0 Introduction IGEN by pLdevf2h

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									                    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.




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   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.




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     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.




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     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 ».



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     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.


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   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...



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     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.




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  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 ;
     - …..


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   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.




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 Constats

     Enseignement technique

    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.


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  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.



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   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.




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 Enseignement technologique
   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 ...
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  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….. ».




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  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.


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     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).



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  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.


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   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.


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   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.


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                   Technologie           Sciences


      Finalités    Concevoir             Modéliser
                   Produire              Comprendre
      Supports
                   Biens et services      Phénomènes
                   Équipements /          Êtres vivants
                   ouvrages               Matière
      Démarches
                    Technologique        Scientifique
                                         Expérimentale
      Départ
                    Cahier des           Hypothèses
                    charges              Observation d’un fait
                                         naturel et/ou provoqué


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    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.




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  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.


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  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.


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    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, ….).
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  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.




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  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.

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La démarche ingénieur
                Définir le
                 besoin
                                          La démarche
                                            ingénieur
                     Définir
                       les
                                           « englobe »
                   exigences               ou s’appuie              Valider le système
                   techniques
                                          sur toutes les            Vérifier l'intégration
                          Concevoir           autres
                        l’architecture                                   Assembler
                        fonctionnelle      démarches
                                                                    Réceptionner
           Processus
           de Conception          Concevoir                                        Processus
                                l’architecture
                                                                                  d'Intégration
                                  organique



                                      Fabriquer - Réutiliser - Acheter
                                         Processus de Réalisation



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   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.




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                      Sciences de l’ingénieur

                                              Activités
           Sciences                         scientifiques
                                           expérimentales



           Et la démarche ingénieur

                             Technologie




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               Séminaire CPGE - Paris
ATTENTES 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.
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                  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                             31                   9 juillet 2009
                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                    32           9 juillet 2009
                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                         33                     9 juillet 2009
                   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                            34                    9 juillet 2009
                 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                          35                  9 juillet 2009
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    L’organisation pédagogique annuelle
           doit être élaborée autour des TP




IGEN STI                    36           9 juillet 2009
                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                         37                     9 juillet 2009
                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                    38           9 juillet 2009
                      Séminaire CPGE - Paris

  Stratégies pédagogiques en sciences industrielles
  pour l’ingénieur
Elles doivent être élaborées selon la démarche ingénieur :

    - 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                              39                    9 juillet 2009
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« Répartition disciplinaire » en CPGE

     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 complexes
             Sciences industrielles pour l’ingénieur

IGEN STI                        40                     9 juillet 2009
               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                       41                   9 juillet 2009
               Séminaire CPGE - Paris

                            Domaine réel
                          J'ai envie


           Écart / CDCF      J'ai besoin

                                                    Écart / CDCF
             Écart 1                                  Écart 3



           -         +         Performances          -          -+
                                 attendues
                                du système

           Domaine du                                    Domaine de
           laboratoire                                   simulation
                                   Écart modèle
                                     / essais
                                      Écart 2




           Performances                -        +    Performances
             mesurées                                  simulées




IGEN STI                                   42                         9 juillet 2009
               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                       43                    9 juillet 2009
               Séminaire CPGE - Paris




           L'important est la démarche
            ingénieur, pas les savoirs
                   disciplinaires




IGEN STI                   44            9 juillet 2009
                    Séminaire CPGE - Paris
  Structure d’un programme : exemple celui de la filière TSI

      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

IGEN STI                              45             9 juillet 2009
                  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                         46                   9 juillet 2009
                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                        47                    9 juillet 2009
                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                        48                       9 juillet 2009
                Séminaire CPGE - Paris
  Programme
    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
IGEN STI                         49                    9 juillet 2009
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     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                          50                9 juillet 2009
                Séminaire CPGE - Paris


     Les TIPE en CPGE
     Annick Antoine et Pascale Costa – Lycée Raspail Paris

     Conclusions
     Claude Bergmann et Norbert Perrot




IGEN STI                         51                    9 juillet 2009
            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)




IGEN STI                  52                9 juillet 2009

								
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