Étude des conceptions alternatives et des processus de raisonnement des étudiants de chimie du niveau collégial sur la molécule, la polarité et les phénomènes macroscopiques

La chimie est un sujet difficile étant donné ses concepts nombreux et souvent peu intuitifs. Mais au-delà de ces difficultés d’ordre épistémologique, l’apprentissage de la chimie peut être en péril lorsqu’il s’appuie sur des fondations instables, mêlées de conceptions alternatives. Les conceptions alternatives sont les représentations internes, tacites, des étudiants, qui sont en désaccord avec la théorie scientifiquement acceptée. Leur présence dans leur esprit peut nuire à la compréhension conceptuelle, et elle peut mener les étudiants à expliquer le comportement de la matière incorrectement et à faire des prédictions inexactes en chimie. Les conceptions alternatives sont réputées répandues et difficiles à repérer dans un cadre traditionnel d’enseignement. De nombreuses conceptions alternatives en chimie ont été mises en lumière par différents groupes de chercheurs internationaux, sans toutefois qu’une telle opération n’ait jamais été réalisée avec des étudiants collégiaux québécois. Le système d’éducation postsecondaire québécois représentant un contexte unique, une étude des difficultés particulières de ces étudiants était nécessaire pour tracer un portrait juste de la situation. De plus, des chercheurs proposent aujourd’hui de ne pas faire uniquement l’inventaire des conceptions, mais de s’attarder aussi à étudier comment, par quel processus, elles mènent à de mauvaises prédictions ou explications. En effet, ils soutiennent que les catalogues de conceptions ne peuvent pas être facilement utilisés par les enseignants, ce qui devrait pourtant être la raison pour les mettre en lumière : qu’elles soient prises en compte dans l’enseignement. Toutefois, aucune typologie satisfaisante des raisonnements et des conceptions alternatives en chimie, qui serait appuyée sur des résultats expérimentaux, n’existe actuellement dans les écrits de recherche. Plusieurs chercheurs en didactique de la chimie suggèrent qu’une telle typologie est nécessaire et devrait rendre explicites les modes de raisonnement qui mettent en jeu ces conceptions alternatives. L’explicitation du raisonnement employé par les étudiants serait ainsi la voie permettant de repérer la conception alternative sur laquelle ce raisonnement s’appuie. Le raisonnement est le passage des idées tacites aux réponses manifestes. Ce ne sont pas toutes les mauvaises réponses en chimie qui proviennent de conceptions alternatives : certaines proviennent d’un manque de connaissances, d’autres d’un agencement incorrect de concepts pourtant corrects. Comme toutes les sortes de mauvaises réponses d’étudiants sont problématiques lors de l’enseignement, il est pertinent de toutes les considérer. Ainsi, ces préoccupations ont inspiré la question de recherche suivante : Quelles conceptions alternatives et quels processus de raisonnement mènent les étudiants à faire de mauvaises prédictions en chimie ou à donner de mauvaises explications du comportement de la matière? C’est pour fournir une réponse à cette question que cette recherche doctorale a été menée. Au total, 2413 étudiants ont participé à la recherche, qui était divisée en trois phases : la phase préliminaire, la phase pilote et la phase principale. Des entrevues cliniques ont été menées à la phase préliminaire, pour explorer les conceptions alternatives des étudiants en chimie. Lors de la phase pilote, des questionnaires à choix multiples avec justification ouverte des réponses ont été utilisés pour délimiter le sujet, notamment à propos des notions de chimie les plus pertinentes sur lesquelles concentrer la recherche et pour mettre en lumière les façons de raisonner des étudiants à propos de ces notions. La phase principale, quant à elle, a utilisé le questionnaire à deux paliers à choix multiples « Molécules, polarité et phénomènes » (MPP) développé spécifiquement pour cette recherche. Ce questionnaire a été distribué aux étudiants via une adaptation de la plateforme Web ConSOL, développée durant la recherche par le groupe de recherche dont fait partie la chercheuse principale. Les résultats montrent que les étudiants de sciences de la nature ont de nombreuses conceptions alternatives et autres difficultés conceptuelles, certaines étant très répandues parmi leur population. En particulier, une forte proportion d’étudiants croient que l’évaporation d’un composé entraîne le bris des liaisons covalentes de ses molécules (61,1 %), que tout regroupement d’atomes est une molécule (78,9 %) et que les atomes ont des propriétés macroscopiques pareilles à celles de l’élément qu’ils constituent (66,0 %). D’un autre côté, ce ne sont pas toutes les mauvaises réponses au MPP qui montrent des conceptions alternatives. Certaines d’entre elles s’expliquent plutôt par une carence dans les connaissances antérieures (par exemple, lorsque les étudiants montrent une méconnaissance d’éléments chimiques communs, à 21,8 %) ou par un raisonnement logique incomplet (lorsqu’ils croient que le seul fait de posséder des liaisons polaires rend nécessairement une molécule polaire, ce qu’on observe chez 24,1 % d’entre eux). Les conceptions alternatives et les raisonnements qui mènent à des réponses incorrectes s’observent chez les étudiants de première année et chez ceux de deuxième année du programme de sciences, dans certains cas avec une fréquence diminuant entre les deux années, et dans d’autres, à la même fréquence chez les deux sous-populations. Ces résultats permettent de mitiger l’affirmation, généralement reconnue dans les écrits de recherche, selon laquelle les conceptions alternatives sont résistantes à l’enseignement traditionnel : selon les résultats de la présente recherche, certaines d’entre elles semblent en effet se résoudre à travers un tel contexte d’enseignement. Il demeure que plusieurs conceptions alternatives, carences dans les connaissances antérieures de base et erreurs de raisonnement ont été mises en lumière par cette recherche. Ces problèmes dans l’apprentissage mènent les étudiants collégiaux à faire des prédictions incorrectes du comportement de la matière, ou à expliquer ce comportement de façon incorrecte. Au regard de ces résultats, une réflexion sur l’enseignement de la chimie au niveau collégial, qui pourrait faire une plus grande place à la réflexion conceptuelle et à l’utilisation du raisonnement pour la prédiction et l’explication des phénomènes étudiés, serait pertinente à tenir.

La fluidité des espaces communicationnels : partager des vidéos en ligne dans la vie quotidienne

Internet évolue avec la société et les nouvelles technologies, mais ses usages restent centrés sur le principe communicationnel de partager ses idées, ses histoires avec d’autres personnes. Comprendre les modes de communication des internautes offre des défis de taille aux chercheurs. Malgré une riche littérature sur les usages d’Internet, peu d’études se sont penchées sur l’analyse en profondeur des habitudes des internautes ordinaires. Cette thèse a pour objet d’étude le partage de contenus en ligne, car il s’agit d’une pratique permettant de réfléchir sur le rapport des usagers à la technologie. En m’inspirant des travaux d’Henri Lefebvre et de Michel de Certeau, je mobilise le concept de la vie quotidienne, concept qui met en lumière les processus à travers laquelle les gens font sens de leur vie. Afin de mieux saisir le quotidien, lequel est mobile, fluide et multiple, des métaphores spatiales tirées d’études des sciences, technologies et société (STS) seront mobilisées. Les concepts d’espace fluide et de feu sont idéaux pour étudier les pratiques de partage de vidéo que l’on peut qualifier de mutables et adaptables. Dans cette thèse, l’accent est mis sur les expériences subjectives des internautes ; ainsi, j’ai adopté une méthodologie qualitative pour recueillir les témoignages d’une dizaine de participants décrivant longuement leurs pratiques. En effet, j’ai rencontré chaque personne à plusieurs reprises et nous avons discuté d’exemples spécifiques. À travers les thèmes récurrents qui ont émergé des verbatims, et dans la tradition de la théorisation ancrée, la première partie de l’analyse fournit une riche description du quotidien des participants. J’explore en particulier la façon dont les internautes adaptent leur partage sur leurs expériences des sites de réseaux sociaux, comment la vidéo est utilisée dans le maintien de leurs relations sociales, et comment le partage des vidéos complémente leurs conversations. Sachant que les pratiques en ligne et hors ligne se fondent l’une dans l’autre, la deuxième partie de l’analyse articule la complexité de la vie quotidienne et la fluidité des pratiques de partage à l’aide du concept de l’objet fluide pour traiter des aspects complexes, dynamiques et souples des pratiques des internautes ordinaires. Cette recherche qualitative fournit un portrait de l’expérience humaine qui est autant détaillé que possible. Elle permet de souligner que c’est dans une variété contextes non remarquables – car faisant partie intégrante de la vie quotidienne – que les Internautes naviguent et que les activités humaines sont sans cesse construites et transformées, ouvrant des possibilités vers de nouvelles façons de faire et de penser. La thèse poursuit un dialogue interdisciplinaire entre la communication (les Internet Studies notamment) et les études des sciences, technologies et société (STS), tout en apportant de nombreuses données empiriques sur les pratiques des internautes « ordinaires ». De plus, la thèse offre des métaphores capables d’ouvrir de nouvelles perspectives pour l’analyse des usages du Web social. Elle apporte également une contribution originale en intégrant des approches théoriques des pratiques quotidiennes avec la théorisation ancrée. Tant les fondements conceptuels et des approches méthodologiques développées ici seront des exemples très utiles pour d’autres chercheurs intéressés à poursuivre la compréhension des pratiques quotidiennes impliquant l’Internet, surtout quand ces derniers impliquent le visuel, l’émotif et le relationnel.

Geochemistry of Rare Erath Elements and Trace Metals along the Western Continental Shelf of India

Rare earth elements have occupied an important role in marine geochemical research, particularly as used in the format of REE abundance patterns to describe the geochemical pathways in marine sedimentation and authigenesis. This study concentrates on the distribution pattern of Rare earth elements in the sediments, behavior of Eu and Ce with respect to their occurrence in multiple oxidation states. It also concentrate the depth wise variation of sediment REEs from near shore areas (30m) to deeper depths 200m) in the Arabian Sea. It includes the downcore variation of REEs and other trace elements in the sediment cores and a comparison between the REE distributions of Arabian Sea sediment with the sediments of Andaman Sea. The study gives a general introduction regarding the importance of RRE studies, its occurrence and abundance, electronic configuration, lanthanide contraction, oxidations states and REE supply to the ocean, seawater and sediments.

Organometallic Hydroxides of Transition Elements

Northern Illinois University DeKalb,Institut fu¨r Anorganische Chemie & Southern Methodist University

Field Equilibrium Finite Elements for Structural Analysis

Many finite elements used in structural analysis possess deficiencies like shear locking, incompressibility locking, poor stress predictions within the element domain, violent stress oscillation, poor convergence etc. An approach that can probably overcome many of these problems would be to consider elements in which the assumed displacement functions satisfy the equations of stress field equilibrium. In this method, the finite element will not only have nodal equilibrium of forces, but also have inner stress field equilibrium. The displacement interpolation functions inside each individual element are truncated polynomial solutions of differential equations. Such elements are likely to give better solutions than the existing elements.In this thesis, a new family of finite elements in which the assumed displacement function satisfies the differential equations of stress field equilibrium is proposed. A general procedure for constructing the displacement functions and use of these functions in the generation of elemental stiffness matrices has been developed. The approach to develop field equilibrium elements is quite general and various elements to analyse different types of structures can be formulated from corresponding stress field equilibrium equations. Using this procedure, a nine node quadrilateral element SFCNQ for plane stress analysis, a sixteen node solid element SFCSS for three dimensional stress analysis and a four node quadrilateral element SFCFP for plate bending problems have been formulated.For implementing these elements, computer programs based on modular concepts have been developed. Numerical investigations on the performance of these elements have been carried out through standard test problems for validation purpose. Comparisons involving theoretical closed form solutions as well as results obtained with existing finite elements have also been made. It is found that the new elements perform well in all the situations considered. Solutions in all the cases converge correctly to the exact values. In many cases, convergence is faster when compared with other existing finite elements. The behaviour of field consistent elements would definitely generate a great deal of interest amongst the users of the finite elements.

Alkylation of phenol with methanol over mixed oxides of tin with some rare earth elements

Alkylation of phenol with methanol has been carried out over Sn-La and Sn-Sm mixed oxides of varying compositions at 623 K in a vapour phase flow reactor. It is found that the product selectivity is greatly influenced by the acid-base properties of the catalysts. Ortho-cresol formation is favoured over catalysts with weak acid sites whereas formation of 2,6-xylenol occurs in the presence of stronger acid sites. The cyclohexanol decomposition reaction and titrimetric method using Hammett indicators have been employed to elucidate the acid-base properties of the catalysts.

Acid-Base, Surface electron donating and catalytic properties of binary oxides of Zr with rare earth elements

Department of Applied Chemistry, Cochin University of Science and Technology

Information Discovery in Distributed Systems-A Novel Concept Based on Modelling of Information Elements

Sharing of information with those in need of it has always been an idealistic goal of networked environments. With the proliferation of computer networks, information is so widely distributed among systems, that it is imperative to have well-organized schemes for retrieval and also discovery. This thesis attempts to investigate the problems associated with such schemes and suggests a software architecture, which is aimed towards achieving a meaningful discovery. Usage of information elements as a modelling base for efficient information discovery in distributed systems is demonstrated with the aid of a novel conceptual entity called infotron.The investigations are focused on distributed systems and their associated problems. The study was directed towards identifying suitable software architecture and incorporating the same in an environment where information growth is phenomenal and a proper mechanism for carrying out information discovery becomes feasible. An empirical study undertaken with the aid of an election database of constituencies distributed geographically, provided the insights required. This is manifested in the Election Counting and Reporting Software (ECRS) System. ECRS system is a software system, which is essentially distributed in nature designed to prepare reports to district administrators about the election counting process and to generate other miscellaneous statutory reports.Most of the distributed systems of the nature of ECRS normally will possess a "fragile architecture" which would make them amenable to collapse, with the occurrence of minor faults. This is resolved with the help of the penta-tier architecture proposed, that contained five different technologies at different tiers of the architecture.The results of experiment conducted and its analysis show that such an architecture would help to maintain different components of the software intact in an impermeable manner from any internal or external faults. The architecture thus evolved needed a mechanism to support information processing and discovery. This necessitated the introduction of the noveI concept of infotrons. Further, when a computing machine has to perform any meaningful extraction of information, it is guided by what is termed an infotron dictionary.The other empirical study was to find out which of the two prominent markup languages namely HTML and XML, is best suited for the incorporation of infotrons. A comparative study of 200 documents in HTML and XML was undertaken. The result was in favor ofXML.The concept of infotron and that of infotron dictionary, which were developed, was applied to implement an Information Discovery System (IDS). IDS is essentially, a system, that starts with the infotron(s) supplied as clue(s), and results in brewing the information required to satisfy the need of the information discoverer by utilizing the documents available at its disposal (as information space). The various components of the system and their interaction follows the penta-tier architectural model and therefore can be considered fault-tolerant. IDS is generic in nature and therefore the characteristics and the specifications were drawn up accordingly. Many subsystems interacted with multiple infotron dictionaries that were maintained in the system.In order to demonstrate the working of the IDS and to discover the information without modification of a typical Library Information System (LIS), an Information Discovery in Library Information System (lDLIS) application was developed. IDLIS is essentially a wrapper for the LIS, which maintains all the databases of the library. The purpose was to demonstrate that the functionality of a legacy system could be enhanced with the augmentation of IDS leading to information discovery service. IDLIS demonstrates IDS in action. IDLIS proves that any legacy system could be augmented with IDS effectively to provide the additional functionality of information discovery service.Possible applications of IDS and scope for further research in the field are covered.

Identification of spectral lines of elements using artificial neural networks

Artificial neural networks (ANNs) are relatively new computational tools that have found extensive utilization in solving many complex real-world problems. This paper describes how an ANN can be used to identify the spectral lines of elements. The spectral lines of Cadmium (Cd), Calcium (Ca), Iron (Fe), Lithium (Li), Mercury (Hg), Potassium (K) and Strontium (Sr) in the visible range are chosen for the investigation. One of the unique features of this technique is that it uses the whole spectrum in the visible range instead of individual spectral lines. The spectrum of a sample taken with a spectrometer contains both original peaks and spurious peaks. It is a tedious task to identify these peaks to determine the elements present in the sample. ANNs capability of retrieving original data from noisy spectrum is also explored in this paper. The importance of the need of sufficient data for training ANNs to get accurate results is also emphasized. Two networks are examined: one trained in all spectral lines and other with the persistent lines only. The network trained in all spectral lines is found to be superior in analyzing the spectrum even in a noisy environment.

Geochemistry of transition, non-transition and rare-earth elements in the surficial sediments of continental shelf of Kerala and an annex to the Cochin estuarine system

The metals present in the surface sediments have high demand on a global perspective, and the main reservoir of these elements is believed to be the ocean floor. A lot of studies on metals are going on throughout the world for its quantification and exploitation. Even though, some preliminary attempts have been made in selected areas for the quantitative study of metals in the western continental shelf of India, no comprehensive work has been reported so far. The importance of this study also lies on the fact that there has not been a proper evaluation of the impact of the Great Tsunami of 2004 on the coastal areas of the south India. In View of this, an attempt has been made to address the seasonal distribution, behavior and mechanisms which control the deposition of metals in the sediments of the western continental shelf and Cochin Estuary, an annex to this coastal marine region.Surface sediment samples were collected seasonally from two subenvironemnts of southwest coast of India, (continental shelf of Kerala and Cochin estuarine system), to estimate the seasonal distribution and geochemical behavior of non-transition, transition, rare-earth elements, Th and U. Bottom water samples were also taken from each station, and analysed for temperature, salinity and dissolved oxygen, hence the response of redox sensitive elements to oxygen minimum zone can be addressed. In addition, other sedimentary parameters such as sand, silt, clay fractions, CaCO3 and organic carbon content were also estimated to evaluate the control factors on level of metals present in the sediment. The study used different environmental data analysis techniques to evaluate the distribution and behavior of elements during different seasons. This includes environmental parameters such as elemental normalisation, enrichment factor, element excess, cerium and europium anomalies and authigenic uranium.

Influence of Selected Dietary Micronutrient Elements on Growth and Biochemistry of Farmed Prawns

From the present study, it is clear that all the three metals, selenium, molybdenum and cobalt have significant effect on the antioxidant status of the shrimps. Selenium and molybdenum were observed to induce peroxidative damage at elevated levels. But at the same level, cobalt did not show such an effect. Selenium was found to be growth promoting at lower levels of dietary supplementation. Even though low levels of dietary selenium had a protective effect against the lipid peroxidation, the present study indicates that high levels of dietary selenium could promote lipid peroxidation. The selenium-dependent antioxidant enzyme, GPx behaved differently in muscle and hepatopancreas. A high concentration of selenium was required for the active expression of the enzyme in the muscle, where as in hepatopancreas maximum activity was observed at lower selenium concentration. Selenium supplementation had a positive effect on GSH concentration. The other antioxidant enzymes such as GST, SOD and CAT showed enhanced activity at higher concentration of selenium. Molybdenum supplementation significantly reduced the free radical scavenger enzymes SOD and CAT. This resulted in enhanced lipid peroxidation in tissues. The activity of antioxidant enzyme GPx and the concentration of the substrate for the enzyme, GSH also were lower at elevated levels of molybdenum supplementation. In addition to this amino acids and fatty acids were also altered in molybdenum supplemented groups. In trace amounts, dietary molybdenum exerts a beneficial effect on the growth and also in the activities of the enzymes XO and SO. At the same time it also indicates a possibility of oxidative damage as a result of the peroxidation caused by the activities of the enzymes SO and XO at elevated concentrations of molybdenum is also indicated. The absorption of various trace elements was also altered by molybdenum supplementation.Among the three metals studied, cobalt was the least toxic one at the administered levels. But this metal has a significant effect on the lipid content, amino acid composition, cholesterol levels and phospholipid levels. Increased growth was also observed as a result of cobalt supplementation in shrimps. The antioxidant system of the animal was activated by dietary cobalt. Tissue levels of the trace metals were also found to be altered in cobalt supplemented groups of shrimps.These studies, thus shows that influence of dietary trace metals calls for more detailed studies in farmed shrimp. They may hold the key to growth and even disease resistance in shrimp. But this still remains as a virgin field which demands more attention, especially in view of the increasing importance of shrimp farming.