Enseigner la chimie à partir de situations - problèmes "Apprendre...oui, mais comment ?"
Introduction :
Objectifs :
Placer les élèves devant des situations de la vie courante par un questionnement bien mené. Privilégier l’approche hypothético-déductive (modèle constructiviste).
L’objectif pédagogique visé par une situation-problème est toujours le franchissement d’un obstacle par l’élève : Il faut commencer par identifier un obstacle (représentation de l’élève) puis rechercher une situation du quotidien (expérimentale ou théorique) qui confronte l’élève à cet obstacle. Il convient de faire émerger les représentations des élèves pour les utiliser.
Imaginé par l’élève ou préconçu, le dispositif expérimental devra avoir un lien avec le problème posé et apparaître comme tel pour l’élève. L’expérience est là pour valider ou invalider les hypothèses de l’élève.
Préparer une leçon :
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- Objectifs : être capable :
- Déroulement: de mettre l’élève dans une situation - problème
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Ce TP-cours prend place dans le chapitre des solutions après que le concept de solution a été introduit. Il consiste à identifier 3 liquides inconnus au départ et permet de réinvestir :
a) les tests d’identification ( sulfate de cuivre qui bleuit en présence d’eau , eau de chaux qui se trouble en présence de CO2, test à la flamme pour l’alcool ....).
b) les pratiques expérimentales concernant les mesures de masse et de volume .
Ce TP-cours, abordé sous forme de situation - problème, permet de soulever le problème : tout liquide incolore n’est pas forcément de l’eau, tout liquide coloré n’est pas forcément une solution; d’autres liquides que l’eau peuvent être incolores et il existe aussi des solutions incolores.
Qui est qui ?
Objectif (à ne pas dire en début de séance !) : soulever le problème: " je ne vois rien d’autre que de l’eau donc il n’y a que de l’eau....."
Déroulement :
1- Question posée aux élèves : observation de 3 liquides non identifiés
Bécher A :50 cm3 d’eau
Bécher B :50 cm3 d’alcool
Bécher C :50 cm3 d’eau.
Les béchers A, B et C restent sur la paillasse du professeur. Les élèves ont à leur disposition ces solutions (dans des verres à pied) pour faire les tests.
Note : Filtrer l’eau salée pour qu’elle soit claire.
Consigne élève : Observer (sans toucher) et comparer ces 3 liquides (on ne dit pas qu’ils sont différents).
Réponses attendues :
- Points communs entre les 3 béchers : même volume , liquide transparent (" je ne vois pas de particules dans les liquides").
- Différence : la couleur (l’alcool est dans notre cas légèrement jaunâtre).
2- Exemples de formulations d’hypothèse par les élèves
Hypothèse 1 : Le liquide A est de l’eau.
Hypothèse 2 : Le liquide B est de l’alcool.
Hypothèse 3 : Le liquide B est de l’huile.
Note : A cause de la couleur jaunâtre de l’alcool, les élèves pensent à l’huile en regardant le liquide B.
Hypothèse 4 : Ce liquide est de l’eau.
3- Proposition de protocoles pour valider les hypothèses : expériences
A la disposition des élèves : sulfate de cuivre, allumette (sur demande), tube à essai, eau et 3 tubes à essai contenant respectivement les liquides A, B et C.
Les caractéristiques de certains liquides courants sont écrites au tableau.(masse volumique de l’eau, de l’alcool et de l’huile).
1) Propositions de tests qualitatifs
Exemple de propositions: il brûle ou ne brûle pas, il est miscible ou non, test au sulfate de cuivre anhydre.....
Dans ce cas, chaque groupe d’élèves (par 4) réalise les tests.
2) Propositions de tests quantitatifs
Question posée aux élèves : Quel instrument de mesure pourrait nous renseigner sur la nature du liquide ?
Réponse attendue : La balance.
Dans ce cas, l’expérience se fait sur la paillasse du professeur (9 élèves vont passer au tableau : 3 pour mesurer la masse de chaque bécher plein, 3 pour en déduire la masse de chaque liquide, 3 pour calculer la masse volumique de chaque liquide ).
Les élèves proposent de trier les liquides par masse et densité , d’où l’idée de calculer p donc m (liquide).
Exemples de résultats obtenus :
| Bécher A | Bécher B | Bécher C | |
| m (à vide, donné) | 117,5 g | 118,3 g | 117,9 g |
| m (bécher plein) | 166,8 g | 156,8 g | 170 g |
| m (liquide) | 49,8 g | 39,5 g | 52,1 g |
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ρ (liquide) = m/v Nature du liquide |
0,99 g/cm3 Eau |
0 ,79 g/cm3 Alcool |
1,13 g/cm3 ??? |
4. Vérification des hypothèses
1) Pour les tests qualitatifs
Les hypothèses 1 et 4 sont validées : (les liquides A et C bleuissent le sulfate de cuivre).
L’hypothèse 2 est validée (le liquide B brûle avec une flamme bleue).
2) Pour les tests quantitatifs
L’hypothèse 1 est validée : le liquide A est de l’eau car p liquide A = 1 g/cm3.
L’hypothèse 2 est validée : le liquide B est de l’alcool car ρ liquide B = 0,8 g/cm3.
L’hypothèse 3 est invalidée : le liquide B n’est pas de l’huile puisque ρ huile = 0,9 g/cm3.
L’hypothèse 4 est invalidée : le liquide C n’est pas de l’eau car ρ liquide C = 1g/cm3.
Problème : Le test quantitatif remet en question le résultat trouvé pour le liquide C au test qualitatif.
Les mesures physiques nous prouvent que le liquide C n’est pas de l’eau.
5- Nature du liquide C
Masse de 50 cm3 du liquide C > Masse de 50 cm3 d’eau.
Comment expliquer cette différence ?
Hypothèse attendue : il y a quelque chose d’autre avec l’eau .
Faire chauffer ou distiller (le plus simple suffit).
L’eau s’évapore et des traces blanches apparaissent sur les parois du bécher : c’est du sel
Le liquide C est de l’eau salée.
Note : Attention à la consigne de sécurité... ne pas faire goûter en chimie !
6- Conclusion
Chaque élève doit formuler sa conclusion avec ses propres mots. Il ne s’agit pas ici de savoir "institutionnalisé".
Conclusion attendue : Il ne faut pas se fier aux apparences ; même si on ne voit pas le sel, il est présent dans le liquide C.
Tout liquide incolore n’est pas forcément de l’eau.
Centre de Recherche et de Développement Pédagogiques
Le coordinateur de la commission d’évaluation pour la chimie
Bassam Chahine