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Un modèle pour la matièrede la 4è à la 3è
Logique générale de modélisation
« germe de modèle »
Expériences molécule
Expériencesatome
électrons noyau
Expériences
3è
4è
Logique générale de modélisation
« germe de modèle »
Expériences molécule
Expériencesatome
électrons noyau
Expériences
états de la matière et
transformations physiques
transformations chimiques
courant électrique et réactions
ioniques
5è
Logique générale de modélisation (diapo à supprimer : c’est le texte proposé pour présenter les 2 diapos précédentes)
En début de 4è, on fournit un « germe de modèle » comme point de départ. (clic)Des faits expérimentaux sont confrontés au modèle et permettent de l’enrichir. Les activités de modélisation en 4è tournent d’abord autour de la molécule comme entité indivisible lors des transformations étudiées en 5è. (clic)Puis de nouvelles expériences (transformations chimiques) rendent nécessaires un apport au modèle : l’atome comme constituant des molécules. (clic)En classe de 3ème, la prise en compte de la conduction des métaux et solutions impose d’affiner encore la description de l’atome : électron et donc noyau.
Chaque étape du modèle n’est pas rendue caduque par son évolution : la validité reste bonne dans le domaine expérimental dans lequel il a été élaboré. (clic)Le modèle de la molécule indivisible est le plus pertinent reste valable et suffisant pour l’interprétation des phénomènes de base sur les états de la matière et des transformations physiques. (clic)Le modèle de l’atome insécable est valable et suffisant pour l’interprétation des transformations chimiques moléculaires. (clic)Ce n’est que lorsque l’on s’intéresse à la modélisation du courant électrique et des réactions ioniques que l’on a besoin de l’électron et des ions.
« On peut se représenter un gaz comme un ensemble de particules invisibles à l’oeil nu (et même au microscope), ayant les propriétés suivantes :
P1 – Une particule ne se coupe pas.
P2 – Une particule garde les mêmes dimensions.
P3 – Une particule garde la même masse.
P4 – Une particule ne se déforme pas. »
Doct d’accompagnement cycle central 1998
« germe de modèle »
donné aux élèves en début de 4è
Chaque nouvelle expérience permet d’améliorer le modèle par de nouvelles
propriétés.
Expériences sur le comportement des gaz
Comparaison avec les liquides et les solides.
Retour sur les mélanges et changements d’états étudiés en 5è
Présentation d’une démarche de modélisation (diapo à supprimer : c’est un texte qui permet de prendre un peu de recul pour présenter les
diapos suivantes. A vous de voir si la partie en italiques vous paraît aller trop loin)
Les diapos précédentes et les suivantes présentent une progression proposée dans le doct d’accompagnement du cycle central 1998, issue d’une recherche en didactique des années 90 (Méheut, Chomat, Larcher) :
« Modèle particulaire en classe de 4è »
Dans le nouveau programme, afin de favoriser cette démarche de modélisation, la notion de molécule n’est plus introduite en cinquième. Comme on le voit dans la diapo précédente, la zone marron (5è) ne recouvre que des expériences, et pas de modélisation. En toute rigueur, on peut toutefois préciser que l’absence de modélisation particulaire ne veut pas dire absence de modélisation tout court puisque le programme de cinquième vise à construire le concept d’espèce chimique à travers la recherche de l’eau « pure ». Ce qui est un préalable incontournable au concept de molécule, puisque celle-ci est un représentant de l’espèce chimique.
La progression proposée associe étroitement les élèves à la démarche de modélisation. Elle a été testée depuis une dizaine d’année au collège de Parmain par plusieurs collègues et fonctionne TB.
Un gaz peut être comprimé.
Enrichissement du modèle :
Les particules ont de l’espace
vide entre elles.
Fait expérimental :
Schématisation
Raisonnement des élèves :Si les particules du gaz ne peuvent pas
sortir de la seringue, ni se déformer, elles ont obligatoirement de l’espace vide
entre elles pour que le volume puisse diminuer.
C’est à l’occasion d’un débat de classe autour de schémas réalisés par les élèves que se développe la recherche de critères de cohérence, qui mène à l’enrichissement du modèle.
Exemple de schéma rejeté par les élèves car il viole la propriété P4.
L’air est un mélange de deux gaz.
On représente :
• un mélange par plusieurs types de particules,
• et un corps pur par un seul type de particules.
Fait expérimental (ou documentaire) :
Enrichissement du modèle :
Exemples de schémas d’élèves pour l’air
Deux gaz mis en contact se mélangent par diffusion.
Enrichissement du modèle :
Les particules d’un gaz sontagitées et libres
les unes par rapport aux autres.
Fait expérimental :
IUFM Rouen
IUFM Rouen
Représentation possible du modèle à ce stade
Le piston de la seringue recule si on le lâche après avoir comprimé de l’air.
Enrichissement du modèle :
Les chocs des particules d’un gaz sur les parois créent une force.
Fait expérimental :
IUFM Rouen
Un liquide
Enrichissement du modèle :
A l’état liquide les molécules sont :
– disposées de manière compacte,
- peu liées,
- et désordonnées.
Faits expérimentaux
( dont vus en 5ème) :
• est très peu compressible
• n’a pas de forme propre
Un solide
• est très peu compressible
• a une forme propre
• parfois géométrique
A l’état solide les molécules sont :
- disposées de manière compacte,
- liées,
- et ordonnées pour les solides cristallins.
Modèle de 4è pour les corps moléculaires et leurs transformations physiques
On considère la matière formée comme un ensemble de particules, les molécules, invisibles à l’oeil nu qui sont:
– dispersées et désordonnées à l’état gazeux ;
– disposées de manière compacte mais désordonnée à l’état liquide ;
– disposées de manière compacte à l’état solide, et ordonnée pour les solides cristallins…
Doct d’accompagnement cycle central 1997
Lors d’une transformation chimique, des substances disparaissent et d’autres
apparaissent
La propriété P1 :« les molécules ne se coupent
pas » doit être modifiée.
Fait expérimental :
Enrichissement du modèle :
4è
molécule
atome
Modèle en fin de 4è
Lors d’une transformation chimique, la masse totale se conserve
Enrichissement du modèle (par le professeur ou activité documentaire):
Les molécules sont formées d’atomes. Les atomes se conservent lors d’une transformation chimique.
Fait expérimental :
3è
Certains solides sont conducteurs
Enrichissement du modèle :
Les atomes des métaux sont neutres, mais comportent des constituants très petits :
• chargés électriquement • capables de se détacher des atomes• en mouvement lors du passage d’un courant.
En troisième,
fait expérimental revu :Recherche de cohérence avec le
modèle des solides :
3è
Certains liquides sont conducteurs
Enrichissement du modèle :
Certaines solutions se composent de constituants chargés électriquement
qui sont en mouvement lors du passage d’un courant.
En troisième,
fait expérimental nouveau :Recherche de cohérence avec le
modèle des liquides :
Déplacement possible des particules du liquide
3è
molécule
Modèle en fin de 3è
Lors d’une transformation physique ou chimique, la masse totale et la charge électrique totale se conservent.
Les atomes sont électriquement neutres, les ions sont chargés.
Les atomes et les ions sont formés de noyaux et d’électrons.
Les électrons et les ions sont responsables de la conduction électrique.
atome
électrons noyau
