Séance de formation à la formulation d une question scientifique

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1 Séance de formation à la formulation d une question scientifique Date Objectif Compétence Scénario Décembre Former à la formulation de la question scientifique. S APPROPRIER -Travail individuel pour rédaction de question. -Discussion en groupe. -Mise en commun ensuite. Document distribué aux élèves Problème 1 (3 ème ) Le véhicule est-il en infraction? La photographie ci-dessous, est prise de l intérieur d un véhicule roulant à 130 km/h sur une autoroute. 1. Sur autoroute les bandes blanches séparant la voie de droite et la voie d arrêt d urgence ont une longueur de 39 m et sont espacées de 14 m. 2. Décret du 23/11/2001, R , relatif à la sécurité routière : «La distance minimale légale séparant deux véhicules est celle correspondant à un temps minimal de perception-réaction de 2 secondes». 3. Le temps de «perception-réaction» est le temps qui s écoule entre l instant de la perception visuelle du signal lumineux de freinage du véhicule qui précède et le début du freinage du véhicule qui suit. Problème 2 (3 ème ) Ces verres d alcool présentent-ils le même danger? Le degré alcoolique est le pourcentage volumique d alcool dans le liquide concerné.

2 Problème 3 (2 nde ) Combien de canettes de 33cL de boisson «light» peut-on boire par jour? L aspartame est un édulcorant ayant un pouvoir sucrant environ 200 fois supérieur à celui du sucre. La DJA (dose journalière admissible) de l aspartame est de 40 mg d aspartame par kg de masse corporelle. En Europe, l aspartame est autorisé dans les boissons allégées (light) à une concentration massique maximale de 0,6 g L -1. Problème 4 (Terminale S) Comment faut-il lancer un ballon pour qu il atteigne 10 m de haut? Sans document. On vient d aborder 3 notions de mécanique : - les équations horaires des chutes libres, avec et sans vitesse initiale - les mouvements d oscillations - la conservation de l énergie mécanique Problème 5 (Terminale S) Comment expliquer le scandale de la Thalidomide? Extrait de Wikipédia : Deux énantiomères possèdent des propriétés identiques dans un environnement symétrique. Ainsi un gant de cuisine plat et symétrique conviendra de la même façon à une main droite ou gauche. Par contre un gant droit ne convient pas à une main gauche. En biochimie, un récepteur lui-même chiral peut donc distinguer deux molécules énantiomères. Or, nous sommes construits avec des briques élémentaires chirales (acides aminés, sucres, etc.) et, pour ce qui est du vivant, les conséquences de cette situation sont multiples, tout dépendant de la molécule et de son récepteur biologique : un énantiomère peut être doué d'une propriété biologique intéressante, insecticide par exemple, alors que l'autre demeure totalement inactif. C'est le cas de la deltaméthrine. Deux énantiomères peuvent avoir des propriétés différentes. Citons comme exemple l'odeur caractéristique du fenouil et de l'aneth, qui est due à l'un des énantiomères de la carvone, tandis que l'autre est responsable de l'arôme de menthe verte. De même, les deux énantiomères du citronellal donnent des arômes de citron et d'orange. Extrait de A partir de 1959, la thalidomide est administrée aux femmes enceintes pour réguler leurs nausées en début de grossesses. La thalidomide possède deux énantiomères. Les premiers cas de malformation très grave de nourrisson apparaissent en 1962 en Allemagne puis en Grande-Bretagne. Il a fallu beaucoup de temps pour répertorier tous les cas, les analyser et comprendre d'où venait le problème avant d'enlever la Thalidomide du marché.

3 Scénario : La formulation de la question scientifique permettant de résoudre la problématique a été travaillée lors de toutes les séances précédentes mais souvent en groupe et avec aide de l enseignant. Il s agit ici de rendre l élève autonome et de lui en montrer l intérêt évident. Dans cette séance on travaille donc uniquement cette compétence. Phase 1 : Formuler la question scientifique. Consigne donnée : Individuellement, à partir de la situation décrite et de la problématique, formulez une question scientifique. Il est nécessaire bien sûr de pouvoir répondre à cette question à l aide des documents ou de vos connaissances. Cette réponse permettra ensuite de résoudre entièrement ou partiellement le problème. Mise en œuvre : a) Individuellement, l élève écrit. b) L enseignant observe et prend des notes. Phase 2 : Confronter les idées Consigne donnée : Comparez en groupe de 4 vos questions scientifiques. Rectifiez si nécessaire. Mise en œuvre : a) Les élèves discutent en comparant leurs questions scientifiques. b) Mise en commun de toutes les propositions au tableau c) Discussion Phase 3 : Élaborer une stratégie de résolution. Consigne donnée : Élaborez pour chaque question des deux premiers exemples, la stratégie de résolution. Mise en œuvre : a) Travail, par 2, d élaboration par écrit de la stratégie de résolutions. b) Mise en œuvre de la stratégie en travail personnel à la maison. Travaux d élèves et analyse : Des exemples de réponses élèves sont ci-dessous relatées ainsi que des exemples de conseils donnés par l enseignant. L objectif est de partir du travail de l élève pour le faire progresser en lui permettant de remédier par lui-même à ses difficultés. La confrontation de son raisonnement aux questions de l enseignant doit lui permettre de se perfectionner sur cette capacité à formuler une question scientifique. Le travail de groupe permet un réel échange et une confrontation des idées.

4 L écriture au tableau de toutes les propositions est un peu longue mais absolument nécessaire en termes d analyse et donc de formation de chaque élève. Il s agit alors, non pas de donner la question scientifique attendue par l enseignant, mais de susciter la réflexion, d analyser le raisonnement mis en œuvre par l élève et donc de l amener à identifier et à corriger ses éventuelles erreurs. Problème 1 (3 ème ) Le véhicule est-il en infraction? La photographie ci-dessous, est prise de l intérieur d un véhicule roulant à 130 km/h sur une autoroute. 4. Sur autoroute les bandes blanches séparant la voie de droite et la voie d arrêt d urgence ont une longueur de 39 m et sont espacées de 14 m. 5. Décret du 23/11/2001, R , relatif à la sécurité routière : «La distance minimale légale séparant deux véhicules est celle correspondant à un temps minimal de perception-réaction de 2 secondes». 6. Le temps de «perception-réaction» est le temps qui s écoule entre l instant de la perception visuelle du signal lumineux de freinage du véhicule qui précède et le début du freinage du véhicule qui suit.

5 Analyse QS attendue : La distance entre les véhicules est elle supérieure ou non à la distance de sécurité légale? Exemples de conseils donnés selon les réponses des élèves : Réponse 1 : «oui mais pas assez explicite. Comment vas-tu faire pour savoir si le conducteur respecte la règle?» Réponse 2 : «Utilise un vocabulaire scientifique : quelle est la grandeur mise en jeu? Qu appelles-tu intervalle?» Réponse 3 : idem que 1 Réponse 4 : «Qu entends-tu par correspond?» Remarque :Ce n est pas la question imaginée et pensée par l enseignant, l idée est différente mais toute aussi pertinente. Il va s agir de comparer ici des durées. On amène progressivement l élève à utiliser du vocabulaire scientifique, à identifier les grandeurs à déterminer. On laisse bien sûr émerger toutes les questions scientifiques possibles. Et on se laisse surprendre agréablement par des questions auxquelles l enseignant n aurait pas pensé!

6 Problème 2 (3 ème ) Ces verres d alcool présentent-ils le même danger? Le degré alcoolique est le pourcentage volumique d alcool dans le liquide concerné. Analyse : QS attendue : Quels sont les volumes d alcool contenus dans ces verres? Exemples de conseils données aux élèves : Réponse 1 : «C est quoi le taux d alcoolémie? Es-tu capable de le calculer?» Réponse 2 : «Comment vas-tu évaluer les conséquences?» Réponse 3 : OK Réponse 4 : «C est quoi le pourcentage volumique? Qu entends tu par équivalent? Si ils sont égaux, tu en penses quoi?» L idée est de repartir de leurs mots (soulignés) et de les amener à réfléchir, à rectifier en raisonnant.

7 Problème 3 (2 nde ) Combien de canettes de 33cL de boisson «light» peut-on boire par jour? L aspartame est un édulcorant ayant un pouvoir sucrant environ 200 fois supérieur à celui du sucre. La DJA (dose journalière admissible) de l aspartame est de 40 mg d aspartame par kg de masse corporelle. En Europe, l aspartame est autorisé dans les boissons allégées (light) à une concentration massique maximale de 0,6 g L -1. Analyse QS attendue : Quelle masse d aspartame contient une cannette? La comparer avec la masse d aspartame admissible. Exemples de conseils données aux élèves : Réponse 1 : «Quelle est la valeur de la dose journalière? Pour toi quelle est-elle? Dans quelle unité s exprime-t-elle? Quelle est donc la grandeur à prendre en compte? Connais tu la valeur de cette grandeur pour une cannette?» Réponse 2 : «Les mg c est l unité de quelle grandeur?» Réponse 3 : OK

8 Réponse 4 : «La quantité dont tu parles, quelle est son unité?» Il s agit ici d amener l élève à identifier la grandeur mise en jeu et qu il faudra donc ensuite calculer. Les élèves utilisent le mot «quantité» très fréquemment, mais, il convient de leur faire préciser de quelle grandeur physique il s agit. Cela les aide beaucoup de remplacer ce mot ou tout du moins à le compléter pour préciser. Problème 4 (Terminale S) Comment faut-il lancer un ballon pour qu il atteigne 10 m de haut? Sans document. On vient d aborder 3 notions de mécanique : - les équations horaires des chutes libres, avec et sans vitesse initiale - les mouvements d oscillations - la conservation de l énergie mécanique Analyse QS attendue : Quelles doivent être les valeurs de la vitesse initiale et de l angle du lancer nécessaires pour que le ballon atteigne une altitude de 10 m?

9 Exemples de conseils donnés aux élèves : Réponse 1 : «Pendant combien de temps cette force va-t-elle s exercer? Es-tu capable de calculer une force initiale ponctuelle? Quelle est la conséquence de cette force?» Réponse 2 : OK. L élève a déjà défini un angle. Il a déjà pris une initiative. Réponse 3 : «Oui mais tu lui communiquera comment cette énergie? Quelles sont les différentes formes d énergie?» Réponse 4 : «Que signifie manière?» L idée est de les amener à identifier la grandeur vitesse initiale avec sa direction et son sens comme étant la grandeur qui modifie le mouvement. Problème 5 (Terminale S) Comment expliquer le scandale de la Thalidomide? Extrait de Wikipédia : Deux énantiomères possèdent des propriétés identiques dans un environnement symétrique. Ainsi un gant de cuisine plat et symétrique conviendra de la même façon à une main droite ou gauche. Par contre un gant droit ne convient pas à une main gauche. En biochimie, un récepteur lui-même chiral peut donc distinguer deux molécules énantiomères. Or, nous sommes construits avec des briques élémentaires chirales (acides aminés, sucres, etc.) et, pour ce qui est du vivant, les conséquences de cette situation sont multiples, tout dépendant de la molécule et de son récepteur biologique : un énantiomère peut être doué d'une propriété biologique intéressante, insecticide par exemple, alors que l'autre demeure totalement inactif. C'est le cas de la deltaméthrine. Deux énantiomères peuvent avoir des propriétés différentes. Citons comme exemple l'odeur caractéristique du fenouil et de l'aneth, qui est due à l'un des énantiomères de la carvone, tandis que l'autre est responsable de l'arôme de menthe verte. De même, les deux énantiomères du citronellal donnent des arômes de citron et d'orange. Extrait de A partir de 1959, la thalidomide est administrée aux femmes enceintes pour réguler leurs nausées en début de grossesses. La thalidomide possède deux énantiomères. Les premiers cas de malformation très grave de nourrisson apparaissent en 1962 en Allemagne puis en Grande-Bretagne. Il a fallu beaucoup de temps pour répertorier tous les cas, les analyser et comprendre d'où venait le problème avant d'enlever la Thalidomide du marché.

10 Analyse : QS : Les énantiomères ont-ils toujours des propriétés différentes? Exemples de conseils donnés aux élèves : Réponse 1 : «Qu appelles-tu structure? De quelle molécule parles-tu? Qu a-t-elle de particulier?» Réponse 2 et 3 : «Qu as-tu lu à ce sujet dans le document?» Cette problématique ne nécessite pas de calculer une grandeur. C est assez rare dans les activités proposées aux élèves en terminale S. Ils doivent cependant toujours se positionner en tant que scientifiques et identifier, en utilisant un vocabulaire pertinent, la notion à étudier (ici les propriétés différentes de deux énantiomères.).