Faculté des sciences« Journée de contact UCL - enseignants en sciences du secondaire, 10 octobre 2002  »

Un dispositif testé en classe

Situation-problème

et multimédia

• Concepteurs: l’équipe du laboratoire de pédagogie des sciences: S. Todoroff, A-M. Huynen, C. Vander Borght

• Lecteurs: P. Hautier et P. Capelle

• Professeur du secondaire: N. Matthys

• Elèves du lycée Mater dei (Bruxelles)

Deux situations-problèmes

• Pour qui? 4ème année du secondaire

• Comment? A l’aide de multimédia

• Pour développer quelle compétence terminale? La modélisation

• Pour développer quel thème? Les liens « structure-propriétés » de la matière

• A partir de deux exemples: Le carbone et l’eau

Le multimédia: pourquoi?

• Pour développer des compétences de haut niveau:

– Traiter l’information: lecture d’hypertextes,…

– Interpréter, synthétiser, rédiger,communiquer,…

La craie abandonnée pour une souris

apprivoisée …

«  Nous sommes les enfants de la télé.

Vos élèves, eux, sont comme Obélix :

ils sont tombés dedans quand ils

étaient petits. Aujourd’hui, on leur fait

goûter une sacrée potion : CDRom,

multimédia, Internet. Internet ? Un

média comme les autres médias, et

pourtant si différent. On y trouve à la

fois du son, de l’image, et surtout de

l’écrit. Au milieu de l’auberge

espagnole, Internet apparaît comme

l’homme à tout faire, combinant

communication personnelle

et

communication de masse. On peut

dire qu’Internet est un média et un peu

plus qu’un média ».« L’école mise au

Net » CEM (Conseil de l’Education aux

Médias, 1999).

Carte conceptuelle commune aux deux unités d’enseignement : carbone et eau

LiL

La Matière peut se présenter sous

différents

Etats (solide, liquide, gaz) dont on peut observer des

Propriétés classées par les scientifiques, en

Propriétés physiques

EAU Masse Volume Masse volumique Densité Chaleur massique T° de fusion T° d’ébullition Pression Flottabilité (phase solide/phase liquide)

CARBONE Dureté Conductivité électrique Conductivité thermique Transparence (à la lumière visible) Diffraction (aux R.X.)

Propriétés chimiques

Comme par exemple, la Propriété de solvant

de l’eau

dont l’interprétation fait appel à des

modèles de Structure de la

matière et développe les

concepts de

Liaison covalente polaire Liaisons intermoléculaires Ponts hydrogène

Distance interatomique Valence multiple Maille du cristal

Ces séquences sont insérées dans une plate-forme multimédia

http://nte-serveur.univ-lyon1.fr/pegase,

« équipe Belge (Louvain-la-Neuve)

Fichiers destinés aux professeurs

et fichiers directement utilisables par les élèves »

Faculté des sciences« Journée de contact UCL - enseignants en sciences du secondaire, 10 octobre 2002  »

Situation-problèmeTous les organismes vivants se composent principalement d’eau et vivent dans un monde où l’eau régit le climat et de nombreux autres aspects de l’environnement. Sur terre, l’eau constitue le support biologique, c’est à dire la substance qui rend possible la vie telle que nous la connaissons… La majorité des cellules

baignent dans l’eau ; en fait, les cellules contiennent environ 70 à 95% d’eau. L’eau recouvre également les trois quarts de la surface de la terre. L’eau est la seule substance courante qui existe dans l’environnement naturel aux trois états physiques de la matière : solide, liquide et gazeux. L’eau est si répandue qu’on oublie

facilement son caractère exceptionnel et ses qualités extraordinaires.» Campbell N.A. (1995) Biologie. Bruxelles. De Boeck  Comment expliquer ce comportement unique de l’eau ? Proviendrait-il de sa

structure ? Des interactions entre ses molécules ? C’est ce que nous allons travailler durant cette séquence.

Tâches

• Explorer en surfant

• Décrire les propriétés de l’eau

• Formuler une hypothèse

• Confronter avec les modèles des scientifiques

• Construire un modèle moléculaire de l’eau « solide »

• Tester son modèle sur d’autres propriétés

• Structurer avec l’aide du professeur

• Synthétiser et autoévaluer son apprentissage

Compétence générale

Modéliser, dans le cadre d’une discipline

scientifique, une technologie ou un

phénomène courant en tenant compte

éventuellement d’aspects techniques,

sociaux, économiques et culturels.

L’eau, cette inconnue

Apprentissage visé

Utiliser les modèles moléculaires pour expliquer quelques propriétés exceptionnelles de l’eau :

• l’eau est la seule substance naturelle qui existe sous les trois états de la matière dans les conditions de pression et de température de la terre(glaciers/ océans, rivières/ vapeur d’eau atmosphérique). L’eau est présente dans tout le cosmos sous forme de glace ou de vapeur. Dans le système solaire, seule la terre semble posséder de l’eau liquide.

• la phase solide de l’eau est moins dense que sa phase liquide (les icebergs flottent)

• l’eau liquide dissout plus de substances que n’importe quel autre liquide. Il peut être appelé « solvant universel »

• l’eau liquide a une chaleur massique élevée. Pour élever la température de 1° Celsius d’une masse donnée d’eau, il faut dépenser 10 fois plus d’énergie que pour élever d’1°Celsius la même masse de fer.

• les chaleurs latentes de fusion de la glace et de vaporisation de l’eau sont les plus élevées par rapport à des composés voisins

Faculté des sciences« Journée de contact UCL - enseignants en sciences du secondaire, 10 octobre 2002  »

Situation-problème

« Il y a carbone et carbone…Une énigme à résoudre…» Le carbone graphite est utilisé comme lubrifiant solide dans les serrures, les moteurs,

les chaînes de vélo et est un des constituants de la mine des crayons.

Le diamant qui est également du carbone est utilisé pour sa dureté lorsqu’il s’agit

d’effectuer des forages, des découpages dans le béton. 

Comment expliquer cette différence de propriété physique de deux matériaux,

constitués du même élément chimique, le carbone C ?

Par ailleurs, les magasins de sport vous proposent des raquettes de tennis, des clubs de

golf, des cadres de vélos légers et très résistants en fibre de carbone. Est-ce du diamant

ou du graphite ? Argumentez votre réponse. 

Tâches• Explorer en surfant

• Décrire les propriétésdu carbone graphite et du carbone diamant

• Formuler une hypothèse

• Confronter avec les modèles des scientifiques

• Construire un modèle moléculaire du carbone graphite et du carbone diamant

• Tester son modèle sur d’autres propriétés

• Structurer avec l’aide du professeur

• Réinvestir avec les nanotubes de carbone et les fullerènes

• Synthétiser et autoévaluer son apprentissage

Compétence généraleModéliser, dans le cadre d’une discipline

scientifique, une technologie ou un

phénomène courant en tenant compte

éventuellement d’aspects techniques,

sociaux, économiques et culturels.

Il y a carbone et carbone … une énigme à résoudre !

Apprentissage visé

« Pouvoir expliquer l’utilisation du C graphite comme lubrifiant solide et celle du C diamant dans des outils très abrasifs, en utilisant le modèle particulaire de la matière, dans le cas de solides cristallins. »