{"id":297,"date":"2022-06-28T11:47:22","date_gmt":"2022-06-28T09:47:22","guid":{"rendered":"https:\/\/didacsciences.be\/?page_id=297"},"modified":"2024-12-12T21:46:01","modified_gmt":"2024-12-12T20:46:01","slug":"optique-primaire","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/didacsciences.be\/index.php\/home\/concepts-scientifiques\/optique-primaire\/","title":{"rendered":"Optique (primaire)"},"content":{"rendered":"\n

Pour citer cette page : Roelants, D. et Dahmouche, H. (2022).\u00a0Optique (primaire)<\/em>. DidacSciences. https:\/\/didacsciences.be\/.<\/p>\n\n\n\n

Introduction et balises<\/h2>\n\n\n\n

\u00c0 l\u2019\u00e9cole primaire, l\u2019\u00e9l\u00e8ve poursuit la d\u00e9couverte de son environnement proche. Par le biais de cette rencontre d\u00e9j\u00e0 initi\u00e9e en maternelle, l\u2019\u00e9l\u00e8ve va progressivement d\u00e9velopper des repr\u00e9sentations du monde physique et de ses ph\u00e9nom\u00e8nes. Celles-ci jouent un r\u00f4le important lors des apprentissages.

La lumi\u00e8re fait partie du quotidien des \u00e9l\u00e8ves. Pourtant, il s\u2019agit d\u2019un concept pr\u00e9sentant une grande complexit\u00e9 pour eux. \u00c9mise par des sources lumineuses, elle interagit avec des objets sur son passage. Elle poss\u00e8de la propri\u00e9t\u00e9 de se propager de mani\u00e8re rectiligne mais v\u00e9hicule aussi de l\u2019information sur la forme, la couleur ou les dimensions d\u2019un objet (en lien avec la vision). On voit un objet gr\u00e2ce \u00e0 la lumi\u00e8re et, pourtant, on ne voit pas la lumi\u00e8re. Selon Tiberghien (1980)<\/a>[1]<\/sup><\/a> cette particularit\u00e9 am\u00e8ne probablement une difficult\u00e9 importante dans la conceptualisation de la lumi\u00e8re.

Les \u00e9l\u00e8ves du primaire ont des difficult\u00e9s \u00e0 reconna\u00eetre l\u2019existence de la lumi\u00e8re dans l\u2019espace mais cela n\u2019est pas tout. Un obstacle majeur est leur difficult\u00e9 \u00e0 consid\u00e9rer la lumi\u00e8re comme \u00e9tant une entit\u00e9 ind\u00e9pendante et distincte des sources qui l\u2019\u00e9mettent (Ravanis, 2008<\/a>[2]<\/sup><\/a>). Selon les recherches, cette assimilation de la lumi\u00e8re \u00e0 sa source conduit les \u00e9l\u00e8ves \u00e0 associer la lumi\u00e8re exclusivement \u00e0 sa source ou aux effets visibles qu\u2019elle provoque (Arnantonaki, 2021<\/a>[3]<\/sup><\/a>; Ravanis, 2012[4]<\/sup><\/a>). Pourtant, si la lumi\u00e8re est reli\u00e9e strictement aux sources lumineuses, il est impossible pour l\u2019\u00e9l\u00e8ve de comprendre les ph\u00e9nom\u00e8nes impliquant la propagation rectiligne de la lumi\u00e8re dans toutes les directions comme c\u2019est le cas dans la formation des ombres, les ph\u00e9nom\u00e8nes de diffusion, la formation des images par les miroirs ou les lentilles (Ravanis, 2008<\/a>[5]<\/sup><\/a>). Par cons\u00e9quent, la reconnaissance de la lumi\u00e8re comme une entit\u00e9 distincte de la source semble \u00eatre un pr\u00e9alable \u00e0 toute activit\u00e9 relative \u00e0 l\u2019enseignement sur le concept de la lumi\u00e8re. Il s\u2019agit d\u2019amener l\u2019\u00e9l\u00e8ve \u00e0 passer de ces conceptions quotidiennes et spontan\u00e9es, tr\u00e8s r\u00e9sistantes, \u00e0 d\u2019autres plus compatibles avec le mod\u00e8le scientifique (Ravanis, 2012[6]<\/sup><\/a>).

Plusieurs auteurs (Ravanis, 2012[7]<\/sup><\/a> et 2008[8]<\/sup><\/a>; Castro, 2018<\/a>[9]<\/sup><\/a>) se sont d\u2019ailleurs int\u00e9ress\u00e9s aux interventions didactiques permettant le passage \u00e0 de nouvelles conceptions compatibles avec le mod\u00e8le scientifique de la lumi\u00e8re de l\u2019optique g\u00e9om\u00e9trique. Vous retrouverez les liens vers leurs articles ci-apr\u00e8s.

Les premiers mod\u00e8les explicatifs construits \u00e0 l\u2019\u00e9cole le sont souvent par l\u2019interm\u00e9diaire de l\u2019exploration des ombres. <\/strong>Pourtant, cette approche n\u2019est pas sans difficult\u00e9. Certains auteurs (Ravanis, 2012[10]<\/sup><\/a>) ont d\u2019ailleurs signal\u00e9 l\u2019importance de la reconnaissance de la lumi\u00e8re comme entit\u00e9 distincte comme pr\u00e9alable \u00e0 d\u2019autres apprentissages impliquant la propagation rectiligne de la lumi\u00e8re comme c\u2019est le cas pour l\u2019\u00e9tude des ombres.

Plusieurs auteurs se sont int\u00e9ress\u00e9s aux obstacles inh\u00e9rents \u00e0 la formation des ombres. Martinand (1986)[11]<\/sup><\/a> en a identifi\u00e9 trois :
– une difficult\u00e9 pour reconna\u00eetre le m\u00e9canisme de la formation de l\u2019ombre ;
– une difficult\u00e9 pour d\u00e9finir la place de l\u2019ombre par rapport \u00e0 celle de la source et de l\u2019obstacle ;
– une difficult\u00e9 pour identifier la correspondance entre le nombre des lampes et celui des ombres.

Dans sa th\u00e8se, Arnantonaki (2021)<\/a>[12]<\/sup><\/a> pr\u00e9sente \u00e9galement des obstacles li\u00e9s au concept d\u2019ombre respectivement pour l\u2019\u00e9cole maternelle et primaire.

A l\u2019\u00e9cole primaire, il est question d’amener l\u2019\u00e9l\u00e8ve progressivement \u00e0 distinguer lumi\u00e8re et ombre, \u00e0 construire la notion d\u2019obstacle et de source \u201clumineuse\u201d. Il s\u2019agit de construire un mod\u00e8le pr\u00e9curseur pour la formation des ombres int\u00e9grant la reconnaissance de la formation des ombres comme r\u00e9sultat de l\u2019emp\u00eachement de la propagation de la lumi\u00e8re par un obstacle (Dumas-Carr\u00e9 et al.<\/em>, 2003[13]<\/sup><\/a>; Ravanis et al., 2005[14]<\/sup><\/a>). Ce mod\u00e8le implique en fait une premi\u00e8re approche de la propri\u00e9t\u00e9 de propagation rectiligne de la lumi\u00e8re.

Par les diverses explorations autour des ombres et lumi\u00e8res, l\u2019\u00e9l\u00e8ve de primaire est amen\u00e9 \u00e0 d\u00e9couvrir des mat\u00e9riaux particuliers (transparents ou color\u00e9s) ou encore des objets usuels tel le miroir ou la lampe de poche. L\u2019utilisation d\u2019objets comme les instruments d\u2019optique simples (ex : les loupes) lui permet aussi d\u2019approcher les manifestations des ph\u00e9nom\u00e8nes physiques li\u00e9s \u00e0 la lumi\u00e8re et qu\u2019ils \u00e9tudieront plus tard (ex : les effets de la lumi\u00e8re; Arnantonaki, 2021<\/a>).

La lumi\u00e8re joue un r\u00f4le essentiel pour le vivant. Aborder l\u2019optique en primaire, c\u2019est aussi s\u2019int\u00e9resser \u00e0 la vue et aux organes des sens qui y sont li\u00e9s. Les \u00e9l\u00e8ves auront l\u2019occasion de s\u2019interroger sur la perception de la lumi\u00e8re par l\u2019organisme. Cela permettra, plus tard, la construction de \u201cmod\u00e8les\u201d permettant d\u2019expliquer les m\u00e9canismes en jeu dans la vision.

Enfin, l\u2019enjeu de cet enseignement est de constituer un pr\u00e9requis \u00e0 de futurs apprentissages, par exemple en astronomie au primaire<\/a> (d\u00e9couverte du syst\u00e8me solaire, rotation et r\u00e9volution de la Terre en lien avec l\u2019alternance jour\/nuit) ou au secondaire<\/a>.<\/p>\n\n\n\n

<\/a>Remarque :<\/em><\/p>\n\n\n\n

Diff\u00e9rents mod\u00e8les scientifiques ont \u00e9t\u00e9 d\u00e9velopp\u00e9s pour \u00e9tudier la lumi\u00e8re. Au niveau de l\u2019enseignement primaire, le mod\u00e8le retenu est celui de l\u2019optique g\u00e9om\u00e9trique. Dans celui-ci, on consid\u00e8re que la lumi\u00e8re se propage de rectiligne, en ligne droite dans un milieu homog\u00e8ne par des rayons lumineux qui peuvent se croiser sans interagir. Pour plus d\u2019information sur l’\u00e9volution des mod\u00e8les de la lumi\u00e8re et de l\u2019ombre, le lecteur peut consulter la th\u00e8se d\u2019Arnantonaki (2021)<\/a>.<\/p>\n\n\n\n

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Entr\u00e9es faciles<\/h2>\n\n\n\n

A propos de concepts physiques, Hartmann (2006)[15]<\/sup><\/a> propose un outil pratique reprenant des activit\u00e9s de classe sur diverses th\u00e9matiques. Un chapitre est notamment consacr\u00e9 \u00e0 la lumi\u00e8re. L\u2019int\u00e9r\u00eat r\u00e9side notamment dans les \u00e9clairages sur les conceptions des \u00e9l\u00e8ves de la maternelle au primaire.<\/p>\n\n\n\n

Dans la partie 3 de leur ouvrage, Tavernier et al.<\/em> (2009)[16]<\/sup><\/a> proposent un \u00e9clairage scientifique sur la lumi\u00e8re (et les ombres) et des pistes m\u00e9thodologiques pour d\u00e9velopper ce concept avec des \u00e9l\u00e8ves du primaire.<\/p>\n\n\n\n

L\u2019ouvrage de Thouin (2006)[17]<\/sup><\/a> contient de nombreux exemples de probl\u00e8mes que l\u2019on peut proposer aux \u00e9l\u00e8ves de maternelle et primaire. Il s\u2019agit ici d\u2019une approche s\u2019inspirant des recherches r\u00e9centes en didactique des sciences permettant aux \u00e9l\u00e8ves de faire \u00e9voluer leurs conceptions par des solutions et\/ou approches possiblement diff\u00e9rentes, leur permettant ainsi de s\u2019initier \u00e0 la v\u00e9ritable nature du travail scientifique. Pour l\u2019enseignant, chaque exemple est richement accompagn\u00e9 de suggestions de mises en situation, de rep\u00e8res culturels et historiques, de suggestions d\u2019activit\u00e9s de structuration et d\u2019enrichissement, etc. Le module 5 de l\u2019ouvrage est consacr\u00e9 \u00e0 la lumi\u00e8re et au son.<\/p>\n\n\n\n

La brochure th\u00e9matique \u201cHistoire d\u2019y voir plus clair<\/a>\u201d<\/a> de l\u2019asbl Hypoth\u00e8se propose des pistes pour permettre \u00e0 l\u2019\u00e9l\u00e8ve de se poser des questions scientifiques \u00e0 propos de l\u2019optique et en particulier les instruments d\u2019optiques, la lumi\u00e8re et les ombres. Les s\u00e9quences propos\u00e9es s\u2019accompagnent d\u2019\u00e9clairages didactiques et scientifiques.<\/p>\n\n\n\n

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\u00c9crits scientifiques<\/h2>\n\n\n\n

La recherche de Tibergien(1980)<\/a> s\u2019int\u00e9resse aux conceptions des \u00e9l\u00e8ves \u00e0 propos de la lumi\u00e8re en fin de primaire (9-12 ans).

La th\u00e8se d\u2019Arnantonaki (2021)<\/a> propose une \u00e9tude de l\u2019appropriation de mod\u00e8les pr\u00e9curseurs de la lumi\u00e8re et de la formation des ombres par des enseignants de grande section de maternelle (5-6 ans).  Il y retrace aussi l\u2019\u00e9volution du mod\u00e8le de la lumi\u00e8re et pr\u00e9sente les conceptions des \u00e9l\u00e8ves de maternelle et primaire \u00e0 propos de la lumi\u00e8re et des ombres.

Ravanis (2008)<\/a> se penche sur une r\u00e9flexion d\u2019un mod\u00e8le didactique pour la construction cognitive du concept de lumi\u00e8re et permettant le franchissement de l\u2019obstacle d\u2019assimilation de la lumi\u00e8re \u00e0 sa source chez des \u00e9l\u00e8ves de 8 ans.

L\u2019article de Ravanis (2012) interroge les repr\u00e9sentations des \u00e9l\u00e8ves de 10 ans sur le concept de la lumi\u00e8re. Il propose une cat\u00e9gorisation de ces repr\u00e9sentations dans le cadre de perspectives piag\u00e9tiennes et tente une \u00e9laboration de pistes d\u2019interventions didactiques pour d\u00e9passer celles-ci.

L\u2019\u00e9tude de Castro (2018)<\/a> pr\u00e9sente la comparaison de deux mod\u00e8les d\u2019enseignement (le premier bas\u00e9 sur les conceptions des \u00e9l\u00e8ves et le second sur une approche plus traditionnelle) sur l\u2019apprentissage de la propagation rectiligne de la lumi\u00e8re par les \u00e9l\u00e8ves de 10-11 ans.

La recherche de Ravanis et Papamichael (1995)<\/a> porte sur le r\u00f4le de la m\u00e9diation sociale dans la d\u00e9stabilisation du syst\u00e8me de repr\u00e9sentations spontan\u00e9es d\u2019\u00e9l\u00e8ves de 10-11 ans sur la propagation de la lumi\u00e8re.

L\u2019article de de Hosson et Kaminski (2006)<\/a> rend compte d\u2019un dispositif d\u2019enseignement du m\u00e9canisme de la vision, inspir\u00e9 de l\u2019histoire de sciences. Il est destin\u00e9 \u00e0 la fin de l\u2019enseignement primaire \/ d\u00e9but du secondaire (P6-S1).

L\u2019article de Dedes et Ravanis (2009)<\/a> \u00e9tudie l\u2019efficacit\u00e9 d\u2019un recours \u00e0 l\u2019histoire des sciences pour l\u2019acc\u00e8s \u00e0 l\u2019optique g\u00e9om\u00e9trique des \u00e9l\u00e8ves de 12-16 ans.<\/p>\n\n\n\n

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Pistes de r\u00e9flexion pour les TFE et m\u00e9moires<\/h2>\n\n\n\n

Voici quelles pistes de r\u00e9flexion pouvant amener \u00e0 un travail de recherche \u00e0 propos de l’optique en primaire :<\/p>\n\n\n\n