Peut on faire des crêpes aujourd’hui ?

TraAM 2019-2020

Groupe de travail « GEP » Terminale Lycée Numérique Enseignement de spécialité

jeudi 29 avril 2021 , par Aurélie Marié

Cet article illustre un exemple d’usage proposé par le GEP de l’académie de Versailles s’inscrivant dans le projet national TraAM 2019-2020 dont la thématique est :


Le codage et l’algorithmique pour l’enseignement de la physique-chimie


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Professeur expérimentateur

  • Aurélie Marié
  • Lycée Polyvalent Albert Einstein
  • Sainte Geneviève des Bois (Essonne 91)

Peut-on faire des crêpes aujourd’hui ?

  • Lycée
  • Terminale spécialité - Thème : Constitution et transformations de la matière
Teaser peut-on faire des crêpes Aurelie Marié

Introduction

L’objectif de cette séquence pédagogique est de proposer une activité expérimentale (2H) sur le titrage de l’acide lactique par suivi colorimétrique et pH-métrique pour déterminer puis comparer le volume équivalent par deux méthodes différentes : l’une expérimentale par titrage colorimétrique et pH-métrique, l’autre à l’aide d’une simulation par programmation python.
Pour cela, les élèves seront amenés à construire le graphe représentant l’évolution des quantités de matière des espèces en fonction du volume de solution titrante versé par le biais de la programmation python après avoir consolidé leurs connaissances sur le vocabulaire lié aux dosages, sur la notion liée à l’équivalence ainsi que sur la syntaxe de la programmation python.

Compétences

  • S’APPROPRIER :
    Vocabulaire lié aux titrages.
    La notion de la relation à l’équivalence.
  • ANALYSER :
    Choisir, concevoir ou justifier un protocole expérimental.
    Organiser et exploiter les informations extraites et ses connaissances.
  • RÉALISER :
    Mettre en œuvre un protocole, expérimentalement une dilution, un titrage par suivi colorimétrique et par suivi pH-métrique, comprendre une simulation d’une courbe en langage python, relever les résultats (tableau, graphique, …), utiliser un langage de programmation.
  • VALIDER :
    Extraire des informations des données expérimentales et les exploiter. Confronter un modèle à des résultats expérimentaux.

CRCN - Compétences Numériques

• C2-3 « collaborer » : Collaborer dans un groupe pour réaliser un projet, co-produire des ressources, des connaissances, des données, et pour apprendre.
• C3-4 « programmer » : Écrire des programmes et des algorithmes pour répondre à un besoin.

Notions et contenus du programme

  • Notions et contenus :
    Titrage avec suivi colorimétrique et suivi pH-métrique
    Réaction acide-base support du titrage
    Changement de réactif limitant au cours du titrage
    Définition et repérage de l’équivalence à l’aide d’un changement de couleur et par la méthode des tangentes.
  • Compétences exigibles :
    Relier qualitativement l’évolution des quantités de matière de réactifs et de produits à l’état final au volume de solution titrante ajoutée.
    Relier l’équivalence au changement de réactif limitant et à l’introduction des réactifs en proportions stoechiométriques.
    Etablir la relation entre les quantités de matière de réactifs introduites pour atteindre l’équivalence.
    Expliquer le changement de couleur observé à l’équivalence d’un titrage par ajout d’un indicateur coloré.

Objectif(s) pédagogique(s)

  • Réaliser un titrage par suivi colorimétrique et par suivi pH-métrique.
    Déterminer le volume à l’équivalence.
    Collaborer avec l’ensemble des binômes pour faire un calcul d’incertitude parmi les différentes valeurs de VE trouvées.
  • Ecrire une partie d’un script de programmation python celui qui convient à la situation.
    Avoir un esprit critique quant aux résultats expérimentaux et de simulation

Objectifs disciplinaires et/ou transversaux

  • Objectif 1 : disciplinaire
    Réaliser un titrage par suivi colorimétrique et par suivi pH-métrique , déterminer le volume à l’équivalence de façon expérimentale, puis par la relation à l’équivalence pour parvenir à l’objectif 2
  • Objectif 2 : numérique
    S’approprier la syntaxe du langage de programmation sur un exemple concret et vérifier la concordance des résultats sur le volume à l’équivalence par l’écriture d’un programme en langage python.

Description succincte de l’activité

Après avoir consolidé ses acquis sur le vocabulaire particulier du titrage, repéré l’équation support de dosage ainsi que consolidé ses bases sur la programmation python, l’élève devra en séance expérimentale mettre en oeuvre un protocole de titrage par suivi colorimétrique et proposer un protocole de dosage par suivi pH-métrique, programmer afin de calculer la concentration de la solution titrée puis vérifier la valeur du volume équivalent trouvé par l’intermédiaire d’une simulation en programmation python ainsi que le calcul de la concentration inconnue

Découpage temporel de la séquence

La séquence est composée de 4 activités :
les activités peuvent toutes être traitées de manière indépendante.

  • Durée totale : 4H environ
  • Activité 1 : autonome / individuel / distanciel (25min)
  • Activité 2 : présentiel / classe entière / synchrone (25 min)
  • Activité 3 : présentiel / groupe de 3 à 4 élèves/ synchrone (1H)
  • Activité 4 : présentiel /Demi-groupe, binôme (2H) Séance de TP
scenario_fin_pour_le_professeur_1ere_spe

Pré-requis

  • Niveau Seconde :
    • connaitre la relation entre la concentration en masse, la masse et le volume ;
    • établir une équation de réaction associée à une réaction chimique et l’ajuster.
  • Niveau 1re Spécialité :
    • ne pas confondre réactif et solution, titrant, titré ;
    • savoir faire référence à la stœchiométrie de la réaction pour un titrage ;
    • identifier les données connues et inconnues (en particulier les concentrations) ;
    • connaitre la notion d’équivalence et savoir réaliser un titrage colorimétrique ;
    • relier l’équivalence au changement de réactif limitant et à l’introduction des réactifs en proportions stœchiométriques ;
    • relier qualitativement l’évolution des quantités de matière des réactifs et de produits à l’état final au volume de solution titrante ajoutée.
  • Niveau terminale Spécialité :
    • connaitre les réactions acide-base ;
    • savoir appliquer la méthode des tangentes ou la méthode de la dérivée.

Outils utilisés / Matériel

  • genial.ly incluant des learningapps
  • matériel de titrage pH-métrique ;
  • pipettes jaugées de 20 mL, propipette, bécher de 200 mL, burette graduée de 25 mL, barreau aimanté, agitateur magnétique ;
  • Solution de lait demi-écrémé , solution d’hydroxyde de sodium à $ C= 5\times 10^{-2} mol\cdot L^{-1} $  ;
  • pH-mètre et son électrode , flacon contenant le bleu de thymol (IC)
  • ordinateur, logiciel edupython.

Déroulement de la séquence

À faire à la maison, avant ...
  • Activité 1 : autonome / individuel / à la maison (25 min)
    Rappeler la différence entre un dosage et un titrage
    Réinvestir le vocabulaire lié au titrage ainsi que la légende d’un schéma expérimental de titrage (Learning apps).
    https://view.genial.ly/5e24222e3050...
À faire en classe
  • Activité 2 : présentiel /Collectif (25 min)
    Reconnaitre les différents types de réaction, comprendre à nouveau la différence entre réactif et solution, déterminer le réactif titrant et titré.
Activités 1 et 2
  • Activité 3 : en présentiel / groupe / (1H) travail en groupe afin de connaitre la syntaxe du langage Python par des Flashcards et ensuite savoir expliquer des parties de code.
activite_3_cartes_syntaxe_python_niv1
activite_3_cartes_syntaxe_python_niv1_-_correction
Activite_3_cartes_syntaxe_python_niv2
Activite_3_cartes_syntaxe_python_niv2_-_correction
  • Activité 4 : présentiel / binôme (2H) Séance de TP
    Effectuer le titrage par suivi colorimétrique et pH-métrique de l’acide lactique contenu dans le lait par une solution de soude, réécrire une partie de programmes python celui qui correspond à l’évolution des quantités de matière en fonction du volume de solution titrante versé et le représenter.
Activité 4tp peut-on faire des crêpes aujourd’hui

Retour d’expérience

Les plus-values pédagogiques (enseignants / élèves)
  • le travail en autonomie a permis aux élèves de mieux s’approprier les notions du montage et du protocole d’un titrage (gain de temps pendant la séance de TP)
  • collaboration entre pairs pour remplir les cartes et les corriger ;
  • accompagnement indispensable en présentiel du professeur sur la notion délicate de réaction support de dosage et de l’obtention de la relation à l’équivalence.
  • utiliser un lait demi-écrémé pour que le dosage fonctionne bien ; L’indicateur coloré "bleu de thymol" a été acheté en solution .
Les freins
  • Difficultés des élèves sur la syntaxe du langage de programmation python ( Nouveauté de la réforme des lycées 2020).
  • Difficultés pour certains encore d’établir une équation-bilan d’une transformation acide-base
Les leviers
  • La séance de TP à la fois expérimentale et numérique a permis aux élèves de mobiliser leurs connaissances acquises antérieurement et surtout de gagner en efficacité.
Les pistes pour aller plus loin ou généraliser la démarche
  • Proposer de plus en plus d’exemples de programmation sur différentes parties du programme et montrer l’intérêt d’effectuer une simulation.
  • Créer une fiche de mémorisation sur la syntaxe du langage de programmation python pouvant se construire au fur et à mesure sur les 3 niveaux du lycée. Elle peut se faire individuellement ou de manière collective...
  • Poursuivre l’apprentissage du langage python en Terminale spécialité :
    voir : " peut-on faire des crêpes aujourd’hui ?"

Remarque : pour intégrer une vidéo il suffit de copier-coller l’url de la page web la contenant dans le corps de l’article.

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