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Programme-collège-cycle-4

Lien vers le programme complet publié au Journal Officiel n°11 du 26 novembre 2015

Lien vers les repères de progressivité publié au Journal Officiel n°48 du 24 décembre 2015

Lien vers la page des EPI sur CultureSciences-Physique

Une sélection de ressources du site CultureSciences-Physique pour le collège en cycle 4 :

Table des matières

Les sciences expérimentales et d’observation, dont font partie la physique et la chimie, explorent la nature pour en découvrir et expliciter les lois, acquérant ainsi du pouvoir sur le monde réel. Les finalités de leur enseignement au cours du cycle 4 sont de permettre à l’élève :

  • d’accéder à des savoirs scientifiques enracinés dans l’histoire et actualisés, de les comprendre et les utiliser pour formuler des raisonnements adéquats ;
  • de saisir par une pratique concrète la complexité du réel en observant, en expérimentant, en mesurant, en modélisant ;
  • de construire, à partir des faits, des idées sur le monde qui deviennent progressivement plus abstraites et puissantes ;
  • d'appréhender la place des techniques et des sciences de l’ingénieur, leur émergence, leurs interactions avec les sciences  ;
  • de percevoir les liens entre l’être humain et la nature ;
  • d'expliquer les impacts engendrés par le rythme et la diversité des actions de l’être humain sur la nature ;
  • d'agir en exerçant des choix éclairés, y compris pour ses choix d'orientation ;
  • de vivre et préparer une citoyenneté responsable, en particulier dans les domaines de la santé et de l’environnement :

    • en construisant sa relation au monde, à l'autre, à son propre corps ;
    • en intégrant les évolutions économiques et technologiques, pour assumer en citoyen les responsabilités sociales et éthiques qui en découlent.

 

Au cours du cycle 4, l’étude des sciences–physiques permet aux jeunes de se distancier d'une vision anthropocentrée du monde et de leurs croyances, pour entrer dans une relation scientifique avec les phénomènes naturels, le monde vivant et les techniques. Cette posture scientifique est faite d'attitudes (curiosité, ouverture d'esprit, remise en question de son idée, exploitation positive des erreurs…) et de capacités (observer, expérimenter, mesurer, raisonner, modéliser…).

Ainsi, l’élève comprend que les connaissances qu’il acquiert, mémorise et qui lui sont déjà utiles devront nécessairement être approfondies, révisées et peut-être remises en cause tant dans la suite de sa scolarité que tout au long de sa vie.

Les objectifs de formation du cycle 4 en physique-chimie s'organisent autour de quatre thèmes :Organisation et transformations de la matière ; Mouvements et interactions ; L'énergie et ses conversions et Des signaux pour observer et communiquer.


1. Organisation et transformations de la matière

- Décrire la constitution et les états de la matière.

- Décrire et expliquer des transformations chimiques.

- Décrire l’organisation de la matière dans l’Univers.

Décrire la constitution et les états de la matière et Décrire et expliquer les transformations chimiques

Espèce chimique et mélange; Notion de corps pur; Changements d'états de la matière; Conservation de la masse, variation du volume, température de changement d'état; Masse volumique : relation m = ρ V; Solubilité; Miscibilité; Composition de l'air.

 

- Un dossier pluridisciplinaire sur l'eau, par les sites ENS/DGESCO.

- Pourquoi les nuages ne tombent-ils pas ?, un article de G. Bonnet, 2005.

- Pourquoi la glace se forme-t-elle d'abord en surface ?, un article de G. Bonnet, 2005.

- Phénomène d'eaux mortes, un article de M. Mercier, R. Vasseur et T. Dauxois, 2009.

- L'osmose ou comment extraire l'énergie dans l'eau salée, un article de L. Bocquet, 2015.

- Du tungstène pour les ampoules à incandescence, un article de M.-C. Artru et C. Mulet-Marquis, 2007.

- Des électrons vraiment libres ?, un article de C. Simand, 2007.

- Photovoltaïque, une conférence de N. Magnea, 2012.

- L'électron, particule élémentaire, une conférence de X. Artru, 2011.

- Quelle est l'origine des orages ?, un article de G. Bonnet et F. Audran, 2003.

Pour les notions de chimie, vous pouvez consulter le site ENS/DGESCO CultureSciences-Chimie.

Repères de progresivité

Du cycle 2 au cycle 3, l'élève a appréhendé par une première approche macroscopique les notions d'état physique et de changement d'état d'une part et les notions de mélange et de constituants d'un mélange d'autre part. Le cycle 4 permet d'approfondir, de consolider ces notions en abordant les premiers modèles de description microscopique de la matière et de ses transformations, et d'acquérir et d'utiliser le vocabulaire scientifique correspondant.

Dès la classe de 5e, les activités proposées permettent de consolider les notions d'espèce chimique, de mélange et de corps pur, d'état physique et de changement d'état, par des études quantitatives : mesures et expérimentations sur la conservation de masse, la non conservation du volume et la proportionnalité entre masse et volume pour une substance donnée. L'introduction de la grandeur quotient masse volumique se fait progressivement à partir de la classe de 4e.

Les notions de miscibilité et de solubilité peuvent être introduites expérimentalement dès le début du cycle.

L'utilisation d'un modèle particulaire pour décrire les états de la matière, les transformations physiques et les transformations chimiques peut être développée à partir de la classe de 5e, même si le nom de certaines espèces chimiques a pu être rencontré antérieurement.

Les activités proposées permettent d'introduire expérimentalement des exemples de transformations chimiques dès la classe de 5e, avec des liens possibles avec l'histoire des sciences d'une part, et les situations de la vie courante d'autre part. L'utilisation d'équations de réaction pour modéliser les transformations peut être initiée en classe de 4e dans des cas simples.

Le tableau périodique est considéré à partir de la classe de 4e comme un outil de classement et de repérage des atomes constitutifs de la matière, sans qu'il faille insister sur la notion d'élément chimique. La description de la constitution de l'atome et de la structure interne du noyau peut être réservée à la classe de 3e, et permet un travail sur les puissances de dix en lien avec les mathématiques.


Décrire l'organisation de la matière dans l'Univers

Galaxie, évolution de l'Univers, formation du système solaire, âges géologiques; Ordres de grandeur des distances astronomiques; La matière constituant la Terre et les étoiles; Les éléments sur Terre et dans l'Univers (hydrogène, hélium, éléments lours: oxygène, carbone, fer, silicium...); Constituants de l'atome, structure interne d'un noyau atomique (nucléons : protons, neutrons), électrons.

 

- Les particules élémentaires et les forces entre elles : bref état de nos connaissances actuelles (2016), un article de B. Ille, 2016.

- La sonde NASA New Horizons survole et découvre Pluton et Charon - images prises le 14 juillet 2015., un article de P. Thomas, 2015.

- Héliophysique, une conférence de S. Turck-Chièze, 2012.

- À quelle heure se couche le soleil, chez vous ?, un article de M.-C. Artru, 2008.

- Animation : les phases de la Lune, un article de G. Bonnet, 2003.

- La Lune : mouvements et éclipses, une article de G. Bonnet, 2003.

- Quizz sur les ordres de grandeur : mécanique céleste, un quizz de M.-C. Artru et D. Chareyron, 2015.

- L'univers a-t-il une forme ?, une conférence de R. Lehouq, 2007.

- La matière des infinis, une conférence de M. Lachèze-Rey, 2004.

- L'électron, particule élémentaire, une conférence de X. Artru, 2011.

- Lien vers l'animation L'échelle de l'Univers, réalisée par le CERN.

Repères de progresivité

La partie « Décrire l'organisation de la matière dans l'Univers » peut être abordée tout au long du cycle comme objet d'étude et comme champ d'application pour le thème du programme « Organisation et transformations de la matière », ainsi que pour les thèmes « Mouvement et interactions » et « Des signaux pour observer et communiquer ». Elle permet aussi une articulation avec le programme de sciences de la vie et de la Terre.


2. Mouvement et interactions

Attendus de fin de cycle

- Caractériser un mouvement.

- Modéliser une interaction par une force caractérisée par un point d'application, une direction, un sens et une valeur.

Caractériser un mouvement et Modéliser une interaction par une force caractérisée par un point d'application, une direction, un sens et une valeur

Vitesse :direction, sens et valeur; Mouvements rectilignes et circulaires; Mouvements uniformes et mouvements dont la vitesse varie au cours du temps en direction ou en valeur Relativité du mouvement dans des cas simples; Action de contact et action à distance; Force : point d'application, direction, sens et valeur; Force de pesanteur et son expression P=mg.

 

- Enseigner la physique expérimentale avec les smartphones, un atelier expérimental de P. Jeanjacquot, 2015.

- Le mouvement rétrograde de Mars, un article de G. Bonnet et P. Saadé, 2003.

- Quizz de mécanique (2), un quizz de M.-C. Artru, 2014.

- Quizz de mécanique (2), un quizz de M.-C. Artru et D. Chareyron, 2013.

- Observations et réflexions autour d'une bobine de fil, un article de G. Ferrachat, 2003.

- Quelle est la forme de la trajectoire de la Lune dans le référentiel héliocentrique ?, un article de D. Chareyron, N. Taberlet et C.-H. Eyraud, 2015.

- Perturbations de la trajectoire de la Lune, un article de G. Bonnet, 2004.

- Animation : les phases de la Lune, un article de G. Bonnet, 2003.

- La Lune : mouvements et éclipses, un article de G. Bonnet, 2003.

- Thème : mouvement - Le rôle du professeur à la lecture des programmes : vulgarisateur ou enseignant ?, une conférence de W. Kaminski, 2016.

Repères de progresivité

L'étude d'un mouvement a commencé au cycle 3 et les élèves ont appris à caractériser la vitesse d'un objet par une valeur. Le concept de vitesse est réinvesti et approfondi dès le début du cycle 4 en introduisant les caractéristiques direction et sens. Les notions de mouvement et de vitesse sont régulièrement mobilisées au cours du cycle 4 dans les différentes parties du programme comme « Décrire l'organisation de la matière dans l'Univers » et « Des signaux pour observer et communiquer ».

Que ce soit dans des situations d'objets en mouvement ou au repos, la notion d'interaction de contact ou à distance peut être abordée de manière descriptive dès le début du cycle 4. Progressivement et si possible dès la classe de 4e, ces interactions sont modélisées par la notion de force caractérisée par une valeur, une direction, un sens et un point d'application.

En fin de cycle 4, un élève sait exploiter l'expression de la force de gravitation universelle quand son expression lui est donnée et la relation P=mg tant au niveau expérimental que sur le plan formel. La progressivité des apprentissages peut être articulée avec celle du programme de mathématiques dans les parties « Utiliser le calcul littéral » (thème A) et « Résoudre des problèmes de proportionnalité » (thème B).


3. L'énergie et ses conversions

Attendus de fin de cycle

- Identifier les sources, les transferts, les conversions et les formes d'énergie.

- Utiliser la conservation de l'énergie.

- Réaliser des circuits électriques simples et exploiter les lois de l'électricité.

Identifier les sources, les transferts, les conversions et les formes d'énergie et Utiliser la conservation de l'énergie

Energie cinétique; Sources, transferts; Conversion d'un type d'énergie en un autre; Conservation de l'énergie; Unités d'énergie; Notion de puissance.

 

- Energie et référentiels, un article de G. Bonnet, 2006.

- Concepts- Energie et entropie, une conférence de R. Balian, 2012.

- Quizz sur l'énergie, de M.-C. Artru et D. Chareyron, 2016.

- Dossier Science et énergie, 2012.

- Énergie, électricité et soutenabilité planétaire, une conférence de B. Multon, 2014.

- Les biocarburants en France et en Europe, une conférence de D. Hudebine, 2014.

- Une série de 5 articles consécutifs sur un Mémento sur l'énergie, 2013.

- Quel monde énergétique pour 2050 ?, une conférence de S. David, 2013.

Repères de progresivité

La notion d'énergie est présente dans d'autres thèmes du programme de physique-chimie et d'autres disciplines ; les chaînes d'énergie sont notamment étudiées en technologie. Il est donc souhaitable de veiller à une bonne articulation entre les différentes approches disciplinaires de l'énergie pour construire efficacement ce concept.

L'étude du thème de l'énergie gagne à être présente chaque année. La classe de 5e est l'occasion de revenir sur les attendus du cycle 3 concernant les sources et les conversions de l'énergie. Progressivement, au cycle 4, les élèves font la différence entre sources, formes, transferts et conversions et se construisent ainsi une idée cohérente du délicat concept d'énergie.

La comparaison d'ordres de grandeur d'énergies ou de puissances produites ou consommées par des dispositifs peut être introduite dès la classe de 5e. La pleine maîtrise de la relation entre puissance et énergie est un objectif de fin de cycle. Elle s'acquiert en s'appuyant sur des exemples de complexité croissante.

L'expression littérale de l'énergie cinétique peut être réservée à la classe de 3e. La pleine maîtrise de la notion de conservation de l'énergie est également un objectif de fin de cycle.


Réaliser des circuits électriques simples et exploiter les lois de l'électricité

Dipôles en série, dipôles en dérivation; L’intensité du courant électrique est la même en tout point d’un circuit qui ne compte que des dipôles en série; Loi d’additivité des tensions (circuit à une seule maille); Loi d’additivité des intensités (circuit à deux mailles); Relation tension-courant : loi d’Ohm; Loi d’unicité des tensions; Puissance électrique; Relation liant l'énergie, la puissance électrique et la durée.

 

- Phénomènes fondamentaux de l'électricité, un article de G. Delorme, 2013.

- Une guirlande lumineuse pour le sapin ?, un article de C. Simand, 2007.

- Laisser son téléviseur en veille ou l'éteindre, quelle importance ?, un article de C. Glaize, 2008.

- L'électricité de la maison : section des fils, un article de G. Bonnet, 2004.

- Fusibles et disjoncteurs, un article de G. Bonnet, 2005.

- Mémento sur l'énergie (partie 1) : Les unités d'énergie et de puissance, un article de M.-C. Artru, 2013.

- Conversion du vent, des courants marins et de la houle en énergie électrique, une conférence de B. Multon, 2012.

- Le rendement sur cycle de vie - Mémento sur l'énergie (partie 4), un article sur le cycle des appareils électriques de B. Multon, 2015.

- Une série de 2 articles sur la Conversion d’énergie – Comment produire de l’électricité à partir des mouvements d’un solide ou d’un fluide en 3 questions à Bernard Multon, 2013.

Repères de progresivité

Le thème de l'électricité, abordé au cycle 2, ne fait pas l'objet d'un apprentissage spécifique au cycle 3. Certains aspects auront pu être abordés par les élèves au travers de l'étude d'une chaîne d'énergie simple ou du fonctionnement d'un objet technique.

Dès la classe de 5e, la mise en œuvre de circuits simples visant à réaliser des fonctions précises est recommandée. L'étude des propriétés du courant électrique et de la tension peut être abordée dès la classe de 5e notamment pour prendre en compte les représentations des élèves. En classes de 4e et de 3e, elle sera reprise avec le formalisme requis.

En classes de 4e et de 3e, les différentes lois de l'électricité peuvent être abordées sans qu'un ordre précis ne s'impose dans la mesure où la progression choisie reste cohérente. Les aspects énergétiques peuvent être réservés à la classe de 3e.


4. Des signaux pour observer et communiquer

Attendus de fin de cycle

- Caractériser différents types de signaux (lumineux, sonores, radio...).

- Utiliser les propriétés de ces signaux.

Décrire l'organisation de la matière dans l'Univers

Lumière : sources, propagation, vitesse de propagation, année-lumière; Modèle du rayon lumineux; Vitesse de propagation du son; Notion de fréquence : sons audibles, infrasons et ultrasons; Comprendre que l'utilisation du son et de la lumière permet d'émettre, de transporter un signal donc une information.

- L'arc-en-ciel, un article de S. Peysson et V. Daniel, 2003.

- Rayons sonores et ondes de lumière ?, un article de G. Bonnet, 2005.

- La couleur, un article de G. Bonnet, 2004.

- Toutes les couleurs du ciel, un article de C. Simand et M.-C. Artru, 2007.

- Les secrets des couleurs, la cristallographie et l'art, extrait d'une conférence de G. Férey, 2014.

- Quizz d'optique (1), un quizz de D. Chareyron et M.-C. Artru, 2013.

- Quizz d'optique (2), un quizz de D. Chareyron et M.-C. Artru, 2015.

- Cuillère, mon beau miroir, un article de C. Simand, 2007.

- Dossier consacré à La vitesse de la lumière.

- 3 extraits sur Les couleurs dans la nature (diapos 5 à 8), Les couleurs « physiques » (diapos 19), Les couleurs des matériaux hétérogènes (diapos 37 à 46), d'après une conférence de H. Arribart, 2013.

- 1 extrait d'une vidéo du CNRS sur La couleur de l'or (durée 2mn45).

- Quelques expériences pour mettre en évidence les propriétés de l'oeil, un article de A. Cortel, G. Bonnet et G. Furelaud, 2004.

- Les défauts de la vision, un article de G. Bonnet et G. Camus, 2004.

- La trivariance visuelle chez l'homme, un article de G. Bonnet, 2003.

- Représentation spectrale d'un signal, un article de V. Vidal, 2013.

- Evaluation de la qualité du violon : cohérence des jugements et préférences des musiciens, une conférence de C. Fritz, 2012.

- Audition humaine, un article de G. Bonnet et G. Camus, 2005.

- Un dossier sur le Traitement du signal.

- La physique animée : ondes sonores dans les fluides, une vidéo de O. Granier, D. Chareyron et N. Taberlet, 2015.

Repères de progresivité

À la fin du cycle 3, les élèves savent identifier un signal lumineux ou sonore et lui associer une information simple binaire. Au cycle 4, il s'agit d'enrichir les notions en introduisant les signaux et les informations analogiques permettant d'en caractériser une plus grande variété. Chaque situation mettant en œuvre une mesure sera l'occasion d'enrichir l'association signal-information en montrant comment l'exploitation d'un signal permet d'en extraire de l'information. C'est aussi l'occasion d'utiliser la relation entre distance, vitesse et durée (en introduction ou en réinvestissement si elle a été vue dans la partie « Mouvement et interactions »). La maitrise de la notion de fréquence est un objectif de fin de cycle.

Cet enrichissement peut être conçu en articulation avec la partie « Analyser le fonctionnement et la structure d'un objet » du programme de technologie qui introduit les notions de nature d'un signal et d'une information.

Croisements entre enseignements

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