CLASSE DE PREMIERE
PHYSIQUE - CHIMIE
SÉRIE SCIENTIFIQUE
A. du 9-8-2000. JO du 22-8-2000
NOR : MENE0001927A
RLR : 524-6
MEN - DESCO A4

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Vu L. d'orient. n° 89-486 du 10-7-1989 mod. ; D. n° 90-179 du 23-2-1990 ; A. du 10-7-1992 ; A. du 18-3-1999 mod. ; avis du CNP du
27-6-2000 ; avis du CSE du 29-6-2000

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Article 1 - À compter de l'année scolaire 2001-2002 les dispositions de l'arrêté du 10 juillet 1992 susvisé, relatives au programme de l'enseignement obligatoire de physique-chimie de la classe de première de la série scientifique, sont annulées et remplacées par celles figurant en annexe du présent arrêté.
Article 2 - Le directeur de l'enseignement scolaire est chargé de l'exécution du présent arrêté qui sera publié au Journal officiel de la République française.


Fait à Paris, le 9 août 2000

Pour le ministre de l'éducation nationale
et par délégation,

Le directeur de l'enseignement scolaire
Jean-Paul de GAUDEMAR



Annexe
Physique - chimie
Série scientifique
Programme applicable à compter de l'année scolaire 2001-2002

A - OBJECTIFS ET PRÉSENTATION SYNTHÉTIQUE
De la classe de seconde à la série scientifique
Le programme de seconde a été conçu "pour faire sens par lui-même [...] tout en fournissant des bases solides à ceux qui continueront dans la voie scientifique" (B.O. hors-série n° 6 du 12 août 1999). Cette double caractéristique résulte de la nature hétérogène du public auquel ce programme s'adresse, public constitué pour un tiers seulement d'élèves qui optent pour la filière scientifique. Ces bases posées à la fois pour le court et le long terme sont de nature diverses : certaines relèvent des contenus, d'autres de la méthodologie. S'agissant du registre des contenus, c'est la mise en place du double regard microscopique-macroscopique qui est essentielle ; s'agissant de la méthodologie, c'est la pratique du questionnement qui paraît cruciale. La logique qui préside à la construction du programme de la série S est en partie différente de celle de la classe de seconde, puisqu'il s'agit dorénavant de construire la discipline pour l'avenir d'élèves qui ont fait le choix de s'intéresser aux sciences. Mais sur les deux aspects mentionnés ci-dessus, qui peuvent d'ailleurs servir de grille de lecture et d'interprétation, le programme de la classe de première S s'inscrit dans la continuité de la classe de seconde.

Concernant le double regard microscopique-macroscopique, les élèves ont été amenés en seconde à s'interroger sur la structuration de la matière à différentes échelles. En physique, c'est directement l'objet de l'exploration des échelles de distances et de temps ; l'explicitation des contenus microscopiques des notions de température et de pression procède de la même préoccupation ; c'est également le cas en chimie lors de l'étude de la structure des atomes et des molécules et lors du suivi, au niveau macroscopique, de l'évolution d'un système chimique. On le voit : ce thème est sous-jacent à l'ensemble du programme. Au cours des deux années de la filière S, les élèves verront que cette structuration renvoie aux caractéristiques des interactions fondamentales s'exerçant entre constituants élémentaires.
Il faut remarquer que cette culture est indispensable pour se repérer dans le foisonnement des techniques modernes qui interviennent couramment à toutes les échelles, depuis le micron jusqu'à la taille de la Terre. Les biotechnologies et l'industrie des composants électroniques se placent à un bout de la chaîne, l'industrie des satellites d'observation de la Terre ou de télécommunication se placent à l'autre bout. L'échelle mésoscopique - en gros, du nanomètre au micron - et celle du système solaire (projets de satellites vers Mars) relèvent encore du laboratoire, mais leurs enjeux sont régulièrement discutés dans les revues de vulgarisation et même dans les journaux quotidiens. Quant à l'échelle du femtomètre - celle du noyau atomique - il suffit de mentionner que plus de 70 % de l'électricité est, en France, d'origine nucléaire.

Quelques précisions à présent concernant le questionnement.
Dans l'introduction relative au programme de seconde, était mis en avant l'intérêt de privilégier en classe des activités de réflexion scientifique construites sur des situations-problèmes donnant naissance à un questionnement. Ce questionnement, on le sait, ne saurait se réduire à la simple observation expérimentale. L'observation d'un phénomène ne devient scientifique que si elle alimente l'élaboration de représentations mentales de la réalité observée. On peut observer la rétrogradation de Mars sans que cela pose problème ; il n'y a questionnement que lorsque l'on essaie d'imaginer quel mouvement relatif de Mars et de la Terre peut conduire à cette observation. On peut observer le mouvement brownien sans s'interroger sur sa cause ; "voir" dans ce mouvement les molécules sous-jacentes représente une anticipation d'une hardiesse qui étonne encore. Deux mille ans d'observations ont conforté l'idée que le mouvement nécessitait une action, jusqu'à ce qu'une plongée dans l'abstraction du mouvement à l'infini d'un corps isolé fasse naître la mécanique. Comprendre, c'est toujours reconstruire le réel par la pensée. Ces images mentales des phénomènes sont les outils indispensables pour anticiper le comportement d'un système, opérer des analogies avec d'autres systèmes ayant des comportements semblables, élaborer des expériences nouvelles, créer des objets nouveaux. Les phases de questionnement sont les moments au cours desquels ces images mentales sont élaborées par les élèves, lors d'un processus de confrontation entre ce qu'elles permettent d'anticiper et l'expérimentation directe. C'est, en particulier, de cette convergence que se nourrit la curiosité pour les sciences.
La formalisation, qu'elle soit sous forme de diagrammes, de symboles, de dessins, ou sous forme mathématique, aide bien sûr à la formation de ces images mentales. La modélisation du système étudié, par le choix des variables pertinentes, procède de cette reconstruction du réel par la pensée. Cette modélisation précède toujours une mise en équation éventuelle, et elle s'appuie sur une description de la situation physique à l'aide de la langue naturelle. Quant au langage mathématique, à l'évidence irremplaçable, il peut parfois masquer la compréhension physique, car il pense tout seul (et pense juste... si l'on ne fait pas d'erreur !) : c'est à la fois son avantage et, dans une certaine mesure, son inconvénient, en tout cas sa limite. Le résultat de l'analyse mathématique doit toujours être retraduit dans la langue naturelle.
Chacun se constitue son catalogue de représentations mentales à sa façon, et il n'est pas question de prétendre codifier un chemin type vers la compréhension d'un phénomène. Il s'agit seulement de s'assurer que le temps est donné à chacun, au cours de la séquence d'enseignement, pour que ces représentations mentales se mettent en place. C'est la condition pour que la "transposition didactique" de la discipline ne la transforme pas en un catalogue de réponses figées à des questions oubliées.

Physique
En première S, l'approche microscopique-macroscopique est développée et confortée d'entrée par une présentation des particules qui seront considérées au lycée comme des constituants élémentaires (proton, neutron, électron) et de leurs interactions : gravitationnelle entre particules massives, électrostatique entre particules chargées et forte entre nucléons (on n'aborde pas l'interaction faible). Du point de vue des activités expérimentales, les phénomènes d'électrisation permettent de mettre en évidence deux types de charges électriques et la loi de Coulomb. Conducteurs et isolants sont ensuite caractérisés par le type de déplacement que les charges peuvent subir dans la matière, et les phénomènes associés à la formation ou l'existence de dipôles (présentés comme une non-coïncidence entre le barycentre des charges positives et celui des charges négatives dans les systèmes atomiques ou moléculaires) sont abordés qualitativement. Notons que l'électricité, après l'année de seconde où elle ne figure pas explicitement au programme, peut ainsi être reprise d'un point de vue qualitativement nouveau par rapport à la classe de troisième, à savoir le point de vue microscopique du déplacement de charges. Cet enrichissement résulte également de l'introduction au magnétisme proposée dans la partie "électrodynamique".

Une première appropriation de ces notions est faite dans le début du cours de chimie, lorsque l'on utilise la conductimétrie pour déterminer des quantités de matière dans les solutions ioniques. Ce contexte invite à imaginer la circulation des ions et leur contribution au courant, ainsi que la formation des cortèges de solvatation en liaison avec le caractère dipolaire de la molécule d'eau.

Le cours de physique est ensuite constitué de trois blocs : un bloc "énergie", un bloc "électrodynamique" et un bloc "optique géométrique".
Le bloc "énergie" propose une progression force/travail/énergie qui part des notions les plus intuitives - celles de force et de travail - pour construire les différentes formes d'énergie, jusqu'à l'énergie interne. En fin de partie sont dégagées les notions de transfert ordonné et transfert désordonné (transfert thermique) d'énergie.
Le bloc "électrodynamique" est constitué de deux parties. La première, consacrée aux transferts d'énergie en courant continu, l'autre à une introduction au magnétisme et à la loi de Laplace. Cette seconde partie ouvre un domaine de la physique nouveau pour les élèves. Elle est introduite au moyen d'expériences classiques qui sont particulièrement adaptées pour mettre en place la notion de champ. D'Oersted à Faraday, la naissance du domaine en est d'ailleurs le témoin : la notion de champ vectoriel, comme propriété affectée à l'espace, s'est dégagée de l'examen de situations physiques où les effets du champ magnétique, macroscopiques, sont facilement repérables, et où ce champ est facilement "manipulable" par déplacement des courants et des aimants. L'ensemble des deux premiers blocs s'unifie dans l'explicitation du rôle moteur des forces de Laplace qui permettent de réaliser une transformation d'énergie électrique en énergie mécanique et dans la mise en jeu des notions concernant le mouvement d'un solide.
Le dernier bloc du programme est une introduction à l'optique géométrique. Des expériences utilisant miroirs et lentilles simples et réalisables en pleine lumière permettent de s'interroger sur la nature des images optiques et de comprendre le fonctionnement d'un appareil d'optique courant.

Chimie
Dans la continuité du programme de la classe de seconde, le programme de chimie de la classe de première se propose :
- dans un cadre fondamental, de construire un socle de connaissances délivrant un discours cohérent et unifiant tantôt en lien avec la physique, tantôt avec les sciences de la vie et de la Terre,
- dans un cadre culturel et appliqué, d'illustrer l'étendue des champs d'activités de la chimie, leur importance pratique et économique, participant ainsi à la construction d'une culture scientifique.

Il explore différents aspects des transformations chimiques offrant, comme cela a été dit plus haut, une double entrée tantôt à l'échelle atomique, tantôt à l'échelle macroscopique.
À l'échelle macroscopique, l'objectif est d'acquérir une maîtrise du bilan de matière et de l'équivalence dans un dosage, en distinguant la transformation et le processus associé à cette transformation.
À l'échelle atomique, les relations structure-propriétés sont abordées à travers les états de la matière, la solvatation, le courant électrique dans les solutions électrolytiques, le squelette et les groupes caractéristiques de diverses molécules de la chimie organique. Les études du solide ionique, de la solvatation des ions et de la conductivité des solutions électrolytiques soulignent la cohérence entre la physique et la chimie autour de l'interaction coulombienne.

L'organisation du programme de chimie est destinée à faire apparaître les activités du chimiste : mesure et synthèse, et à illustrer quelques échanges d'énergie associés à des transformations chimiques ou à des changements d'état.

La partie "mesure" du programme présente différentes méthodes de détermination des quantités de matière : une méthode physique, non destructrice du système étudié, recourant à la conductimétrie, dans le cadre d'un étalonnage préalable, et une méthode chimique, à l'aide de certaines transformations effectuées jusqu'à l'équivalence. Ainsi les notions d'acide et de base, d'oxydant et de réducteur, ne sont pas présentées pour elles-mêmes, mais dans le contexte de leur utilisation pour les dosages.

La partie "synthèse" présente cette activité essentielle du chimiste en prenant pour exemple la chimie organique. Il s'agit de montrer en quoi les atomes de carbone et d'hydrogène, principalement, peuvent conduire à la formation de molécules d'architecture modulaire, par la constitution de longues chaînes linéaires ou ramifiées, de cycles etc., auxquels des groupes caractéristiques constitués d'autres atomes donnent des propriétés particulières. L'extrême inventivité de la chimie, qui crée chaque jour des centaines d'espèces nouvelles dans des domaines allant des matériaux à la pharmacologie, montre à quel point ces approches "architecturales" sont fécondes, et permettent d'établir des liens avec les disciplines voisines que sont la physique et les sciences de la vie.

Une dernière partie aborde "l'énergie au quotidien" en traitant les aspects énergétiques des transformations chimiques et leur utilisation pour la satisfaction des besoins en énergie de la société. Ces questions, y compris dans leur composante environnementale, auront leur correspondant dans une partie qui traitera en classe terminale les aspects énergétiques des transformations nucléaires.

Enfin ce programme privilégie l'entrée par l'expérience avec une finalité de découverte en vue de la construction d'un concept, soulignant ainsi l'importance de l'activité intellectuelle face à l'expérience, en continuité avec la classe de seconde.
Il favorise l'acquisition d'un vocabulaire scientifique précis qui continue d'enrichir le glossaire commencé en classe de seconde.
Il se propose de poursuivre l'éducation de l'élève à la sécurité, à l'évaluation des risques, à la sauvegarde de la santé, à la surveillance et à la protection de l'environnement, et donc de contribuer à l'acquisition de comportements responsables.

B - LES TECHNOLOGIES DE L'INFORMATION ET DE LA COMMUNICATION (TIC)
La physique et la chimie fournissent naturellement l'occasion d'acquérir certaines compétences dans l'utilisation des TIC, dont certaines sont liées à la discipline et d'autres sont d'une valeur plus générale. Outre la recherche documentaire à l'aide de la "toile", la mise en relation par courrier électronique de classes effectuant une même recherche documentaire ou la comparaison de mesures effectuées simultanément dans des établissements différents sont possibles. L'automatisation de l'acquisition et du traitement des données expérimentales peut permettre de mieux ouvrir la réflexion des élèves aux aspects statistiques de la mesure et au dialogue entre théorie et expérience.
Outre les sites académiques, il faut signaler à l'attention des professeurs les sites nationaux http://www.educnet.education.fr/phy et http://www.cndp.fr, qui recensent des travaux de groupes nationaux, des ressources thématiques, des adresses utiles.

C - UN ENSEIGNEMENT EXPÉRIMENTAL
Les activités expérimentales jouent un rôle important dans l'enseignement. Celles-ci peuvent s'articuler autour de deux pôles distincts :
- l'expérience de cours ;
- la séance de travaux pratiques au cours de laquelle l'élève doit manipuler seul ou en binôme.
Pourquoi un enseignement expérimental ?
Il offre la possibilité de répondre à une situation-problème par la mise au point d'un protocole, la réalisation pratique de ce protocole, la possibilité d'aller-retour entre théorie et expérience, l'exploitation des résultats.
Il permet à l'élève de confronter ses représentations avec la réalité.
Il apprend à l'élève à observer en éveillant sa curiosité.
Il développe l'esprit d'initiative, la ténacité et le sens critique.
Il lui permet de réaliser des mesures, de réfléchir sur la précision de ces mesures, d'acquérir la connaissance de quelques ordres de grandeur.
Il aide l'élève à s'approprier des lois, des techniques, des démarches et des modes de pensée.

Ainsi, les activités expérimentales établissent un rapport critique avec le monde réel et incontournable, où les observations sont parfois déroutantes, où des expériences peuvent échouer, où chaque geste demande à être maîtrisé, où les mesures - toujours entachées d'erreurs aléatoires quand ce ne sont pas des erreurs systématiques - ne permettent de déterminer des valeurs de grandeurs qu'avec une incertitude qu'il faut pouvoir évaluer au mieux. L'expérience de cours permet d'établir un premier rapport entre le réel et sa représentation. Les travaux pratiques sont le seul moyen d'appropriation de techniques et de méthodes.

Deux conditions sont nécessaires pour que cet enseignement expérimental remplisse pleinement son rôle :
- les élèves doivent savoir ce qu'ils cherchent, anticiper (quitte à faire des erreurs) un ou des résultats possibles, agir, expérimenter, conclure et ainsi élaborer leurs connaissances,
- l'enseignant doit veiller à bien définir les objectifs de contenus et à limiter le nombre des compétences mises en jeu dans une séance de TP afin de bien dégager les notions qu'il veut faire acquérir. Avant toute entrée dans le processus de résolution et d'expérimentation, il doit vérifier, lors du débat, que les élèves ont bien compris la question et/ou les termes du problème à résoudre.
Une grille de compétences, dont le nombre est ici volontairement limité à onze dans un souci de simplification, est présentée ci-après. On a séparé les compétences à acquérir selon qu'elles concernent la mise en place d'une démarche scientifique ou plutôt les manipulations et les mesures.
Ces compétences ne doivent pas être toutes mobilisées à la fois lors d'une séance de TP.
La présentation sous forme de grille permet de gérer plus facilement les différentes compétences mises en œuvre lors de la conception de chaque séance de travaux pratiques. L'enseignant peut ainsi vérifier qu'il a introduit ces compétences plusieurs fois dans l'année et diversifier au mieux son enseignement. Cette grille a été conçue dans le but d'aider l'enseignant à construire les séances de TP et non dans celui de procéder à une évaluation des élèves.
Les compétences liées au comportement de l'élève n'apparaissent pas dans la grille car elles interviennent en permanence : précision, soin, organisation (rangement et anticipation), et plus largement rigueur.

Grille de suivi des compétences mises en jeu lors des séances de travaux pratiques

COMPÉTENCES EXPÉRIMENTALES

TP 1

TP 2

TP 3

TP 4

TP 5

TP 6

TP 7

TP 8

TP 9

...

...

.....

I - Compétences liées à l'expérimentation

Formuler une hypothèse sur : - un événement susceptible de se produire ou de s'être produit, - un paramètre pouvant jouer un rôle dans un phénomène.

Proposer une expérience : - susceptible de valider ou d'infirmer une hypothèse, - répondant à un objectif précis.

Analyser des résultats expérimentaux, les confronter à des résultats théoriques. Déterminer le domaine de validité d'un modèle.

II - Compétences liées aux manipulations et aux mesures

Respecter les consignes : protection des personnes et de l'environnement.

Agir en suivant un protocole fourni (texte ou schéma).

Faire le schéma d'une expérience.

Reconnaître, nommer, choisir et utiliser le matériel de laboratoire (verrerie, instruments de mesure...).

Exprimer un résultat avec un nombre de chiffres significatifs compatibles avec les conditions de l'expérience.

Faire l'étude statistique d'une série de mesures indépendantes en utilisant une calculatrice ou un tableur.

Utiliser les technologies de l'information et de la communication.

D - COMPÉTENCES TRANSVERSALES
Les compétences à acquérir ne se résument pas à des connaissances et savoir-faire strictement disciplinaires. L'élève doit être également capable d'utiliser d'autres compétences qui, sauf indications contraires, sont à acquérir tout au long du cycle secondaire.

Compétences liées à la langue française
- trier des informations,
- décrire une expérience, un phénomène,
- utiliser un vocabulaire scientifique,
- rédiger une argumentation en utilisant à bon escient les conjonctions car, donc, si...alors, etc...
Ces compétences sont mises en œuvre tout au long du cycle secondaire et ne figurent donc pas explicitement dans le contenu de la colonne de droite. Les différentes activités proposées par l'enseignant (étude de documents, description d'une expérience, analyse critique d'un texte...) lui permettront de former et d'évaluer ses élèves au cours de l'année.

Compétences liées aux mathématiques
- comprendre l'intérêt du calcul littéral,
- utiliser les puissances de 10,
- utiliser un axe orienté et des mesures algébriques
- utiliser les vecteurs et le produit scalaire de deux vecteurs,
- construire un graphique à la main et savoir l'utiliser,
- utiliser quelques notions de géométrie,
- utiliser les notions simples de statistiques du programme de mathématique (valeur moyenne et largeur),
Bien que les connaissances et savoir-faire liés aux mathématiques soient clairement explicités dans la colonne de droite au fur et à mesure de leur apparition dans le programme, ces compétences seront à mettre en œuvre tout au long de l'année.

Compétences liées aux technologies de l'information et de la communication
Au cours du cycle secondaire, l'élève doit acquérir les compétences suivantes :
- utiliser l'ordinateur pour acquérir des données expérimentales,
- utiliser un tableur ou un logiciel dédié au traitement des résultats expérimentaux et les présenter graphiquement,
- utiliser l'ordinateur pour confronter des résultats expérimentaux à des valeurs théoriques,
- savoir ce qu'est une simulation et la distinguer clairement de résultats expérimentaux,
- être capable d'effectuer une recherche documentaire et critique sur un cédérom et sur internet (en ligne et hors ligne),
- produire des documents (avec éventuellement des liens entre eux) incorporant images et graphiques,
- être capable, dans le cadre de travaux collectifs, d'échanger ces documents par courrier électronique.
Ces compétences doivent être mises en jeu plusieurs fois dans l'année lors des séances de travaux pratiques.

PROGRAMME DE PHYSIQUE ET DE CHIMIE PREMIERE S

Les programmes sont au format PDF (v5phys.pdf)

Utilisez ACROBAT READER 3.0. (ou supérieur) gratuit et téléchargeable
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