Utiliser le numérique de manière synchrone : comparer la taille de cristaux en salle et/ou à distance avec Mesurim2

par Philippe Cosentino

L’enseignement scientifique de tronc commun ne bénéficie pas toujours de conditions favorables à la manipulation.

Se rajoutent à ces contraintes une crise sanitaire qui impose à certains  élèves de rester chez eux et de suivre un enseignement distanciel.

Il est important de ne pas renoncer à réaliser des activités pratiques reposant sur des observations concrètes , sources de motivation .Les outils numériques peuvent nous y aider.

Nous montrerons, en nous appuyant sur l’exemple de l’étude de la taille des cristaux et du verre dans une roche volcanique, en classe de 1ère (enseignement scientifique), qu’il est possible de réaliser cette activité selon un mode hybride, c’est à dire avec une partie des élèves présents dans la salle, et l’autre partie à domicile.

Cette activité pourra également être réalisée entièrement en présentiel, ou entièrement en distanciel, grâce à l’utilisation du logiciel Mesurim2, qui a l’avantage de fonctionner en ligne sur n’importe quel appareil (iPad, tablette Android, Mac, Linux, Windows …) et également hors-ligne (mais cet usage ne nous intéresse pas dans le cas présent).

 

Contexte notionnel et méthodologique

Extraits du B.O., programme d’enseignement scientifique de première (lien).

Notions

Dans le cas des solides amorphes, l’empilement d’entités se fait sans ordre géométrique. C’est le cas du verre. Certaines roches volcaniques contiennent du verre, issu de la solidification très rapide d’une lave.

Savoir-faire

Mettre en relation la structure amorphe ou cristalline d’une roche et les conditions de son refroidissement.

 

Scénario pédagogique

On part de l’observation de deux roches du plancher océanique, le gabbro et le basalte, et d’un document qui explique (par un texte ou un schéma montrant le fonctionnement d’une dorsale) que ces deux roches proviennent d’un même magma, mais que l’une, le basalte, s’est refroidie rapidement au contact de l’eau, tandis que l’autre, le gabbro s’est refroidie lentement, en profondeur.

On commence donc par observer ces deux roches et décrire leur aspect à l’échelle macroscopique (entièrement constituée de gros cristaux visibles à l’œil nu pour le gabbro, constituée de petits cristaux noyés dans une pâte sombre et apparemment dépourvue de cristaux pour le basalte).

Pour les élèves présents dans la salle, il est possible de leur mettre à disposition de vrais échantillons.

Pour les élèves à domicile, on pourra leur faire exploiter les photographies déjà intégrées dans la banque d’images de Mesurim2, demander à des élèves présents de leur envoyer des photographies, ou enfin leur mettre à disposition des échantillons scannés en 3D comme celui-ci (lien).

Sur sketchfab (site gratuit sans inscription) il est possible d’observer des roches en 3 dimensions. L’élève peut faire pivoter l’échantillon comme s’il l’avait dans les mains et zoomer.

Ces échanges entre les élèves présents et distants peuvent se faire via un outil comme celui du CNED, ou, mieux, via des outils de mutualisation comme Pearltrees, qui respecte la RGPD. Le professeur “tchatte” dans un espace de discussion global, où il peut déposer les photographies prises par les élèves présents, et recueillir les réponses des élèves distants.

Il est ensuite possible de quantifier ces constats en passant à l’échelle microscopique.

Là aussi, on peut imaginer plusieurs scénarios. L’un des plus favorable consisterait à faire réaliser l’observation microscopique en classe par quelques élèves, à prendre des clichés avec une caméra oculaire, et à mettre à disposition des élèves distants ces photographies via l’ENT, Pearltrees ou l’outil de classe virtuelle.

Si les élèves distants ont du mal à récupérer ces photographies, ils pourront de toute façon travailler sur leur tablette “région” et utiliser la banque intégrée à Mesurim2, qui propose déjà des photographies de lames minces de basalte et de gabbro.

Mesurim2 intègre déjà des lames minces de gabbro et de basalte

Ces photographies étant par ailleurs dotées d’une échelle, il est possible de mesurer la longueur et la largeur de quelques cristaux de feldspath, et de constater que dans le basalte, ces derniers sont effectivement plus petits que dans le gabbro.

Mesures des dimensions de deux cristaux de feldspath dans un gabbro, réalisées avec Mesurim2

Lors de l’observation du basalte, l’élève découvre qu’effectivement, comme il l’avait remarqué à l’échelle macroscopique, toute la roche n’est pas constituée de cristaux. Entre ces derniers se trouve une partie non cristallisée, le verre.

Avec Mesurim2, il est même possible d’estimer la proportion de verre, en un seul clic, en mesurant la surface par couleur.

L’outil de mesure de surface par couleur de Mesurim2 aboutit à une proportion de 63% de verre.

A présent il s’agit de tenter d’expliquer cette différence de structure observée entre ces deux roches.

On demande aux élèves d’émettre une hypothèse mettant en relation cette structure avec les conditions de formation de ces roches.

Rapidement, certains élèves vont supposer que la taille des cristaux dépend de la vitesse de refroidissement, et, plus précisément, que la petite taille des cristaux du basalte est la conséquence de la rapidité avec laquelle le magma s’est refroidi.

On peut leur proposer de le vérifier expérimentalement, avec la manipulation de cristallisation de l’éthylvanilline ( produit de substitution de la vanilline moins irritante à privilégier- Voir la fiche Observatoire national de la sécurité et accessibilité des établissements d’enseignement).

On réalise donc un cliché d’une lame d’éthylvanilline refroidie sur la glace, et d’une lame d’éthylvanilline refroidie à température ambiante. On met ces photographies à disposition des élèves distants via l’ENT, le tchat ou autre.

Mesures de diamètres des cristaux à partir de Mesurim2

Élèves distants et élèves présents réalisent alors quelques mesures de diamètre des cristaux d’éthylvanilline, et mutualisent leurs résultats.

Remarque : si on n’a pas d’élément (ou de fichier) d’échelle, on peut très bien se contenter de mesurer ces diamètres en pixels. La dimension réelle (en mm par exemple) des cristaux n’a pas d’importance, ce qui compte étant leur comparaison.

Après mutualisation des résultats obtenus par les élèves présents et distants, on constate que les cristaux d’éthylvanilline issus d’un refroidissement lent sont effectivement plus gros que ceux issus d’un refroidissement rapide.

L’hypothèse est confirmée et l’enseignant peut alors construire une synthèse avec ses élèves.

Cette activité, qui dure un peu plus d’une heure si l’on prend le temps de laisser travailler les élèves, aura donc permis aux élèves contraints de rester à leur domicile de mettre en œuvre les mêmes compétences que leurs camarades présents en classe.

 

Liens

Article présentant Mesurim2

Article expliquant la procédure pour calibrer Mesurim2 afin de réaliser des mesures sur un objet microscopique