Le programme du module spécifique consacré à un enseignement mathématique intégré à l’enseignement scientifique de la classe de première de la voie générale est conçu avec les intentions suivantes :

• consolider la culture mathématique de tous les élèves et leur assurer le socle de connaissances et de compétences mathématiques qui leur sera nécessaire pour réussir leur vie sociale, citoyenne et professionnelle, quel que soit le parcours de formation qu’ils choisiront par la suite ;
• réconcilier avec les mathématiques les élèves qui ont perdu le goût et l’intérêt pour cette discipline ; communiquer le plaisir de les pratiquer à travers des activités mettant en valeur leur efficacité et éclairer sur la place qu’elles jouent dans le monde contemporain ;
• permettre à chaque élève d’appréhender la pertinence des démarches mathématiques et de développer des aptitudes intellectuelles comme la rigueur, la logique, l’esprit critique mais aussi l’inventivité et la créativité ;
• assurer les bases nécessaires à la compréhension de phénomènes quantitatifs tels qu’ils sont mobilisés dans les différents champs disciplinaires et tels qu’ils permettent d’éclairer certains débats actuels ;
• permettre aux élèves qui le souhaitent de choisir l’enseignement optionnel de mathématiques complémentaires en classe de terminale.

En raison de leur choix de spécialité ou d’options, les élèves de première de la voie générale ont des projets d’orientation divers qui les conduiront en terminale à une fréquentation plus ou moins importante des mathématiques. Cette variété des profils d’élèves induit une mise en œuvre différenciée prenant en compte l’hétérogénéité de leurs besoins et de leurs intérêts.

Attitudes développées

L’enseignement des mathématiques participe à la formation intellectuelle des élèves en contribuant au développement d’attitudes propices à la poursuite d’études, mais aussi à l’exercice responsable de la citoyenneté. Parmi elles, peuvent notamment être mentionnés la persévérance dans la recherche d’une solution, l’esprit critique, l’engagement réfléchi dans un débat, le souci d’argumenter sa pensée par un raisonnement logique, la qualité d’expression écrite et orale, l’esprit de collaboration dans un travail d’équipe.

La résolution d’exercices et de problèmes, individuellement ou en groupe, l’organisation de réflexions et d’échanges scientifiques pour valider un résultat ou une méthode sont des occasions fécondes pour développer ces attitudes indispensables à la formation de chaque individu et à la responsabilité du citoyen.

Les élèves prennent conscience que les mathématiques sont vivantes et en perpétuelle évolution, qu’elles s’inscrivent dans un cadre historique mais aussi dans la société actuelle. Il s’agit en particulier :

• d’insérer des éléments d’histoire des mathématiques et des sciences ;
• de présenter des faits d’actualité liés aux mathématiques ; 
• de faire connaître à tous les élèves des études supérieures et des métiers où les mathématiques sont utilisées.

Compétences mathématiques

Dans le prolongement des cycles précédents, le travail en mathématiques s’appuie sur six compétences essentielles : 

• chercher, expérimenter, en particulier à l’aide d’outils logiciels ;
• modéliser, faire une simulation, valider ou invalider un modèle ;
• représenter, choisir un cadre (numérique, algébrique, géométrique), changer de registre ;
• raisonner, démontrer, trouver des résultats partiels et les mettre en perspective ;
• calculer, appliquer des techniques et mettre en œuvre des algorithmes ;
• communiquer un résultat par oral ou par écrit, expliquer une démarche.

La résolution de problèmes offre un cadre privilégié pour travailler ces six compétences tout en développant des aptitudes transversales.

Résolution de problèmes et automatismes

La résolution de problèmes, centrale dans l’activité mathématique, est au cœur de ce programme qui privilégie une introduction des contenus mathématiques à travers des situations appropriées, puis leur mobilisation dans le cadre de problèmes qui les mettent en jeu.

Ces problèmes sont le plus souvent issus des autres disciplines, de la vie courante ou citoyenne, mais peuvent aussi être internes aux mathématiques. Le professeur de mathématiques est invité à travailler avec les professeurs des disciplines concernées afin de favoriser les articulations et les transferts, et consolider ainsi les acquis des élèves.

Les activités engagées en classe s’articulent autour du triptyque manipuler – verbaliser – abstraire. La manipulation peut être concrète ou virtuelle, prenant appui sur des instruments ou des objets réels ou des outils numériques tels qu’une calculatrice, un tableur, un logiciel de géométrie dynamique ou de programmation.

Il convient de garder à l’esprit que la phase de manipulation ne constitue pas une fin en soi. Comme la verbalisation qui l’accompagne ou y fait suite, la manipulation n’est qu’une étape permettant de dégager un contenu mathématique qui fait l’objet d’une institutionnalisation bien identifiée.

L’approche par résolution de problèmes est particulièrement propice à la mise en œuvre de la compétence modéliser, en recherchant un modèle adapté à la situation étudiée ou en s’assurant de la bonne compréhension et de la validité d’un modèle donné. La compétence représenter, en vue de schématiser les données d’un problème, facilite la recherche d’une stratégie efficace pour sa résolution.

Les problèmes étudiés sont choisis de façon à mobiliser régulièrement la compétence raisonner. Parmi eux, les problèmes avec prise d’initiative permettent de travailler la compétence chercher et de renforcer la capacité à résoudre un problème dont l’énoncé n’indique pas la méthode de résolution. Ces derniers doivent faire l’objet d’un entraînement suffisamment régulier pour permettre aux élèves d’y accéder plus facilement en prenant conscience de certaines similitudes entre des situations différentes relevant d’une même démarche mathématique.

Progressivement, l’élève procède par analogie en rattachant une situation particulière à une classe plus générale de problèmes ou en adaptant une méthode connue à la situation étudiée. La disponibilité d’esprit nécessaire à ces étapes essentielles suppose des connaissances, des procédures et des stratégies automatisées. Ainsi, l’installation de réflexes intellectuels en matière de calcul et d’interprétation des données facilite la résolution de problèmes, en libérant l’esprit des considérations de mise en œuvre technique.

La ritualisation, par exemple au début de chaque séance, d’activités courtes consacrées au calcul ou à la lecture et au traitement de l’information chiffrée favorise la stabilisation des connaissances et des méthodes étudiées dans les classes antérieures. Il ne s’agit pas de réduire les mathématiques à des activités répétitives, mais de permettre un ancrage solide des fondamentaux immédiatement mobilisables pour résoudre des problèmes.

Dans la partie automatismes du programme sont énumérées les connaissances et les capacités relevant du double objectif d’assurer le fondement d’une culture mathématique nécessaire à chaque futur citoyen et de développer des réflexes mathématiques utiles à la poursuite d’études.

Diversité des activités des élèves

La mise en œuvre du programme doit permettre aux élèves d’acquérir des connaissances, des méthodes et des démarches spécifiques.

La diversité des activités concerne aussi bien les contextes (internes aux mathématiques ou liés à des situations issues de la vie quotidienne ou d’autres disciplines) que les types de tâches qui peuvent être proposées : « questions flash » pour favoriser l’acquisition d’automatismes, exercices d’application et d’entraînement pour stabiliser et consolider les connaissances, exercices et problèmes favorisant les prises d’initiatives, mises au point collectives d’une solution, productions d’écrits individuels ou collectifs, etc.

Si la classe est le lieu privilégié pour la mise en activité des élèves, les travaux hors du temps scolaire sont indispensables pour consolider les apprentissages. Leur fréquence, leur longueur et leur nature sont adaptées à la charge de travail des élèves, en tenant compte de la nature pluridisciplinaire de leur formation. Individuels ou collectifs, à l’écrit ou à l’oral, ils sont conçus de façon à prendre en compte la diversité des aptitudes des élèves et visent la mémorisation, la maîtrise des savoir-faire, le réinvestissement de démarches ou de méthodes. 

Évaluation des acquis des élèves

La diversification des modalités d’évaluation permet d’atteindre un équilibre dans la prise en compte des six compétences mathématiques. En fonction des objectifs poursuivis et selon les compétences évaluées, l’évaluation peut prendre appui sur différents types d’activités : devoirs surveillés (avec ou sans outils numériques) pouvant comprendre des QCM ou des Vrai-Faux argumentés, « questions flash » sur des automatismes, évaluations écrites avec possibilité d’appel au professeur, rédaction de travaux de recherche individuels ou collectifs, restitution orale de connaissances, exposés.

Activités algorithmiques et numériques

Le développement d’un mode de pensée algorithmique est constitutif de la formation mathématique.

L’enseignement des mathématiques comprend une composante informatique qui recouvre l’algorithmique, la programmation et la pratique du tableur. Cette dimension s’inscrit de manière transversale dans le cours de mathématiques et repose sur la connaissance d’un nombre limité d’éléments de syntaxe et de fonctions spécifiques à l’outil utilisé. De ce point de vue, le recours au tableur ou à un logiciel de programmation offre aussi une voie de différenciation.

Parallèlement, l’utilisation d’un logiciel de géométrie dynamique enrichit le cours de mathématiques d’illustrations ou de simulations propices à l’appropriation des concepts.

Dans certaines situations, le recours à un outil de calcul permet de se libérer de contraintes techniques afin de mieux se concentrer sur l’activité de modélisation de la situation et d’interprétation des résultats obtenus. L’utilisation d’un logiciel intégrant des fonctionnalités graphiques, de calcul numérique ou d’outils statistiques participe à l’appropriation des concepts.

Place de l’oral

Comme toutes les disciplines, les mathématiques contribuent au développement des compétences orales, notamment à travers la pratique de l’argumentation. Celle-ci conduit à préciser sa réflexion et à expliciter sa démarche de manière à convaincre. Elle permet à chacun de faire évoluer sa pensée, jusqu’à la remettre en cause si nécessaire, pour accéder progressivement à la vérité par la preuve. Des situations variées se prêtent à la pratique de l’oral en mathématiques : la reformulation par l’élève d’un énoncé ou d’une démarche, les échanges interactifs lors de la construction du cours, les mises en commun après un temps de recherche, les corrections d’exercices, les travaux de groupe, les exposés individuels ou à plusieurs (éventuellement sous forme de vidéo), etc.

En mathématiques, l’oral mobilise à la fois le langage naturel et le langage symbolique dans ses différents registres (graphiques, formules, calculs).

Trace écrite

Disposer d’une trace de cours claire, explicite et structurée est une aide essentielle à l’apprentissage des mathématiques. Faisant suite aux étapes importantes de recherche, d’appropriation individuelle ou collective, de présentation commentée ou de débats, la trace écrite récapitule de façon organisée les connaissances, les méthodes et les stratégies étudiées en classe. Explicitant les liens entre les différentes notions ainsi que leurs objectifs, gagnant à être enrichie par des exemples et des schémas, elle constitue pour l’élève une référence vers laquelle il peut se tourner autant que de besoin, tout au long du cycle terminal. Sa consultation régulière (notamment au moment de la recherche d’exercices et de problèmes) favorise à la fois la mémorisation et le développement de compétences. Le professeur doit avoir le souci de la bonne qualité mathématique et rédactionnelle des traces écrites figurant au tableau et dans les cahiers d’élèves. En particulier, il est essentiel de bien distinguer le statut des énoncés (définition, propriété – admise ou démontrée -, démonstration).