Les programmes de physique-chimie au cycle 4

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 dans 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 – physique, chimie, sciences de la vie et de la Terre – 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 et chimie s’organisent autour de quatre thèmes :

- Organisation et transformations de la matière
- Mouvements et interactions
- L’énergie et ses conversions
- Des signaux pour observer et communiquer

 

 

Organisation et transformations de la matière.

 

  • Attendus de fin de cycle

₋Décrire la constitution et les états de la matière

₋Décrire et expliquer des transformations chimiques

₋Décrire l’organisation de la matière dans l’Univers

 

Connaissances et compétences associées

Décrire la constitution et les états de la matière

Caractériser les différents états de la matière (solide, liquide et gaz).

Proposer et mettre en œuvre un protocole expérimental pour étudier les propriétés des changements d’état.

Caractériser les différents changements d’état d’un corps pur.

Interpréter les changements d’état au niveau microscopique.

Proposer et mettre en œuvre un protocole expérimental pour déterminer une masse volumique d’un liquide ou d’un solide.

Exploiter des mesures de masse volumique pour différencier des espèces 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.

- Concevoir et réaliser des expériences pour caractériser des mélanges.

Estimer expérimentalement une valeur de solubilité dans l’eau.

Solubilité.
Miscibilité.

Composition de l’air.

 

Décrire et expliquer des transformations chimiques

Mettre en œuvre des tests caractéristiques d’espèces chimiques à partir d’une banque fournie.

Identifier expérimentalement une transformation chimique.

Distinguer transformation chimique et mélange, transformation chimique et transformation physique.

Interpréter une transformation chimique comme une redistribution des atomes.

Utiliser une équation de réaction chimique fournie pour décrire une transformation chimique observée.

Notions de molécules, atomes, ions.
Conservation de la masse lors d’une transformation chimique.

Associer leurs symboles aux éléments à l’aide de la classification périodique.

Interpréter une formule chimique en termes atomiques.

Dioxygène, dihydrogène, diazote, eau, dioxyde de carbone.

Propriétés acidobasiques

Identifier le caractère acide ou basique d’une solution par mesure de pH.

Associer le caractère acide ou basique à la présence d’ions H+ et OH-.

Ions H+ et OH-.
Mesure du pH.
Réactions entre solutions acides et basiques.

Réactions entre solutions acides et métaux.

 

Décrire l’organisation de la matière dans l’Univers

Décrire la structure de l’Univers et du système solaire.

Aborder les différentes unités de distance et savoir les convertir : du kilomètre à l’année-lumière.

Galaxies, évolution de l’Univers, formation du système solaire, âges géologiques.
Ordres de grandeur des distances astronomiques.

Connaitre et comprendre l’origine de la matière.

Comprendre que la matière observable est partout de même nature et obéit aux mêmes lois.

La matière constituant la Terre et les étoiles.
Les  éléments sur Terre et dans l’univers (hydrogène, hélium, éléments lourds : oxygène, carbone, fer, silicium…)
Constituants de l’atome, structure interne d’un noyau atomique (nucléons : protons, neutrons), électrons.

 

 

 

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.

 

Connaissances et compétences associées :

Caractériser un mouvement

Caractériser le mouvement d’un objet.

Utiliser la relation liant vitesse, distance et durée dans le cas d’un mouvement uniforme.

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.

 

Modéliser une interaction par une force caractérisée par un point d’application, une direction, un sens et une valeur

Identifier les interactions mises en jeu (de contact ou à distance) et les modéliser par des forces.

Associer la notion d’interaction à la notion de force.

Exploiter l’expression littérale scalaire de la loi de gravitation universelle, la loi étant fournie.

Action de contact et action à distance.
Force : point d’application, direction, sens et valeur.
Force de pesanteur et son expression P=mg.

 

 

 

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.

 

Connaissances et compétences associées : 

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

Identifier les différentes formes d’énergie.

Cinétique (relation Ec = ½ mv2), potentielle (dépendant de la position), thermique, électrique, chimique, nucléaire, lumineuse.

Identifier les sources, les transferts et les conversions d’énergie.

Établir un bilan énergétique pour un système simple.

Sources.
Transferts.
Conversion d’un type d’énergie en un autre.
Conservation de l’énergie.
Unités d’énergie.

Utiliser la relation liant puissance, énergie et durée.

Notion de puissance 

 

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

Élaborer et mettre en œuvre un protocole expérimental simple visant à réaliser un circuit électrique répondant à un cahier des charges simple ou à vérifier une loi de l’électricité.

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.

Mettre en relation les lois de l’électricité et les règles de sécurité dans ce domaine.

Conduire un calcul de consommation d’énergie électrique relatif à une situation de la vie courante.

Puissance électrique P= U.I
Relation liant l’énergie, la puissance électrique et la durée

 

 

 

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.

 

Connaissances et compétences associées :

Signaux lumineux

Distinguer une source primaire (objet lumineux) d’un objet diffusant.

Exploiter expérimentalement la propagation rectiligne de la lumière dans le vide et le modèle du rayon lumineux.

Utiliser l’unité « année-lumière » comme unité de distance.

Lumière : sources, propagation, vitesse de propagation, année-lumière.
Modèle du rayon lumineux.

Signaux sonores

Décrire les conditions de propagation d’un son.

Relier la distance parcourue par un son à la durée de propagation.

Vitesse de propagation.
Notion de fréquence : sons audibles, infrasons et ultrasons.

Signal et information

Comprendre que l’utilisation du son et de la lumière permet d’émettre, de transporter un signal donc une information.