29/04/2011

Chimie: la tête dans l’éprouvette

podcast-50x47.pnglogo_rsr.gifPourquoi apprendre à résoudre des problèmes?
Si vous posez cette question à des étudiants, une des réponses assez probables sera: C’est pour réussir l’examen que je prépare! Mais cet argument utilitaire (et bien légitime!) ne nous dispense pas de nous demander plus précisément pourquoi la résolution de problèmes tient une place si importante dans l’enseignement des sciences. Plusieurs raisons peuvent être invoquées:


• Nous pourrions penser qu’il correspond à un intérêt pratique: le chercheur, l’ingénieur ou le technicien ont effectivement souvent des problèmes à résoudre. Mais les exercices proposés en cours sont, pour la plupart du temps, différents de ceux qui se posent dans la réalité professionnelle. Leurs énoncés sont rédigés de telle sorte que la résolution fasse appel uniquement aux connaissances contenues dans le cours. Ils comportent généralement toutes les informations nécessaires à leur résolution. Ils sont simplifiés et ne se rapportent qu’à des situations artificielles pour lesquelles des approximations ont été implicitement introduites. Dans ces cas, il ne s’agit donc pas d’acquérir un savoir-faire utilisable dans la pratique.

• Nous pouvons aussi considérer la résolution de problèmes, qui fait nécessairement interagir les connaissances, comme un moyen de favoriser le processus d’assimilation. Se battre avec un problème est un excellent moyen d’approfondir sa compréhension du domaine étudié.

• Enfin, la valeur formatrice associée à la résolution de problèmes dépasse l’intérêt propre de la matière étudiée. Il s’y attache une formation de l’esprit, l’acquisition de modes de pensée, l’apprentissage d’un comportement devant un problème ou une situation qui sont applicables et transférables à de nombreux domaines. Savoir analyser des données, raisonner de manière logique et rigoureuse, distinguer l’essentiel de l’accessoire, élaborer et mettre en œuvre une stratégie, évaluer un résultat, sont autant de capacités utiles en des circonstances très diverses, de la vie professionnelle comme de la vie quotidienne.
Comment résoudre des problèmes?

A cette question, il n’y a malheureusement pas de réponse immédiate, simple et directement utile. Il n’y a pas de recette qui conduise à coup sûr à la solution. C’est tout le charme et la difficulté de la situation.

Pourtant il est possible de définir des méthodologies, de suivre quelques conseils a priori utiles qui conduisent à la résolution de problèmes, même s’il n’est pas exclu que l’on soit parfois amené à raisonner différemment.
Voici les quelques recommandations que nous proposons au lecteur pour bien aborder la résolution d’un problème.

A la lecture de l’énoncé correspond une question: Qu’est-ce que je cherche? Lisez donc cet énoncé lentement, attentivement, entièrement, en repérant toutes les informations données en clair. Méfiez-vous des informations cachées derrière certains termes, tels qu’un mélange équimoléculaire, une transformation adiabatique ou un état standard. Assurez-vous de comprendre le sens précis des mots utilisés. Enfin cette lecture devrait vous conduire à la certitude d’avoir bien compris la nature exacte des questions posées.

Suite à cette lecture, essayez de vous représenter la situation, le phénomène, l’expérience servant de support au problème. Faites comme si vous y étiez, comme si vous faisiez l’expérience ou viviez la situation: situation initiale, transformations ou interventions, situation finale… Si cela peut vous aider, traduisez ce que vous imaginez par un petit dessin, un croquis, un graphique. Éventuellement, reformulez le problème, en le simplifiant, avec vos propres mots.

Puis schématisez le problème. Cette étape est la réponse à la question: Qu’est-ce que j’ai? De quoi ai-je besoin? Cette phase de votre réflexion doit aboutir à organiser les données et les informations dont vous disposez, en reconnaissant le rôle de chacune, en leur donnant un sens, une signification. Mais, à ce stade de la résolution, évitez de penser déjà à des formules. Vous devez absolument conduire une approche qualitative complète du problème.
Vient enfin le moment de situer le problème dans son contexte théorique et de répondre aux questions:

• Quelles sont les lois ou relations mathématiques impliquées?
• Quelles sont les données manquantes ? Peuvent-elles être trouvées dans des tables ?
• Puis-je faire des approximations ou des hypothèses simplificatrices? Certaines sont-elles obligatoires?

C’est l’étape de l’analyse théorique du problème à laquelle suit l’élaboration d’une stratégie. Il n’y a alors plus véritablement de conseils à donner si ce n’est de conserver la forme littérale le plus longtemps possible et de n’introduire les valeurs numériques des données qu’au dernier moment. Et c’est la solution!

Mais ne croyez pas que cette étape soit la dernière! Il reste une chose très importante à faire: soumettre votre solution à une évaluation critique.
• L’ordre de grandeur de la valeur numérique trouvée est-il raisonnable ?
• Cette valeur varie-t-elle dans le sens attendu si l’on change les paramètres dont elle dépend?

Cette analyse finale est très souvent révélatrice d’une erreur de raisonnement, d’interprétation de données ou simplement d’une erreur de calcul qui ruine l’ensemble de la résolution. Gare à la trop grande confiance dans les formules toutes faites qui ne sont parfois pas adaptées au problème que vous traitez.

Vous êtes maintenant fin prêts pour le travail avec le livre d’Exercices de chimie générale qui se veut un complément à l’étude des bases de la chimie que l’ingénieur-e devrait connaître pour évoluer confortablement dans notre monde de technologies de plus en plus interdisciplinaires. Les chapitres sont ordonnés de la même manière que le livre correspondant - Chimie générale pour ingénieur - et correspondent par conséquent à un degré de connaissance progressif. Le dernier chapitre se veut plus général. Les exercices font intervenir des connaissances plus larges et reflètent des situations plus proches de la réalité professionnelle.

Pour faciliter l’apprentissage de cette discipline aux multiples facettes, l’étudiant est guidé à travers une première série d’exercices pour lesquels la ou les méthodologies sont décrites en détail. Après ce premier parcours théorique, la résolution numérique du problème est également conduite en précisant toutes les étapes qui conduisent vers la solution. Dans un second temps, une série d’exercices analogues est présentée avec la réponse numérique exclusivement. Elle permet de conforter l’étudiant dans sa maîtrise du sujet.

Et maintenant, au travail!

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  Extrait du titre Exercices de chimie générale de
Christos Comninellis, Claude K.W. Friedli, Araksi Sahil-Migirdicyan
Publié aux Presses polytechniques et universitaires romandes


Commentaires

Tout le monde à des problème à résoudre alors mieux vaut être armé d'une méthodologie !

Écrit par : Physique | 05/07/2011

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