Des vidéos de super-héros pour enseigner la chimie

Introduction

Les films de super-héros ont rapporté plus d'un milliard de dollars dans le monde entier l'année dernière, et l'adaptation de personnages de bandes dessinées en séries télévisées a connu une croissance exponentielle, touchant un large public d'admirateurs scientifiques, jeunes et vieux, ainsi que de nouveaux curieux de la science. La science a imprégné les légendes tandis que de nombreuses sagas ont attisé la curiosité scientifique. Ensemble, elles ont évolué vers la science-fiction, et la science dans la fiction peut être utilisée pour intéresser les étudiants. Étant donné que la transformation de l'enseignement en récit peut rendre les connaissances plus significatives, l'utilisation de super-héros pour enseigner la chimie est un moyen d'attirer l'attention qui permet d'établir un lien avec les élèves. De nombreux super-héros de nuit sont des scientifiques de jour, comme Barry Allen (alias Flash), Bruce Banner (alias Hulk) et Tony Stark (alias Iron Man), qui ont passé de nombreuses heures à étudier et à travailler en laboratoire, respectivement en tant que chimiste, physicien et ingénieur. Après tout, leur compréhension de la science est leur véritable super pouvoir.

Depuis 2013, un cours de chimie complémentaire destiné aux étudiants non scientifiques est proposé au Collège Dawson. Intitulé Comic Book Chemistry, le contenu du cours utilise des preuves chimiques pour analyser certains super-pouvoirs, armures innovantes et capacités merveilleuses de personnages vus dans des films, des séries télévisées et des romans graphiques. Compte tenu du sujet particulier du cours et de l'absence de période de laboratoire prévue, il semblait essentiel de présenter des expériences chimiques aux étudiants afin de capturer l'essence de ce domaine expérimental. Les vidéos étant un moyen sûr, facile et reproductible de montrer aux étudiants des expériences compliquées (en classe et en dehors), la production de courtes vidéos expérimentales a été étudiée. Les vidéos semblaient être un moyen pratique de transmettre des informations et d'impliquer une génération qui a grandi dans l'ère numérique.

La culture populaire peut-elle être utilisée pour transmettre des connaissances ?

La plupart des étudiants d'aujourd'hui peuvent vous citer les noms des quatre artistes les plus inspirants de la Renaissance, pas nécessairement parce qu'ils ont étudié l'art, mais parce qu'ils peuvent relier ces connaissances à des personnages de bandes dessinées. Les membres de l'équipe fictive des Teenage Mutant Ninja Turtles (TMNT) sont quatre héros nommés Leonardo, Raphael, Donatello et Michelangelo, et ces noms sont à peu près la seule chose qu'ils partagent avec les célèbres artistes italiens. Comme les élèves connaissent les noms des protagonistes de la bande dessinée, ils se souviendront également des noms des artistes pour le reste de leur vie.

Dans le domaine scientifique, le personnage de Walter White dans la série télévisée Breaking Bad de HBO avait pour alter ego Heisenberg. Le principe d'incertitude d'Heisenberg, énoncé par Werner Karl Heisenberg, lauréat du prix Nobel en 1932, stipule que la position et la vitesse d'un objet ne peuvent pas être mesurées exactement en même temps. Le principe est difficile à comprendre pour la plupart des élèves lorsqu'il s'agit d'électrons, mais comme les élèves peuvent s'identifier au personnage, le nom lui-même n'est plus inconnu et une analogie peut être tentée pour solidifier sa signification. Dans la série télévisée, la police sait à quelle vitesse Heisenberg transporte la drogue, mais elle ne sait pas où le trouver ni où trouver le cristal de méthamphétamine. Un nom associé à un personnage de fiction facilite la compréhension de la réalité.

Comment les films de super-héros aident-ils les élèves à apprendre la chimie ?

Des héros emblématiques réalisent des cascades incroyables qui, dans une certaine mesure, peuvent être rendues crédibles grâce à la science. Spider-Man, le héros le plus populaire de l'univers Marvel Comics (MCU), a la capacité, comme on le voit dans le film Spider-Man (2002), d'escalader des murs verticaux en utilisant uniquement les poils de ses mains. Les humains ne peuvent pas réaliser cette prouesse sans l'aide d'adhésifs, de ventouses ou d'autres équipements. En revanche, les geckos peuvent rapidement activer et désactiver le caractère collant de leurs pattes. Ils peuvent adhérer aux surfaces parce que leurs orteils bulbeux sont recouverts de centaines de minuscules poils microscopiques appelés setae. Chaque seta se divise en centaines de poils encore plus petits appelés spatules. Les touffes de poils minuscules s'approchent tellement des contours des murs et des plafonds que la force de van der Waals entre en jeu. Ce type de lien physique se produit lorsque les électrons des molécules de poils de gecko et les électrons des molécules des murs interagissent et créent une attraction électromagnétique[1].

La force intermoléculaire de Van der Waals, faible mais présente, est un concept extrêmement important enseigné aux étudiants de chimie générale de première année, et trop souvent mal compris. En l'associant aux minuscules poils qui poussent sur les doigts de Spider-Man, on transmet rapidement l'idée de base avec une application macroscopique. Ce principe peut être illustré plus en détail en utilisant deux omnibus Spider-Man (ou de gros livres de chimie) et en entrelaçant les pages de chaque livre, l'un au-dessus de l'autre. Une fois assemblés sans l'aide d'aucune colle, il sera impossible de séparer les deux livres en raison de la force de van der Waal qui les maintient fermement ensemble. Sur le même principe, des gants de gecko ont été créés pour grimper aux murs et sont maintenant vendus en ligne. Faire discuter les élèves sur d'autres applications pratiques imitant le comportement des super-héros est une autre façon de les faire réfléchir sur les forces intermoléculaires.

En l'espace de quelques minutes, le divertissement peut se transformer en un moment éducatif (également connu sous le nom d'Edutainment). L'étape suivante consistait à préparer de courtes vidéos, adaptées aux besoins de la classe, combinant un extrait de film et une explication chimique, suivis d'une démonstration en laboratoire.

Chem Curious : Vidéos de laboratoire sur la culture populaire

Avec le soutien du département de chimie du Collège Dawson, l'aide des techniciens de laboratoire de chimie, le soutien financier du programme de mini-subvention SALTISE[2 ] et l'expertise en caméra d'un étudiant du département de cinéma-communication, une série de sept courtes vidéos éducatives a été mise sur pied en 2015. Hébergées librement sur la chaîne YouTube CHEM CURIOUS[3], elles ont été regroupées dans la playlist intitulée Chem Curious POP Culture Edition[4].

Chaque vidéo commence par un extrait d'un film populaire décrivant un exploit extraordinaire réalisé par un protagoniste. Elle est suivie d'une liste de produits chimiques courants utilisés pour reproduire le tour en laboratoire et, bien sûr, de la démonstration de l'expérience chimique. Pour en savoir plus sur la manière de réaliser des vidéos destinées à la salle de classe et sur la réflexion qu'implique la préparation d'une vidéo, veuillez vous référer à l'approche rédigée par des professeurs des collèges Vanier, John Abbott et Dawson[5]. Étant donné qu'"une image vaut mille mots", imaginez la quantité impressionnante d'informations qui est transmise en 30 "images" par seconde.

Parallèles avec Spider-Man

Enseigner les réactions de condensation des polymères en se référant uniquement aux structures chimiques d'un manuel peut s'avérer ennuyeux pour certains élèves (figure 1). D'un autre côté, le fait de lier à nouveau la transformation de la matière au plus célèbre des web-slingers peut susciter l'intérêt de la classe.

Figure 1. Synthèse du nylon 6,6.

Le personnage fictif de Spider-Man a la capacité de créer à la demande une corde longue et solide qui est tirée d'une concoction sur ses poignets, comme on peut le voir dans le film Amazing Spider-Man (2012). La vidéo la plus populaire de la chaîne(Spider-Man Webbing, plus d'un million de vues) montre que lorsque les deux liquides (acide adipique et hexane-1,6-diamine) entrent en contact, ils forment un solide (le nylon). De plus, comme ce solide ne se forme qu'à l'interface des liquides non miscibles (liquides ne formant pas un mélange homogène), il peut être retiré du mélange et reformé, créant ainsi un fil de nylon très long et très résistant. La vidéo se termine en plaçant chaque réactif dans un pistolet à eau et en les pointant tous les deux sur la même surface pour synthétiser un patch de nylon. La réaction est la même, mais le résultat est macroscopiquement différent, tout en imitant la capacité du tireur de toile. Cette démonstration montre aux élèves une réaction chimique qui produit une substance qu'ils connaissent et ce, d'une manière qui stimule leur imagination. Il est possible d'inciter les élèves à envisager des variations structurelles de la synthèse du polymère pour créer, par exemple, du Kevlar pare-balles ou de l'élasthanne extensible, en classe ou en dehors de la classe.

L'utilisation de l'ennemi de Spider-Man comme moyen de résoudre des problèmes de chimie a également été introduite dans les vidéos Chem Curious. Le Bouffon vert utilise ses fameuses citrouilles piégées pour semer la pagaille sous la forme de petites explosions. L'utilisation d'une autre vidéo décrivant la synthèse du gaz acétylène ainsi que sa combustion (figure 2) à l'intérieur d'une petite citrouille démontre une application explosive des réactions chimiques dans la vie réelle. Les étudiants en chimie ont souvent du mal à calculer la stœchiométrie des gaz (la relation entre les quantités relatives de substances participant à une réaction) et les concepts de la loi des gaz idéaux. Après avoir visionné la vidéo (Le méchant de SPIDER-MAN : GOBLIN VERT Bombe Citrouille), les élèves ont une meilleure idée des proportions et, par conséquent, le fait de "faire des chiffres" n'est pas perçu comme abstrait. En modifiant les quantités de réactifs et en demandant aux élèves d'effectuer les calculs sur papier (ou en équipe sur des surfaces inscriptibles), l'enseignant peut mesurer la compréhension des élèves concernant les réactifs limitants, pour les mêmes réactions.

Figure 2. Exemple de synthèse et de combustion de gaz

Autres personnages

Les vidéos Chem Curious ont reçu des réactions très positives, tant de la part des étudiants que des téléspectateurs du monde entier. Depuis la première série de vidéos en 2015, trois saisons supplémentaires de vidéos sur la culture POP ont été créées[6],[7],[8] et une cinquième saison sera mise en ligne au cours du semestre d'automne 2019.

Des vidéos mettant en scène plusieurs personnages peuvent être sélectionnées pour introduire des concepts de base en chimie. Par exemple, alors que le transfert d'électrons de métaux dissous dans une solution peut être intangible pour certains, le fait de voir des métaux ioniques se précipiter rapidement hors d'une solution aqueuse dans les mains d'un héros rend une réaction d'oxydoréduction plus concrète. L'utilisation de la transformation de Colossus, un héros à la peau métallique, pour démontrer comment les ions argent interagissent avec le cuivre pour remplacer un solide en solution, rend le concept d'oxydo-réduction plus accessible. De la même manière, les vidéos sur la congélation instantanée d'Iceman ou la formation d'une caverne bleue de Jedi peuvent servir d'exemples de cristallisation.

Les commentaires des élèves ont guidé l'orientation du nombre croissant de vidéos, et les expériences utilisant des produits chimiques ménagers facilement reproductibles à la maison ont suscité davantage d'intérêt. Parmi les préférées, la création de plasma - recréant la source d'énergie d'Iron Man - ne nécessite qu'un four à micro-ondes, une allumette et un récipient en pyrex renversé. Bien sûr, cracher du feu comme le Ghost Rider ou faire tournoyer du feu comme les portails de Doctor Strange sont toujours fascinants lorsqu'ils sont exécutés avec précaution. Imiter le symbiote de Venom en créant de la bave noire magnétique à l'aide de poudre d'oxyde de fer est une expérience plus sûre qui peut être réalisée avec des enfants.

Les changements de couleur, les flammes vives et le transfert de phase rapide attirent instantanément l'attention du spectateur. Certaines expériences ont même été intégrées dans le spectacle annuel de chimie magique de la maison ouverte de Dawson, comme l'indice de réfraction de la femme invisible, la main enflammée du pyro et la tour de feu des quatre fantastiques.

La science de la bande dessinée au sens propre !

En jouant avec les thèmes de la bande dessinée et de la chimie, l'idée est finalement venue de réaliser des expériences à l'aide d'une bande dessinée. Des questions telles que "Le papier est-il conducteur d'électricité ?", "Quelle est la résistance d'une simple feuille de papier ?" ou "Une bande dessinée ou sa pochette de protection peuvent-elles être inflammables ?" ont été abordées et regroupées dans une série intitulée Comic Book Science Literally !

L'idée générale est de faire prendre conscience aux élèves et aux spectateurs que la chimie est partout. Elle nous entoure et fait partie de nous. Les changements chimiques ne se produisent pas seulement en laboratoire, mais dans tous les aspects de notre vie. Le mot "chimie" ne doit pas susciter la peur, mais doit être une source d'inspiration et d'amusement pour tous.

Conclusion

L'ajout des arts au programme des STIM par le biais de vidéos peut favoriser l'interrogation, le dialogue et la pensée critique des élèves. Les thèmes de chimie inspirés par des icônes fictives offrent aux élèves une introduction réaliste à des concepts complexes et déclenchent des discussions dynamiques pour l'apprentissage[9],[10],[11],[12] Les super-pouvoirs offrent un vaste ensemble de cas qui peuvent être démystifiés à l'aide de preuves scientifiques. Après tout, si la connaissance est le pouvoir, les enseignants peuvent être des super-héros !

Le pool de vidéos Chem Curious s'enrichit constamment, avec une dizaine de nouvelles vidéos par an. Si vous avez une idée, ou si vous souhaitez apporter votre aide, n'hésitez pas à contacter Yann Brouillette.

Notes de fin d'ouvrage

[1] Kelly Dickerson, Le secret collant des geckos ? They Hang by Toe HairsLive Science, 12 août 2014.

[2] Mini-bourses SALTISE.

[3] Chaîne YouTube CHEM CURIOUS.

[4] CHEM CURIOUS Pop Culture Edition Saison 1 - Playlist 2015.

[5] C. Cormier, E. Awad, Y. Brouillette, V. Turcotte, Planifier, réaliser et diffuser des vidéos éducatives : lignes directrices et astuces pour les enseignantsProfweb, Dossier, 19 septembre 2017.

[6] CHEM CURIOUS Pop Culture Edition Saison 2 - Playlist 2016.

[7] CHEM CURIOUS Pop Culture Edition Saison 3 - Playlist 2017.

[8] CHEM CURIOUS Pop Culture Edition Saison 4 - Playlist 2018.

[9] Y. Brouillette et W.D. Lubell, Les merveilles moléculaires de ThorChemistry Views Magazine, 2019.

[10] Y. Brouillette et W.D. Lubell, Les merveilles moléculaires de Captain AmericaChemistry Views Magazine, 2018.

[11] Y. Brouillette, Comic Book Chemistry : Teaching Science Using Super HeroesCIRCE Magazine STEAM Edition 2019, 1, 47-58.

[12] Y. Brouillette et W.D. Lubell, Chemistry in the Comics : Molecular Marvels of Iron ManSchool Science Review 2019, 373 (100), 48-57.