Un projet pour favoriser la culture scientifique

Suite au séminaire relatif à l’ « option sciences » organisé par l’APMEP (Association des Professeurs de Mathématiques de l’Enseignement Public), nous nous sommes lancés en fin d’année scolaire dans la réalisation de cet atelier au Lycée Marie Curie de Nogent sur Oise.

 
Nous avons déposé un dossier à intégrer à notre projet d’établissement (voir ci-contre) ; puis après approbation à l’unanimité au conseil d’administration nous avons joint une lettre d’information avec coupon retour au dossier d’inscription des élèves entrants en classe de seconde.

Nous avons alors pu recueillir une liste de candidats parmi lesquels nous avons effectué une sélection sur la motivation courant juillet.

Deux ateliers ont été ouverts au Lycée ; l’un faisant intervenir Mathématiques, Sciences Physiques et Sciences de la vie et de la terre et l’autre dont je fais partie regroupant Mathématiques, Sciences Physiques et Sciences de l’Ingénieur.

Je me propose d’exposer ici le déroulement de ce second atelier et plus principalement de la partie Mathématiques au fil de cette année scolaire.

Mise en œuvre

Nous avions initialement 15 élèves retenus pour cet atelier. Cependant vu le nombre d’options et de classes de secondes intervenant dans notre lycée nos 15 élèves n’ont pu être regroupés au sein d’une même classe. L’atelier a donc été placé sur le créneau du mercredi après midi. Dès lors la motivation d’un bon nombre a disparu et ceux ci n’ont pas cru bon de continuer à suivre ces heures. Nous assurons désormais cet atelier avec 5 élèves vraiment très motivés !!! Certains ont même décidé de réaliser un site internet personnel consacré à cet atelier.

Côté administratif

Les moyens attribués à ce projet ont du être pris sur la DHG, nous n’assurerons donc l’atelier que jusqu’au vacances de février pour cette première année.

Les élèves ont déjà été reçu par l’administration lors d’un déjeuner pédagogique le mardi 24 octobre à midi ; ils y ont bien présenté leurs motivations.

Une cérémonie de fin d’année est prévue pour février avec exposé d’un intervenant extérieur et invitation des parents.

Côté organisation

Nous assurons des séances d’une heure trente et tournons par permutation circulaire. (voir notre planning d’intervention ci-dessous)

Nous sommes convenus d’un travail autour d’un thème : Les Micromoteurs. L’étude en sera donc faite en Mathématiques, en Sciences Physiques et en Sciences de l’Ingénieur.

Notre objectif étant à terme la réalisation d’un moteur de Stirling par les élèves. Le collègue de Sciences de l’Ingénieur élabore ces temps-ci un prototype afin d’en évaluer la faisabilité par les élèves.

Le planning

Les séances réalisées en Mathématiques à ce jour

• Le 13 Septembre : Présentation de l’atelier en deux temps
  À trois enseignants, nous commençons par une présentation globale visant à exposer les objectifs et motivations de ce projet ainsi que son organisation dans le cadre de l’année scolaire à venir.
  Suit une première séance de Mathématiques sur laquelle avant toute activité j’ai décidé de présenter la notion de « démarche » en Mathématiques. Pour cela j’ai repris une activité expérimentée dans le cadre de l’ « option sciences » dans l’académie de Montpellier.
  • L’objectif visé :
    Produire toutes les configurations possibles de 4 points distincts dans un même plan, telles que si l’on mesure les distances séparant les points 2 à 2, on n’obtienne que deux mesures différentes. Nous avons alors : modélisé, conjecturé puis démontré !

• Le 27 Septembre : Le thème était choisi, nous travaillerons donc toute l’année autour de la notion de micro-moteurs
  M’appuyant sur des notions déjà vues en Mathématiques et en Sciences Physiques, je suis parti sur une étude globale : en formule 1 ou sur un circuit à petite échelle pour des modèles réduits.
  • Calculs de vitesses moyennes sur le circuit ( à partir de vitesses constantes connues sur des sous intervalles)
  • Consommations en essence sur un certain nombre de tours parcourus (à partir de la connaissance de consommations en fonction de la vitesse)
  • Réciproquement distance pouvant être parcourue sur le circuit à partir du volume d’essence contenu dans le réservoir
  • Volumes de réservoirs en fonction de leurs formes géométriques.

• Le 11 Octobre : Suite à la séance de Sciences Physiques relative à l’étude d’un mouvement oscillatoire : le pendule
  Nous sommes, dans la continuité de la séance du 27/09 partis dans des calculs de vitesses, mais cette fois ci de vitesses angulaires !
  Les élèves ont alors pu représenter l’évolution de la vitesse angulaire en fonction du temps.
  Par ailleurs nous avons discuté sommairement de la vision et des déformations de la vision . En effet les élèves avaient simulé le modèle Physique du pendule à l’ordinateur et tracé à l’écran trop de cordes proches les unes des autres. On pouvait alors avoir l’impression d’une distorsion de ce fil (illusion optique).

• Le 18 Octobre : D’un mouvement de rotation à un mouvement de translation !
  Nous appuyant sur une activité réalisée par une classe de Baccalauréat Professionnels, nous avons vu avec les élèves comment passer de la fréquence de rotation du moteur au calcul de la vitesse linéaire de l’objet.
  Nous nous sommes pour cela appuyés sur les notions (vues en Mathématiques en ce début d’année de seconde) de :
  • Fonctions
  • Expression algébrique d’une fonction
  • Tableau de valeur associé
  • Courbe représentative d’une fonction et lecture graphique associée.

• Les 15 et 22 Novembre : Afin de modéliser plus efficacement, j’ai voulu que les élèves manipulent efficacement le tableur
  J’ai donc décider de réaliser avec eux une activité présentée dans le cadre du B2I sur le site de l’académie de Reims : Tableur et ASSR (Sécurité Routière, nous sommes toujours dans le cadre des micro-moteurs !)

• Les 6 et 13 Décembre : Prise en main d’un logiciel de géométrie dynamique : Géogébra
  Une fois les élèves familiarisés avec cet outil : représentations de divers composants et schémas de principe du moteur Stirling.

• Les 10 et 17 janvier : Les élèves ont maintenant appris à utiliser à bon escient tableur et logiciel de géométrie dynamique
  Je les ai donc invités à réaliser divers documents de synthèses. Ceux-ci seront utilisés lors de leurs deux présentations orales :
  • Au Lycée en évaluation sommative
  • À l’Université dans le cadre du concours : « Faites de la Science » (Cf. paragraphe suivant pour plus de détails).

• Les 7 et 14 février : Réalisation matérielle
  L’objectif est le montage du moteur à l’atelier.
  Les trois professeurs interviennent et encadrent les élèves dans cette phase finale.

Bilan

• Points forts
  Les élèves sont très motivés par le challenge à réaliser.
  Ils apprécient également l’association des trois matières à l’atelier, la découverte pour eux des interactions possibles entre celles-ci.
• Déception
  Les premières productions ne sont pas à la hauteur de nos espérances !

Avant la soutenance

Les élèves sont chargés :

• d’analyser les raisons de ce dysfonctionnement,
• de finaliser leurs documents de synthèses,
• de tirer un bilan de cet atelier.

Concours « Faites de la Science »

Dans le cadre de l’atelier « Démarches et Culture Scientifiques » organisé au Lycée Marie Curie de Nogent sur Oise, nous réalisons cette année un moteur de Stirling avec nos élèves de seconde.

Vu l’opportunité non négligeable tant au niveau financier (pour la réalisation du projet), qu’au niveau motivationnel pour nos élèves nous avons décidé avec les élèves de cet atelier de nous inscrire à ce concours Faites de la Science organisé par l’Université et relayé par nos IA-IPR.

Réponse reçue le 22 décembre :

J’ai le plaisir de vous annoncer que votre dossier a été retenu pour participer au concours "Faites de la Science". Le concours académique se déroulera le mercredi 16 mai sans doute toute la journée (retenez cette journée) dans le hall du pôle scientifique de l’Université (33 rue Saint Leu à Amiens). Chaque classe ou groupe d’élèves+professeur aura un stand, les élèves présenteront leurs réalisations au jury qui délibérera et proclamera le classement en milieu-fin d’après midi.