Introduction et balises
Dès l’école maternelle, l’élève a développé des représentations du monde physique et de ses phénomènes notamment de la lumière. En secondaire, les apprentissages se poursuivent.
La lumière, tout en faisant partie du quotidien des élèves, est un concept qui présente une grande complexité. Émise par des sources lumineuses, elle interagit avec des objets sur son passage. Elle possède la propriété de se propager de manière rectiligne mais véhicule aussi de l’information sur la forme, la couleur ou les dimensions d’un objet (en lien avec la vision). On voit un objet grâce à la lumière et, pourtant, on ne voit pas la lumière. Selon Tiberghien (1980)[1] cette particularité amène probablement une difficulté importante dans la conceptualisation de la lumière. L’objectif sera ainsi de poursuivre chez les élèves la construction de modèles explicatifs sur la lumière et ses phénomènes. Plusieurs auteurs (Ravanis, 2012[2] et 2008[3]; Castro, 2018[4]) se sont d’ailleurs intéressés aux interventions didactiques permettant ce passage à de nouvelles conceptions compatibles avec le modèle scientifique de la lumière de l’optique géométrique. Vous retrouverez les liens vers leurs articles ci-après.
Les premiers modèles explicatifs construits à l’école l’ont été par l’intermédiaire de l’exploration de la propagation de la lumière (via les ombres) et de sa perception (via les organes des sens). Il s’agissait de construire un modèle précurseur pour la formation des ombres intégrant la reconnaissance de la formation des ombres comme résultat de l’empêchement de la propagation de la lumière par un obstacle (Dumas-Carré et al., 2003[5]; Ravanis et al., 2005[6]). Ce modèle implique en fait une première approche de la propriété de propagation rectiligne de la lumière. Ravanis (2012)[7] précise aussi que la reconnaissance stable de la lumière comme entité indépendante et distincte de la source constitue un préalable à tout apprentissage relatif au concept de lumière et notamment ceux touchant à la propagation rectiligne de la lumière. Ainsi, par exemple, il constitue un prérequis pour l’étude de la formation des ombres, les phénomènes de diffusion, la formation des images par les miroirs ou les lentilles (Resta-Schweitzer & Weil-Barais, 2007[8]; Dedes & Ravanis, 2009[9]) ou donc même plus largement de l’étude de l’astronomie.
Les élèves du secondaire approchent la lumière par le biais de l’étude des ondes. L’étude de l’œil et les mécanismes de la vision sont aussi davantage explorés en lien avec l’optique géométrique. Tous ces apprentissages permettent à l’élève de conceptualiser la lumière.
Différents modèles scientifiques ont été développés pour étudier la lumière. Au niveau de l’enseignement primaire, le modèle retenu est celui de l’optique géométrique. Dans celui-ci, on considère que la lumière se propage de rectiligne, en ligne droite dans un milieu homogène par des rayons lumineux qui peuvent se croiser sans interagir. Pour plus d’information sur l’évolution des modèles de la lumière et de l’ombre, le lecteur peut consulter la thèse d’Arnantonaki (2021)[10].
Entrées faciles
Morge et Boilevin (2008)[11] proposent une modélisation des séquences d’apprentissage par investigation accompagnée d’exemples de séquences illustrant la diversité des investigations pouvant être menées en classe de secondaire. Un séquence proposée traite des ombres.
Écrits scientifiques
L’article de de Hosson et Kaminski (2006) rend compte d’un dispositif d’enseignement du mécanisme de la vision, inspiré de l’histoire de sciences. Il est destiné à la fin de l’enseignement primaire / début du secondaire (P6-S1).
L’article de Dedes et Ravanis (2009) étudie l’efficacité d’un recours à l’histoire des sciences pour l’accès à l’optique géométrique des élèves de 12-16 ans.
La recherche de Tibergien(1980) s’intéresse aux conceptions des élèves à propos de la lumière en fin de primaire (9-12 ans).
Pistes de réflexion pour les TFE et mémoires
Voici quelles pistes de réflexion pouvant amener à un travail de recherche à propos de l’optique en secondaire :
- Questionner les expériences pouvant aider les enfants à comprendre la nature et les propriétés de la lumière ;
- Investiguer l’utilisation de l’histoire des sciences dans le cadre d’un apprentissage à propos de la lumière ;
- Questionner les obstacles que rencontrent les enseignants lors d’apprentissages à propos de ces concepts liés à la lumière ;
- Interroger les liens possibles entre les apprentissages en optique et la nutrition chez les plantes ;
- Questionner la façon d’amener des apprentissages à propos de la lumière au départ d’applications de la vie courante (panneaux solaires, techniques médicales, fibres optiques, lentilles, etc) ;
- etc.
[1] Tiberghien, A. (1980). Conception de la lumière chez l’enfant de 10-12 ans. Revue française de pédagogie, 24-41.
[2] Ravanis, K. (2012). Représentations des enfants de 10 ans sur le concept de lumière: perspectives piagétiennes. Schème: Revista Eletrônica de Psicologia e Epistemologia Genéticas, 4(1), 70-84.
[3] Ravanis, K. (2008). Le concept de lumière: une recherche empirique sur les représentations des élèves de 8 ans. Analele Ştiinţifice Universităţii Cuza: Ştiinţele Educaţiei, 12, 147-156.
[4] Castro, D. (2018). L’apprentissage de la propagation rectiligne de la lumière par les élèves de 10-11 ans. La comparaison de deux modèles d’enseignement. European Journal of Education Studies. 4 (5).
[5] Dumas-Carre, A., Weil-Barais, A., Ravanis, K., & Shourcheh, F. (2003). Interactions maître-élèves en cours d’activités scientifiques à l’école maternelle: approche comparative. Bulletin de Psychologie, 56(466), 493-508.
[6] Ravanis, K., Charalampopoulou, C., Boilevin, J. M., & Bagakis, G. (2005). La construction de la formation des ombres dans la pensée des enfants de 5-6 ans: procédures didactiques et sociocognitives. Spirale-Revue de recherches en éducation, 36(1), 87-98.
[7] Ravanis, K. (2012). Représentations des enfants de 10 ans sur le concept de lumière: perspectives piagétiennes. Schème: Revista Eletrônica de Psicologia e Epistemologia Genéticas, 4(1), 70-84.
[8] Resta-Schweitzer, M.& Weil-Barais, A. (2007). Éducation scientifique et développement intellectuel du jeune enfant. Review of Science, Mathematics and ICT Education, 1(1), 63-82.
[9] Dedes, C., & Ravanis, K. (2009). Teaching image formation by extended light sources: The use of a model derived from the history of science. Research in Science Education, 39(1), 57-73.
[10] Arnantonaki, D. (2021). Étude de l’appropriation de modèles précurseurs par des enseignants pour une éducation scientifique en grande section d’école maternelle: le cas de la lumière et de l’ombre (thèse de doctorat). Université de Bretagne occidentale et Université de Patras.
[11] Morge, L. et Boilevin, J.-M. (Dir.). (2008). Séquences d’investigation en physique-chimie. Collège, Lycée. CRDP-Scéren.