L'essentiel
Vous consacrez l'essentiel du temps à la démarche scientifique expérimentale : proposer une hypothèse, concevoir un protocole, mesurer, interpréter et communiquer les résultats en argumentant. Le programme s'organise en quatre thèmes que vous croisez tout au long des trois années plutôt que de les traiter en blocs séparés.
Ces quatre thèmes sont l'organisation et les transformations de la matière, le mouvement et les interactions, l'énergie, et les signaux pour observer et communiquer. Vous articulez ces thèmes avec un ensemble de compétences travaillées, qui portent autant sur la démarche que sur les savoirs.
Compétences travaillées
Vous faites pratiquer une démarche scientifique complète : identifier une question, proposer une hypothèse, concevoir puis mettre en œuvre un protocole, mesurer une grandeur physique, interpréter les résultats et les communiquer en argumentant. Vous faites aussi concevoir et réaliser un dispositif de mesure ou d'observation, effectuer des recherches bibliographiques, et planifier une tâche expérimentale en gardant une trace des étapes suivies et des résultats obtenus.
Vous faites lire et comprendre des documents scientifiques, et vous faites vous exprimer à l'oral lors d'un débat scientifique. Vous faites utiliser des outils numériques d'acquisition et de traitement de données, de simulation et de modélisation.
Vous faites expliquer les fondements des règles de sécurité en chimie, en électricité, en optique et en acoustique, et vous faites réinvestir les connaissances sur les ressources et l'énergie pour agir de façon responsable. Vous faites aussi situer l'élève dans l'histoire des sciences et dans les échelles de structuration de l'Univers.
Organisation et transformations de la matière
Vous faites caractériser les états de la matière, solide, liquide et gaz. Vous faites aussi mettre en œuvre un protocole expérimental sur les changements d'état, en insistant sur la conservation de la masse et la non-conservation du volume.
Vous faites déterminer expérimentalement une masse volumique, avec la relation m = ρ.V, pour distinguer des espèces chimiques ou des matériaux. Vous introduisez cette grandeur quotient progressivement à partir de la classe de 4e, et vous faites étudier miscibilité et solubilité dès le début du cycle.
Transformations chimiques
Vous faites identifier une transformation chimique et la distinguer d'un mélange ou d'une transformation physique, en l'interprétant comme une redistribution des atomes. Vous faites utiliser le tableau périodique, considéré comme un outil de classement à partir de la classe de 4e, pour associer noms, symboles et numéros atomiques.
Vous faites mesurer le pH pour identifier le caractère acide ou basique d'une solution. Ces études prennent appui sur des combustions, des réactions acide-base et des réactions acides-métaux. Vous réservez la description de la constitution de l'atome et de la structure du noyau à la classe de 3e.
La matière dans l'Univers
Vous faites décrire la structure de l'Univers et du système solaire, en faisant convertir les unités de distance du kilomètre à l'année-lumière. Vous faites comparer les ressources terrestres de certains éléments, entre hydrogène, hélium et éléments lourds comme l'oxygène, le carbone, le fer ou le silicium.
Mouvement et interactions
Vous faites caractériser un mouvement par sa vitesse, avec sa direction, son sens et sa valeur, en distinguant mouvements rectilignes et circulaires, uniformes ou non. Vous faites utiliser la relation entre vitesse, distance et durée dans le cas d'un mouvement uniforme. Vous faites travailler la relativité du mouvement dans des cas simples, comme un train qui démarre le long d'un quai, en distinguant observateur immobile et observateur en mouvement.
Vous faites identifier les actions de contact ou à distance et les modéliser par des forces caractérisées par une direction, un sens et une valeur. Vous faites exploiter l'expression littérale de la loi de gravitation universelle quand elle est fournie, et la relation de la pesanteur P = mg. Vous faites distinguer poids et masse, sur Terre et sur la Lune, et vous abordez l'impesanteur de façon seulement qualitative.
L'énergie, ses transferts et ses conversions
Vous faites identifier les sources et les différentes formes d'énergie, cinétique, potentielle, thermique, électrique, chimique, nucléaire et lumineuse, et différencier transfert et conversion d'énergie. Vous faites établir un bilan énergétique pour un système simple, en mobilisant la conservation de l'énergie. Vous réservez l'expression littérale de l'énergie cinétique, Ec = ½ mv², à la classe de 3e.
Vous faites utiliser la relation liant puissance, énergie et durée, et vous faites analyser un bilan qualitatif d'énergie pour le système Terre-atmosphère. Vous faites associer l'émission et l'absorption d'un rayonnement à un transfert d'énergie, jusqu'à l'absorption du rayonnement terrestre par les gaz à effet de serre.
Circuits électriques
Vous faites élaborer et mettre en œuvre un protocole pour réaliser un circuit électrique répondant à un cahier des charges, dès la classe de 5e. Vous faites exploiter les lois de l'électricité : la loi d'additivité des tensions sur une maille, la loi d'additivité des intensités sur deux mailles, et la loi d'Ohm.
Vous reprenez ces lois avec le formalisme requis en classes de 4e et de 3e. Vous faites conduire un calcul de consommation d'énergie électrique à partir de la puissance électrique, P = U.I., et de la durée.
Des signaux pour observer et communiquer
Vous faites distinguer une source primaire d'un objet diffusant, et faites exploiter expérimentalement la propagation rectiligne de la lumière dans le vide avec le modèle du rayon lumineux. Vous faites utiliser l'année-lumière comme unité de distance, et vous faites travailler les risques liés à l'emploi des sources lumineuses, comme le laser.
Vous faites décrire les conditions de propagation d'un son et faites relier la distance parcourue à la durée de propagation. Vous faites distinguer sons audibles, infrasons et ultrasons par leur fréquence, et vous faites travailler les risques auditifs liés à l'exposition sonore.
Croisements entre enseignements
Le programme propose des croisements avec d'autres disciplines, sans caractère obligatoire. Vous faites travailler la sécurité, de la maison aux lieux publics, avec les sciences de la vie et de la Terre et la technologie. Vous y faites étudier l'usage raisonné des produits chimiques, la gestion des déchets, les pictogrammes de sécurité et le risque électrique domestique.
Vous faites croiser la chimie et les arts avec les arts plastiques, l'histoire des arts et le français, sur les couleurs, les pigments, les huiles et vernis, et la restauration d'œuvres. Vous faites travailler la transition écologique avec les mathématiques, l'histoire-géographie et le français, à travers le recyclage des matériaux, le traitement des eaux et la production d'énergie.
D'autres croisements sont proposés : information et communication autour des signaux, histoire des représentations de l'Univers avec les langues de l'Antiquité, applications des recherches en physique et en chimie dans le monde économique.
Repères chiffrés
- Le programme de physique-chimie du cycle 4 s'organise en quatre thèmes traités tout au long des trois années : matière, mouvement, énergie, signaux.
- La masse volumique se calcule avec la relation m = ρ.V, une grandeur quotient introduite progressivement à partir de la classe de 4e.
- Le tableau périodique s'utilise comme outil de classement des atomes à partir de la classe de 4e.
- En fin de cycle, les élèves exploitent la relation de la pesanteur P = mg, au niveau expérimental comme sur le plan formel.
- L'expression littérale de l'énergie cinétique, Ec = ½ mv², peut être réservée à la classe de 3e.
- Dès la classe de 5e, les élèves réalisent des circuits électriques simples, repris avec le formalisme requis en 4e et en 3e.