Plan de cours | Apprentissage socio-émotionnel | Thermochimie : Énergie libre de Gibbs

Objectif

Durée: 15 - 20 minutes

Cette séquence vise à familiariser les élèves avec l'énergie libre de Gibbs, un concept clé pour comprendre si une réaction chimique se déroulera spontanément, tout en les préparant à effectuer des calculs précis. Par ailleurs, cette introduction permet d'intégrer des compétences socio-émotionnelles, en favorisant la connaissance de soi ainsi que la compréhension des émotions liées à l'apprentissage de notions complexes.

Objectif Utama

1. Expliquer le concept d'énergie libre de Gibbs et son utilité pour déterminer la spontanéité des réactions chimiques.

2. Apprendre à calculer l'énergie libre de Gibbs pour diverses réactions chimiques.

Introduction

Durée: 20 - 25 minutes

Activité d'échauffement émotionnel

Séance de Pleine Conscience : Préparer l'Esprit à l'Apprentissage

La pleine conscience consiste à focaliser son attention sur l'instant présent, ce qui aide les élèves à se concentrer et à se préparer mentalement à aborder des notions complexes, telles que l'énergie libre de Gibbs. En pratiquant cette technique, les élèves apprennent à observer leurs sensations, pensées et émotions sans les juger.

1. Introduction (2-3 minutes) : Présentez aux élèves une courte séance de pleine conscience pour recentrer leur attention et les préparer aux concepts qui vont suivre. Précisez que cette méthode peut aider à diminuer l'anxiété et améliorer la concentration.

2. Préparation (2-3 minutes) : Invitez les élèves à s'asseoir confortablement, les pieds bien à plat au sol et les mains posées sur leurs cuisses. Proposez-leur de fermer les yeux ou de les garder entrouverts en fixant un point doux au niveau du sol.

3. Respiration (5-7 minutes) : Guidez-les à travers une série de respirations profondes : inspirez par le nez en gonflant le ventre, retenez quelques instants, puis expirez lentement par la bouche. Répétez cette séquence plusieurs fois en invitant chacun à se concentrer sur les sensations de sa respiration et à laisser de côté les pensées parasites.

4. Scan Corporel (5-7 minutes) : Demandez aux élèves d'effectuer un balayage corporel en commençant par les pieds et en remontant progressivement jusqu'à la tête, en identifiant toute tension ou inconfort, et en relâchant ces zones à l'expiration.

5. Conclusion (2-3 minutes) : Invitez progressivement les élèves à revenir à leur environnement en mobilisant doucement leurs doigts et orteils, en s'étirant, puis en ouvrant les yeux lorsque chacun se sent prêt. Clôturez la séance en remerciant les participants pour leur engagement.

Contextualisation du contenu

L'énergie libre de Gibbs est un concept central en thermochimie qui nous permet de déterminer si une réaction chimique se déroulera de manière spontanée. Dans notre quotidien, des réactions comme la combustion des carburants ou la digestion des aliments se produisent naturellement. Comprendre ce concept nous donne les clés pour prédire ces réactions et appliquer ces connaissances dans divers domaines tels que le génie chimique, la biochimie ou même la production d'énergie renouvelable.

Par ailleurs, vos émotions face à des défis complexes, comme l'apprentissage de l'énergie libre de Gibbs, peuvent être comparées à des réactions chimiques. En effet, nos sentiments, lorsqu'ils sont bien gérés, favorisent une réponse constructive et spontanée. Ainsi, cette leçon permettra aux élèves non seulement de maîtriser un concept scientifique, mais aussi de mieux reconnaître et réguler leurs réactions émotionnelles durant leur apprentissage.

Développement

Durée: 60 - 70 minutes

Guide théorique

Durée: 20 - 25 minutes

1. Définition de l'énergie libre de Gibbs : Présentez l'énergie libre de Gibbs (ΔG) comme une fonction thermodynamique qui combine l'enthalpie (ΔH) et l'entropie (ΔS) pour prévoir si une réaction chimique se déroulera spontanément à température constante. La formule utilisée est ΔG = ΔH - TΔS.

2. Enthalpie (ΔH) : Expliquez que l'enthalpie représente la quantité d'énergie absorbée ou dégagée lors d'une réaction. Les réactions exothermiques, qui libèrent de la chaleur, ont une ΔH négative, tandis que les réactions endothermiques, qui absorbent de la chaleur, possèdent une ΔH positive.

3. Entropie (ΔS) : Définissez l'entropie comme une mesure du désordre ou de l'aléatoire dans un système. Une augmentation du désordre correspond à une ΔS positive, alors qu'une diminution est associée à une ΔS négative.

4. Température (T) : Précisez que la température (exprimée en Kelvin dans la formule ΔG) module l'influence de l'entropie dans le calcul de l'énergie libre de Gibbs.

5. Interprétation de ΔG : Détaillez qu'un ΔG négatif indique une réaction spontanée, tandis qu'un ΔG positif suggère que la réaction ne se réalisera pas d'elle-même. Une valeur nulle correspond à l'équilibre.

6. Exemples Pratiques : Illustrez avec des réactions courantes, par exemple la combustion du méthane (CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O) ou la photosynthèse (6CO₂ + 6H₂O + lumière → C₆H₁₂O₆ + 6O₂), et montrez comment calculer ΔG pour en déterminer la spontanéité.

7. Analogies : Comparez l'énergie libre de Gibbs à une 'pile' fournissant l'énergie nécessaire pour permettre la réaction. Une 'pile' avec une charge négative signale que la réaction peut s'effectuer spontanément, tandis qu'une charge positive indiquerait un manque d'énergie pour amorcer la réaction.

Activité avec retour socio-émotionnel

Durée: 30 - 35 minutes

Calcul de l'Énergie Libre de Gibbs dans des Réactions du Quotidien

Dans cette activité, les élèves vont calculer l'énergie libre de Gibbs pour différentes réactions chimiques à partir de données fournies et de recherches personnelles. En groupe, ils discuteront ensuite de leurs résultats et analyseront leurs réactions émotionnelles à l'aide de la méthode RULER.

1. Répartissez la classe en groupes : Formez des groupes de 3 à 4 élèves.

2. Distribution des Réactions : Remettez à chaque groupe une liste de réactions chimiques accompagnées des valeurs associées de ΔH et ΔS.

3. Calcul de ΔG : Faites utiliser aux élèves la formule ΔG = ΔH - TΔS pour calculer l'énergie libre de Gibbs pour chaque réaction, en prenant une température standard de 298 K (25°C).

4. Analyse des Résultats : Demandez aux élèves de déterminer, sur la base des valeurs de ΔG obtenues, si les réactions sont spontanées ou non.

5. Discussion en Groupe : Encouragez les groupes à échanger sur leurs ressentis durant les calculs et l'analyse, en se concentrant sur les émotions comme la frustration, la curiosité, la satisfaction, etc.

6. Présentation des Résultats : Chaque groupe présente ensuite ses résultats et partage ses impressions émotionnelles avec l'ensemble de la classe.

Discussion et retour en groupe

À la suite des présentations, organisez une discussion en groupe en utilisant la méthode RULER :

Reconnaître : Demandez aux élèves comment ils se sont sentis pendant les calculs et la discussion, et encouragez-les à identifier leurs émotions ainsi que celles de leurs camarades.

Comprendre : Analysez les causes sous-jacentes de ces émotions ; par exemple, la difficulté des calculs peut avoir généré de la frustration, tandis qu'une solution trouvée correctement a pu susciter de la satisfaction. Discutez de l'impact de ces émotions sur l'apprentissage.

Nommer : Aidez chaque élève à mettre des mots précis sur ses émotions en utilisant des termes comme ‘anxiété’, ‘joie’, ‘confusion’ ou ‘fierté’.

Exprimer : Encouragez les élèves à formuler correctement leurs ressentis en partageant leurs expériences et émotions avec le groupe.

Réguler : Abordez diverses stratégies pour mieux gérer les émotions lors de situations complexes, comme des techniques de respiration, de courtes pauses ou en sollicitant l'aide des camarades.

Conclusion

Durée: 15 - 20 minutes

Réflexion et régulation émotionnelle

Pour faire le point sur les défis rencontrés au cours de la leçon et sur la gestion des émotions, proposez aux élèves d'écrire un court paragraphe décrivant leur expérience. Vous pouvez aussi organiser une discussion collective où chacun partage ses impressions sur les calculs de l'énergie libre de Gibbs, les obstacles rencontrés et la manière dont ils ont surmonté ces difficultés. Incitez-les à être sincères sur leurs ressentis et à réfléchir à comment améliorer leur gestion émotionnelle pour l'avenir.

Objectif: Cette activité a pour but de promouvoir l'auto-évaluation et la régulation émotionnelle, en aidant les élèves à identifier des stratégies efficaces pour faire face aux situations difficiles, tant sur le plan académique que personnel.

Aperçu de l'avenir

Expliquez aux élèves l'importance de se fixer des objectifs à la fois personnels et scolaires en lien avec le contenu de la leçon. Proposez à chacun de définir un objectif précis pour approfondir sa compréhension de l'énergie libre de Gibbs (par exemple, résoudre des exercices supplémentaires ou constituer un groupe d'étude) et de choisir une démarche pour améliorer sa gestion émotionnelle, comme la pratique régulière de la pleine conscience ou l'adoption d'une technique personnelle de régulation.

Penetapan Objectif:

1. Réaliser des exercices complémentaires sur le calcul de l'énergie libre de Gibbs.

2. Constituer des groupes d'étude pour discuter et résoudre des problèmes de thermochimie.

3. Pratiquer régulièrement la pleine conscience ou d'autres techniques de gestion des émotions.

4. Explorer des ressources supplémentaires (vidéos, articles) pour approfondir le sujet.

5. Mettre en place un planning hebdomadaire de révision des concepts chimiques. Objectif: Cette partie vise à renforcer l'autonomie des élèves en les encourageant à appliquer de manière concrète leurs acquis, favorisant ainsi une progression continue tant sur le plan académique que personnel.