Concentration, couleur et absorbance en 1S TraAM 2016

, par GEP Versailles

Cet article illustre un exemple d’usage proposé par le GEP de l’académie de Versailles s’inscrivant dans le projet national TraAM 2015-2016 autour de la thématique n° 1 :

« Dans quelle mesure les usages des ressources numériques permettent au professeur de mettre en place un enseignement de la physique chimie dans le cadre de la classe inversée ? »

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Professeur expérimentateur

  • David LATOUCHE
  • Lycée Saint-Exupéry
  • Mantes-la-Jolie (Yvelines)

Niveau concerné

  • Lycée
  • Première S

Compétences mises en œuvre

  • Notions et contenus :
    • Réaction chimique : réactif limitant, stœchiométrie, notion d’avancement.
    • Rappels de seconde :
      • La quantité de matière. Son unité : la mole.
      • Masses molaires atomique et moléculaire : M (g/mol).
      • Concentration molaire d’une espèce en solution non saturée.
  • Compétences attendues :
    • Identifier le réactif limitant, décrire quantitativement l’état final d’un système
      chimique.
    • Pratiquer une démarche expérimentale pour déterminer la concentration d’une
      espèce colorée à partir d’une courbe d’étalonnage en utilisant la loi de Beer-Lambert.
    • Rappels de seconde :
      • Déterminer une quantité de matière connaissant la masse d’un solide.
      • Connaître et exploiter l’expression de la concentration molaire d’une espèce
        moléculaire ou ionique dissoute.
      • Préparer une solution de concentration donnée par dissolution ou par dilution.

Outils utilisés

  • Plateforme Physics4geeks basée sur Moodle. Les élèves s’identifient sur la plateforme en utilisant les mêmes identifiants que ceux leur permettant d’ouvrir une session sur les PC du réseau pédagogique (serveur SambaEdu3).
    • Outil « Test » de Moodle pour créer les quizz
    • Outil « Forum » de Moodle pour les questions de type FAQ.
    • Outil « Wiki » permettant aux élèves de créer leur propre résumé de cours.
  • Capsules vidéos créées avec l’application ExplainEverything depuis une tablette.
  • Capsules vidéo publiées sur la plateforme académique ScolaWebTV

Déroulement de la séquence

  • Semaine 1 : à la maison, modules 1, 2 et 3 réalisés en autonomie ; forum.
  • Semaine 2 : en classe, retour sur les capsules, les quizz ; réponses aux questions des élèves ; compléments. Exercices d’application sur le tableau d’avancement. TP type découverte de la loi de Beer-Lambert.
  • Semaine 3 : à la maison, modules 4 et 5 réalisés en autonomie ; forum.
  • Semaine 4 : en classe, retour sur les capsules, les quizz ; réponses aux questions des élèves ; compléments. Exercices d’application sur la loi de Beer-Lambert. TP type démarche d’investigation sur la loi de Beer-Lambert.
  • Semaine 5 : à la maison et en AP, consolidation de la loi de Beer-Lambert (animation PHET). Réalisation d’une carte mentale (dosage par spectrophotométrie). Distribution du cours sous forme numérique.
À faire à la maison, avant...
  • Consigne : regarder les capsules vidéos et faire les tests associés.
  • Forum ouvert sous la forme de FAQ pour répondre aux éventuelles questions des élèves.

  • Module 1 : Quantité de matière et masse
    • Durée approximative : 15 min
    • Résumé : La quantité de matière (ou nombre de moles) permet de connaître le nombre d’entités élémentaires (atomes, ions ou molécules) présentes dans un échantillon de matière. Comment peut-on, à partir d’une simple mesure de la masse d’un échantillon, calculer la quantité de matière qu’il contient ?
  • Capsule vidéo n° 1 :
    • Quizz n° 1 :
PDF - 109.3 ko
QUIZZ n° 1

  • Module 2 : Quantité de matière et volume
    • Durée approximative : 5 min
    • Résumé : Dans le module précédent, on a vu que l’on pouvait calculer facilement la quantité de matière d’un échantillon solide en mesurant sa masse. Pour un liquide, il est plus facile de mesurer le volume. Comment, connaissant le volume d’un liquide pur, peut-on calculer la quantité de matière de l’espèce chimique dont il est constitué ?
  • Capsule vidéo n° 2 :
  • Quizz n° 2 :
PDF - 68.6 ko
QUIZZ n° 2

  • Module 3 : Tableau d’avancement
  • Ressource utilisée : animation « Tableau d’avancement » d’Adrien WILLM, Académie de Lille, http://www.ostralo.net/
    • Durée approximative : 20 min
    • Résumé : Lors d’une transformation chimique modélisée par une réaction chimique, les réactifs réagissent entre eux pour former des produits. Le tableau d’avancement permet de déterminer le bilan des quantités de matière de réactifs encore présents et de produits formés à la fin de la transformation chimique.
  • Capsule vidéo n° 3 :
  • Quizz n° 3 :
PDF - 490.5 ko
QUIZZ n° 3

  • Module n° 4 : Concentration, couleur et absorbance
    • Durée approximative : 15 min
    • Résumé : La couleur d’une solution aqueuse contenant une seule espèce chimique colorée est directement liée à sa concentration. L’absorbance d’une solution colorée est la capacité qu’elle a à absorber une partie du spectre de la lumière visible. La loi de Beer-Lambert traduit, pour une longueur d’onde donnée, la proportionnalité entre absorbance et concentration d’une espèce chimique colorée dissoute dans une solution aqueuse.
  • Capsule vidéo n° 4 :
  • Quizz n° 4 :
  • Ressource utilisée : animation « Spectrophotomètre » d’Adrien WILLM, Académie de Lille, http://www.ostralo.net/
PDF - 227.1 ko
QUIZZ n° 4

  • Module n° 5 : Dissolution et dilution
    • Durée approximative : 10 min
    • Résumé : Comment préparer une solution aqueuse par dissolution d’un soluté dans l’eau distillée ou par dilution d’une solution mère ? Devenez incollables sur ces protocoles expérimentaux !
  • Capsule vidéo n° 5 :
  • Quizz n° 5 :
PDF - 80.7 ko
QUIZZ n° 5
À faire en classe
  • Retour sur le travail à distance :
    • À la demande des élèves, reprise :
      • de la notion de tableau d’avancement (15 min ; semaine 2) ;
      • de la méthode pour équilibrer les équations chimiques (10 min ; semaine 2) ;
  • Exercices d’application : semaines 2 et 4
  • Réalisation d’une carte mentale sur le dosage spectrophotométrique (semaine 5).
  • Un cours détaillé est distribué au format papier et en format numérique en semaine 5
À faire à la maison, après ...
  • À l’aide de l’animation « Beer’s Law » disponible sur le site de l’Université du Colorado PHET répondre aux questions suivantes :
  • 1) Quels sont les facteurs influençant l’absorbance A d’une solution colorée ?
  • 2) Pour une solution de permanganate de potassium de concentration molaire volumique c = 800 μmol / L et d’épaisseur fixée.
    • a) Compléter le tableau suivant :
λ (en μm) 400 425 450 475 500 525 550 575 600 625 650 675 700
A ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
    • b) À l’aide d’un tableur grapheur construire la représentation graphique de A en fonction de λ.
    • c) En déduire la valeur de λmax associée au pic d’absorbance.
    • d) Justifier la couleur de la solution.
  • 3) Pour une solution de permanganate de potassium d’épaisseur fixée et pour la longueur d’onde λmax :
    • a) Compléter le tableau suivant :
C (en μmol/L) 0 100 200 300 400 500 600 700 800
A ... ... ... ... ... ... ... ... ...
    • b) À l’aide d’un tableur grapheur construire la représentation graphique de A en fonction de C ;
    • c) Que peut-on dire des grandeurs A et C ?
    • d) Comment s’appelle la loi liant les grandeurs A et C ?

Conditions de mise en œuvre

Avantages de la pédagogie inversée
  • Forte adhésion des élèves à l’expérimentation : certains souhaitaient que toutes les séquences pédagogiques se fassent sous cette forme ;-)
  • Gain de temps en classe, permettant d’accorder davantage de temps pour le raisonnement et la méthodologie dans une ambiance plus décontractée propice aux échanges.
  • Permet de développer le travail en équipe (communication entre élèves, prise d’initiative, prise en compte de l’erreur…)
  • Suivi du travail personnel plus simple : rapports individualisés des résultats aux tests des élèves.
  • Davantage d’évaluations formatives mises en place grâce aux tests systématiques et aux corrections automatiques.
  • Outil diagnostique pour l’enseignant lui permettant d’adapter sa séance en présentiel en fonction des résultats obtenus par la classe à distance.
Inconvénients de la pédagogie inversée
  • Construction des ressources vidéos chronophage et parfois techniquement compliquée.
  • Installer et administrer une plateforme MOODLE n’est pas une chose si facile d’un point de vue technique.
  • 80 % des élèves environ se sont connectés à la plateforme afin de réaliser les activités proposées. Le numérique n’est pas magique : les élèves qui ne travaillent pas sur des supports classiques (livre par exemple) ne le font pas plus sur des supports numériques. En particulier certains de ces élèves prétextent des problèmes techniques pour ne pas faire le travail demandé.
  • Utiliser d’une manière systématique la pédagogie inversée (classe inversée) peut être contre productif en supprimant l’effet de surprise. Préférer la pédagogie inversée ciblant un nombre limité de séquences qui se prêtent bien à cela.