La chimie est-elle obligatoire au lycée au Vermont?
Les élèves du lycée du Vermont sont tenus de suivre un minimum de 3 années d'instruction en sciences pour répondre aux exigences de l'obtention du diplôme basée sur les compétences (Proficiency-Based Graduation Requirements) adoptées par l'État en 2020. Les étudiants ont de nombreuses options pour obtenir des crédits au lycée grâce au programme Pathways Flexibles (Flexible Pathways). En ce qui concerne l'étude de la chimie au lycée, les étudiants du Vermont suivront le programme Next-Generation Science Standards (NGSS), car le Vermont est un État dirigeant du NGSS.
À cet effet, ils étudieront la chimie dans le cours obligatoire des Sciences Physiques. Voici un exemple du programme de chimie basé sur les compétences que les étudiants peuvent rencontrer:
- HS-PS1-1 Utiliser le tableau périodique comme modèle pour prédire les propriétés relatives des éléments en fonction des motifs des électrons dans la couche d'énergie externe des atomes.
- Énoncé de clarification: Des exemples de propriétés qui pourraient être prédites à partir de motifs pourraient inclure la réactivité des métaux, les types de liaisons formées, le nombre de liaisons formées et les réactions avec l'oxygène.
- HS-PS1-3 Planifier et mener une enquête pour recueillir des preuves afin de comparer la structure des substances à l'échelle macroscopique pour déduire la force des forces électriques entre les particules.
- Énoncé de clarification: L'accent est mis sur la compréhension des forces entre les particules, non sur l'identification de forces intermoléculaires spécifiques (telles que les forces dipôle-dipôle). Des exemples de particules pourraient inclure des ions, des atomes, des molécules et des matériaux en réseau (comme le graphite). Des exemples de propriétés à l'échelle macroscopique des substances pourraient inclure le point de fusion et le point d'ébullition, la pression de vapeur et la tension superficielle.
- HS-PS1-8 Élaborer des modèles pour illustrer les changements dans la composition du noyau de l'atome et l'énergie libérée lors des processus de fission, de fusion et de désintégration radioactive.
- Énoncé de clarification: L'accent est mis sur des modèles qualitatifs simples, tels que des images ou des diagrammes, et sur l'échelle de l'énergie libérée dans les processus nucléaires par rapport à d'autres types de transformations.
- Communiquer des informations scientifiques et techniques sur l'importance de la structure au niveau moléculaire dans le fonctionnement des matériaux conçus. HS-PS2-6
- Énoncé de clarification: L'accent est mis sur les forces attractives et répulsives qui déterminent le fonctionnement du matériau. Des exemples pourraient inclure pourquoi les matériaux conducteurs de l'électricité sont souvent constitués de métal, pourquoi les matériaux flexibles mais durables sont constitués de molécules à chaînes longues et pourquoi les produits pharmaceutiques sont conçus pour interagir avec des récepteurs spécifiques.
- HS-PS1-2 Construire et réviser une explication pour le résultat d'une réaction chimique simple en fonction des états des électrons les plus externes des atomes, des tendances dans le tableau périodique et des connaissances sur les motifs des propriétés chimiques.
- Énoncé de clarification: Des exemples de réactions chimiques pourraient inclure la réaction du sodium et du chlore, du carbone et de l'oxygène, ou du carbone et de l'hydrogène.
- HS-PS1-4 Développer un modèle pour illustrer que la libération ou l'absorption d'énergie d'un système réactionnel chimique dépend des changements dans l'énergie totale des liaisons.
- Énoncé de clarification: L'accent est mis sur l'idée qu'une réaction chimique est un système qui affecte le changement d'énergie. Des exemples de modèles pourraient inclure des dessins et des diagrammes au niveau moléculaire des réactions, des graphiques montrant les énergies relatives des réactifs et des produits, et des représentations montrant que l'énergie est conservée.
- HS-PS1-5 Appliquer des principes scientifiques et des preuves pour expliquer les effets du changement de température ou de concentration des particules réactives sur la vitesse à laquelle une réaction se produit.
- Énoncé de clarification: L'accent est mis sur le raisonnement des élèves qui porte sur le nombre et l'énergie des collisions entre les molécules.
- HS-PS1-6 Affiner la conception d'un système chimique en spécifiant un changement de conditions qui produirait des quantités accrues de produits à l'équilibre.
- Énoncé de clarification: L'accent est mis sur l'application du principe de Le Chatelier et sur le raffinement des conceptions de systèmes réactionnels chimiques, y compris des descriptions du lien entre les changements apportés au niveau macroscopique et ce qui se passe au niveau moléculaire. Des exemples de conceptions pourraient inclure différentes façons d'augmenter la formation de produits, y compris l'ajout de réactifs ou la suppression de produits.
- HS-PS1-7 Utiliser des représentations mathématiques pour appuyer l'affirmation selon laquelle les atomes, et donc la masse, sont conservés lors d'une réaction chimique.
- Énoncé de clarification: L'accent est mis sur l'utilisation d'idées mathématiques pour communiquer les relations proportionnelles entre les masses des atomes dans les réactifs et les produits, et la traduction de ces relations à l'échelle macroscopique en utilisant la mole comme conversion de l'échelle atomique à l'échelle macroscopique. L'accent est mis sur l'évaluation de la pensée mathématique des élèves et non sur la mémorisation et l'application mécanique de techniques de résolution de problèmes.
- HS-PS2-1 Analyser les données pour soutenir l'affirmation selon laquelle la deuxième loi de Newton sur le mouvement décrit la relation mathématique entre la force nette agissant sur un objet macroscopique, sa masse et son accélération.
- Énoncé de clarification: Des exemples de données pourraient inclure des tableaux ou des graphiques de la position ou de la vitesse en fonction du temps pour des objets soumis à une force nette déséquilibrée, tels qu'un objet en chute libre, un objet roulant sur une rampe ou un objet en mouvement tiré par une force constante.
- HS-PS2-2 Utiliser des représentations mathématiques pour soutenir l'affirmation selon laquelle la quantité de mouvement totale d'un système d'objets est conservée lorsqu'il n'y a pas de force nette sur le système.
- Énoncé de clarification : L'accent est mis sur la conservation quantitative de la quantité de mouvement dans les interactions et la signification qualitative de ce principe.
- HS-PS2-3 Appliquer des idées scientifiques et techniques pour concevoir, évaluer et affiner un dispositif qui minimise la force sur un objet macroscopique lors d'une collision.
- Énoncé de clarification : Les exemples d'évaluation et d'amélioration pourraient inclure la détermination du succès du dispositif pour protéger un objet contre les dommages et la modification de la conception pour l'améliorer. Les exemples de dispositifs pourraient inclure un casque de football ou un parachute.
- HS-PS2-4 Utiliser des représentations mathématiques de la loi de gravitation de Newton et de la loi de Coulomb pour décrire et prédire les forces gravitationnelles et électrostatiques entre les objets.
- Énoncé de clarification : L'accent est mis à la fois sur les descriptions quantitatives et conceptuelles des champs gravitationnels et électriques.
- HS-PS2-5 Planifier et mener une expérience pour apporter des preuves qu'un courant électrique peut produire un champ magnétique et qu'un champ magnétique changeant peut produire un courant électrique.
- HS-PS3-1 Créer un modèle computationnel pour calculer le changement d'énergie d'un composant dans un système lorsque le changement d'énergie des autres composants et les flux d'énergie entrant et sortant du système sont connus.
- Énoncé de clarification : L'accent est mis sur l'explication de la signification des expressions mathématiques utilisées dans le modèle. L'évaluation est limitée aux expressions ou calculs algébriques de base, aux systèmes de deux ou trois composants, et à l'énergie thermique, cinétique et/ou aux énergies dans les champs gravitationnels, magnétiques ou électriques.
- HS-PS3-2 Développer et utiliser des modèles pour illustrer que l'énergie à l'échelle macroscopique peut être expliquée comme une combinaison de l'énergie associée aux mouvements des particules (objets) et de l'énergie associée aux positions relatives des particules (objets).
- Énoncé de clarification : Des exemples de phénomènes à l'échelle macroscopique pourraient inclure la conversion de l'énergie cinétique en énergie thermique, l'énergie stockée en raison de la position d'un objet au-dessus de la terre et l'énergie stockée entre deux plaques chargées électriquement. Des exemples de modèles pourraient inclure des schémas, des dessins, des descriptions et des simulations informatiques.
- HS-PS3-3 Concevoir, construire et affiner un dispositif qui fonctionne dans des contraintes données pour convertir une forme d'énergie en une autre forme d'énergie.
- Énoncé de clarification : L'accent est mis sur les évaluations qualitatives et quantitatives des dispositifs. Des exemples de dispositifs pourraient inclure des dispositifs Rube Goldberg, des éoliennes, des cellules solaires, des fours solaires et des générateurs. Des exemples de contraintes pourraient inclure l'utilisation de formes d'énergie renouvelable et l'efficacité.
- HS-PS3-4 Planifier et mener une enquête pour fournir des preuves que le transfert d'énergie thermique lors de la combinaison de deux composants à des températures différentes dans un système fermé entraîne une distribution d'énergie plus uniforme entre les composants du système (deuxième loi de la thermodynamique).
- Énoncé de clarification : L'accent est mis sur l'analyse des données provenant d'investigations menées par les élèves et sur l'utilisation de la pensée mathématique pour décrire les changements d'énergie à la fois quantitativement et conceptuellement. Des exemples d'enquêtes pourraient inclure le mélange de liquides à différentes températures initiales ou l'ajout d'objets à différentes températures à l'eau.
- HS-PS3-5 Développer et utiliser un modèle de deux objets interagissant par des champs électriques ou magnétiques pour illustrer les forces entre les objets et les changements d'énergie des objets dus à l'interaction.
- Énoncé de clarification : Des exemples de modèles pourraient inclure des dessins, des schémas et des textes, tels que des dessins montrant ce qui se passe lorsque deux charges de polarité opposée sont proches l'une de l'autre.
- HS-PS4-1 Utiliser des représentations mathématiques pour étayer une affirmation concernant les relations entre la fréquence, la longueur d'onde et la vitesse des ondes se déplaçant dans différents milieux.
- Énoncé de clarification : Des exemples de données pourraient inclure le rayonnement électromagnétique se déplaçant dans un vide et le verre, les ondes sonores se déplaçant dans l'air et l'eau, et les ondes sismiques se déplaçant dans la Terre.
- HS-PS4-2 Évaluer les avantages de l'utilisation d'une transmission et d'un stockage numériques de l'information.
- Clarification Statement: Les exemples d'avantages pourraient inclure le fait que les informations numériques sont stables car elles peuvent être stockées de manière fiable dans la mémoire informatique, transférées facilement et copiées et partagées rapidement. Les inconvénients pourraient inclure des problèmes de suppression facile, de sécurité et de vol.
- HS-PS4-3 Évaluer les revendications, les preuves et le raisonnement derrière l'idée que le rayonnement électromagnétique peut être décrit soit par un modèle d'onde, soit par un modèle de particule, et que, pour certaines situations, un modèle est plus utile que l'autre.
- Clarification Statement: L'accent est mis sur la manière dont les preuves expérimentales soutiennent l'affirmation et comment une théorie est généralement modifiée à la lumière de nouvelles preuves. Les exemples d'un phénomène pourraient inclure la résonance, l'interférence, la diffraction et l'effet photoélectrique.
- HS-PS4-4 Évaluer la validité et la fiabilité des affirmations dans les documents publiés sur les effets que différentes fréquences du rayonnement électromagnétique ont lorsqu'elles sont absorbées par la matière.
- Clarification Statement: L'accent est mis sur l'idée que les photons associés à différentes fréquences de lumière ont des énergies différentes, et que les dommages causés aux tissus vivants par le rayonnement électromagnétique dépendent de l'énergie du rayonnement. Les exemples de documents publiés pourraient inclure des livres spécialisés, des magazines, des ressources web, des vidéos et d'autres passages qui peuvent refléter un parti pris.
- HS-PS4-5 Communiquer des informations techniques sur la manière dont certains dispositifs technologiques utilisent les principes du comportement des ondes et des interactions des ondes avec la matière pour transmettre et capturer des informations et de l'énergie.
- Clarification Statement: Les exemples pourraient inclure les cellules solaires capturant la lumière et la convertissant en électricité ; l'imagerie médicale ; et la technologie des communications.