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IGEN STI 9 juillet 20091
Séminaire CPGE - Paris
Objectifs de ce séminaire
Le groupe STI de l’IGEN souhaite indiquer clairement
aux nouveaux nommés en CPGE comment il conçoit
l’enseignement des sciences industrielles pour
l’ingénieur.
IGEN STI 9 juillet 20092
Séminaire CPGE - Paris
Contexte
Contexte difficile nous a imposé de vous inviter et non
de vous convoquer.
CPGE forment des ingénieurs, enseignants et des
chercheurs, mais surtout des ingénieurs.
IGEN STI 9 juillet 20093
Séminaire CPGE - Paris
Aujourd’hui il n’est plus possible d’ignorer que
la conception globale des systèmes fait appel
tout autant aux connaissances des systèmes
de commande, électroniques programmables
ou non, qu’à celles des chaînes d’action
mécanique.
IGEN STI 9 juillet 20094
Séminaire CPGE - Paris
Définition de l’ingénieur (Commission des Titres
d’Ingénieur)
« Le métier d’ingénieur consiste à résoudre les
problèmes de nature technologique, concrets et
complexes, liés à la conception et à la mise en œuvre
de systèmes ou de services. Cette aptitude résulte d’un
ensemble de connaissances techniques d’une part,
économiques, sociales et humaines d’autre part ».
IGEN STI 9 juillet 20095
Séminaire CPGE - Paris
Un ingénieur doit être capable :
- de s’adapter à des produits / situations nouveaux /
nouvelles ;
- de les appréhender de manière globale ;
- de dégager leurs fonctions principales ;
- de procéder à leur analyse ;
- d'en proposer une modélisation ;
- de prédire leur comportement ;
- d'améliorer leur modèle.
IGEN STI 9 juillet 20096
Séminaire CPGE - Paris
Un ingénieur doit :
- avoir une approche système qui lui permet de gérer la
complexité, et donc pour ce qui concerne les produits
industriels avoir une approche intégrée des chaînes
d’énergie et d’information.
- s’appuyer sur des modèles élaborés à partir d’outils
développés en mathématiques, sciences physiques,
mécanique, génie électrique, automatique...
IGEN STI 9 juillet 20097
Séminaire CPGE - Paris
Ces outils ne sont plus une finalité. Par
exemple, la mécanique est très utile pour
déterminer les modèles destinés à analyser et
concevoir la partie commande des systèmes
automatiques.
IGEN STI 9 juillet 20098
Séminaire CPGE - Paris
Les ingénieurs de demain vont devoir répondre, à l’échelle
planétaire qui est dès à présent celle du monde globalisé, à
d’extraordinaires défis technologiques afin de :
- faire face au réchauffement climatique ;
- faire face à la pénurie d’eau ;
- préserver la biodiversité ;
- gérer la fin du pétrole ;
- sortir du déséquilibre Nord/Sud ;
- répondre à l’augmentation de la population (de 6 à 9 milliards
en 2050) qui, de plus, devrait se concentrer dans les villes ;
- …..
IGEN STI 9 juillet 20099
Séminaire CPGE - Paris
Ces compétences ne peuvent plus être acquises
uniquement en Grandes Écoles, les CPGE
doivent y participer activement.
Les CPGE sont partie intégrante de la formation
des ingénieurs.
IGEN STI 9 juillet 200910
Séminaire CPGE - Paris
Réalisation d’un produit : longtemps assimilée à la mise
en œuvre de « règles de l’art » ou de savoir-faire.
L’enseignement technique est alors fondé
essentiellement sur l’apprentissage de savoir-faire, et
destiné à donner une formation professionnelle pour
les métiers de l’industrie.
Constats
Enseignement technique
IGEN STI 9 juillet 200911
Séminaire CPGE - Paris
À la fin du CES les élèves pouvaient s’orienter vers une
seconde technique qui débouchait vers un cycle de
formation tourné vers la réalisation de produits simples.
Certaines Grandes Écoles portent même encore avec
fierté des noms de métiers aujourd’hui pratiquement
disparus en France : École des Arts et Manufactures,
École des Mines par exemple.
IGEN STI 9 juillet 200912
Séminaire CPGE - Paris
Les « règles de l’art » sont devenues insuffisantes et
souvent inadaptées face aux besoins qui ont
profondément évolué et par voie de conséquence face
aux produits qui sont devenus de plus en plus
sophistiqués.
IGEN STI 9 juillet 200913
Séminaire CPGE - Paris
La Technologie peut être définie comme la « science de
l’artificiel ». Par opposition aux « sciences de la
nature », elle est le résultat de l’activité de l’Homme, elle
est au centre de sa culture, de son histoire et de son
évolution.
En effet les produits sont toujours inventés pour l’homme et
par l’homme pour pallier ses insuffisances physiques, pour
effectuer des travaux complexes ou répétitifs, pour améliorer
son confort ou pour satisfaire des besoins plus ou moins
vitaux ...
Enseignement technologique
IGEN STI 9 juillet 200914
Séminaire CPGE - Paris
Avis de l’académie des Technologies – septembre 2004
« La technologie désigne l’ensemble de connaissances et des
pratiques mises en œuvre pour offrir à des usagers des produits
ou des services. La technologie fait donc intervenir, à coté des
processus de transformation, des éléments relevant de la
conception des produits et services, des attentes des usagers, de
la fiabilité qu’ils recherchent, des prix qu’ils sont prêts à payer, du
volume des marchés, des caractéristiques des matériaux
disponibles, des compétences des travailleurs concernés….. ».
IGEN STI 9 juillet 200915
Séminaire CPGE - Paris
La conception et la réalisation de produits s’est alors
progressivement appuyée sur les résultats démontrés dans
les sciences fondamentales. Mais la faiblesse des moyens
de calcul dont la communauté scientifique disposait il y a
encore une cinquantaine d’années, suffit à expliquer, voire
à excuser, le développement de « techniques d’experts »
plutôt que de méthodes scientifiques rigoureuses.
Avec l’évolution de ces moyens de calcul, l’enseignement a
changé : de technique il est devenu technologique.
IGEN STI 9 juillet 200916
Séminaire CPGE - Paris
La Technologie s’appuie sur des méthodologies
scientifiques rationnelles élaborées à partir de
modélisations et d’expérimentations pour appréhender
le réel dans sa globalité et sa complexité.
Il n’y a pas de sciences sans technologie et il n’y a pas
de technologie sans sciences (Recteur Blanchet –
Académie des Sciences – Nice le 12 janvier 2009).
IGEN STI 9 juillet 200917
Séminaire CPGE - Paris
Sciences, activités scientifiques expérimentales, technologie
Les sciences sont des ensembles cohérents de
connaissances, relatives à des objets, des phénomènes
et des produits, obéissant à des lois et vérifiées par des
activités expérimentales.
Les activités scientifiques expérimentales ont pour
objectif de déterminer ou/et de vérifier une loi, un
concept ou bien de servir de champ d’application aux
disciplines scientifiques.
IGEN STI 9 juillet 200918
Séminaire CPGE - Paris
Sciences, activités scientifiques expérimentales et
Technologie : trois expressions qui définissent des
domaines différents certes, mais dont l’appréhension
n’est pas simple et fait l’objet de grandes confusions.
Pourquoi ?
Parce que la Technologie est une discipline jeune qui
n’est pas encore bien positionnée dans le concert des
disciplines ou des activités traditionnelles.
IGEN STI 9 juillet 200919
Séminaire CPGE - Paris
Parce que les frontières ne sont pas étanches et qu’il y
a une interpénétration mutuelle entre sciences,
activités scientifiques expérimentales et Technologie
qui se fécondent et se complètent mutuellement.
Ainsi l’évolution des sciences est souvent liée à celle
des besoins de l’homme et le développement des
technologies s’appuie sur les outils théoriques et les
modèles mis en place par les sciences.
IGEN STI 9 juillet 200920
Séminaire CPGE - Paris
Technologie Sciences
Finalités
Supports
Démarches
Départ
ConcevoirProduire
ModéliserComprendre
Biens et services Équipements / ouvrages
PhénomènesÊtres vivantsMatière
Technologique Scientifique Expérimentale
Cahier des charges
Hypothèses Observation d’un fait naturel et/ou provoqué
IGEN STI 9 juillet 200921
Séminaire CPGE - Paris
Démarches
La démarche scientifique - savoir regarder, questionner,
observer, formuler une hypothèse et la valider,
argumenter, modéliser de façon élémentaire - conduit à
mettre en place des modèles de connaissance en
référence à des faits et à des observations.
IGEN STI 9 juillet 200922
Séminaire CPGE - Paris
La démarche expérimentale - concevoir et appliquer un
protocole, proposer des hypothèses, manipuler, mesurer,
expérimenter, en utilisant les outils appropriés, y compris
informatiques - fondée sur l’observation, la formulation
d’hypothèses puis la réalisation d’expérimentations, dégage
les principes et les règles générales de comportement et tente
de construire des modèles théoriques.
La démarche expérimentale a pour objets essentiels, soit de
mettre en évidence et/ou de vérifier la pertinence de ces
modèles, soit d’établir les relations entre les paramètres.
IGEN STI 9 juillet 200923
Séminaire CPGE - Paris
La démarche technologique se caractérise par un mode de
raisonnement fait de transpositions, de similitudes de
problématiques et d’analogies tout en tenant compte des
contraintes techniques, environnementales et socio-
économiques.
La démarche pratique qui en est le cœur n’est que très
partiellement expérimentale.
Pour l’essentiel, les activités pratiques mises en œuvre ont
pour objet de « réaliser », mettre en œuvre dans un contexte
d’usage contraignant, maintenir, améliorer, etc., le tout avec la
préoccupation de produire sans défaut.
IGEN STI 9 juillet 200924
Séminaire CPGE - Paris
La démarche de projet est une organisation destinée aux
questions suivantes : à quels besoins faut-il répondre ? Que
faut-il résoudre ? Quelle production faut-il réaliser ? … Elle
est structurée de la façon suivante :
- analyse de la situation (Formalisation des objectifs) ;
- choix d'une stratégie ;
- montage et planification du projet (étapes ? Comment les
hiérarchiser ?) ;
- mise en œuvre du projet ;
- bilan (évaluation du projet, communication, ….).
IGEN STI 9 juillet 200925
Séminaire CPGE - Paris
La démarche d’investigation est un ensemble d’actions et
de réflexions autour d’un problème à résoudre qui vise à
observer le comportement, le fonctionnement, la
constitution d’un objet technique, à rechercher des
informations et à identifier les solutions retenues ainsi que
les principes qui les régissent.
IGEN STI 9 juillet 200926
Séminaire CPGE - Paris
La démarche de résolution de problèmes techniques est
un ensemble structuré de réflexions et d’actions visant, à
partir de l’expression du problème :
- à l’expliciter ;
- à identifier les contraintes qui y sont associées, le
niveau de réponse attendue et les types de résolutions
possibles (lois, règles, outils, méthodes, organisation…) ;
- à appliquer les méthodes de résolution ;
- et à comparer les résultats afin de faire un choix
justifiable.
IGEN STI 9 juillet 200927
Séminaire CPGE - Paris
Processus de Réalisation
Processusd'Intégration
Processusde Conception
Réceptionner
Assembler
Vérifier l'intégration
Valider le système
Fabriquer - Réutiliser - Acheter
Définir le besoin
Définir
les exigences techniques
Concevoir
l’architecture
fonctionnelle
Concevoir
l’architecture organique
La démarche ingénieur
La démarche ingénieur
« englobe » ou s’appuie
sur toutes les autres
démarches
IGEN STI 9 juillet 200928
Séminaire CPGE - Paris
C’est à partir de tous ces constats et
nécessités qu’une nouvelle « discipline »
est née il y a une trentaine d’années à
peine : Les Sciences de l’Ingénieur.
IGEN STI 9 juillet 200929
Séminaire CPGE - Paris
Sciences
Activités scientifiques
expérimentales
Technologie
Sciences de l’ingénieur
Et la démarche ingénieur
IGEN STI 9 juillet 200930
Séminaire CPGE - ParisATTENTES DE L’IGEN
Finalités de l’enseignement de sciences industrielles pour l’ingénieur
L'enseignement des sciences industrielles pour
l’ingénieur permet d'aborder avec méthode et rigueur
l'analyse de systèmes et de leur comportement.
Il a pour objectif de permettre aux étudiants d’analyser,
de modéliser et de vérifier et de valider les performances
de systèmes complexes industriels.
Il est plus transversal que l’enseignement technologique,
même si celui-ci doit forcément évoluer.
IGEN STI 9 juillet 200931
Séminaire CPGE - Paris
L’enseignement de sciences industrielles pour l’ingénieur
doit permettre de :
- vérifier les performances attendues d'un système
complexe ;
- élaborer et valider une modélisation à partir
d'expérimentations ;
- prévoir les performances d'un système à partir d'une
modélisation ;
- analyser et concevoir des solutions technologiques.
IGEN STI 9 juillet 200932
Séminaire CPGE - Paris
Un enseignement de sciences
industrielles pour l’ingénieur
doit permettre d’acquérir des
démarches et des méthodes
transposables à tous les
systèmes et d’un domaine à
l’autre
IGEN STI 9 juillet 200933
Séminaire CPGE - Paris
Organisation pédagogique
Objectifs des TP
Acquérir une opérationnalité dans la démarche ingénieur,
c'est-à-dire développer les compétences nécessaires pour
analyser et concevoir un système complexe.
Les TP permettent aussi de découvrir la réalité des
solutions industrielles, et développer le sens de
l’observation, de goût du concret et la prise d’initiative et de
responsabilité.
IGEN STI 9 juillet 200934
Séminaire CPGE - Paris
Objectifs des cours
Transmettre les savoirs, de manière déductive ou
inductive.
Les cours obéissent à une logique d’acquisition
progressive et ordonnée des connaissances
fondamentales. Ils permettent aussi de structurer les
connaissances au travers de synthèses.
IGEN STI 9 juillet 200935
Séminaire CPGE - Paris
Objectifs des TD
Acquérir la maîtrise des outils.
Les TD prolongent le cours par des applications
directes. Ils proposent des études dont la mise en
situation est rapide. Ils peuvent préparer ou suivre des
activités de Tps.
IGEN STI 9 juillet 200936
Séminaire CPGE - Paris
L’organisation pédagogique annuelle
doit être élaborée autour des TP
IGEN STI 9 juillet 200937
Séminaire CPGE - Paris
L'organisation pédagogique autour de TP n'exclut pas un
cours magistral de haut niveau, dispensé avec des
moyens modernes de communication.
Les objets techniques, les systèmes industriels qui nous
entourent étant complexes et de nature scientifique, le
professeur de sciences industrielles pour l’ingénieur doit
s'appuyer sur les outils de mathématiques, de sciences
physiques, de mécanique, d'automatique, ..., de génie
électrique, …
En revanche, le cours n'est plus une finalité en soi. Il est
« au service » de la démarche ingénieur.
IGEN STI 9 juillet 200938
Séminaire CPGE - Paris
En sciences industrielles pour
l’ingénieur on n’est pas dans le
100 % inductif.
Le cours vient structurer des
concepts rencontrés en TP et/ou
apporter des connaissances.
IGEN STI 9 juillet 200939
Séminaire CPGE - Paris
- vérifier les performances attendues d'un système complexe ;
- élaborer et valider une modélisation à partir
d'expérimentations ;
- prévoir les performances d'un système à partir d'une
modélisation;
- analyser et concevoir des solutions technologiques.
Stratégies pédagogiques en sciences industrielles pour l’ingénieur
Elles doivent être élaborées selon la démarche ingénieur :
IGEN STI 9 juillet 200940
Séminaire CPGE - Paris
Maîtrise de concepts, de lois physiques ; capacités
d’abstraction
Mathématiques et sciences physiques
Aptitudes à communiquer
Lettres et langues
Maîtrise des démarches et méthodes, transposables
d’un domaine à l’autre, pour appréhender des produits
et/ou des situations complexesSciences industrielles pour l’ingénieur
« Répartition disciplinaire » en CPGE
IGEN STI 9 juillet 200941
Séminaire CPGE - Paris
Pour acquérir ces compétences, l’approche disciplinaire qui
prévalait jusque-là doit laisser la place à l'approche
d’analyse fonctionnelle des systèmes organisée autour :
- d’activités de travaux pratiques qui ne sont pas des
applications de cours, mais servent au contraire à
développer une opérationnalité effective sur les
compétences précitées ;
- de cours magistraux qui ne sont plus des finalités mais
qui servent de point d’appui aux activités de travaux
pratiques et de travaux dirigés qui s’appuient toujours sur
des systèmes complexes.
IGEN STI 9 juillet 200942
Séminaire CPGE - Paris
Domaine réel
J'ai envie
J'ai besoin
Domaine du laboratoire
Domaine de simulation
Performancesattendues
du système
Performancesmesurées
Performancessimulées
-
Écart / CDCFÉcart 3
Écart / CDCFÉcart 1
Écart modèle / essaisÉcart 2
+
+
+--
-
IGEN STI 9 juillet 200943
Séminaire CPGE - Paris
Les Sciences Industrielles pour l'Ingénieur permettent
d'aborder la complexité des systèmes grâce à l'approche
fonctionnelle.
Les Sciences Industrielles pour l'Ingénieur développent
chez les étudiants les compétences pour s'inscrire dans la
démarche ingénieur.
En Sciences Industrielles pour l'Ingénieur , les compétences
traduisent la maîtrise de Connaissances disciplinaires, de
Capacités à les utiliser et de Comportements à mettre en
œuvre dans un contexte nouveau.
IGEN STI 9 juillet 200944
Séminaire CPGE - Paris
L'important est la démarche
ingénieur, pas les savoirs
disciplinaires
IGEN STI 9 juillet 200945
Séminaire CPGE - Paris
S1 Analyse fonctionnelle
S11 Le point de vue externe
S12 Le point de vue interne
S2 Fonctions du produit
S21 Alimenter en énergie
S22 Convertir l'énergie
S23 Transmettre l'énergie
S24 Acquérir et traiter l'information
S25 Communiquer l'information
Structure d’un programme : exemple celui de la filière TSI
IGEN STI 9 juillet 200946
Séminaire CPGE - Paris
S3 Comportement des systèmes : outils et modèles
S31 La chaîne d'énergie
S32 La chaîne d'information
S4 Représentation des produits et démarche de
conception
S41 La représentation des produits
S42 La démarche de conception
S43 La démarche de réalisation et de qualification
IGEN STI 9 juillet 200947
Séminaire CPGE - Paris
La cohérence de l’enseignement est fondamentale :
- en ATS, les deux enseignants doivent travailler de
manière coordonnée dans un laboratoire commun ;
- en MPSI, un seul professeur pour assurer les TP –
cours et TD – interrogations orales d’informatique ;
- en PCSI et PSI, un seul professeur pour assurer TP –
cours et TD – TIPE – interrogations orales d’informatique ;
IGEN STI 9 juillet 200948
Séminaire CPGE - Paris
- en PTSI, un seul professeur pour assurer TP (au
moins un groupe) – cours et TD (au moins un groupe) –
TIPE – interrogations orales d’informatique ;
en PT, un seul professeur pour assurer TP – cours et
TD – TIPE – interrogations orales d’informatique ;
+ un « 3e homme » qui sera chargé d’un TD et/ou d’un
TP au moins ;
- en TSI, les deux enseignants doivent travailler de
manière coordonnée dans un laboratoire commun.
IGEN STI 9 juillet 200949
Séminaire CPGE - Paris
Contexte et attentes du groupe STI de l’inspection
générale
Claude Bergmann et Norbert Perrot
Former les ingénieurs de demain avec les sciences
industrielles pour l’ingénieur
Hervé Riou – Président de l’UPSTI - Lycée Chaptal Paris
Stratégies pédagogiques en PSI
Olivier Altet – Lycée Cormontaigne Metz
Programme
IGEN STI 9 juillet 200950
Séminaire CPGE - Paris
Stratégies pédagogiques en PTSI
François Alin – Lycée Roosevelt Reims
Stratégies pédagogiques en ATS et en TSI
Christel Izac – Lycée Jules Ferry Versailles
L’automatique en CPGE
Claude Bergmann - IGEN
IGEN STI 9 juillet 200951
Séminaire CPGE - Paris
Les TIPE en CPGEAnnick Antoine et Pascale Costa – Lycée Raspail Paris
ConclusionsClaude Bergmann et Norbert Perrot
IGEN STI 9 juillet 200952
Séminaire CPGE - Paris
Si tu conduis une machine (ou un groupe)
occupe-toi de l'accélérateur ; il y aura toujours
quelqu'un pour s'occuper du frein.
Louis ARMAND (1905 – 1971)