III.5.1. Nouvelle version (TP2)

Nous présentons dans le tableau qui suit, le détail des niveaux de connaissances mises en jeu par les binômes concernant cette activité.

Tableau 78 : Répartition de la fréquence des types de liens dans les copies
Types de liens entre les niveaux de connaissances Fréquence d’apparition dans les copies

[o ; é] 24
[o; p] 22
[M.num] 11
[G ; o] 10
[p; G] 10
[é ; G] 9
[é ; p] 5
[G ; p] 4
[E ; é] 3
[E ; p] 3
[E ;G] 1
[G ; M.num] 1
[M.géo ; E] 1
Pas de réponse 6

Légende :

[é] : événement reconstruit

[o] : objet reconstruit

[p] : propriété reconstruite

[G] : grandeur

[E] : événement perceptible

[M.num] : modèle numérique

[M.géo] : modèle géométrique

Nous constatons, d’après le tableau ci-dessus, que la plupart des étudiants utilisent souvent les deux types de liens : [o ; é] et [o ; p], c’est-à-dire le lien entre les entités chimiques réagissant ensemble et la propriété de l’acide phosphorique.

Copie 4: Equations : H3PO4 =3H++PO43-

H3PO4+OH- = H2PO4- + H2O

H2PO4- + OH- = HPO42- + H2O

H3PO4+2OH- = HPO42- + 2H2O

HPO42- +OH-=H2O+PO43-

H3PO4+3OH- =3H2O+PO43-

pour V1 correspond à la neutralisation de 1ère acidité H2PO4-

V2 correspond à la neutralisation de la 2ème acidité HPO42-

La forte fréquence d’apparition de ces deux types de liens montre l’évolution dans la réflexion de l’apprenant. Ce dernier utilise dans son raisonnement souvent le monde reconstruit, en faisant en quelque sorte abstraction au monde perceptible.

Cette évolution dans les réflexions est due à la manière dont nous avons posé les questions, puisque nous avons des TP basés sur l’expérience et la réflexion.

Le tableau 78, montre que l’événement reconstruit est utilisé souvent en relation soit avec l’objet reconstruit, soit avec une grandeur puisqu’elle est mesurable ou calculable.

Nous présentons par la suite, les différents liens qui sont en relation avec l’événement reconstruit dans les différentes copies :

Le lien entre les objets reconstruits (entités chimiques présentes) et l’événement reconstruit (réaction chimique),

Copie 5 : H3PO4+H2O  H2PO4- +H3O+

H2PO4-+H2O  HPO42-+H3O+

HPO42-+H2O PO43-+H3O+

Equation du dosage H3PO4+NaOH HPO42-+2Na+ n(H3O+)=n(OH-)

Or n(H3O+) = n(H3PO4)=CAVA

CAVA=CBV1 donc CA=CBV1/VA

n(H3PO4)=CAVA

Dans sa réponse à la question posée, le binôme 25 se contente d’écrire les différentes équations chimiques relatives à chaque réaction et par la suite, il se lance à faire des calculs de concentration et de quantité de matière sans que ces derniers ne leurs soit demandés.

Le lien entre l’événement reconstruit (équivalence) et les grandeurs (volumes),

Copie 28 : Il y a deux volumes d’équivalence :

1ère équivalence : le 1er volume (5,5mL) pour arracher un seul proton H+

2ème équivalence : 2ème volume(10,5mL) pour arracher deux protons H+

il ya une acidité très forte V2>V1 les deux acidités sont presque de même acidité

Pour donner les caractéristiques de l’acide phosphorique en solution aqueuse, ce binôme se base par une justification utilisant les volumes d’équivalence, pour pouvoir dégager une propriété de l’acide.

Le lien entre l’événement reconstruit (réaction chimique) et les propriétés (acidité),

Copie 25 : Sachant que l’acide phosphorique H3PO4 est un triacide : les différents volumes d’équivalence du au nombre d’acidité et de libération des ions H+ : 3 acidités sont de forces très différentes :

1ère acidité : acidité moyennement forte elle correspond à

H3PO4 + H2O  H2PO4- + H3O+

2ème acidité : acidité faible, on a : H2PO4- + H2O  HPO42- + H3O+

*3ème acidité : acidité très faible : HPO42- + H2O  PO43- + H3O+

Pour pouvoir dégager une propriété de l’acide phosphorique, ce binôme utilise comme justificative la réaction chimique.

Le lien entre l’événement reconstruit (point d’équivalence) et l’événement perceptible (saut de pH),

Copie 9 : Pour un triacide on constate deux points d’équivalence on remarque deux sauts seulement car le triacide devient faible ce qui explique l’absence de 3ème saut.

Dans ces deux cas, le point d’équivalence est catégorisé comme étant un événement reconstruit, car il représente, pour ces deux binômes un état du système réactionnel et non pas un point de la courbe.

Toutefois, la troisième ligne du tableau 78 montre que quelques étudiants (11 binômes) se limitent à l’utilisation du modèle numérique pour calculer la concentration de l’acide phosphorique sans que le texte du TP le mentionne :

Copie 6 : H3PO4 est un triacide donc pour V1 ajouté on a neutralisée la 1ère acidité de H3PO4

H3PO4 + OH-  H2PO4- + H2O

Pour V2 ajouté, on a neutralisé à la fois la 1ère et la 2ème acidité de H3PO4.

H3PO4 + OH-  H2PO4- + H2O

H2PO4- + OH-  HPO42- + H2O

Donc pour V2 : nH3PO4=2nOH- ceci est le résultat de la neutralisation de la 1ère et de la 2ème acidité, à la 2ème équivalence on a donc CH3PO4VH3PO4 = 2(COH-VOH-)

Nous pouvons dire que ce résultat est en rapport avec la pratique d’enseignement, puisque les étudiants sont habitués, dans la plupart des cas à faire des calculs dans les dosages. A titre d’exemple, dans l’ancienne version de ce TP, les deux questions qui existent pour ce dosage sont les suivantes :

Calculer dans les deux cas la concentration molaire de la solution en H₃PO₄ (Ca),
Calculer le titre massique (P = 31 ; O = 16)

De manière générale, cette activité conduit la plupart des étudiants à prendre en compte les 3 niveaux de connaissances suivants : l’événement reconstruit, l’objet reconstruit et la propriété reconstruite. Ce résultat montre qu’il y a évolution dans le raisonnement de l’apprenant, puisque ce dernier se base sur le monde reconstruit dans ses justificatives et non pas sur le monde perceptible.

Toutefois, nous constatons que les binômes utilisent en seconde position le lien entre l’événement reconstruit et la grandeur puisque ce dernier niveau est mesurable et calculable, ce qui confirme notre résultat cité auparavant, que l’apprenant doit systématiquement faire des calculs pour valider ses réponses.