Actions vers l'enseignement secondaire - [Physique]

Un nouveau MASTER MEEF (mention Métiers de l'Education de l'Enseignement et de la Formation) a été mis en place  dans le cadre de l'ESPE de Paris. L'UFR participe activement au parcours "Sciences physiques et chimiques".

• Présentation de la formation
• Site de la mention
• Présentation des UE du parcours "Sciences physiques et chimiques

L'UFR de physique participe à la formation continue des enseignants du secondaire, en proposant des stages dans le cadre de la formation continue de Sorbonne Université:

•  Résolution de problème en physique - Physique légère

Les objectifs de cette formation concernent la mise en place de séquences pédagogiques utilisant la résolution de problèmes. Il s'agit de développer chez les élèves les compétences spécifiques à la démarche d'investigation, en particulier la capacité à manipuler les ordres de grandeur et à faire preuve d'esprit critique. Cette démarche peut être associée à des activités expérimentales ou d'analyse de documents à l'aide des TICE. La formation comporte à la fois des cours et des ateliers (expérimentaux et TICE).

• Introduction à l'analyse d'image scientifique

Le projet européen EU-HOU (Hands On Universe) a été créé en 2004, dans le cadre du renouveau de l'enseignement des sciences. Son ambition est de promouvoir une méthode innovante d’apprentissage de la physique et des mathématiques à travers l’astronomie. Pour apprendre à utiliser ces outils pédagogiques, nous proposons des formations sur 2 ou 5 jours destinées aux enseignants de mathématiques et de physique, depuis le collège jusqu'aux classes préparatoires:

• « EU-HOU : Hands On Universe, Europe (3 MB) »: un stage de 5 jours, assez complet comprenant de nombreuses activités EU-HOU (SalsaJ, kinesthésie, radioastronomie, exoplanètes, Voie Lactée, incertitudes, activités collaboratives)
• « A la recherche de planètes extrasolaires pour initier les élèves à une démarche scientifique (2 MB) »: un stage de 2 jours sur les planètes extrasolaires (SalsaJ, kinesthésie, exoplanètes, activités collaboratives).
• « Explorons la Voie Lactée pour initier les élèves à une démarche scientifique  (3 MB)»: un stage de 2 jours sur la Voie Lactée (Radiotélescopes, kinesthésie, SalsaJ, activités collaboratives).

Les chercheurs de Sorbonne Université proposent d’intervenir en classes de lycée sur des thèmes variés de la physique, en lien ou non avec les programmes. L’intervention peut se faire sous forme d’un exposé et /ou d’une manipulation sur la thématique choisie, ou bien sous forme d’une activité de travaux pratiques menée par les élèves avec le chercheur et le professeur.

Cette intervention peut être ponctuelle d’une durée courte (typiquement 45 mn) ou prendre la forme d’un projet sur une plus longue durée. Une visite de la classe à l’université peut aussi être envisagée dans le but de faire une expérience sur place ou bien de découvrir un laboratoire de recherche.

Inscription

Le professeur choisit un thème lors de l’inscription. Il sera contacté par un chercheur désirant intervenir au lycée et ensemble ils décideront de la forme de cette intervention.

Ressources

Vous trouverez une description des différents thèmes proposés par les chercheurs de Sorbonne Université, ainsi que des propositions d'interventions.

Plateforme Pédagogique d'Expériences

La plateforme pédagogique d'expériences de Physique propose de nombreuses expériences afin d'illustrer les phénomènes physiques.

 

 

Nous avons regroupé dans le document ci-dessous les expériences transportables de la plateforme pédagogique d'expériences, qui peuvent faire l'objet d'une démonstration lors d'une intervention d'un chercheur de Sorbonne Université au lycée. En voici quelques exemples:

• L'oiseau buveur: cette expérience illustre quelques phénomènes de la thermodynamique, grâce à un oiseau buveur dont le mouvement est dû à l'évaporation de l'eau qu'il "boit";
• L'effet Venturi: cette expérience illustre quelques phénomènes de la dynamique des fluides, dans une expérience simple où l'on fait "léviter" une petite balle dans un flux d'air;
• La pile humaine: cette expérience illustre quelques phénomènes d'électricité, en créant une pile dont les élèves constituent le "milieu actif".
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• • Télécharger les fiches d'expériences transportables (démonstrations, TD, TP...).

Projet sur le chaos

Popularisé sous le nom d'"effet papillon", la théorie du chaos déterministe a une importance à la fois pratique et philosophique.

Elle établit une distinction a priori non évidente entre le déterminisme (une loi d'évolution) et la prédictibilité. C'est une mine d'exercices qui nécessite un travail sur la calculette, mais aussi la réflexion sur les résultats surprenants qu'elle peut donner.

 

Vous trouverez ici des propositions d'interventions, sous forme de présentations, d'activités en classe ou à l'extérieur.

Présentations

Balade dans le Système Solaire

 

Que diriez-vous d’une petite balade dans le Système Solaire, confortablement assis dans votre fauteuil ? Nous survolerons le Soleil et sa météo capricieuse; nous découvrirons les dernières nouvelles des planètes telluriques; nous survolerons Saturne en compagnie de la sonde Cassini; et enfin nous irons aux confins du Système Solaire à la recherche des planètes naines.

La vie du Soleil

 

Comment le soleil est-il né ? Comment fonctionne-t-il ? Comment va-t-il finir sa vie ? Cet exposé répond simplement à toutes ces interrogations. Quel que soit votre âge et votre niveau de connaissance, vous découvrirez sûrement beaucoup de choses sur cet astre qui vous est pourtant très familier.

Activités

Un trou noir au centre de notre galaxie

Cette activité propose, à travers l'analyse d'images du centre galactique à l'aide d'un logiciel de traitement d'images, de mesurer la masse du trou noir central supermassif. En suivant le mouvement d'une étoile, et grâce aux lois de Kepler, les élèves vont obtenir des résultats scientifiques très récents avec une très bonne approximation. Ils seront amenés à apprécier les limites de la méthode et du résultat.

Cette activité a été développée dans le cadre de Eu-HOU.

 

Mesure de la constante de Hubble

 

Le premier laser a été mis au point en 1960 par Théodore Maiman.

Au départ simple curiosité de laboratoire, ils sont passés du statut d'objet de recherche à celui d'outil scientifique. Les applications se sont rapidement multipliées : usinage industriel, applications médicales, transport et stockage de l'information... 50 ans après leur invention les lasers ont envahi notre quotidien.

La conférence présente les lasers au travers de quelques expériences pour répondre aux questions :

Pourquoi la lumière laser est-elle si spéciale ? Comment marche un laser ? A quoi servent-ils ?

Expériences

• Un laser à coeur ouvert

• Mesure de la vitesse d'un train par un radar laser

• Mesure de rugosité d'une surface (simulation d'un microscope à force atomique)

 

Expériences sur les mousses

Ces expériences illustrent, à travers l'exemple des mousses liquides, les propriétés physiques des fluides complexes en général, dont le comportement macroscopique est lié à l'existence d'une structure interne à l'échelle mésoscopique.

Les mousses donnent un exemple très pédagogique de ce lien car la structure interne des bulles dans la mousse est aisément observable. On présente une série d'expériences en 4 étapes qui vont de l'échelle locale vers l'échelle macroscopique.
Après une rapide observation de divers matériaux structurés en mousses (étape 1), on présente les lois d'équilibre locales qui fixent l'arrangement des films de savons entre eux et de leurs jonctions, en plongeant des cadres de formes géométriques appropriées dans un bain d'eau savonneuse (étape 2). En complexifiant la forme du cadre et donc en augmentant le nombre de films de savon dans le système, on constate que ce petit nombre de règles locales (nombre de films de savon qui se rencontre à une arête, nombre d'arêtes à un sommet) est toujours parfaitement respecté.
A la troisième étape, on observe une mousse à 2 dimensions (monocouche de bulles écrasée entre deux plaques transparentes) et on constate que le respect des règles locales a des conséquences sur la forme des bulles dans la mousse et sur la statistique de répartition des bulles (nombre de côtés des bulles, etc...)
Enfin (étape 4), en utilisant de la mousse à raser que l'on peut comprimer entre deux plaques, on explore les propriétés mécaniques macroscopiques des mousses, tantôt solides et tantôt liquides en fonction de la force appliquée. On est alors en mesure de comprendre le lien entre la structure des bulles qui entrave leur déplacement relatif et la réponse macroscopique de la mousse.

Les nanosciences étudient les phénomènes physiques dans les objets à l’échelle du nanomètre, où de nouvelles propriétés de la matière apparaissent (effets de taille, propriétés quantiques…). Les nanosciences constituent aujourd’hui un vaste domaine de recherche pluridisciplinaire, très actif, aussi bien d’un point de vue fondamental que du point de vue des applications.

 

Présentations

De l'atome aux matériaux, la physique et la chimie rejoignent leurs forces

 

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  • vidéos
    • Les vidéos de l'Institut des NanoSciences de Paris (INSP)
    • A la découverte de la supraconductivité

Réchauffement climatique, trou dans la couche d’ozone, pollution urbaine… mais comment les scientifiques observent-ils ces phénomènes ?

Nous vous proposons lors d’un exposé de vous expliquer tout d’abord les grands principes du système climatique (c’est de la thermodynamique et de l’électromagnétisme) puis d’utiliser un modèle informatique simple pour essayer de prévoir le climat futur.
Dans un deuxième temps, nous vous expliquerons comment la physique permet de contrôler l’état de l’atmosphère avec des satellites et des mesures à distance depuis le sol. Il est également possible de visiter une plateforme instrumentale située sur le campus Pierre et Marie Curie

Illustrations

Projet sur l'histoire de l'âge de la Terre

Comment la Terre a-t-elle pu vieillir de 5 milliards d'années en seulement 400 ans, passant de l'âge biblique soigneusement établi à 3998 av. J.-C. par Newton aux 4,55 milliards d'années actuels ? Comment, face à l'évidence et contrairement aux textes sacrés, a-t-on compris que le mouvement des cieux s'expliquait par celui de la Terre ?

Quelle a été la démarche initiée par les savants de la période de l'Âge d'or arabe et reprise à la Renaissance pour se dégager d'une lecture littérale du Livre saint ?

On se propose de montrer, par l'étude d'un exemple précis, ce qui distingue une connaissance scientifique d'une simple croyance.

Misère intellectuelle bien souvent nourrie par la misère tout court, le renouveau de divers fondamentalismes religieux rend étonnamment actuels l'argumentation de Galilée et l'apport de Darwin.

Le projet EU-HOU (Hands-On Universe, Europe, bringing frontline interactive astronomy to the classroom)  s'inscrit dans le cadre du renouveau de l'enseignement des sciences. Ce projet est coordonné par des enseignants-chercheurs de Sorbonne Université, dont Anne-Laure Melchior (responsable), Emmanuel Rollinde et Pacôme Delva.

La recherche en astronomie et l'utilisation de nouvelles technologies permet d'éveiller l'intérêt des élèves des collèges et lycées pour la science. Nous proposons des ressources aux enseignants du secondaire ainsi que l'organisation d'un réseau d'établissements pilotes et de personnes ressources. Un logiciel de traitement d’images numériques, SalsaJ, a été développé spécialement pour une utilisation pédagogique, et est accompagné de nombreuses propositions d'activités scientifiques.

Le projet EU-HOUMW (Connecting classrooms to the Milky Way) a bénéficié d'un financement Comenius (Formation Tout au Long de la Vie). Il a permis de développer un réseau de 6 radiotélescopes pour l'enseignement, dont deux antennes à Sorbonne Université. Ces instruments sont facilement accessibles à partir d'une page Web. Des séquences pédagogiques innovantes incluant des activités TICE et kinesthésiques sont disponibles sur le site Web EU-HOU, et sont présentées dans les formations proposées.

Ces outils sont déjà utilisés dans de nombreuses classes européennes, et dans des enseignements de projets en licence à Sorbonne Université.

Nous formons les futurs enseignants du secondaire à leur utilisation dans le master MEEF à partir de la rentrée 2014-2015. De plus, les méthodes kinesthésiques ont mené à un projet inter-disciplinaire soutenu par le PRES Sorbonne Universités: Kinesthésie - L'apprentissage en mouvement .