Projet : Ecole Compétences -Entreprise REALISER UNE SPECTROPHOTOMETRIE

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1 Projet : Ecole Compétences -Entreprise SECTEUR 9 SCIENCES APPLIQUEES ' : ORIENTATION D ETUDES TECHNICIEN / TECHNICIENNE CHIMISTE COMPETENCE PARTICULIERE VISEE : REALISER UNE SPECTROPHOTOMETRIE Formation en cours de Carrière Avec l aide du Fonds Social Européen Outils pédagogiques construits selon l approche par les compétences

2 2 L objectif de ce document est de traduire une compétence particulière en situation d apprentissage Quelques caractéristiques de ce document avant la lecture : - La compétence est présentée en terme d objectif pédagogique à atteindre - La situation d apprentissage est introduite par une situation-problème qui donne un sens à l apprentissage. Celle-ci est tirée d expériences du monde professionnel. Il s agit de la phase découverte, 1 ère étape de l acquisition de la compétence. (Phase I 1) - Les liens avec les compétences générales constituent la structuration, 2 ème étape de l acquisition de la compétence (Phase I 2) - La réalisation de l apprentissage est l étape d exercisation de la compétence (Phase II) - Les conclusions sous forme de réponses à la situation-problème et l évaluation sont la preuve de la maîtrise de l acquisition de la compétence (Phase II) - L augmentation du champ d application est la possibilité de transfert de la compétence (Phase III) Dans le cadre de la pédagogie différenciée, il s agit de mettre l élève dans une situation nouvelle qui lui permette d adapter la maîtrise de la compétence. Il peut s agir aussi d exercer certaines compétences du profil de formation. - La situation d apprentissage est développée sous forme d un tableau à trois colonnes. La 1 ère colonne concerne le pôle des savoirs, savoir-faire et attitudes, composants de toute compétence. La 2 ème colonne est intitulée le pôle de l enseignant. Elle met en évidence les différentes stratégies d enseignement mises en place par le professeur pour faire acquérir la compétence. La 3 ème colonne reprend le pôle de l élève. Elle définit les stratégies d apprentissage de l élève, ce qu il fait pour acquérir la compétence. L intérêt de cette formalisation est la liaison permanente entre ces 3 pôles.

3 3 SITUATION D APPRENTISSAGE N 16 DE LA MATRICE DES OBJETS DE FORMATION COMPETENCE PARTICULIERE : REALISER UNE SPECTROPHOTOMETRIE. OBJECTIF OPERATIONNEL DE 1 er NIVEAU Effectuer seul(e),une spectrophotométrie dans un temps donné, avec habiletés techniques, dans le respect des règles de sécurité, d hygiène, de protection de l environnement. PRESENTATION : CETTE SITUATION D APPRENTISSAGE EST DISPENSEE EN 6 EME LABORATOIRE PAR SEMAINE. ANNEE D ETUDE, PENDANT 5 SEMAINES DU.. AU, A RAISON DE 8 H. DE DESCRIPTION : L OBJECTIF DE CE MODULE EST DE DEVELOPPER CHEZ L ELEVE, DES HABILETES LUI PERMETTANT DE REALISER CETTE ANALYSE DE MANIERE EFFICACE ET DE LUI FACILITER L APPROPRIATION DES PRINCIPES PHYSIQUES ET CHIMIQUES AFIN D UTILISER CETTE PRATIQUE A DES FINS D ANALYSE DANS DES CONDITIONS DIFFERENTES.

4 4 RAPPEL DU PROCESSUS DE TRAVAIL : - identifier le mode opératoire - appliquer les règles de préparation des solutions d analyse et de prélèvement d échantillons - organiser les séquences des opérations - expliquer chaque étape de la manipulation - vérifier les résultats et les paramètres - réagir à tout dysfonctionnement ou anomalie - assurer la maintenance

5 5 EXEMPLE DE SITUATION-PROBLEME : Une industrie sucrière déverse dans le ruisseau avoisinant de l eau résultant de ses procédés de fabrication. La question est de savoir si la teneur en matières organiques de l eau en aval de l usine est conforme aux normes de qualités en vigueur. La sucrerie respecte t-elle les règles de protection de l environnement? POLE DES SAVOIRS, SAVOIR-FAIRE, POLE DE L ENSEIGNANT : POLE DE L ELEVE : ATTITUDES STRATEGIES D ENSEIGNEMENT. STRATEGIES D APPRENTISSAGE. Symbolise les liens avec les compétences générales. I) INTRODUIRE LA SITUATION D APPRENTISSAGE PAR DES DONNEES EN RELATION AVEC LA SITUATION PROBLEME. 1. Développer la situation-problème A partir de données expérimentales et bibliographiques, développer chez l élève une attitude de recherche d un principe d analyse. Mise à disposition de l élève de documents bibliographiques et de données expérimentales : 1. Documents bibliographiques Exploitation des données par groupe d élèves : Emergence de 3 thèmes de recherche : - la pollution des eaux - l eutrophisation des rivières - les résultats d analyse de certains paramètres de pollution dans des rivières proches de l industrie - les mécanismes de pollution des eaux par les matières organiques - les paramètres de mesure de la pollution et les textes réglementaires - les techniques de mesure de ces paramètres Ces recherches ont lieu dans des livres ou sur

6 internet 6 Valorisation de l autonomie de l élève par un travail de recherche et de synthèse Valorisation d un enseignement mutuel par apport aux autres des résultats de la recherche Proposition d un paramètre de mesure de la pollution : la DCO ; demande chimique en oxygène Rédaction d une synthèse par sujet de recherche Présentation orale structurée de la recherche aux autres élèves ; utilisation d outils de communication : documents de synthèse, rétro-projecteur, tableau, etc. Comparaison des différents paramètres ; justification du choix de la DCO 2. Données expérimentales Présentation d une expérience(n 1) à faire Valorisation du processus de travail réaliser par les élèves : - 5 tubes à essai contiennent la même Observations : concentration de KMnO4, en milieu acide - la couleur initiale de la solution est mauve - des quantités différentes de méthanol - plus la concentration de méthanol augmente, (matière organique) sont déversées dans plus la solution devient incolore chacun des tubes, mis à l étuve pendant 24 heures Mise à disposition des élèves d une donnée expérimentale supplémentaire(n 2) : - une solution de KmnO4 est mauve - une solution de MnCl2 est incolore Recherche de conclusions par intégration des données ; l élève établit un lien - entre les variations de couleur et une réaction d O.R. - entre la consommation de KMnO4 et l oxydation des matières organiques Se situer au regard d une nouvelle technique. Présentation de la spectrophotométrie par formalisation du principe Sensibilisation des élèves à apprendre une nouvelle technique qui permet de répondre à la question de la situation-problème

7 7 Notation du principe de la spectrophotométrie : une technique qui permet de connaître une concentration de produit par variation de couleur de la solution 2. Etablir des liens d application avec les modules de compétences générales. A. Compétence n 2 : appréhender et appliquer les règles de sécurité, d hygiène et de protection de l environnement 2 Les règles de sécurité, de propreté et d hygiène. Vérification des pré-requis : administration d un questionnaire sur les précautions à prendre lors des manipulations d acides, d oxydants puissants, d eaux polluées et lors du choix du petit matériel. Sensibilisation au respect des règles de sécurité, d hygiène, de propreté par : - la vérification de l état de propreté du petit matériel - la notification des précautions à prendre lors des manipulations. Les conditions de stockage des produits utilisés. Proposition d un exercice de simulation pour mettre en évidence les conséquences d un mauvais stockage ou l utilisation de produits périmés lors d une analyse spectrophotométrique. Mise en évidence par expérimentation : réaliser une spectrophotométrie à partir d une solution de permanganate oubliée dans un récipient mal bouché puis d une solution nouvellement réalisée. Le professeur met à la disposition de l élève une solution «usée» et une solution «fraîche» de permanganate censées avoir la même concentration.(expérience n 2) Valorisation du processus de travail Comparaison des résultats Notation des conclusions

8 8 Les conditions de stockage des solutions usées après expérimentation Conditionnement par affichage des consignes. Mise à disposition d un récipient pour récolter les solutions usées. Notation des consignes en relation avec le respect des règles de protection de l environnement, de propreté du laboratoire et de sécurité. Vérification des acquis Proposition de remédiation Evaluation sommative B. Compétence n 3 : appliquer les lois de la chimie générale 3 La réaction d O.R Présentation d un questionnaire sur les termes de cette réaction Vérification de ses acquis Adaptation de la réaction d O.R. à la demande chimique en oxygène Intégration des données par recherche de l équivalence molaire et massique entre le pouvoir oxydant du KMnO4 et de l O2 Vérification des acquis Proposition de remédiation Evaluation sommative C. Compétence n 4. appliquer les procédés de la chimie analytique 4 L émission et l absorption d énergie par l atome et la molécule Illustration de la spectrophotométrie par différents documents :cassettes vidéo, CD rom, documents internet, etc Ecoute Prise de notes. Les caractéristiques d une onde lumineuse : longueur d onde, fréquence, amplitude Exposé des notions théoriques. Intégration des données théoriques : comparaison des types de spectrophotométrie, expliquer leur principe physique de fonctionnement

9 9 La transmittance et l absorbance d un rayon lumineux La définition d une lumière monochromatique Proposition d une expérience (n 3): une lumière blanche, traversant une cuve d eau est diffractée par un prisme, il apparaît sur l écran le spectre visible de la lumière blanche. Si l eau est remplacée par des solutions de concentration croissante de KMnO4,il y a apparition de certains spectres sur l écran et disparition d autres. Valorisation du processus de travail Notation des couleurs présentes sur l écran Comparaison avec le spectre de la lumière blanche Prise de conscience du phénomène qualitatif d absorption d une lumière La loi de Beer-lambert Présentation de la formule de Beer-Lambert Intégration par l application à la formule de données numériques Utilisation de la relation entre l absorption d une lumière monochromatique et la concentration d un produit dans la spectrophotométrie. Vérification des acquis Proposition d une remédiation Evaluation sommative

10 10. II REALISER L APPRENTISSAGE DE LA NOUVELLE TECHNIQUE EN APPLIQUANT LE PROCESSUS DE TRAVAIL ET EN UTILISANT LES LIENS FONCTIONNELS DE CERTAINS MODULES DE COMPETENCES GENERALES A. Identifier le spectrophotomètre et son principe de fonctionnement. 10 Mise à disposition du mode d emploi en anglais et de fiches techniques. Consultation du mode d emploi en anglais et recherches dans le dictionnaire chimique français-anglais Lien d application avec la compétence n 10 : appliquer le vocabulaire technique en anglais Mise en valeur de l autonomie de l élève par consultation de documents et fiches techniques. Intégration des composants de l appareil Questionnaire sur la notice rédigée en anglais Entraînement à l anglais technique B. Identifier les différentes étapes de l utilisation du spectrophotomètre. 1 Réglages. Mise en situation : réglage du zéro et de 100% d absorption Sensibilisation à la compréhension du réglage 2 Identification des gestes de précaution lors des manipulations. Mise en situation : manipulation de l appareil Sensibilisation à l importance de gestes délicats, exemples : ne pas laisser tomber le couvercle, ne pas laisser d empruntes sur la cuvette 3 Repérage de la longueur d onde du maximum d absorption. Proposition d une expérience (n 4): mesurer la transmittance et l absorbance d une solution diluée de KMnO4 en choisissant une gamme de 20 longueurs d onde comprises entre le violet (400nm) et le rouge (800nm) Organisation des résultats des mesures d absorbance et transmittance sous forme de tableaux

11 11 Réalisation des graphiques de : - T= f (λ) - A= f (λ) Comparaison des graphiques Repérage de la longueur d onde du maximum d absorption qui servira de référence pour l expérimentation avec KMnO4 4 Etalonnage Mise en situation : proposition d une expérience (n 5 ): en travaillant avec la longueur d onde d absorption, réaliser le graphique de A en fonction de la concentration de KMnO4 Notation des résultats sous forme de graphique Intégration de la notion d étalonnage par la mise en évidence de la linéarité du graphique Rédaction des procédures d étalonnage 5. Fiabilité Valorisation de l autonomie de l élève : amener l élève à trouver les conditions de fiabilité de l appareil, en se basant sur l expérience précédente Découverte des conditions de fiabilité : une même mesure réalisée plusieurs fois fournit les mêmes résultats Mise en évidence de la zone de fiabilité, c à d la zone de linéarité du graphique. Rédaction de la justification de l utilisation des concentrations de KMnO4 dans la zone de linéarité

12 12 C. Appliquer la technique de spectrophotométrie Réaliser des mesures de DCO de 3 échantillons d eau provenant de la rivière en aval de l industrie, prélevés à 100 m. de distance Application de la technique d analyse spectrophotométrique aux 3 échantillons Présentation à l élève des conditions de réalisation des mesures en donnant les critères d évaluation de l acquisition de la compétence. Rédaction d un rapport global de l apprentissage mentionnant : - le respect des étapes du processus de travail - la démarche à suivre pour répondre à la situation-problème - l organisation des résultats obtenus - la comparaison des valeurs de DCO obtenues avec les paramètres réglementaires - les conclusions tirées d après les mesures réalisées Vérification de l acquisition des étapes du processus de travail Evaluation formative de l apprentissage des étapes du processus de travail Présenter d autres échantillons à analyser Evaluation de la compétence en respectant les critères d évaluation Réalisation d une analyse spectrophotométrique en vue de l évaluation

13 13 III AUGMENTER LE CHAMP D APPLICATION DE LA COMPETENCE : ETABLIR DES LIENS FONCTIONNELS AVEC DES COMPETENCES GENERALES 1 Compétences n 7 et/ ou 17 : utilisation de la spectroscopie en chimie organique, en biochimie, Présentation de différentes utilisations de la spectroscopie lors de stages,visites, ou par mise à disposition de documents Sensibilisation aux applications d une technologie aux différents domaines de la chimie. Possibilité d expérimentation 2 Réalisation d une spectrophotométrie dans des conditions différentes de celles de la manipulation.. Présentation de différents modes opératoires applicables à la spectrophotométrie : le professeur choisit des protocoles expérimentaux présentant une différence de résultats par rapport à la situation initiale. Exemples :.Valorisation du processus de travail Adaptation à une nouveauté expérimentale : justification de la démarche ou de la méthode utilisée - une mesure de la DCO à partir d une réaction d oxydation de matières organiques par du K2Cr2O7. L élève devra réagir à une courbe d absorption à 2 pics - un dosage d un cation par compleximétrie. L élève devra réagir à la notion de complexe Rédaction d un rapport d analyse 3 Identifier les différents types de spectrophotométrie : Mise à disposition de l élève de documents multimedia ou bibliographiques présentant les formes de spectrophotométrie : I.R., U.V., visible, émission Travail en autonomie : rédaction d un tableau comparatif des types de spectrophotométrie Validation du tableau par l enseignant

14 4 Compétence n 9 : Utiliser les commandes d un automate et d un ordinateur Informations sur les technologies rencontrées en stage Sensibilisation à la découverte de nouvelles techniques en stage et à la rédaction de l apprentissage 14 5 Compétence n 21 : Appliquer les différentes techniques de communication appliquer la notation structurée des données expérimentales, de l objet de la mesure, des résultats obtenus et des conclusions. Présentation des différents modes de communication des résultats de l analyse spectrophotométrique. Sensibilisation à la rédaction d un rapport d analyse en vue de sa diffusion au sein du service. 6 Compétence n 21 : Appliquer les différentes techniques de communication : noter un dysfonctionnement du spectrophotomètre, des résultats aberrants, l adaptation de la démarche expérimentale en fonction d un élément nouveau. 7 Compétence n 23 : Appliquer les éléments de la réglementation du travail respecter la réglementation du travail. Présentation de l importance de communiquer tout dysfonctionnement ou tout résultat aberrant. Adaptation de la réglementation du travail à la spectrophotométrie. Sensibilisation aux différentes formes de communication de données dans le monde du travail. Sensibilisation à la maintenance des appareils ;au passage de l information de toute anomalie dans le laboratoire vers les collègues et responsables. Sensibilisation au respect de la réglementation du travail.

15 15 OBJECTIF OPERATIONNEL DE PREMIER NIVEAU CRITERES D EVALUATION Effectuer seul,une spectrophotométrie dans un temps donné, avec habiletés techniques, dans le respect des règles de sécurité, d hygiène, de protection de l environnement. Mesure de l autonomie. Recherche d une valeur de concentration avec moins de 0,1% d erreur. Durée d une heure. Respect de la chronologie des opérations. Habiletés dans les gestes techniques. Respect des règles de sécurité. Respect des règles de propreté Respect de l environnement Respect du travail en silence. Utilisation du guide technique en anglais. Explication et justification des étapes de la manipulation. Explication des principes physiques et chimiques impliqués dans cette manipulation.

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