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Différences
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+ | ====== Contenu pédagogique sur la cinétique chimique: sélection de critères pour aborder expérimentalement les conceptions intuitives des étudiants ====== | ||
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+ | ===== Résumé ===== | ||
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+ | L' | ||
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+ | ===== Introduction ===== | ||
+ | De nombreuses recherches montrent que la cinétique chimique est perçue comme le sujet le plus difficiles dans la majeure partie des cours de physique et de chimie. | ||
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+ | Bien que les outils mathématiques jouent un rôle dans la compréhension des idées clés, la plupart des difficultés proviennent de l’interprétation des phénomènes. | ||
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+ | Une analyse des conceptions des étudiants et de leur évolution lors de la phase d’enseignement est nécessaire pour définir des critères pédagogiques utiles à l’apprentissage de la cinétique chimique. Ce critère pédagogique peut être combiné à un contenu disciplinaire. Ce qui résulte de cette combinaison est appelée le contenu pédagogique (// | ||
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+ | ===== Sélection des critères ===== | ||
+ | L' | ||
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+ | Le tableau suivant reprend une vue détaillée des savoirs et du contenu pédagogique. Il montre comment les laboratoires peuvent aider à développer et à faire comprendre les concepts. Les enseignants peuvent donc piocher dans ce contenu pour réaliser leurs expériences de travaux pratiques, en fonction notamment des fausses conceptions des élèves. | ||
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+ | {{tablelayout? | ||
+ | ^ Savoirs | ||
+ | | La vitesse est définie comme une variation de concentration en réactif ou en produit dans le temps | Les étudiants considèrent souvent une relation linéaire entre la concentration en réactif ou en produit et la vitesse de réaction. | ||
+ | | « L’ordre » de la réaction est établi à partir de l’exposant des concentrations dans la loi de vitesse. | ||
+ | | L’influence de la température sur la vitesse de réaction est définie dans une constance de vitesse. Cette influence de la température est souvent modélisée par le modèle d’Arrhénius. | ||
+ | | Il est possible de concevoir une série de réactions qui, quand elles sont mises ensemble, donnent la réaction globale et fournissent un mécanisme réactionnel. | ||
+ | | Un catalyseur augmente la vitesse de réaction en abaissant l’énergie d’activation du processus réactionnel. | ||
+ | | | Les étudiants considèrent souvent que les catalyseurs diminuent l’énergie d’activation sans affecter le mécanisme de la réaction. | ||
+ | | | Les étudiants considèrent souvent que les catalyseurs n’interagissent ni avec les produits ni avec les réactifs. | ||
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+ | Les différents critères sont résumés dans le tableau suivant : | ||
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+ | {{tablelayout? | ||
+ | ^ N° ^ Conceptions intuitives | ||
+ | | 1 | Relation linéaire entre la concentration en réactif/ | ||
+ | | 2 | Les exposants des concentrations en réactif dans la loi de vitesse sont égales aux coefficients stœchiométriques. | ||
+ | | 3 | Appliquer le principe de Le Châtelier pour prédire l’effet de la température sur la vitesse de réaction. | ||
+ | | 4 | Toutes les réactions sont élémentaires. | ||
+ | | 5 | Les catalyseurs diminuent l’énergie d’activation sans affecter le mécanisme réactionnel. | ||
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+ | //** 1) La vitesse est définie comme une variation de concentration en réactif ou en produit dans le temps.**// | ||
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+ | Les élèves considèrent souvent que la vitesse d’une réaction chimique est directement proportionnelle à la concentration en un des réactifs. Ceci est d’ailleurs renforcé si l’enseignant réalise uniquement des expériences faisant intervenir des réactions d’ordre 1. | ||
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+ | Par conséquent, | ||
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+ | //** 2) « L’ordre » de la réaction est établi à partir de l’exposant des concentrations dans la loi de vitesse.**// | ||
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+ | Il est habituel que les élèves pensent que l’ordre de la réaction est équivalent aux coefficients stœchiométriques de la réaction pondérée. | ||
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+ | //** 3) L’influence de la température sur la vitesse de réaction est définie dans une constance de vitesse. Cette influence de la température est souvent modélisée par le modèle d’Arrhénius.**// | ||
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+ | Le modèle d’Arrhénius fournit la preuve que la température influence la vitesse de réaction, selon une loi exponentielle. Une augmentation de température implique une augmentation de la vitesse de réaction, que la réaction soit endothermique ou exothermique. | ||
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+ | Pour aborder cette conception, il serait nécessaire de vérifier que la vitesse d’une réaction exothermique augmente lors d’une augmentation de température. | ||
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+ | //** 4) Il est possible de concevoir une série de réactions qui, quand elles sont mises ensemble, donnent la réaction globale et fournissent un mécanisme réactionnel.**// | ||
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+ | Toutes les réactions du processus réactionnel sont élémentaires, | ||
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+ | De cette conception émerge deux critères : la réaction n’est pas élémentaire et l’ordre de réaction ne coïncide pas avec la stœchiométrie. Expérimentalement, | ||
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+ | //** 5) Un catalyseur augmente la vitesse de réaction en abaissant l’énergie d’activation du processus réactionnel.**// | ||
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+ | Les élèves pensent que plus l’énergie d’activation est grande plus la vitesse de réaction est faible. Cette conception est valable si on compare des réactions qui ont lieu à même température. | ||
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+ | Pour la première hypothèse quant à l’utilisation d’un catalyseur, les élèves peuvent observer qu’avec ou sans catalyseur (même si la durée du phénomène est différente) la même quantité de produit est obtenu ou le même état d’équilibre est atteint. | ||
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+ | En ce qui concerne l’ordre de réaction avec ou sans catalyseur, ils peuvent mettre en évidence que le catalyseur affecte le mécanisme réactionnel. Il suffit pour cela de réaliser des expériences pour lesquelles l’ordre de la réaction avec catalyseur est différent de l’ordre de la réaction sans catalyseur (//critère 5//). | ||
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+ | Il est aussi possible d’identifier une modification du mécanisme réactionnel après ajout d’un catalyseur en identifiant des intermédiaires différents de ceux impliqués dans la réaction sans catalyseur (//critère 6//). | ||
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+ | ===== Stratégie d’enseignement pour aborder les fausses conceptions. ===== | ||
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+ | Les critères proposés contribuent au contenu pédagogique sur la cinétique chimique vu qu’ils permettent de sélectionner des expériences qui répondent aux intuitions des élèves. | ||
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+ | Dans la littérature, | ||
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+ | Les intuitions des élèves peuvent être conçues, à partir des perspectives, | ||
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+ | La modélisation, | ||
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+ | Dans cette technique d’enseignement (socio-constructivisme), | ||
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+ | La figure suivante ({{https:// | ||
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+ | Premièrement, | ||
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+ | Ensuite, les enseignants mènent une discussion au cours de laquelle les étudiants identifient leur différence de conception au sein de la classe et l’évaluent dans la prédiction et l’explication des phénomènes (// | ||
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+ | La troisième étape consiste à relever les conceptions que l’enseignant pense plus pertinente et choisit une // | ||
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+ | Enfin, l’enseignant propose des cas qui permettent aux étudiants de reconnaître les limitations de leurs modèles initiaux et analysent l’évolution de leurs idées à travers la classe (// | ||
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+ | ===== Conclusion ===== | ||
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+ | Les critères proposés pour la sélection d’expériences peuvent guider les enseignants pour aborder la cinétique chimique, en intégrant la pédagogie et la discipline. Ils peuvent ainsi améliorer leur manière d’enseigner ces concepts afin d’apprendre et d’ancrer plus simplement la cinétique chimique chez les élèves. | ||
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+ | Cette technique d’enseignement, | ||
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