modèles des alchimistes étaient-ils différents des modèles qui les ont suivis ?

A quoi correspondent les mots proton, neutron, électron ?


Quels critères permettent d’affirmer qu’une substance est pure ?

Comment des substances peuvent-elles devenir d’autres substances ?

Evolution du modèle atomique jusqu’à celui de Chadwick


Tâche proposée: comparer les modèles de l’atome en mettant en évidence leurs aspects complémentaires ou contradictoires.

Mise en situation du thème: rendre compte de phénomènes chimiques observés en classe ou à la maison à partir de différents modèles apparus au cours de l’histoire de la chimie.

Quelles observations indiquent la formation de nouvelles substances ?


Tâche proposée : rendre compte des phénomènes observés : dissolution, synthèse, décomposition.

Modèles moléculaire et atomique de la matière

Notion de réactivité

Tâche proposée: mettre en évidence la formation de nouvelles substances lors d’un phénomène chimique. (Utiliser une démarche scientifique pour appréhender un phénomène naturel)

Mélange et corps pur

Distinction entre mélange et réaction chimique

Exemple de panorama pédagogique: réactions chimiques et modèles de la matière

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Tâche proposée: à partir de l’analyse de différents noms et des formules chimiques correspondantes, rédiger 7 fiches expliquant les règles de nomenclature.

Nomenclature conventionnelle des composés minéraux

Ecriture de formules chimiques Distinction des oxydes, acides, hydroxydes et sels

Comment retrouver le nom d’une substance sur base de sa formule chimique ?

Tâche proposée: sur base des noms de quelques substances, identifier les éléments ou groupements qui les composent pour écrire leur formule chimique et les regrouper par similitude. (Modéliser diverses formes de la matière constitutive du vivant et du non-vivant)

Comment écrire une formule chimique à partir du nom d’une substance ? Comment, sur base de sa formule chimique, classer un corps ?

D’où vient l'expression « composés organiques » ?

Que reste-t-il dans la classe si on supprime tous les composés organiques ?

Tâche proposée: parmi une liste de substances utilisées dans divers domaines et secteurs d’activité, identifier celles qui, d’après leur origine, sont susceptibles de contenir du carbone. (Modéliser diverses formes de la matière constitutive du vivant et du non-vivant)

Composés organiques

Principales propriétés et usages des produits courants

Tâche proposée: classer une série de substances d’après leur usage ou les précautions qu’elles nécessitent et rechercher s’il y a des similitudes avec leur classification selon les critères des chimistes. (Intégrer des règles de sécurité et/ou d’hygiène dans des comportements)

Existe-t-il des précautions particulières à prendre pour certaines catégories de substances chimiques ? Les substances regroupées dans une même catégorie sont-elles équivalentes ?

CG 3.- Utiliser à bon escient des notions scientifiques de base pour justifier des règles de sécurité et d’hygiène à mettre en œuvre dans une situation de la vie quotidienne.

Quels usages fait-on des métaux ? Quelles propriétés des métaux justifient leur utilisation dans les câbles électriques, l’aviation, les batteries de cuisine, ... ?

Tâche proposée: à partir de ses utilisations, dresser le profil type d’un métal et confronter ce profil à un échantillonnage de métaux et de non-métaux. (Evaluer l’impact de découvertes scientifiques et d’innovations technologiques sur notre mode de vie)

Distinction de métaux et de non-métaux

Mise en situation du thème: classer des produits utilisés à l’école ou à la maison à partir d’informations reprises sur les étiquettes afin de les utiliser à bon escient, tout en respectant les règles de sécurité.

Comment justifier l’attribution d’une case pour un élément ?

Quels critères ont permis aux chimistes de classer les éléments ?

Tâche proposée: appliquer à quelques éléments la méthode utilisée par Mendeleiev pour établir le tableau périodique. (Utiliser une démarche scientifique pour appréhender des phénomènes naturels)

Histoire de l’une ou l’autre théorie scientifique Classification périodique des éléments

Exemple de panorama pédagogique: classification de substances

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Mise en situation du thème: confronter l’une ou l’autre représentation de la réaction chimique proposée par la classe avec la loi de la conservation des masses.

En quoi la loi de la conservation des masses a-t-elle bouleversé des idées qui avaient cours au XVIIIe siècle ?

Pourquoi certains considèrent-ils Lavoisier comme le « père» de la chimie moderne ?


Comment rendre compte d’une réaction chimique ? Que signifie une équation chimique ?


Tâche proposée: pour une série de réactions chimiques dont les réactifs et les produits sont identifiés, écrire, pondérer et lire l’équation chimique correspondante.

Tâche proposée: montrer les limites de la « théorie du phlogistique » lorsqu’elle est confrontée à la loi de conservation des masses.

(Utiliser une démarche scientifique pour appréhender des phénomènes naturels, des processus technologiques)

Ecriture et lecture atomique et/ou moléculaire d’équations chimiques

Loi de Lavoisier

Exemple de panorama pédagogique: un modèle de transformation de matières, l’équation chimique

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Instruments d’optique


(Utiliser une démarche scientifique pour appréhender des processus technologiques)

Réfraction

Tâche proposée: observer un appareil d’optique et, sur base d’un plan, expliquer le rôle de différentes parties.

Comment orienter un miroir pour diriger la lumière ? Quels sont les usages des miroirs déformants ? Comment obtenir ces effets ? Peut-on regarder à l’aide d’un miroir sans être vu ?

(Utiliser une démarche scientifique pour appréhender des processus technologiques)

Tâche proposée : expliquer comment il est possible d’obtenir des images à partir de miroirs ou de guider la lumière par réflexion.

Réflexion, fibres optiques

Décomposition de la lumière

(Utiliser une démarche scientifique pour appréhender des phénomènes naturels)

Tâche proposée: décrire les conditions permettant d’obtenir une décomposition de la lumière à partir d’une source lumineuse et d’un aquarium.

Comment se forme un arc-en-ciel ? Quels effets produit un prisme sur la lumière ? Y a-t-il des lumières « invisibles » ?


Comment fonctionne un projecteur de diapositives ou un microscope ? A quelles conditions une image est-elle perceptible sur un écran ?

Tâche proposée: décrire, suivant les conditions d’utilisation de différentes lentilles, le type d’image obtenue.

Comment expliquer qu’un objet apparaisse brisé dans l’eau ? A quelle distance d’une lentille faut-il placer un objet en fonction du type d’image souhaitée ? Pourquoi certaines images sont-elles floues ?

Mise en situation du thème : rendre compte d’effets optiques (ombres, couleurs, images,…) observés dans la nature ou lors d’une utilisation artificielle de la lumière.

Dans quelles conditions la lumière est-elle visible ? Comment fonctionne un œil ? Qu’est-ce qu’un œil myope, un œil presbyte, un œil hypermétrope ? Comment choisir entre des lunettes, des lentilles de contact ou une opération ?

(Modéliser l’une ou l’autre technologie médicale)

(Evaluer l’impact d’innovations technologiques)

Quelles sont les sources lumineuses utilisées actuellement ? Depuis quand en disposonsnous ? Quels sont les phénomènes qui permettent de produire de la lumière ? Quels services nous rend la lumière ?

Tâche proposée : expliquer des moyens qui permettent de corriger différents défauts de la vision.

L’œil, ses défauts, ses corrections

Tâche proposée : comparer les consommations journalières d’énergie pour éclairer la maison suivant qu’on est en hiver ou en été.

Les sources lumineuses

Exemple de panorama pédagogique: jeux de lumière

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Exemple de panorama pédagogique: sécurité lors de la pratique d’activités sportives ou professionnelles

2.3. Cours de 4e année I. Thèmes axés sur la biologie Thème proposé: l’ultrastructure cellulaire, siège du fonctionnement du vivant (environ 13 périodes) Exemples de questionnement pouvant donner lieu à une mise en situation

/ Comment un muscle se contracte-t-il ? / Comment un os peut-il être à la fois si dur et vivant ? / Quelles structures cellulaires permettent le mouvement ? / Comment expliquer des maladies comme le cancer, le sida ou le paludisme à partir de dysfonctionnements cellulaires ? / …


/ Rendre compte d’informations médicales diffusées au travers de divers médias concernant le diagnostic d’un cancer en utilisant un certain nombre de concepts propres à la structure cellulaire. (CG 4) / Elaborer un modèle simple montrant comment la cellule se nourrit et comment elle élimine ses déchets. (CG 1) / …


•

La cellule comme unité de fonctionnement de la vie, y compris la synthèse des protéines. Description et prévention de troubles de la santé.


Décrire la structure et le rôle des principaux organites cellulaires observables au microscope électronique.

•

Modéliser les structures de l’ADN et de l’ARN.

•

Modéliser les étapes principales de la biosynthèse d’une protéine.

•

Décrire les mécanismes d’endocytose et d’exocytose.

•

Elaborer un modèle simple du fonctionnement d’un rein.

A éviter

/ Décrire et représenter les structures biochimiques des différents organites. / Etudier la structure biochimique de l’ADN et de l’ARN. / S’attarder sur la structure morphologique et histologique des reins.

2001


Thème proposé: les mécanismes de la multiplication cellulaire (environ 12 périodes) Exemples de questionnement pouvant donner lieu à une mise en situation

/ Les mécanismes de reproduction sont-ils identiques dans le règne animal et dans le règne végétal ? / Comment se fait-il que lors de la fécondation, le nombre de chromosomes ne double pas ? / Quels types de malformation peut-on détecter en observant des chromosomes ? / …


/ Formuler des problèmes éthiques à propos du clonage humain à partir de l’analyse d’articles scientifiques et de la structuration des concepts qui y sont développés. (CG 2) / Repérer les caractéristiques des différentes phases de la mitose à l’aide d’une vidéo. (CG 1) / Décrire des coupes ou des photos représentant des cellules reproductrices humaines. (CG 1) / …


Sexualité et reproduction.


Décrire et schématiser les grandes caractéristiques morphologiques de la mitose et de la méiose. Faire apparaître le caractère arbitraire de leur division en différentes phases.

•

Décrire et schématiser la gamétogenèse.

•

Utiliser à bon escient les concepts de caryotype, de cellule haploïde et de cellule diploïde.

A éviter

/ Différencier le mécanisme des mitoses animale et végétale. / Nommer et détailler les différentes parties de la prophase de première méiose et aborder la notion de crossing-over.

2001


II. Thèmes axés sur la chimie Thème proposé: les transformations de la matière, partie intégrante de notre quotidien (environ 9 périodes) Exemples de questionnement pouvant donner lieu à une mise en situation

/ Comment le gaz responsable du gonflement d’un airbag est-il produit lors d’un choc violent ? / Le gaz produit dans le «blouson airbag», assurant la protection des motocyclistes, est-il le même que celui produit dans les airbags conçus pour les automobiles ? / Pour quelle raison les acides rendent-ils le ciment poreux ? / Qu’est-ce qu’une dose létale ? / Pourquoi utiliser du vinaigre blanc pour enlever les taches dues au calcaire sur les robinets d’une salle de bain ? / …


/ Réaliser une fiche technique sur le fonctionnement des airbags. (CG 1) / Débattre de l’impact du dispositif de l’airbag sur le plan de la sécurité : avantages et dangers en cas de dysfonctionnement. (CG 2) / Sur base de la fiche signalétique d’un ciment, découvrir sa composition afin d’expliquer pourquoi ce matériau est attaqué par les acides. (CG 3) / Préparer une solution de concentration donnée, du sérum physiologique par exemple. (CG 1) / …


•

Niveaux de maîtrise

Transformation et utilisation des • substances: éléments de chimie générale, de chimie minérale, y • compris quelques applications dans divers domaines et secteurs d’activités.

Utiliser à bon escient les concepts suivants: nombre d’Avogadro, mole, masse molaire et volume molaire.

Solutions aqueuses et notions de concentration d’une solution.

•

Convertir des moles en unités de masse et de volume (CNTP).

•

Exprimer la concentration d’une solution en mol/L et en g/L en vue de préparer une solution de concentration donnée.

•

Gaz parfait.

•


Lire et traduire une équation chimique en termes de mole et résoudre des exercices stœchiométriques liés à la vie quotidienne ou à des transformations chimiques réalisées en classe.

A éviter

/ Aborder des problèmes avec excès ou défaut de réactifs ou des problèmes qui comportent plus d’une réaction. / Envisager la concentration d’une solution en degré ou en pour cent (vue en 5e). / Utiliser la notion de gaz parfait dans un autre cadre que celui du calcul du volume molaire.

2001


Thème proposé: un modèle de l’atome, une longue découverte… (environ 5 périodes) Exemples de questionnement pouvant donner lieu à une mise en situation

/ Lors d’un feu d’artifice, comment l’artificier fait-il pour obtenir une couleur déterminée ? / Pourquoi certains éclairages produisent-ils une lumière orange alors que d'autres produisent une lumière bleue ? / Qu’est-ce que le carbone 14 ? Et à quoi sert-il ? / Qu’est-ce qu’un nucléon ? / …


/ Par une démarche historique et l'utilisation de logiciels, découvrir différents modèles de l’atome et les confronter aux phénomènes chimiques observés en classe. (CG 2) / Observer les spectres de flamme de quelques sels chauffés ou de quelques éléments métalliques et interpréter les observations sur base de documents historiques décrivant le modèle de Bohr. (CG 1) / Réaliser une brochure ou un article de presse (pour une parution interne à l’école) sur l’usage des isotopes dans des domaines tels que la médecine, l’archéologie, la géologie, l’agronomie ou le nucléaire. (CG 2) / …


A éviter

/ Parler d’autres nombres quantiques que le nombre quantique principal n. / Envisager la décroissance radioactive.

2001


Thème proposé : de l’atome aux édifices chimiques (environ 5 périodes) Exemples de questionnement pouvant donner lieu à une mise en situation

/ Pour quelle raison utilise-t-on l’hélium dans les dirigeables et les ballons-sondes au lieu du dihydrogène moins coûteux et plus léger ? / Pourquoi l’argon est-il un gaz monoatomique alors que le dichlore est diatomique ? / Quelle est l’espèce chimique responsable de l’odeur de menthe ou de l’odeur de banane ? / L’odeur des framboises évoque celle de l’herbe fraîchement coupée, est-ce un hasard ? / …


/ Connaissant les règles du duet et de l’octet, reproduire, à l’aide de modèles éclatés et de modèles compacts, les représentations spatiales de molécules simples (H2, N2, O2, HCl, H2O, CH4, NH3, CO2) illustrées sur des photographies. (CG 1) / …


Liaison chimique.

•

Interactions entre ions.

•

Eléments de chimie minérale et de chimie organique.

•

Fonctions chimiques.


Appliquer les règles du duet et de l’octet dans des composés binaires.

•

Distinguer les composés ioniques des composés covalents.

•

Représenter selon le modèle de Lewis quelques molécules simples, issues de la chimie minérale et de la chimie organique.

•

Prévoir la géométrie de la molécule d’eau.

•

Vérifier la tétravalence du carbone dans les composés organiques.

•

Identifier les groupements fonctionnels suivants: alcène, acide carboxylique, alcool, aldéhyde, cétone et ester.

A éviter

/ Evoquer les exceptions aux règles de l'octet. / Aborder la liaison semi-polaire et la liaison coordinative.

2001


III. Thèmes axés sur la physique Thème proposé : la description de mouvements (environ 7 périodes) Exemples de questionnement pouvant donner lieu à une mise en situation

/ Comment représenter un voyage sur un graphique de la position en fonction du temps ? / Nous disposons expérimentalement de quelques points du graphique d'un mouvement. Est-il pertinent de les joindre par une ligne brisée ? Si nous disposions de tous les points de ce graphique, présenterait-il des angles ou des zigzags ? / L'unité correcte de vitesse est-elle le «kilomètre-heure», le «kilomètre par heure» ou le «kilomètre à l'heure» ? / Peut-on dire qu'une voiture va vite si elle atteint le 100 km/h en 6 secondes ? / Quel est l'ordre de grandeur de l'accélération d'un escargot, d'un coureur de 100 m, d'une voiture de formule 1, d'une fusée,… ? / Comment pourrait-on décrire le mouvement de chute (libre) d'un objet ? / Le Soleil tourne-t-il autour de la Terre ? / …


/ Sélectionner les graphiques qui décrivent au mieux des mouvements observés par chronophotographie. (CG 1) / A partir d'un graphique de la position en fonction du temps, déterminer l'évolution de la vitesse et de l'accélération d'un mobile. (CG 1) / Etudier expérimentalement le mouvement d'une bulle dans un tube rempli d'eau ou le mouvement d'un chariot sur un plan incliné par exemple. Induire les lois qui rendent compte de ces phénomènes. (CG 1) / …


Mouvements.

•

Chute des objets.

•

Sécurité routière: distance de freinage.

•

Trajectoire, vitesse, accélération, tracés et exploitations de graphiques.


Distinguer les notions de vitesse moyenne, de vitesse instantanée, d’accélération et de décélération.

•

Utiliser les lois des mouvements rectilignes.

•

Justifier la construction du système international d'unités, et retrouver les liens avec les unités usuelles.

•

Analyser des graphiques position-temps, vitesse-temps.

•

Justifier la notion de relativité d'un mouvement.

/ Etudier des mouvements dans le plan. / Utiliser le caractère vectoriel des grandeurs étudiées.

2001


Thème proposé : l'explication de mouvements (environ 7 périodes) Exemples de questionnement pouvant donner lieu à une mise en situation

/ Pourquoi cherche-t-on à minimiser les frottements dans les moyens de transport ? / Quel est le rôle des moteurs d'une fusée lorsque celle-ci ne subit plus l'attraction terrestre ? / Quels sont les utilités et les dangers d'une ceinture de sécurité ou d'un airbag ? / La chute libre est-elle d'autant plus accélérée que les objets sont massifs ? / Quelle est l'importance de la force à exercer sur une balle de bowling, un vélo ou une automobile pour les faire démarrer ? / Est-il possible de changer de vitesse instantanément, par exemple si l'inclinaison de la trajectoire change brusquement ? / …


/ Réaliser une étude historique de l'évolution des théories sur l'inertie. (CG 2) / Concevoir un dispositif où un objet se trouverait dans une situation idéale, comme s'il n'y avait pas de frottements. (CG 1) / Participer à une étude expérimentale conduisant à la loi fondamentale de la mécanique. (CG 1) / Trouver les paramètres utilisés pour exprimer la qualité d'un pneu. (CG 2) / …


Pesanteur et chute des objets.

•

Forces et mouvements.

•

Frottements.

•

Histoire de l'une ou l'autre théorie scientifique en rapport avec son contexte et les débats qui l'ont accompagnée.

•

Sécurité routière : pression des pneus, freins.


Interpréter des phénomènes observés ou issus de la vie courante à la lumière des trois lois de Newton.

•

Elaborer la définition du newton.

A éviter

/ Etudier des mouvements dans le plan. / Utiliser le caractère vectoriel des grandeurs étudiées. / Etudier la loi d'attraction universelle.

2001


Thème proposé : énergies et mouvements (environ 6 périodes) Exemples de questionnement pouvant donner lieu à une mise en situation

/ Que mesurent les kilowatts caractérisant les automobiles ? / Quel est l'intérêt des retenues d'eau en montagne ? / Quelles énergies et quelles forces entrent en jeu lorsqu'on enfonce un clou ? lorsqu'on le retire au pied-de-biche ?… / Quelles énergies et quelles forces entrent en jeu lors d'un freinage ? / …


/ Etablir expérimentalement le lien entre forces et distances parcourues dans quelques machines simples utilisées en pratique (leviers, pinces, cric,…) ainsi que le lien entre ces caractéristiques physiques et un bon usage de ces outils. (CG 1) / Mettre en évidence les lois physiques intervenant dans des éléments de la sécurité active d'une automobile comme la déformabilité, l'airbag, la ceinture de sécurité, l'appuie-tête, les freins, les pneus, l'ABS. Quelles sont les différences entre une voiture et un poids lourd à ce niveau ? (CG 3) / …

Savoirs et niveaux de maîtrise Savoirs


•

Travail.

•

Utiliser de manière cohérente les unités S.I. des grandeurs vues.

•

Puissance.

•

Distinguer différentes formes d’énergie potentielle.

•

Energie mécanique.

A éviter

/ Etudier la transformation de chaleur en énergie mécanique. / Introduire un cosinus dans la définition du travail.

2001


IV. Thème axé sur la chimie et la physique Thème proposé: structure et propriétés de la matière, aspects chimiques et physiques (environ 10 périodes) Exemples de questionnement pouvant donner lieu à une mise en situation

/ Comment expliquer que la mine d’un crayon se clive toujours dans le même sens ? Pourquoi le diamant est-il si dur ? / Quelle est la propriété du cuivre qui le rend bon conducteur de l’électricité ? / Certains solides se plient facilement (plomb, zinc, …), d’autres se cassent dès qu’on cherche à les plier un peu fortement (verre, porcelaine): d’où provient cette différence de comportement ? / Pour quelle raison ne remplit-on pas, à ras bord, une bouteille d'eau placée au congélateur ? / Pourquoi, à température et à pression ordinaires, l’eau est-elle liquide et le dioxyde de carbone, gazeux ? / De quelle manière un fin filet d'eau est-il dévié au voisinage d'un corps chargé électriquement ? / Comment se fait-il qu’un liquide comme l’éther, versé sur la main, donne une sensation de froid ? / Pourquoi l’air d’une pompe à vélo s’échauffe-t-il lorsqu’on le comprime ? / Quelle est l’utilité de mesurer les températures de l’air sous abri ? / Pour quelle raison interdit-on de jeter des vieilles bombes aérosol dans un feu ? / …


/ L’originalité de la planète Terre est d’être recouverte aux deux tiers d’eau. Montrer que ce liquide a des propriétés exceptionnelles. (CG 1) / Elaborer un tableau de synthèse présentant une comparaison entre composés covalents et composés ioniques. (CG 2) / Elaborer un raisonnement argumenté permettant d’expliquer le schéma de fonctionnement d’un réfrigérateur. (CG 1) / Evaluer les dangers d’une mauvaise utilisation ou d’un mauvais fonctionnement d’une soupape de sécurité d’un autocuiseur à l’aide de notices de sécurité. (CG 2) / Situer dans le temps, le moment où l’on a établi une distinction entre les notions de chaleur et de température. (CG 2) / Observer la diffusion d’un colorant dans un liquide. (CG 1) / …

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•

Structure et propriétés.

•

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Cohésion de la matière : interactions entre molécules et/ou ions.

Prévoir l'une ou l'autre propriété physique d'une substance en fonction de sa structure moléculaire.

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Expliquer les comportements des matériaux en fonction de la température et de l’agitation moléculaire.

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•

Faire la distinction entre liaisons intra- et intermoléculaires.

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Changements d’état, dilatation.

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Forces électriques et cohésion.

•

Température et énergie thermique.

A éviter

/ Envisager la forme dans l'espace de molécules ou ions présentant plus de 2 sortes d’atomes. / Aborder, de manière quantitative, la force de Coulomb, les dilatations et la calorimétrie.

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Equilibre générale de l’organisme

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La synthèse des protéines


Tâche proposée : schématiser les grandes étapes de la transcription et de la traduction d’une protéine.

Comment le message nécessaire à la synthèse d’une protéine est-il transmis de l’ADN du noyau aux ribosomes situés dans le cytoplasme ?

CG 1.- Modéliser, dans le cadre d'une discipline scientifique, une technologie ou un phénomène courant en tenant compte éventuellement d'aspects techniques, sociaux, économiques ou culturels.

Pourquoi est-il conseillé de boire jusqu’à un litre et demi d’eau par jour ?

Peut-on vivre avec un seul rein ?

Tâche proposée : interroger une personne-ressource sur le pourquoi et le comment d’une dialyse. (Evaluer l’impact de découvertes scientifiques et d’innovations technologiques sur notre quotidien)

Mise en situation du thème : s’appuyer sur des concepts du niveau cellulaire pour expliquer le mécanisme de fonctionnement d’une sécrétion.

Quels sont les différents mécanismes d’échanges de substances entre une cellule et son milieu extérieur ?

Quel est le rôle rempli par les principaux organites de la cellule ?

Tâche proposée : reconstituer le puzzle de la photographie d’une cellule prise au microscope électronique en y repérant les principaux organites. (Modéliser diverses formes de la matière constitutive du vivant)

Ultrastructure de la cellule

Exemple de panorama pédagogique: l’ultrastructure cellulaire, siège du fonctionnement du vivant

V. Présentation intégrée des thèmes

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Mise en situation du thème : expliquer les inconvénients liés à l’utilisation des antimitotiques dans les traitements contre le cancer.

Quel lien y a-t-il entre mitose et cancer ?

Quelles sont les conséquences différentes d’une multiplication cellulaire par mitose ou d’une multiplication cellulaire par méiose ?

Tâche proposée : réaliser un tableau comparatif entre la spermatogenèse et l’ovogenèse sur base de données fournies par un schéma ou dans un texte.

Tâche proposée : reconnaître sur une photographie ou sur des schémas les principales phases d’une mitose ou d’une méiose et les replacer dans un ordre chronologique tout en justifiant ses choix. (Modéliser diverses formes de la matière constitutive du vivant)


Est-il possible de créer un nouvel organisme humain sans spermatozoïde ni ovocyte ?

Quelles différences peut-on identifier entre la spermatogenèse et l’ovogenèse ?


La gamétogenèse

La multiplication cellulaire

Exemple de panorama pédagogique: les mécanismes de la multiplication cellulaire

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Comme le nitrure de sodium est toxique, comment peut-on simuler, au laboratoire, le fonctionnement d’un airbag ?

Tâche proposée : à partir d’expériences réalisées sur diverses concentrations d’acides, montrer que la quantité de gaz produit est liée à la concentration en acide. (Utiliser une démarche scientifique pour ) appréhender des phénomènes naturels Concentration d’une solution

Comment peut-on produire, plus rapidement, le dégagement gazeux ?

Tâche proposée : analyser divers documents et relever les avantages et les inconvénients de l’airbag. (Modéliser une technologie domestique)

Quels renseignements concernant l’airbag trouve-t-on sur les fiches techniques des constructeurs automobiles ?

Mise en situation du thème : réaliser une fiche technique sur le fonctionnement d’un airbag reprenant le principe, les avantages, les dangers en cas de dysfonctionnement et débattre de l’impact de ce dispositif sur le plan de la sécurité.

Quelle est la transformation chimique à l’origine de la production du gaz qui gonfle l’airbag ?


Tâche proposée : à l’aide de réactifs du laboratoire et de matériel usuel, mettre au point un dispositif qui simule le gonflement d’un airbag.

Tâche proposée : à partir de documents (article scientifique, site Internet,…), retrouver l’équation chimique qui est à l’origine du dégagement gazeux produit dans un airbag.

(Expliquer les notions de base concernant l’utilisation d’un appareil domestique)

Notion de transformation chimique et utilisation des substances

Notion de transformation chimique et écriture d’équations

Exemple de panorama pédagogique: les transformations de la matière, partie intégrante de notre quotidien

Tâche proposée : réaliser une fiche identifiant des dangers possibles de l’airbag. (Expliquer les notions de base concernant la maintenance et les règles de sécurité d’un appareil domestique)

L’airbag peut-il présenter un danger lors d’un accident ?


Comment estimer le volume de gaz produit ?

(Utiliser une démarche scientifique pour appréhender des phénomènes naturels)

Tâche proposée : mesurer le volume de gaz obtenu et en estimer le nombre de moles.

Volume molaire

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Constitution de l’atome

Tâche proposée : observer les spectres de flamme de quelques sels chauffés ou de quelques éléments métalliques. (Modéliser diverses formes de la matière constitutive du non-vivant)

Pourquoi certains éclairages d’autoroute produisent-ils une lumière orange alors que d’autres produisent une lumière bleue ? Lors d’un feu d’artifice, comment l’artificier fait-il pour obtenir une couleur déterminée ?

Mise en situation du thème : par une démarche historique et l’utilisation de logiciels, découvrir différents modèles de l’atome et les confronter aux phénomènes chimiques observés en classe.

Quel modèle de l’atome existait au temps des Grecs, au MoyenAge, au XVIII° siècle, au début du XX° siècle et maintenant ?


Histoire de l’une ou l’autre théorie scientifique en rapport avec son contexte et les débats qui l’ont accompagnée Tâche proposée : consulter un ensemble de documents (articles, Internet,...) en vue d’élaborer une ligne du temps qui retrace les divers modèles de l’atome.

Exemple de panorama pédagogique: un modèle de l’atome, une longue découverte …

Exemple de panorama pédagogique: de l’atome aux édifices chimiques 2001


Exemple de panorama pédagogique: la description de mouvements

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Exemple de panorama pédagogique: l’explication de mouvements 2001


Exemple de panorama pédagogique: énergies et mouvements

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Exemple de panorama pédagogique: structure et propriétés de la matière, aspects chimiques et physiques

3. Cours de sciences de deuxième niveau (5 périodes par semaine)

3.1. Présentation générale Afin d’exercer les compétences générales définies plus haut (pages 16 à 19), il convient de proposer à l’élève des situations susceptibles de le motiver. Le programme propose donc, pour chaque thème, des exemples de questionnement permettant de susciter imagination et curiosité au départ d’une séquence d’apprentissage. Quelques-uns de ces questionnements, traduits en langage «élève», proposent à travers des mises en situation porteuses de sens, des tâches à réaliser ou des défis à relever propres à mettre l’élève en recherche. C'est de cette manière, en effet, que l'élève mobilisera au mieux ses capacités, percevra les limites de ses propres représentations et se mettra en quête de nouvelles. A la suite de l'énoncé de chaque mise en situation figure entre parenthèses la référence à une compétence générale (chaque professeur peut, évidemment, en envisager une autre).

Ce programme prend comme référence les compétences terminales de sciences générales. Les tableaux reprennent donc, pour chaque thème, l’énoncé des compétences spécifiques et des savoirs concernés figurant dans le document des compétences terminales. C’est le contenu de ces tableaux qui fera l’objet de la certification dans la perspective de la maîtrise de compétences. Cependant, une clarification est utile concernant certains savoirs et compétences: c’est l’objet de la rubrique «Explicitations concernant certains savoirs et compétences spécifiques». Suit alors la rubrique «Ne pas aborder à ce stade» dans laquelle figurent les contenus estimés inadéquats. Cependant, s’il est évident que ces contenus ne doivent faire l’objet ni de développements ni d’évaluations, il est souhaitable qu’un enseignant s’autorise à en parler à l’occasion d’un questionnement d’élève par exemple. Une dernière rubrique fait état de quelques liens possibles avec d’autres disciplines.

Les 6 compétences générales sont ici une synthèse des 9 compétences scientifiques des sciences générales telles qu’elles figurent dans le document des compétences terminales. Chaque professeur est invité à les envisager dans la perspective de leur maîtrise par les élèves. S’il n’y a pas possibilité d’attribuer les cinq périodes de cours au même professeur, ce programme invite les différents professeurs de sciences d’une même classe à une collaboration étroite. Il convient en tout cas de consacrer une durée semblable à chacune des trois disciplines.

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3.2. Cours de 3e année I. Biologie Thème 1: le milieu de vie des organismes vivants (environ 6 périodes) Exemples de questionnement pouvant donner lieu à une mise en situation

/ Des grenouilles ont pondu dans une mare : quand et pourquoi à cet endroit ? / Un organisme vivant ne vit pas seul, quelles en sont les raisons ? / …


/ Dans un espace de vie déterminé, observer les espèces vivantes et leurs conditions de vie afin de mettre en évidence les relations des unes avec les autres. (CG 1) / A partir de documents, classer les organismes vivants en producteurs, consommateurs et décomposeurs. (CG 1) / A partir de textes ou de schémas, mettre en évidence quelques types de relations entre différents organismes vivants, comme la symbiose, la compétition, le commensalisme ou le parasitisme. (CG 1) / Réaliser l’étude du biotope d’un individu d’une espèce donnée. (CG 2) / Relever les caractéristiques abiotiques et biotiques d’un «mini-écosystème». (CG 1) / …

Mise en relation des compétences spécifiques et des savoirs Compétences spécifiques Identifier la multiplicité des facteurs qui interviennent dans le maintien d’un équilibre écologique (nourriture, oxygène, place pour vivre, endroit pour se reproduire).

Savoirs Interdépendance des organismes vivants et du milieu dans divers écosystèmes (y compris les relations interspécifiques et intraspécifiques).

Explicitations concernant certains savoirs et compétences spécifiques

/ Montrer que l'ensemble des facteurs abiotiques (climatiques et édaphiques) et biotiques (relations intra- et interspécifiques) interagit sur l'équilibre d'un organisme vivant avec son milieu. / Faire le lien entre les facteurs du biotope d’un individu et certaines caractéristiques morphologiques, physiologiques et éthologiques de celui-ci.

Ne pas aborder à ce stade

/ La notion de niche écologique et de dynamique d'un écosystème (vue en 6e).

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Thème 2: nutrition et transformation d’énergie chez les plantes (environ 18 périodes) Exemples de questionnement pouvant donner lieu à une mise en situation

/ D’où les plantes puisent-elles leur énergie ? Comment ? Par quel mécanisme ? / Pourquoi retrouve-t-on des plantes à la base de toute chaîne alimentaire ? / Les forêts éliminent-elles le dioxyde de carbone ? / Pourquoi dit-on que la forêt amazonienne est le «poumon de la Terre» ? Que peut-on penser de cette affirmation ? / Comment expliquer que la tige d’une plante se redresse quand on lui donne de l’eau ? / …


/ Montrer expérimentalement l’importance de différents facteurs (lumière, chlorophylle, eau, sol, air, dioxyde de carbone,…) sur la croissance des plantes. (CG 2) / Montrer expérimentalement que, dans certaines conditions, les plantes produisent du dioxygène. (CG 2) / Analyser des textes montrant l’importance des algues marines dans le recyclage de l’air. (CG 2) / Etablir, sur base de résultats expérimentaux et de textes, l’équation-bilan de la photosynthèse. (CG 2) / Observer au microscope une coupe transversale dans une feuille de dicotylée afin de mettre en relation la présence de chlorophylle avec le siège de la photosynthèse. (CG 1) / Montrer expérimentalement l’absorption de dioxygène et le rejet de dioxyde de carbone chez les organismes vivants, y compris les plantes. (CG 2) / Observer et dessiner des tissus de cellules végétales et mettre en relation la structure d’une cellule avec sa fonction. (CG 1) / …

Mise en relation des compétences spécifiques et des savoirs Compétences spécifiques

Savoirs

Etablir les équations-bilan des réactions énergétiques vitales.

Nutrition minérale des végétaux.

Schématiser un cycle biogéochimique, les transferts de matière et d’énergie au sein de chaînes alimentaires.

Photosynthèse, respiration, fermentation. Structures cellulaires et leur rôle :

Décrire et articuler entre eux les différents niveaux d’organisation : molécule, cellule, tissu, organe, système, appareil.

- membrane – perméabilité - paroi – turgescence - chloroplaste – photosynthèse.


/ Identifier la photosynthèse à une transformation de la matière minérale en matière organique grâce à l’énergie lumineuse. 2001


/ Rechercher expérimentalement les facteurs déclenchant et les facteurs limitant la photosynthèse. / Etablir, à la suite d’expériences, l’équation-bilan de la photosynthèse. / Définir le chloroplaste comme l’organite cellulaire siège de la photosynthèse. / Montrer le rôle de la paroi cellulaire et de la vacuole dans le mécanisme de la turgescence. / Mettre en évidence expérimentalement le phénomène de la respiration chez les plantes comme chez presque tous les organismes vivants. / Montrer que la respiration et la fermentation sont des mécanismes par lesquels les organismes vivants utilisent l’énergie stockée dans la molécule de glucose.


/ L'étude de l’ultrastructure de la cellule (vue en 4e). / La notion de phases claire et sombre de la photosynthèse.

Liens avec d’autres disciplines

/ Tout ce thème doit être abordé en lien avec le cours de chimie.

Thème 3: la nutrition chez les hétérotrophes (environ 10 périodes) Exemples de questionnement pouvant donner lieu à une mise en situation

/ Comment une chenille arrive-t-elle à se construire en ne mangeant que des feuilles ? / Que deviennent nos aliments une fois ingérés ? / Comment nos aliments deviennent-ils des nutriments ? / Que deviennent nos nutriments ? / «Il faut manger équilibré». Qu’entend par là le biologiste ? / …


/ Expliquer comment un dromadaire transforme sa «bosse» en eau. (CG 2) / Modéliser l’action d’une enzyme sur un aliment. (CG 2) / Elaborer un menu équilibré en se référant à des données chiffrées sur les nutriments. (CG 5) / Concevoir une exposition sur le thème de l’alimentation en y intégrant les dimensions biologiques et psychosociales. (CG 5) / Sensibiliser les élèves de l’école aux problèmes éthiques liés à l’alimentation et à la faim dans le monde, par exemple en vendant des produits «made in dignity» . (CG 5) / …

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Mise en relation des compétences spécifiques et des savoirs


/ Identifier la digestion à une transformation chimique dont le résultat est une «fragmentation» des aliments en molécules plus petites appelées nutriments. / Choisir et analyser qualitativement un menu à l’aide de documents tels que le disque d’Obsolone ou la pyramide alimentaire de la Fédération belge contre le cancer par exemple. / Calculer l’apport énergétique d’un menu à l’aide d’une table énergétique des aliments. Comparer ce menu à ce qui est conseillé en fonction de la taille, de la masse, du sexe, de l'âge, … / Envisager le rôle symbolique de l’alimentation et en distinguer les dimensions biologique et psychosociale. / Observer et dessiner des tissus de cellules animales (épithélium d’une villosité intestinale et épiderme interne de la joue) et mettre en relation la structure d’une cellule avec sa fonction.


/ Les formules développées des glucides, des lipides et des protides. / Des réactions d’hydrolyse trop complexes.


/ Ce thème doit être abordé en relation avec le cours de chimie.

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Thème 4: classification des vivants (environ 6 périodes) Exemples de questionnement pouvant donner lieu à une mise en situation

/ Quel est le plus petit organisme vivant ? / Lors de l’étude d’un biotope, un certain nombre d’organismes vivants différents ont été recensés. Sur quels critères les biologistes se basent-ils pour les classer ? / Quelles sont les différences d’organisation des vivants suivant leur règne ? / …


/ Observer au microscope une goutte d’eau venant d’une mare afin de se rendre compte qu’elle contient un très grand nombre d’organismes vivants minuscules. Repérer, à l’aide d’une clé de détermination, quelques-uns de ceux-ci. (CG 1) / Elaborer un panneau (type poster) destiné à être affiché dans le local et montrant comment les scientifiques classent les vivants. (CG 1) / …

Mise en relation des compétences spécifiques et des savoirs Compétence spécifique Utiliser une clé dichotomique.

Savoirs Les cinq règnes. Caractères essentiels des virus, procaryotes, protistes, champignons, végétaux et animaux. Grands niveaux d’organisation des organismes vivants pluricellulaires.


/ Faire une étude historique des débats qui ont amené les biologistes à classer les organismes vivants en 5 règnes : monères, protistes, champignons, plantes et animaux. / En se basant sur leur observation au microscope photonique, comparer les caractéristiques d’une cellule animale à celles d’une cellule végétale (taille, forme, paroi, vacuoles).


/ Les structures morphologiques et la biologie des bactéries et des virus.

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II. Chimie Thème 1: réaction chimique et dissolution (environ 5 périodes) Exemples de questionnement pouvant donner lieu à une mise en situation

/ Comment noter mes observations comme un scientifique, lorsque je veux rendre compte des phénomènes chimiques que je viens de réaliser ? / En quoi la chimie peut-elle être utile à l’Homme ? / Lorsque je veux détartrer ma cafetière, j’y verse du vinaigre. Pourquoi ? / Quels sont les phénomènes qui ont lieu dans un percolateur où se prépare le café ? / …


/ Au moyen de textes justifier, par quelques exemples pertinents, que la chimie est omniprésente dans notre vie quotidienne et en quoi elle peut présenter des aspects positifs et des aspects négatifs. (CG 2) / Réaliser une expérience au cours de laquelle un corps disparaît et un corps nouveau apparaît, par exemple la réaction entre un morceau d’aluminium et une solution de chlorure de cuivre (II). (CG 2) / Décrire et modéliser les phénomènes qui se passent lors de la combustion d’une bougie. (CG 2) / Modéliser, en se servant du concept de molécule «bille» abordé au premier degré, un solide, un liquide, un mélange, une filtration, ... (CG 3) / Décrire et modéliser ce qui se passe lorsque l’on met un peu de sucre dans de l’eau. (CG 3) / Décrire et interpréter ce qui se passe lorsque l’on met du vinaigre dans un récipient entartré. (CG 2) / …


Savoirs

Distinguer une réaction chimique d’un phénomène physique.

Concept de réaction chimique.

Distinguer les différents types de mélanges.

Les mélanges. Notion de solution.


/ Distinguer les concepts de réactifs et de produits. / Utiliser le modèle moléculaire tel qu’abordé au premier degré pour modéliser un mélange, une filtration ou une épuration d’eau. / Distinguer les concepts de solvant et de soluté.

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Thème 2: molécules, atomes et ions (environ 10 périodes) Exemples de questionnement pouvant donner lieu à une mise en situation

/ Comment, dans l’histoire, les scientifiques se représentaient-ils la matière ? Comment ce modèle a-t-il évolué ? / De quoi est faite la matière qui nous entoure ? / Qu’est-ce qu’un atome ? / En grec «atomos» signifie insécable : un atome est-il insécable ? / Pourquoi les symboles Na, Mg, Ca, Cl… figurant sur une bouteille d’eau minérale sont-ils accompagnés de signes + ou de signes - ? / Quelles différences y a-t-il entre une eau dure et une eau douce ? / Sous quelle forme les plantes absorbent-elles les sels minéraux ? / Comment a-t-on associé à la molécule d’eau la formule H2O et non H3O7 par exemple ? / Que représentent les lettres HCl sur une bouteille d’esprit de sel ? / …


/ Rechercher dans un texte comment Démocrite ou Aristote se représentaient la matière et comment ce modèle a évolué. (CG 2) / Visiter des sites Internet retraçant l’évolution des modèles atomiques en vue d’en rédiger une synthèse. (CG 2) / Observer et interpréter la décomposition de l’eau par électrolyse. (CG 3) / …

Mise en relation des compétences spécifiques et des savoirs Compétences spécifiques Citer les faits expérimentaux qui ont permis d’établir la nature corpusculaire de la matière. Décrire la structure de l’atome. Expliquer comment se forme un ion à partir d’un atome.

Savoirs Modèle corpusculaire de la matière. Types, noms et symboles des éléments naturels les plus courants. Importance de certains éléments dans la vie quotidienne (fer, cuivre, argent,…). Evolution du modèle atomique jusqu’à celui de Chadwick. Cations, anions. Rôle et importance des ions dans divers domaines.


/ Connaître le nom et le symbole des éléments naturels les plus courants. / Prévoir quels ions vont former certains atomes des familles a. / Donner quelques exemples de composés binaires ioniques. / Déterminer le nombre de protons, de neutrons et d’électrons dans un atome. 2001



/ La notion d’isotope (vue en 4e). / Le modèle de Bohr (vu en 4e). / La notion de radioactivité (vue en physique en 6e).

Thème 3: classification et utilisation des corps constitutifs de la matière vivante ou non vivante (environ 15 périodes) 3.1. Les corps purs simples métalliques et non métalliques Exemples de questionnement pouvant donner lieu à une mise en situation

/ Quelles sont les propriétés des métaux qui trouvent des applications dans la vie courante ? / Un quart de la production mondiale de fer sert à remplacer d’autres pièces en fer. Pourquoi ? / Pourquoi les roues de mon vélo sont-elles en aluminium et certaines pièces en titane ? / Que représente l’atomium ? / Qu’est-ce que le diamant ? / Que représentent les différentes couleurs utilisées dans le tableau des éléments affiché au laboratoire ? / Tous les atomes ont-ils la même masse ? / …


/ Réaliser des expériences destinées à classer les corps purs en métaux et en non-métaux. (CG 1) / Réaliser un modèle de structure métallique à l’aide de balles de ping-pong. (CG 3) / …


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/ Etablir, en se donnant des critères, une classification des corps purs simples. / Déterminer la masse atomique relative et la masse moléculaire relative par rapport à l’hydrogène. / Retrouver la classification périodique à partir de la détermination de quelques propriétés physiques et chimiques des atomes.

3.2. Les corps purs composés minéraux et organiques Exemples de questionnement pouvant donner lieu à une mise en situation

/ Les plastiques sont omniprésents dans notre environnement. D’où viennent-ils ? / Pourquoi dit-on, quand on a laissé trop longtemps un rôti au four, qu’il est «carbonisé» ? / Quelle propriété particulière utile en chimie possède le jus de chou rouge ? / Les glucides, les lipides et les protides sont-ils des composés minéraux ou organiques ? / Quelles sont les différentes fractions de la distillation du pétrole utilisées dans la vie courante ? / .…


/ Réaliser et interpréter des expériences permettant de classer une série de substances courantes rencontrées chez soi en utilisant comme critères leur caractère acide ou basique, leur réactivité avec le magnésium et leur conductivité en solution. (CG 1) / Réaliser des expériences montrant que tous les corps organiques contiennent du carbone. (CG 2) / Réaliser une distillation en vue d’en comprendre le principe. (CG2) / Distinguer une solution acide d’une solution basique grâce à des indicateurs. (CG1) / …

Mise en relation des compétences spécifiques et des savoirs Compétences spécifiques Distinguer les principaux corps purs composés. Etablir les formules des composés usuels et y associer les fonctions chimiques correspondantes. Appliquer de manière raisonnée les règles conventionnelles de nomenclature. Utiliser à bon escient des substances que l’on trouve dans la vie courante.

Savoirs La matière qui nous entoure et qui constitue les vivants et les non-vivants est faite de corps purs composés minéraux et organiques. Notion de composé organique. Sources des hydrocarbures (pétrole, gaz et charbon). Nomenclature des substances usuelles. Correspondance entre les noms usuels et la nomenclature conventionnelle de certains produits.

2001



/ Se servir du tableau périodique pour établir la formule des composés binaires dont les éléments appartiennent aux familles a. / Etablir, en se donnant des critères, une classification des corps purs composés. / Expliquer l’origine du charbon, du pétrole et du gaz. / Expliquer le cycle du carbone (en relation avec le cours de biologie). / Identifier par leur formule et par leurs propriétés les oxydes, les acides, les hydroxydes et les sels.


/ L'écriture des formules ternaires, au-delà des 8 ou 9 groupements les plus courants. / Plus de 2 nomenclatures pour les substances minérales. / La nomenclature des substances organiques.

Thème 4: réaction chimique et équation chimique (environ 10 périodes) Exemples de questionnement pouvant donner lieu à une mise en situation

/ Que faut-il pour faire un feu ? Qu’est ce que brûler ? / Pourquoi certains métaux se ternissent-ils à l’air ? / Comment traduire symboliquement une réaction chimique, par exemple la réaction d’électrolyse de l’eau ? / Comment se forme le monoxyde de carbone, dit «le tueur silencieux» ? / Quel a été l'apport de Lavoisier en chimie ? / …


/ Après la lecture d’un texte expliquant ce qu’est une combustion, déterminer et justifier différents moyens utilisés pour éteindre un incendie. (CG 2) / Réaliser quelques expériences vérifiant la loi de Lavoisier. (CG 2) / Réaliser quelques réactions chimiques et les traduire par leur équation-bilan. (CG 3) / Modéliser une réaction chimique (par exemple avec des boules de pâte à modeler ou des cotillons) afin de la visualiser. (CG 3) / Préparer un acide ou un hydroxyde par réaction d’un oxyde avec l’eau. (CG2 ) / Préparer du dihydrogène et le caractériser. (CG2 ) / …

2001


Mise en relation des compétences spécifiques et des savoirs Compétence spécifique Traduire une réaction chimique par une équation chimique.

Savoir Equation-bilan.


/ Utiliser la loi de Lavoisier pour justifier la pondération d'une équation chimique. / Traduire par une équation pondérée une réaction décrite dans un texte et vice versa. / Réaliser les lectures atomique et moléculaire d’une équation chimique. / Distinguer réaction d’analyse (électrolyse, pyrolyse) et réaction de synthèse. Appliquer ces concepts à des réactions vues en classe durant l’année. / Distinguer combustion complète et combustion incomplète en vue de sensibiliser les élèves aux dangers du monoxyde de carbone.


/ La pondération de réactions donnant plus de deux produits. / La recherche des produits d’une réaction à partir des formules des réactifs.

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III. Physique Thème 1: optique (environ 20 périodes) Exemples de questionnement pouvant donner lieu à une mise en situation

/ Quels sont les différents moyens utilisés par l’Homme depuis la préhistoire pour s’éclairer ? / Quelle est la différence, du point de vue du physicien, entre une lampe ordinaire et une lampe à halogène ? / Comment la lumière se comporte-t-elle suivant les obstacles qu’elle rencontre tels que miroirs et objets transparents, translucides ou opaques ? / Qu’est-ce qu’une éclipse (de Lune ou de Soleil) ? / Quelle est l’utilité des panneaux solaires que l’on voit sur le toit de certaines maisons ? / Pourquoi les corps ont-ils des couleurs différentes ? / Pourquoi, dans un poste de télévision ou une cartouche d’imprimante, trois couleurs suffisent-elles à reconstituer toutes les nuances de couleurs ? / Comment fonctionne un œil ? Qu’est-ce qu’un œil myope, astigmate ou presbyte ? / Comment arrive-t-on à fabriquer des verres de lunettes de plus en plus fins ? / Comment fonctionnent les lentilles de contact ? / Comment fonctionnent des appareils d’optique comme le projecteur de diapositives, l’appareil photo, les jumelles ou le rétroprojecteur ? / Quel est l’avantage des fibres optiques utilisées en téléphonie ou en endoscopie ? / …


/ Observer le passage progressif du rouge à l’incandescence du filament d’une lampe. (CG 3) / Réaliser un modèle d’une éclipse de Soleil. (CG 3) / Rechercher un modèle de panneau solaire qui en assurerait un rendement optimum. (CG 5) / Disséquer un œil ou démonter un appareil d’optique. (CG 2) / Réaliser un modèle (en carton ou en plastique) de l’œil ou d’un appareil d’optique. (CG 3) / …


2001



/ Aborder les points de vue des Anciens sur le concept de lumière. / Comprendre la différence entre faisceau lumineux (observable) et rayon lumineux (concept). / Distinguer source de lumière et corps éclairé. / Décrire les transformations d’énergie permettant le fonctionnement d’une lampe à incandescence. / Décrire le tube luminescent comme une transformation d’énergie électrique en énergie lumineuse sans intermédiaire calorifique (source froide). / Déterminer par la méthode graphique les caractéristiques qualitatives et quantitatives de l’image donnée par une lentille convergente. / Modéliser le fonctionnement d’un instrument d’optique simple. / Annoter un schéma de l’œil, décrire son fonctionnement, préciser sommairement le rôle de chaque partie. / Etablir un graphique de l’angle de réfraction en fonction de l’angle d’incidence dans le cas d’un dioptre. Utiliser ce graphique pour prévoir la déviation d’un faisceau lumineux. / Interpréter la couleur des objets éclairés en terme d’absorption de certaines couleurs et de réflexion (diffuse) d’autres couleurs. / Interpréter les vitres colorées en termes d’absorption de certaines couleurs et de transmission d’autres couleurs. / Associer le laser à une technologie permettant de transporter une grande quantité d’énergie sur de longues distances grâce à sa faible dispersion. / Décrire le rôle du laser dans une opération de la myopie par exemple.


/ La loi de Snell. / L’explication de l’absorption et de l’émission de lumière en utilisant le modèle atomique.


/ De nombreux points de matières (le microscope, la lumière comme source d’énergie) peuvent être abordés en lien avec le cours de biologie et d’autres (la construction d’images par exemple) en lien avec le cours de mathématique.

Thème 2: forces et équilibres (environ 11 périodes) Exemples de questionnement pouvant donner lieu à une mise en situation

/ Comment un conducteur de chiens les dispose-t-il devant son traîneau ? / Comment tirer sur deux cordes pour guider la chute d’un arbre que l’on abat ? / Vaut-il mieux charger une voiture sur le toit ou dans le coffre ? / Comment une moto de course est-elle conçue par rapport à une moto de route ? / Comment améliorer l’équilibre d’un corps ? 2001


/ Quelle position adopte un skieur en pleine vitesse ? Pourquoi ? / Pourquoi vaut-il mieux tirer une brouette que la pousser ? / …


/ Déterminer le centre de gravité d’un objet plat en le posant sur une pointe. (CG 2) / Vérifier les conditions d’équilibre d’un corps suspendu à partir de la position de son centre de gravité. (CG 2) / Représenter les forces qui agissent dans le cas d’un arc à flèches tendu. Créer une situation expérimentale comparable (point en équilibre soumis à trois forces). (CG 3) / Déterminer les caractéristiques de la force nécessaire pour retenir un traîneau sur une pente enneigée. (CG 4) / Vérifier les conditions d’équilibre d’un levier. (CG 4) / Prévoir, pour différents leviers utilisés dans la vie courante, s’ils sont avantageux ou désavantageux. (CG 3) / …



/ Tracer graphiquement la résultante de forces concourantes en utilisant le polygone des forces. / Utiliser le polygone des forces pour déterminer les caractéristiques de la force de retenue d’un corps posé sur un plan incliné. / Déterminer si un corps est en équilibre.


/ Des exercices liés à la composition de forces ainsi que ceux exigeant l’utilisation de formules peuvent être abordés en lien avec le cours de mathématique.

2001


Thème 3 : fluides en équilibre, fluides en mouvement (environ 11 périodes) Exemples de questionnement pouvant donner lieu à une mise en situation

/ Pourquoi un bateau flotte-t-il alors qu’un clou ne flotte pas ? / Quelle forme ont les barrages ? pourquoi cette forme ? / Pourquoi les météorologistes s’intéressent-ils à la pression atmosphérique ? / Pourquoi un plongeur qui remonte doit-il s’arrêter à des paliers de décompression ? / Pourquoi faut-il arrimer une citerne enterrée ? / Pourquoi une aile d’avion est-elle bombée sur sa face supérieure et plane sur sa face inférieure ? / Pourquoi les montgolfières montent-elles ? / Comment se fait-il qu’une simple pression du pied (sur la pédale de frein) puisse arrêter une voiture ? / Les vérins hydrauliques peuvent exercer des forces considérables permettant de sectionner des poutrelles en béton. Comment cela est-il possible ? / Pourquoi demande-t-on aux voyageurs de s’écarter du bord du quai lorsqu’un train passe à grande vitesse ? / …


/ Effectuer une recherche historique à propos de personnages comme Archimède, Torricelli ou Pascal afin de découvrir que leur activité de scientifique allait de pair avec d’autres intérêts (la philosophie, l’écriture, la politique,…). (CG 6) / Réaliser des expériences permettant de mettre en évidence les facteurs influençant la pression dans les liquides. (CG 2) / Réaliser des expériences illustrant le principe d’Archimède. (CG 2) / Prévoir, sur base du principe d’Archimède, le niveau de flottaison d’un corps. (CG 4) / Interpréter l’expérience de Torricelli. (CG 2) / Réaliser une expérience mettant en évidence la transmission d’une variation de pression dans un liquide. (CG 2) / Interpréter le mouvement d’un ludion. (CG 3) / Rechercher un profil favorable pour une aile d’avion. (CG 5) / Construire un modèle d’aile d’avion. (CG 3) / …

2001




/ Appliquer la formule de la pression exercée par des solides ou celle de la pression agissant dans les liquides. / Prévoir si un corps va flotter en utilisant les concepts de poids et de poussée d’Archimède. / Expliquer le fonctionnement du baromètre à mercure. / Modéliser la portance d’une aile d’avion, grâce à l’analyse de la différence de pression.


/ Les variations de pression sanguine dues à d’autres paramètres que ceux liés à la position (debout, assis ou couché). / Le théorème de Bernouilli.

2001


3.3. Cours de 4e année I. Biologie Thème 1 : ultrastructure et dynamique cellulaires (environ 24 périodes) Exemples de questionnement pouvant donner lieu à une mise en situation

/ J’ai entendu dire que la cellule pouvait être comparée à une usine. Quelles sont les ressemblances et les différences ? / En quoi une cellule fonctionne-t-elle comme mon propre corps ? / Hier à la télévision, j’ai entendu parlé de prion. S’agit-il d’un organisme vivant, d’une cellule ou d’une molécule ? Représente-t-il un danger pour l’Homme ? / On dit que l’ADN est le support de l’information génétique. Qu’est-ce que cela implique ? / Une cellule est vivante, cela veut-il dire qu’un organisme humain est composé de plusieurs milliards de petits organismes vivants ? / Une cellule possède-t-elle un estomac, un cœur, des poumons, une bouche ? / …


/ Sur base de documents historiques, situer sur une ligne du temps différentes représentations d’une cellule que les biologistes ont proposées. (CG 2) / Construire une maquette de l’ultrastructure cellulaire afin de visualiser la structure tridimensionnelle de la cellule ainsi que les proportions de ses divers constituants. (CG 1) / Dessiner un modèle de l’ultrastructure cellulaire afin d’y indiquer le rôle joué par chacun des organites, les liens qui les unissent et les échanges entre la cellule et son milieu extérieur. (CG 1) / Concevoir une mise en scène mettant en jeu les mécanismes de la synthèse d’une protéine formée de quelques acides aminés. Jouer la pièce où chaque élève est un acteur déterminé (enzyme, codon d’un ADN, codon d’un ARNm, anticodon d’ARNt, acide aminé,...). (CG 1) / Analyser un schéma qui modélise le mécanisme vacuolaire au sein d’une cellule. (CG 3) / Construire un organigramme mettant en relation les principales fonctions cellulaires (assimilation, synthèse, digestion et excrétion). (CG 1) / Construire un modèle à deux dimensions des structures de l’ADN et de l’ARN dans le but de montrer les complémentarités et les différences. (CG 1) / …

2001




/ Reconnaître sur une photographie ou schématiser les organites cellulaires (réticulum endoplasmique, appareil de Golgi, centrosome, lysosome, chloroplaste et mitochondrie). Citer le rôle de chacun d’eux. / S’interroger sur la pertinence d’un code génétique à «3 lettres». / Utiliser le tableau de la correspondance entre les codons de l‘ARNm et les acides aminés. / Distinguer l’ARNm de l’ARNt. / Schématiser les étapes de la transcription et celles de la traduction.


/ Les détails de la composition biochimique des nucléotides de l’ADN. / Les radicaux caractérisant chacun des acides aminés. / La problématique de la régulation du gène. / L’étude de la transmission d’un gène. / L’étude des lois de l’hérédité.

2001


Thème 2 : la multiplication cellulaire (environ 12 périodes) Exemples de questionnement pouvant donner lieu à une mise en situation

/ Toutes les cellules possèdent-elles le même ADN ? / On m’a dit que grâce à un caryotype on pouvait détecter des maladies. Lesquelles et comment procède-t-on ? / Une cicatrisation peut-elle être assimilée à une reproduction ? / Comment sont remplacées les cellules mortes de la peau, de l’intestin ou du sang ? / Peut-on comparer une cellule à une bulle de savon qui grossit avant de se scinder en deux parties ? / Une cellule qui se reproduit par mitose est-elle éternelle ? / Chez les abeilles il existe des faux bourdons mâles, des ouvrières femelles et une reine femelle. Quelles relations peut-on établir entre les fonctions de ces individus et leurs caractéristiques cellulaires ? / …


/ A partir de documents, mettre en évidence les différences entre reproduction asexuée et reproduction sexuée, entre phase haploïde et phase diploïde. (CG 1) / A partir de l’observation d’une coupe de pointe de racine (par exemple de Jacinthe), classer les modifications des cellules afin d’en rechercher un ordre chronologique possible, base de la description arbitraire des différentes phases d’une mitose. (CG 2) / Réaliser un jeu de cartes schématisant les différentes phases d’une mitose d’une cellule dont n = 3. Imaginer un scénario de jeu permettant d’utiliser ces cartes. (CG 1) / …

Mise en relation des compétences spécifiques et des savoirs Compétence spécifique •

Modéliser la mitose (montrer que les cellules qui se multiplient doivent se diviser et mettre en relation la réplication de l‘ADN et la mitose).

Savoirs •

Reproduction asexuée.

•

Reproduction sexuée, degré de ploïdie.

•

Cycle de développement.

•

•

Reproduction cellulaire -

noyau, chromatine

-

ADN, réplication

-

mitose, chromosome, chromatide.

Méiose.

2001



/ Analyser le cycle de vie d’un organisme dans le seul but de faire apparaître les grandes caractéristiques de la différence entre reproduction sexuée et reproduction asexuée. / Faire apparaître les ressemblances et les différences entre la mitose et la méiose. / Expliquer pourquoi les biologistes ont été amenés à introduire la notion de cycle cellulaire. / Montrer que le découpage de la mitose en phases est arbitrairement fixé par le biologiste : il s’agit en fait d’un processus continu.


/ La notion de nucléosome. / Le détail et les différents termes biologiques spécifiques à un cycle de vie particulier. / Une étude systématique de tous les types de cycles.

Thème 3 : la formation des gamètes (environ 4 périodes) Exemples de questionnement pouvant donner lieu à une mise en situation

/ Quelle est la durée de formation des gamètes chez l’Homme ? / Une méiose forme quatre cellules haploïdes. Comment se fait-il qu’il n’y ait généralement qu’un ovocyte formé lors d’un cycle menstruel ? / A partir de quel âge un organisme humain produit-il des gamètes ? / Pourquoi quelqu’un peut-il ressentir une attirance pour une personne du même sexe ? Estce normal ? Est-il malade ? / Est-il si important que, chez l’Homme, le développement du comportement sexué s’accompagne du développement de sentiments profonds à l’égard d’autres personnes ? / Quelles sont les ressemblances et les différences entre les spores et les gamètes ? / …


/ Observer et dessiner les différentes phases de la méiose chez l’Ascaris. (CG 2) / Observer et dessiner des coupes microscopiques dans un testicule et dans un ovaire et les légender à partir d’un document. (CG 2) / Réaliser un tableau de synthèse montrant le parallélisme que l’on peut faire entre la production de gamètes chez l’Homme et les changements qui apparaissent dans le corps de l’adolescent. (CG 4) / Comparer le mécanisme de la formation des gamètes chez l’Homme et chez les plantes à fleurs. (CG 1) / …

2001



Montrer comment la reproduction sexuée engendre la diversité dans une espèce.

Savoir •

Gamétogenèse (ovogenèse et spermatogenèse).


/ Comparer chez l’Homme les mécanismes de l’ovogenèse et de la spermatogenèse des points de vues anatomique et chronologique.


/ Une étude histologique détaillée de la coupe dans un testicule, un ovaire, l’utérus, une anthère ou un carpelle.

2001


II. Chimie Thème 1 : aspects qualitatif et quantitatif de la conservation de la matière (environ 18 périodes) 1.1. De l'échelle microscopique à l'échelle macroscopique: la mole Exemples de questionnement pouvant donner lieu à une mise en situation

/ Quel est le principe d’une datation au 14C ou au 40K ? / Quel est l'intérêt des radio-isotopes utilisés en médecine ? / Pourquoi les œufs de poules achetés en magasin sont-ils plus fragiles que les œufs des poules de mon poulailler ? / Quelle est l'unité de quantité de matière des chimistes ? / Quelle masse de NaN3 faut-il placer dans un airbag pour produire 50 litres de N2 dans les conditions CNTP nécessaires au gonflage du ballon ? / …


/ Mettre au point un dispositif expérimental qui simule la décomposition de l'azoture de sodium dans les airbags. (CG 3) / Déterminer la teneur en calcaire de coquilles d’œuf de provenances diverses. (CG 2) / …



/ Effectuer une lecture moléculaire, molaire et pondérale d’équations de réactions chimiques. / Résoudre des problèmes stœchiométriques relatifs, de préférence, à des processus industriels ou à des processus liés à l'environnement, à la vie domestique ou à la biologie (par exemple la photosynthèse). / Utiliser le symbole AZ X. / Se renseigner sur l’intérêt des radio-isotopes dans des domaines tels que la médecine, l’archéologie ou la paléontologie. 2001



/ Les problèmes avec excès ou défaut de réactifs ou qui comportent plus d'une réaction. / La décroissance radioactive. / Le calcul des incertitudes absolue et relative sur des mesures indirectes. / Le défaut de masse. / Les particules autres que l'électron, le neutron et le proton.

1.2. Concentration d'une solution Exemples de questionnement pouvant donner lieu à une mise en situation

/ Quand parle-t-on d'hypoglycémie ? / Pourquoi certaines eaux sont-elles déconseillées aux nourrissons ? / Que signifie une dose létale ? / Que signifie le concept de «solution diluée» ? / …


/ Interpréter les résultats d'analyses médicales afin de montrer que les milieux biologiques (sang, urine,…) renferment des espèces chimiques dont les concentrations peuvent révéler une pathologie. (CG 3) / Préparer une solution de concentration donnée. (CG 2) / …


Savoirs

•

Calculer une concentration en diverses unités.

•

Notions de solution et de solubilité.

•

Interpréter les indications de concentration sur les étiquettes commerciales, sur un protocole d’analyse médicale, sur des bouteilles de laboratoire de chimie,...

•

Concentration d'une solution exprimée en unités conventionnelles.

•

•

Notion de dilution.

Préparer une solution de concentration donnée.


/ Utiliser adéquatement la technique de préparation d'une solution aqueuse de concentration donnée. / Calculer une concentration en g/L et en mol/L.

2001



/ D'autres unités que les unités conventionnelles. / Le produit de solubilité (vu en 6e).

Thème 2 : évolution du modèle atomique (environ 5 périodes) Exemples de questionnement pouvant donner lieu à une mise en situation

/ Comment au fil du temps, les scientifiques ont-ils modélisé les atomes et les molécules ? / Pourquoi certains éclairages d'autoroute produisent-ils une lumière orange ? / Quelle est l'origine des couleurs d'un feu d'artifice ? / …


/ Elaborer une ligne du temps sur base d'un ensemble de documents (articles, vidéo, Internet,…) qui retracent diverses représentations ou modèles de l'atome. (CG 3) / Observer et interpréter les couleurs de la flamme de quelques sels chauffés ou de quelques éléments métalliques en vue de réaliser un schéma dynamique (légendé) modélisant les phénomènes observés. (CG 3) / …



/ Montrer les limites du modèle de Chadwick. / Montrer que le modèle de Bohr confirme le classement des éléments en périodes et en familles.


/ Les nombres quantiques azimutal, magnétique et de spin.

2001


Thème 3: cohésion intramoléculaire - les liaisons chimiques (environ 11 périodes) Exemples de questionnement pouvant donner lieu à une mise en situation

/ Pourquoi remplit-on certaines ampoules de lampes et des tubes luminescents avec du néon, du krypton ou du xénon ? / Pourquoi le dichlore à l’état pur est-il toxique alors que le sel de cuisine ne l'est pas, bien que tous deux contiennent l'élément chlore ? / Pour quelle raison utilise-t-on l'hélium dans les dirigeables et les ballons-sondes au lieu du dihydrogène moins coûteux et plus léger ? / Quelle est l'espèce chimique responsable de l'odeur de l'anis ou de l’odeur de la banane ? / Les glucides, les lipides et les protides sont-ils des composés organiques ? / Est-il concevable d'envisager un monde sans composés organiques ? / Comment expliquer que, dans la nature, la plupart des corps ne se rencontrent pas à l'état atomique ? / Quelle est la composition chimique du LPG ? / …


/ Réaliser l’électrolyse d'un sel fondu. (CG 2) / Répertorier et classer des substances (naturelles ou de synthèse) en partant de notre environnement quotidien ou de domaines tels que la médecine, la cosmétologie, l'agriculture, le sport ou l'industrie alimentaire. (CG 1) / …


2001



/ Appliquer les règles du duet et de l'octet. / Justifier pourquoi les atomes ont tendance à se lier. / Déterminer la composition électronique externe des familles a selon la représentation de Lewis et expliquer la signification de cette représentation. / Montrer comment une liaison s'établit soit par transfert d'électrons, soit par mise en commun d'électrons. / Différencier, dans les liaisons par mise en commun d'électrons célibataires, les liaisons normales parfaites et les liaisons normales polarisées. / Elaborer un modèle de la liaison métallique et déduire du modèle quelques propriétés des métaux. / Montrer qu'un grand nombre de produits courants appartiennent à la chimie organique. / Visualiser la tétravalence du carbone. / Reconnaître et nommer les divers groupements fonctionnels (alcène, acide carboxylique, alcool, aldéhyde, cétone et ester) rencontrés dans des composés naturels.


/ L'étude approfondie des exceptions aux règles de l'octet. / Les propriétés physiques et chimiques des alcanes et des alcènes. / Les propriétés des groupements fonctionnels. / La réactivité des familles de composés organiques. / La nomenclature des composés organiques. / Le modèle des orbitales. / L'écriture des formules spatiales en utilisant les représentations de Fisher et de Newmann.

2001


Thème 4: cohésion intermoléculaire (environ 16 périodes à répartir entre les cours de physique et chimie) 4.1. Rapport structure-propriétés et états de la matière Exemples de questionnement pouvant donner lieu à une mise en situation

/ Le diamant et le graphite sont deux variétés de carbone. Comment explique-t-on que leurs propriétés physiques soient très différentes ? Pourquoi le diamant est-il si dur ? / Que sont les fullerènes ? / Quelle explication donne-t-on à la conductivité électrique du cuivre ? / Comment explique-t-on qu'à des températures relativement basses l'iode se sublime facilement ? / Quelle interprétation donne-t-on à la déviation que subit un filet d'eau au voisinage d'un corps chargé électriquement ? / Pourquoi, à température et à pression ordinaires, l’eau est-elle liquide et le dioxyde de carbone gazeux ? / …


/ A l'aide de ballons de baudruche de couleurs différentes (ou de modèles atomiques) construire des modèles moléculaires tridimensionnels, issus de la chimie minérale et de la chimie organique. (CG 3) / Mettre expérimentalement en évidence une des propriétés électriques de l’eau liée à la polarité de la molécule d'eau. (CG 2) / Déduire expérimentalement quelques propriétés physiques d'une série de composés, rechercher des informations les concernant (documents annexes, livres, tables,... ) en vue d'élaborer un tableau de synthèse. (CG 1) / …



/ Faire la distinction entre forces intra- et intermoléculaires. / Déterminer expérimentalement et/ou à partir de sa forme géométrique la polarité de la molécule d’eau. / Déterminer expérimentalement quelques propriétés de corps covalents polaires et en déduire l'existence de forces intermoléculaires du type pont H.

2001



/ La forme dans l'espace de molécules ou ions dont l'atome central est entouré de plus de 4 liaisons. / Les forces de Van der Waals en termes de forces de Debye et London. / La forme dans l'espace de molécules ou ions présentant plus de 3 sortes d’atomes.

4.2. Loi du gaz parfait Exemples de questionnement pouvant donner lieu à une mise en situation

/ Une ampoule à incandescence contient un gaz inerte sous une pression inférieure à 1 atmosphère. Pourquoi ? / Pourquoi l'air contenu dans les bouteilles de plongée est-il sous pression ? / Quelle loi régit l'état de l'hélium contenu dans l'enveloppe d'un aérostat ? / Pourquoi faut-il ajuster la pression des pneus d’une voiture aux changements de saison ? / Comment déterminer le volume molaire du gaz dihydrogène ? / …


/ Mettre au point un dispositif expérimental qui simule le fonctionnement d’un airbag. (CG 3) / Déterminer la masse molaire d’un composé organique très volatil. (CG 4) / …



/ Utiliser les échelles de température Kelvin et Celsius, et savoir passer de l'une à l'autre. / Utiliser l'équation du gaz parfait dans la résolution de problèmes stœchiométriques.


/ L'équation de la théorie cinétique des gaz. / L'équation des gaz réels selon Van der Waals.

2001


III. Physique Thème 1: la cinématique du mouvement rectiligne (environ 15 périodes) 1.1. Les mouvements variés ou uniformes, la vitesse moyenne Exemples de questionnement pouvant donner lieu à une mise en situation

/ Quelle est la vitesse habituelle d’un piéton ? / Combien de mètres sont parcourus à chaque seconde lorsqu’on voyage à la vitesse de 100 km/h ? / Quelle est la vitesse d’un piéton qui marche dans un train lui-même en mouvement ? / Comment décrire le mouvement d’un chariot sur un rail à coussin d’air ? / Quelles sont les vitesses moyennes d’un athlète lors de différentes épreuves (un 100 m, un 200 m ou un 5000 m par exemple) ? / Un panneau de signalisation est-il au repos ou en mouvement par rapport à un marcheur ? et par rapport au conducteur d’une voiture qui se déplace ? / …


/ Rédiger un rapport structuré pour rendre compte du mouvement d’un élève parcourant une piste avec des obstacles l’obligeant à modifier plusieurs fois sa vitesse. (CG 2) / Rechercher des exemples de tests pouvant être effectués par le passager d’un autobus, lui permettant de rendre compte des modifications de l’état de mouvement ou de repos du véhicule. (CG 1) / Elaborer un modèle scientifique qui permette d’établir combien de temps doit durer le feu vert pour assurer aux piétons une traversée tranquille de la rue. (CG 4) / …


2001



/ Mettre en évidence l’importance d’un système de référence et la relativité du repos et du mouvement (au sens de Galilée). / Elaborer une définition des concepts de mobile ponctuel, de position, de durée, de déplacement et de vitesse moyenne. / Associer le mouvement rectiligne uniforme à un mouvement idéal, rarement observable, mais pratique pour réaliser des calculs de vitesse moyenne. / Manipuler la loi du mouvement rectiligne uniforme sous tous ses aspects (énoncé, formule ou graphique). / Analyser les résultats d’une expérience et en évaluer la précision. / Calculer une vitesse à partir d’un graphique de la position en fonction du temps. / Comprendre que le signe dont est affectée une vitesse, indique le sens du déplacement.


/ Les trajectoires non rectilignes.


/ Education physique. / Mathématiques : les graphiques et les tableaux, les fonctions du premier degré, les équations et les systèmes d’équations (3e).

1.2. La vitesse instantanée Exemples de questionnement pouvant donner lieu à une mise en situation

/ Comment varie la vitesse au cours du démarrage d’une automobile ou d’une fusée ? / «Pousser sur la pédale de l’accélérateur de la voiture» est-il synonyme de «accélérer» ? / Une accélération de plus en plus faible au fil du temps est-elle une décélération ? / Que signifient les phrases : «la régression du chômage s’accélère», «il y a ralentissement de la croissance économique», ou encore «en 1997, le SIDA se développait toujours mais moins fortement qu’avant» ? / …

2001



/ Rédiger un rapport structuré d’une expérience ayant pour objet de déterminer la vitesse instantanée d’une roue à axe tronconique descendant un rail incliné. (CG 2) / Analyser le graphique (vitesse, temps) donné par une revue consacrée à l’automobile pour dégager le concept de vitesse instantanée. (CG 2) / Exploiter les nouvelles technologies de la communication pour réaliser et comparer des graphes à partir de données expérimentales. (CG 1) / Présenter un tableau décrivant le principe et le domaine d’application de différents procédés permettant de mesurer des vitesses instantanées (chronomètre, barrière photo-électrique, collecteur de distances à ultrasons relié à une calculatrice graphique, tachymètre,…). (CG 3) / …

Mise en relation des compétences spécifiques et des savoirs Compétences spécifiques •

Décrire la logique et l’intérêt d’un système d’unités.

•

Estimer vitesse et accélération dans quelques exemples de la vie quotidienne.

•

A partir d’un énoncé ou d’un tableau, tracer et exploiter un graphique de position ou vitesse en fonction du temps.

Savoir •

Mouvements rectilignes.


/ Définir le concept de vitesse instantanée et en comprendre l’abstraction. / Analyser les résultats d’une expérience et en évaluer la précision. / Calculer une vitesse à partir d’un graphique de la position en fonction du temps. / Définir les concepts d’accélération et de décélération. / Classer les accélérations de différents phénomènes usuels en accélérations décroissantes, uniformes et croissantes. / Imaginer une situation caractérisée simultanément par une accélération négative et une vitesse positive. / Analyser des graphiques de la vitesse et de l’accélération en fonction du temps.


/ La notion d’accélération centripète.


/ Sciences économiques ou actualités.

2001


1.3. Les mouvements rectilignes uniformément variés Exemples de questionnement pouvant donner lieu à une mise en situation

/ Comment varie l’espace parcouru en fonction du temps dans le cas d’un mouvement à accélération constante ? / Quel est le mouvement d’un objet en chute libre ? / Comment évaluer la profondeur d’un puits en y laissant tomber un objet ? / Une bille remontant un plan incliné jusqu’à l’arrêt met-elle le même temps pour accomplir le trajet en sens inverse ? / …


/ Rédiger un rapport structuré établissant, sur base de documents, en quoi la démarche suivie par Galilée (dans l’examen de la descente d’une bille le long d’un plan incliné) peut être considérée comme une démarche scientifique. (CG 2) / Exploiter les nouvelles technologies de la communication pour réaliser et comparer des graphes à partir de données expérimentales. (CG 1) / Elaborer un modèle réaliste du mouvement de freinage d’une automobile en confrontant le résultat des calculs réalisés sur base des modèles scientifiques aux distances réelles de freinage. (CG 4) / Rédiger un rapport structuré d’une expérience ayant pour objet de caractériser le mouvement d’une roue à axe tronconique descendant un rail incliné. (CG 2) / …


Estimer vitesse et accélération dans quelques exemples de la vie quotidienne.

•

A partir d’un énoncé ou d’un tableau, tracer et exploiter un graphique de position, vitesse ou accélération en fonction du temps.

•

Analyser un processus de freinage.

•

Analyser une chute libre.

Savoir •

Mouvements rectilignes.


/ Maîtriser les modèles des mouvements uniformément variés dans toutes leurs formulations (énoncés, formules ou graphiques). / Analyser les résultats d’une expérience et en évaluer la précision. / Bâtir un raisonnement argumenté permettant de calculer un déplacement à partir d’un graphique de la vitesse en fonction du temps pour un mouvement uniformément accéléré avec vitesse initiale non nulle. / Résoudre des exercices numériques ayant toujours un rapport direct avec des situations actualisées. / Comprendre que le mouvement rectiligne uniformément varié est un mouvement idéal, rarement observable, mais pratique pour faire des prévisions. 2001



/ L’étude mathématique de mouvements autres que le M.R.U., le M.R.U.A. ou le M.R.U.D. / Des exercices nécessitant la résolution de l’équation générale du second degré.

Thème 2: la dynamique des mouvements rectilignes (environ 9 périodes) Exemples de questionnement pouvant donner lieu à une mise en situation

/ Comment descend un parachutiste ? / Qu’est-ce qui propulse un avion à réaction ? / A quoi sert un système ABS ? / En quoi la ceinture de sécurité diminue-t-elle les risques encourus en cas d’accident ? / Faut-il nécessairement une force pour maintenir une vitesse ? / Quel type d’accélération anime une fusée dont les moteurs exercent une poussée constante, mais dont les réservoirs se vident peu à peu ? / Faut-il nécessairement toucher un objet pour modifier son état de repos ou de mouvement ? / …


/ Rédiger un rapport structuré rendant compte d’une expérimentation ayant pour but de déterminer les influences respectives de la force de traction et de la masse sur l’accélération d’un mobile. (CG 2) / Réaliser une recherche, sur base de documents, mettant en évidence l’évolution de la pensée humaine concernant la dynamique. (CG 2) / Observer le comportement de deux ballons de baudruche gonflés et frottés lorsqu’ils sont proches l’un de l’autre. (CG 1) / Communiquer un raisonnement argumenté à une personne qui désire sauter d’un véhicule en mouvement pour lui indiquer s’il vaut mieux qu’elle saute vers l’avant ou vers l’arrière du véhicule. (CG 5) / Communiquer un raisonnement argumenté permettant de comprendre les mouvements de l’aiguille d’un pèse-personne sur lequel on saute à pieds joints. (CG 3) / Sur base de principes physiques, expliquer à un ami la qualité de la protection que peut apporter le port du casque lorsque l’on circule en motocyclette. (CG 5) / …

2001



Interpréter les mouvements en termes de conservation ou • de modification par des forces.

•

Décrire la logique et l’intérêt d’un système d’unités.

•

Repérer les duos d’actions réciproques sur divers exemples.

•

Expliquer par la dynamique des éléments de sécurité routière.

•

Analyser un processus de freinage.

•

Analyser des exemples simples de propulsion.

Savoir Forces et mouvements (mouvements rectilignes, lois de Newton, pesanteur à la surface terrestre, forces de frottement).


/ Etudier les principaux paramètres qui influencent la grandeur de forces à distance telles que la force électrostatique. / Etudier les principaux paramètres qui influencent la grandeur de forces de contact telles que les forces de frottement statique ou dynamique. / Enoncer le principe d’inertie en lien avec l’un ou l’autre exemple de statique vu en 3e. / Maîtriser l’écriture scalaire de la loi fondamentale de la dynamique sous toutes ses formulations (énoncé, formule ou graphiques). / Identifier la notion de force à la mesure de l’influence du milieu extérieur. / Analyser les résultats d’une expérience et en évaluer la précision. / Interpréter l’inertie comme une propriété fondamentale de tout objet matériel. / Prendre conscience des problèmes de sécurité routière liés aux effets de l’inertie (nécessité du port du casque et de la ceinture de sécurité, danger des routes mouillées ou enneigées, rôle des airbags,…). / Différencier les concepts de masse d’inertie et de masse gravifique. / Analyser le mouvement d’un mobile à partir des forces qui agissent sur lui. / Montrer que, pour un objet en chute libre, l’accélération est indépendante de la masse. / Calculer des distances de freinage dans différentes conditions (conducteur attentif ou non, état de la route, état des pneus,…). / Résoudre des exercices numériques ayant toujours un rapport direct avec des situations actualisées. / Montrer que les forces d’action et de réaction sont appliquées sur des objets matériels différents (principe des actions réciproques).


/ La notion de force centripète. / Des applications numériques avec des forces non constantes.

2001


Thème 3: l’énergie (environ 12 périodes) 3.1. Les énergies mécaniques Exemples de questionnement pouvant donner lieu à une mise en situation

/ Qu’est-ce que l’énergie ? / Comment et à quel prix un cric permet-il de lever une voiture en exerçant une force cent fois moindre que son poids ? / Quel est l’intérêt des retenues d’eau en montagne ? / Quels types d’énergie interviennent successivement quand un Homme saute à l’élastique ? / Comment la mesure de la distance de freinage sur le sol permet-elle l’estimation de la vitesse du véhicule ? / Qu’est-ce que la puissance d’un engin ? / …


/ Tester différentes méthodes visant à évaluer la puissance déployée par un(e) élève lors d’un effort physique. (CG 1) / Rédiger un rapport structuré rendant compte d’une recherche expérimentale qui aurait pour but d’établir la relation existant entre les forces exercées sur un levier et les déplacements respectifs des points d’application de ces forces. (CG 2) / Bâtir un raisonnement argumenté qui établisse la conservation de l’énergie mécanique lors du mouvement de chute libre d’une bille. (CG 3) / Justifier qualitativement le mouvement d’un yoyo en analysant les différentes formes d’énergie qui apparaissent au cours de ce mouvement. (CG 3)


Interpréter les transformations de l’énergie en termes de conservation et de dégradation.

Savoir •

Travail, puissance, énergies cinétique et potentielle, machines simples.

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/ Définir le travail comme un transfert d’énergie. / Appliquer le principe de conservation de l’énergie mécanique, en l’absence de frottements. / Reconnaître les formes d’énergie mécanique - y compris différentes formes d’énergies potentielles - présentes dans diverses situations concrètes. / Montrer que, dans une machine simple, ce qui est gagné en terme de force est perdu en terme de distance à parcourir. / Décrire les frottements comme facteurs de transformation de l’énergie mécanique en énergie thermique. / Résoudre des exercices numériques ayant toujours un rapport direct avec des situations actualisées.


/ L’étude mathématique de l’énergie potentielle élastique et de l’énergie cinétique de rotation. / La notion de moment d’inertie. / La transformation de l’énergie thermique en énergie mécanique (vue en 6e).


/ Biologie : la respiration cellulaire (3e).

3.2. L’énergie thermique et la température Exemples de questionnement pouvant donner lieu à une mise en situation

/ Pourquoi, en été, la terre se réchauffe-t-elle plus vite que la mer ? / Quelle transformation d’énergie a lieu lorsqu’on se laisse glisser le long d’une corde en freinant uniquement par pression des mains ? / Pourquoi la température d’une boisson change-t-elle différemment selon qu’elle a été versée dans un gobelet en plastique, une timbale en zinc ou une tasse en porcelaine ? / …


/ Bâtir un raisonnement argumenté permettant d’expliquer la mise au point d’une expérimentation destinée à mesurer la chaleur massique d’un métal. (CG 2) / Rédiger un rapport structuré d’une expérience ayant pour objet de comparer les chaleurs massiques de deux corps. (CG 2) / Réaliser une synthèse montrant la pertinence et les limites du modèle du calorique. (CG 3) / Prévoir le nombre de litres par m2 que doit apporter une pluie d’une température de 5°C pour faire fondre une couche de 5 cm de glace à –2°C. (CG 4) / …

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Savoirs

•

Distinguer température et chaleur.

•

Chaleur massique.

•

Interpréter les transformations d’énergie en termes de conservation.

•

Formes et transformations d’énergie.


/ Définir la chaleur comme un transfert d’énergie provoquant une variation de température. / Evaluer l’échauffement des plaquettes de freins lors du freinage d’une automobile. / Traiter quantitativement quelques applications de calorimétrie liées à des situations concrètes. / Reconnaître l’originalité de l’expérience menée par Joule dans le contexte de l’époque.


/ La transformation de l’énergie thermique en énergie mécanique (vue en 6e). / La notion de rendement.


/ Géographie : le mouvement de la Terre et les différents climats (4e).

Thème 4 : cohésion intermoléculaire (environ 16 périodes à répartir entre les cours de physique et de chimie) 4.1. Les solides, les liquides et les changements d’états Exemples de questionnement pouvant donner lieu à une mise en situation

/ Le diamant est l’une des variétés du carbone, d’autres étant le graphite ou la suie. Pourquoi leurs propriétés physiques sont-elles très différentes ? Pourquoi le diamant estil dur ? / Pourquoi le détergent aide-t-il à produire des bulles ? / L’eau mouille ou ne mouille pas ? / Pourquoi une goutte d’encre se mélange-t-elle plus rapidement dans de l’eau chaude que dans de l’eau froide ? / Pourquoi ne remplit-on pas, à ras bord, une bouteille d’eau placée au congélateur ? / Pourquoi souffler sur la soupe pour la refroidir ? / Pourquoi mettre un vêtement «chaud» quand on a froid ? / Pourquoi l’humidité monte-t-elle dans les murs ? / Qu’appelle-t-on ponts thermiques dans une maison ? / …

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/ Rédiger un rapport d’une expérience testant les lois de la dilatation linéaire d’un solide. (CG 2) / Expliquer, à l’aide du modèle moléculaire, pourquoi certains matériaux sont plus malléables que d’autres. (CG 3) / Répertorier les propriétés tant physiques que chimiques de l’eau qui ont permis l’émergence de la vie sur Terre. (CG 5) / …


Mettre en évidence les propriétés physiques particulières de l’eau et leurs conséquences pratiques.

•

Relier des phénomènes macroscopiques aux théories microscopiques.

•

Expliquer la stabilité des molécules par les interactions électromagnétiques.

Savoirs •

Propriétés macroscopiques de la matière (conductibilité thermique, dilatations).

•

Etats de la matière, changements d’état et lien avec le comportement des molécules.


/ Evoquer quelques faits en faveur du modèle moléculaire de la matière (par exemple le mouvement brownien). / Souligner la nécessité de forces de cohésions à courte portée d’une part et de l’agitation thermique d’autre part pour que le modèle moléculaire puisse rendre compte des changements d’états. / Montrer la fécondité des modèles des forces de cohésion et de l’agitation thermique pour interpréter quelques observations simples (par exemple : l’élasticité, la plasticité, la tension superficielle, la viscosité, la conductibilité thermique, la dilatation,…). / Comparer qualitativement la conductibilité thermique de quelques corps. / Observer les comportements étonnants de l’eau (dilatation, chaleur massique, forme des cristaux,…).


/ L’expression quantitative de la loi de Coulomb. / Les exercices sur les dilatations.

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4.2. L’équation du gaz parfait Exemples de questionnement pouvant donner lieu à une mise en situation

/ Pourquoi l’air d’une pompe à vélo s’échauffe-t-il lorsqu’on le comprime ? / Pourquoi faut-il ajuster la pression des pneus aux changements de saison ? / Jusqu’où peut-on descendre dans l’échelle du froid ? / Pourquoi l’air contenu dans les bouteilles de plongée est-il sous pression ? / Quels paramètres physiques sont-ils modifiés lorsqu’on gonfle un matelas pneumatique ? / Quel est le sens privilégié de rotation du radiomètre de Crookes ? / …


/ Rendre compte, dans un rapport structuré, de l’influence de la pression et de la température sur le volume occupé par une certaine quantité d’un gaz. (CG 2) / Prévoir la quantité d’hélium à introduire dans un ballon stratosphérique à température et pression ordinaires. (CG 4) / …

Mise en relation des compétences spécifiques et des savoirs Compétence spécifique

Savoirs •

Etats de la matière.

•

Loi du gaz parfait et température absolue.


/ Insister sur l’aspect empirique de la loi du gaz parfait. / Relier l’existence d’une température absolue au modèle de l’agitation thermique.


/ L’équation de la théorie cinétique des gaz.

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4. Cours d’éducation scientifique (2 périodes par semaine)

4.1. Présentation générale Ce programme est réservé aux élèves du 2e degré de l’enseignement technologique de transition dont la grille horaire ne permet pas d’avoir 3 périodes hebdomadaires de sciences. Les références en termes de compétences terminales sont identiques à celles du cours de sciences premier niveau. Afin d’éviter certains chevauchements entre ce programme de sciences et ceux des différentes options groupées, il est convenu avec les responsables de la Fédération, que tous les élèves de l’enseignement technique de transition suivront, au minimum, ce cours de sciences dans le cadre de leur formation commune. Les futurs programmes d’options groupées qui entreront en vigueur au 1 septembre 2002, seront réalisés en tenant compte de cette base commune. Afin d’exercer les compétences générales définies plus haut (pages 13 à 14), il convient de proposer à l’élève des situations susceptibles de le motiver. Ce programme propose donc, pour chaque thème17, des exemples de questionnement permettant de susciter imagination et curiosité au départ d’une séquence d’apprentissage. Quelques-uns de ces questionnements, traduits en langage «élève», proposent à travers des mises en situation porteuses de sens, des tâches à réaliser ou des défis à relever propres à mettre l’élève en recherche. C'est de cette manière, en effet, que l'élève mobilisera au mieux ses capacités, percevra les limites de ses propres représentations et se mettra en quête de nouvelles.

17. Ces thèmes sont euxmêmes proposés, de façon que chaque enseignant se sente libre d’emprunter un cheminement différent.

Ce programme prend comme référence les compétences terminales de sciences de base. Les tableaux reprennent donc, pour chaque thème, l’énoncé des savoirs concernés figurant dans le document des compétences terminales. Cependant, comme ces savoirs sont généralement définis de manière assez large, des niveaux de maîtrise à atteindre sont indiqués. C’est donc le contenu de ces tableaux qui fera l’objet de la certification dans la perspective de la maîtrise de compétences. Suit alors la rubrique «A éviter» dans laquelle figurent les contenus estimés inadéquats étant donné le volume horaire attribué. Cependant, s’il est évident que ces contenus ne doivent faire l’objet ni de développements ni d’évaluations, il va de soi qu’un enseignant peut en parler à l’occasion d’un questionnement d’élève par exemple. Une dernière rubrique fait état de quelques liens possibles avec d’autres disciplines. Les professeurs d’éducation scientifique sont invités à consulter les § 2.2.IV. (pages 48 à 55) et 2.3.V. (pages 66 à 74) où se trouve une présentation intégrée des thèmes sous forme de panoramas pédagogiques. Ceux-ci sont présentés à titre d’exemples, pour montrer que la réalisation d’une tâche centrée sur une compétence générale permet une mise en relation étroite, au service d’un thème, d’une série de compétences spécifiques et de savoirs. Au centre de chaque panorama, figure la tâche proposée en relation avec une des 4 compétences géné2001


rales. En périphérie, apparaissent des concepts qu’il est intéressant de mobiliser pour réaliser la tâche centrale. A chacun de ces concepts correspondent un questionnement et une tâche associée à une compétence spécifique. Ce programme est construit autour de projets dont la réalisation peut nécessiter l’intervention de concepts ayant trait à plusieurs disciplines. Il s’agit bien sûr d’une volonté de s’inscrire dans la logique de la rédaction des compétences terminales pour les sciences de base.

Les compétences générales sont ici une synthèse des 19 compétences spécifiques des sciences de base telles qu’elles figurent dans le document des compétences terminales. Chaque professeur est invité à les envisager dans la perspective de leur maîtrise par les élèves. S’il n’y a pas possibilité d’attribuer les deux périodes de cours au même professeur, ce programme invite les différents professeurs de sciences d’une même classe à une collaboration étroite. Il convient en tout cas de consacrer une durée semblable à chacune des trois disciplines.

Ce programme est conçu de manière à ce que le passage d’élèves dans un cours de sciences d’un autre niveau soit possible si le niveau de réussite est raisonnable.

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4.2. Cours de 3e année I. Thèmes axés sur la biologie Thème proposé : une alimentation équilibrée (environ 5 périodes) Exemples de questionnement pouvant donner lieu à une mise en situation

/ Est-il nécessaire de prendre des compléments vitaminés si on se nourrit régulièrement ? / Que risque une personne qui poursuit une grève de la faim ? / Peut-on se nourrir uniquement de plantes ? / Quels sont les types d’aliments indispensables pour un(e) adolescent(e) ? / Quels sont les risques liés à des comportements de type anorexique ou de type boulimique ? / …


/ Comparer les apports alimentaires d’une journée avec ceux nécessaires à l’organisme. (CG 4) / Rédiger une série de conseils liés à une alimentation équilibrée et les confronter à ceux diffusés par des médias. (CG 4) / …


A éviter

/ Etudier la structure chimique des nutriments. / S’attarder sur l’anatomie du système digestif (déjà étudiée au 1er degré).

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Thème proposé : l’absorption d’eau et de sels minéraux par les plantes (environ 4 périodes) Exemples de questionnement pouvant donner lieu à une mise en situation

/ L’utilisation de sels de déneigement pose-t-elle des problèmes à la végétation ? / Quels sont les signes de dépérissement d’une plante qui témoignent d’un problème au niveau du substrat ? / Quelles adaptations ont développées certaines espèces de plantes en fonction du substrat sur lequel elles se développent ? / Comment un brin d'herbe reste-t-il rigide ? / …


/ Décrire des problèmes rencontrés par les agriculteurs dans les régions manquant d’eau ou d’engrais et expliquer la pertinence de solutions proposées. (CG 2) / Dessiner quelques cellules à partir d’une coupe transversale dans une feuille. (CG 1) / …


A éviter

/ Réaliser l’étude détaillée des différents constituants chimiques présents dans le sol. / S’attarder sur les différents mécanismes expliquant la montée de la sève. / Décrire des organites non observables au microscope photonique. / Faire l’étude de l’ultrastructure cellulaire (cellule observée au microscope électronique).

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Thème proposé : l’interaction des organismes vivants avec leur milieu (environ 7 périodes) Exemples de questionnement pouvant donner lieu à une mise en situation

/ Quelles conditions devraient être réunies pour que le reboisement de la région du Sahel soit un succès ? Quel est l’intérêt de ce genre d'intervention ? / Pourquoi certains présentent-ils l’Amazonie comme le poumon de la planète ? / Suffit-il d’interdire le commerce d’une espèce protégée pour en assurer la survie ? / …


/ Participer à un débat concernant le rôle que peut jouer une forêt dans l’absorption du dioxyde de carbone produit par l’activité humaine. (CG 2) / Participer à un débat sur l’intérêt de créer une réserve naturelle. (CG 2) / Rendre compte de résultats expérimentaux concernant les facteurs de croissance des plantes. (CG 1) / ...


A éviter

/ S’attarder sur les aspects quantitatifs des flux de matière et d’énergie au sein des écosystèmes. / Etudier les différentes phases de la photosynthèse (phase claire et phase sombre).

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II. Thèmes axés sur la chimie Thème proposé : réactions chimiques et modèles de la matière (environ 6 périodes) Exemples de questionnement pouvant donner lieu à une mise en situation

/ Que se passe-t-il lorsqu’on met deux substances au contact l’une de l’autre ? / Quelles activités de la vie quotidienne à la maison (nettoyage, préparation des repas,…) ont un rapport avec la chimie ? / …


/ Mettre en évidence la formation de nouvelles substances lors d’un phénomène chimique. (CG 1) / Modéliser l’un ou l’autre phénomène observé concernant une dissolution, une synthèse ou une décomposition. (CG 1) / …


A éviter

/ S’attarder sur les méthodes de séparation des mélanges (déjà abordées au 1er degré). / Parler du modèle atomique en couches de Bohr (qui sera vu en 4e).

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Thème proposé : classification de substances (environ 7 périodes) Exemples de questionnement pouvant donner lieu à une mise en situation

/ Quelles sont les catégories de produits disponibles en droguerie ou utilisés à la maison ? / Quels types de produits est-il recommandé de ramener au «coin vert» ? Pour quelles raisons ? / Comment est organisé le rangement des produits dans le laboratoire ? Selon quels critères ? / Quelles propriétés guident le choix d’un produit par rapport à l’usage qu’on va en faire ? / …


/ Etablir des relations entre des produits utilisés à la maison ou à l’école à partir d’informations reprises sur les étiquettes en terme d’usage et de précautions. (CG 4) / A partir de ses utilisations, dresser le profil type d’un métal et confronter ce profil à un échantillonnage de métaux et de non-métaux. (CG 1) / Sur base des noms de quelques substances, identifier les atomes ou les groupements d’atomes qui les composent pour écrire leur formule chimique et les regrouper par similitude. (CG 1)


A éviter

/ Nommer des composés contenant des groupements autres que (OH), (NO3), (SO4), (CO3), (PO4). / Aborder des molécules complexes au niveau de la nomenclature.

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Thème proposé : un modèle de transformation de matières, l’équation chimique (environ 3 périodes) Exemples de questionnement pouvant donner lieu à une mise en situation

/ Les plantes comme la betterave fabriquent du sucre. Comment font-elles ? / Comment rendre compte des associations d’atomes avant et après une réaction chimique ? / Comment Lavoisier a-t-il montré les limites de la «théorie du phlogistique» ? / …


/ Rendre compte de phénomènes observés en écrivant des équations chimiques. (CG 1) / Confronter une représentation de la réaction chimique (proposée par la classe) avec la loi de conservation des masses. (CG 1) / …


A éviter

/ Aborder la loi de Proust. / Rechercher les produits d’une réaction à partir des réactifs. / Pondérer des équations de réactions fournissant plus de deux produits.

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III. Thèmes axés sur la physique Thème proposé : jeux de lumière (environ 8 périodes) Exemples de questionnement pouvant donner lieu à une mise en situation

/ Comment s’organise l’éclairage d’un plateau de théâtre ou d’une salle de concert ? / Comment obtenir des images à partir de miroirs, de lentilles, ... ? / Quels usages fait-on des miroirs ou des lentilles ? / Quels types de lentilles trouve-t-on dans les montures de lunettes ? / Par quelles couleurs passe un filament au fur et à mesure que sa température augmente ? / …


/ Rendre compte d’effets optiques observés dans la nature ou lors d’une utilisation artificielle de la lumière. (CG 1) / Décrire quelques techniques médicales en rapport avec la lumière. (CG 1) / Montrer la variété des types d’éclairage en fonction de l’objectif poursuivi : s’éclairer pour lire, créer une lumière d’ambiance, éclairer une route, éclairer en visant une économie d’énergie, attirer l’attention sur un message publicitaire,… (CG1) / Décrire et expliquer la formation d’images produites par un instrument d’optique (un projecteur de diapositives ou un microscope par exemple). (CG 1) / Expliquer l’effet que produit un environnement donné (étang, vitre,...) sur un faisceau lumineux. (CG 1) / Réaliser un modèle réduit rendant compte des éclipses. (CG 1) / Rechercher d'éventuels changements de nos modes de vie induits par l'utilisation de fibres optiques. (CG 1) / …



Décrire la lumière comme une forme d’énergie.

•

Citer des exemples variés de phénomènes produisant de la lumière.

•

Modéliser l’œil en tant qu'appareil optique (entrée de la lumière, milieux transparents, formation d’une image, accommodation).

Instruments d’optique.

•

Expliquer le rôle des lunettes et des lentilles de contact.

Fibres optiques.

•

Décrire la lumière blanche comme un mélange de différentes lumières colorées.

•

Décrire la déviation des faisceaux lumineux lors d’une réflexion ou d’une réfraction (y compris dans les fibres optiques).

•

Mettre en relation le type d’images formées et l’utilisation de miroirs, de lentilles ou de prismes dans des appareils d’optique.

•

Emission et absorption de la lumière.

•

L’œil, ses défauts, les corrections.

•

Décomposition de la lumière.

• •

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A éviter

/ Définir l’énergie à partir de la notion de travail. / Démontrer la formule des miroirs sphériques (cette démonstration peut se faire dans le cadre du cours de mathématique). / Envisager la loi de Snell (rapport des sinus). / S’attarder sur les défauts des miroirs sphériques ou des lentilles. / Faire appel au modèle de l’atome pour expliquer l’émission et l’absorption de lumière.

Thème proposé : sécurité lors de la pratique d’activités sportives ou professionnelles (environ 8 périodes) Exemples de questionnement pouvant donner lieu à une mise en situation

/ Quels sont les risques encourus lors de la pratique d’une activité sportive (escalade, plongée, gymnastique, voile, …) ? Comment les éviter ? Comment exprimer des conseils ou des interdictions en intégrant les principes de physique qui les justifient ? / Augmente-t-on la stabilité d'une table en multipliant le nombre de pieds ? / Jusqu’à quelle profondeur peut descendre un humain en plongée ? / Pourquoi a-t-on mal aux tympans quand on plonge en apnée ? / Comment expliquer l'ascension d'un ballon gonflé à l'hélium ? / Pourquoi une aile d’avion est-elle bombée dans sa partie supérieure et plane dans sa partie inférieure ? / Pourquoi est-il demandé aux gens de s’écarter du bord du quai quand un train passe à grande vitesse ? / …


/ En collaboration avec le cours d’éducation physique, établir les relations entre une série d’observations relevées lors d’activités de plongée en piscine et des principes de physique. (CG 1) / Par l'exploitation ou l'utilisation de principes de physique, justifier les attitudes qui permettraient d'éviter certains accidents (rupture de câble, apnée prolongée, chute lors d'escalade, non-respect des paliers de plongée, …). (CG 3) / …

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A éviter

/ Utiliser la notion de moment de forces. / Réaliser des études de mouvements.

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4.3. Cours de 4e année I. Thèmes axés sur la biologie Thème proposé : l’ultrastructure cellulaire, siège du fonctionnement du vivant (environ 9 périodes) Exemples de questionnement pouvant donner lieu à une mise en situation

/ Comment un muscle se contracte-t-il ? / Comment un os peut-il être à la fois si dur et vivant ? / Comment expliquer des maladies comme le cancer, le sida ou le paludisme à partir de dysfonctionnements cellulaires ? / …


/ Rendre compte d’informations médicales diffusées au travers de divers médias concernant le diagnostic d’un cancer en utilisant un certain nombre de concepts propres à la structure cellulaire. (CG 4) / Elaborer un modèle simple montrant comment la cellule se nourrit et comment elle élimine ses déchets. (CG 1) / …

Savoirs et niveaux de maîtrise Savoir •

•

La cellule comme unité de fonctionnement de la vie, y compris la synthèse des protéines. Description et prévention de troubles de la santé.


Décrire la structure et le rôle des principaux organites cellulaires observables au microscope électronique.

•

Utiliser un modèle simple de la synthèse d’une protéine.

•

Modéliser les structures de l’ADN et de l’ARN.

•

Décrire les mécanismes d’endocytose et d’exocytose.

A éviter

/ Décrire et représenter les structures biochimiques des différents organites. / Etudier la structure biochimique de l’ADN et de l’ARN.

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Thème proposé : les mécanismes de la multiplication cellulaire (environ 8 périodes) Exemples de questionnement pouvant donner lieu à une mise en situation

/ Comment se fait-il que lors de la fécondation, le nombre de chromosomes ne double pas ? / Quels types de malformation peut-on détecter en observant des chromosomes ? / …


/ Formuler des problèmes éthiques à propos du clonage humain à partir de l’analyse d’articles scientifiques et de la structuration des concepts qui y sont développés. (CG 2) / Reconnaître les différentes phases d’une multiplication cellulaire sur base de l’analyse de schémas. (CG 1) / Repérer les caractéristiques des différentes phases d’une mitose à l’aide d’une vidéo. (CG 1) / …

Savoirs et niveaux de maîtrise Savoir •

Sexualité et reproduction.


Décrire et schématiser les grandes caractéristiques morphologiques de la mitose et de la méiose. Faire apparaître le caractère arbitraire de leur division en différentes phases.

•

Décrire et schématiser la gamétogenèse.

•

Utiliser à bon escient les concepts de caryotype, de cellule haploïde et de cellule diploïde.

A éviter

/ Différencier le mécanisme des mitoses animale et végétale. / Nommer et détailler les différentes parties de la prophase de première méiose et aborder la notion de crossing-over.

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II. Thèmes axés sur la chimie Thème proposé: les transformations de la matière, partie intégrante de notre quotidien (environ 6 périodes) Exemples de questionnement pouvant donner lieu à une mise en situation

/ Pourquoi utiliser du vinaigre blanc pour enlever les taches dues au calcaire sur les robinets d’une salle de bain ? / Pour quelle raison les acides rendent-ils le ciment poreux ? / Qu’est-ce qu’une dose létale ? / Qu’est-ce qu’une saumure ? Quel est son usage ? / …


/ Préparer une solution de concentration donnée, du sérum physiologique par exemple. CG 1) / …


A éviter

/ Aborder des problèmes avec excès ou défaut de réactifs ou des problèmes qui comportent plus d’une réaction. / Envisager la concentration d’une solution en degré ou en pour cent (vue en 5e). / Utiliser la notion de gaz parfait dans un autre cadre que celui du calcul du volume molaire.

2001


Thème proposé: un modèle de l’atome, une longue découverte…. (environ 4 périodes) Exemples de questionnement pouvant donner lieu à une mise en situation

/ Lors d’un feu d’artifice, comment l’artificier fait-il pour obtenir une couleur bien précise ? / Pourquoi certains éclairages produisent une lumière orange alors que d'autres produisent une lumière bleue ? / Qu’est-ce que le carbone 14 ? Et à quoi sert-il ? / Qu’est-ce qu’un nucléon ? / …


/ Par une démarche historique, découvrir différents modèles de l’atome et les confronter aux phénomènes chimiques observés en classe. (CG 2) / Observer les spectres de flamme de quelques sels chauffés ou de quelques éléments métalliques et interpréter les observations sur base de documents historiques décrivant le modèle de Bohr. (CG 1) / …


A éviter

/ Parler d’autres nombres quantiques que le nombre quantique principal n. / Envisager la décroissance radioactive.

2001


Thème proposé: de l’atome aux édifices chimiques (environ 4 périodes) Exemples de questionnement pouvant donner lieu à une mise en situation

/ Pour quelle raison utilise-t-on l’hélium dans les dirigeables et les ballons-sondes au lieu du dihydrogène moins coûteux et plus léger ? / Pourquoi l’argon est-il un gaz monoatomique alors que le dichlore est diatomique ? / Quelle est l’espèce chimique responsable de l’odeur de menthe, de la banane, …? / L’odeur des framboises évoque celle de l’herbe fraîchement coupée, est-ce un hasard ? / Quel est le nom du produit chimique contenu dans le vinaigre ? / …


/ Connaissant les règles du duet et de l’octet, reproduire, à l’aide de modèles éclatés et de modèles compacts, les représentations spatiales de molécules simples (H2, N2, O2, HCl, H2O, CH4, NH3, CO2) illustrées sur des photographies. (CG 1) / …



•

Liaison chimique.

•

Distinguer les composés ioniques des composés covalents.

•

Classification des corps constitutifs de la matière : composés organiques et minéraux.

•

Représenter selon Lewis quelques molécules simples, issues de la chimie minérale et de la chimie organique, telles que: H2, N2, O2, HCl, H2O, CH4, NH3 ou CO2.

•

•

Fonctions chimiques.

Reconnaître les groupements fonctionnels : alcène, acide carboxylique, alcool, aldéhyde, cétone et ester.

A éviter

/ Evoquer les exceptions aux règles de l'octet. / Aborder la liaison semi-polaire et la liaison coordinative.

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III. Thèmes liés à la physique Thème proposé : la description de mouvements (environ 5 périodes) Exemples de questionnement pouvant donner lieu à une mise en situation

/ Comment représenter un voyage sur un graphique de la position en fonction du temps ? / Nous disposons expérimentalement de quelques points du graphique d'un mouvement. Est-il pertinent de les joindre par une ligne brisée ? Si nous disposions de tous les points de ce graphique, présenterait-il des angles ou des zigzags ? / L'unité correcte de vitesse est-elle le «kilomètre-heure», le «kilomètre par heure» ou le «kilomètre à l'heure» ? / Peut-on dire qu'une voiture va vite si elle atteint le 100 km/h en 6 secondes ? / Quel est l'ordre de grandeur de l'accélération d'un escargot, d'un coureur de 100 m, d’une voiture de formule 1, d'une fusée,… ? / Le Soleil tourne-t-il autour de la Terre ? / …


/ Sélectionner les graphiques qui décrivent au mieux des mouvements observés par chronophotographie. (CG 1) / A partir d'un graphique de la position en fonction du temps, déterminer l'évolution de la vitesse et de l'accélération d'un mobile. (CG 1) / Etudier expérimentalement le mouvement d'une bulle dans un tube rempli d'eau ou le mouvement d'un chariot sur un plan incliné par exemple. Induire les lois qui rendent compte de ces phénomènes. (CG 1) / …


A éviter

/ Etudier des mouvements dans le plan. / Utiliser le caractère vectoriel des grandeurs étudiées.

2001


Thème proposé : l'explication de mouvements (environ 5 périodes) Exemples de questionnement pouvant donner lieu à une mise en situation

/ Pourquoi cherche-t-on à minimiser les frottements dans les moyens de transport ? / Quel est le rôle des moteurs d'une fusée lorsque celle-ci ne subit plus l'attraction terrestre ? / Quels sont les utilités et les dangers d'une ceinture de sécurité ou d'un airbag ? / La chute libre est-elle d'autant plus accélérée que les objets sont massifs ? / Quelle est l'importance de la force à exercer sur une balle de bowling, un vélo ou une automobile pour les faire démarrer ? / …


/ Participer à une étude expérimentale conduisant à la loi fondamentale de la mécanique. (CG 1) / Trouver les paramètres utilisés pour exprimer la qualité d'un pneu. (CG 2) / …


Pesanteur et chute des objets.

•

Forces et mouvements.

•

Frottements.

•

Sécurité routière : pression des pneus, freins.


Interpréter des phénomènes observés ou issus de la vie courante à la lumière des trois lois de Newton.

•

Elaborer la définition du newton.

A éviter

/ Etudier des mouvements dans le plan. / Utiliser le caractère vectoriel des grandeurs étudiées. / Etudier la loi d'attraction universelle.

2001


Thème proposé : énergies et mouvements (environ 4 périodes) Exemples de questionnement pouvant donner lieu à une mise en situation

/ Que mesurent les kilowatts caractérisant les automobiles ? / Quel est l'intérêt des retenues d'eau en montagne ? / Quelles énergies et quelles forces entrent en jeu lorsqu'on enfonce un clou ? lorsqu'on le retire au pied-de-biche ?… / Quelles énergies et quelles forces entrent en jeu lors d'un freinage ? / ..


/ Etablir expérimentalement le lien entre forces et distances parcourues dans quelques machines simples utilisées en pratique (leviers, pinces, cric,…) ainsi que le lien entre ces caractéristiques physiques et un bon usage de ces outils. (CG 1) / Mettre en évidence les lois physiques intervenant dans des éléments de la sécurité active d'une automobile comme la déformabilité, l'airbag, la ceinture, l'appuie-tête, les freins, les pneus, l'ABS. Quelles sont les différences entre une voiture et un poids lourd à ce niveau ? (CG 3) / …



•

Travail.

•

Utiliser de manière cohérente les unités S.I. des grandeurs vues.

•

Puissance.

•

Distinguer différentes formes d'énergie potentielle.

•

Energie mécanique.

Dérives à éviter

/ Etudier la transformation de chaleur en énergie mécanique. / Introduire un cosinus dans la définition du travail.

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IV. Thème axé sur la chimie et la physique Thème proposé: structure et propriétés de la matière, aspects physiques et chimiques (environ 6 périodes) Exemples de questionnement pouvant donner lieu à une mise en situation

/ Comment expliquer que la mine d’un crayon se clive toujours dans le même sens ? Pourquoi le diamant est-il si dur ? / Quelle est la propriété du cuivre qui le rend bon conducteur de l’électricité ? / Certains solides se plient facilement (plomb, zinc, …), d’autres se cassent dès qu’on cherche à les plier un peu fortement (verre, porcelaine) : d’où provient cette différence de comportement ? / Pour quelle raison ne remplit-on pas, à ras bord, une bouteille d'eau placée au congélateur ? / De quelle manière un fin filet d'eau est-il dévié au voisinage d'un corps chargé électriquement ? / Comment se fait-il qu’un liquide comme l’éther, versé sur la main, donne une sensation de froid ? / …


/ L’originalité de la planète Terre est d’être recouverte aux deux tiers d’eau. Montrer que ce liquide a des propriétés exceptionnelles. (CG 1) / Situer dans le temps, le moment où l’on a établi une distinction entre les notions de chaleur et de température. (CG 2) / Observer la diffusion d’un colorant dans un liquide. (CG 1) / …



•

Structure et propriétés.

•

•

Cohésion de la matière : interactions entre molécules et/ou ions.

Prévoir l'une ou l'autre propriété physique d'une substance en fonction de sa structure moléculaire.

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Expliquer les comportements des matériaux en fonction de la température et de l’agitation moléculaire.

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Faire la distinction entre liaisons intra- et intermoléculaires.

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Changements d’état, dilatation.

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Forces électriques et cohésion.

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Température et énergie thermique.

A éviter

/ Envisager la forme dans l'espace de molécules ou ions présentant plus de 2 sortes d’atomes. / Aborder, de manière quantitative, la force de Coulomb, les dilatations et la calorimétrie. 2001
