Lien vers le programme d'enseignement scientifique de la classe de première de la voie générale publié au Journal Officiel du 22 juin 2023

Une sélection de ressources du site CultureSciences-Physique pour le programme d'Enseignement scientifique de la classe de première.

Les ressources listées n’ont pas vocation à être exploitées directement en classe, mais à orienter la réflexion des enseignants dans l’élaboration de leurs séquences.

1. Une longue histoire de la matière

La diversité de la matière dans l’Univers se décrit à partir d’un petit nombre de particules élémentaires dont l’organisation conduit à la formation d’unités de plus en plus complexes, depuis le Big Bang jusqu’au développement de la vie.

La connaissance de l’Univers oblige à observer et décrire à toutes les échelles de taille, d’espace et de temps. La compréhension de l’Univers convoque des disciplines complémentaires et des approches multiples. Celle-ci est évolutive ; des théories sont proposées dans un contexte historique et scientifique précis ; elles peuvent être discutées, amendées et même réfutées dans le cadre d’une démarche scientifique. Dans la complexification croissante de la matière, l’apparition de la vie est un évènement marquant. La singularité du vivant et donc la distinction entre le vivant et le non-vivant est d’importance fondamentale.

1.1 Un niveau d'organisation : les éléments chimiques

Comment, à partir du seul élément hydrogène, la diversité des éléments chimiques est-elle apparue ? Aborder cette question nécessite de s’intéresser aux noyaux atomiques et à leurs transformations. Cela fournit l’occasion d’introduire un modèle mathématique d’évolution discrète.

1.2 Des édifices ordonnés : les cristaux

L’organisation moléculaire étant déjà connue, ce thème aborde une autre forme d’organisation de la matière : l’état cristallin qui revêt une importance majeure, tant pour la connaissance de la nature — minéraux et roches, squelettes, etc. — que pour ses applications techniques. La compréhension de cette organisation fournit l’occasion de développer des compétences de représentation dans l’espace.

1.3 Une structure complexe : la cellule vivante

Dans le monde, la matière s’organise en structure d’ordre supérieur à l’échelle moléculaire. Cette partie du programme se fixe comme objectif de montrer les caractéristiques essentielles de la vie par rapport au non-vivant.

2. Le soleil, notre source d'énergie

La Terre reçoit l’essentiel de son énergie du Soleil. Les variations géographiques et calendaires de la quantité d’énergie reçue conditionnent la température de surface de la Terre et déterminent climats et saisons. L’énergie transférée par le Soleil est indispensable au monde vivant. En effet, elle est à l’origine de plusieurs fonctions biologiques et de nombreuses sources d’énergie utilisables par l’être humain.

Cette partie permet de comprendre que la quantité d’énergie solaire qui est finalement reçue et absorbée à la surface du globe terrestre dépend de nombreux paramètres. La transformation de l’énergie lumineuse en énergie chimique par la photosynthèse est à l’origine des échanges d’énergie qui existent entre de nombreux êtres vivants, dont l’être humain, et leur environnement. La photosynthèse des temps passés est à l’origine des combustibles fossiles utilisés dans le temps présent. Leur usage massif depuis la révolution industrielle, et donc sur une période très courte au regard de la durée des périodes géologiques qui ont été nécessaires pour constituer ces énergies fossiles, constitue une part importante du déséquilibre contemporain qui existe entre la fixation du dioxyde de carbone atmosphérique et son rejet. L’un des enjeux des sources d’énergie renouvelables est d’utiliser de l’énergie solaire actuelle et non pas des sources d’énergie fossiles. Les sources d’énergie renouvelables liées à l’énergie solaire sont diversifiées et ne contribuent pas au réchauffement climatique.

2.1 Le rayonnement solaire - 2.2 Le bilan radiatif terrestre

Le Soleil transmet à la Terre de l’énergie par rayonnement électromagnétique. La Terre reçoit le rayonnement solaire et émet elle-même un rayonnement. Le bilan radiatif conditionne le milieu de vie. La compréhension de cet équilibre en classe de première permettra d’aborder sa perturbation par l’humanité en classe terminale.

2.3 De la conversion biologique de l’énergie solaire par la photosynthèse à l’énergie nécessaire à tous les êtres vivants

L’utilisation par la photosynthèse d’une infime partie de l’énergie solaire reçue par la planète fournit l’énergie nécessaire à l’ensemble des êtres vivants (à l’exception de certains milieux très spécifiques non évoqués dans ce programme).

2.4 Une diversité de sources d’énergie utilisables par l’Humanité

Une partie des sources d’énergie disponibles sur Terre ont pour origine le rayonnement solaire ; elles sont disponibles sous la forme de stocks et de flux, peuvent être, comme les combustibles fossiles, non renouvelables à l’échelle des temps de l’humanité ou, comme la biomasse, renouvelables.

3. La Terre, un astre singulier

La Terre, singulière parmi un nombre gigantesque de planètes, est un objet d’étude ancien. Les évidences apparentes et les récits non scientifiques ont d’abord conduit à de premières représentations sur son origine et sa place dans l’Univers. La compréhension scientifique de sa forme, de son âge et de son mouvement résulte d’un long cheminement de la pensée scientifique.

La connaissance des caractéristiques de la Terre (rayon terrestre, forme et âge) s’est construite sur un temps très long, donnant lieu à plusieurs controverses. L’évolution des observations, des outils mathématiques et techniques a permis d’aboutir à un résultat stabilisé. Cette partie du programme donne l’occasion de distinguer un savoir scientifique d’une croyance.

3.1 La forme de la Terre

L’environnement « plat » à notre échelle de perception cache la forme réelle de la Terre, dont la compréhension résulte d’une longue réflexion. Au-delà de la dimension historique et culturelle, la mise en œuvre de différentes méthodes de calcul de longueurs à la surface de la Terre permet de développer des compétences mathématiques de calcul et de représentation et invite à exercer un esprit critique sur les différents résultats obtenus, les approximations réalisées et les limites d’un modèle.

3.2 L'histoire de l'âge de la Terre

L’âge de la Terre est d’un ordre de grandeur sans rapport avec la vie humaine. Sa compréhension progressive met en œuvre des arguments variés.

3.3 La Terre dans l'Univers

Le mouvement de la Terre dans l’Univers a été l’objet de célèbres et violentes controverses. L’étude de quelques aspects de ces débats permet de comprendre la difficulté de la construction du savoir scientifique au sein d'une société.

4. Son, musique et audition

L’être humain perçoit le monde à l’aide de signaux, porteurs d’information, dont certains sont de nature sonore. De l’Antiquité jusqu’à nos jours, il a combiné les sons de manière harmonieuse pour en faire un art, la musique. L’informatique permet aujourd’hui de numériser les sons et la musique. Enfin, la compréhension des mécanismes auditifs s’inscrit dans une perspective d’éducation à la santé.

Cette partie est l’occasion de mettre l’accent sur certaines spécificités du son et de l’audition humaine : la régularité lorsqu’il devient musique, la non-linéarité de la sensation par rapport à la stimulation, la complexité au moment de sa numérisation et de son stockage. L’étude du système auditif humain permet d’éclairer l’élève sur le fonctionnement de l’oreille et les risques inhérents à une exposition excessive au bruit. Cette partie peut ouvrir sur le son en tant qu’outil d’investigation de la matière et de l’environnement ainsi que comme moyen de communication entre les êtres vivants.

4.1 Son et musique

La banalité du son dans l’environnement cache une réalité physique précise.

4.2 Le son, une information à coder

Le son, vibration de l’air, peut être enregistré sur un support informatique. Les techniques numériques ont mis en évidence un nouveau type de relations entre les sciences et les sons, le processus de numérisation dérivant lui-même de théories mathématiques et informatiques.

4.3 Entendre et protéger son audition

L’air qui vibre n’est musique que parce que notre oreille l’entend et que notre cerveau la perçoit comme telle. Mais l’excès de sons, même s’il est musical, , peut être à l’origine d’une altération de la fonction auditive. Protéger son audition est un enjeu majeur pour la santé.

5. Projet expérimental et numérique

Le projet s’articule autour de la mesure et des données qu’elle produit, qui sont au cœur des sciences expérimentales. L’objectif est de confronter les élèves à la pratique d’une démarche scientifique expérimentale, de l’utilisation de matériels (capteurs et logiciels) ou de données expérimentales mises à disposition par des scientifiques à l’analyse critique des résultats.