A LA DECOUVERTE DU TABLEAU PERIODIQUE
Jean-Pierre BLANC
Ecole de Culture générale - Genève
MOTS-CLES : CLASSIFICATION PERIODIQUE DES ELEMENTS - ELEMENTS CHIMIE PHYSIQUE -EAD -DECOUVERlES.
RESUME : Environnement pédagogique comprenant un logiciel et des protocoles, permettant un approfondissement des notions de base sur les propriétés et la classification périodique des éléments. Une brève évaluation de la démarche, faite par les élèves, est présentée.
SUMMARY : The learning environment is composed of a program and a series of protocols which enable the students to have a deeper understanding of the basic ideas of the properties and the periodic classification of the elements.
A brief evaluation of the students' approach is presented.
Le but de ce travail est d'organiser un"laboratoire de découvertes"autour des notions d'éléments et de classification périodique.
Dans cet esprit, un logiciel ouvert (adaptable) d'utilisation simple a été créé, qui permette d'accéderàde vastes bases de données numériques et descriptives, de comparer celles-ci et de mettre en évidence la variation des grandeurs, afm de démontrer la logique qui est cachée derrière le tableau périodique des éléments ainsi que les corrélations qui peuvent exister entre les grandeurs.
L'élève est accompagné par des protocoles qui, par le biais de questions, suggèrent un cheminement autonome à l'intérieur du logiciel.
1. LOGICIEL
Lelogiciel est constitué de 4 modules-élèves et d'un module-utilitaires pour le professeur. A partir de chacun des modules un lexique peut être consulté, le contenu de ce lexique est modifiable par l'enseignant (cfutilitaires} et chaque module est accompagné de pages d'aides spécifiques.
1.1. Modules-élèves
1.1.1. Etudes des caractères qualitatifs (Fig.l) Mise en évidence des cases possédant une propriété commune:
ex. famille, origine, stabilité, état physique ... 1.1.2. Etudes des grandeurs quantitatives
5 types de représentations du tableau périodique sont proposées pour mettre en évidence la variation de la grandeur quantitative sélectionnée. (Fig.2)
1.1.2.1. Intervalle: mise en évidence des éléments dont la valeur est comprise dans un intervalle défini par l'utilisateur. (Fig.3)
1.1.2.2. Balayages: effacement des cases par balayages successifs (croissant ou décroissant) du tableau périodique par un intervalle choisi. Cette représentation met en évidence les régions du tableau dans lesquelles les valeurs de la grandeur choisie sont maximums (balayage croissant) ou minimums (balayage décroissant).
1.1.2.3. Tri.Dimensionnel: une représentation en pseudo 3-D permet de visualiser l'évolution des valeurs relatives d'une grandeur en fonction de son emplacement sur le tableau. (FigA}
1.1.2.4. Pointage manuel: permet de connaître la valeur de la grandeur considérée par pointage de l'élément sur le tableau.
1.1.2.5. Pour l'électronégativité une représentation permet de déterminer les éléments qui possèdent une électronégativité supérieure à une valeur donnée, par rapport à un élément choisi. (Fig.5)
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\,1-11 UI-"UII-IlHe " l' S ClAr Fig.3 Représentation d'un intervalleConductlvltO [l'll/,,,I :
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Fig.4 Représentation tri-dimensionnelie
(le contenu des cases s'efface si la donnée est inconnue)
Fig.5
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Fig.6
1.1.3. Editions de fiches
Onpeut éditer un jeu de fiches contenant des renseignements relatifs aux éléments sélectionnés.
Lecontenu de ces fiches est déterminé par le choix d'un filtre adéquat, défini au moyen de l'utilitaire (cf. créations de filtres).Leprogramme permetàtout moment de choisir des éléments, selon différents modes, ou de changer de filtre. Ce mode de faire permet d'éditer:
soit les mêmes types de renseignements pour différents éléments,
ou d'avoir plusieurs types de renseignements différents pour un même élément.
Parmi les renseignements pouvant apparaître on peut notamment simuler une représentation simplifiée des structures électroniques ainsi qu'une notice descriptive ou historique sur l'élément. Un système de permutations permet de comparer les fiches deux à deux. (Fig.6)
1.1.4. Corrélations entre 2 grandeurs quantitatives (en développement)
Cette représentation permettra de mettre en évidence dans un système d'axes X-Yla variation d'une grandeur sélectionnée en fonction d'une autre grandeur.
Ce mode permettra de mettre en évidence s'il existe des liens entre les grandeurs considérées (relation, nuages de points, périodicité, etc... ).
1.2. Utilitaires
1.2.1. Mise à jour/modification des bases de données
Un utilitaire permet d'accéder aux différents types de bases de données, quelles soient structurées (données dans champs fixes) ou libres (textes de formats libres); afin de les adapter ou de les modifier.
Actuellement 5 bases de données ont été constituées:
chimique, physique, électronique, descriptive et lexicale. Il est prévu de créer encore des bases historiques et cosmologiques. 1.2.2. Création de filtres
Un outil permet de définir des filtres de bases de données pour sélectionner les données que l'on souhaite voire apparaître dans les fiches(cf.module édition de fiches) en fonction des buts pédagogiques visés. Le nombre de filtres créés n'est pas limité.
1.3. Caractéristiques techniques
Olivetti M-24, M-240, PC-compatible (écran 640x400), mémoire: 640 K. 2 disquettes 5" 1/4, installation sur disque dur+fonctionne en réseau.
2. UTILISATIONS PEDAGOGIQUES 2.1. Généralités
Le degré de convivialité du logiciel a permis de l'utiliser dans différents types de classes (culture générales, scientifiques, latines, modernes, âge: 15-18 ans) avec des élèves dont la plupart n'avaient aucune connaissance particulière des ordinateurs.
Il est à noter.que ce logiciel n'est pas un outil d'EAO dans le sens autotutoral du terme et ne permet pas l'acquisition de toutes les notions relatives aux éléments. Il s'inscrit plutôt comme étant le prolongement de cours théoriques dans lesquels les notions de bases ont été présentées. Le logiciel permettra d'illustrer, de consolider et de faciliter une étude plus appronfondie.
En termesd'objectifsdecomportements,la découverte, l'autonomie, la lecture de consignes et la rédaction ont été visés. Lesobjectifs de connaissances sont fixés par le professeur lors de la rédaction de protocoles/questionnaires organisant l'atelier.
2.1.1. Conditions d'utilisation en atelier
Les élèves travaillent seuls ou à 2 par machine. Un "laboratoire" est organisé autour d'un thème (structures électroniques, électronégativité, états physiques, période...), pour guider les élèves, des questionnaires spécifiques sont rédigés afin de suggérer un cheminement dans le logiciel et de susciter une découverte. Dans un premier temps la plupart des questions recouvrent des points du cours et, sont là pour consolider les connaissances par une représentation différente ainsi que pour permettre un apprentissage en douceur du logiciel par les élèves.
Le problème de la prise en main du logiciel par un nouvel utilisateur peut se faire en imposant des tâches (ex. corriger des exercices), ce qui conduit l'élèveàexplorer tous les modules, afin d'avoir une vue générale de l'organisation du programme et des possibilités que celui-ci offre.
Une fois l'outil informatique "apprivoisé" les questions du protocole peuvent aborder des thèmes moins connus et faciliter ainsi la construction de nouvelles connaissances sur la base d'observations. Une formulation par écrit des réponses est demandée pour garder trace du travail effectué.
2.1.2. Rôle du professeur
Lapartie la plus délicate est la rédaction des protocoles spécifiques accompagnant l'atelier: COrnmJ!nt guider l'élèvepar un jeude"questions afin de construire sa connaissance "1
Laréponseàune telle question dépend entièrement du public scolaire considéré, et se révéle au cours des misesàjour successives des protocoles. Pendant l'atelier, l'enseignant peut abandonner son rôle de "transmetteur de connaissances" et de "prescripteur de consignes" pour permettre:
- une évaluation individuelle des connaissances, afin de pouvoir offrir une remédiation personnalisée;
- de jouer un double rôle, à la fois d'incitateur d'un mode exploratoire, et de "garde-fou" pour éviter une trop grande dispersion.
2.1.3, Evaluation
Afin de faire évaluer par les élèves cette démarche pédagogique et le degré de convivialité du logiciel un questionnaire a été remplià chaud à la [m de la1ère séance de travail(1-2h.).
Le résumé des réponses les plus significatives portant sur 65 élèves est le suivant: - Comment avez-vous trouvé cette séance par rapport àuncours traditionnel?
intéressant : 82% passable: 14%
temps perdu: 0% à ne pas recommencer: 4% - La durée de la séance vous a-t-elle paru :
longue : 6% adaptée 37% trop courte 57%
- L'utilisation du logiciel vous a-t-elle paru :
complexe : 30% adaptée : 70%
- Les consignes du protocole sont-elles:
adaptées : 78 % peu claires: 21 %
- Les consignes du logiciel (menus, commandes, aides ... )
adaptées : 74 % peu claires :26 %
- L'utilisation de ce programme vous a-t-elle pennis de mieux comprendre cenaines notions du cours?
oui : 54% non : 40% embrouillé : 6%
- Ce logiciel m'a permis de découvrir de nouvelles notions:
oui : 37% non : 63%
parmi les notions "découvertes" citons:
radioactivité naturelle, isotopes, électronégativité, période, couches/électrons externes, la rapidité, l'ennui ...
Les modules les plus utilisés dépendent du type de travail demandé, cependant le lexique est fréquemment cité comme étant le module le plus intéressant!!
Citons quelques remarques:
- agréable mais trop compliqué au niveau de l'ordinateur. - pas assez de temps,àrenouveller,
- bonne révision.
- je n'ai rien compris c'était trop compliqué.
- trop spécialisé, j'entends les rubriques ne continuent pas les précédentes. - j'ai l'impression de secteurs qui ne se correspondent pas.
- pas assez d'aniculations. - lexique=super. - bôff...
2.1.4. Difficultés
A la vue des premières expériences en situations réelles d'atelier les difficultés suivantes sont apparues: - Lelogiciel est trop ouvert:
- les élèves qui ont mal saisi la signification et l'organisation des différents modules, se perdent dans le logiciel;
- devant le nombre (trop?) élevé de grandeurs les élèves ont parfois de la peineàchoisir le paramètre significatif.
- Utilisation pratique du logiciel:
- problèmes de lecture ou de libellé des commandes/ consignes, l'élève est bloqué et ne respecte (comprend?) pas les instructions donnéesàl'écran;
- les élèves ne recourent pas assez souvent aux pages d'aide;
- pour les élèves peu habitués aux machines, au début l'aspect manipulation de l'ordinateur occulte la dimension pédagogique du travail;
2.1.5. Conclusion
L'étude du tableau périodique est une tache difficile et rébarbative pour les élèves, étant donné son caractère descriptif et livresque. En offrant une possibillité d'accès simple à différentes bases de données, il est possible de stimuler une découvene autonome des propriétés des éléments et de la variation de celles-ci. En situant l'élève en tant qu'acteur, au centre du processus d'apprentissage, on facilite l'acquisition de notions abstraites.
