"Mesurer pour comprendre, développer pour apprendre" est plus qu'un simple slogan ; c'est une philosophie qui révolutionne l'enseignement de la chimie et de la mesure.
En plaçant la mesure au cœur de l'apprentissage, nous permettons aux élèves de ne pas seulement observer, mais de véritablement comprendre les phénomènes chimiques. Grâce à des outils innovants comme les microcontrôleurs Arduino, les élèves peuvent fabriquer leurs propres instruments de mesure, transformant ainsi chaque expérience en une aventure de découverte et de création. En développant leurs propres solutions, les élèves ne se contentent pas d'apprendre des concepts théoriques ; ils acquièrent des compétences pratiques essentielles pour l'avenir. Ils apprennent à coder, à résoudre des problèmes, et à collaborer, tout en explorant les merveilles de la chimie. Cette approche interactive et inclusive rend la science accessible à tous, stimulant la curiosité et l'innovation. Ainsi, nous ne formons pas seulement des scientifiques, nous formons des penseurs critiques, des innovateurs, et des citoyens éclairés, prêts à relever les défis de demain. Rejoignez nous dans cette aventure éducative et transformons ensemble l'enseignement de la chimie !
Revisiter la pédagogie autour de la mesure en chimie
Dans l'enseignement des sciences, et particulièrement en chimie, la mesure est une clé pour comprendre les phénomènes qui nous entourent. Pourtant, les outils pédagogiques manquent parfois de flexibilité ou sont trop coûteux pour permettre aux élèves d’expérimenter librement. C’est là qu’intervient notre initiative : concevoir et fabriquer des instruments de mesure basés sur les microcontrôleurs Arduino, adaptés aux besoins de l'enseignement secondaire et post-bac. En développant ces outils, nous ne nous contentons pas de mesurer : nous donnons aux élèves les moyens de comprendre les principes scientifiques à travers l'expérimentation. Mais nous allons plus loin. En impliquant les étudiants dans la conception et le développement de ces instruments, nous leur offrons une approche active de l’apprentissage. Ils ne se contentent pas d'utiliser des appareils tout faits : ils les programment, les ajustent, les améliorent. Ce processus leur permet de développer des compétences essentielles en électronique, en programmation et en analyse de données, tout en consolidant leurs connaissances en chimie.
Pourquoi ces pages ?
Dans plusieurs articles que nous avons publiés dans l’Actualité Chimique depuis 2020, nous avons régulièrement proposé de développer des outils pour l’analyse physico-chimique à l’aide de microcontrôleur type Arduino. Ces articles soulignent le très faible coût associé à ces objets (moins de 20 € pour construire plusieurs instruments), et la possibilité de créer puis programmer des objets interactifs autonomes qui serviront à la mesure, tout en mobilisant lors de la création des instruments, de très nombreux concepts fondamentaux permettant de donner du sens à cette mesure.
Si des activités expérimentales conduisant à l’élaboration et à l’usage de ces outils peuvent être proposées dans les établissements de formation en présence des enseignants, ne pourrait-on pas aussi envisager de faire élaborer ces outils et de les faire utiliser dans d’autres lieux, voire même en l’absence d’enseignant, tout en menant une véritable démarche scientifique d’investigation ? Avec des matériels à très faible coût et des produits de la vie courante qui sont aisément disponibles et permettent d’opérer dans des conditions de sécurité où les risques sont minimisés, s’ouvrent de nouvelles opportunités pédagogiques, en présentiel ou à distance !
Kit de base Arduino
L'objectif de ces quelques pages est de présenter des problématiques et des situations qui peuvent être proposées pour certaines dès le collège, depuis l'élaboration d'un instrument jusqu'à sa mise en œuvre, en passant par l'évaluation des incertitudes associées aux mesures réalisées. Toutes les expériences proposées peuvent être réalisées avec des produits du quotidien, disponibles dans les commerces de proximité.
Le contenu des différents onglets :
Présentation du matériel (kit de base + photodiode et thermistance dans sonde étanche)
Mesure d'une température avec un thermistor
Applications à la calorimétrie (enthalpies de fusion, de dilution, de mélange et de réaction)
Absorption de la lumière par une solution colorée, lien entre couleur perçue et spectres
Construction d'une colorimètre et relation de Beer-Lambert
Développement d'un spectrophotomètre
Application de la colorimétrie à l'étude de la cinétique d'une réaction (oxydation de colorants alimentaires par de l'eau de javel)
Etalonnage d'un pH-mètre et estimation de l'incertitude sur la valeur retrouvée du pH
Construction d'un titrateur automatique
Moyenne d'un signal (moyenne basée sur un nombre de lectures, moyenne basée sur une durée, moyenne mobile exponentielle)
Documentation (premiers pas avec un microcontrôleur)
Les auteurs
Ces pages ont été élaborées suite à de très nombreuses discussions entre Stéphan Guy et Jérôme Randon, tous deux enseignants-chercheurs à l'Université Claude Bernard Lyon respectivement en physique et en chimie.
L'approche présentée a été mise en œuvre auprès d'étudiants en master MEEF parcours physique-chimie, en licence physique-chimie et largement développée avec les étudiants du master Analyse et Contrôle