Questionnaire initial Lumière en CE2 (Bernard-Yves Cochain)

J'ai cherché à cerner les représentations initiales des enfants pour définir les points qu'il sera intéressant d'aborder.

Ne sachant pas comment la classe réagirait et voulant recueillir des réactions spontanées, j'ai proposé un questionnaire. Ce n'était peut être pas la meilleure approche, pourtant elle nous a fourni un recueil de représentations et de questions que nous avons pu interroger en les vérifiant par des dispositifs expérimentaux. L'idée était que les élèves puissent mesurer leur évolution.

Voici l'analyse de quelques réponses et les pistes d'expérimentation qu'elles ont ouvertes (cliquez ici pour voir le questionnaire complet) :

1. Tu veux réaliser un théâtre d’ombres chinoises. Dessine ce dont tu auras besoin et nomme ce que tu as représenté.

2. Voici un dessin. Une lampe de poche éclaire. Une feuille de carton noir est placée sur le chemin de la lumière. Indique dans le tableau ce qui est vrai en plaçant un V et faux en plaçant un F.

La représentation proposée a elle même induite les représentations de certains élèves. Je ne le referai pas... En SEGPA, il a fallu proposer une manipulation, les élèves n'étant pas capable de comprendre le schéma. Par contre, tous les élèves de CE2 on interprété le schéma, ce qui s'est d'ailleurs vérifié dans l'atelier 1 où il fallait mettre en oeuvre le dispositif.

4. Indique V quand tu penses que c’est vrai, F, quand tu penses que c’est faux et ? quand tu ne sais pas.

1	Avec plusieurs lampes électriques, un objet peut avoir plusieurs ombres.
	Cette affirmation a été vérifiée facilement en utilisant plusieurs lampes.
3	Dans la lumière blanche, il y a toutes les couleurs que tu peux voir.
	Un peu juste financièrement, j'ai proposé une simple plume d'oiseau. J'aurais aimé m'offrir des prismes optiques, mais ils sont assez coûteux et je ne suis pas sûr que ceux de Pierron soient de qualité suffisante pour l'expérimentation. Un prisme de qualité aurait été nécessaire pour mettre en évidence la présence des radiations infrarouges (à l'aide d'un thermomètre).
5	En voyant l’ombre d’un objet, on peut toujours deviner sa forme.
	La réfutation de cette affirmation a été assez difficile à mettre en évidence, les enfants orientant systématiquement les objets dans une position qui en rendait l'ombre lisible. C'est la proposition d'une paire de ciseaux qui a permis la première prise de conscience.
7	La lumière se déplace en ligne droite.
	Plusieurs dispositifs ont été proposés. Dans un premier temps, l'ombre d'un carton noir (atelier numéro un). Les enfants ont proposé deux autres dispositifs, un tube qui devait montrer que la lumière n'était pas modifiée par son passage dans le tube et une feuille percée d'un trou qui prouvait (avec une source ponctuelle) que comme la tache de lumière était homothétique du trou, la lumière se déplaçait en ligne droite.
9	Les objets que tu vois envoient de la lumière vers tes yeux.
	La séance qui a mis cette propriété en évidence (avec la 16) a été menée collectivement à partir d'une observation d'un groupe d'élève. Ce fut un grand moment !
10	Lorsqu’il fait du brouillard, les ombres sont moins nettes.
	Les élèves l'ont vérifié de plusieurs façons. À l'aide d'un filtre diffusant (activité que j'ai proposée), mais aussi à l'aide d'un parapluie translucide interposé devant un torche halogène et devant le soleil (activités proposées par les enfants). Il a été assez difficile de faire admettre que le contour des ombres est directement lié à la taille apparente de la source de lumière. Les enfants qui l'avaient compris ont proposé diverses manipulations (recours au parapluie,au spot et au soleil car la puissance des ampoules de 20W était trop faible pour des démonstrations devant toute la classe..
12	Plus la source de lumière est puissante, et plus l’ombre sera nette.
	Cette affirmation a été réfutée en utilisant des lampes à puissance variable. Les élèves ont constaté que les limites de l'ombre ne variaient pas. Les premiers essais ont été fait avec des lampes qui avaient des tailles différentes, ce qui faussait les résultats. J'ai donc dû intervenir en proposant une lampe qui possédait plusieurs niveaux de puissance.
15	Si tu mets un carton noir sur le trajet de la lumière, elle sera arrêtée par le carton.
	Cette affirmation a été vérifiée par tous très rapidement. Elle correspondait d'ailleurs aux représentations initiales (expérience de la vie courante). Certains ont dit que si l'on prenait une source de lumière très puissante on arriverait à voir à travers. On a observé la translucidité des mains placées devant une source de lumière puissante. (parallèle avec la radio...).
16	Si tu ne regardes pas le soleil ou une lampe allumée, tu ne vois pas la lumière.
	La séance qui a mis cette propriété en évidence (avec la 9) a été menée collectivement à partir d'une observation d'un groupe d'élève. Cette séance, la dernière de mon remplacement, fut un grand moment ! La lumière est visible par ses effets lorsqu'elle atteint un objet qui renvoie une partie de la lumière en direction de l'oeil. C'est alors comme si on regardait directement la lumière (analogie avec miroir).
17	Tes yeux émettent des rayons spéciaux qui te permettent de voir les objets.
	Cette affirmation visait à découvrir cette représentation chez les élèves. D'après la fiche connaissance sur la lumière, c'était une opinion possible. Pourtant, peu d'élèves l'ont évoqué en CE2 (un peu plus en SEGPA, mais le questionnaire était un peu long pour eux).
18	Quand tu es éclairé par la lune, ton ombre a un contour moins net que quand tu es éclairé par le soleil.
	Faute de pouvoir expérimenter, nous avons procédé par raisonnement en mesurant la taille du disque lunaire un jour où il était visible et en se rendant compte qu'il était de taille semblable à celle du soleil. Comme nous avions déterminé que le contour des ombres dépendait de la taille apparente de la source lumineuse, les élèves en ont conclu que les ombres devaient présenter les mêmes contours. Il aurait été intéressant de le vérifier expérimentalement, car tous les élèves n'en ont peut-être pas été vraiment convaincus).
19	Tu reçois de la lumière d’une lampe éteinte si tu peux la voir.
	Après la vérification des points 9 et 16, il a été possible de faire un petit débat pour en convenir. Les représentations initiales étaient que si la lampe était éteinte on ne pouvait pas la voir (avis de 60% des enfants). Pour ces enfants, la lampe ne pouvait envoyer de la lumière réfléchie si elle n'était pas source de lumière. Ce qui est amusant, c'est que pour des objets quelconques, cela est beaucoup mieux passé.
20	Un arc-en-ciel est formé par la lumière du soleil.
	Pas de véritable vérification, quelques narrations d'expériences (arcs-en-ciel doubles que nous n'avons pas eu le temps d'expliquer et de modéliser). Parallèle avec plume. Un prisme aurait été utile (cherche sponsor ;-)
21	Un objet est blanc car il renvoie toute la lumière qu’il reçoit.
	Les manipulations sur la couleur ont été très intéressante et ont donné lieu à de nombreuses expérimentations, même en SEGPA.
23	Un objet est rouge car il reçoit une lumière différente d’un objet bleu.
	Cette affirmation est fausse, les élèves s'en sont convaincus autour de dispositifs expérimentaux qu'ils ont réalisés en groupe.
24	Un objet paraît rouge car il ne renvoie que la partie rouge de la lumière blanche qu’il reçoit.
	Cette affirmation a été vérifiée grâce à de nombreuses expériences avec des filtres colorés et des objets de couleur. Il a semblé plus facile de faire ces expériences en mettant les filtres directement sur les yeux. En SEGPA, il était possible de faire l'obscurité dans la classe, il était moins nécessaire de placer le filtre devant les yeux. Dans les deux cas (CE2 et SEGPA), la synthèse additive de la lumière a été découverte par les élèves (à partir de triplets chromatiques primaires, rouge, vert et bleu). La synthèse soustractive n'a été découverte et étudiée que par les CE2. Il aurait été intéressant de disposer de plus de temps pour continuer les expérimentations. Certaines manipulations ont mis en évidence des illusions d'optique. Par exemple ombre magenta lorsque la lumière est verte et que la pièce n'est pas plongée dans l'obscurité (lorsqu'on regarde uniquement l'ombre, elle ne paraît plus magenta, seulement grise. C'est le contraste simultané qui trompe le cerveau. Ce champ d'expérimentation vers les illusions d'optique n'a pas été exploité suffisamment (faute de temps...).

5. Sur terre, on a des moments de jour et des moments de nuit. Explique ce que tu crois qui se passe. Donne le plus de détails possibles. Fais des dessins pour bien expliquer ce que tu crois.

Les représentations initiales des élèves mettent en évidence une connaissance "livresque" du principe de l'alternance circadienne. À mon avis, une activité sur ombre et lumière est un préalable à la compréhension des phénomènes astronomiques. Le temps très court (un mois) n'a évidemment pas rendu possible d'exploiter et de réinvestir les compétences pour des expérimentation en astronomie. Il aurait été intéressant de travailler sur la course du soleil (gnomon, cadran solaire, théodolite...) afin de réfléchir au jour et à la nuit, aux phases de la lune et aux saisons.