ARTheque - STEF - ENS Cachan | Utilisations des modèles des minéraux dans l'enseignement de la chimie

UTILISATIONS DES MODELES DES MINERAUX

DANS L'ENSEIGNEMENT DE LA CHIMIE

Consol BLANCH COLAT

Hortènsla DURAN GILABERT

Guillermo GOLO GORMAZ

Anna LUTJOS VIZA

Unlversltat de Barcelona

~10TS

CL EFS

apprenttssêlQe, évaluatlOn , minéraux, modèles-espontanés,

phénomenes-chlm IQues .

RÉSUMt

Pendant les premières années de "école secondaire (de 12 a 14 ans) Il est

dliîlclle pour les eleves d'assimiler des concepts QUI eXigent un tres gran

niveau d'abstraction Le minéraux provoquent chez les enfants un intérêt

spontané QU

1

est un bon point

de dépar t pour réallser (les etudes (livers

C'est

ainsi

que

notre

propositlon

didactique

se

fonde

sun

l'etude

exper Imenlal des minéraux en base

il leurs propr ietés caractér IstiQues.

spécialement

l'exfoliation pour Que les élèves élaborent leurs propres

modé les sur la str ucture de la matiére cr istall ine

Usually It is dlfficult for pupils ( 12-14) to achieve concepts wlth high

abstractlOn

level.

Mlneral's study cause to students an spontaneous

Interest, WhlCh IS the started point for many klnds of studies. Our didactic

purpose ls based ln the experlmental study of mineraIs, conslderlng tMir

proplerties ,specially the cleavage ,and we pretend that pupils construct

their own "patiel-n" of crystahne matter's structure.

Durant els primers anys

de

l'escolô secundària (12 a 14 anys) ès molt

dlfiCll pels alumnes assimilaI' els conceptes Que exigeil\en un gran nIVel1

d'abstrOCCII)

Eis minerais provoquen en els nens un Interès espontanl que

ès un tlon punt

cle

par tlda pel' a realitzar estudls diversos, es pel' alXO que la

nostr a proposla didOCtica es fonômenta en l'estudi experimental dels

mineraIs en base a les seves propletats caracter istiques. especialment

l'exfollaclo , pel' tal Que els alumnes elaborm els seus propis models sobre

l'estructurà

dt;

la mater la Cristal Ilnà

1 INTRODUCTION

L'etude de substances Inorganiques naturelles (minéraux) peul être une forme intéressante

d'introduire el de fomenter l'apprentissage de la structure de la mallère, lout en tenanl comple de l'adeQuallon des programmations afin de se familiariser progressivement avec la mèlhodol09ie sCientifique

et d'obtenir une assimilation des connaissances, appropriées aux différents niveaux éducalifs

IESCALAS,MT, LLiTJOS,A" MEDIR,M, 1966)

Dans la péroode de forma lion intensive Que représente la scolarilè obligatoire (GOY,G .. 1986l, les garçons el les filles se trouvent conslantment avec l'environnement naturel et avec l'environnemenl artiflclal (resullal des aellvités humaines l Qui sont régis par les mêmes \OIS physiques et chimiques, La

reconnaissance de ces lois communes n'esl absolument pas évidenl Il faul fomenter • exercer el

développer la capacilé d'observation, la découverle d'analogies, Ihablllté pour effecluer comparaisons el synthèses, la faCilité et la correction dans la communication des résultats. l'utilisation des modeles , elc Pour la maîtrise de le réalite naturelle, celle utilisation des modèles a une importance fondamenlale Ils sont , en effet , des moyens d'une appréhensIOn d'aspects Importanls de celle réalllé IMARTINAND, ,Il ,1986)

La modelisallon esl une stade nécessaire dans le développement des processus sCientifiques et elle se (onde a la fOIS sur la théOrie et sur l'experimentation. c'est pour cela Qui elle a une grande imporlance dans les actlvltes sLOla,res

Il faut pr'esenter les modèles comme des simplifications de la rêalilé et comme des constructions hypolhéUQues el lamaiS comme la reallté vIsible ou comme des dogmes fermés (MARTINAND, J.L.,1966l,

En classe, on propose des actiVités QUI Incltenl los éléves a modeliser, Parfois la modélisation esl spontanée . parfoIs les élèves s'approprient un modéle Dans ce dernier cas , Ils ne l'aSSimilent pas toujOurs et il les aide de manière différente pour la compréhension des conlenus correspondants,

Dans le présent travail on décrit et on analyse les modéles de slruclure de la malière proposès par des 9arçons el filles de 12-13 anscipartir de l'étude de minéraux, Celle élude esllntegrée dans une ligne de lravall sur la didactique de la géologie el la chimie dans l'enseignemenl pl'lmalre de Ili 14 ans,

en se basanl sur l'élude des mlnèraux (BLANCH

c.,

GOLD.G" 1985. 1986; BLANCH,C. DURAN,H,

GOLD,G"SAINZ-AMOR,E" TABERNER.C., 1986).. el elle fait partie d'une élude sur la didactique de la str'ucture de la matlere et du changement chimique Qui se trouve dans une fase Initiale,

2 OBJECTIFS

Les objectifs prtontalres QUI sont pns en compte dans ce travail sonl: Inlroductlon a la modéllsallon comme processus mental qUI Inlrodult l'éléve

a

une méthodologie scientifique: connaissance de la slructure de la mallere a partir de l'etude des minéraux. développement de l'Imagination . de la capacité de slmpllfl.:allon. de représentation graphiques, de l'effectif scolaire;approche de la chimie i la réalité Quotidienne el mise au POint du matènal didactique pour les professeurs et pour les élèves

3 EXPOS~ ET DEVELOPPEMENT DE L EXPÉRIENCE

A continuation nous décrivons trés brièvement la séquence qui a

Hé

sllivie dans la développemenl du lravall presente

3 1 -Travail syr le terrain

Le travail commence par une sortie sur le terram avec la finalité de ramasse,' les éd.antillons de miné,-aux qUI semploieront lors des essaIS postérieurs, le

schém. 1

résume les laches a reallser par les élèves a propos de la sortie

Les considérations Qui onl induil à commencer l'expérience par une sortie sur le terrain sonta) l'utilisation des minéraux ramassés par les éléves eux-mémes est en soi un élément motivant,b) l'étude du changement chimique, basé sur 1. caractérisation des composants des mlner.ux r3masses rapproche l'enseignement-apprentissage de la chimie et la réalité du monde naturel.

Tra va.ü sur lel(:lrra1f1rea4Sôpo.rtous lo.s61l~V&$du UUO SUp6IIOUf (1 1 • 1~ &n.s)

Lo douter eLGOOc& pour 14~l&el COmlJloltper~6leVe$du-octoment sur .. LetTam ou encJasse,.vec LaIde du prole5WYT . • c:ompœ.o<1ft p:.tflts: SUlvanls

J1 C0r1SSdéf"aUOl1s p.r6AlAble.5 au luv41l surlet.enAln - coramonl trouverdesl'JlJ.n6r'W

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1 3~v.llonsà{au6FTvprlét~vljlO.fiVL&Pl1(,ju&S - dUf-ule -e-:lal . COUleur -lf'à1t -o~OlJauon -IiùnSJIÔ

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J'1kO<.:uMldedoofl~Con!l:t:>uon d'W)e IKho pour ct.acundès

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1 l, 1 2 15

lel"cllon de lendrolt a vIsiter e,t conditionnee par divers facleurs comme labondance des echdntilions el d"s especes mlnerales et leurs caracteristiques; sonllntèressants les minérau. d" formul. Simple el d'exiollalion Intense

Sur le terrdln, les élèves apprennent li différencier un minerai de l'autre par l'observation des propletès organoleptlqu"S coult,ur, éclat. dureté, trait. denslte, exfoliation, elc

evnsldér"e ddns son environnement cl on souligne 'e type de gisement Ou Il se trouve

Le minerai est ausSi

32 -Travail en classe

Dans la présente communication nous nous limiterons a détailler le lravall rèalisé au niveau de 12-13 ans (échdntilion avec 30 éléves), étant donne que l'objet de celle-ci concerne la modélisation de la structure de la matlére crlstal/lne qUI se produil chez les garçons et les filles dans Ce niveau

En classe, on compléte l'étude des propriétès physiques des mineraux , commencée lors de la sortie sur la terrain, maintenant il s'agil de les deflnlr el de les justifier dans la mesure du possible ,Toutes les prop",etés sont vérifiées sur les échanlillons ramassés,Onréalise des exercices complémentaires comme par exemple, cl.ssement par série de mlnér.ux SUlv.nt 1. dureté , calcul de denSité de quelques-uns d'entre eu' Sur base de lélude de l'exfoliation, on prétend arriver a un modele de la structure crlst.lline le professeur en prend pour exemple le réseau cristallin de sel gemme (Na

CI)

au tableau,

33 - ContrOle et évaluation d'apprenli,saaes

Le controle a He realise au moyen du quesllonnelre 1 où on demandait la déflmtion de minerai et de dessiner un minerai et sa structure

L'épreuve se passe il l'Imprévu avec les éléves de 7e, (12-13 ans) • lrols semames aprés la realisalion des phases 1 et 2 , el elle se réalise sans disposer de minéral.

L'analyse Qualitative des dessins des Questionnaires lBLlSS, J, ,1983) conduit aux catégories plaine , tridimensionnelle , réproductton de la forme du dessin , et pour chacune d'elles dans les sous-catégories QUI sont reprises dans le schéme 2~Quelques-unes d'entre elles se retrouvent dans le lebleeu l,

Les sous-catégories restantes ne sont pas Significatives, elles seront analysées plus tard, aprés un rendez-vous préalable avec les garçons et filles correspondants,

Schema 2 SOUs-cIUflories(q.f) :

f

R.epré~nte-ntde,par1.lcules

PDrtu:ules Reprêsentent desalot'Msselon lemod~l.de Bohr Nerepr.untenl plis dupartICules

r. . . .' 'IIJlCUlll lIa,dN$

PU."

_.'.5

..

r'I'IM(NSI~IlL(

..

1• IlPUlllCTIIfIIIII(LI , . . . .U ... Il I l

,

....

~

Reprt.sentent OeshUfl100SdroltesN

entrepDrtlcules

ltQlSon~

--Nerepl't~entt'ntpœ..intMllons entre pNtlcules

j

-

RemplIssent les espaces entre lespDI"tlcule,

(,)ntH'ltllte

- N.tles remplissent PO!

Les donnees obtenues en ce Qui concerne continuité-discontinuité de la matiére demandent une nouvelle analyse au moyen de rendez-vous de Quelques garçons et filles de chaque groupe représentatif elant

donne QU$ les valeurs obtenues différent de, re,ultat, d$ nEHEUT1PFUNDT IMARTINAND,J 1., 1986),il

propos du rejet de l'existence du vide et de la représentation continue de la matiére.

33,1 - Analyse dy premier gyçsltonnwe

Une premier analyse de ce Quesltonnalre nous montre . la majorité dessine le minéral suivant la reallté, les éléves 'copient" le modéle proposé par le professeur -concrètement le modéle d'un minéral sel

gemme-Dans tout les cas. Il faut souligner la prédominance de la répétition du modéle présenté au tableau; seul.ment un 17" des elév.s prèser,tent des modèles spontanes reproduisant la forme du dessin du minéral

A partir de ces resu/tats , on a prepare le quesltonnelre 2 QUI obligeait à l'observation de morceaux chaquefOISplus petits de m.npral etilles dessiner, finalement on leur demandail de dessiner une proposition d'un modèle d. la structure du minéral.

l'exfoliation de Quatre miner aux ( sel gemme, calcite. nuorlne • mica muscovite)

Ce Questionnaire fut donné aux memes éléves etliun échantillon formé par des éléves du méme âge QUI n'avaient pas fait partie de l'expérience

Dans l'échantillon modèle Il faut distinguer deux sous-groupes ( 10 éléves chacun) al garçons et filles aUXQuels il aété suggéré le "modéle de sphères" pour les plus petites particules de la matière en gènéral, et b) garçons et filles Qui n'avaient jamais travaillé le théme,

33.2 - Analyse du deuxleme questionnaire

Les catégories observées dans l'analyse du 2éme, Questionnaire sont: plaine. tridimensionnelle. modèle selon les fragments d'exfùliàtion, réproduction semblable au modele du tableau. dans le

5chém. 3

on donne les sous-categories QUI correspondent a chacune et dans le hbl ••u 2 les resultats des sous-catégories. particules et liaisons pour chacune des catégories étudiées, Dans le premier group. on n'observe pas non plus la proposition des modèles spontanés. ils réproduisent ceux QUI ontétéexpliQués par le professeur. mais le nombre de réponses Qui situent les particules de manlére cohérente avec lèS dessins préalables augmente Apeu prés le 40r. ne deSSin pas l'Unité fondamentale ni le minorai comme agregat de célte unité

formeh _ _~_ _

[rt9ullere-lnèQullere

[

rt~t~'nhnldes partICules

PM"tl.;:ult'5n _ .

ne representent pasGepartIcules

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repre5ententde,1I0lson5

-llGISùnS t!'nlre

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Ul1I tll tùndornent ole

Dans l'échantillon modele on observe d)les résultats sont similaires a ceux du premier groupe, on observe une plus grande variété dans la représentation des alomes •

b.)

ce sous-groupe a reçu une informallon tres bréve sur les particules comme "piéces" qui forment la matière de la méme maniére Que les elements de construc lion forment les màlsons Le résultat esl la proposition de modeles spontanés QUI conservent la forme des morceaux Qui ils ont vus en cassar,t les minéraux

.. CONCLUSIONS

Ouand on commence la valorisation des resultats obtenus, on constate Que: - lïnnuence du Drofesseur ·contamine" la sDor,tanelté de la modellsation

" la persistance d'un mod!:le aCQuIs provoQue de la résistar,ce àmod!:llsar en accord avec une

- des groupes de garçons el filles sans noUons préalables de la structure crislaillne sonl capables de donner un modèle cohérenl sponlané de la structure desminèrau~,

Nous pensons donc Que bien Que le concept de struclure soli une notion très comple~e

MARUCCI , G . 1986 ) , Il peul-être possèdé à divers degrés de complexilé el d'assimilation stimulanlle dèveloppemenl de ce concepl au moyen d'activilès au cours desquelles les garçons el filles (de 12-13 ans) sonl impulsésàimaginer la slruclure des minéraux, dans ce conlexl, le lerme "slruclure" se comprend comme assemblage des "élememls" fondamenlau~. des "unllés fondamentales" Infèrées de l'Hude de l'exfoliation

L'emploi de modèles concrels pour représenter des concepts chimiques abslralls aide les èléves QUI sonl arrivés au niveau de ralSonemenl formel ( GOOOSTlEN, M. el al. ,1978, Gooo,

R

el al.,1978, 1979 ; SHAYHl ,M, AOEY P" 1984 ); dans noire etude, nous constalons Que les eleves Qui se trouvenl au nivel préformel peuvent modèliser el développer des concepts abslrails, comme celui de structure de la matière, à pari Ir de 10piQues concrets, tel Que l'élude del'e~foliation d'un minéral.

5 , BIBliOGRAPHiE

BLANCH C., GOlD,G. 1985 . Apllcaclon de los melodos Quimicos para la Identificaclon de mlnerales VI

EnCi.ldnÜ,) <id <il<iaâk-II <id la Il:>''-11 y III <l<.llml,-II Malaga

BLANCH

c.,

GOlO,G, 1986 , Aplicaclon de la cromatografia en papel para el reconoclmlento de mlnerales VII éncl.Idntr(J <id <ilda<"licil <id III 1751'-11VIII <lulml'-" .Jaén

BLANCH,C., DURAN,H" GOlD,G, 5AItJZ-AMOR.E .. TABERNER,C., 1986 , Identlficaclo de minerais a partir de l'esludi de les seves propielals. Acles 1 :>'imp(Jslum sv/ml liansdn,vam'M/ <ie lèS ci,,;ncie,

n"/i/r"I:> ,Eumo edilorlal, VIC, Barcelon. ,

B1I5S ,J ,MONK, M, OGBORN ,J, 1983 , QJallt.lIve data anlysis for education rese.rch . Croom Helm, London

ESCALAS,MT, LLiTJOS,A, rIEDiR,M, 1986 , L'observacio d'un fenomen en dlversos nivelts

educallus, Il JOl'llil<ie5 <i6 reCèrCIl è<iUC4/MI Lielda

GOOO, R, , MElLON ER., KROMHOUT RA. 1978 , The worl of Je.n PI'gel,<>0i/rn41 0; Chemlc4'

é.JUC4tIOll5S (1 1) • 688-693 '

GOOD.R, , MELLON ER. KROMHOUT R,A , 1979 , Plagel's \York and chemical education. <>0ul'IIlIl <JI

((Jenllc41 E<iu'-lItlvll,56(7) ,426-430

GOOOSTEIN , M P ,HOWE AC., 1978. Apllc.tion of piagelian lheory to introductory chemlslry

instruction, JOI.II'IIIlI ' " Chdml<.-.I1 Ed<Jc4/1on. S5 (3). 171-173 '

GOY, G , 1986 , L'enselgnement des sciences au niveau de la scolarite obligalolre, VIII"md5 Jt)/J/'n";"5

tnternll/lvn..lles Si/r l'e.JI.I'-lItIM 5C1èntl/ii;w, Chamoni~

MAATINAND, J L ,1986 ,Ense~.nza y aprendizaje de la modelizaclon , EnsènillJ,u de 145 Oen<"l8S, 4

(1) ,45-50

MAAUCCI ,G , 1986 , Oggetll: slrultura-funzlone , propi.tà dei maleriali , en AAVV" Per un f1MOVamer,lto dei curncolo elementare. La Nuova ltalla ,Firenze.