L’énergie des aliments et l’énergie du feu est-elle la même ?

Quelle préparation pour que l’expérience ait du sens  ?

Avant l’évènement, l’enseignant, le chercheur se sont retrouvés pour définir le protocole exact, mais aussi pour discuter des questions didactiques.

Pour que l’expérience ait un maximum de sens, nous avons discuté qu’il faudrait que les élèves aient (au moins) une question à laquelle l’expérience puisse donne un réponse (au moins partielle, car en science les répons définitives sont rares…).

« Aient une question » cela implique qu’ils possèdent la question (= ils veulent savoir) et ils ont compris la question.

Une expérience a du sens si elle répond à un problème ou aide à comprendre mieux ce problème…

Une difficulté classique est que le problème que les chercheurs se posaient en concevant l’expérience n’est pas forcément un problème pour les élèves : soit ils ne l’ont pas compris, soit ils ne s’y intéressent pas.

Est-ce que les élèves sont venus résoudre un problème  scientifique ?

Comment intéresser les élèves au problème scientifique que l'expérience résout ?

Autant le chercheur veut ardemment trouver la réponse à une question, pour publier, l’élève ne voit pas tout de suite pourquoi refaire une expérience dont on connait le résultat. Du coup les stratégies et les procédures du chercheur n’ont pas vraiment de sens pour les élèves et s’ils font les mêmes gestes que le chercheur… ils n’en tirent pas forcément les mêmes apprentissages.

Ainsi sans problème à résoudre il n’y a guère de vraie expérimentation, peut-être de la manipulation, l’excitation d’utiliser des appareils impressionnants, la fascination de voir des phénomènes inhabituels. Ce sont des facteurs importants de motivation à faire de la science,..

Manipuler ne suffit pas ; est-ce que les élèves font de la science : pratiquent  la confrontation entre un  modèle et la réalité qui est au coeur des sciences expérimentales ?

Un obstacle prévu

Parce que l’enseignant – très expérimenté – connaissait bien les obstacles à la compréhension chez les élèves il a identifié que l’énergie qui se manifeste dans le feu n’est pas perçue comme la même que l’énergie que les aliments nous donnent.

  • Comment prendre en compte les conceptions des élèves qui ne voient probablement pas les énergies de combustion dans le même registre que les calories alimentaires. Le fait de faire brûler le chocolat visait à aider à faire le lien entre les deux registres : le chocolat est un aliment – quand il brule il est aussi un combustible sur le type de substances qui brûlerait et celles qui

Il a suscité une discussion qui fait apparaître cette différence et d’y intéresser les élèves.

Des expériences qui surprennent, qui mettent en défaut les conceptions obstacle des élèves ...La question évoquée était :

« Peut-on considérer un aliment comme un combustible ? « 

Le calorimètre y répond, mais il est opaque… Comment faire pour que les élèves s’imaginent ce qui se passe dans le calorimètre qui est complètement opaque et dans un Dewar ?

Le chocolat brûle en présensce d'oxygène !
Le chocolat brûle en présence d’oxygène !

La proximité du Chimiscope avec une chapelle transparente a permis de monter une petite démo où un bout de chocolat a été allumé au chalumeau. A l’air il brulait plutôt mal, puis un apport d’oxygène l’a fait brûler d’une flamme vive.

Ainsi les élèves ont pu plus facilement s’imaginer ce qui se passe dans le calorimètre, et leurs conceptions et l’enseignant espérait ainsi que les élèves sont allés à l’expérience avec une  question : « Combien de calories dans un gramme de chocolat lorsqu’il brûle ? »

Leur question?

Cette pré-expérience visait donc à ce que les élèves arrivent avec une question qu’ils ont envie de traiter : elle leur appartient et ils l’ont comprise …

Pourquoi s’intéresser à cet obstacle et pas simplement enseigner clairement aux élèves ?

On le sait, les élèves commettent souvent les mêmes erreurs d’année en année et les enseignants s’énervent souvent ou martèlent les savoirs de référence pour mieux éliminer les erreurs.Sans plus de succès…

« J’ai souvent été frappé du fait que les professeurs de sciences, plus encore que les autres si c’est possible, ne comprennent pas qu’on ne comprenne pas. Peu nombreux sont ceux qui ont creusé la psychologie de l’erreur, de l’ignorance et de l’irréflexion.» (Bachelard, 1947) p. 17

Susciter les questions d’abord avant d’y répondre ?  C’est ce que l’enseignant a tenté de faire.

L’expérience effectuée confrontait « leurs conceptions du contenu qui se trouvent prises à rebours » (J.-P. Astolfi, 2008) et qui sont susceptibles de provoquer des ruptures, des discordances avec les conceptions des apprenants et qui pourront être développées pour produire les changements conceptuels recherchés.

Quelques repères pour la préparation d’une manip dans un labo …

Pour que l’expérience ait un maximum de sens, nous avons discuté qu’il faudrait que les élèves aient (au moins) une question à laquelle l’exp puisse donne un réponse (au moins partielle, En science les répons définitives sont rares…) « Aient une question « , cela implique qu’ils possèdent la question (= ils veulent savoir) et ils ont compris la question.

La question évoquée pourrait être « Peut-on considérer un aliment comme un combustible ?  »

On pourrait aussi

  • Les faire émettre des hypothèses sur les mesures attendues en brûlant le chocolat ?
  • Les faire essayer d’imaginer comment on pourrait mesurer la production de chaleur (Travailler la compétence « Concevoir un plan expérimental » du CO)
  • Eventuellement discuter la nécessité de l’oxygène sous pression ?
  • Discuter l’effet des capacités caloriques du Dewar etc.

On pourrait repartir avec la question :

« Est-ce que c’est l’oxygène qui a l’énergie ou c’est le chocolat ? »

Cette question permet de discuter, de faire comprendre que l’énergie est dans la liaison.
Elle lie joliment chimie biologie et physique : on peut l’aborder de plusieurs angles !

Les données à la main ou à l’ordinateur ?

Un vrai débat didactique : entre le souci que les élèves comprennent bien ce qu’ils font en plaçant des points sur un papier millimétré et d’un autre coté  la facilité de produire un graphique qui libère du temps de discussion et de réflexion…

Les données de ces mesures préliminaires faites par Juan Carlos Fallas sont disponibles pour les membres Expériment@l

Sources

  • Bachelard, G. (1947). La formation de l’esprit scientifique: Vrin Paris;.
  • Astolfi, J.-P. (2008). La saveur des savoirs. Disciplines et plaisir d’apprendre. Paris: ESF.

Ce qui s’est passé avec la classe avant, durant  et après :des éclairage dans le plan des Savoirs en classe.

Ce que ces données pourraient vouloir dire est discuté dans un petit article qui discute comment  la digestion détermine les calories effectivement absorbées : Un éclairage « Perspective sur les savoirs».

Le concept d’énergie  a des sens très différents pour les élèves dans le contexte de l’alimentation et de la physique notamment pour le feu. L’énergie des aliments et l’énergie du feu est-elle la même ? Un éclairage « Perspective sur les savoirs »

Les méthodes de mesure et le contexte théorique qui fonde la mesure sont décrits icidans un article du Dr. Hans Hagemann. Éclairage Savoirs en science

Les élèves sont repartis avec des données de température en fonction du temps qu’ils ont produites eux-mêmes : AuthenTIC.

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