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See discussions, stats, and author profiles for this publication at: https://www.researchgate.net/publication/264811361 LÉQUATION DE RÉACTION : UN NUD DOBSTACLES DIFFICILEMENT FRANCHISSABLE Article in Chemistry Education Research and Practice · February 2004 DOI: 10.1039/B3RP90030D CITATIONS 13 READS 1,525 2 authors, including: Some of the authors of this publication are also working on these related projects: Histoire de la cinétique chimique View project Alain Dumon ESPE d’Aquitaine Ecole Supérieure du Professorat et de l’Éducation 69 PUBLICATIONS 374 CITATIONS SEE PROFILE All content following this page was uploaded by Alain Dumon on 03 October 2014. The user has requested enhancement of the downloaded file. CHEMISTRY EDUCATION: RESEARCH AND PRACTICE 2004, Vol. 5, No. 1, pp. 51-68 THE PRACTICE OF CHEMISTRY EDUCATION (PAPER) Concept teaching and learning/ History and Philosophy of Science (HPS) André LAUGIER et Alain DUMON Université de Bordeaux 2 et IUFM d’Aquitaine, Laboratoire DAEST (France) L’ÉQUATION DE RÉACTION : UN NœUD D’OBSTACLES DIFFICILEMENT FRANCHISSABLE Reçu le 11 Decembre 2003; accepté le 22 janvier 2004 RESUME : A l'issue de la classe de seconde, face à une transformation de la matière, un élève doit savoir reconnaître une réaction chimique, quels sont les concepts qui l'organisent, comment il est possible de représenter un tel phénomène, quel langage permet de communiquer des connaissances à son sujet. C’est l’équation de réaction qui permet ce passage de l’observation expérimentale à l’échelle d’une très grande population d’entités chimiques au modélisable grâce au recourt à l’échelle atomique et moléculaire. C’est un concept complexe dont la maîtrise nécessite une forte capacité d’abstraction. Il serait donc illusoire de croire qu’alors que les scientifiques ont mis des siècles à le construire, les élèves seraient capables de l’utiliser pour l’établissement de bilans en masse sans rencontrer de problèmes. Dans cet article seront analysées les différentes étapes de l’élaboration historique du concept d’équation de réaction ainsi que les difficultés rencontrées par les élèves. Des conséquences pour l’enseignement en seront tirées. [Chem. Educ. Res. Pract.: 2004, 5, 51-68] MOTS CLES : équation de réaction; obstacle; histoire de la chimie The chemical equation: A cluster of problems which are difficult to overcome (in French) ABSTRACT: At the beginning of upper secondary school (age 16), when pupils encounter changes in matter, they have to be able to recognise a chemical reaction. They must understand the underlying concepts, must know how to represent the phenomena and have a knowledge of the "language" used to communicate the nature of what has happened. The chemical equation enables them to relate what is happening in the bulk situation with the underlying atomic and molecular changes. To do this requires a large measure of abstraction. We would be deceiving ourselves if we believed that pupils would be able to accomplish, without difficulty, an intellectual process which took centuries for scientists to construct. In this article, the various stages of the historical development of the concepts implicit in the chemical equation will be set out and the consequent pupil difficulties will be analyzed. [Chem. Educ. Res. Pract.: 2004, 5, 51-68] KEY WORDS: Chemical equation; learning problems; history of chemistry LAUGIER & DUMON 52 1. POSITION DU PROBLÈME Les élèves qui entrent au Lycée en classe de seconde (15-16 ans) ont eu au collège un enseignement sur la transformation chimique au cours duquel ont été abordés les concepts de : substance chimique identifiable par ses propriétés, molécules constituées d’atomes, atome représenté par un noyau chargé positivement entouré d'un cortège d'électrons. Ils doivent savoir qu’au cours de la transformation chimique, la disparition de tout ou partie des réactifs et la formation des produits correspond à un réarrangement d’atomes au sein de nouvelles molécules. La masse totale est conservée au cours de cette transformation. L’équation de réaction a été introduite dès les premières réactions rencontrées, et les règles pour équilibrer ces équations (conservation des atomes au cours de la réaction, conservation de la charge lorsqu’il y a des ions) ont été présentées. Mais lorsque les élèves arrivent à maîtriser ces règles quel sens leur donnent-ils ? Quelle représentation de la transformation chimique construisent-ils lors de leur application ? Quel est en réalité le savoir appris ? Evaluation institutionnelle En 1995 le Ministère de l’Education Nationale a publié une enquête portant sur le niveau des élèves en fin de troisième. En ce qui concerne les Sciences Physiques c’est la chimie qui obtient le score le plus bas. D’une façon générale, en fin de troisième, les élèves ne semblent pas maîtriser parfaitement le langage de la chimie. C’est dans les exercices un peu mécaniques (classement de produits suivant leur pH, ajustement d’équations de réaction) qu’ils obtiennent leurs meilleurs résultats. Mais tous ne connaissent pas les règles et les symboles fondamentaux et, quand ils les connaissent, ils les comprennent mal. Ainsi, alors que la plupart des élèves savent associer le nom d’un élément ou d’une molécule à son symbole chimique, 40 % seulement peuvent donner la formule chimique d’un édifice atomique connaissant sa composition et moins de 20 % réussissent l’opération inverse. Ces résultats se retrouvent lorsqu’il s’agit de représenter une transformation chimique par une équation de réaction. Alors que près de la moitié des élèves arrive à distinguer dans une liste d’équations celles qui sont équilibrées de celles qui ne le sont pas, ils sont moins de 40% à connaître la signification des coefficients placés devant les formules des réactifs et des produits. Tout se passe pour les élèves comme s’ils considéraient l’équation de réaction comme une simple équation algébrique, sans véritable signification chimique. L’opinion des élèves Un questionnaire d’opinion comportant 23 items, dont neuf concernaient le symbolisme chimique, a été posé à 112 élèves. Des entretiens avec dix élèves ont été conduit afin d’éclairer les réponses au questionnaire. Nous présenterons un résumé de l’analyse qui en a été réalisée (Laugier & Dumon, 2000a). • Les élèves sont conscients que la formule chimique permet de connaître avec précision la nature et la proportion des atomes qui constituent un corps mais ils pensent également que la formule chimique n’est qu’une abréviation. • Pour la majorité des élèves “ on a passé trop de temps au collège à écrire des équations de réaction avec des formules ”. Ils pensent cependant qu’ils savent effectuer l’opération d’équilibrage d’une équation chimique, il s’agit d’une opération qui relève d’une arithmétique comptable, mais, pour eux, cette compétence ne signifie pas pour autant qu’ils aient bien compris ce que représentait une équation de réaction. Ces opinions des élèves sont donc cohérentes avec les résultats de l’évaluation de 1995. L’ÉQUATION DE RÉACTION : UN NœUD D’OBSTACLES 53 • Pour les élèves, dans une transformation chimique, il n’y a pas conservation des molécules mais il y a conservation de la nature des atomes. Par contre, concernant la conservation du nombre des atomes, les opinions sont partagées (54% de contre et 46% de pour). Sur les dix élèves interrogés lors des entretiens, la moitié pense à l’équation de réaction pour représenter une transformation chimique. Ce résultat, relativement satisfaisant, cache le fait qu’aucun de ceux qui citent l’équation de réaction ne sait la lire correctement dans les registres macroscopiques et microscopiques. Simplement, ils savent qu’elle doit être écrite, mais ils ne savent pas comment s’en servir pour représenter une réaction chimique. Cette utilisation du symbolisme chimique semble constituer, pour l’élève qui entre en seconde, une véritable pierre d’achoppement : “ les formules chimiques, équivalence, rééquilibrage, ... au collège j’avais trouvé ça très dur ”. C’est autour de l’utilisation de l’équation de réaction que se focalisent les récriminations des élèves : “ c’est dur à équilibrer ”, “ le bilan d’une réaction chimique, c’était mon problème, enfin je n’y arrive pas ”, “ les équations de réaction, c’est trop abstrait. Pour moi, ça ne représente rien de voir des chiffres, des lettres qui bougent ”. Julien reconnaît “ j’ai une certaine difficulté à la manipuler, ... j’ai une approche assez floue de ces équations,... ”. Pourtant, malgré cette difficulté, ce même élève sait que cette équation pourrait l’aider, “ c’est vrai que si les expériences que l’on a faites matériellement, on pouvait les traduire avec des équations, alors là ... oui ce serait plus clair ”. On peut donc conclure que les élèves qui entrent en seconde, s’ils semblent connaître les règles qui permettent d’équilibrer l’équation d’une réaction chimique (conservation des atomes mais pas des molécules), éprouvent effectivement de réelles difficultés à s’en servir. Le symbolisme associé au langage chimique ne peut être mis en relation avec le champ empirique de référence, même si dans le même temps ils ont conscience que cela pourrait les aider à mieux comprendre ce qu’est une transformation chimique. La transformation chimique en seconde La classe de Seconde constitue la fin du cycle d’initiation à la chimie commencé en classe de quatrième. Le champ expérimental de référence est considérablement élargi. Il s’étend maintenant aux réactions chimiques entre composés moléculaires, ioniques ou en solution. Les espèces chimiques (les corps purs), peuvent être décrites dans deux registres : • celui d’une phénoménologie macroscopique observée, par leurs propriétés physiques (aspect, couleur, état, etc.) et par leurs propriétés caractéristiques, abordées uploads/Finance/ equation-cerp.pdf

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• Publié le Aoû 11, 2022
• Catégorie Business / Finance
• Langue French
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