Scénario pédagogique

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Identification

Niveau scolaire: deuxième secondaire

Matière: sciences physiques

Auteur du scénario:

Alain Desautels

Alain_Desautels@csrs.qc.ca








Objectifs de sciences physiques

Programme d'études de sciences physiques du ministère de l'Éducation du Québec.

O.T. 2.1 Distinguer un minéral d'une roche
2.1.1 Définir opérationnellement minéral et roche
2.1.2 Comparer les caractéristiques d'un minéral et d'une roche
2.1.3 Reconnaître qu'une roche n'a pas la même histoire qu'un minéral
O.T. 2.1 Identifier les principaux minéraux en utilisant leurs propriétés
2.2.1 Déterminer l'éclat d'un minéral
2.2.2 Déterminer la couleur de la masse d'un minéral en observant une cassure fraîche
2.2.3 Déterminer la couleur du trait d'un minéral en le frottant sur une plaque de porcelaine non émaillée
2.2.4 Mesurer la dureté d'un minéral à l'aide de l'ongle ou d'une pointe d'acier
2.2.5 Déterminer si un minéral possède un clivage
2.2.7 Déterminer la masse volumique d'un solide (roche ou minéral)
2.2.8 Déterminer, à l'aide d'un petit aimant, si un minéral est magnétique
2.2.9 Déterminer, à l'aide du test à l'acide, si un minéral est effervescent
2.2.10 Utiliser une clé d'identification des minéraux basée sur les principales propriétés caractéristiques: éclat, couleur de la masse, trait, dureté, clivage, densité relative, magnétisme et effervescence
O.T. 2.3 Décrire l'usage des principaux minéraux
2.3.4 Identifier l'origine des constituants d'un objet usuel










Description de l'activité pédagogique


Le scénario pédagogique suivant permet aux élèves d'identifier 18 minéraux utilisés dans le cours de sciences physiques. J'ai séparé le scénario en cinq sections selon les cinq périodes de 75 minutes dont je me suis servi pour réaliser ce projet.

Période 1: 75 minutes

Temps: 10-15 minutes

Dans un premier temps, j'ai expliqué aux élèves le déroulement de l'activité. Je leur ai montré les 18 minéraux en leur disant qu'il devraient être capable de les identifier dans quelques cours. Je leur ai aussi dit qu'ils auraient à me faire un tableau à l'aide d'un traitement de texte et qu'ensuite, il y aurait une série de sept expériences qui devraient leur permettre d'identifier leurs minéraux grâce au site Internet: La Caverne.

Temps: 35-40 minutes

Dans un deuxième temps, nous sommes allés au laboratoire d'informatique. Chaque élève avait un ordinateur et ils devaient me créer le tableau suivant avec Corel Word Perfect 8.0:

# Couleur du minéral Couleur du trait Dureté Clivage Eff. Magn. Masse volumique Identification Utilisation

Puisque nous ne possédons pas dans ce local de logiciels (Lanschool,...) ou d'appareils (Robotel,...) permettant aux élèves de voir ce que je fais à l'écran, j'ai dû reproduire l'entête des colonnes au tableau et j'ai ensuite expliqué oralement les techniques utilisées pour la création du tableau.

  1. Pour pouvoir imprimer leur tableau en utilisant la longueur de la feuille, les élèves devaient sélectionner la séquence suivante dans le menu déroulant:"Format", "Page", "Mise en page", "Paysage" et "OK".
  2. Pour utiliser au maximum la surface de la feuille, les élèves devaient mettre les marges au minimum en utilisant "Format", "Marges". Ensuite, en utilisant les flèches, on met les marges au minimum.
  3. Pour aligner leur nom à droite, ils devaient utiliser les touches suivantes: "ALT-F7". Ils doivent laisser la touche "ALT" enfoncée et appuyer sur "F7", puis ils écrivent leur nom. Ils appuient ensuite deux fois sur "Entrée" pour laisser un espace entre leur nom et le futur tableau.
  4. Afin de créer le tableau, les élèves ont utilisé la séquence suivante dans le menu déroulant: "Insertion" et "Tableau". Ils devaient ensuite inscrire 10 pour le nombre de colonnes et 19 pour le nombre de rangs. Ils cliquaient ensuite sur "OK". Le tableau se créait automatiquement.
  5. Dans la première rangée, ils devaient reproduire ce que j'avais écrit au tableau. Pour certains élèves, j'ai dû montrer comment faire pour changer de cellule, soit avec la touche "Tab" ou à l'aide de la souris.
  6. Lorsque chaque colonne fut identifiée, les élèves devaient rapetisser les huit premières au minimum et agrandir les deux dernières (Identification et Utilisation). La colonne "Utilisation" étant la plus grande. J'ai dû vérifier la largeur pour à peu près tous les élèves. Certains élèves qui avaient complèté correctement leur tableau, m'ont donné un coup de main pour vérifier les tableaux.
  7. Lorsque les tableaux furent vérifiés, les élèves les ont imprimés en passant par le menu déroulant: "Fichier" et "Imprimer" puis ils cliquaient sur la touche "Imprimer". Certains connaissaient déjà l'icône "Imprimer" et ils s'en sont servi. Les élèves devaient conserver précieusement leur tableau pour les prochains cours.

Temps: 15-20 minutes

Après l'impression du tableau, j'ai invité les élèves à se rendre au site de La Caverne (http://station05.qc.ca/csrs/Caverne/) afin qu'ils se familiarisent avec la structure du site. Je leur ai fortement suggéré d'explorer la section "La clef aux trésors" qui est, en fait, une clef d'identification des roches et des minéraux. Je leur ai demandé de lire attentivement cette section et en particulier la partie sur les minéraux, parce qu'ils étaient pour s'en servir. Suite à ces commentaires, les élèves ont exploré le site de façon individuelle pour la première fois.

Période 2: 75 minutes

Temps: 5-10 minutes

Au début du cours, j'ai expliqué aux élèves qu'ils étaient pour effectuer différents tests afin d'identifier 18 minéraux et que leurs résultats seraient compilés dans le tableau qu'ils avaient créé au dernier cours. Les élèves allaient ensuite chercher une boîte de minéraux par équipe de deux. Ces boîtes sont en bois et elles sont séparées en 18 sections. On peut aussi se servir de boîtes d'oeufs. Chaque minéral possèdait un numéro écrit avec du liquide correcteur. Les minéraux et leurs numéros étaient les suivants:

Naturellement les élèves ne connaissaient pas le nom des minéraux. En plus de la boîte de minéraux, chaque équipe devait prendre le matériel suivant:

  • Une plaque de porcelaine non émaillée pour déterminer la couleur du trait.

  • Une pièce d'un cent et un clou en acier pour déterminer la dureté.

  • Une bouteille d'acide chlorhydrique à 10% avec un compte-goutte pour effectuer le test d'effervescence.

Temps: 5 minutes

Après avoir pris le matériel, chaque élève complétait la première colonne du tableau en inscrivant les nombres apparaissant sur les minéraux soit: 4, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 20, 22, 23, 25 et 27.

Temps: 10 minutes

Pour la couleur du minéral, j'ai expliqué qu'il fallait observer la couleur extérieure et d'essayer de décrire la couleur du mieux qu'ils le pouvaient. Je leur ai aussi dit que la couleur du minéral s'observe habituellement sur une cassure fraîche parce que la surface peut s'oxyder et changer de couleur. Mais étant donné que la quantité de nos échantillons étaient limitées, il fallait se contenter d'observer l'extérieur. Les élèves complétaient la 2e colonne: "Couleur du minéral".

Temps: 5 -10 minutes

Pour la couleur du trait, j'ai montré la technique pour l'obtenir. Il s'agit de frotter l'échantillon sur une plaque de porcelaine non émaillée et d'y regarder la couleur du trait qui y est laissé. En plus de la couleur qu'ils observaient, j'ai demandé aux élèves de rajouter, dans la colonne "Couleur du trait", la lettre "F" si le trait était de couleur foncée (brun, rouge, noir, gris,...) ou la lettre "P" (pâle) s'il n'y avait pas de trait ou si la couleur du trait était blanche.

Temps: 10 - 15 minutes

Pour mesurer la dureté, les élèves se servaient d'une pièce d'un cent en cuivre et d'un clou en acier (clou à ciment). Il suffit d'essayer de rayer l'échantillon avec le cent et le clou. J'avais écrit au tableau:

  • Dureté entre 0 et 3: rayé par une pièce d'un cent

  • Dureté entre 3 et 5,5: non rayé par une pièce d'un cent mais rayé par le clou

  • Dureté supérieure à 5,5: non rayé par le clou

Il faut cependant spécifier aux élèves que dans certains cas, une marque de couleur cuivrée est laissée sur le minéral par le cent. Dans ce cas, ce n'est pas le cent qui raye l'échantillon mais l'inverse. La dureté serait donc supérieure à 3. Il reste à vérifier si cet échantillon est rayé par le clou. J'ai demandé aux élèves d'inscrire dans la colonne "Dureté": "0 et 3", "3 et 5,5" ou "> 5,5" selon le cas, pour chaque échantillon.

Temps: 5 - 10 minutes

Pour le clivage, j'ai expliqué que cela consistait à regarder si l'échantillon présentait une cassure régulière ou irrégulière. J' ai fait circuler un échantillon de calcite présentant un clivage selon trois plans, ainsi qu'un échantillon de biotite qui présentait un clivage selon un plan. J'ai ensuite demandé aux élèves d'écrire "Oui" dans la colonne "Clivage" s'ils pensaient que l'échantillon pouvait être fendu à l'aide d'un couteau ou d'un tournevis. Ils devaient écrire "Non" s'ils pensaient que le minéral se briserait de manière irrégulière. Naturellement, les élèves n'avaient pas la possibilité de briser les échantillons.

Temps: 10 minutes

Pour déterminer l'effervescence d'un minéral, il suffit de mettre une goutte d'acide chlorhydrique à 10% sur chacun des minéraux et d'observer s'il y a formation de bulles (effervescence). Les élèves devaient écrire un "+" dans la colonne "Eff." lorsqu'il y avait des bulles qui apparaissaient dans la première minute et un "-" s'il n'y avait qu'une bulle ou deux qui se créaient. Si il n'y avait aucune bulle, ils inscrivaient "0".

Il est à noter que le signe "-" est normalement utilisé lorsqu'il n'y a pas eu d'effervescence directement avec l'acide mais avec de la poussière qu'on a grattée sur l'échantillon ou encore en utilisant de l'acide chlorhydrique chaud. Encore là, on ne pouvait effectuer ce test complètement pour préserver les échantillons.

Habituellement, l'effervescence est due à la réaction entre les carbonates et l'HCl ce qui produit des bulles de gaz carbonique (CO2). Il peut arriver aussi que certains échantillons présentent des bulles accompagnées d'une suave odeur d'oeufs pourris! Les élèves devaient noter le phénomène mais écrire "0" dans la colonne. Par mesure de sécurité, j'ai demandé aux élèves de ne pas mettre leurs doigts dans les yeux et de laver leurs mains ainsi que les échantillons immédiatement après l'expérience.

Temps: 10 minutes

Les élèves ont rangé le matériel et j'ai vérifié si tout était en ordre.

Période 3: 75 minutes

Temps: 15 - 20 minutes

Pour déterminer le magnétisme d'un minéral, les élèves utilisaient un support universel avec une pince à laquelle était attaché un aimant par une corde d'environ 20 cm de longueur.

Pour bien observer les résultats, nous avons fermé la porte et les fenêtres pour éviter les courants d'air. De plus les élèves devaient rester assis pendant la durée de l'expérience.

Avant de déterminer le magnétisme d'un minéral, les élèves devaient attendre que l'aimant soit totalement immobilisé. Si l'échantillon réussissait à faire tourner l'aimant sans le toucher ou encore si l'échantillon "collait" à l'aimant, ils écrivaient un "+" dans la colonne "Magn.". Par contre, si l'aimant bougeait à peine lorsqu'ils approchaient l'échantillon, ils indiquaient un "-". Si l'aimant ne bougeait pas, ils écrivaient "0".

Temps: 20 - 25 minutes

Pour déterminer la masse volumique des échantillons, nous avons utilisé un cylindre gradué de 50 ml contenant 20 ml d'eau ainsi qu'une balance. Étant donné que les échantillons qu'ils utilisaient habituellement étaient trop volumineux pour entrer dans le cylindre, nous avons utilisé une série d'échantillons plus petits.

Chaque équipe devait déterminer la masse volumique d'un échantillon différent. J'écrivais les résultats de chaque équipe au tableau, les élèves devaient les recopier dans la colonne "Masse volumique".

Dans un premier temps, les élèves déterminaient précisément la masse de l'échantillon. Ensuite ils devaient mesurer son volume en le mettant dans le cylindre gradué contenant déjà 20 ml d'eau. Ils devaient faire attention à ne pas faire d'éclaboussures en mettant l'échantillon dans le cylindre. Si le niveau de l'eau montait à 25 ml, ils connaissaient donc le volume de leur échantillon, dans ce cas il serait de 5 ml (25 ml - 20 ml = 5 ml). Pour connaître la masse volumique, ils devaient diviser la masse par le volume de l'échantillon. On obtient ainsi une masse volumique en g/ml.

Temps: 30 minutes

Dans la dernière demi-heure du cours, nous sommes retournés au local d'informatique afin d'utiliser le site "La Caverne" pour identifier leurs minéraux et trouver une utilisation pour chacun. Ils avaient en leur possession la boîte contenant les 18 minéraux.

Période 4: 75 minutes

Temps: 75 minutes

Nous sommes retournés une dernière fois au local d'informatique afin d'identifier les minéraux. J'avais remarqué que certains élèves se servaient de l'index des minéraux (Le filon aux minéraux) pour essayer de déterminer le nom des échantillons. Certains utilisaient même l'index des roches (L'antre aux roches)!

Je leur ai donc recommandé d'utiliser seulement la clef d'identification (La clef aux trésors) s'ils voulaient être capables d'identifier correctement leurs minéraux. Je leur ai rappelé, en donnant un exemple fictif, que la "Clef aux trésors" reposait essentiellement sur deux critères: la couleur du trait et la dureté. Si la couleur du trait est foncée, l'éclat est métallique et si la couleur du trait est pâle, l'éclat est non métallique. Je leur ai donné comme exemple un échantillon qui aurait un trait pâle et une dureté entre 0 et 3.

Selon la "Clef aux trésors", il n'y a que six minéraux à posséder ces caractéristiques soit: le talc, le gypse, la phlogopite, la biotite, la muscovite et la calcite.

Je leur ai aussi suggéré de bien lire les sections contenant les renseignements provenant des références (il y a une caméra avec un X dessus. Cliquer ici pour voir l'exemple du graphite) et pas seulement se fier sur un seul critère comme: les photos, le magnétisme, l'effervescence ou la masse volumique.

Dans certains cas, la masse volumique était le double de ce qu'elle était en réalité! À la fin de la période, chaque élève me donnait son tableau.

Période 5: 25 minutes

J'ai fait un retour sur l'activité en leur redonnant leur tableau que j'avais corrigé. Les élèves ont réussi à identifier correctement leurs échantillons à 42%. Certains avaient réussi à identifier jusqu'à 10 minéraux.

Étant donné que nous n'utiliserons pas le site La Caverne lors des examens, j'ai montré aux élèves à se servir d'une clef d'identification provenant d'un livre (Quessy, Nicole et Schepper, Carole.- "Module 2. Les roches et les minéraux".- In: Éléments de sciences physiques, Sciences de l'environnement.- Québec, Montréal: Les Éditions HRW ltée, 1987.- pp. 118 - 119.).

J'ai pris comme exemple quelques uns de leurs résultats pour qu'ils apprennent à se servir de cette clef d'identification.























Évaluation

Étant donné que j'utilisais pour la première fois ce scénario, je n'ai pas fait d'évaluation sommative. J'ai corrigé leur tableau de façon formative afin de connaître le taux de réussite de mes élèves dans l'identification des minéraux.
























Notes de l'auteur

L'année prochaine, je vais réutiliser ce scénario mais en corrigeant de façon formative les colonnes "Couleur du trait" et "Dureté" afin que les élèves puissent utiliser plus efficacement la clef d'identification.

Il est fortement recommandé que chaque élève ait un ordinateur branché sur Internet et que les ordinateurs soient branchés sur une imprimante.

En ce qui concerne les durées approximatives, elles ont été établies suite à une activité similaire réalisée avec des élèves de 2e secondaire d'un groupe régulier.

Il est possible de travailler en collaboration avec les professeurs d'informatique pour le traitement de texte et l'identification des minéraux à partir du site La Caverne.