Sciences : programme spécifique de 1re ES et L

B.O. n° 9 du 30 septembre 2010

Objectifs

Cet enseignement de sciences est construit non pas comme une simple juxtaposition de deux disciplines mais comme une étude de thèmes par l'approche croisée de la chimie, de la physique, des sciences de la Terre et des sciences de la vie afin d'offrir un enseignement global. En même temps, chaque discipline a des apports indépendants, originaux et spécifiques. Afin de faciliter la réorientation entre les séries ES, L et S au cours ou à la fin de l'année de première, les programmes de sciences des séries ES et L d'une part et de la série S d'autre part permettent de faire acquérir des connaissances et des compétences dont certaines sont voisines.

 

Faire acquérir une culture scientifique

L'enseignement de sciences en classe de première des séries économique et sociale ou littéraire est d'abord conçu pour faire acquérir aux élèves une culture scientifique. Ainsi cet enseignement scientifique a comme objectifs de permettre à l'élève :

  • d'acquérir des connaissances nécessaires à la compréhension des questions et problématiques scientifiques telles qu'il peut les rencontrer quotidiennement ;
  • d'appréhender des enjeux de la science en lien avec des questions de société comme le développement durable et la santé, en portant un regard critique afin d'agir en citoyen responsable ;
  • de susciter son envie d'approfondir ces questions à travers la consultation de ressources documentaires variées ;
  • de comprendre d'une manière simple les démarches ayant mené aux notions et concepts actuels au travers, par exemple, de l'histoire des sciences.

 

Contribuer à la construction de compétences

 

Une formation scientifique

Former l'élève à la démarche scientifique, c'est lui permettre d'acquérir des compétences qui le rendent capable de mettre en œuvre un raisonnement :

  • en identifiant un problème, en formulant des hypothèses pertinentes, en les confrontant aux constats expérimentaux et en exerçant son esprit critique à l'égard des sources et des méthodes d'analyse ;
  • en prélevant et en exploitant des informations dans des revues, des sites internet, des médias scientifiques, etc.

Il lui faut rechercher, extraire et organiser l'information utile et également raisonner, argumenter, démontrer et travailler en équipe.

Il s'agit pour lui de tirer des conclusions fondées sur des faits en ayant soin de sélectionner des données, d'en évaluer la pertinence scientifique (distinguer le prouvé du probable ou de l'incertain) et d'appréhender le caractère éventuellement incomplet des informations recueillies l'empêchant alors de conclure de manière certaine.

 

Des compétences sociales et civiques

Tout au long de cet enseignement, il s'agit d'amener l'élève à réfléchir à la manière dont la science et les progrès technologiques interagissent avec la société et son quotidien. Il doit prendre ainsi conscience que ces progrès, s'ils apportent des solutions ou des améliorations, peuvent être aussi à l'origine de questions nouvelles.

 

Programme

Thème 1 : Représentation visuelle

 

NOTIONS ET CONTENUS

COMPÉTENCES EXIGIBLES

De l’oeil au cerveau

L’oeil : système optique et formation des images

 

Conditions de visibilité d’un objet.

Approche historique de la conception de la vision.

 

Modèle réduit de l’oeil.

 

Lentilles minces convergentes, divergentes. Éléments caractéristiques d'une lentille mince convergente : centre optique, axe optique, foyers, distance focale.

Construction géométrique de l'image d'un petit objet-plan donnée par une lentille convergente.

 

L’oeil, accommodation, défauts et corrections

 

Formation des images sur la rétine ; nécessité de l’accommodation.

Punctum proximum et punctum remotum. Défauts de l’oeil : myopie, hypermétropie et presbytie.

Principe de correction de ces défauts par des lentilles minces ou par modification de la courbure de la cornée ; vergence.

Exploiter les conditions de visibilité d’un objet. Porter un regard critique sur une conception de la vision à partir de l’étude d’un document.

 

Décrire le modèle de l’oeil réduit et le mettre en correspondance avec l’oeil réel.

Reconnaître la nature convergente ou divergente d’une lentille mince.

Représenter symboliquement une lentille mince convergente ou divergente.

Déterminer graphiquement la position, la grandeur et le sens de l’image d’un objet-plan donnée par une lentille convergente.

 

Modéliser l’accommodation du cristallin.

Reconnaître la nature du défaut d’un oeil à partir des domaines de vision et inversement.

Associer à chaque défaut un ou plusieurs modes de correction possibles.

Exploiter la relation liant la vergence et la distance focale.

Des photorécepteurs au cortex visuel

La vision du monde dépend des propriétés des photorécepteurs de la rétine.

L'étude comparée des pigments rétiniens permet de placer l’Homme parmi les Primates.

 

Le message nerveux visuel emprunte des voies nerveuses jusqu'au cortex visuel.

 

Aires visuelles et perception visuelle

L'imagerie fonctionnelle du cerveau permet d'identifier et d'observer des aires spécialisées dans la reconnaissance des couleurs, ou des formes, ou du mouvement.

 

Aires cérébrales et plasticité

La reconnaissance d'un mot écrit nécessite une collaboration entre aires visuelles, mémoire et des structures liées au langage.

Déterminer les rôles des photorécepteurs et de l'organisation anatomique des voies visuelles dans la perception d'une image.

Relier :

  • certaines maladies et certaines anomalies génétiques à des déficiences visuelles ;
  • certaines caractéristiques de la vision à certaines propriétés et à la répartition des photorécepteurs de la rétine.

 

Justifier la place de l’Homme au sein des Primates à partir de la comparaison des opsines ou des gènes les codant.

Expliquer à partir de résultats d’exploration fonctionnelle du cerveau ou d’étude de cas cliniques, la notion de spécialisation fonctionnelle des aires visuelles.

 

Établir les relations entre coopération des aires cérébrales, plasticité des connexions et activité de lecture.

Couleurs et arts

Colorants et pigments.

Approche historique. Influence d’un ou plusieurs paramètres sur la couleur de certaines espèces chimiques.

 

Synthèse soustractive ; synthèse additive. Application à la peinture et à l’impression couleur.

Rechercher et exploiter des informations portant sur les pigments, les colorants et leur utilisation dans le domaine des arts.

Pratiquer une démarche expérimentale pour déterminer la présence de différents colorants dans un mélange.

Pratiquer une démarche expérimentale pour mettre en évidence l’influence de certains paramètres sur la couleur d’espèces chimiques.

 

Distinguer synthèses soustractive et additive. Exploiter un cercle chromatique.

Interpréter la couleur d’un mélange obtenu à partir de matières colorées.

La chimie de la perception

La transmission synaptique

La perception repose sur la transmission de messages nerveux, de nature électrique, entre neurones, au niveau de synapses, par l’intermédiaire de substances chimiques : les neurotransmetteurs.

 

Les perturbations chimiques de la perception

Certaines substances hallucinogènes perturbent la perception visuelle. Leur action est due à la similitude de leur structure moléculaire avec celle de certains neurotransmetteurs du cerveau auxquels elles se substituent. Leur consommation entraîne des troubles du fonctionnement général de l’organisme, une forte accoutumance ainsi que des « flash-back » imprévisibles.

Mettre en évidence la nature chimique de la transmission du message nerveux entre deux neurones par la mise en relation de documents, dont des électronographies.

 

Expliquer le mode d’action de substances hallucinogènes (ex. : LSD ou « acide ») par la similitude de leur structure moléculaire avec celle de certains neurotransmetteurs du cerveau auxquels elles se substituent.

Expliquer l'action d'une drogue dans la perturbation de la communication nerveuse qu'elle induit et les dangers de sa consommation tant d’un point de vue individuel que sociétal.

 

Thème 2 : Nourrir l’humanité

 

NOTIONS ET CONTENUS

COMPÉTENCES EXIGIBLES

Vers une agriculture durable au niveau de la planète

Pratiques alimentaires collectives et perspectives globale

L’agriculture repose sur la création et la gestion d’agrosystèmes dans le but de fournir des produits (dont les aliments) nécessaires à l’humanité.

 

Dans un agrosystème, le rendement global de la production par rapport aux consommations de matière et d’énergie conditionne le choix d’une alimentation d’origine animale ou végétale, dans une perspective de développement durable.

 

Une agriculture pour nourrir les Hommes

L’exportation de biomasse, la fertilité des sols, la recherche de rendements et l’amélioration qualitative des productions posent le problème :

  • des apports dans les cultures (engrais, produits phytosanitaires, etc.) ;
  • des ressources en eau ;
  • de l’amélioration des races animales et des variétés végétales par la sélection génétique, les manipulations génétiques, le bouturage ou le clonage ;
  • du coût énergétique et des atteintes portées à l’environnement.

Le choix des techniques culturales doit concilier la production, la gestion durable de l’environnement et la santé.

 

Qualité des sols et de l’eau

Le sol : milieu d’échanges de matière.

Engrais et produits phytosanitaires ; composition chimique.

Comparer la part d'intervention de l'Homme dans le fonctionnement d'un écosystème et d'un agrosystème.

Montrer que consommer de la viande ou un produit végétal n’a pas le même impact écologique.

 

Comparer les bilans d’énergie et de matière (dont l’eau) d’un écosystème et de différents agrosystèmes (cultures, élevages), à partir de données prélevées sur le terrain ou dans des bases de données et traitées par des logiciels de calculs ou de simulation.

Expliquer, à partir de résultats simples de croisements, le principe de la sélection génétique (« vigueur hybride » et « homogénéité de la F1 »). Relier les progrès de la science et des techniques à leur impact sur l'environnement au cours du temps.

Étudier l’impact sur la santé ou l’environnement de certaines pratiques agricoles (conduite d’un élevage ou d’une culture).

 

Exploiter des documents et mettre en oeuvre un protocole pour comprendre les interactions entre le sol et une solution ionique en termes d’échanges d’ions.

Mettre en oeuvre un protocole expérimental pour doser par comparaison une espèce présente dans un engrais ou dans un produit phytosanitaire.

Eau de source, eau minérale, eau du robinet ; composition chimique d’une eau de consommation.

Critères physicochimiques de potabilité d’une eau. Traitement des eaux naturelles.

Réaliser une analyse qualitative d’une eau.

Rechercher et exploiter des informations concernant :

  • la potabilité d’une eau ;
  • le traitement des eaux naturelles ;
  • l’adoucissement d’une eau dure.

Qualité et innocuité des aliments : le contenu de nos assiettes

Biologie des microorganismes et conservation des aliments

Certaines techniques de conservation se fondent sur la connaissance de la biologie des microorganismes, dont certains sont pathogènes, et visent à empêcher leur développement.

 

Conservation des aliments, santé et appétence alimentaire

La conservation des aliments permet de reculer la date de péremption tout en préservant leur comestibilité et leurs qualités nutritives et gustatives.

Les techniques de conservation peuvent modifier les qualités gustatives et nutritionnelles des aliments et provoquer parfois des troubles physiologiques chez le consommateur.

 

Conservation des aliments

Effet du dioxygène de l’air et de la lumière sur certains aliments.

Rôle de la lumière et de la température dans l’oxydation des produits naturels.

Conservation des aliments par procédé physique et par procédé chimique.

Expliquer à partir de données expérimentales ou documentaires le rôle des conditions physico-chimiques sur le développement de micro-organismes.

Expliquer les conseils de conservation donnés aux consommateurs.

 

Identifier les avantages et les inconvénients pour le consommateur de certains traitements appliqués dans le cadre de la conservation des aliments.

Utiliser des arguments scientifiques pour confirmer ou infirmer certaines affirmations véhiculées dans les médias ou dans les publicités concernant l’action de certains produits alimentaires sur la santé.

 

Mettre en oeuvre un protocole pour mettre en évidence l’oxydation des aliments.

Distinguer une transformation physique d’une réaction chimique.

Associer un changement d’état à un processus de conservation.

Extraire et organiser des informations pour :

  • rendre compte de l’évolution des modes de conservation des aliments ;
  • analyser la formulation d’un produit alimentaire.

Se nourrir au quotidien : exemple des émulsions

Structure simplifiée des lipides.

Espèces tensioactives ; partie hydrophile, partie hydrophobe.

Formation de micelles.

Interpréter le rôle d’une espèce tensioactive dans la stabilisation d’une émulsion.

Pratiquer une démarche expérimentale pour mettre en évidence les conditions physicochimiques nécessaires à la réussite d’une émulsion culinaire.

 

Thème 3 : Féminin / masculin

 

NOTIONS ET CONTENUS

COMPÉTENCES EXIGIBLES

Prendre en charge de façon conjointe et responsable sa vie sexuelle

La connaissance de plus en plus précise des hormones naturelles contrôlant les fonctions de reproduction humaine a permis progressivement la mise au point de molécules de synthèse qui permettent une maîtrise de la procréation de plus en plus adaptée, avec de moins en moins d'effets secondaires.

Ces molécules de synthèse sont utilisées dans :

  • la contraception régulière (« la pilule ») ;
  • la contraception d'urgence ;
  • l'IVG médicamenteuse.

Elles sont également utilisées dans les techniques de procréation médicalement assistée (PMA) qui permettent ou facilitent la fécondation et/ou la gestation dans les cas de stérilité ou d'infertilité. Les IST, causes de stérilité, et leur propagation au sein de la population peuvent être évitées par des comportements individuels adaptés.

Replacer dans le temps et dans la société la chronologie de l'apparition des méthodes de régulation des naissances.

Identifier les modes d'action des molécules de synthèse et les expliquer par les mécanismes biologiques sur lesquels ils se fondent. Expliquer les pratiques médicales chimiques mises en oeuvre en cas de déficience de la fertilité du couple.

Relier les conseils d'hygiène, de dépistage, de vaccination et d'utilisation du préservatif aux modes de contamination et de propagation des IST.

Discuter les limites des méthodes de maîtrise de la procréation en s'appuyant sur la législation, l'éthique et l'état des connaissances médicales.

Devenir homme ou femme

La mise en place des structures et de la fonctionnalité des appareils sexuels se réalise sur une longue période qui va de la fécondation à la puberté, en passant par le développement embryonnaire et foetal.

Caractériser à partir de différentes informations et à différentes échelles un individu de sexe masculin ou de sexe féminin. Expliquer, à partir de données médicales, les étapes de différenciation de l’appareil sexuel au cours du développement embryonnaire. Différencier, à partir de la confrontation de données biologiques et de représentations sociales ce qui relève :

  • de l’identité sexuelle, des rôles en tant qu’individus sexués et de leurs stéréotypes dans la société, qui relèvent de l’espace social ;
  • de l’orientation sexuelle qui relève de l’intimité des personnes.

Vivre sa sexualité

Le comportement sexuel chez les Mammifères est contrôlé, entre autres, par les hormones et le système de récompense.

Au cours de l’évolution, l’influence hormonale dans le contrôle du comportement de reproduction diminue, et corrélativement le système de récompense devient prépondérant dans la sexualité de l’Homme et plus généralement des primates hominoïdes.

Les facteurs affectifs et cognitifs, et surtout le contexte culturel, ont une influence majeure sur le comportement sexuel humain.

Établir l’influence des hormones sur le comportement sexuel des Mammifères. Identifier les structures cérébrales qui participent aux processus de récompense à partir de données médicales et expérimentales.

 

Thème 4 : le défi énergétique

NOTIONS ET CONTENUS

COMPÉTENCES EXIGIBLES

Activités humaines et besoins en énergie

Besoins énergétiques engendrés par les activités humaines : industries, transports, usages domestiques.

 

Quantification de ces besoins : puissance, énergie.

Exploiter des documents et/ou des illustrations expérimentales pour mettre en évidence différentes formes d’énergie.

 

Connaître et utiliser la relation liant puissance et énergie.

Rechercher et exploiter des informations sur des appareils de la vie courante et sur des installations industrielles pour porter un regard critique sur leur consommation énergétique et pour appréhender des ordres de grandeur de puissance.

Utilisation des ressources énergétiques disponibles

Ressources énergétiques et durées caractéristiques associées (durée de formation et durée estimée d'exploitation des réserves).

Ressources non renouvelables :

  • fossiles (charbon, pétroles et gaz naturels) ;
  • fissiles (Uranium : isotopes, : isotope fissile).

 

Ressources renouvelables.

Le Soleil, source de rayonnement.

Rechercher et exploiter des informations pour :

associer des durées caractéristiques à différentes ressources énergétiques ;

distinguer des ressources d’énergie renouvelables et non renouvelables ;

identifier des problématiques d'utilisation de ces ressources.

 

Mettre en oeuvre un protocole pour séparer les constituants d’un mélange de deux liquides par distillation fractionnée.

Conversion d’énergie. Schématiser une chaîne énergétique pour interpréter les transformations d'énergie en termes de conversion et de dégradation.

Centrale électrique thermique à combustible fossile ou nucléaire.

Réaction de combustion.

Réaction de fission.

Réaction de fusion.

Le Soleil, siège de réactions de fusion nucléaire.

Exploitation des ressources renouvelables.

Identifier les différentes formes d’énergie intervenant dans une centrale thermique à combustible fossile ou nucléaire.

À partir d’exemples donnés d’équations de réactions nucléaires, distinguer fission et fusion. Exploiter les informations d'un document pour comparer :

  • les énergies mises en jeu dans des réactions nucléaires et dans des réactions chimiques ;
  • l'utilisation de différentes ressources énergétiques.

Optimisation de la gestion et de l’utilisation de l’énergie

Transport et stockage de l’énergie. Accumulateur électrochimique et pile à combustible.

Sous-produits de l'industrie nucléaire. Décroissance radioactive.

Effet de serre.

Rechercher et exploiter des informations pour comprendre :

la nécessité de stocker et de transporter l’énergie ;

l’utilisation de l’électricité comme mode de transfert de l’énergie ;

la problématique de la gestion des déchets radioactifs.

Analyser une courbe de décroissance radioactive. Faire preuve d'esprit critique : discuter des avantages et des inconvénients de l'exploitation d'une ressource énergétique, y compris en terme d'empreinte environnementale.

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