ARTheque - STEF - ENS Cachan | À propos de modèles « spontanés » de phénomènes liés à la lumière

A PROPOS DE MODELES "SPONTANES" DE

PHENOMENES LIES A LA LUMIERE

Ana ESGALHADO

Dep. de Educaçao da

f.C.

da Unlversldade de Lisboa

José REBORDAO

LNETI, IETI Lisboa

MOTS CLEF5: lumière, vision, modèle aristotélicien, modèle alternatif

RE5111E: Nous présentons l'analyse des réponses à des quest ions d'ordre

générale sur la lumière, sur la vision des objets et sur l'interaction lumière/objets Une forte implantation du modèle aristotélicien de la vision a été retrouvé; avec celui-ct il semble se déce 1er un autre modè le qui le récupère, tout en faisant fonctionner les trois élément du triangle visuel.

An analysis of a survey about general ideas of llght, a model of vision (triangle vision) and the lightlob jects interaction is presented We ftnd that an aristotel ien model of vision is frequent and we suggest that the precedent model may be incorporated in a new model that Includes a Iight source, an Object and the eye. This alternative model has an internaI structure different

1NTRODUCT ION

Ce travail a étè motivé par l'élaboration de programmes d'optique pour deux formations professionnelles débutant après la classe de troisième

Les rèsultats ont été obtenus par la passation d'un questionnaire qui comporte quinze questions Une analyse des manuels de troisième, une caractérIsation du modèle de confrontation -le triangle visuel- et une étude des modèles alternatifs concernant la vision ont été les démarches préalables les questions analisées visent rècolter les mots associés par les élèves il la lumIère et

à

la visIon, vérifierSI le modèle aristotélicien de la vision est dominant et encore si des modèles alternatifs, à propos de la structuration du triangle visuel, sont présents chez les élèves portugais de troisième Pour chaque questIon, un élève pouvait être classiflè plusieurs fois, une dans chacune des différentes catégories définies.

L'échantillon 4 classes de troIsième d'une école secondaire, en total 103 élèves dont l'âge se situe entre 13 et 17 ans; prés d'un tiers des élèves de l'ecole ont subi au mOIns un redoublement Le choix de l'école tient au spectre varié des professIons du quartier,il dominante salariés moyens.

1 Analyse des Questions d'ordre général

QUESTION 1 - -Qu'est-ceque tu penses qu'est la lumière?"

f~~~~IERE

C'EST DE L'ENERGIE

~ œr~~

~.

LA Lur11ERE C'EST LA VIE .. ..,9

~ LA LUMIERE PERMET DE VOIR .7 4. LA LUMIERE C'EST LA CLARETE . 17. 5. LA LUMIERE EST PRODUITE PAR .. .. 9 6. LA LUMIERE C'EST LE MOUVEMENT DES PHOTONS.,4 7. REPONSES REDONDANTES '5. 8 NE REPONDENT PAS.. . 14. TOTAL---~ 124 TABLEAU 1 SYSTEMATISATION DUPLUS GRAND NOMBRE DE REPONSES DES ELEVES ALA QUESTION 1

Les deux premléres catégories sont caractérisées par l'indication d'un mot qUI tient placect' explication l'énergie est le mot le plus fréquent, après vIennent les mots d'un regIstre biologIque (la vIe) - Ils se référent

à

un vocabulaire acquIs en SCiences Naturelles. Les modes d'associatIons entre

lumière et énergie distinguent les deux catègories: la première ·Ies associe directement et la deuxième est implicite, utilisant un mot intermèdiaire.

Les troisième et quatrième catégories traduisent les fonctions associèes à la lumière Une confrontation aux résultats des catégories précedentes indiquent une reconnaissance de la lumière comme quelque chose qui "chauffe" au détriment de ce qui "éclaire"

Dans les cinquième et sixième catégories, les réponses sortent du cadre linguistique de la question pour associer à la lumière les moyens de sa production - les sources - ou de sa propagation - le mouvement des photons.

QUESTION 6 - 'On prend un très grand et très fort projecteur et on le pointe vers le ciel. La lumière va jusqu'où:

a) s'II fait Jour. b) s'II fait nuit.

-télJJries Nombre

œréponses

1. LA lUMIERE ABOUTIT ALA MEME DiSTANCE 9

2 l'Œil NE VOIT PAS 5

3.LE SOlEil NE LAISSE PAS VOIR 17

4.LA lUMIERE ABOUTIT ADES DISTANCES DIFFERENTES 66

5. NE REPONDENT PAS 17 T O T A L -114 TAB! FAt! Il SISTEMATISIITION DES REPONSES ALA QUESTION 6

Ici la lumière n'est pas directement liée à la vision. La presque totalité des élèves a essayé d'affirmer "où· aboutit la lumière. Trois élèves référent un objet qui seraient éclairé, comme critère de vérifier si la lumière y arrive ou pas; mais le besoin de ce critère n'a pas été très ressenti.

2 Analyse des Questions concernant l'jnteraction lumière/objets QUESTION 8

·Une cigarette allumée u.

1 elle de la couleur mais elle n'envole pas de lumière. 2 envole de la lumière mals ne peut pas éclairer les objets. 3 n'envole pas de lumière mals on peut la voir.

4 a une lumière si faible qu'elle n'aboutit guère à 20m. 5 la vue réussi à

y

arriver et

à

la voir.·

~

2. 55

1

3. 35

1

4 46

1

5. 49

Le total des réponses est de 215

TABLEAU III

CHOIX DES ITEMS

A lA QUESTION 8

entre vision et lumière est négligeable, une fois Que la "vue" peut aboutir à l'ob Jet (4916> C'est la relation lum 1ère/éclairage (SS1ll) Qui se montre dominante La similitude des fréquences des diffèrentes réponses suggère Que la cigarette allumèe n'a pas des propriétès assez nettes.

QUESTION 2 - Apartir de cette liste organises deux groupes, selon Que tu trouves que la lumière des objets ressemble plus au soleil ou aux chaussures noires bien poiles.

1 LE FEU .. 2. LES CHAISES . 3 LES FLASHES .

4. LES PAPIERS D'ENVELOPPER LES CHOCOLATS... 5. LES GLACES ECLAIREES ..

6 LES PROJECTEURS DE THEATRE

7 LES BOUGIES ALLUMEES .

8 LES PAPIERS BLANCS . 9 LES LAMPES DE POCHE .

IOLE SABLE(

œ

lapl~,il midi d'un jour très beau) 51 ILLE CHARBON ARDENT

12. LES LAMPES... . ..

13 L'ECRAN TV

14.LALUNL.

15.LES PIERRES PRECIEUSES. 16. LES MIROIRS...

17.LES ClatlRETTES ALLUMEES.... 18 LES ETOILES ..

19. LESfARES.

20. LES RETRO-REFLECTEURS(d'unvélo) . 38

TABI EAU IV:

LES OBJETS EllE NOMBRE DE REPONSES POUR CHAQUE CATEOORIE A LA QUESTION2 LE NOMBRE DES REPONSES CORRECTES EST SOULIGNE

Les sources primaires sont bien catégorisées (nb de réponses correctes supérieures

a

75% de l'échantillon) sauf l'écran T V. (nb de réponses Incorrectes supérieur au nb. de réponses correctes), la cigarette allumèe et le charbon ardent (nb de réponses correctes et incorrectes est de mème grandeur) Ces sources mal catégOrisées ont une faible intensité de lumIère

C'est au limite de chaque catégorie - ICI la reconnaissance de l'Intensité de la lumlére- Que les difficultés se présentent L'acquisition des exemplaires typiques antecède toujours l'apprentissage des exemplaires non typiques et elle détermIne même la mIse en place de la catégorIe

Pour les autres objets, le probléme se pose surtout avec les réflécteurs (les glaces éclaIrées, les mirOirS, les pierres précieuses, les

particulièrement "brillants" (la lune, le sable et les papiers blancs).

Les réflècteurs et diffuseurs sont reconnus comme fondamentalement différents, définIssant des catégories dlsttntes, que l'ennoncé de la question ne présentait pas; cette différence pose des difficultés Insurmontables pour le placement dans la même catégorie ·objet renvoyant la lumière"; on retrouve ces difficultés lors de l'analyse des items où l'absence de réponse est supérieur

à

I01i de l'échantillon.

3 Analyse des Questtons concernant la vision des objets

QUESTION 14

Des hypothèses suivantes choisis celle ou celles qui sont possibles: • Pour voir un ob jet ...

L.la vue arrive

à

l'objet pendant que la lumière l'éclaire. 2... la lumière éclaire l'œil, rebondit vers l'objet et retourne à

l'œil.

3... l'œll volt la lumière donc Il volt l'objet.

4...la lumière éclaire l'objet et elle est réfléchie versl'œll.

S l'œll volt l'ob jet quand la salle est éclairée.

6 l'œll peut voire l'objet Quand la vue est sufflsament forte pour

y

arriver. •

TABLEAU V:

CHOIX DES ITEMS

A LA QUESTION 14

Le nombre moyen de réponses par élève - 2,6 - montre clairement Que des . réponses Incompatibles sont Simultanément considérées correctes. Le nombre moyen de choix des élèves Qui signalent la réponse correcte est de 1,6; seulement 1'" ne signaient aucune autre hypothèse.

Ces résultats semblent pointer vers une forte implantation de la conception aristotélicienne de la vision (items 1 et 6) et de la fonction éclairage (items 5 et ). Néanmoins, les item 2 et 3 montre un lien entre lumière et l'œil, ou la lumière est nécéssalre pour éclairer l'œil, pas l'objet.

QUESTION 15 Dans la vision il ya toujours un

ollW.

une

.s.o..uc.c.e

lumineuse et

I.œ.il.

Lequel de ces diagrames te parait le mieux décrire ce qu'il se passe quand on voit des objets?

Choisis lHL2llLdiagrame.

TABlEAU VI

NOMBRE D'ELEVES QUI ONT CHOISI LES SCHEMAS DE LA QUESTION 15

LES POURCENTAGES SONT CALCULES SUR LES 90 ELEVES QUI ONT REPONDU.

Le schéma 1 concernant le modéle arIstotélIcien de la vIsion est le plus choist, après VIent le schéma 4 que, sans mettre en cause la notion de quelque chose qui sort de l'œil, suggère un nouveau modèle où la vision ne se présente pas comme le résultat d'un éclairage dHfus (11 n'a pas une préférence entre les figures 2 et 8 quI testent l'Idée de la lumIère comme un r1ulde un "gas" dans le 2 ou un "liqUIde" dans le 8) La vision apparaît plutôt comme le produH d'une Interaction complexe entre les troIs éléments du trIangle vIsuel, mals d'une façon autre Que ce Ileàl'œuvre dans le modéle du physIcien.

<1 ConclusIons

La lumière est très fortement assoclèà une source d'énergIe et elle sert d'abord pour "chaUffer", après pour "éclairer", rarement pour "vo1r". les modèles de la visIon retrouvés sont l'arIstotélicIen et un autre qUI le récupére en l'Introduisant dans une structuration du trIangle visuel où la lumière éclaIre à la fOlS l'objet et l'œll. Le rôle des éléments du trIangle visuel semble assez indéfIni la reconnaissance d'une source Qui éclaire les objets dèpend du niveau de l'Intensité de lumIère et les objets lntéraglssent avec la lumière dlfférement. selon Qu'il s'agit de réflècteurs ou de diffuseurs