Soutenance mémoire
Les différents types de modèle
On distingue trois types de modèle :
– une figuration plus ou moins imageante par exemple des maquettes, des modèles réduits, des schémas simplificateurs sous forme d’images concrets ou encore une analogie. Le modèle moléculaire en est un exemple. En effet, le modèle moléculaire est une sorte de maquette illustrant la forme d’une molécule dans l’espace suivant certains facteurs comme les dimensions relatives des atomes (rayon), les longueurs des liaisons, les valeurs des angles entre les liaisons.
– Une construction théorique substitutive par rapport aux données empiriques c’est-àdire des modèles théoriques. A titre d’exemple le modèle de l’atome de Bohr est une construction théorique suggérée par Bohr.
– Une mathématisation c’est-à-dire une formulation mathématique permettant la prévision et le calcul. Peut être citée comme exemple la représentation mathématique des forces par des vecteurs.
Contraintes et contrôles
Le modèle doit être soumis aux contraintes et aux contrôles. Pour s’assurer que les contraintes sont respectées il faut connaître la validité du modèle : dans quelles conditions précises le modèle ne sera plus accepté ou ne pourra plus expliquer et prévoir un tel phénomène. La rigidité des doublets de liaison ne peut pas être expliquée par le modèle de Lewis de la covalence par exemple. C’est pour cela qu’elle se limite seulement à une interprétation simple de la liaison covalente, et l’on a recours au modèle ondulatoire qui est plus performant
Convention de représentation du modèle
Le modèle de Lewis dit aussi structure de Lewis est décrit par une formule de Lewis dans laquelle sont explicitement représentés tous les électrons externes. Les doublets y sont figurés soit par deux points, soit par un tiret. Les deux points ou les tirets sont placés entre les deux atomes liés lorsqu’il s’agit d’un doublet partagé ou parallèlement au symbole de l’atome auquel il appartient lorsqu’il s’agit d’un doublet non liant. Les électrons célibataires sont figurés par un point. Les cases vides ne sont pas toujours représentées de façon explicite, mais elles peuvent l’être sous la forme d’un petit rectangle
Modèle quantique de l’atome (modèle de Bohr)
Ce modèle explique l’organisation du nuage électronique et prévoit la position d’un électron dans un atome. Ce modèle décrit l’état électronique d’un atome à partir des caractéristiques de l’atome de Bohr. Le modèle évoque la quantification de l’énergie d’un électron dans un atome et se projette vers une organisation des électrons et une configuration des électrons qui vont être regroupées pour introduire l’existence de la molécule.
– Limite de validité du modèle : Le modèle de Bohr se limite à une quantification de l’énergie des électrons qui peuvent tourner sur des trajectoires circulaires stables. Le modèle explique seulement comment les électrons sont repartis sur les couches, les sous couches, et les cases quantiques.
– Support de la modélisation
Adapter les TICE dans le domaine de la stéréochimie
Différents domaines peuvent être traités par les TICE mais, dans notre cas, le thème choisi est celui de la stéréochimie où il s’agira de faire une simulation sur micro-ordinateur. Pour intégrer les TICE dans le processus d’apprentissage de la stéréochimie, le principe suivant a été adopté : Premièrement préparer un système d’entrée pour chaque niveau c’est-à-dire au niveau seconde, première, terminale. On doit y trouver le titre, les objectifs spécifiques, les prérequis, les évaluations formatives. En second lieu, établir un système d’apprentissage à partir d’une instruction assistée par ordinateur par l’utilisation d’un logiciel de simulation. Devront y figurer la présentation du cours, le plan du cours (titre et sous titres), le contenu du cours, les activités d’apprentissages, les activités de recherche, … En dernier lieu planifier un système de sortie c’est-à-dire établir les évaluations correspondantes à chaque objectif. Il est à remarquer que lorsqu’on parle de simulation sur micro-ordinateur dans l’enseignement – apprentissage des sciences physiques, cela laisse entendre que :
– L’ordinateur est un instrument de construction de connaissance par l’apprenant
– L’ordinateur est un instrument de créativité
– L’ordinateur est un outil de simulation qui permet l’accès aux modèles physiques
– L’ordinateur est un moyen d’information
– L’ordinateur est un instrument de gestion des apprentissages, d’entraînement, de systématisation et de rattrapage.
En conséquence, le professeur aura une nouvelle fonction et les élèves auront de nouvelles tâches à exécuter. Les rôles du professeur consiste à :
– Assister les élèves durant l’enseignement assisté par ordinateur
– Enseigner un sujet précis et donné, et de développer une habileté
– Guider l’élève à travers un processus d’apprentissage par la découverte.
Les rôles des élèves sont de :
– Suivre les instructions données par le professeur lors de l’enseignement assisté par ordinateur ;
– Manipuler, tester ses propres idées et hypothèses.
L’amélioration du cours de stéréochimie par rapport au curriculum en vigueur
Les objectifs spécifiques pour chaque niveau ont été établis à partir des objectifs généraux définis dans le programme officiel de chimie à Madagascar. Dans notre travail, à chaque niveau (seconde, première, terminale) correspond à un objectif spécifique en ce qui concerne la stéréochimie. Ces objectifs spécifiques, issus des objectifs généraux prévus par le programme en vigueur actuel, respectent les conditions d’opérationnalité des objectifs pédagogiques ; et leurs atteintes sont visées à travers plusieurs tâches. Prenons l’exemple de la classe de seconde : Pour ce niveau, l’objectif spécifique est énoncé comme suit : « à la fin de ce cours l’élève doit être capable, après l’accomplissement des tâches citées ci dessous, de représenter les modèles de Lewis des 20 premiers éléments de la classification périodique, de représenter les modèles de Lewis des molécules possédant un seul atome central et d’attribuer à ces molécules leurs géométries respectives (linéaire, triangulaire plane, tétraédrique, pyramide à base triangulaire, en forme de V). Les élèves peuvent représenter ces molécules soit par des modèles moléculaires, soit par simulation. Cet objectif satisfait la première condition du fait qu’il est précis et qu’aucun autre objectif ne peut s’y substituer. Il décrit aussi une activité de l’apprenant (représenter, attribuer) matérialisable par une représentation à 3 dimensions. Il mentionne les conditions dans lesquelles l’activité de l’apprenant doit se manifester : une représentation par des modèles moléculaires ou une représentation par simulation. Il indique aussi le niveau d’exigence par l’intermédiaire de l’accomplissement de plusieurs tâches telles que représenter les modèles de Lewis des 20 premiers éléments de la classification périodique.
Utilisation de la taxonomie de Bloom
L’utilisation des niveaux taxonomiques de Bloom s’avère nécessaire pour l’élaboration d’une simulation sur microordinateur dans la mesure où ils permettent de prendre conscience des niveaux exigés aux élèves et de faire une évaluation formative appropriée. Le cours de stéréochimie est donné dans un tableau à deux colonnes : la première colonne est réservée au contenu du cours de stéréochimie et dans la deuxième colonne sont placés les niveaux taxonomiques de Bloom.
Evaluation basée sur les objectifs pédagogiques
Le système d’évaluation dépend des objectifs spécifiques et surtout des tâches données à l’apprenant. A chaque tâche correspond donc à une évaluation critériée et formative : c’est une évaluation qui fait suite à l’exemple donné dans les cours. L’évaluation est formulée dans un tableau présentant les questions correspondant à chaque tâche, les niveaux taxonomiques de Bloom, ainsi que les réponses attendues : Dans la première colonne, sont inscrit les questions relatives à chaque tâche, la deuxième colonne est réservée aux niveaux taxonomiques et la troisième colonne les réponses attendues. En conséquence, à notre avis, l’établissement d’un cours de stéréochimie peut être résumé dans un tableau où l’on trouve :
– L’énoncé des objectifs spécifiques
– La description des tâches
– L’énoncé des pré- requis
– Le contenu du cours
– Les niveaux taxonomiques de Bloom associé aux taches
– Les évaluations
Comme nous l’avons maintes fois mentionnées auparavant, ces données ont été choisies de façon à ce que l’apprentissage de la stéréochimie mette l’accent sur la modélisation. Après la description des méthodes utilisées dans l’élaboration du cours de stéréochimie, nous passerons à la présentation des cours proprement dits, lesquels cours comprenant les trois niveaux seconde, première et terminale.
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Table des matières
INTRODUCTION GENERALE
PREMIERE PARTIE : QUELQUES REPERES THEORIQUES
I – MODÈLE, MODELISATION ET SIMULATION
I.1 – Les différents types de modèle
I.2 – Des éléments de définition de la modélisation
I.3 – Les caractéristiques de la modélisation
I.I.1 – Fonctions et finalités
I.I.2 – Elaboration d’une construction mentale en référence à un réel complexe
I.I.3 – Contraintes et contrôles
I.I.4 – Supports de la modélisation
I.4 – Modélisation et simulation
II – STÉRÉOCHIMIE :QUELS SAVOIRS DE REFERENCE ?
I.5 – La structure électronique des molécules
II.I.1 – Modèle quantique de l’atome ou modèle de Bohr
II.I.2 – Modèles de Lewis
I.6 – La structure des molécules organiques
II.I.3 – Les éléments constitutifs des composés organiques
II.I.4 – Les formules développées planes
II.I.5 – L’isomérie plane
I.7 – La géométrie des molécules organiques
II.I.6 – Définitions
II.I.7 – Modes de représentation de la géométrie moléculaire
II.I.8 – Orientation des liaisons autour d’un atome
I.8 – La stéréoisomérie
II.I.9 – La chiralité
II.I.10 – Relation de diastéréoisomérie
I.9 – Les différents modèles et leurs caractéristiques
II.I.11 – Modèle quantique de l’atome (modèle de Bohr)
II.I.12 – Le modèle de Lewis
II.I.13 – Modèle de Gillespie (modèle VSEPR)
III – OUTILS D’APPRENTISSAGE
I.10 – Modélisation en tant qu’outil d’apprentissage
I.11 – Objectifs pédagogiques
III.I.1 – Définitions
III.I.2 – Opérationnalité des objectifs pédagogiques
I.12 – Evaluation
III.I.3 – Définition
III.I.4 – Types d’évaluation
I.13 – Intégration des Technologies de l’lnformation et de la Communication appliquées à l’Enseignement (TICE) dans le processus d’apprentissage de la stéréochimie
III.I.5 – Intégration des TICE
III.I.6 – Adapter les TICE dans le domaine de la stéréochimie
DEUXIEME PARTIE : ELABORATION D’UN COURS DE STEREOCHIMIE AU LYCEE
IV – METHODES UTILISEES
I.14 – L’amélioration du cours de stéréochimie par rapport au curriculum en vigueur
I.15 – L’adaptation du cours de stéréochimie au lycée : une transposition didactique nécessaire
I.16 – Utilisation de la taxonomie de Bloom
I.17 – Evaluation basée sur les objectifs pédagogiques
V – STEREOCHIMIE EN CLASSE DE SECONDE
I.18 – Enoncé de l’objectif spécifique et des tâches
V.I.1 – Objectif spécifique
V.I.2 – Tâches
I.19 – Proposition de cours sur la stéréochimie en classe de seconde
V.I.3 – Unité 1 :la structure électronique d’un atome
V.I.4 – Unité 2: liaison covalente
V.I.5 – Unité 3 :géométrie d’une molécule possédant un seul atome central
VI – STEREOCHIMIE EN CLASSE DE PREMIERE
I.20 – Enoncé de l’objectif spécifique et des tâches
VI.I.1 – Objectif spécifique
VI.I.2 – Tâches
I.21 – Proposition de cours sur la stéréochimie en classe de première
VI.I.3 – Unité 1 :Structure des molécules organiques
VI.I.4 – Unité 2 :géométrie des molécules possédant plusieurs atomes centraux
VII – STEREOCHIMIE EN CLASSE DE TERMINALE
I.22 – Enoncé de l’objectif spécifique et des tâches
VII.I.1 – Objectif spécifique
VII.I.2 – Tâches
I.23 – Proposition de cours sur la stéréochimie en classe de terminale
VII.I.3 – Unité 1 :quelques molécules organiques
VII.I.4 – Unité 2 :notion de carbone asymétrique
VII.I.5 – Unité 3 :énantiomérie
TROISIEME PARTIE : SIMULATION SUR MICROORDINATEUR
VIII – NORMES DE REPRESENTATION D’UN LOGICIEL
I.24 – Système d’entrée
I.25 – Système d’apprentissage
I.26 – Système de sortie
IX – ORGANIGRAMME GENERAL DE LA PROGRAMMATION
X – PRESENTATION DES INTERFACES DE L’UTILISATEUR
I.27 – Cas de la classe de seconde
I.28 – Cas de la classe de première
I.29 – Cas de la classe de terminale
XI – GUIDE D’UTILISATION DU LOGICIEL
I.30 – Installation du logiciel
I.31 – Utilisation du logiciel
CONCLUSION
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