Ce chapitre est directement tiré du PEC.

La physique s’intéresse aux phénomènes naturels et techniques. Par l’observation, elle tente de les relier et de les expliquer. Elle élabore des modèles mathématiques et vérifie des prédictions. Les théories et les expériences sont donc développées en étroite corrélation. Les connaissances obtenues en physique servent de bases pour d’autres domaines tels que les sciences naturelles, techniques et médicales, et sont aussi utilisées pour des thématiques interdisciplinaires et pour les travaux menés dans les sciences humaines, comme c’est le cas en philosophie.

L’enseignement de la physique en discipline fondamentale se concentre dans un premier temps sur des expériences physiques de la vie quotidienne et leurs explications. Il aborde ensuite les phénomènes naturels qui, à très petites comme à très grandes échelles, façonnent notre vision du monde de manière significative. En abordant une sélection de découvertes et expériences sous un angle historique, les élèves peuvent se rendre compte que les connaissances évoluent au fil du temps. L’enseignement dispensé en sciences permet de saisir les possibilités et les limites des méthodes scientifiques. La pratique de la mise en relation interdisciplinaire favorise une compréhension globale de la réalité.

Sur la base de perceptions et d’expériences, différentes manières de parvenir à des connaissances sont présentées, notamment l’observation attentive, la capacité de formuler une description des phénomènes, l’élaboration d’hypothèses, la conception d’expériences, la réalisation de mesures, l’analyse de résultats de mesures, la formulation des lois et le développement de modèles et de descriptions mathématiques.

Tant le corps enseignant que les élèves utilisent des représentations de différents degrés d’abstraction pour rendre les lois physiques visibles et compréhensibles et pour présenter le contexte de la description mathématique. Utiliser les différentes formes de représentation fait partie du mode de pensée et de communication scientifiques. Cela permet également de développer les compétences nécessaires à l’aptitude générale aux études.

L’enseignement en sciences permet de se faire une opinion réfléchie sur son environnement et sur les défis auxquels la société est confrontée. Il encourage la curiosité comme le plaisir de la recherche et de la découverte de nouvelles connaissances et donne aux élèves la possibilité de s’émerveiller devant la beauté de la nature et des théories scientifiques.

Ce chapitre est directement tiré du PEC.

Les titulaires d’un certificat de maturité gymnasiale sont capables :

• d’appliquer différents types de raisonnement cognitif (pensée abstraite, analytique, déductive, en réseau et pensée analogique) ;

• d’établir des descriptions et des comparaisons avec précision (compétences linguistiques générales, pensée analytique, analogique) ;

• d’énoncer des faits avec leurs propres mots mais aussi à l’aide d’un vocabulaire spécialisé (compétences linguistiques générales) ;

• de représenter des faits par des formes non verbales (voir figure 6) (compétences linguistiques générales, NUM, pensée abstraite, en réseau) ;

• d’effectuer des mesures de manière fiable, de vérifier la plausibilité des résultats obtenus, de rédiger des protocoles de mesure, de chiffrer les incertitudes de mesure et d’interpréter des données (stratégies de planification, capacité à s’organiser).

Les titulaires d’un certificat de maturité gymnasiale sont capables :

• de s’intéresser à des problématiques scientifiques en faisant preuve de curiosité, de concentration et de créativité (efficacité personnelle, créativité, curiosité) ;

• d’intégrer des conclusions scientifiques dans la vie quotidienne (efficacité personnelle, curiosité).

Les titulaires d’un certificat de maturité gymnasiale sont capables :

• de représenter de manière appropriée ce qui a été appris, découvert ou traité (capacité de dialogue, capacité à se présenter devant un public) ;

• se positionner dans la tension entre scientificité objective et formation d’opinion politique (capacité à gérer les confits, indépendance relative).

Ce chapitre est directement tiré du PEC.

Les titulaires d'un certificat de maturité gymnasiale ont conscience de l’importance des différents niveaux de langage que sont le langage courant, le langage spécialisé et le langage mathématique. Les élèves sont capables :

• de comprendre des instructions écrites, des tâches et des descriptions techniques, c’est-à-dire d’extraire des informations, de les structurer et de les transformer en actions ;

• de saisir les arguments avancés dans un texte scientifique, de procéder à un examen critique et d’en extraire les idées principales.

Le maniement adaptatif des mathématiques tout comme celui des différentes formes de représentation constituent des outils élémentaires du travail en physique à un stade avancé. Les titulaires d’un certificat de maturité gymnasiale sont capables :

• d’exprimer des concepts de physique ainsi que les liens entre eux en ayant recours à différentes formes de représentation ;

• de traduire des liens observés et mesurés en expressions mathématiques et, inversement, de verbaliser des représentations mathématiques.

En physique, la propédeutique scientifique vise à initier les élèves aux démarches, aux outils conceptuels et aux modes de raisonnement propres aux sciences expérimentales et théoriques. Les élèves acquièrent une terminologie scientifique précise et se familiarisent avec des méthodes centrales telles que la modélisation, la mesure, l’analyse de données, la simulation numérique et l’évaluation critique des résultats. Les élèves apprennent à formuler des hypothèses explicites, à identifier les simplifications nécessaires à la construction de modèles physiques et à en discuter les limites de validité. L’enseignement favorise également une réflexion sur la nature du savoir scientifique, sur les conditions de sa construction et sur ses limites, contribuant ainsi à la formation d’une maturité scientifique et citoyenne.

Dans l’enseignement de la physique, le numérique constitue à la fois un outil essentiel et un objet de compréhension scientifique. Il permet aux élèves de travailler avec des données issues de mesures expérimentales et de simulations, de les analyser, de les représenter et de les interpréter de manière critique. L’usage de simulations et de modèles numériques favorise la compréhension de phénomènes complexes en mettant en évidence le rôle des hypothèses, des paramètres et des simplifications. Le numérique soutient ainsi la modélisation, l’analyse des incertitudes et la comparaison entre modèles et données empiriques, tout en encourageant une réflexion critique sur les technologies numériques et leurs impacts scientifiques et sociétaux.

Dans l’enseignement de la physique, l’interdisciplinarité consiste à mettre en relation les concepts, modèles et méthodes de la discipline avec ceux d’autres domaines afin de mieux appréhender des phénomènes complexes. À partir de problématiques telles que l’énergie, le climat ou les technologies, les élèves apprennent à articuler les modèles physiques avec d’autres perspectives disciplinaires, à comparer des approches et à changer de point de vue. Ce travail met en évidence à la fois la contribution spécifique de la physique et les limites de ses modèles. Il favorise le développement de compétences transversales, notamment la pensée systémique et l’argumentation fondée sur des données, et contribue à l’aptitude générale aux études et à la maturité sociale.

En physique, l’éducation au développement durable vise à analyser des problématiques de durabilité à l’aide de modèles, de données et de raisonnements scientifiques. Les élèves étudient les systèmes énergétiques, les flux de matière et d’énergie, ainsi que les limites physiques des ressources. Les élèves apprennent à considérer ces questions comme des systèmes complexes, marqués par des interdépendances, des incertitudes et des compromis entre dimensions environnementales, économiques et sociétales. L’analyse de scénarios permet d’anticiper les conséquences à long terme des choix technologiques et énergétiques. La discipline contribue ainsi au développement du jugement et à une prise de décision éclairée et responsable face aux enjeux de durabilité.

Dans l’enseignement de la physique, l’éducation à la citoyenneté vise à permettre aux élèves d’analyser des questions sociétales et politiques à la lumière de connaissances, de modèles et de données scientifiques. Les élèves apprennent à distinguer faits scientifiques, hypothèses, incertitudes et opinions dans des débats portant sur l’énergie, les technologies ou les risques. Les élèves développent leur capacité à évaluer de manière critique des arguments fondés sur des données et à comprendre le rôle et les limites de l’expertise scientifique dans les processus décisionnels démocratiques. En ce sens, la physique contribue à former des élèves capables de participer de manière éclairée et responsable à la vie citoyenne.

Dans l’enseignement de la physique, les dispositifs temporels sont pensés pour alterner rythmes théoriques et expérimentaux, permettant aux élèves de développer une compréhension progressive des modèles et des phénomènes étudiés. Des séquences courtes peuvent être consacrées à l’introduction des concepts fondamentaux et aux méthodes de modélisation, tandis que des plages plus longues favorisent la mise en pratique en laboratoire, l’analyse de données ou la résolution de problèmes complexes. Les formats d’enseignement mobilisent aussi bien des démonstrations, des travaux pratiques, des simulations numériques que des projets interdisciplinaires, notamment lorsque les notions abordées se situent à l’interface avec la chimie, la géographie ou les sciences du vivant. Cette diversité structurelle soutient l’acquisition de compétences essentielles telles que l’observation rigoureuse, la pensée analytique, l’abstraction, la représentation graphique ou la communication scientifique. Elle renforce également la dimension propédeutique de la discipline, en introduisant progressivement les élèves aux démarches et aux outils du travail scientifique. L’usage du numérique développe l’esprit collaboratif et l’autonomie, de même que l’esprit critique et la capacité à investiguer des systèmes physiques complexes, compétences indispensables pour la poursuite d’études dans les domaines scientifiques et techniques.

Dans le cadre de l’enseignement de la physique, une évaluation fondée sur les compétences vise à apprécier la maîtrise des concepts, la mobilisation adéquate de méthodes scientifiques et la capacité à interpréter des phénomènes physiques de manière rigoureuse. À cette fin, différentes modalités d’évaluation peuvent être mises en œuvre en complément aux évaluations exigeant des élèves la résolution de problème. Plus particulièrement, les modalités suivantes peuvent être envisagée :

1. Analyse quantitative de données expérimentales 
   Les élèves exploitent des mesures réalisées en laboratoire afin de produire et interpréter des graphiques, d’identifier des relations fonctionnelles et de discuter des écarts entre modèle théorique et données empiriques. 
   → Évalue la pensée analytique, la modélisation et la compréhension des limites expérimentales.

2. Rapports structurés d’expérimentation 
   Les élèves documentent une démarche scientifique complète : protocole, justification des choix méthodologiques, analyse d’erreurs, interprétation des résultats et conclusion critique. 
   → Évalue la compétence propédeutique, la rigueur méthodologique et la capacité à articuler un raisonnement scientifique cohérent.

3. Résolution de problèmes complexes contextualisés 
   Les élèves appliquent les lois physiques à des situations réelles ou interdisciplinaires (énergie, climat, mécanique, électricité) et proposent une solution argumentée. 
   → Évalue la capacité de transfert, la pensée systémique et l’intégration des savoirs.

4. Simulation numérique d’un phénomène physique 
   À l’aide d’outils numériques, les élèves modélisent un système (p. ex. oscillateur, circuit électrique, mouvement orbital) et analysent l’influence des paramètres. 
   → Évalue l’usage critique du numérique et la compréhension des modèles.

5. Présentation orale ou défense scientifique 
   Les élèves exposent les résultats d’une expérience ou d’une modélisation, justifient leurs choix méthodologiques et répondent à des questions. 
   → Évalue la communication scientifique, la précision conceptuelle et les compétences socio-communicatives.

6. Analyse critique d’un document scientifique 
   Les élèves analysent un document scientifique en identifiant les modèles mobilisés, la cohérence du raisonnement et les limites méthodologiques ou conceptuelles. 
   → Evalue la pensée critique disciplinaire et la compréhension des modèles physiques.

7. Analyse critique d’un document médiatique 
   Les élèves examinent un document médiatique traitant d’une thématique liée à la physique en distinguant faits, interprétations et simplifications discursives. 
   → Evalue la capacité à porter un regard critique sur des discours non spécialisés et à situer la physique dans ses enjeux sociétaux.

8. Débats argumentés autour d’une question scientifique 
   Les élèves participent à des débats structurés portant sur une question scientifique controversée en mobilisant des arguments fondés sur des connaissances et des modèles étudiés. 
   → Evalue l’argumentation rationnelle et la capacité à dialoguer de manière critique et constructive.

9. Élaboration de questions et réponses en vue de l’examen de maturité 
   Les élèves rédigent, sur un thème donné, une série de questions accompagnées de réponses structurées, mettant en évidence les concepts fondamentaux, les modèles et les limites des lois physiques étudiées. 
   → Evalue la structuration des savoirs, la maîtrise conceptuelle, la capacité de synthèse et la préparation propédeutique aux exigences de l’examen de maturité.