Explication d'un dosage acido-basique à l'aide d'une simulation
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Objectifs
Le dispositif s'adresse à des étudiants du cycle secondaire et pourrait s'inscrire dans un cours de chimie. Les notions d'acide, base, pH et réaction chimique sont supposées connues. L'objectif est d'affiner la compréhension du dosage d'un acide fort par une base forte en préalable à la réalisation expérimentale du dosage. L'attention est donc portée à la fois sur l'aspect chimique de la réaction, sur les grandeurs qui permettent de la mesurer (pH, quantité de matière) et sur les conséquences de ces différents points sur le protocole expérimental. L'utilisation de la simulation présente ainsi les intérêts suivants :
- Visualiser les réactions au niveau moléculaire (grâce aux différentes couleurs des molécules) ;
- Pouvoir tester différents paramètres sans gaspiller les produits chimiques qu'imposeraient la réalisation expérimentale de tels tests ;
- Affiner la compréhension conceptuelle de notions de pH, concentration, quantité de matière, acides et bases forts ;
- Réfléchir à certains aspects du protocole expérimental.
Design
Le dispositif se décompose de la manière suivante :
- Une page html qui pourrait constituer une partie du cours. Elle introduit le principe du titrage et permet de faire des rappels sur les définitions d'acide fort et base forte. Elle donne les instructions pour accéder à la simulation et sert de guide pour les différentes activités proposées. Elle se conclut par la réalisation expérimentale du dosage, qui est le but fixé.
- Un fichier de simulation : dosage_acidefort.nlogo mis en forme à partir du modèle NetLogo Strong Acid qui constitue le coeur du dispositif pédagogique. Il permet de réaliser différents tests et de construire une réflexion autour du modèle de la simulation et du dosage acido-basique.
- Un deuxième fichier de simulation : dosage_acidefort_eval.nlogo qui constitue une synthèse des activités précédentes et permet une première évaluation du dosage. Il s'appuie sur le modèle précédent mais propose, comme pour un vrai dosage, une concentration d'acide inconnue qu'il s'agit de déterminer.
En ce qui concerne la page html, le design suit celui qu'on pourrait attendre d'un cours.
Les interfaces des modèles sur NetLogo ont été traduites en français. La courbe de titrage a été grossie car elle constitue la partie essentielle du dosage et doit pouvoir être lue avec précision.
Il y a peu de guidage par rapport aux différentes actions possibles (explication des boutons "initialiser", "lancer", "enregistrer pH"). Ceci est volontaire. Les premières questions permettent en effet de faire différents tests et de comprendre comment la simulation fonctionne.
Production
La simulation a été effectuée à partir d'un modèle existant : Strong acid model. L'essentiel de la production a consisté à adapter ce modèle : traduire en français les principaux éléments de l'interface et les réarranger lorsque c'était nécessaire (notamment pour la courbe de titrage comme expliqué précédemment).
La prise de connaissance du modèle et du code m'ont permis de construire les questions. Je me suis également aidée de la partie "info".
Le code a été uniquement modifié pour créer la simulation d'évaluation : j'ai simplement imposé val-acid = 57 ce qui a fixé la concentration d'acide. Le défaut du système est qu'il est aisé pour l'étudiant d'aller rechercher dans le code la bonne valeur.
Je voulais au départ proposer un travail à partir des données pHmétriques (pH en fonction du volume de base) mais l'export des données n'est pas vraiment exploitable dans un tableur.
J'ai passé beaucoup de temps à essayer d'exporter proprement la simulation pour éviter de devoir télécharger le fichier et le réouvrir depuis NetLogo mais je n'ai pas trouvé de solution.
Auto-évaluation
J'ai eu beaucoup d'intérêt à découvrir les possibilités de NetLogo. Je n'ai pas exploité les possibilités de travailler autour du code et de la modélisation en tant que telle, ce qui me semble également très intéressant dans l'acquisition d'une démarche scientifique pour des élèves du secondaire.
Bibliographie
Pas de bibliographie pour ce travail.
Ressources
- Validation de dosage.html avec Valid HTML.
- Validation de la page avec Valid HTML
- NetLogo