Physique Optique Lescouleurs · Sciences naturelles Les couleurs 10 11 Harmos 1.Introduction Comme...

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Sciences naturelles Les couleurs 1011 Harmos Physique Optique Les couleurs Séquence de cours de 1011èmes années Harmos, au Secondaire I : Analyse didactique et création de documents d’activités, fiches de synthèse théorique et exercices d’évaluation. DAES 1 Didactique des sciences naturelles Bachelor Université de Fribourg, Suisse Carrupt Alexia Ikikardes Ömer Mermoud Gaël Rothen Julie Semestre de Printemps 2018 23 mai 2018 Dirigé par Prof. Sanchez Eric 1

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Page 1: Physique Optique Lescouleurs · Sciences naturelles Les couleurs 10 11 Harmos 1.Introduction Comme nous allons le détailler dans le chapitre 4, les conceptions erronées des élèves

Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Physique -shy Optique

Les couleurs

Seacutequence de cours de 10-shy11egravemes anneacutees Harmos au

Secondaire I

Analyse didactique et creacuteation de documents drsquoactiviteacutes fiches de synthegravese theacuteorique et exercices drsquoeacutevaluation

DAES 1 -shy Didactique des sciences naturelles -shy Bachelor Universiteacute de Fribourg Suisse

Carrupt Alexia Ikikardes Oumlmer Mermoud Gaeumll Rothen Julie

Semestre de Printemps 2018 23 mai 2018

Dirigeacute par Prof Sanchez Eric

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Sommaire Reacutesumeacute du dossier 3

Introduction 4 11 Transposition didactique 4

111 Un savoir savant 5 112 Un savoir transposeacute 7 113 Place dans le PER et objectifs drsquoapprentissage 8

12 Notions preacuterequises 9

2 Synopsis deacutetailleacute de la seacutequence et instructions pour les enseignants 10 21 Activiteacute 2 Le modegravele trichromique et la synthegravese additive 10 22 Activiteacute 3 qursquoest-shyce qursquoun filtre 13 23 Activiteacute 4 La couleur des objets 15

3 Documents 19

4 Argumentation scientifique 67 41 Les conceptions des eacutelegraveves et les situations-shyproblegravemes 67

411 Deacutefinitions 67 412 La prise en compte des conceptions des eacutelegraveves dans notre seacutequence 70

42 Modeacutelisation 71 421 Deacutefinition 71 422 La modeacutelisation dans notre seacutequence 71

43 Deacutemarche expeacuterimentale 73 431 Deacutefinition 73 432 La deacutemarche expeacuterimentale dans notre seacutequence 73

5 Conclusion 75

6 Bibliographie 76

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Reacutesumeacute du dossier Ce dossier preacutesente la planification drsquoune seacutequence de cours sur la theacutematique des couleurs Elle srsquoarticule en trois activiteacutes prenant la forme drsquoune deacutemarche de reacutesolution de problegraveme Lrsquoobjectif mis en eacutevidence tout au long de cette seacutequence est la distinction entre la couleur ldquolumiegravererdquo et la couleur ldquomatiegravererdquo Dans la premiegravere partie de ce dossier le contexte theacuteorique du cours (le savoir savant) est introduit ainsi que les objectifs viseacutes pour lrsquoapprentissage Puis un synopsis deacutetailleacute de notre seacutequence est preacutesenteacute Il comprend un reacutesumeacute du deacuteroulement de chaque activiteacute et des eacutetapes drsquoinstitutionnalisation ainsi que des indications concernant leur mise en oeuvre Les indications relatives au mateacuteriel neacutecessaire agrave la reacutealisation des activiteacutes ainsi que les objectifs geacuteneacuteraux et speacutecifiques viseacutes agrave chaque eacutetape sont eacutegalement preacuteciseacutes La troisiegraveme partie du dossier comprend tous les documents utilisables en classe les fiches drsquoactiviteacutes une fiche drsquoeacutevaluation proposant des exercices permettant de veacuterifier lrsquoacquisition de connaissances ainsi que les fiches de synthegravese Ces derniegraveres preacutesentent un reacutesumeacute des notions que les eacutelegraveves doivent connaicirctre sont utiliseacutees lors de la phase drsquoinstitutionnalisation et constituent le support theacuteorique lorsque les eacutelegraveves reacutevisent leur cours Enfin dans la derniegravere partie du dossier notre planification fait lrsquoobjet drsquoune argumentation scientifique afin de justifier nos choix didactiques

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1Introduction Comme nous allons le deacutetailler dans le chapitre 4 les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves au sujet de la lumiegravere et des couleurs sont nombreuses Certaines sont particuliegraverement ancreacutees dans les esprits et rendent la progression des apprentissages impossible Lrsquoun des obstacles fondamentaux de la theacutematique est la distinction entre la couleur ldquolumiegravererdquo et la couleur ldquomatiegravererdquo Cette distinction est cruciale dans le processus de compreacutehension du pheacutenomegravene de perception des couleurs Crsquoest pourquoi nous avons jugeacute inteacuteressant de construire notre seacutequence de cours autour de cet objectif-shyobstacle (Martinand 1989) de maniegravere agrave ce qursquoelle prenne la forme drsquoune deacutemarche de reacutesolution de problegraveme Notre seacutequence comporte trois activiteacutes dont chacune vise une eacutetape dans le processus de compreacutehension de la theacutematique Le scheacutema drsquoapprentissage dans les diffeacuterentes activiteacutes est presque toujours de la forme suivante formulation drsquohypothegraveses baseacutees sur les conceptions rarr observations contraires aux attentes rarr formulation de nouvelles hypothegraveses Ainsi la matiegravere nrsquoest pas exposeacutee par lrsquoenseignant le cours est construit de faccedilon agrave ce que les eacutelegraveves viennent agrave deacutecouvrir petit agrave petit et par eux-shymecircmes les notions de synthegraveses additive et soustractive et que la distinction entre couleur ldquolumiegravererdquo et couleur ldquomatiegravererdquo devienne apparente Les questions sont formuleacutees de maniegravere agrave les orienter sur cette piste Le cours deacutebute par un conflit cognitif (Perret-shyClermont 1979) chez les eacutelegraveves lorsque les observations ne concordent pas avec leurs attentes Les eacutelegraveves prennent note de leurs observations puis le cours se poursuit par une exploration de la porteacutee de ces derniegraveres agrave lrsquoaide drsquooutils de modeacutelisation La troisiegraveme activiteacute vise agrave faire deacutecouvrir le principe du filtre toujours par le biais drsquoobservations et de formulation hypothegraveses La derniegravere activiteacute a pour but drsquooffrir un moyen aux eacutelegraveves de reacutealiser les similitudes entre les objets les filtres et les pigments de la peinture La deacutecouverte pourra alors ecirctre cristalliseacutee lors drsquoune institutionnalisation finale (Brousseau 1998)

11 Transposition didactique

La transposition didactique est un ensemble de moyen qui va permettre de transformer un savoir savant ou institutionnaliseacute en un savoir enseignable De maniegravere eacutequivalente Yves Chevallard (1985 1991) deacutefinit la transposition didactique comme l e travail qui dun objet de savoir agrave enseigner en fait un objet denseignement Cette deacutefinition aussi deacuteveloppeacutee par Verret (1975) implique le processus (non exhaustif) suivant

Deacutecontextualisation et recontextualisation du savoir Circonstances dans lesquelles le savoir a eacuteteacute produit nrsquoest pas pris en compte et le savoir agrave introduire est rattacheacute agrave une situation drsquoapprentissage ou agrave un nouveau problegraveme adapteacute agrave un contexte scolaire

Deacutepersonnalisation Volonteacute de seacuteparer le travail drsquoun savant de lui-shymecircme pour repreacutesenter le savoir indeacutependamment de son producteur

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Deacutesyncreacutetisation Il srsquoagit de la division et de la deacutelimitation du savoir

Axiologisation Seacutelection du savoir selon sa pertinence son utiliteacute et sa laquo valeur raquo agrave des fins eacuteducatives

Programmation Il srsquoagit de lrsquoordre de la preacutesentation du savoir dans lrsquoenseignement et lrsquoordre de son apprentissage

Enfin cet ensemble de processus peut entraicircner une dogmatisation du savoir la rendant immuable deacutecontextualiseacute et deacutetacheacute de lrsquointerdisciplinariteacute

111 Un savoir savant

Nous nous fondons sur le manuel de physique de Joseph Kane et Sternheim (1989) et du livre drsquoAndreacute Brahic et Isabelle Grenier (2008) Les lumiegraveres drsquoeacutetoiles La lumiegravere deux modegraveles La lumiegravere peut ecirctre interpreacuteteacutee de deux maniegraveres diffeacuterentes

Drsquoune part elle est consideacutereacutee comme une particule eacuteleacutementaire appeleacutee photon faisant partie de la famille des leptons et ne posseacutedant theacuteoriquement pas de masse

Drsquoautre part on dit que la lumiegravere possegravede un comportement ondulatoire elle est consideacutereacutee comme une onde eacutelectromagneacutetique car celle-shyci est le reacutesultat drsquoun champ eacutelectrique coupleacute agrave un champ magneacutetique sur deux plans

Ces deux conceptions sont issues drsquoun principe fondamental en physique quantique appeleacute principe de dualiteacute onde-shycorpuscule un principe selon lequel la lumiegravere peut ecirctre interpreacuteteacutee de ces deux maniegraveres diffeacuterentes la lumiegravere serait agrave la fois onde et particule Crsquoest en 1924 que Niels Bohr explique par le principe de compleacutementariteacute que tout objet quantique ne peut ecirctre observeacute simultaneacutement sur les deux plans Crsquoest le cas de la lumiegravere La ceacutelegravebre expeacuterience des fentes de Young permet de lrsquoillustrer De maniegravere plus concise les modegraveles ondulatoires et corpusculaires sont les deux modegraveles que les scientifiques utilisent pour interpreacuteter la lumiegravere

Le spectre

La lumiegravere si elle est eacutemise selon une freacutequence drsquoonde puisqursquoil srsquoagit drsquoune onde eacutelectromagneacutetique adopte une couleur particuliegravere parfois non visible par lrsquoœil humain agrave des freacutequences extrecircmes Agrave chaque freacutequence correspond une certaine couleur que lrsquoon appelle couleur monochromatique

Les basses freacutequences sont de couleurs bleues tandis que les hautes freacutequences sont de couleurs rouges La deacutecomposition de la lumiegravere blanche permet drsquoobtenir toutes les couleurs de lrsquoarc-shyen-shyciel On dit que la lumiegravere blanche possegravede un spectre continu par le fait que lrsquoon passe drsquoun couleur agrave lrsquoautre en permanence en changeant graduellement de nuance

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Le spectre drsquo eacutemission et drsquo absorption drsquoun eacuteleacutement chimique sont les spectres de freacutequences de rayonnements eacutelectromagneacutetiques (lumiegravere) eacutemis et absorbeacutes dus agrave un changement drsquoeacutetat drsquoexcitation drsquoun eacutelectron de lrsquoeacuteleacutement en question

Pour passer drsquoun eacutetat fondamental agrave un niveau supeacuterieur ou en changeant de couche eacutelectronique si lrsquoon se reacutefegravere au modegravele de Bohr lrsquoeacutelectron absorbe un photon qui lui apporte lrsquoeacutenergie neacutecessaire pour changer drsquoeacutetat Crsquoest un pheacutenomegravene que lrsquoon observe lorsque de la lumiegravere traverse un milieu mateacuteriel les eacuteleacutements chimiques de ce milieu absorbant certaines longueurs drsquoonde Lrsquoensemble de ces freacutequences drsquoondes absorbeacutees correspond au spectre drsquoabsorption de lrsquoeacuteleacutement et lrsquoabsorption deacutepend de la composition atomique de la matiegravere et drsquoautres facteurs

En repassant agrave un son eacutetat fondamental il reacuteeacutemet cette eacutenergie sous forme de photons Lrsquoensemble de ces freacutequences drsquoondes eacutemises correspond au spectre eacutemission de lrsquoeacuteleacutement La freacutequence de lrsquoonde eacutemise deacutepend de lrsquoeacutenergie de transition

Il existe plusieurs eacutetats drsquoexcitation possibles pour un eacuteleacutement et donc plusieurs transitions possibles pour ce mecircme eacuteleacutement Ainsi un eacuteleacutement peut absorber ou eacutemettre plusieurs rais (lumiegravere monochromatique) correspondant agrave une certaine freacutequence drsquoonde Les spectres drsquoabsorption et drsquoeacutemission sont compleacutementaires si on les superpose on obtient le spectre continu

Source httpscommonswikimediaorgwikiFileSpectre_C3A9lectromagnC3A9tiquepng

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112 Un savoir transposeacute

Deacutepersonnalisation Le savoir agrave enseigner tel quil apparaicirctra dans nos activiteacutes ne fait pas reacutefeacuterence agrave des expeacuteriences ou agrave des observations preacutecises ni agrave des scientifiquesCrsquoest un travail qui est neacutecessaire afin drsquoeffacer les erreurs et les reacuteflexions inutiles pour rendre le savoir enseignable Nous ne ferons en aucun cas reacutefeacuterences agrave des noms comme Planck Young Newton Einstein Bohr etchellip Les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave deacutecouvrir les savoirs lieacutes agrave la lumiegravere et agrave la couleur par eux-shymecircmes agrave lrsquoaide de nos activiteacutes Deacutecontextualisation et recontexualisation Les savoirs lieacutes aux concepts de lumiegravere et de couleur que nous avons eacutevoqueacutes plus haut vont ainsi ecirctre deacutecontextualiseacutes La lumiegravere ne sera pas consideacutereacutee comme une particule (photon) non plus comme une onde eacutelectromagneacutetique car tous les savoirs lieacutes aux ondes ne sont plus traiteacutes en matheacutematiques (trigonomeacutetrie) dans le PER En conseacutequence le terme de laquospectreraquo ne sera eacutegalement pas utiliseacute pour parler de couleur Lrsquoeacutenergie telle qursquoelle est deacutefinie agrave ce niveau drsquoenseignement crsquoest-shyagrave-shydire comme eacutetant synonyme de chaleur ne peut en aucun cas ecirctre mise en parallegravele avec la notion de couleur En contrepartie le savoir que nous allons introduire sera recontextualiseacute Nous changeons lrsquoorigine du problegraveme en passant de la question ldquo Quelle est lrsquoorigine de la couleur rdquo agrave ldquoQuelles sont les diffeacuterences dans le meacutelange de couleursrdquo Nous parlerons donc de synthegravese additive de synthegravese soustractive (mais aussi de filtres et de couleurs drsquoobjets) agrave la place de spectre drsquoeacutemission et drsquoabsorption qui sont tout agrave fait repreacutesentatifs de ces modegraveles savants agrave un niveau scolaire Ainsi la transposition srsquoopegravere ici par le choix des modegraveles Nous nous concentrons donc sur ce qui est apparent aux yeux de lrsquoapprenant au lieu de se focaliser sur la nature eacutelectromagneacutetique de la couleur Enfin le rayon sera le principal modegravele qui sera utiliseacute pour repreacutesenter la lumiegravere et sa trajectoire rectiligne Lrsquoexpeacuterimentation et la modeacutelisation principalement seront des supports qui vont aider agrave transposer le savoir Deacutesyncreacutetisation Comme nous lrsquoavons dit il srsquoagit de la division et de la deacutelimitation du savoir On distingue ainsi notre seacutequence de physique du cours drsquoarts visuels en marquant les diffeacuterences Nous deacutevelopperons cette partie dans les cadres de rationaliteacutes

Axiologisation Nous ne reprenons pas toutes les notions de la physique afin de transmettre les valeurs principales qui sont neacutecessaires agrave des fins eacuteducatives Les raisons qui nous amegravene agrave enseigner ce cours drsquooptique sur les couleurs est la compreacutehension du monde des couleurs La pertinence et les finaliteacutes des objectifs sont deacutecrites dans le prochain paragraphe

Programmation Lrsquoordre des theacutematiques est la suivante synthegravese soustractive synthegravese additive couleur des objets sous une lumiegravere coloreacutee couleur des objets agrave travers un filtre Lrsquoordre est choisi en fonction de la complexiteacute des theacutematiques En effet les activiteacutes sur la couleur perccedilue drsquoun objet demande des capaciteacutes de reacuteflexion plus importantes que pour la

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synthegravese additive et soustractive Les savoirs se construisant sur drsquoautres savoirs il est ainsi primordial de commencer par les diffeacuterents types de meacutelange de couleurs pour passer agrave un niveau plus complexe Nous deacutetaillons lrsquoordre de la seacutequence dans ldquoSynopsis deacutetailleacute de la seacutequence et instructions pour les enseignants

113 Place dans le PER et objectifs drsquoapprentissage La theacutematique que nous avons choisie est traiteacutee selon le Plan drsquoeacutetude romand entre la 10egraveme et la 11egraveme anneacutee Harmos et srsquoinscrit dans lrsquoobjectif geacuteneacuteral MSN 36 ana lyser des pheacutenomegravenes naturels et des technologies agrave laide de deacutemarches caracteacuteristiques des sciences expeacuterimentales en utilisant un modegravele pour expliquer etou preacutevoir un pheacutenomegravene naturel ou le fonctionnement dun objet technique Le PER preacutevoit pour la seacutequence seacutelectionneacutee le deacuteveloppement de la compeacutetence 1

geacuteneacuterale suivante ldquolrsquoeacutelegraveve est capable drsquointerpreacuteter la couleur perccedilue dun objet agrave laide du modegravele trichromique en eacutetablissant des liens avec larc-shyen-shyciel et les meacutelanges de couleurs en peinturerdquo Pour ce faire le PER donne pour indication peacutedagogique que leacutelegraveve expeacuterimente lui-shymecircme la part objective et la part subjective de ce quil perccediloit de la couleur dun objet et qursquoil soit ainsi ameneacute agrave diffeacuterencier clairement la reacutealiteacute physique de la repreacutesentation mentale (la couleur comme proprieacuteteacute de lobjet et les meacutelanges de pigments en peinture) quil se fait de la situation Afin de respecter les prescriptions nous avons premiegraverement deacutefini les objectifs speacutecifiques de la seacutequence traiteacutee et nous les avons exprimeacutes en termes de compeacutetences Objectifs speacutecifiques pour la seacutequence Modegravele trichromique -shy synthegravese additive -shy synthegravese soustractive -shy filtres -shy lumiegraveres coloreacutees A lrsquoissue de la seacutequence lrsquoeacutelegraveve est capable dedrsquo

hellip faire la distinction entre source primaire et secondaire de lumiegravere et drsquoutiliser cette notion pour deacuteterminer si la couleur perccedilue a eacuteteacute obtenue par synthegravese additive ou par synthegravese soustractive

hellip deacutefinir et nommer ce que sont les couleurs primaires et compleacutementaires pour les deux types de synthegraveses et preacutevoir les couleurs qui seront perccedilues en fonction de la configuration

hellip expliquer agrave lrsquoaide drsquoun exemple (par ex pixels drsquoordinateurs) ce que signifie synthegravese additive

hellip modeacuteliser les observations de la synthegravese additive et soustractive sous forme drsquoun diagramme de Venn

hellip utiliser des logiciels de modeacutelisation pour eacutemettre des hypothegraveses sur les synthegraveses additive et soustractive

hellip preacutevoir la couleur perccedilue drsquoun objet en fonction de la couleur drsquoune lumiegravere et des filtres utiliseacutes (synthegravese soustractive) et coder le pheacutenomegravene

hellip modeacuteliser lrsquoeffet drsquoun filtre sur une lumiegravere coloreacutee agrave lrsquoaide des codes propres agrave lrsquooptique

1 Plan drsquoeacutetude romand pour lrsquoenseignement des sciences naturelles en 11egraveme anneacutee Harmos (httpswwwplandetudeschwebguestMSN_36)

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hellip preacutevoir la couleur perccedilue drsquoun objet en fonction des lumiegraveres coloreacutees et coder le pheacutenomegravene

hellip modeacuteliser lrsquoeffet de la lumiegravere coloreacutee sur un objet et en deacuteduire la couleur perccedilue

12 Notions preacuterequises Le traitement de la seacutequence choisie neacutecessite de la part des eacutelegraveves certaines notions preacuterequises au sujet de la lumiegravere Ces derniegraveres auront dans lrsquoideacuteal eacuteteacute abordeacutees lors drsquoune double seacuteance preacuteceacutedente Ainsi au deacutebut de la seacutequence de cours preacutesenteacutee dans ce dossier les eacutelegraveves auront eacuteteacute introduits sur les notions suivantes

La lumiegravere est eacutemise par certains objets diffuseacutee ou absorbeacutee par drsquoautres Elle se propage de maniegravere rectiligne

Il existe des sources primaires et secondaires de lumiegravere On ne voit pas la trajectoire de la lumiegravere mais les objets qursquoelle eacuteclaire La lumiegravere blanche est composeacutee drsquoun ensemble de couleurs

Les eacutelegraveves auront deacutecouvert ces diffeacuterentes notions lors drsquoexpeacuteriences mettant agrave lrsquoeacutepreuve leurs repreacutesentations erroneacutees Ils se rendront notamment compte avec lrsquoexpeacuterience de projection de lumiegravere agrave travers de la bueacutee ou de la fumeacutee que lrsquoon ne voit pas directement la lumiegravere mais uniquement les objets qui sont eacuteclaireacutes Un eacuteleacutement probablement surprenant est de deacutecouvrir par lrsquoexpeacuterience du prisme que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs Ils seront ainsi capables drsquoexpliquer un pheacutenomegravene qui leur est familier lrsquoarc-shyen-shyciel Pour notre seacutequence le deacutefi principal est qursquoils deacuteveloppent une compreacutehension du pheacutenomegravene de la perception de la couleur des objets

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2 Synopsis deacutetailleacute de la seacutequence et instructions pour les enseignants Comme notre seacutequence est preacutevue agrave la suite drsquoun premier chapitre drsquointroduction sur la lumiegravere nous ouvrons donc notre cours par le chapitre 2 et par lrsquoactiviteacute 2 Ce chapitre comprend les diffeacuterents objectifs geacuteneacuteraux et speacutecifiques des seacutequences le mateacuteriel requis pour les diffeacuterentes activiteacutes leur deacuteroulement ainsi que des instructions particuliegraveres agrave lrsquoattention des enseignants

21 Activiteacute 2 Le modegravele trichromique et la synthegravese additive Objectif geacuteneacuteral il y a une distinction entre la couleur lsquorsquomatiegraverersquorsquo (peinture) et la couleur lsquorsquolumiegraverersquorsquo

Activiteacute 21 (10 min)

Mateacuteriel

De la peinture des pinceaux du papier

Journaux de protection

Gobelet drsquoeau

Palettes assiettes ou berlingots deacutecoupeacutes en 2 (support pour la peinture)

Deacuteroulement

a) Par groupes les eacutelegraveves font des meacutelanges de couleurs Ceci permet de rappeler ce qursquoils ont appris en arts visuels (couleurs primaires couleurs obtenues par des meacutelanges) Cette premiegravere phase drsquoactiviteacute constitue donc une phase de repecircchage de connaissances essentielles pour appreacutehender la theacutematique

Indications pour lrsquoenseignant

Lrsquoenseignant met agrave disposition des tubes de peinture en veillant agrave ce que ces derniers portent lrsquoindication des noms preacutecis de couleurs qui seront abordeacutees en classe entre autres cyan et magenta Il est important degraves le deacutebut drsquoutiliser ces termes Lors de lrsquoactiviteacute il observe les connaissances des eacutelegraveves en matiegravere de meacutelange de couleurs

Activiteacute 22 (10 min)

Objectifs speacutecifiques agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy preacutedire la couleur perccedilue en fonction des meacutelanges de couleurs RVB -shy deacuteterminer de quelle lumiegravere coloreacutee eacuteleacutementaire est constitueacutee une lumiegravere CMJ

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-shy deacuteterminer que de la lumiegravere blanche peut ecirctre obtenue gracircce agrave 3 couleurs RVB

Mateacuteriel

Les meacutelanges de couleurs de la premiegravere partie drsquoactiviteacute

Trois lampes de couleurs RVB

Un eacutecran blanc

Deacuteroulement

a) Lrsquoenseignant installe le dispositif agrave la vue des eacutelegraveves b) Individuellement les eacutelegraveves remplissent un tableau avec leurs preacutedictions concernant

les couleurs obtenues en superposant diffeacuterentes lumiegraveres On peut srsquoattendre agrave ce qursquoils appliquent leurs preacutedictions agrave ce qursquoils connaissent de la peinture et de ce qursquoil viennent drsquoobserver en deacutebut drsquoactiviteacute Cette eacutetape constitue une phase drsquoeacutemission drsquohypothegraveses

b) Manipulation de lampes par les eacutelegraveves ou deacutemonstration par lrsquoenseignant des couleurs obtenues par superposition de lumiegraveres coloreacutees Le reacutesultat surprendra les eacutelegraveves et sera source drsquoun conflit cognitif

c) Les eacutelegraveves reportent leurs observations dans le tableau de maniegravere agrave souligner le conflit avec leurs preacutedictions Puis ils reacutepondent agrave des questions permettant de mettre en eacutevidence la diffeacuterence de nature (matiegravere puis lumiegravere) des couleurs observeacutees Une autre question permet de mettre en eacutevidence que le meacutelange des trois couleurs donne de la lumiegravere blanche (modegravele trichromique)

d) Sur la base de leurs observations les eacutelegraveves preacutesentent sous forme de diagramme de Venn la synthegravese additive Cette eacutetape permet drsquoentraicircner la modeacutelisation simple agrave partir drsquoobservations

e) Mise en commun de maniegravere interactive lrsquoenseignant interroge les eacutelegraveves et oriente ses questions

Indications pour lrsquoenseignant

Afin de preacutesenter le dispositif aux eacutelegraveves lrsquoenseignant peut allumer un seul des projecteurs Ainsi les eacutelegraveves pourront se faire une ideacutee de la maniegravere dont ils observeront la projection de lumiegravere sur lrsquoeacutecran Selon le mateacuteriel et le temps disponibles lrsquoenseignant fera lui-shymecircme la deacutemonstration ou bien les eacutelegraveves manipulent eux-shymecircme le ou les dispositif(s) Les questions poseacutees agrave la suite du tableau peuvent ecirctre difficiles lrsquoenseignant veillera agrave orienter les eacutelegraveves agrave lrsquoaide du dispositif et en leur posant des questions intermeacutediaires

Activiteacute 23 (20 min)

Objectifs speacutecifiques agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy deacuteduire agrave lrsquoaide drsquoun logiciel de modeacutelisation les regravegles de la synthegravese additive

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-shy expliquer la cause de la preacutesence des trois couleurs RVB dans les pixels en mobilisant les notions apprises preacuteceacutedemment

Mateacuteriel

Quelques ordinateurs avec un accegraves internet Quelques microscopes Logiciel disponible en ligne sur le portail PCCL (Physique chimie collegravege lyceacutee) 2

Deacuteroulement

a) Un problegraveme est poseacute par lrsquoenseignant si lrsquoon obtient du blanc (donc la totaliteacute des couleurs) en superposant les lumiegraveres R V et B comment obtient-shyon une couleur en particulier

b) Par groupe heacuteteacuterogegravenes de 3 ou 4 les eacutelegraveves eacutemettent des hypothegraveses c) Le test des hypothegraveses se fait toujours par groupes gracircce agrave un logiciel de

modeacutelisation de la synthegravese additive offrant la possibiliteacute de varier les intensiteacutes de chaque projecteur Par leurs manipulations les eacutelegraveves sont capables de deacuteduire que les diffeacuterentes couleurs sont obtenues par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

d) Mise en commun en projetant le logiciel sur grand eacutecran e) Les eacutelegraveves observent par groupe des eacutecrans de smartphones au microscope puis ils

mobilisent les notions deacutecouvertes preacuteceacutedemment pour expliquer leurs observations f) Institutionnalisation (cf ci-shydessous)

Indications pour lrsquoenseignant

Le logiciel eacutetant simple drsquoutilisation les eacutelegraveves peuvent faire leurs manipulations sans trop drsquoindications de la part de lrsquoenseignant En revanche selon lrsquoexpeacuterience des eacutelegraveves il sera neacutecessaire de les assister lors des reacuteglages pour lrsquoobservation au microscope Selon le mateacuteriel et le temps disponibles lrsquoenseignant peut eacutegalement preacuteparer lui-shymecircme le dispositif et les eacutelegraveves observent lrsquoeacutecran de smartphone lrsquoun apregraves lrsquoautre

Institutionnalisation activiteacute 2 (10 min)

Une premiegravere institutionnalisation se fait agrave la fin de lrsquoactiviteacute 2 de maniegravere frontale par lrsquoenseignant Partant de lrsquoobservation des eacutecrans de smartphone elle doit porter uniquement sur les objectifs viseacutes par lrsquoactiviteacute et doit introduire les notions de modegravele trichromique et de synthegravese additive Il est inteacuteressant de faire eacutegalement un lien avec les causes biologiques du modegravele trichromique (cocircnes et bacirctonnets de lrsquooeil daltonisme) Lrsquoinstitutionnalisation peut se faire agrave lrsquoaide drsquoune preacutesentation Powerpoint concise etou drsquoun documentaire videacuteo puis les fiches de synthegravese sont distribueacutees pour ecirctre lues agrave la maison et pour servir de support theacuteorique lors des reacutevisions en vue de lrsquoexamen

2 httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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22 Activiteacute 3 qursquoest-shyce qursquoun filtre Objectif geacuteneacuteral La lumiegravere coloreacutee projeteacutee est modifieacutee lorsqursquoelle travers un filtre coloreacute

Activiteacute 31 (20 min)

Objectifs speacutecifiques agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy Formuler une hypothegravese sur la couleur drsquoun faisceau lumineux vu agrave travers un ou plusieurs filtre(s) coloreacute(s)

-shy Modeacuteliser lrsquoaction drsquoun ou plusieurs filtre(s) coloreacute(s) sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee

-shy Eacutenoncer le rocircle drsquoun filtre coloreacute Mateacuteriel

1 eacutecran blanc

3 projecteurs de lumiegravere blanche

3 filtres rouge vert et bleu

Deacuteroulement

a) En pleacutenum lrsquoenseignant effectue un rappel du dernier cours (composition RVB de la lumiegravere blanche) et preacutesente la modeacutelisation utiliseacutee pour la synthegravese additive

b) Lrsquoenseignant preacutesente le dispositif agrave la classe (enlever un filtre montrer qursquoon a bien de la lumiegravere blanche avant le filtre remettre le filtre) puis demande aux eacutelegraveves individuellement drsquoeacutemettre leurs hypothegraveses puis discussion rapide par banc

c) Lrsquoenseignant allume un projecteur apregraves lrsquoautre (en eacuteteignant le preacuteceacutedent agrave chaque fois) et fait noter aux eacutelegraveves les observations et leur demande drsquoeacutemettre par deux une hypothegravese sur le rocircle du filtre

d) Mise en commun en choisissant des groupes donnant une explication contradictoire e) Apregraves avoir formeacute des groupes heacuteteacuterogegravenes de 3-shy4 eacutelegraveves lrsquoenseignant demande

aux eacutelegraveves de modeacuteliser lrsquoeffet du filtre (question 3) f) Mise en commun par projection de 3 travaux diffeacuterents et comportant de bons

eacuteleacutements Correction g) Lrsquoenseignant relance le travail de groupe pour effectuer le dernier exercice h) Lrsquoenseignant ouvre la discussion puis donne la solution experte

Indications pour lrsquoenseignant

Erreur possible un filtre coloreacute ne laisse pas passer sa couleur (peut-shyecirctre parce qursquoon le voit justement de cette couleur donc il absorberait) Lors de travaux de groupe passer dans les bancs pour observer le travail effectueacute ne pas reacutepondre aux questions (sauf incompreacutehension de la consigne) afin drsquoassurer la deacutevolution Avertir briegravevement les eacutelegraveves qui seront ameneacutes agrave preacutesenter leur travaux

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Activiteacute 32 (10 min)

Objectifs speacutecifiques agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy Deacuteduire par lrsquoexpeacuterimentation lrsquoeffet de la superposition de plusieurs filtres -shy Dessiner le diagramme de Venn de la synthegravese soustractive

Mateacuteriel

Une lampe diffusant de la lumiegravere blanche par groupe

Un set de 3 filtres (CMJ) par groupe Deacuteroulement

a) Lrsquoenseignant explique le deacuteroulement de lrsquoactiviteacute puis forme des groupes heacuteteacuterogegravenes de 3-shy4 eacutelegraveves puis leur distribue le mateacuteriel neacutecessaire et laisse aux eacutelegraveves un temps drsquoexpeacuterimentation

b) Mise en commun par un groupe choisi par lrsquoenseignant avec expeacuterimentation au tableau

Indications pour lrsquoenseignant

Plusieurs possibiliteacutes sont agrave preacutevoir selon lrsquoagencement de CMJ dans le diagramme de Venn

Activiteacute 33 (15 min)

Objectifs speacutecifiques agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy Comparer les synthegraveses additive et soustractive par lutilisation drsquoune application Mateacuteriel

1 ordinateur par groupe

(httpwwwostralonet3_animationsswfsynthese_couleursswf)

Deacuteroulement

a) Lrsquoenseignant preacutesente les manipulations agrave effectuer pour arriver sur lrsquoapplication b) Il distribue un ordinateur par banc et laisse les eacutelegraveves travailler et reacutepondre aux

questions c) La correction se fera directement par lrsquoenseignant en guise dinstitutionnalisation

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Indications pour lrsquoenseignant

Cette activiteacute fait office drsquoinstitutionnalisation Il est important de distinguer les deux synthegraveses en preacutesentant clairement leurs utilisations diffeacuterentes

23 Activiteacute 4 La couleur des objets Objectif geacuteneacuteral la couleur drsquoun objet peut ecirctre modifieacutee si on le voit sous une lumiegravere coloreacutee

Introduction (15 min)

1) Question de deacutepart pourquoi perccediloit-shyon des objets de diffeacuterentes couleurs ou Un objet a-shyt-shyil toujours la mecircme couleur Les eacutelegraveves formulent une hypothegravese Ensuite ils confrontent leurs ideacutees avec une videacuteo qui provoque un conflit par rapport agrave ce qursquoils pensaient

2) Lrsquoenseignant preacutesente la theacuteorie le principe dabsorption et de reacutefraction Que se passe-shyt-shyil lorsqursquoon regarde avec une lumiegravere coloreacutee

Activiteacute 41 (10 min)

Objectif speacutecifique agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

Formuler une hypothegravese sur les couleurs des objets vus sous une lumiegravere coloreacutee

Mateacuteriel

Objets de couleurs diffeacuterentes (rouge cyan et jaune)

3 lumiegraveres coloreacutees (magenta vert bleu) Deacuteroulement

a) Lrsquoactiviteacute 41 avec les objets a comme objectif la repreacutesentation de la couleur sous forme de scheacutema et de leur faire deacuteduire progressivement que les objets se comportent comme des filtres

b) Lrsquoenseignant entrepose des objets de couleurs rouge cyan et jaune et des dispositifs eacutemettant des lumiegraveres coloreacutees (magenta vert et bleu) sur une table Lrsquoassociation des objets et des lumiegraveres coloreacutees est rouge-shymagenta cyan-shyvert jaune-shybleu

c) Lrsquoenseignant forme des groupes heacuteteacuterogegravenes de 3 ou 4 personnes d) Puis les eacutelegraveves se rassemblent autour de la table ougrave sont entreposeacutes les objets et

remplissent les deux premiegraveres colonnes du tableau (couleur de lrsquoobjet et couleur de la lumiegravere coloreacutee) Les groupes retournent agrave leur place et commencent agrave formuler leurs hypothegraveses (troisiegraveme colonne)

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

e) Puis les eacutelegraveves sont autoriseacutes agrave reacutecupeacuterer les objets pour qursquoils procegravedent agrave leur manipulation Ils notent ce qursquoils ont observeacute dans la quatriegraveme colonne

f) Ce proceacutedeacute est reacutepeacuteteacute 3 fois

Indications pour lrsquoenseignant

Les objets de couleurs agrave utiliser ne sont pas deacutefinis la liberteacute est laisseacutee agrave lrsquoenseignant de prendre ce qursquoil a agrave disposition mais lrsquoassociation est preacutevue pour qursquoun reacutesultat soit observeacute

Difficulteacutes ne pas faire les liens pour arriver agrave poser une hypothegravese ne plus savoir ce que sont les synthegraveses additives et soustractives

Erreurs possibles poser une hypothegravese fausse mais cette erreur est voulue et provoquera le conflit

attendu ne pas faire le lien avec la synthegravese soustractive vue dans le preacuteceacutedent chapitre et

reacutepondre ldquola synthegravese additiverdquo ne pas deacuteduire que la reacuteflection de la lumiegravere coloreacutee sur un objet fonctionne comme

un filtre Relances

lrsquoenseignant fait le test devant la classe en modeacutelisant le pheacutenomegravene renvoie au scheacutema de reflection revu en theacuteorie au deacutebut du cours utilise la modeacutelisation avec lrsquoordinateur ougrave lrsquoon peut doser les filtres met en parallegravele le filtre et la lumiegravere coloreacutee pour que le lien entre les deux

pheacutenomegravenes soit fait

Activiteacute 42 (25 min)

Objectif speacutecifique agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy Formuler une hypothegravese sur les couleurs des objets vus sous une lumiegravere coloreacutee Mateacuteriel

Feuilles blanches et coloreacutees

Peinture de couleurs

Journaux de protection

2 pinceaux par groupe

Gobelet drsquoeau

Palettes assiettes ou berlingot deacutecoupeacute en 2 pour mettre la peinture

6 lumiegraveres coloreacutees (rouge verte bleue magenta cyan et jaune)

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Deacuteroulement amp Indication pour les enseignants

a) Ils scheacutematisent le pheacutenomegravene et remplissent le tableau Lrsquoideacutee est drsquoeacutecrire les mots avec la mecircme peinture utiliseacutee durant lrsquoactiviteacute 21 ce qui leur permettrait de faire un lien Les eacutelegraveves se rendront peu agrave peu compte que la peinture agit comme un filtre

b) Avant le cours lenseignant associe une lumiegravere coloreacutee agrave une couleur pour le mot et une couleur de feuille et preacutepare une table proteacutegeacutee pour la peinture

c) Lrsquoactiviteacute se fait par groupe heacuteteacuterogegravene de 3 personnes formeacutes par lrsquoenseignant Chaque groupe possegravede 6 dispositifs eacutemettant des lumiegraveres coloreacutees agrave la lumiegravere desquels ils observeront les deux mots coloreacutes sur leur feuille respective

d) Les eacutelegravevent commencent lrsquoactiviteacute en venant chercher sur la table pour la peinture les 2 couleurs voulues les disposent dans leur palette prennent la feuille correspondante et 2 pinceaux et se dirigent vers les tables preacutepareacutees pour la peinture

e) Ils eacutecrivent les 2 mots avec la peinture puis rejoignent leur place f) Ils remplissent la premiegravere ligne du tableau g) Puis ils inscrivent leur hypothegravese au crayon agrave papier et en petit dans les cases

correspondantes Ils ont la possibiliteacute de prendre une feuille de brouillon pour dessiner les modegraveles

h) Puis lrsquoenseignant distribue les dispositifs eacutemettant les lumiegraveres coloreacutees pour que les eacutelegraveves puissent eacuteclairer leurs mots et observer le reacutesultat qursquoils notent agrave la plumestylo

i) Les hypothegraveses mecircme erroneacutees sont laisseacutees inscrites dans le tableau pour que lrsquoeacutelegraveve puisse comparer les deux et comprendre le pheacutenomegravene (conflit)

Activiteacute 43 (20 min)

Objectifs speacutecifiques agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy Modeacuteliser agrave lrsquoaide drsquoun scheacutema et de codes la reacutefraction et labsorption de la lumiegravere sur un objet

-shy Retrouver agrave partir de la couleur refleacuteteacutee et la lumiegravere coloreacutee projeteacutee et le filtre utiliseacute Mateacuteriel

pas de mateacuteriel particulier mis agrave part le fichier de lrsquoeacutelegraveve

Deacuteroulement

a) Lrsquoactiviteacute 43 qui permet de voir si les eacutelegraveves ont compris leur demande de reacutefleacutechir en partant des observations pour trouver la situation initiale

b) Le travail est agrave reacutealiser individuellement les eacutelegraveves regardent les diffeacuterents drapeaux modeacutelisent les diffeacuterentes situations et notent leur deacuteductions

c) Lrsquoenseignant reste agrave disposition et passe dans les bancs

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Indications pour lrsquoenseignant

Obstacles ne pas faire le lien que crsquoest la deacutemarche vue preacuteceacutedemment mais agrave lrsquoenvers

Erreurs possibles ne pas trouver le bon filtre agrave cause du noir ne pas repreacutesenter juste le scheacutema de modeacutelisation

Relances faire reacutefeacuterence au tableau reacutecapitulatif de la fiche theacuteorique faire reacutefeacuterence au modegravele du scheacutema en couleur dans la fiche theacuteorique

Institutionnalisation activiteacute 4

Explication de la modeacutelisation de la reacuteflection de la lumiegravere coloreacutee par une marche agrave suivre lors de la correction de lrsquoexercice des drapeaux sous forme drsquoun ldquoje retiensrdquo

Un cours de reacutevision avec les fiches de synthegravese suivra ces seacuteances drsquoactiviteacutes

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

3 Documents Les diffeacuterents documents utiliseacutes dans cette seacutequence sont preacutesenteacutes ci-shydessous

Parmi eux

Fiches drsquoactiviteacutes pour eacutelegraveves et avec correction

Fiches theacuteoriques de synthegravese

Evaluation pour eacutelegraveves et avec correction

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Documents des eacutelegraveves Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs Chapitre 2 Couleurs peintures couleurs lumiegraveres Activiteacute 21 1) Tu as agrave disposition des pinceaux et de la peinture Tu te

souviens peut-shyecirctre de tes cours drsquoarts visuels qursquoil existe des

couleurs primaires qui permettent par leur meacutelange drsquoobtenir

drsquoautres couleurs Mais elles-shymecircmes ne srsquoobtiennent par aucun

meacutelange Te souviens-shytu des combinaisons de couleurs qursquoil faut

meacutelanger pour obtenir une couleur souhaiteacutee

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du vert

__________________________________________

Image httpsfrdreamstimecom Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du rouge

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du bleu

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du noir

__________________________________________

Activiteacute 22 Lrsquoenseignant a installeacute trois projecteurs de couleur un rouge un vert un bleu ainsi

qursquoun eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-shydessous

Image MER

Quelle couleur va-shyt-shyon observer sur lrsquoeacutecran si lrsquoon allume deux par deux les projecteurs

et que lrsquoon superpose leurs lumiegraveres Et si lrsquoon allume les trois projecteurs Remplis le

tableau ci-shydessous drsquoabord avec tes hypothegraveses concernant la couleur obtenue sur

lrsquoeacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Meacutelange de lumiegraveres Couleur obtenue ton hypothegravese

Couleur observeacutee

vert et bleu

vert et rouge

bleu et rouge

vert bleu et rouge

a) Quelles diffeacuterences constates-shytu entre les meacutelanges de lrsquoactiviteacute 1 et ceux de lrsquoactiviteacute

2

______________________________________________________________________

b) Qursquoa-shyt-shyon meacutelangeacute dans chaque cas

______________________________________________________________________

c) Le reacutesultat du meacutelange des lumiegraveres verte bleue et rouge te rappelle-shyt-shyil quelque

chose Que peux-shytu en deacuteduire

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

d) A lrsquoaide de couleurs scheacutematise ci-shydessous les superpositions observeacutees sur lrsquoeacutecran

blanc

Activiteacute 23 Et comment obtenir drsquo‛autres couleurs 1) Tu as vu lors de lrsquoactiviteacute preacuteceacutedente que si lrsquoon superpose trois lumiegraveres de couleurs

RVB on perccediloit du blanc Mais de quelle maniegravere peut-shyon percevoir nrsquoimporte quelle

autre couleur

Familiarise-shytoi avec le logiciel en ligne suivant

httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additive

htm

Puis reacuteponds aux questions suivantes

Par quelles manipulations obtiens-shytu du orange

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du rose

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du vert olive

______________________________________________________________________

Que constates-shytu

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

2) Chaque groupe a agrave sa disposition une loupe binoculaire Deacutepose un smartphone

allumeacute eacutecran vers le haut sous lrsquoobjectif Vise une zone blanche de lrsquoeacutecran puis regravegle la

netteteacute Qursquoobserves-shytu

Observations

Comment expliques-shytu ce pheacutenomegravene

Documents des eacutelegraveves Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs Chapitre 2 Couleurs peintures couleurs lumiegraveres (corrigeacute) Activiteacute 21 1) Tu as agrave disposition des pinceaux et de la peinture Tu te

souviens peut-shyecirctre de tes cours drsquoarts visuels qursquoil existe des

couleurs primaires qui permettent par leur meacutelange drsquoobtenir

drsquoautres couleurs Mais elles-shymecircmes ne srsquoobtiennent par aucun

meacutelange Te souviens-shytu des combinaisons de couleurs qursquoil faut

meacutelanger pour obtenir une couleur souhaiteacutee

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du vert

__________________________________________

Image httpsfrdreamstimecom Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du rouge

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du bleu

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du noir

__________________________________________

Activiteacute 22 Lrsquoenseignant a installeacute trois projecteurs de couleur un rouge un vert un bleu ainsi

qursquoun eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-shydessous

Image MER

Quelle couleur va-shyt-shyon observer sur lrsquoeacutecran si lrsquoon allume deux par deux les projecteurs

et que lrsquoon superpose leurs lumiegraveres Et si lrsquoon allume les trois projecteurs Remplis le

tableau ci-shydessous drsquoabord avec tes hypothegraveses concernant la couleur obtenue sur

lrsquoeacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Meacutelange de lumiegraveres Couleur obtenue ton hypothegravese

Couleur observeacutee

vert et bleu (cyan)

vert et rouge (jaune)

bleu et rouge (magenta)

vert bleu et rouge (blanc)

a) Quelles diffeacuterences constates-shytu entre les meacutelanges de lrsquoactiviteacute 1 et ceux de lrsquoactiviteacute

2

______________________________________________________________________

Les couleurs obtenues ne sont pas les mecircmes qursquoen peinture

b) Qursquoa-shyt-shyon meacutelangeacute dans chaque cas

______________________________________________________________________

Dans le premier cas on a de la matiegravere (de la peinture) dans le deuxiegraveme cas on a de la

lumiegravere

c) Le reacutesultat du meacutelange des lumiegraveres verte bleue et rouge te rappelle-shyt-shyil quelque

chose Que peux-shytu en deacuteduire

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

Le fait que la lumiegravere blanche est composeacutee de lrsquoensemble des couleurs (cf expeacuterience

du prisme) Ici lrsquoexpeacuterience concerne la superposition de lumiegraveres coloreacutees et on observe

que lrsquoaddition des lumiegraveres rouge verte et bleue donne du blanc Cela srsquoappelle le modegravele trichromique

d) A lrsquoaide de couleurs scheacutematise ci-shydessous les superpositions observeacutees sur lrsquoeacutecran

blanc

Activiteacute 23 Et comment obtenir drsquo‛autres couleurs 1) Tu as vu lors de lrsquoactiviteacute preacuteceacutedente que si lrsquoon superpose trois lumiegraveres de couleurs

RVB on perccediloit du blanc Mais de quelle maniegravere peut-shyon percevoir nrsquoimporte quelle

autre couleur

Familiarise-shytoi avec le logiciel en ligne suivant

httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additive

htm

Puis reacuteponds aux questions suivantes

Par quelles manipulations obtiens-shytu du orange (selon eacutelegraveves)

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du rose (selon eacutelegraveves)

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du vert olive (selon eacutelegraveves)

______________________________________________________________________

Que constates-shytu

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

Un jeu de dosage entre les trois couleurs RVB permet drsquoobtenir toutes les diffeacuterentes

couleurs imaginables Les trois lumiegraveres superposeacutees et en dosage eacutequivalent donnent

une lumiegravere blanche crsquoest agrave dire la totaliteacute des couleurs On appelle cela la synthegravese additive

2) Chaque groupe a agrave sa disposition un microscope Deacutepose un smartphone allumeacute

eacutecran vers le haut sous lrsquoobjectif Vise une zone blanche de lrsquoeacutecran puis regravegle la netteteacute

Qursquoobserves-shytu

Observations

(Preacutesences de pixels lumiegraveres RVB)

Comment expliques-shytu ce pheacutenomegravene

(synthegravese effectueacutee par le cerveau)

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 3 Que devient la lumiegravere lorsqursquo‛elle traverse un filtre

Activiteacute 31 les lumiegraveres et filtres coloreacutes

Tu as appris lors du dernier cours que lrsquo‛on pouvait ldquoadditionnerrdquo des lumiegraveres coloreacutees

pour obtenir de nouvelles couleurs Nous pouvons modeacuteliser la lumiegravere blanche ainsi

Nous allons deacutecouvrir aujourdrsquo‛hui comment on peut ldquosoustrairerdquo des lumiegraveres coloreacutees

1) Lrsquo‛enseignant a installeacute trois filtres de couleur un rouge un vert un bleu ainsi qursquo‛un

eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-dessous

Image MER

Quelle couleur va-t-on observer sur lrsquo‛eacutecran si lrsquo‛on allume un par un les projecteurs

Remplis le tableau ci-dessous premiegraverement avec tes hypothegraveses concernant la couleur

obtenue sur lrsquo‛eacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Filtre traverseacute par la

lumiegravere blanche

Couleur obtenue ton

hypothegravese

Couleur observeacutee

Filtre bleu

Filtre rouge

Filtre vert

2) Selon toi quel est le rocircle du filtre coloreacute

_______________________________________________________________

3) Repreacutesente par un scheacutema le passage drsquo‛une lumiegravere blanche agrave travers un filtre rouge

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

4) Et quelle couleur observera-t-on si la lumiegravere blanche passe agrave travers un filtre rouge

puis agrave travers un filtre bleu Formule une hypothegravese puis applique ton modegravele

Hypothegravese __________________________________

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

Activiteacute 32 Qursquo‛obtient-on avec drsquo‛autres filtres

a) Tu disposes maintenant drsquo‛une lampe diffusant de la lumiegravere blanche et de filtres

cyan magenta et jaune Manipule-les les uns apregraves les autres puis en les superposant

pour deacutecouvrir leurs effets sur la lumiegravere blanche

b) A lrsquo‛aide de couleurs et en trsquo‛appuyant sur tes observations scheacutematise ci-dessous

lrsquo‛action des filtres sur une lumiegravere blanche

Activiteacute 33 Deux synthegraveses Similitudes et diffeacuterences

a) Utilise ce logiciel pour comparer les synthegraveses additive et soustractive

httpwwwostralonet3_animationsswfsynthese_couleursswf

a) Quelles similitudes observes-tu entre les synthegraveses additive et soustractive

________________________________________________________________

d) Et quelles diffeacuterences

_______________________________________________________________

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 3 Que devient la lumiegravere lorsqursquo‛elle traverse un filtre

(corrigeacute)

Activiteacute 31 les lumiegraveres et filtres coloreacutes

Tu as appris lors du dernier cours que lrsquo‛on pouvait ldquoadditionnerrdquo des lumiegraveres coloreacutees

pour obtenir de nouvelles couleurs Nous pouvons modeacuteliser la lumiegravere blanche ainsi

Nous allons deacutecouvrir aujourdrsquo‛hui comment on peut ldquosoustrairerdquo des lumiegraveres coloreacutees

1) Lrsquo‛enseignant a installeacute trois filtres de couleur un rouge un vert un bleu ainsi qursquo‛un

eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-dessous

Image MER

Quelle couleur va-t-on observer sur lrsquo‛eacutecran si lrsquo‛on allume un par un les projecteurs

Remplis le tableau ci-dessous premiegraverement avec tes hypothegraveses concernant la couleur

obtenue sur lrsquo‛eacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Filtre traverseacute par la

lumiegravere blanche

Couleur obtenue ton

hypothegravese

Couleur observeacutee

Filtre bleu bleu

Filtre rouge rouge

Filtre vert vert

2) Selon toi quel est le rocircle du filtre coloreacute

_______________________________________________________________

Un filtre coloreacute ne transmet que les rayons de sa couleur et absorbe les autres

3) Repreacutesente par un scheacutema le passage drsquo‛une lumiegravere blanche agrave travers un filtre rouge

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

4) Et quelle couleur observera-t-on si la lumiegravere blanche passe agrave travers un filtre rouge

puis agrave travers un filtre bleu Formule une hypothegravese puis applique ton modegravele

Hypothegravese __________________________________

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

Activiteacute 32 Qursquo‛obtient-on avec drsquo‛autres filtres

a) Tu disposes maintenant drsquo‛une lampe diffusant de la lumiegravere blanche et de filtres

cyan magenta et jaune Manipule-les les uns apregraves les autres puis en les superposant

pour deacutecouvrir leurs effets sur la lumiegravere blanche

b) A lrsquo‛aide de couleurs et en trsquo‛appuyant sur tes observations scheacutematise ci-dessous

lrsquo‛action des filtres sur une lumiegravere blanche

Pex 1 Magenta 2 Jaune 3 Cyan 4 Rouge 5 Vert 6 Bleu 7 Noir

Activiteacute 33 Deux synthegraveses Similitudes et diffeacuterences

a) Utilise ce logiciel pour comparer les synthegraveses additive et soustractive

httpwwwostralonet3_animationsswfsynthese_couleursswf

a) Quelles similitudes observes-tu entre les synthegraveses additive et soustractive

________________________________________________________________

Les mecircmes triplets de couleurs sont preacutesents dans les deux synthegraveses (RVB - CMJ)

d) Et quelles diffeacuterences

________________________________________________________________

1 Les couleurs primaires de lrsquo‛un sont les couleurs compleacutementaires de lrsquo‛autre

2 Lrsquo‛addition des lumiegraveres coloreacutees rouge verte et bleue donne du blanc la

soustraction totale par des filtres cyan magenta et jaune donne du noir

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 4 Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Rappel

1 Nous pouvons reacutesumer la composition de la lumiegravere blanche aux 3 couleurs primaires le rouge le vert et le bleu Ce sont des couleurs qui ne peuvent pas ecirctre creacuteeacutees Ce sont elles qui composent les autres couleurs Crsquo‛est agrave dire qursquo‛en les meacutelangeant on peut obtenir les autres couleurs le cyan est composeacute du bleu et du vert le magenta est composeacute du bleu et du rouge et le jaune est composeacute du vert et du rouge

Theacuteorie

Le sujet que nous allons traiter aujourdrsquo‛hui concerne la couleur de lrsquo‛objet Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Formule une hypothegravese ____________________________________________

Observe la photo projeteacutee par lrsquo‛enseignant

Que retiens-tu de cette photo _______________________________________________________________ La lumiegravere coloreacutee qui est refleacuteteacutee par un objet correspond agrave la lumiegravere non absorbeacutee

Ici toutes les lumiegraveres coloreacutees sont absorbeacutees sauf le bleu qui lui est refleacuteteacute La couleur propre de lrsquo‛objet sera le bleu

En effet un objet absorbe ou reflegravete diffeacuterentes lumiegraveres coloreacutees Crsquo‛est cette lumiegravere coloreacutee refleacuteteacutee que nous verrons

Activiteacute 41

Reacuteponds agrave ces diffeacuterentes questions dans le tableau ci-dessous De quelle couleur verras-tu cet objet Confronte ton ideacutee avec ton voisin De quelle couleur le vois-tu reacuteellement

Couleur de lrsquo‛objet

Couleur de la lumiegravere

Hypothegravese formuleacutee

Observation

rouge Magenta

cyan Vert

jaune Bleu

Par quel pheacutenomegravene peut-on observer ce changement de couleur ___________________________________

Quelle deacuteductions peux-tu faire _________________________________________________________________

Activiteacute 42

Marche agrave suivre

1 Eacutecris sur une feuille blanche le nom des 2 couleurs que ton enseignant te donne avec la peinture qui y correspond

2 Pendant que ces mots segravechent remplis les colonnes ldquocouleur du mot 1rdquo et ldquocouleur du mot 2rdquo et ldquocouleur de la feuillerdquo agrave la lumiegravere blanche

3 Formule tes hypothegraveses note-les au crayon agrave papier en petit 4 Eacuteclaire tes mots agrave lrsquo‛aide de lumiegraveres coloreacutees 5 Note tes observations

Lumiegravere coloreacutee

Couleur du mot 1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur du mot 2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur de la feuille helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Blanche

Rouge

Verte

Bleue

Magenta

Cyan

Jaune

Activiteacute 43

Tu observes un drapeau eacuteclaireacute par une lumiegravere blanche Puis tu observes ce mecircme drapeau eacuteclaireacute par deux lumiegraveres coloreacutees diffeacuterentes Trouve la lumiegravere coloreacutee utiliseacutee dans chaque cas et justifie ta reacuteponse par la modeacutelisation vue preacuteceacutedemment

Lumiegravere blanche Lumiegravere coloreacutee 1 Lumiegravere coloreacutee 2

De quelle couleur est la premiegravere lumiegravere coloreacutee ___________________________

Modeacutelisation 1

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________

Modeacutelisation 2

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 4 Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur (corrigeacute) Rappel

2 Nous pouvons reacutesumer la composition de la lumiegravere blanche aux 3 couleurs primaires le rouge le vert et le bleu Ce sont des couleurs qui ne peuvent pas ecirctre creacuteeacutees Ce sont elles qui composent les autres couleurs Crsquo‛est agrave dire qursquo‛en les meacutelangeant on peut obtenir les autres couleurs le cyan est composeacute du bleu et du vert le magenta est composeacute du bleu et du rouge et le jaune est composeacute du vert et du rouge

Theacuteorie

Le sujet que nous allons traiter aujourdrsquo‛hui concerne la couleur de lrsquo‛objet Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Formule une hypothegravese ____________________________________________ Projeter cette image elle napparaicirct pas dans le cours de lrsquo‛eacutelegraveve

Que retiens-tu de cette photo _______________________________________________________________ La lumiegravere coloreacutee qui est refleacuteteacutee par un objet correspond agrave la lumiegravere non absorbeacutee

Ici toutes les lumiegraveres coloreacutees sont absorbeacutees sauf le bleu qui lui est refleacuteteacute La couleur propre de lrsquo‛objet sera le bleu

En effet un objet absorbe ou reflegravete diffeacuterentes lumiegraveres coloreacutees Crsquo‛est cette lumiegravere coloreacutee refleacuteteacutee que nous verrons

Activiteacute 41

Reacuteponds agrave ces diffeacuterentes questions dans le tableau ci-dessous De quelle couleur penses-tu que tu verras cet objet Confronte ton ideacutee avec ton voisin De quelle couleur le vois-tu reacuteellement

Couleur de lrsquo‛objet

Couleur de la lumiegravere

Hypothegravese formuleacutee

Observation

rouge Magenta (rouge)

cyan Vert (vert)

jaune Bleu (noir)

Par quel pheacutenomegravene peut-on observer ce changement de couleur ___________________________________ (synthegravese soustractive)

Quelle deacuteductions peux-tu faire (fonctionne comme un filtre) _________________________________________________________________

Activiteacute 42

Marche agrave suivre

6 Eacutecris sur une feuille blanche le nom des 2 couleurs que ton enseignant te donne avec la peinture qui y correspond

7 Pendant que ces mots segravechent remplis les colonnes ldquocouleur du mot 1rdquo et ldquocouleur du mot 2rdquo et ldquocouleur de la feuillerdquo agrave la lumiegravere blanche

8 Formule tes hypothegraveses note-les au crayon agrave papier en petit 9 Eacuteclaire tes mots agrave lrsquo‛aide de lumiegraveres coloreacutees 10 Note tes observations

Lumiegravere coloreacutee

Couleur du mot 1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur du mot 2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur de la feuille helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Blanche

Rouge

Verte

Bleue

Magenta

Cyan

Jaune

Activiteacute 43

Tu observes un drapeau eacuteclaireacute par une lumiegravere blanche Puis tu observes ce mecircme drapeau eacuteclaireacute par deux lumiegraveres coloreacutees diffeacuterentes Trouve la lumiegravere coloreacutee utiliseacutee dans chaque cas et justifie ta reacuteponse par la modeacutelisation vue preacuteceacutedemment

Lumiegravere blanche Lumiegravere coloreacutee 1 Lumiegravere coloreacutee 2

De quelle couleur est la premiegravere lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Bleu)

Modeacutelisation 1

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Vert)

Modeacutelisation 2

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Fiches de synthegravese Les couleurs Activiteacute 2 Reacutesumeacute theacuteorique pour les eacutelegraveves Le modegravele trichromique et la synthegravese additive des couleurs La couleur nrsquo‛existe pas sans lumiegravere et lrsquo‛on peut dire que lrsquo‛on perccediloit le monde gracircce aux meacutelanges de ces couleurs qui correspondent aux diffeacuterentes composantes de la lumiegravere Lorsque lrsquo‛on parle de la perception des couleurs on srsquo‛aperccediloit que seules trois lumiegraveres primaires de couleurs rouge vert et bleu sont neacutecessaires pour obtenir la sensation de toutes les autres couleurs Cette maniegravere de modeacuteliser la perception des couleurs est ce qursquo‛on appelle le modegravele trichromique (lsquorsquo‛trois couleursrsquo‛rsquo‛) Dans cette repreacutesentation toutes les autres lumiegraveres coloreacutees sont perccedilues par superposition des trois lumiegraveres rouge verte et bleue La superposition simultaneacutee et en dosage identique des trois couleurs donne de la lumiegravere blanche Le noir correspond agrave une absence de lumiegravere

Illustration du modegravele

Image MER

Lrsquo‛image montre trois projecteurs de lumiegraveres rouge verte et bleue eacuteclairant une table blanche Si les trois couleurs sont projeteacutees en intensiteacute identique nous obtenons par superposition trois autres couleurs le cyan le magenta et le jaune Les couleurs primaires et les couleurs obtenues sont codeacutees sur lrsquo‛image puis reacutecapituleacutees dans le tableau ci-dessous

Image MER

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Si nous modifions le dosage des couleurs eacuteleacutementaires il est possible drsquo‛obtenir toutes les couleurs imaginables Le pheacutenomegravene de perception des couleurs par superposition des trois couleurs primaires se nomme synthegravese additive les couleurs sont additionneacutees entre elles pour permettre la synthegravese drsquo‛autres couleurs

Drsquo‛ailleurs si lrsquo‛on observe au microscope un eacutecran blanc de smartphone ou drsquo‛ordinateur on remarque qursquo‛il est en fait constitueacute drsquo‛un grand nombre de minuscules rectangles de lumiegraveres rouge verte et bleue (voir image ci-contre) Crsquo‛est justement par un jeu de dosage de chacune de ces lumiegraveres que lrsquo‛on perccediloit les diffeacuterentes couleurs sur nos eacutecrans

Pourquoi un modegravele sur trois couleurs La raison pour laquelle les scientifiques ont construit ce modegravele sur trois couleurs est directement lieacutee agrave la structure de notre œil En effet ce dernier contient des cellules sensibles agrave la lumiegravere que lrsquo‛on appelle cocircnes et bacirctonnets Alors que les bacirctonnets perccediloivent les intensiteacutes de lumiegravere les cocircnes nous permettent de percevoir les couleurs Cependant ils ne sont sensibles qursquo‛agrave certaines composantes de la lumiegravere blanche celles correspondant justement aux couleurs rouge vert et bleu Lorsque lrsquo‛on regarde un objet notre cerveau analyse le dosage de chacune de ces composantes perccedilues par notre œil et en interpregravete ainsi la couleur de lrsquo‛objet

Qursquo‛est-ce que le daltonisme Certaines personnes preacutesentent une anomalie de la vision qui les empecircche de distinguer certaines couleurs Drsquo‛origine geacuteneacutetique ce trouble est ducirc agrave un dysfonctionnement des cocircnes preacutesents dans la reacutetine Bien que la plupart des personnes daltoniennes aient de la peine agrave distinguer le vert du rouge drsquo‛autres ne distinguent pas drsquo‛autres couleurs Dans certaines formes de daltonisme le monde est perccedilu par la personne atteinte en teintes de gris

Sciences naturelles Optique synthegravese soustractive et additive

La synthegravese additive est le proceacutedeacute gracircce

auquel en combinant les couleurs

___________ ___________ et ___________

on obtient du blanc

On la retrouve lorsque lrsquoon meacutelange des

lumiegraveres coloreacutees composeacutees de ces 3 couleurs

diffeacuterentes car les laquo additionner raquo donne la

lumiegravere blanche

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon exploite aujourdrsquohui

pour les teacuteleacuteviseurs ou tout eacutecran composeacute de

pixels

La synthegravese soustractive consiste agrave soustraire

les couleurs de la lumiegravere blanche (RVB) agrave

travers des filtres de couleurs ___________

___________ et ___________ qui absorbent la

totaliteacute des couleurs de la lumiegravere blanche pour

un rendu noir au final (absence de lumiegravere)

Lrsquo __________________ des 3 couleurs donne

le ____________

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon retrouve par exemple en

meacutelangeant de la peinture notamment en

imprimerie

Sciences naturelles Optique les filtres

Qursquoest-shyce qursquoun filtre coloreacute et comment fonctionne-shyt-shyil

Un filtre est un dispositif qui permet de filtrer la lumiegravere de laisser passer certains rayons

lumineux et drsquoen absorber drsquoautres

Pour savoir quelles lumiegravere coloreacutees le filtre laisse passer il faut lrsquoobserver agrave la lumiegravere

blanche

Le filtre laissera alors passer uniquement les rayons lumineux de sa couleur propre

Par exemple

Un filtre vert laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee verte

Un filtre magenta laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee magenta crsquoest agrave dire les rayons rouge et bleu

Pour connaicirctre la lumiegravere coloreacutee qui ldquosortrdquo du filtre il faut donc

deacutecomposer la lumiegravere qui arrive sur ce filtre et en soustraire les

rayons qui sont absorbeacutes par le filtre On se reacutefegravere alors au modegravele de

la synthegravese soustractive

Image httpswww123couleursfrboutique-shy1filtres-shycolorC3A9s

Tableau reacutecapitulatif

Sciences naturelles Optique les filtres

Modeacutelisation

Nous pouvons modeacuteliser lrsquoaction drsquoun filtre

1 Noter la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur le filtre

2 Deacutecomposer la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur filtre et la coder (en RVB)

3 Repreacutesenter le filtre et coder les rayons absorbeacutes par le filtre 4 Prolonger les rayons lumineux coloreacutes que le filtre laisse passer et les coder (en RVB)

5 Noter la lumiegravere coloreacutee qui sort du filtre

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre magenta sur la lumiegravere blanche

Lorsque plusieurs filtres sont superposeacutes ou aligneacutes il faut modeacuteliser lrsquoaction du premier filtre

sur la lumiegravere projeteacutee puis lrsquoaction du deuxiegraveme filtre sur la lumiegravere qui sort du premier filtre

etc

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre cyan puis drsquoun filtre vert sur la lumiegravere jaune

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

De quelle couleur apparaicirctra un objet de couleur eacuteclaireacute par une lumiegravere coloreacutee

Il y 3 cas

1) Un objet de couleur blanche renvoie toutes les couleurs il apparaicirctra de la couleur eacuteclaireacutee

2) Un objet de couleur noire absorbe toutes les couleurs Peu importe la couleur avec laquelle

lrsquoobjet est eacuteclaireacute lrsquoobjet apparaicirct de couleur noire

3) Pour un objet de couleur il suffit de deacutecomposer les couleurs secondaires par exemple

Jrsquoai un objet jaune

Je lui projette une lumiegravere magenta

Or jaune = rouge + vert

et magenta = bleu + rouge

Le rouge est commun au jaune et au magenta donc lrsquoobjet paraicirctra rouge

En revanche si la lumiegravere est bleue comme il nrsquoy a pas de bleu dans le jaune lrsquoobjet paraicirctra

noir

1

Tableau reacutecapitulatif

1 httpscommunitygoodgamestudioscombigfarmfrdiscussion51685langage-shy‐des-shy‐couleurs

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

Modegravele de reacuteponse

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

______

______

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

______

______

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation avec propositions

de reacuteponses)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

(rouge vert bleu Nous percevons les diffeacuterentes couleurs agrave partir de ces trois couleurs) ________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

(Explication relative aux cocircnes et bacirctonnets de lrsquo‛oeil)

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Corrigeacute vert bleu blanc cyan

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________ (vert)

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________ (bleu)

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________ (aucunenoir)

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

(selon modegravele eacutetudieacute)

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

(les deux selon que lrsquo‛on parle de synthegravese additive ou soustractive)

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

Bleu

______

Bleu

______

Noir

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________ (lumiegravere rouge)

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

Noir

______

Rouge

______

Rouge

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

(Bleu)

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

(selon modegravele eacutetudieacute)

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

(Explication citant la synthegravese soustractive et lrsquo‛effet des lumiegraveres coloreacutees

concerneacutees sur le haut du cambrioleur)

Evaluation - Analyse

Ce commentaire comprend les diffeacuterents objectifs eacutevalueacutes ainsi que ce qui est attendu

preacuteciseacutement des eacutelegraveves et les niveaux taxonomiques correspondants

Ce sont des pistes drsquo‛eacutevaluation qui sont ici proposeacutees non une eacutevaluation suivie

Exercice 1

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- Mettre en lien des notions theacuteoriques apprises en cours (cocircnes et

bacirctonnets de lrsquo‛oeil) avec drsquo‛autres (synthegravese additive)

Lrsquo‛eacutevaluation deacutebute par deux questions au niveau taxonomique peu eacuteleveacute La

premiegravere de lrsquo‛ordre de la compreacutehension demande aux eacutelegraveves de restituer une

connaissance de base agrave lrsquo‛aide de leurs propres mots La deuxiegraveme propose de

tester les connaissances theacuteoriques des eacutelegraveves en veacuterifiant que des liens entre

deux notions aient eacuteteacute faits

Exercice 2

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutedire la couleur perccedilue en fonction des meacutelanges de couleurs RVB

- deacutechiffrer un scheacutema et les codes de la repreacutesentation de la trajectoire

des lumiegraveres coloreacutees

Le deuxiegraveme exercice relegraveve du niveau taxonomique de lrsquo‛application car il

neacutecessite une compreacutehension de la maniegravere de repreacutesenter la lumiegravere (scheacutema de

la trajectoire rectiligne codes de couleurs RVB) et drsquo‛appliquer ce modegravele tout en

utilisant les connaissances des couleurs fondamentales et compleacutementaires de la

synthegravese additive

Exercice 3

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet drsquo‛un filtre sur une lumiegravere coloreacutee agrave lrsquo‛aide des codes

propres agrave lrsquo‛optique

Lrsquo‛exercice 3 relegraveve de lrsquo‛application car les eacutelegraveves se reacutefegraverent agrave la modeacutelisation

eacutetablie durant le cours et au diagramme de Venn de la synthegravese soustractive et

les adaptent aux items preacutesenteacutes

Exercice 4

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- mettre en perspective la distinction entre synthegravese additive et

soustractive en terme de lsquorsquo‛naturersquo‛rsquo‛ de la couleur (couleurs matiegraveres vs

couleurs lumiegraveres)

Cet exercice requiert des eacutelegraveves qursquo‛ils mobilisent leur faculteacute drsquo‛analyse (niveau

taxonomique plutocirct eacuteleveacute) pour expliquer les diffeacuterences entre les

repreacutesentations de la couleur en arts visuels et en physique Le but est qursquo‛ils

reconnaissent qursquo‛il srsquo‛agit dans le premier cas de la synthegravese soustractive et dans

le second cas de la synthegravese additive

Exercice 5

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutevoir la couleur perccedilue drsquo‛un objet en fonction des lumiegraveres coloreacutees

projeteacutees et coder le pheacutenomegravene

Les eacutelegraveves appliquent la modeacutelisation drsquo‛une lumiegravere coloreacutee sur un objet coloreacute

pour deacuteterminer la couleur perccedilue du drapeau franccedilais Cette question fait

reacutefeacuterence agrave un niveau taxonomique bas Puis ils trouvent la lumiegravere coloreacutee qui

permet de voir les deux drapeaux preacutesenteacutes de la mecircme couleur Ils trouveront

cette reacuteponse en modeacutelisant les lumiegraveres coloreacutees sur lrsquo‛objet de couleur

Plusieurs scheacutemas sont neacutecessaires pour trouver la reacuteponse Crsquo‛est une question

taxonomiquement haute qui demande aux eacutelegraveves de faire une synthegravese

Exercice 6

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet de la lumiegravere coloreacutee sur un objet et en deacuteduire la

couleur perccedilue

- justifier sa reacuteponse avec des mots en faisant la synthegravese des diffeacuterents

concepts vus dans la seacutequence de cours

Les eacutelegraveves doivent comprendre ce qursquo‛ils lisent et deacuteterminer la couleur propre du

haut du cambrioleur Cette question est taxonomiquement haute elle demande de

lrsquo‛analyse Puis ils justifient leur reacuteponse par le modegravele de lrsquo‛effet de la lumiegravere

coloreacutee sur un objet Cette question est drsquo‛un niveau taxonomique infeacuterieur

drsquo‛application Finalement ils deacuteterminent pourquoi la description de la jeune fille

ne correspond pas agrave la couleur propre en faisant le lien avec la synthegravese

soustractive demandant un niveau taxonomiquement tregraves eacuteleveacute la synthegravese

Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

4 Argumentation scientifique Nous avons choisi de construire notre seacutequence de cours de maniegravere agrave ce qursquoelle srsquoinscrive dans une deacutemarche constructiviste de type piageacutetienne Dans cette deacutemarche lrsquoenseignant anticipe les conceptions erroneacutees que les eacutelegraveves peuvent avoir puis eacutetablit une situation-shyproblegraveme permettant ideacutealement de deacuteconstruire ces repreacutesentations incomplegravetes puis finalement drsquoen construire de nouvelles plus justes Dans ce qui suit nous allons deacutefinir ces diffeacuterents concepts mis en eacutevidence puis expliciter la maniegravere dont nous les avons pris en compte dans notre planification

41 Les conceptions des eacutelegraveves et les situations-shyproblegravemes

411 Deacutefinitions Conception Selon Giordan et al (1994) une conception ou repreacutesentation peut ecirctre consideacutereacutee comme une ideacutee un objet ou un eacutevegravenement qui aide lrsquoeacutelegraveve agrave comprendre le monde qui lrsquoentoure Elle est le fruit de son expeacuterience personnelle dans laquelle il va puiser pour comprendre les nouveaux savoirs que lrsquoon va chercher agrave lui inculquer Elle peut ecirctre consideacutereacutee comme une connaissance ldquodeacutejagrave-shylagraverdquo acquise dans un certain contexte par lrsquoapprenant et qui peut ecirctre correcte ou erroneacutee Les mauvaises conceptions (ou misconception en anglais) peuvent donc ecirctre deacutecrites comme des ideacutees qui proviennent drsquoune mauvaise compreacutehension drsquoobjets ou eacutevegravenements Elles sont issues principalement de lrsquoenvironnement avec lequel lrsquoeacutelegraveve interagit et du contexte dans lequel il se situe mais elles deacutecoulent eacutegalement des systegravemes seacutemiotiques mis en oeuvre Ces derniers sont abordeacutes plus en deacutetail dans ce qui suit Seacutemiologie En seacutemiologie (lrsquoeacutetude des systegravemes de signes) une repreacutesentation (ou un signe) est double elle est doteacutee drsquoun signifiant et drsquoun signifieacute (de Saussure 1916) Le signifiant qui fait lrsquoobjet de la seacutemiologie deacutesigne la forme et laspect du signe tandis que le signifieacute eacutetudieacute dans le cadre de la seacutemantique deacutesigne le concept eacutevoqueacute par le signe A partir du moment ougrave le signe possegravede plusieurs signifieacutes il devient symbole et crsquoest ainsi que les incompreacutehensions peuvent survenir Selon R Duval (1995) le concept de laquo registre seacutemiotique raquo permet de distinguer les repreacutesentations qui relegravevent de diffeacuterents registres ou types visuels numeacuteriques graphiques symboliques formels scheacutematiques etc En didactique ce concept est fondamental car les diffeacuterences de registre au sein drsquoune mecircme repreacutesentation ou drsquoun

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

modegravele peut induire des difficulteacutes de lecture Ils risquent drsquoajouter des difficulteacutes suppleacutementaires en empecircchant les eacutelegraveves de se focaliser sur le problegraveme poseacute par lrsquoactiviteacute et les menant agrave formuler des conclusions diffeacuterentes de celles attendues par lrsquoenseignant Crsquoest pour cela qursquoun choix pertinent de registre seacutemiotique facilite la compreacutehension du concept introduit Dans notre cours un exemple typique que nous pouvons donner est la forte ressemblance des diagrammes de Venn pour les synthegraveses additive et soustractive Dans les deux modegraveles les diagrammes sont communeacutement scheacutematiseacutes sous forme circulaire De plus bien que inverseacutees au niveau de leurs superpositions les mecircmes couleurs sont repreacutesenteacutees dans les deux diagrammes Ces similitudes peuvent rendre la diffeacuterenciation complexe pour les eacutelegraveves Crsquoest pourquoi nous avons estimeacute important drsquoapporter un changement agrave la repreacutesentation de ces diagrammes Ainsi dans lrsquoune de nos fiches de synthegravese nous avons preacutefeacutereacute utiliser des formes rectangulaires plutocirct que circulaires pour repreacutesenter la synthegravese soustractive car cette forme eacutevoque plus fortement le filtre et ainsi lrsquoabsorption de la lumiegravere Cadre de rationaliteacute origine des conceptions En srsquoappuyant sur les travaux de R Douady (1984) A Lerouge (1992) deacutefinit laquo un cadre de rationaliteacuteraquo comme laquoun ensemble coheacuterent de fonctionnement de la penseacuteeraquo caracteacuteriseacute principalement par les composantes suivantes

1 Les objets du cadre dans notre cas il peut srsquoagir de peinture de feuille de papier de lampes de poche de filtres etc

2 Le type de processus de conceptualisation Dans un cadre scientifique il peut srsquoagir drsquoun processus par modeacutelisation ou par expeacuterimentation par exemple

3 Les registres seacutemiotiques que nous avons traiteacutes plus haut Les conceptions des eacutelegraveves et les conflits de perceptions en reacutesultant sont issus des diffeacuterents cadres de rationaliteacute dans lesquels ils eacutevoluent Ce sont les cadres familiers (personnel) et culturels (eacutecole) qui sont responsable de ces conceptions et repreacutesentations mentales tantocirct concourantes tantocirct inexistantes voire erroneacutees Elles se manifestent principalement agrave travers la seacutemiotique Les eacutelegraveves eacuteprouvent de la difficulteacute agrave repreacutesenter des objets issus de registres seacutemiotiques diffeacuterents ou encore agrave simplement les reconnaicirctre Dans le contexte de notre seacutequence sur les couleurs ces cadres de rationaliteacute sont centraux En effet crsquoest dans son quotidien et donc dans son cadre familier que lrsquoeacutelegraveve va deacutecouvrir la notion de couleur notamment par le biais de la peinture ou drsquoobservation drsquoarc-shyen-shyciel Cette deacutecouverte qui a souvent lieu tregraves tocirct dans la vie de lrsquoenfant ne fera pourtant pas pour autant lrsquoobjet de questionnement sur le pheacutenomegravene de perception des couleurs La notion de cadre culturel ou scolaire quand agrave elle peut ecirctre eacutetendue dans notre cas agrave deux sous-shycateacutegories de cadres culturels diffeacuterents qui vont ecirctre agrave lrsquoorigine de conceptions erroneacutees ou incomplegravetes Premiegraverement il y a le cadre que nous appelons laquo arts visuelsraquo et qui a ses propres regravegles de rationaliteacutes Les cours de dessin ou drsquoactiviteacutes creacuteatrices en sont de parfaits exemples car crsquoest dans ce cadre que les eacutelegraveves vont premiegraverement aborder la

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

theacutematique des couleurs primaires et de leurs meacutelanges Mais cette theacutematique est eacutegalement abordeacutee dans le cadre laquophysiqueraquo agrave travers les expeacuteriences de deacutecomposition de la lumiegravere ou de superposition de lumiegraveres coloreacutees Ainsi nous retrouvons trois cadres de rationaliteacute concourants (familier physique arts visuels) dans lesquels les eacutelegraveves eacutevoluent et qui engendrent indubitablement des conceptions erroneacutees sur la lumiegravere et les couleurs puisque les eacutelegraveves ne sont pas ameneacutes agrave les diffeacuterencier dans chacun des cadres Et comme la communication entre les diffeacuterents cadres nrsquoest pas eacutetablie le lien agrave faire entre les diffeacuterentes conceptions issues de ces cadres est agrave la charge de lrsquoeacutelegraveve ce qui repreacutesente une lourde responsabiliteacute dans son apprentissage Astolfi (2008) appelle eacutegalement ces conceptions issues de diffeacuterents cadres des ldquotrames conceptuelles rdquoqui peuvent ecirctre deacutefinies comme ldquoun ensemble de concepts-shycleacutes propres agrave un domaine et logiquement hieacuterarchiseacutes entre eux qui structurent les disciplines et engendrent des situations-shyproblegravemesrdquo Mais encore on verra eacutemerger des problegravemes de contrat didactique dans chacun des cadres lrsquoeacutelegraveve va tenter de donner une reacuteponse qui va satisfaire lrsquoenseignant sans pour autant ecirctre ameneacute agrave confronter ses conceptions

Situation-shyproblegraveme Pour de Vecchi (2006) une situation-shyproblegraveme est une activiteacute qui consiste agrave mettre lrsquoeacutelegraveve dans une situation ougrave il va ecirctre ameneacute agrave eacutelaborer des strateacutegies de reacutesolution de problegraveme Lrsquoun des points cleacutes des situations-shyproblegravemes est qursquoelles eacutetablissent un lien eacutetroit entre les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves En drsquoautres termes une situation-shyproblegraveme est construite de telle sorte que les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave remettre en question des repreacutesentations actuelles qui srsquoavegraverent erroneacutees agrave les deacuteconstruire pour en construire de nouvelles Ainsi dans une deacutemarche de type constructiviste lrsquoeacutelegraveve construit son savoir en renversant ses anciennes conceptions Une situation-shyproblegraveme nrsquoest donc pas une deacutemarche ponctuelle dans laquelle lrsquoeacutelegraveve devra reacutesoudre une liste drsquoexercices teacuteleacuteguideacutee par lrsquoenseignant Ce qui justifie lrsquoefficaciteacute des situations problegravemes est qursquo laquoapprendreraquo ne consiste pas agrave cumuler les savoirs mais agrave en construire et agrave en deacuteconstruire

Une situation-shyproblegraveme doit comprendre plusieurs eacuteleacutements

-shy Un objectif-shyobstacle Pour Meirieu (1987) un objectif-shyobstacle est ldquoun objectif dont lrsquoacquisition permet au sujet de franchir un palier deacutecisif de progression en modifiant son systegraveme de repreacutesentation et en le faisant acceacuteder un niveau supeacuterieur de formulation rdquo Dans notre cas lrsquoeacutelegraveve pense que tous les meacutelanges de 3 couleurs primaires (de peinture ou de lumiegravere) vont donner le mecircme reacutesultat La distinction entre synthegraveses additive et soustractive nrsquoest pas connue des eacutelegraveves De plus projeter de la lumiegravere monochromatique sur un objet drsquoune certaine couleur ne donne pas toujours la mecircme couleur Lrsquoexemple avec le drapeau (activiteacute 4) est parlant

-shy Une situation centreacutee sur cet obstacle prenant en compte une deacutemarche expeacuterimentale ou une deacutemarche de modeacutelisation Dans notre cours les deux deacutemarches sont mises en oeuvre mais notre deacutemarche principale est la modeacutelisation Les eacutelegraveves vont effectivement ecirctre ameneacutes agrave eacutemettre des hypothegraveses manipuler reacutecolter des reacutesultats et les confronter agrave

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

leurs hypothegraveses mais il srsquoagit surtout drsquoune deacutemarche de modeacutelisation car les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave creacuteer des scheacutemas dans plusieurs exercices

-shy Une probleacutematisation et la deacutevolution on probleacutematise la conception erroneacutee en introduisant une situation-shyproblegraveme crsquoest-shyagrave-shydire qursquoon construit un problegraveme centreacute sur lrsquoobstacle La surprise face agrave une situation incoheacuterente va intriguer lrsquoeacutelegraveve exciter sa motivation et le pousser agrave vouloir srsquoimpliquer dans le problegraveme ce qui va aider sa deacutevolution Brousseau (1998) qualifie la notion de deacutevolution par le ldquo processus par lequel lenseignant parvient agrave placer leacutelegraveve comme simple actant dans une situation a-shydidactique (agrave modegravele non didactique) Il cherche par lagrave agrave ce que lrsquoaction de lrsquoeacutelegraveve ne soit produite et justifieacutee que par les neacutecessiteacutes du milieu et par ses connaissances et non par lrsquointerpreacutetation des proceacutedeacutes didactiques du professeurrdquo Pour enrocircler les eacutelegraveves et les aider agrave identifier la probleacutematique en met on place une situation deacuteclenchante Dans notre cas lrsquoexemple avec le meacutelange de peinture et de lumiegraveres coloreacutees est un parfait exemple de situation deacuteclenchante car les eacutelegraveves ne sattendent probablement pas par exemple agrave ce que le meacutelange de vert et bleu donne du cyan ou encore qursquoon perccediloive un citron noir lorsque lrsquoon projette de la lumiegravere bleue sur ce celui-shyci

412 La prise en compte des conceptions des eacutelegraveves dans notre seacutequence La theacutematique de la lumiegravere et des couleurs est complexe et comprend de nombreux concepts difficiles agrave assimiler En effet bon nombre de personnes ont des repreacutesentations erroneacutees qui peuvent rester profondeacutement ancreacutees Parmi les conceptions erroneacutees les plus communes on retrouve selon le site internet des MER

La lumiegravere blanche est sans couleur pure quand la lumiegravere blanche passe dans un prisme ou traverse un filtre de la couleur lui est ajouteacutee

La lumiegravere blanche nous permet de voir la vraie couleur des objets laquoMa feuille est blanche parce que je nai pas ajouteacute dautres couleurs agrave celle-shyciraquo

Les couleurs sont lieacutees agrave des proprieacuteteacutes de lrsquoobjet exclusivement sans reacutefeacuterence agrave la lumiegravere qui eacuteclaire lrsquoobjet Ne dit-shyon pas quun pull est rouge

Confusion entre les couleurs primaires en couleur peinture et en couleur lumiegravere

Dans notre planification nous avons anticipeacute ces conceptions et avons construit notre cours de maniegravere agrave ce qursquoelles soient mises en eacutevidence le plus tocirct possible afin de tenter de les deacuteconstruire agrave travers nos activiteacutes

Ainsi degraves deacutebut de lrsquoactiviteacute 2 les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave une situation-shyproblegraveme dans laquelle ils comprennent qursquoil existe une contradiction entre leur conception de deacutepart sur les meacutelanges de couleurs (issue de leurs cadres de rationaliteacute familier et scolaire lsquorsquoart visuelrsquorsquo) et leurs observations (nouveau cadre lsquorsquophysiquersquorsquo) Crsquoest sur la base de ce conflit cognitif que les diffeacuterentes notions de la seacutequence pourront ecirctre abordeacutees Les autres conceptions sont mises en eacutevidence puis deacuteconstruites agrave travers les diffeacuterentes activiteacutes Par exemple les

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activiteacutes du chapitre 3 permettent de montrer que la lumiegravere blanche nrsquoest pas pure mais qursquoelle est composeacutee de toutes les couleurs et ce gracircce agrave lrsquoobservation des objets agrave la lumiegravere blanche puis agrave travers un filtre

De plus lrsquoactiviteacute 3 srsquoarticule autour drsquoune conception erroneacutee repeacutereacutee dans certaines classes Bon nombre drsquoeacutelegraveves eacutetaient persuadeacutes qursquoun filtre ne laissait pas passer les lumiegraveres de sa couleur propre car crsquoest la couleur dont est perccedilue le filtre Un conflit cognitif est alors provoqueacute afin de deacuteconstruire cette conception les eacutelegraveves observent que la lumiegravere coloreacutee nrsquoest pas absorbeacutee par le filtre mais qursquoelle se propage bien jusqursquoagrave lrsquoeacutecran blanc

En introduction de lrsquoactiviteacute 4 une nouvelle situation-shyproblegraveme est preacutesenteacutee par le biais drsquoune image montrant que la couleur drsquoun objet peut varier en fonction de la lumiegravere coloreacutee par laquelle il est eacuteclaireacute Elle servira agrave provoquer un conflit cognitif chez les eacutelegraveves car cette situation intervient apregraves une phase drsquohypothegravese reacutepondant agrave la question suivante un objet peut-shyil avoir diffeacuterentes couleurs La reacuteponse donneacutee par lrsquoimage contredira probablement lrsquohypothegravese preacuteceacutedemment formuleacutee et devrait susciter de la curiositeacute chez lrsquoeacutelegraveve et lui donner lrsquoenvie de comprendre le pheacutenomegravene Nous deacutemontrons ensuite tout au long de lrsquoactiviteacute 4 sur les lumiegraveres coloreacutees que crsquoest le pheacutenomegravene drsquoabsorption et de reacuteflection de la lumiegravere qui nous permet de voir la couleur des objets et non pas la lumiegravere blanche Crsquoest donc par le biais de ces deacuteconstructions successives de conceptions que lrsquoenseignant peut guider les eacutelegraveves sur la voie de la reacutesolution du problegraveme de lrsquoorigine de ces contradictions dans le but drsquoeacutetablir le lien entre les diffeacuterents cadres de rationaliteacute

42 Modeacutelisation

421 Deacutefinition

Un modegravele est communeacutement deacutefini comme un objet ou un concept qui va permettre de repreacutesenter la reacutealiteacute de diffeacuterentes maniegraveres Bunge (1974) ou encore Martinand (1994) le deacutefinissent eacutegalement comme un moyen permettant de mettre en relation le monde theacuteorique avec le monde empirique Il peut ecirctre consideacutereacute en quelque sorte comme un monde intermeacutediaire ou une sorte de lunette conceptuelle (Halloun 2004) qui va permettre drsquoobserver des pheacutenomegravenes naturels Un modegravele ne constitue pas la reacutealiteacute mais la repreacutesente en simplifiant certains de ses aspects ce qui peut causer des conflits pour les repreacutesentations cognitives chez lrsquoeacutelegraveve

422 La modeacutelisation dans notre seacutequence Dans notre planification la modeacutelisation est centrale afin de conceptualiser des pheacutenomegravenes complexes comme la composition de la lumiegravere et la perception des couleurs Elle est lrsquooutil qui permet drsquoamener les eacutelegraveves agrave se faccedilonner une repreacutesentation de la deacutecomposition de la lumiegravere blanche de labsorption de la lumiegravere agrave travers les filtres et des synthegraveses additive et soustractive des couleurs

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De plus elle constitue un objectif de formation meacutethodologique qui va de pair avec toute formation scientifique Crsquoest pourquoi nous avons inclus la modeacutelisation dans les objectifs drsquoapprentissage Dans la terminologie du PER la modeacutelisation correspond agrave lrsquoobjectif geacuteneacuteral MSN37

bull MSN 1525 mdash Modeacuteliser des pheacutenomegravenes naturels techniques sociaux ou des situations matheacutematiques

bull en imaginant et en utilisant divers outils de repreacutesentation (codes scheacutemas graphiques tableauxhellip)

Lrsquoactiviteacute 2 propose aux eacutelegraveves de reporter les couleurs observeacutees sur trois cercles superposeacutes En les coloriant les eacutelegraveves reacutealisent en reacutealiteacute une forme simple de modeacutelisation par un diagramme de Venn de la synthegravese additive Il nous a sembleacute pertinent drsquointroduire ce scheacutema de cette maniegravere car ainsi les eacutelegraveves comprennent reacuteellement qursquoil correspond agrave la lumiegravere projeteacutee et superposeacutee sur un eacutecran En derniegravere partie drsquoactiviteacute les eacutelegraveves se familiarisent avec un logiciel de modeacutelisation de la synthegravese additive 3

Lrsquoutilisation drsquoun modegravele dans ce cas est indispensable pour des raisons pratiques Il serait en effet tregraves difficile de faire des observations similaires avec un dispositif reacuteel constitueacute de projecteurs et drsquoun eacutecran comme dans la premiegravere partie drsquoactiviteacute Nous avons veilleacute agrave choisir un logiciel simple drsquousage sur lequel seules deux manipulations sont possibles allumereacuteteindre les projecteurs et varier leurs intensiteacutes Ainsi il est possible pour les eacutelegraveves de faire rapidement et sans difficulteacutes de lrsquoordre du registre seacutemiotique la deacuteduction attendue les diffeacuterentes couleurs srsquoobtiennent par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

Dans lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves sont ameneacutes agrave modeacuteliser lrsquoeffet drsquoun filtre sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee Ils ancrent ainsi le fonctionnement drsquoun filtre dans leur apprentissage et deacuteveloppent une meacutethodologie systeacutematique dans la reacutesolution de problegravemes mettant en scegravene des filtres Gracircce au modegravele deacuteveloppeacute les eacutelegraveves deacuteconstruisent deacutefinitivement leur eacuteventuelle conception erroneacutee selon laquelle un filtre absorberait sa propre couleur Lrsquoactiviteacute 43 a pour but que les eacutelegraveves modeacutelisent les pheacutenomegravenes de reacutefraction et drsquoabsorption en justifiant leur reacuteponse par un modegravele de reacuteponse Ce dernier comprend les couleurs RVB qui se reflegravetent ou qui sont absorbeacutees par une surface Ainsi lrsquoeacutelegraveve peut trouver une meacutethode systeacutematique de reacuteponse en testant les diffeacuterentes couleurs Gracircce agrave cette modeacutelisation et agrave celle de lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves comprennent que les fonctionnements des filtres et des lumiegraveres coloreacutees sont fondeacutes sur le mecircme principe

3(httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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43 Deacutemarche expeacuterimentale

431 Deacutefinition Pour de Vecchi il est important de ne pas confondre les notions lieacutees agrave lrsquoexpeacuterimental qui sont les suivantes

-shy Une deacutemarche scientifique nrsquoest pas exclusive au domaine des sciences expeacuterimentales mais peut aussi ecirctre mobiliseacutee dans les sciences humaines socialeshellip Elle utilise drsquoautres outils que lrsquoexpeacuterimentale Toute recherche digne de ce nom est de nature scientifique

-shy La meacutethode expeacuterimentale eacutequivaut plutocirct agrave un plan agrave suivre un mode drsquoemploi ou agrave une marche agrave suivre qui suit un ordre strict que lrsquoon peut aussi appeler protocole Par exemple parmi les plus ceacutelegravebres protocoles nous retrouvons celui de Claude Bernard (1865) que lrsquoon abregravege par les initiales OHERIC qui correspondent agrave observation hypothegravese expeacuterience reacutesultats interpreacutetation et conclusion De maniegravere geacuteneacuterale il srsquoagit du protocole caricatural que lrsquoon emploie le plus souvent dans les salles de classes

-shy Une deacutemarche expeacuterimentale est une approche plus reacutealiste moins stricte et integravegre

une approche plus tacirctonnante Il nrsquoest pas constitueacute drsquoeacutetapes preacutedeacutetermineacutees et est donc moins affecteacutee par les directives de lrsquoenseignant Il peut donc laisser des liberteacutes dans la maniegravere de reacutesoudre le problegraveme

432 La deacutemarche expeacuterimentale dans notre seacutequence Dans notre seacutequence la meacutethode expeacuterimentale est preacutesente de maniegravere partielle du scheacutema caricatural OHERIC nous nous inteacuteressons en particulier aux phases drsquoobservation et drsquoeacutemission drsquohypothegraveses Crsquoest pourquoi nous parlons donc plutocirct de ldquodeacutemarche expeacuterimentalerdquo En effet tout au long des diffeacuterentes activiteacutes il est reacuteguliegraverement demandeacute aux eacutelegraveves de formuler une hypothegravese agrave partir de leurs connaissances au preacutealable puis de faire de nouvelles observations en contexte expeacuterimental Crsquoest sur la base de ces derniegraveres qursquoils pourront reacutealiser leurs deacuteductions sur le pheacutenomegravene en question et construire de nouvelles conceptions Dans lrsquoactiviteacute 2 ce type de deacutemarche est central pour la creacuteation de la premiegravere situation-shyproblegraveme Par la suite la deacutemarche permet de guider les eacutelegraveves dans le processus de deacuteduction du fonctionnement geacuteneacuteral des diffeacuterents pheacutenomegravenes Dans lrsquoactiviteacute 41 par exemple les pheacutenomegravenes agrave deacuteduire sont la synthegravese soustractive et le fonctionnement de la lumiegravere coloreacutee Lrsquoemploi drsquoobjets familiers permet un ancrage dans le quotidien

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Dans lrsquoactiviteacute 3 lrsquoeacutetude de lrsquoeffet des filtres constitue agrave son tour un deacutemarche expeacuterimentale En effet les eacutelegraveves doivent tout drsquoabord eacutemettre leurs hypothegraveses puis les veacuterifient par lrsquoexpeacuterimentation et ses reacutesultats provoquant probablement un conflit cognitif avant drsquoen conclure lrsquoeffet drsquoun filtre Dans lrsquoactiviteacute 42 nous retrouvons toujours le mecircme principe de deacutemarche expeacuterimentale Les eacutelegraveves formulent des hypothegraveses sur la couleur perccedilue de diffeacuterents mots coloreacutes eacuteclaireacutes par une lumiegravere coloreacutee puis les veacuterifient lors de la phase drsquoobservation La confrontation entre leurs attentes lieacutees agrave leurs conceptions et la reacutealiteacute creacutee le conflit cognitif rechercheacute

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5 Conclusion Pour seacutelectionner notre thegraveme et eacutelaborer notre seacutequence nous nous sommes fondeacutes sur les objectifs du PER et crsquoest sur lrsquooptique que notre choix srsquoest porteacute Le savoir savant auquel nous nous sommes reacutefeacutereacutes comprend principalement des concepts lieacutes agrave la lumiegravere tels que les photons les ondes eacutelectromagneacutetiques ainsi que les spectres drsquoeacutemission et drsquoabsorption Nous avons transposeacute ce savoir en un savoir enseignable par le biais drsquoun travail de contextualisation et de reacuteadaptation Nous avons eacuteteacute ameneacutes agrave remplacer des modegraveles scientifiques (par exemple les modegraveles de synthegraveses additive et soustractive) par des modegraveles accessibles agrave un niveau scolaire et agrave changer les conditions drsquoeacutemergence des problegravemes Ainsi notre travail de transposition consistait agrave montrer aux eacutelegraveves la partie eacutemergeacutee de lrsquoiceberg du concept de couleur le reacutesultat apparent plutocirct que lrsquoorigine eacutelectromagneacutetique Tout au long de la seacutequence et par le biais de situations-shyproblegravemes et de diffeacuterentes eacutetapes de reacutesolution des activiteacutes les eacutelegraveves ont eacuteteacute guideacutes dans le processus de construction de leur apprentissage En nous focalisant sur les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves nous avons eacutelaboreacute nos exercices de maniegravere agrave proposer des situations deacuteclenchantes afin de faciliter le transfert de la responsabiliteacute de la reacutesolution des problegravemes aux eacutelegraveves Cette derniegravere srsquoeffectue par des deacutemarches drsquoexpeacuterimentation mais surtout de modeacutelisation

Dans notre sceacutenario les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave deux types de donneacutees theacuteoriques et empiriques Drsquoune part ils ont agrave disposition deux theacuteories principales la premiegravere est que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs de lrsquoarc-shyen-shyciel tandis que la seconde deacutecrit l a maniegravere dont la couleur drsquoun objet deacutepend des couleurs qursquoil va absorber Drsquoautre part ils disposent de donneacutees empiriques qursquoils sont ameneacutes agrave reacutecolter en superposant des lumiegraveres de diffeacuterentes couleurs en meacutelangeant de la peinture et en projetant de la lumiegravere coloreacutee sur diffeacuterents objets coloreacutes Dans le cadre drsquoune deacutemarche drsquoexpeacuterimentation ils ont eacutemis des hypothegraveses observeacute manipuleacute du mateacuteriel utiliseacute des appliquettes en ligne et veacuterifieacute leurs reacutesultats Crsquoest ainsi les modegraveles que nous avons preacutesenteacutes et que les eacutelegraveves ont eacutelaboreacutes vont ecirctre des ponts qui vont relier le monde theacuteorique et le monde empirique Par ailleurs nous avons eacuteteacute attentifs agrave la seacutemiotique lors de nos choix des repreacutesentations utiliseacutees nous nous sommes reacutefeacutereacutes agrave la notion de registre seacutemiotique afin drsquoeacutelaborer des scheacutemas nrsquoengendrant pas de difficulteacutes de lecture chez les eacutelegraveves

Nous avons analyseacute lrsquoorigine des conceptions erroneacutees et avons remarqueacute qursquoelles eacutetaient principalement dues agrave des repreacutesentations concourantes engendreacutees par les diffeacuterents contextes et cadres de rationaliteacutes dans lesquelles les eacutelegraveves eacutevoluent Notre sceacutenario permet aux eacutelegraveves drsquoeacutetablir des liens entre ces diffeacuterents cadres et de construire une nouvelle repreacutesentation de la couleur celle drsquoun objet de la physique

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6 Bibliographie

Astolfi J Ginsburger-shyVogel Y amp Toussaint J (2008) Mots-shycleacutes de la didactique des sciences De Boeck Supeacuterieur Beaufils D Ramage M-shyJ DidaScO (2004) Simulation informatique et enseignement de la physique regards didactiques Universiteacute Paris-shySud Centre scientifique drsquoOrsay -shy 91405 Orsay Cedex Brahic A Grenier I ( 2008) Lumiegraveres deacutetoiles les couleurs invisibles Odile Jacob Brousseau G (1998) Glossaire de quelques concepts de la theacuteorie des situations didactiques en matheacutematiques DAEST-shy Faculteacute des Sciences de lHomme-shyUniversiteacute Victor Segalen Bordeaux 2 Bunge M (1975) Philosophie de la physique Paris France Editions du Seuil Chevallard Y amp Johsua M-shyA (1986) Transposition didactique  Du savoir savant au savoir enseigneacute -shy Un exemple drsquoanalyse de la transposition didactique Penseacutee sauvage Chevallard Y A du texte Chevallard Y A du texte Chevallard Y amp Johsua M-shyA A du texte (1991) La transposition didactique  du savoir savant au savoir enseigneacute Suivi de Un exemple de la transposition didactique ([2e eacuted revue et augm]) Yves Chevallard  Yves Chevallard et Marie-shyAlberte Johsua [texte imprimeacute] Retrieved October 19 2016 de Vecchi G (2006) Enseigner lrsquoexpeacuterimental en classe  Pour une veacuteritable eacuteducation scientifique Hachette Editions (p 221-shy229) de Vecchi G (2006) Enseigner lrsquoexpeacuterimental en classe  Pour une veacuteritable eacuteducation scientifique Hachette Editions (p 55 -shy65) de Saussure F (2005) Cours de linguistique geacuteneacuterale Arbres drsquoOr Develay M (1987) A propos de la transposition didactique en sciences biologiques Aster [ISSN 0297-shy9373] 1987 Ndeg 4 p 119 Duval R (1988) Eacutecarts seacutemantiques et coheacuterence matheacutematique introduction aux problegravemes de congruences in Annales de Didactique et de Sciences Cognitives de lIREM de Strasbourg Giordan A Girault Y et Clement P (1994) Conceptions et connaissance Peter Lang Halloun I A (2004) Modeling theory in science education Dordrecht Holland Kluwer Academic Publishers Kane J Sternheim M (1989) Cours QCM exemple et exercices corrigeacutes -shy 1er cycle Licence PCEM PCEP Physique 3egraveme eacutedition revue par Philipe Ghosez Maryse Hoebeke et Gabriel Llabreacutes DUNOD Lerouge A (1992) Repreacutesentation carteacutesienne rationaliteacute matheacutematique et rationaliteacute du quotidien chez des eacutelegraveves de collegravege Thegravese de doctorat Universiteacute Montpellier II Malafosse D Lerouge A Dusseau J-shyM (2000) Notions de registre et de cadre de rationaliteacute en inter-shydidactique des matheacutematiques et de la physiqu e Treacutema Martinand J-shyL (nd) Introduction agrave la modeacutelisation In Actes du seacuteminaire de didactique des disciplines technologiques Cachan (p 126ndash138)

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Meirieu P Avanzin Gi (1987) Apprendre oui mais comment Edition ESF Verret M (1975) Le temps des eacutetudes (Vols 1ndash2) Lille France Atelier Reproduction des thegraveses

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Page 2: Physique Optique Lescouleurs · Sciences naturelles Les couleurs 10 11 Harmos 1.Introduction Comme nous allons le détailler dans le chapitre 4, les conceptions erronées des élèves

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Sommaire Reacutesumeacute du dossier 3

Introduction 4 11 Transposition didactique 4

111 Un savoir savant 5 112 Un savoir transposeacute 7 113 Place dans le PER et objectifs drsquoapprentissage 8

12 Notions preacuterequises 9

2 Synopsis deacutetailleacute de la seacutequence et instructions pour les enseignants 10 21 Activiteacute 2 Le modegravele trichromique et la synthegravese additive 10 22 Activiteacute 3 qursquoest-shyce qursquoun filtre 13 23 Activiteacute 4 La couleur des objets 15

3 Documents 19

4 Argumentation scientifique 67 41 Les conceptions des eacutelegraveves et les situations-shyproblegravemes 67

411 Deacutefinitions 67 412 La prise en compte des conceptions des eacutelegraveves dans notre seacutequence 70

42 Modeacutelisation 71 421 Deacutefinition 71 422 La modeacutelisation dans notre seacutequence 71

43 Deacutemarche expeacuterimentale 73 431 Deacutefinition 73 432 La deacutemarche expeacuterimentale dans notre seacutequence 73

5 Conclusion 75

6 Bibliographie 76

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Reacutesumeacute du dossier Ce dossier preacutesente la planification drsquoune seacutequence de cours sur la theacutematique des couleurs Elle srsquoarticule en trois activiteacutes prenant la forme drsquoune deacutemarche de reacutesolution de problegraveme Lrsquoobjectif mis en eacutevidence tout au long de cette seacutequence est la distinction entre la couleur ldquolumiegravererdquo et la couleur ldquomatiegravererdquo Dans la premiegravere partie de ce dossier le contexte theacuteorique du cours (le savoir savant) est introduit ainsi que les objectifs viseacutes pour lrsquoapprentissage Puis un synopsis deacutetailleacute de notre seacutequence est preacutesenteacute Il comprend un reacutesumeacute du deacuteroulement de chaque activiteacute et des eacutetapes drsquoinstitutionnalisation ainsi que des indications concernant leur mise en oeuvre Les indications relatives au mateacuteriel neacutecessaire agrave la reacutealisation des activiteacutes ainsi que les objectifs geacuteneacuteraux et speacutecifiques viseacutes agrave chaque eacutetape sont eacutegalement preacuteciseacutes La troisiegraveme partie du dossier comprend tous les documents utilisables en classe les fiches drsquoactiviteacutes une fiche drsquoeacutevaluation proposant des exercices permettant de veacuterifier lrsquoacquisition de connaissances ainsi que les fiches de synthegravese Ces derniegraveres preacutesentent un reacutesumeacute des notions que les eacutelegraveves doivent connaicirctre sont utiliseacutees lors de la phase drsquoinstitutionnalisation et constituent le support theacuteorique lorsque les eacutelegraveves reacutevisent leur cours Enfin dans la derniegravere partie du dossier notre planification fait lrsquoobjet drsquoune argumentation scientifique afin de justifier nos choix didactiques

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1Introduction Comme nous allons le deacutetailler dans le chapitre 4 les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves au sujet de la lumiegravere et des couleurs sont nombreuses Certaines sont particuliegraverement ancreacutees dans les esprits et rendent la progression des apprentissages impossible Lrsquoun des obstacles fondamentaux de la theacutematique est la distinction entre la couleur ldquolumiegravererdquo et la couleur ldquomatiegravererdquo Cette distinction est cruciale dans le processus de compreacutehension du pheacutenomegravene de perception des couleurs Crsquoest pourquoi nous avons jugeacute inteacuteressant de construire notre seacutequence de cours autour de cet objectif-shyobstacle (Martinand 1989) de maniegravere agrave ce qursquoelle prenne la forme drsquoune deacutemarche de reacutesolution de problegraveme Notre seacutequence comporte trois activiteacutes dont chacune vise une eacutetape dans le processus de compreacutehension de la theacutematique Le scheacutema drsquoapprentissage dans les diffeacuterentes activiteacutes est presque toujours de la forme suivante formulation drsquohypothegraveses baseacutees sur les conceptions rarr observations contraires aux attentes rarr formulation de nouvelles hypothegraveses Ainsi la matiegravere nrsquoest pas exposeacutee par lrsquoenseignant le cours est construit de faccedilon agrave ce que les eacutelegraveves viennent agrave deacutecouvrir petit agrave petit et par eux-shymecircmes les notions de synthegraveses additive et soustractive et que la distinction entre couleur ldquolumiegravererdquo et couleur ldquomatiegravererdquo devienne apparente Les questions sont formuleacutees de maniegravere agrave les orienter sur cette piste Le cours deacutebute par un conflit cognitif (Perret-shyClermont 1979) chez les eacutelegraveves lorsque les observations ne concordent pas avec leurs attentes Les eacutelegraveves prennent note de leurs observations puis le cours se poursuit par une exploration de la porteacutee de ces derniegraveres agrave lrsquoaide drsquooutils de modeacutelisation La troisiegraveme activiteacute vise agrave faire deacutecouvrir le principe du filtre toujours par le biais drsquoobservations et de formulation hypothegraveses La derniegravere activiteacute a pour but drsquooffrir un moyen aux eacutelegraveves de reacutealiser les similitudes entre les objets les filtres et les pigments de la peinture La deacutecouverte pourra alors ecirctre cristalliseacutee lors drsquoune institutionnalisation finale (Brousseau 1998)

11 Transposition didactique

La transposition didactique est un ensemble de moyen qui va permettre de transformer un savoir savant ou institutionnaliseacute en un savoir enseignable De maniegravere eacutequivalente Yves Chevallard (1985 1991) deacutefinit la transposition didactique comme l e travail qui dun objet de savoir agrave enseigner en fait un objet denseignement Cette deacutefinition aussi deacuteveloppeacutee par Verret (1975) implique le processus (non exhaustif) suivant

Deacutecontextualisation et recontextualisation du savoir Circonstances dans lesquelles le savoir a eacuteteacute produit nrsquoest pas pris en compte et le savoir agrave introduire est rattacheacute agrave une situation drsquoapprentissage ou agrave un nouveau problegraveme adapteacute agrave un contexte scolaire

Deacutepersonnalisation Volonteacute de seacuteparer le travail drsquoun savant de lui-shymecircme pour repreacutesenter le savoir indeacutependamment de son producteur

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Deacutesyncreacutetisation Il srsquoagit de la division et de la deacutelimitation du savoir

Axiologisation Seacutelection du savoir selon sa pertinence son utiliteacute et sa laquo valeur raquo agrave des fins eacuteducatives

Programmation Il srsquoagit de lrsquoordre de la preacutesentation du savoir dans lrsquoenseignement et lrsquoordre de son apprentissage

Enfin cet ensemble de processus peut entraicircner une dogmatisation du savoir la rendant immuable deacutecontextualiseacute et deacutetacheacute de lrsquointerdisciplinariteacute

111 Un savoir savant

Nous nous fondons sur le manuel de physique de Joseph Kane et Sternheim (1989) et du livre drsquoAndreacute Brahic et Isabelle Grenier (2008) Les lumiegraveres drsquoeacutetoiles La lumiegravere deux modegraveles La lumiegravere peut ecirctre interpreacuteteacutee de deux maniegraveres diffeacuterentes

Drsquoune part elle est consideacutereacutee comme une particule eacuteleacutementaire appeleacutee photon faisant partie de la famille des leptons et ne posseacutedant theacuteoriquement pas de masse

Drsquoautre part on dit que la lumiegravere possegravede un comportement ondulatoire elle est consideacutereacutee comme une onde eacutelectromagneacutetique car celle-shyci est le reacutesultat drsquoun champ eacutelectrique coupleacute agrave un champ magneacutetique sur deux plans

Ces deux conceptions sont issues drsquoun principe fondamental en physique quantique appeleacute principe de dualiteacute onde-shycorpuscule un principe selon lequel la lumiegravere peut ecirctre interpreacuteteacutee de ces deux maniegraveres diffeacuterentes la lumiegravere serait agrave la fois onde et particule Crsquoest en 1924 que Niels Bohr explique par le principe de compleacutementariteacute que tout objet quantique ne peut ecirctre observeacute simultaneacutement sur les deux plans Crsquoest le cas de la lumiegravere La ceacutelegravebre expeacuterience des fentes de Young permet de lrsquoillustrer De maniegravere plus concise les modegraveles ondulatoires et corpusculaires sont les deux modegraveles que les scientifiques utilisent pour interpreacuteter la lumiegravere

Le spectre

La lumiegravere si elle est eacutemise selon une freacutequence drsquoonde puisqursquoil srsquoagit drsquoune onde eacutelectromagneacutetique adopte une couleur particuliegravere parfois non visible par lrsquoœil humain agrave des freacutequences extrecircmes Agrave chaque freacutequence correspond une certaine couleur que lrsquoon appelle couleur monochromatique

Les basses freacutequences sont de couleurs bleues tandis que les hautes freacutequences sont de couleurs rouges La deacutecomposition de la lumiegravere blanche permet drsquoobtenir toutes les couleurs de lrsquoarc-shyen-shyciel On dit que la lumiegravere blanche possegravede un spectre continu par le fait que lrsquoon passe drsquoun couleur agrave lrsquoautre en permanence en changeant graduellement de nuance

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Le spectre drsquo eacutemission et drsquo absorption drsquoun eacuteleacutement chimique sont les spectres de freacutequences de rayonnements eacutelectromagneacutetiques (lumiegravere) eacutemis et absorbeacutes dus agrave un changement drsquoeacutetat drsquoexcitation drsquoun eacutelectron de lrsquoeacuteleacutement en question

Pour passer drsquoun eacutetat fondamental agrave un niveau supeacuterieur ou en changeant de couche eacutelectronique si lrsquoon se reacutefegravere au modegravele de Bohr lrsquoeacutelectron absorbe un photon qui lui apporte lrsquoeacutenergie neacutecessaire pour changer drsquoeacutetat Crsquoest un pheacutenomegravene que lrsquoon observe lorsque de la lumiegravere traverse un milieu mateacuteriel les eacuteleacutements chimiques de ce milieu absorbant certaines longueurs drsquoonde Lrsquoensemble de ces freacutequences drsquoondes absorbeacutees correspond au spectre drsquoabsorption de lrsquoeacuteleacutement et lrsquoabsorption deacutepend de la composition atomique de la matiegravere et drsquoautres facteurs

En repassant agrave un son eacutetat fondamental il reacuteeacutemet cette eacutenergie sous forme de photons Lrsquoensemble de ces freacutequences drsquoondes eacutemises correspond au spectre eacutemission de lrsquoeacuteleacutement La freacutequence de lrsquoonde eacutemise deacutepend de lrsquoeacutenergie de transition

Il existe plusieurs eacutetats drsquoexcitation possibles pour un eacuteleacutement et donc plusieurs transitions possibles pour ce mecircme eacuteleacutement Ainsi un eacuteleacutement peut absorber ou eacutemettre plusieurs rais (lumiegravere monochromatique) correspondant agrave une certaine freacutequence drsquoonde Les spectres drsquoabsorption et drsquoeacutemission sont compleacutementaires si on les superpose on obtient le spectre continu

Source httpscommonswikimediaorgwikiFileSpectre_C3A9lectromagnC3A9tiquepng

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112 Un savoir transposeacute

Deacutepersonnalisation Le savoir agrave enseigner tel quil apparaicirctra dans nos activiteacutes ne fait pas reacutefeacuterence agrave des expeacuteriences ou agrave des observations preacutecises ni agrave des scientifiquesCrsquoest un travail qui est neacutecessaire afin drsquoeffacer les erreurs et les reacuteflexions inutiles pour rendre le savoir enseignable Nous ne ferons en aucun cas reacutefeacuterences agrave des noms comme Planck Young Newton Einstein Bohr etchellip Les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave deacutecouvrir les savoirs lieacutes agrave la lumiegravere et agrave la couleur par eux-shymecircmes agrave lrsquoaide de nos activiteacutes Deacutecontextualisation et recontexualisation Les savoirs lieacutes aux concepts de lumiegravere et de couleur que nous avons eacutevoqueacutes plus haut vont ainsi ecirctre deacutecontextualiseacutes La lumiegravere ne sera pas consideacutereacutee comme une particule (photon) non plus comme une onde eacutelectromagneacutetique car tous les savoirs lieacutes aux ondes ne sont plus traiteacutes en matheacutematiques (trigonomeacutetrie) dans le PER En conseacutequence le terme de laquospectreraquo ne sera eacutegalement pas utiliseacute pour parler de couleur Lrsquoeacutenergie telle qursquoelle est deacutefinie agrave ce niveau drsquoenseignement crsquoest-shyagrave-shydire comme eacutetant synonyme de chaleur ne peut en aucun cas ecirctre mise en parallegravele avec la notion de couleur En contrepartie le savoir que nous allons introduire sera recontextualiseacute Nous changeons lrsquoorigine du problegraveme en passant de la question ldquo Quelle est lrsquoorigine de la couleur rdquo agrave ldquoQuelles sont les diffeacuterences dans le meacutelange de couleursrdquo Nous parlerons donc de synthegravese additive de synthegravese soustractive (mais aussi de filtres et de couleurs drsquoobjets) agrave la place de spectre drsquoeacutemission et drsquoabsorption qui sont tout agrave fait repreacutesentatifs de ces modegraveles savants agrave un niveau scolaire Ainsi la transposition srsquoopegravere ici par le choix des modegraveles Nous nous concentrons donc sur ce qui est apparent aux yeux de lrsquoapprenant au lieu de se focaliser sur la nature eacutelectromagneacutetique de la couleur Enfin le rayon sera le principal modegravele qui sera utiliseacute pour repreacutesenter la lumiegravere et sa trajectoire rectiligne Lrsquoexpeacuterimentation et la modeacutelisation principalement seront des supports qui vont aider agrave transposer le savoir Deacutesyncreacutetisation Comme nous lrsquoavons dit il srsquoagit de la division et de la deacutelimitation du savoir On distingue ainsi notre seacutequence de physique du cours drsquoarts visuels en marquant les diffeacuterences Nous deacutevelopperons cette partie dans les cadres de rationaliteacutes

Axiologisation Nous ne reprenons pas toutes les notions de la physique afin de transmettre les valeurs principales qui sont neacutecessaires agrave des fins eacuteducatives Les raisons qui nous amegravene agrave enseigner ce cours drsquooptique sur les couleurs est la compreacutehension du monde des couleurs La pertinence et les finaliteacutes des objectifs sont deacutecrites dans le prochain paragraphe

Programmation Lrsquoordre des theacutematiques est la suivante synthegravese soustractive synthegravese additive couleur des objets sous une lumiegravere coloreacutee couleur des objets agrave travers un filtre Lrsquoordre est choisi en fonction de la complexiteacute des theacutematiques En effet les activiteacutes sur la couleur perccedilue drsquoun objet demande des capaciteacutes de reacuteflexion plus importantes que pour la

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synthegravese additive et soustractive Les savoirs se construisant sur drsquoautres savoirs il est ainsi primordial de commencer par les diffeacuterents types de meacutelange de couleurs pour passer agrave un niveau plus complexe Nous deacutetaillons lrsquoordre de la seacutequence dans ldquoSynopsis deacutetailleacute de la seacutequence et instructions pour les enseignants

113 Place dans le PER et objectifs drsquoapprentissage La theacutematique que nous avons choisie est traiteacutee selon le Plan drsquoeacutetude romand entre la 10egraveme et la 11egraveme anneacutee Harmos et srsquoinscrit dans lrsquoobjectif geacuteneacuteral MSN 36 ana lyser des pheacutenomegravenes naturels et des technologies agrave laide de deacutemarches caracteacuteristiques des sciences expeacuterimentales en utilisant un modegravele pour expliquer etou preacutevoir un pheacutenomegravene naturel ou le fonctionnement dun objet technique Le PER preacutevoit pour la seacutequence seacutelectionneacutee le deacuteveloppement de la compeacutetence 1

geacuteneacuterale suivante ldquolrsquoeacutelegraveve est capable drsquointerpreacuteter la couleur perccedilue dun objet agrave laide du modegravele trichromique en eacutetablissant des liens avec larc-shyen-shyciel et les meacutelanges de couleurs en peinturerdquo Pour ce faire le PER donne pour indication peacutedagogique que leacutelegraveve expeacuterimente lui-shymecircme la part objective et la part subjective de ce quil perccediloit de la couleur dun objet et qursquoil soit ainsi ameneacute agrave diffeacuterencier clairement la reacutealiteacute physique de la repreacutesentation mentale (la couleur comme proprieacuteteacute de lobjet et les meacutelanges de pigments en peinture) quil se fait de la situation Afin de respecter les prescriptions nous avons premiegraverement deacutefini les objectifs speacutecifiques de la seacutequence traiteacutee et nous les avons exprimeacutes en termes de compeacutetences Objectifs speacutecifiques pour la seacutequence Modegravele trichromique -shy synthegravese additive -shy synthegravese soustractive -shy filtres -shy lumiegraveres coloreacutees A lrsquoissue de la seacutequence lrsquoeacutelegraveve est capable dedrsquo

hellip faire la distinction entre source primaire et secondaire de lumiegravere et drsquoutiliser cette notion pour deacuteterminer si la couleur perccedilue a eacuteteacute obtenue par synthegravese additive ou par synthegravese soustractive

hellip deacutefinir et nommer ce que sont les couleurs primaires et compleacutementaires pour les deux types de synthegraveses et preacutevoir les couleurs qui seront perccedilues en fonction de la configuration

hellip expliquer agrave lrsquoaide drsquoun exemple (par ex pixels drsquoordinateurs) ce que signifie synthegravese additive

hellip modeacuteliser les observations de la synthegravese additive et soustractive sous forme drsquoun diagramme de Venn

hellip utiliser des logiciels de modeacutelisation pour eacutemettre des hypothegraveses sur les synthegraveses additive et soustractive

hellip preacutevoir la couleur perccedilue drsquoun objet en fonction de la couleur drsquoune lumiegravere et des filtres utiliseacutes (synthegravese soustractive) et coder le pheacutenomegravene

hellip modeacuteliser lrsquoeffet drsquoun filtre sur une lumiegravere coloreacutee agrave lrsquoaide des codes propres agrave lrsquooptique

1 Plan drsquoeacutetude romand pour lrsquoenseignement des sciences naturelles en 11egraveme anneacutee Harmos (httpswwwplandetudeschwebguestMSN_36)

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hellip preacutevoir la couleur perccedilue drsquoun objet en fonction des lumiegraveres coloreacutees et coder le pheacutenomegravene

hellip modeacuteliser lrsquoeffet de la lumiegravere coloreacutee sur un objet et en deacuteduire la couleur perccedilue

12 Notions preacuterequises Le traitement de la seacutequence choisie neacutecessite de la part des eacutelegraveves certaines notions preacuterequises au sujet de la lumiegravere Ces derniegraveres auront dans lrsquoideacuteal eacuteteacute abordeacutees lors drsquoune double seacuteance preacuteceacutedente Ainsi au deacutebut de la seacutequence de cours preacutesenteacutee dans ce dossier les eacutelegraveves auront eacuteteacute introduits sur les notions suivantes

La lumiegravere est eacutemise par certains objets diffuseacutee ou absorbeacutee par drsquoautres Elle se propage de maniegravere rectiligne

Il existe des sources primaires et secondaires de lumiegravere On ne voit pas la trajectoire de la lumiegravere mais les objets qursquoelle eacuteclaire La lumiegravere blanche est composeacutee drsquoun ensemble de couleurs

Les eacutelegraveves auront deacutecouvert ces diffeacuterentes notions lors drsquoexpeacuteriences mettant agrave lrsquoeacutepreuve leurs repreacutesentations erroneacutees Ils se rendront notamment compte avec lrsquoexpeacuterience de projection de lumiegravere agrave travers de la bueacutee ou de la fumeacutee que lrsquoon ne voit pas directement la lumiegravere mais uniquement les objets qui sont eacuteclaireacutes Un eacuteleacutement probablement surprenant est de deacutecouvrir par lrsquoexpeacuterience du prisme que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs Ils seront ainsi capables drsquoexpliquer un pheacutenomegravene qui leur est familier lrsquoarc-shyen-shyciel Pour notre seacutequence le deacutefi principal est qursquoils deacuteveloppent une compreacutehension du pheacutenomegravene de la perception de la couleur des objets

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2 Synopsis deacutetailleacute de la seacutequence et instructions pour les enseignants Comme notre seacutequence est preacutevue agrave la suite drsquoun premier chapitre drsquointroduction sur la lumiegravere nous ouvrons donc notre cours par le chapitre 2 et par lrsquoactiviteacute 2 Ce chapitre comprend les diffeacuterents objectifs geacuteneacuteraux et speacutecifiques des seacutequences le mateacuteriel requis pour les diffeacuterentes activiteacutes leur deacuteroulement ainsi que des instructions particuliegraveres agrave lrsquoattention des enseignants

21 Activiteacute 2 Le modegravele trichromique et la synthegravese additive Objectif geacuteneacuteral il y a une distinction entre la couleur lsquorsquomatiegraverersquorsquo (peinture) et la couleur lsquorsquolumiegraverersquorsquo

Activiteacute 21 (10 min)

Mateacuteriel

De la peinture des pinceaux du papier

Journaux de protection

Gobelet drsquoeau

Palettes assiettes ou berlingots deacutecoupeacutes en 2 (support pour la peinture)

Deacuteroulement

a) Par groupes les eacutelegraveves font des meacutelanges de couleurs Ceci permet de rappeler ce qursquoils ont appris en arts visuels (couleurs primaires couleurs obtenues par des meacutelanges) Cette premiegravere phase drsquoactiviteacute constitue donc une phase de repecircchage de connaissances essentielles pour appreacutehender la theacutematique

Indications pour lrsquoenseignant

Lrsquoenseignant met agrave disposition des tubes de peinture en veillant agrave ce que ces derniers portent lrsquoindication des noms preacutecis de couleurs qui seront abordeacutees en classe entre autres cyan et magenta Il est important degraves le deacutebut drsquoutiliser ces termes Lors de lrsquoactiviteacute il observe les connaissances des eacutelegraveves en matiegravere de meacutelange de couleurs

Activiteacute 22 (10 min)

Objectifs speacutecifiques agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy preacutedire la couleur perccedilue en fonction des meacutelanges de couleurs RVB -shy deacuteterminer de quelle lumiegravere coloreacutee eacuteleacutementaire est constitueacutee une lumiegravere CMJ

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-shy deacuteterminer que de la lumiegravere blanche peut ecirctre obtenue gracircce agrave 3 couleurs RVB

Mateacuteriel

Les meacutelanges de couleurs de la premiegravere partie drsquoactiviteacute

Trois lampes de couleurs RVB

Un eacutecran blanc

Deacuteroulement

a) Lrsquoenseignant installe le dispositif agrave la vue des eacutelegraveves b) Individuellement les eacutelegraveves remplissent un tableau avec leurs preacutedictions concernant

les couleurs obtenues en superposant diffeacuterentes lumiegraveres On peut srsquoattendre agrave ce qursquoils appliquent leurs preacutedictions agrave ce qursquoils connaissent de la peinture et de ce qursquoil viennent drsquoobserver en deacutebut drsquoactiviteacute Cette eacutetape constitue une phase drsquoeacutemission drsquohypothegraveses

b) Manipulation de lampes par les eacutelegraveves ou deacutemonstration par lrsquoenseignant des couleurs obtenues par superposition de lumiegraveres coloreacutees Le reacutesultat surprendra les eacutelegraveves et sera source drsquoun conflit cognitif

c) Les eacutelegraveves reportent leurs observations dans le tableau de maniegravere agrave souligner le conflit avec leurs preacutedictions Puis ils reacutepondent agrave des questions permettant de mettre en eacutevidence la diffeacuterence de nature (matiegravere puis lumiegravere) des couleurs observeacutees Une autre question permet de mettre en eacutevidence que le meacutelange des trois couleurs donne de la lumiegravere blanche (modegravele trichromique)

d) Sur la base de leurs observations les eacutelegraveves preacutesentent sous forme de diagramme de Venn la synthegravese additive Cette eacutetape permet drsquoentraicircner la modeacutelisation simple agrave partir drsquoobservations

e) Mise en commun de maniegravere interactive lrsquoenseignant interroge les eacutelegraveves et oriente ses questions

Indications pour lrsquoenseignant

Afin de preacutesenter le dispositif aux eacutelegraveves lrsquoenseignant peut allumer un seul des projecteurs Ainsi les eacutelegraveves pourront se faire une ideacutee de la maniegravere dont ils observeront la projection de lumiegravere sur lrsquoeacutecran Selon le mateacuteriel et le temps disponibles lrsquoenseignant fera lui-shymecircme la deacutemonstration ou bien les eacutelegraveves manipulent eux-shymecircme le ou les dispositif(s) Les questions poseacutees agrave la suite du tableau peuvent ecirctre difficiles lrsquoenseignant veillera agrave orienter les eacutelegraveves agrave lrsquoaide du dispositif et en leur posant des questions intermeacutediaires

Activiteacute 23 (20 min)

Objectifs speacutecifiques agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy deacuteduire agrave lrsquoaide drsquoun logiciel de modeacutelisation les regravegles de la synthegravese additive

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-shy expliquer la cause de la preacutesence des trois couleurs RVB dans les pixels en mobilisant les notions apprises preacuteceacutedemment

Mateacuteriel

Quelques ordinateurs avec un accegraves internet Quelques microscopes Logiciel disponible en ligne sur le portail PCCL (Physique chimie collegravege lyceacutee) 2

Deacuteroulement

a) Un problegraveme est poseacute par lrsquoenseignant si lrsquoon obtient du blanc (donc la totaliteacute des couleurs) en superposant les lumiegraveres R V et B comment obtient-shyon une couleur en particulier

b) Par groupe heacuteteacuterogegravenes de 3 ou 4 les eacutelegraveves eacutemettent des hypothegraveses c) Le test des hypothegraveses se fait toujours par groupes gracircce agrave un logiciel de

modeacutelisation de la synthegravese additive offrant la possibiliteacute de varier les intensiteacutes de chaque projecteur Par leurs manipulations les eacutelegraveves sont capables de deacuteduire que les diffeacuterentes couleurs sont obtenues par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

d) Mise en commun en projetant le logiciel sur grand eacutecran e) Les eacutelegraveves observent par groupe des eacutecrans de smartphones au microscope puis ils

mobilisent les notions deacutecouvertes preacuteceacutedemment pour expliquer leurs observations f) Institutionnalisation (cf ci-shydessous)

Indications pour lrsquoenseignant

Le logiciel eacutetant simple drsquoutilisation les eacutelegraveves peuvent faire leurs manipulations sans trop drsquoindications de la part de lrsquoenseignant En revanche selon lrsquoexpeacuterience des eacutelegraveves il sera neacutecessaire de les assister lors des reacuteglages pour lrsquoobservation au microscope Selon le mateacuteriel et le temps disponibles lrsquoenseignant peut eacutegalement preacuteparer lui-shymecircme le dispositif et les eacutelegraveves observent lrsquoeacutecran de smartphone lrsquoun apregraves lrsquoautre

Institutionnalisation activiteacute 2 (10 min)

Une premiegravere institutionnalisation se fait agrave la fin de lrsquoactiviteacute 2 de maniegravere frontale par lrsquoenseignant Partant de lrsquoobservation des eacutecrans de smartphone elle doit porter uniquement sur les objectifs viseacutes par lrsquoactiviteacute et doit introduire les notions de modegravele trichromique et de synthegravese additive Il est inteacuteressant de faire eacutegalement un lien avec les causes biologiques du modegravele trichromique (cocircnes et bacirctonnets de lrsquooeil daltonisme) Lrsquoinstitutionnalisation peut se faire agrave lrsquoaide drsquoune preacutesentation Powerpoint concise etou drsquoun documentaire videacuteo puis les fiches de synthegravese sont distribueacutees pour ecirctre lues agrave la maison et pour servir de support theacuteorique lors des reacutevisions en vue de lrsquoexamen

2 httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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22 Activiteacute 3 qursquoest-shyce qursquoun filtre Objectif geacuteneacuteral La lumiegravere coloreacutee projeteacutee est modifieacutee lorsqursquoelle travers un filtre coloreacute

Activiteacute 31 (20 min)

Objectifs speacutecifiques agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy Formuler une hypothegravese sur la couleur drsquoun faisceau lumineux vu agrave travers un ou plusieurs filtre(s) coloreacute(s)

-shy Modeacuteliser lrsquoaction drsquoun ou plusieurs filtre(s) coloreacute(s) sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee

-shy Eacutenoncer le rocircle drsquoun filtre coloreacute Mateacuteriel

1 eacutecran blanc

3 projecteurs de lumiegravere blanche

3 filtres rouge vert et bleu

Deacuteroulement

a) En pleacutenum lrsquoenseignant effectue un rappel du dernier cours (composition RVB de la lumiegravere blanche) et preacutesente la modeacutelisation utiliseacutee pour la synthegravese additive

b) Lrsquoenseignant preacutesente le dispositif agrave la classe (enlever un filtre montrer qursquoon a bien de la lumiegravere blanche avant le filtre remettre le filtre) puis demande aux eacutelegraveves individuellement drsquoeacutemettre leurs hypothegraveses puis discussion rapide par banc

c) Lrsquoenseignant allume un projecteur apregraves lrsquoautre (en eacuteteignant le preacuteceacutedent agrave chaque fois) et fait noter aux eacutelegraveves les observations et leur demande drsquoeacutemettre par deux une hypothegravese sur le rocircle du filtre

d) Mise en commun en choisissant des groupes donnant une explication contradictoire e) Apregraves avoir formeacute des groupes heacuteteacuterogegravenes de 3-shy4 eacutelegraveves lrsquoenseignant demande

aux eacutelegraveves de modeacuteliser lrsquoeffet du filtre (question 3) f) Mise en commun par projection de 3 travaux diffeacuterents et comportant de bons

eacuteleacutements Correction g) Lrsquoenseignant relance le travail de groupe pour effectuer le dernier exercice h) Lrsquoenseignant ouvre la discussion puis donne la solution experte

Indications pour lrsquoenseignant

Erreur possible un filtre coloreacute ne laisse pas passer sa couleur (peut-shyecirctre parce qursquoon le voit justement de cette couleur donc il absorberait) Lors de travaux de groupe passer dans les bancs pour observer le travail effectueacute ne pas reacutepondre aux questions (sauf incompreacutehension de la consigne) afin drsquoassurer la deacutevolution Avertir briegravevement les eacutelegraveves qui seront ameneacutes agrave preacutesenter leur travaux

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Activiteacute 32 (10 min)

Objectifs speacutecifiques agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy Deacuteduire par lrsquoexpeacuterimentation lrsquoeffet de la superposition de plusieurs filtres -shy Dessiner le diagramme de Venn de la synthegravese soustractive

Mateacuteriel

Une lampe diffusant de la lumiegravere blanche par groupe

Un set de 3 filtres (CMJ) par groupe Deacuteroulement

a) Lrsquoenseignant explique le deacuteroulement de lrsquoactiviteacute puis forme des groupes heacuteteacuterogegravenes de 3-shy4 eacutelegraveves puis leur distribue le mateacuteriel neacutecessaire et laisse aux eacutelegraveves un temps drsquoexpeacuterimentation

b) Mise en commun par un groupe choisi par lrsquoenseignant avec expeacuterimentation au tableau

Indications pour lrsquoenseignant

Plusieurs possibiliteacutes sont agrave preacutevoir selon lrsquoagencement de CMJ dans le diagramme de Venn

Activiteacute 33 (15 min)

Objectifs speacutecifiques agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy Comparer les synthegraveses additive et soustractive par lutilisation drsquoune application Mateacuteriel

1 ordinateur par groupe

(httpwwwostralonet3_animationsswfsynthese_couleursswf)

Deacuteroulement

a) Lrsquoenseignant preacutesente les manipulations agrave effectuer pour arriver sur lrsquoapplication b) Il distribue un ordinateur par banc et laisse les eacutelegraveves travailler et reacutepondre aux

questions c) La correction se fera directement par lrsquoenseignant en guise dinstitutionnalisation

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Indications pour lrsquoenseignant

Cette activiteacute fait office drsquoinstitutionnalisation Il est important de distinguer les deux synthegraveses en preacutesentant clairement leurs utilisations diffeacuterentes

23 Activiteacute 4 La couleur des objets Objectif geacuteneacuteral la couleur drsquoun objet peut ecirctre modifieacutee si on le voit sous une lumiegravere coloreacutee

Introduction (15 min)

1) Question de deacutepart pourquoi perccediloit-shyon des objets de diffeacuterentes couleurs ou Un objet a-shyt-shyil toujours la mecircme couleur Les eacutelegraveves formulent une hypothegravese Ensuite ils confrontent leurs ideacutees avec une videacuteo qui provoque un conflit par rapport agrave ce qursquoils pensaient

2) Lrsquoenseignant preacutesente la theacuteorie le principe dabsorption et de reacutefraction Que se passe-shyt-shyil lorsqursquoon regarde avec une lumiegravere coloreacutee

Activiteacute 41 (10 min)

Objectif speacutecifique agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

Formuler une hypothegravese sur les couleurs des objets vus sous une lumiegravere coloreacutee

Mateacuteriel

Objets de couleurs diffeacuterentes (rouge cyan et jaune)

3 lumiegraveres coloreacutees (magenta vert bleu) Deacuteroulement

a) Lrsquoactiviteacute 41 avec les objets a comme objectif la repreacutesentation de la couleur sous forme de scheacutema et de leur faire deacuteduire progressivement que les objets se comportent comme des filtres

b) Lrsquoenseignant entrepose des objets de couleurs rouge cyan et jaune et des dispositifs eacutemettant des lumiegraveres coloreacutees (magenta vert et bleu) sur une table Lrsquoassociation des objets et des lumiegraveres coloreacutees est rouge-shymagenta cyan-shyvert jaune-shybleu

c) Lrsquoenseignant forme des groupes heacuteteacuterogegravenes de 3 ou 4 personnes d) Puis les eacutelegraveves se rassemblent autour de la table ougrave sont entreposeacutes les objets et

remplissent les deux premiegraveres colonnes du tableau (couleur de lrsquoobjet et couleur de la lumiegravere coloreacutee) Les groupes retournent agrave leur place et commencent agrave formuler leurs hypothegraveses (troisiegraveme colonne)

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e) Puis les eacutelegraveves sont autoriseacutes agrave reacutecupeacuterer les objets pour qursquoils procegravedent agrave leur manipulation Ils notent ce qursquoils ont observeacute dans la quatriegraveme colonne

f) Ce proceacutedeacute est reacutepeacuteteacute 3 fois

Indications pour lrsquoenseignant

Les objets de couleurs agrave utiliser ne sont pas deacutefinis la liberteacute est laisseacutee agrave lrsquoenseignant de prendre ce qursquoil a agrave disposition mais lrsquoassociation est preacutevue pour qursquoun reacutesultat soit observeacute

Difficulteacutes ne pas faire les liens pour arriver agrave poser une hypothegravese ne plus savoir ce que sont les synthegraveses additives et soustractives

Erreurs possibles poser une hypothegravese fausse mais cette erreur est voulue et provoquera le conflit

attendu ne pas faire le lien avec la synthegravese soustractive vue dans le preacuteceacutedent chapitre et

reacutepondre ldquola synthegravese additiverdquo ne pas deacuteduire que la reacuteflection de la lumiegravere coloreacutee sur un objet fonctionne comme

un filtre Relances

lrsquoenseignant fait le test devant la classe en modeacutelisant le pheacutenomegravene renvoie au scheacutema de reflection revu en theacuteorie au deacutebut du cours utilise la modeacutelisation avec lrsquoordinateur ougrave lrsquoon peut doser les filtres met en parallegravele le filtre et la lumiegravere coloreacutee pour que le lien entre les deux

pheacutenomegravenes soit fait

Activiteacute 42 (25 min)

Objectif speacutecifique agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy Formuler une hypothegravese sur les couleurs des objets vus sous une lumiegravere coloreacutee Mateacuteriel

Feuilles blanches et coloreacutees

Peinture de couleurs

Journaux de protection

2 pinceaux par groupe

Gobelet drsquoeau

Palettes assiettes ou berlingot deacutecoupeacute en 2 pour mettre la peinture

6 lumiegraveres coloreacutees (rouge verte bleue magenta cyan et jaune)

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Deacuteroulement amp Indication pour les enseignants

a) Ils scheacutematisent le pheacutenomegravene et remplissent le tableau Lrsquoideacutee est drsquoeacutecrire les mots avec la mecircme peinture utiliseacutee durant lrsquoactiviteacute 21 ce qui leur permettrait de faire un lien Les eacutelegraveves se rendront peu agrave peu compte que la peinture agit comme un filtre

b) Avant le cours lenseignant associe une lumiegravere coloreacutee agrave une couleur pour le mot et une couleur de feuille et preacutepare une table proteacutegeacutee pour la peinture

c) Lrsquoactiviteacute se fait par groupe heacuteteacuterogegravene de 3 personnes formeacutes par lrsquoenseignant Chaque groupe possegravede 6 dispositifs eacutemettant des lumiegraveres coloreacutees agrave la lumiegravere desquels ils observeront les deux mots coloreacutes sur leur feuille respective

d) Les eacutelegravevent commencent lrsquoactiviteacute en venant chercher sur la table pour la peinture les 2 couleurs voulues les disposent dans leur palette prennent la feuille correspondante et 2 pinceaux et se dirigent vers les tables preacutepareacutees pour la peinture

e) Ils eacutecrivent les 2 mots avec la peinture puis rejoignent leur place f) Ils remplissent la premiegravere ligne du tableau g) Puis ils inscrivent leur hypothegravese au crayon agrave papier et en petit dans les cases

correspondantes Ils ont la possibiliteacute de prendre une feuille de brouillon pour dessiner les modegraveles

h) Puis lrsquoenseignant distribue les dispositifs eacutemettant les lumiegraveres coloreacutees pour que les eacutelegraveves puissent eacuteclairer leurs mots et observer le reacutesultat qursquoils notent agrave la plumestylo

i) Les hypothegraveses mecircme erroneacutees sont laisseacutees inscrites dans le tableau pour que lrsquoeacutelegraveve puisse comparer les deux et comprendre le pheacutenomegravene (conflit)

Activiteacute 43 (20 min)

Objectifs speacutecifiques agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy Modeacuteliser agrave lrsquoaide drsquoun scheacutema et de codes la reacutefraction et labsorption de la lumiegravere sur un objet

-shy Retrouver agrave partir de la couleur refleacuteteacutee et la lumiegravere coloreacutee projeteacutee et le filtre utiliseacute Mateacuteriel

pas de mateacuteriel particulier mis agrave part le fichier de lrsquoeacutelegraveve

Deacuteroulement

a) Lrsquoactiviteacute 43 qui permet de voir si les eacutelegraveves ont compris leur demande de reacutefleacutechir en partant des observations pour trouver la situation initiale

b) Le travail est agrave reacutealiser individuellement les eacutelegraveves regardent les diffeacuterents drapeaux modeacutelisent les diffeacuterentes situations et notent leur deacuteductions

c) Lrsquoenseignant reste agrave disposition et passe dans les bancs

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Indications pour lrsquoenseignant

Obstacles ne pas faire le lien que crsquoest la deacutemarche vue preacuteceacutedemment mais agrave lrsquoenvers

Erreurs possibles ne pas trouver le bon filtre agrave cause du noir ne pas repreacutesenter juste le scheacutema de modeacutelisation

Relances faire reacutefeacuterence au tableau reacutecapitulatif de la fiche theacuteorique faire reacutefeacuterence au modegravele du scheacutema en couleur dans la fiche theacuteorique

Institutionnalisation activiteacute 4

Explication de la modeacutelisation de la reacuteflection de la lumiegravere coloreacutee par une marche agrave suivre lors de la correction de lrsquoexercice des drapeaux sous forme drsquoun ldquoje retiensrdquo

Un cours de reacutevision avec les fiches de synthegravese suivra ces seacuteances drsquoactiviteacutes

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3 Documents Les diffeacuterents documents utiliseacutes dans cette seacutequence sont preacutesenteacutes ci-shydessous

Parmi eux

Fiches drsquoactiviteacutes pour eacutelegraveves et avec correction

Fiches theacuteoriques de synthegravese

Evaluation pour eacutelegraveves et avec correction

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Documents des eacutelegraveves Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs Chapitre 2 Couleurs peintures couleurs lumiegraveres Activiteacute 21 1) Tu as agrave disposition des pinceaux et de la peinture Tu te

souviens peut-shyecirctre de tes cours drsquoarts visuels qursquoil existe des

couleurs primaires qui permettent par leur meacutelange drsquoobtenir

drsquoautres couleurs Mais elles-shymecircmes ne srsquoobtiennent par aucun

meacutelange Te souviens-shytu des combinaisons de couleurs qursquoil faut

meacutelanger pour obtenir une couleur souhaiteacutee

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du vert

__________________________________________

Image httpsfrdreamstimecom Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du rouge

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du bleu

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du noir

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Activiteacute 22 Lrsquoenseignant a installeacute trois projecteurs de couleur un rouge un vert un bleu ainsi

qursquoun eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-shydessous

Image MER

Quelle couleur va-shyt-shyon observer sur lrsquoeacutecran si lrsquoon allume deux par deux les projecteurs

et que lrsquoon superpose leurs lumiegraveres Et si lrsquoon allume les trois projecteurs Remplis le

tableau ci-shydessous drsquoabord avec tes hypothegraveses concernant la couleur obtenue sur

lrsquoeacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Meacutelange de lumiegraveres Couleur obtenue ton hypothegravese

Couleur observeacutee

vert et bleu

vert et rouge

bleu et rouge

vert bleu et rouge

a) Quelles diffeacuterences constates-shytu entre les meacutelanges de lrsquoactiviteacute 1 et ceux de lrsquoactiviteacute

2

______________________________________________________________________

b) Qursquoa-shyt-shyon meacutelangeacute dans chaque cas

______________________________________________________________________

c) Le reacutesultat du meacutelange des lumiegraveres verte bleue et rouge te rappelle-shyt-shyil quelque

chose Que peux-shytu en deacuteduire

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

d) A lrsquoaide de couleurs scheacutematise ci-shydessous les superpositions observeacutees sur lrsquoeacutecran

blanc

Activiteacute 23 Et comment obtenir drsquo‛autres couleurs 1) Tu as vu lors de lrsquoactiviteacute preacuteceacutedente que si lrsquoon superpose trois lumiegraveres de couleurs

RVB on perccediloit du blanc Mais de quelle maniegravere peut-shyon percevoir nrsquoimporte quelle

autre couleur

Familiarise-shytoi avec le logiciel en ligne suivant

httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additive

htm

Puis reacuteponds aux questions suivantes

Par quelles manipulations obtiens-shytu du orange

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du rose

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du vert olive

______________________________________________________________________

Que constates-shytu

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

2) Chaque groupe a agrave sa disposition une loupe binoculaire Deacutepose un smartphone

allumeacute eacutecran vers le haut sous lrsquoobjectif Vise une zone blanche de lrsquoeacutecran puis regravegle la

netteteacute Qursquoobserves-shytu

Observations

Comment expliques-shytu ce pheacutenomegravene

Documents des eacutelegraveves Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs Chapitre 2 Couleurs peintures couleurs lumiegraveres (corrigeacute) Activiteacute 21 1) Tu as agrave disposition des pinceaux et de la peinture Tu te

souviens peut-shyecirctre de tes cours drsquoarts visuels qursquoil existe des

couleurs primaires qui permettent par leur meacutelange drsquoobtenir

drsquoautres couleurs Mais elles-shymecircmes ne srsquoobtiennent par aucun

meacutelange Te souviens-shytu des combinaisons de couleurs qursquoil faut

meacutelanger pour obtenir une couleur souhaiteacutee

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du vert

__________________________________________

Image httpsfrdreamstimecom Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du rouge

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du bleu

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du noir

__________________________________________

Activiteacute 22 Lrsquoenseignant a installeacute trois projecteurs de couleur un rouge un vert un bleu ainsi

qursquoun eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-shydessous

Image MER

Quelle couleur va-shyt-shyon observer sur lrsquoeacutecran si lrsquoon allume deux par deux les projecteurs

et que lrsquoon superpose leurs lumiegraveres Et si lrsquoon allume les trois projecteurs Remplis le

tableau ci-shydessous drsquoabord avec tes hypothegraveses concernant la couleur obtenue sur

lrsquoeacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Meacutelange de lumiegraveres Couleur obtenue ton hypothegravese

Couleur observeacutee

vert et bleu (cyan)

vert et rouge (jaune)

bleu et rouge (magenta)

vert bleu et rouge (blanc)

a) Quelles diffeacuterences constates-shytu entre les meacutelanges de lrsquoactiviteacute 1 et ceux de lrsquoactiviteacute

2

______________________________________________________________________

Les couleurs obtenues ne sont pas les mecircmes qursquoen peinture

b) Qursquoa-shyt-shyon meacutelangeacute dans chaque cas

______________________________________________________________________

Dans le premier cas on a de la matiegravere (de la peinture) dans le deuxiegraveme cas on a de la

lumiegravere

c) Le reacutesultat du meacutelange des lumiegraveres verte bleue et rouge te rappelle-shyt-shyil quelque

chose Que peux-shytu en deacuteduire

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

Le fait que la lumiegravere blanche est composeacutee de lrsquoensemble des couleurs (cf expeacuterience

du prisme) Ici lrsquoexpeacuterience concerne la superposition de lumiegraveres coloreacutees et on observe

que lrsquoaddition des lumiegraveres rouge verte et bleue donne du blanc Cela srsquoappelle le modegravele trichromique

d) A lrsquoaide de couleurs scheacutematise ci-shydessous les superpositions observeacutees sur lrsquoeacutecran

blanc

Activiteacute 23 Et comment obtenir drsquo‛autres couleurs 1) Tu as vu lors de lrsquoactiviteacute preacuteceacutedente que si lrsquoon superpose trois lumiegraveres de couleurs

RVB on perccediloit du blanc Mais de quelle maniegravere peut-shyon percevoir nrsquoimporte quelle

autre couleur

Familiarise-shytoi avec le logiciel en ligne suivant

httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additive

htm

Puis reacuteponds aux questions suivantes

Par quelles manipulations obtiens-shytu du orange (selon eacutelegraveves)

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du rose (selon eacutelegraveves)

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du vert olive (selon eacutelegraveves)

______________________________________________________________________

Que constates-shytu

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

Un jeu de dosage entre les trois couleurs RVB permet drsquoobtenir toutes les diffeacuterentes

couleurs imaginables Les trois lumiegraveres superposeacutees et en dosage eacutequivalent donnent

une lumiegravere blanche crsquoest agrave dire la totaliteacute des couleurs On appelle cela la synthegravese additive

2) Chaque groupe a agrave sa disposition un microscope Deacutepose un smartphone allumeacute

eacutecran vers le haut sous lrsquoobjectif Vise une zone blanche de lrsquoeacutecran puis regravegle la netteteacute

Qursquoobserves-shytu

Observations

(Preacutesences de pixels lumiegraveres RVB)

Comment expliques-shytu ce pheacutenomegravene

(synthegravese effectueacutee par le cerveau)

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 3 Que devient la lumiegravere lorsqursquo‛elle traverse un filtre

Activiteacute 31 les lumiegraveres et filtres coloreacutes

Tu as appris lors du dernier cours que lrsquo‛on pouvait ldquoadditionnerrdquo des lumiegraveres coloreacutees

pour obtenir de nouvelles couleurs Nous pouvons modeacuteliser la lumiegravere blanche ainsi

Nous allons deacutecouvrir aujourdrsquo‛hui comment on peut ldquosoustrairerdquo des lumiegraveres coloreacutees

1) Lrsquo‛enseignant a installeacute trois filtres de couleur un rouge un vert un bleu ainsi qursquo‛un

eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-dessous

Image MER

Quelle couleur va-t-on observer sur lrsquo‛eacutecran si lrsquo‛on allume un par un les projecteurs

Remplis le tableau ci-dessous premiegraverement avec tes hypothegraveses concernant la couleur

obtenue sur lrsquo‛eacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Filtre traverseacute par la

lumiegravere blanche

Couleur obtenue ton

hypothegravese

Couleur observeacutee

Filtre bleu

Filtre rouge

Filtre vert

2) Selon toi quel est le rocircle du filtre coloreacute

_______________________________________________________________

3) Repreacutesente par un scheacutema le passage drsquo‛une lumiegravere blanche agrave travers un filtre rouge

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

4) Et quelle couleur observera-t-on si la lumiegravere blanche passe agrave travers un filtre rouge

puis agrave travers un filtre bleu Formule une hypothegravese puis applique ton modegravele

Hypothegravese __________________________________

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

Activiteacute 32 Qursquo‛obtient-on avec drsquo‛autres filtres

a) Tu disposes maintenant drsquo‛une lampe diffusant de la lumiegravere blanche et de filtres

cyan magenta et jaune Manipule-les les uns apregraves les autres puis en les superposant

pour deacutecouvrir leurs effets sur la lumiegravere blanche

b) A lrsquo‛aide de couleurs et en trsquo‛appuyant sur tes observations scheacutematise ci-dessous

lrsquo‛action des filtres sur une lumiegravere blanche

Activiteacute 33 Deux synthegraveses Similitudes et diffeacuterences

a) Utilise ce logiciel pour comparer les synthegraveses additive et soustractive

httpwwwostralonet3_animationsswfsynthese_couleursswf

a) Quelles similitudes observes-tu entre les synthegraveses additive et soustractive

________________________________________________________________

d) Et quelles diffeacuterences

_______________________________________________________________

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 3 Que devient la lumiegravere lorsqursquo‛elle traverse un filtre

(corrigeacute)

Activiteacute 31 les lumiegraveres et filtres coloreacutes

Tu as appris lors du dernier cours que lrsquo‛on pouvait ldquoadditionnerrdquo des lumiegraveres coloreacutees

pour obtenir de nouvelles couleurs Nous pouvons modeacuteliser la lumiegravere blanche ainsi

Nous allons deacutecouvrir aujourdrsquo‛hui comment on peut ldquosoustrairerdquo des lumiegraveres coloreacutees

1) Lrsquo‛enseignant a installeacute trois filtres de couleur un rouge un vert un bleu ainsi qursquo‛un

eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-dessous

Image MER

Quelle couleur va-t-on observer sur lrsquo‛eacutecran si lrsquo‛on allume un par un les projecteurs

Remplis le tableau ci-dessous premiegraverement avec tes hypothegraveses concernant la couleur

obtenue sur lrsquo‛eacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Filtre traverseacute par la

lumiegravere blanche

Couleur obtenue ton

hypothegravese

Couleur observeacutee

Filtre bleu bleu

Filtre rouge rouge

Filtre vert vert

2) Selon toi quel est le rocircle du filtre coloreacute

_______________________________________________________________

Un filtre coloreacute ne transmet que les rayons de sa couleur et absorbe les autres

3) Repreacutesente par un scheacutema le passage drsquo‛une lumiegravere blanche agrave travers un filtre rouge

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

4) Et quelle couleur observera-t-on si la lumiegravere blanche passe agrave travers un filtre rouge

puis agrave travers un filtre bleu Formule une hypothegravese puis applique ton modegravele

Hypothegravese __________________________________

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

Activiteacute 32 Qursquo‛obtient-on avec drsquo‛autres filtres

a) Tu disposes maintenant drsquo‛une lampe diffusant de la lumiegravere blanche et de filtres

cyan magenta et jaune Manipule-les les uns apregraves les autres puis en les superposant

pour deacutecouvrir leurs effets sur la lumiegravere blanche

b) A lrsquo‛aide de couleurs et en trsquo‛appuyant sur tes observations scheacutematise ci-dessous

lrsquo‛action des filtres sur une lumiegravere blanche

Pex 1 Magenta 2 Jaune 3 Cyan 4 Rouge 5 Vert 6 Bleu 7 Noir

Activiteacute 33 Deux synthegraveses Similitudes et diffeacuterences

a) Utilise ce logiciel pour comparer les synthegraveses additive et soustractive

httpwwwostralonet3_animationsswfsynthese_couleursswf

a) Quelles similitudes observes-tu entre les synthegraveses additive et soustractive

________________________________________________________________

Les mecircmes triplets de couleurs sont preacutesents dans les deux synthegraveses (RVB - CMJ)

d) Et quelles diffeacuterences

________________________________________________________________

1 Les couleurs primaires de lrsquo‛un sont les couleurs compleacutementaires de lrsquo‛autre

2 Lrsquo‛addition des lumiegraveres coloreacutees rouge verte et bleue donne du blanc la

soustraction totale par des filtres cyan magenta et jaune donne du noir

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 4 Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Rappel

1 Nous pouvons reacutesumer la composition de la lumiegravere blanche aux 3 couleurs primaires le rouge le vert et le bleu Ce sont des couleurs qui ne peuvent pas ecirctre creacuteeacutees Ce sont elles qui composent les autres couleurs Crsquo‛est agrave dire qursquo‛en les meacutelangeant on peut obtenir les autres couleurs le cyan est composeacute du bleu et du vert le magenta est composeacute du bleu et du rouge et le jaune est composeacute du vert et du rouge

Theacuteorie

Le sujet que nous allons traiter aujourdrsquo‛hui concerne la couleur de lrsquo‛objet Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Formule une hypothegravese ____________________________________________

Observe la photo projeteacutee par lrsquo‛enseignant

Que retiens-tu de cette photo _______________________________________________________________ La lumiegravere coloreacutee qui est refleacuteteacutee par un objet correspond agrave la lumiegravere non absorbeacutee

Ici toutes les lumiegraveres coloreacutees sont absorbeacutees sauf le bleu qui lui est refleacuteteacute La couleur propre de lrsquo‛objet sera le bleu

En effet un objet absorbe ou reflegravete diffeacuterentes lumiegraveres coloreacutees Crsquo‛est cette lumiegravere coloreacutee refleacuteteacutee que nous verrons

Activiteacute 41

Reacuteponds agrave ces diffeacuterentes questions dans le tableau ci-dessous De quelle couleur verras-tu cet objet Confronte ton ideacutee avec ton voisin De quelle couleur le vois-tu reacuteellement

Couleur de lrsquo‛objet

Couleur de la lumiegravere

Hypothegravese formuleacutee

Observation

rouge Magenta

cyan Vert

jaune Bleu

Par quel pheacutenomegravene peut-on observer ce changement de couleur ___________________________________

Quelle deacuteductions peux-tu faire _________________________________________________________________

Activiteacute 42

Marche agrave suivre

1 Eacutecris sur une feuille blanche le nom des 2 couleurs que ton enseignant te donne avec la peinture qui y correspond

2 Pendant que ces mots segravechent remplis les colonnes ldquocouleur du mot 1rdquo et ldquocouleur du mot 2rdquo et ldquocouleur de la feuillerdquo agrave la lumiegravere blanche

3 Formule tes hypothegraveses note-les au crayon agrave papier en petit 4 Eacuteclaire tes mots agrave lrsquo‛aide de lumiegraveres coloreacutees 5 Note tes observations

Lumiegravere coloreacutee

Couleur du mot 1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur du mot 2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur de la feuille helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Blanche

Rouge

Verte

Bleue

Magenta

Cyan

Jaune

Activiteacute 43

Tu observes un drapeau eacuteclaireacute par une lumiegravere blanche Puis tu observes ce mecircme drapeau eacuteclaireacute par deux lumiegraveres coloreacutees diffeacuterentes Trouve la lumiegravere coloreacutee utiliseacutee dans chaque cas et justifie ta reacuteponse par la modeacutelisation vue preacuteceacutedemment

Lumiegravere blanche Lumiegravere coloreacutee 1 Lumiegravere coloreacutee 2

De quelle couleur est la premiegravere lumiegravere coloreacutee ___________________________

Modeacutelisation 1

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________

Modeacutelisation 2

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 4 Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur (corrigeacute) Rappel

2 Nous pouvons reacutesumer la composition de la lumiegravere blanche aux 3 couleurs primaires le rouge le vert et le bleu Ce sont des couleurs qui ne peuvent pas ecirctre creacuteeacutees Ce sont elles qui composent les autres couleurs Crsquo‛est agrave dire qursquo‛en les meacutelangeant on peut obtenir les autres couleurs le cyan est composeacute du bleu et du vert le magenta est composeacute du bleu et du rouge et le jaune est composeacute du vert et du rouge

Theacuteorie

Le sujet que nous allons traiter aujourdrsquo‛hui concerne la couleur de lrsquo‛objet Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Formule une hypothegravese ____________________________________________ Projeter cette image elle napparaicirct pas dans le cours de lrsquo‛eacutelegraveve

Que retiens-tu de cette photo _______________________________________________________________ La lumiegravere coloreacutee qui est refleacuteteacutee par un objet correspond agrave la lumiegravere non absorbeacutee

Ici toutes les lumiegraveres coloreacutees sont absorbeacutees sauf le bleu qui lui est refleacuteteacute La couleur propre de lrsquo‛objet sera le bleu

En effet un objet absorbe ou reflegravete diffeacuterentes lumiegraveres coloreacutees Crsquo‛est cette lumiegravere coloreacutee refleacuteteacutee que nous verrons

Activiteacute 41

Reacuteponds agrave ces diffeacuterentes questions dans le tableau ci-dessous De quelle couleur penses-tu que tu verras cet objet Confronte ton ideacutee avec ton voisin De quelle couleur le vois-tu reacuteellement

Couleur de lrsquo‛objet

Couleur de la lumiegravere

Hypothegravese formuleacutee

Observation

rouge Magenta (rouge)

cyan Vert (vert)

jaune Bleu (noir)

Par quel pheacutenomegravene peut-on observer ce changement de couleur ___________________________________ (synthegravese soustractive)

Quelle deacuteductions peux-tu faire (fonctionne comme un filtre) _________________________________________________________________

Activiteacute 42

Marche agrave suivre

6 Eacutecris sur une feuille blanche le nom des 2 couleurs que ton enseignant te donne avec la peinture qui y correspond

7 Pendant que ces mots segravechent remplis les colonnes ldquocouleur du mot 1rdquo et ldquocouleur du mot 2rdquo et ldquocouleur de la feuillerdquo agrave la lumiegravere blanche

8 Formule tes hypothegraveses note-les au crayon agrave papier en petit 9 Eacuteclaire tes mots agrave lrsquo‛aide de lumiegraveres coloreacutees 10 Note tes observations

Lumiegravere coloreacutee

Couleur du mot 1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur du mot 2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur de la feuille helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Blanche

Rouge

Verte

Bleue

Magenta

Cyan

Jaune

Activiteacute 43

Tu observes un drapeau eacuteclaireacute par une lumiegravere blanche Puis tu observes ce mecircme drapeau eacuteclaireacute par deux lumiegraveres coloreacutees diffeacuterentes Trouve la lumiegravere coloreacutee utiliseacutee dans chaque cas et justifie ta reacuteponse par la modeacutelisation vue preacuteceacutedemment

Lumiegravere blanche Lumiegravere coloreacutee 1 Lumiegravere coloreacutee 2

De quelle couleur est la premiegravere lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Bleu)

Modeacutelisation 1

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Vert)

Modeacutelisation 2

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Fiches de synthegravese Les couleurs Activiteacute 2 Reacutesumeacute theacuteorique pour les eacutelegraveves Le modegravele trichromique et la synthegravese additive des couleurs La couleur nrsquo‛existe pas sans lumiegravere et lrsquo‛on peut dire que lrsquo‛on perccediloit le monde gracircce aux meacutelanges de ces couleurs qui correspondent aux diffeacuterentes composantes de la lumiegravere Lorsque lrsquo‛on parle de la perception des couleurs on srsquo‛aperccediloit que seules trois lumiegraveres primaires de couleurs rouge vert et bleu sont neacutecessaires pour obtenir la sensation de toutes les autres couleurs Cette maniegravere de modeacuteliser la perception des couleurs est ce qursquo‛on appelle le modegravele trichromique (lsquorsquo‛trois couleursrsquo‛rsquo‛) Dans cette repreacutesentation toutes les autres lumiegraveres coloreacutees sont perccedilues par superposition des trois lumiegraveres rouge verte et bleue La superposition simultaneacutee et en dosage identique des trois couleurs donne de la lumiegravere blanche Le noir correspond agrave une absence de lumiegravere

Illustration du modegravele

Image MER

Lrsquo‛image montre trois projecteurs de lumiegraveres rouge verte et bleue eacuteclairant une table blanche Si les trois couleurs sont projeteacutees en intensiteacute identique nous obtenons par superposition trois autres couleurs le cyan le magenta et le jaune Les couleurs primaires et les couleurs obtenues sont codeacutees sur lrsquo‛image puis reacutecapituleacutees dans le tableau ci-dessous

Image MER

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Si nous modifions le dosage des couleurs eacuteleacutementaires il est possible drsquo‛obtenir toutes les couleurs imaginables Le pheacutenomegravene de perception des couleurs par superposition des trois couleurs primaires se nomme synthegravese additive les couleurs sont additionneacutees entre elles pour permettre la synthegravese drsquo‛autres couleurs

Drsquo‛ailleurs si lrsquo‛on observe au microscope un eacutecran blanc de smartphone ou drsquo‛ordinateur on remarque qursquo‛il est en fait constitueacute drsquo‛un grand nombre de minuscules rectangles de lumiegraveres rouge verte et bleue (voir image ci-contre) Crsquo‛est justement par un jeu de dosage de chacune de ces lumiegraveres que lrsquo‛on perccediloit les diffeacuterentes couleurs sur nos eacutecrans

Pourquoi un modegravele sur trois couleurs La raison pour laquelle les scientifiques ont construit ce modegravele sur trois couleurs est directement lieacutee agrave la structure de notre œil En effet ce dernier contient des cellules sensibles agrave la lumiegravere que lrsquo‛on appelle cocircnes et bacirctonnets Alors que les bacirctonnets perccediloivent les intensiteacutes de lumiegravere les cocircnes nous permettent de percevoir les couleurs Cependant ils ne sont sensibles qursquo‛agrave certaines composantes de la lumiegravere blanche celles correspondant justement aux couleurs rouge vert et bleu Lorsque lrsquo‛on regarde un objet notre cerveau analyse le dosage de chacune de ces composantes perccedilues par notre œil et en interpregravete ainsi la couleur de lrsquo‛objet

Qursquo‛est-ce que le daltonisme Certaines personnes preacutesentent une anomalie de la vision qui les empecircche de distinguer certaines couleurs Drsquo‛origine geacuteneacutetique ce trouble est ducirc agrave un dysfonctionnement des cocircnes preacutesents dans la reacutetine Bien que la plupart des personnes daltoniennes aient de la peine agrave distinguer le vert du rouge drsquo‛autres ne distinguent pas drsquo‛autres couleurs Dans certaines formes de daltonisme le monde est perccedilu par la personne atteinte en teintes de gris

Sciences naturelles Optique synthegravese soustractive et additive

La synthegravese additive est le proceacutedeacute gracircce

auquel en combinant les couleurs

___________ ___________ et ___________

on obtient du blanc

On la retrouve lorsque lrsquoon meacutelange des

lumiegraveres coloreacutees composeacutees de ces 3 couleurs

diffeacuterentes car les laquo additionner raquo donne la

lumiegravere blanche

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon exploite aujourdrsquohui

pour les teacuteleacuteviseurs ou tout eacutecran composeacute de

pixels

La synthegravese soustractive consiste agrave soustraire

les couleurs de la lumiegravere blanche (RVB) agrave

travers des filtres de couleurs ___________

___________ et ___________ qui absorbent la

totaliteacute des couleurs de la lumiegravere blanche pour

un rendu noir au final (absence de lumiegravere)

Lrsquo __________________ des 3 couleurs donne

le ____________

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon retrouve par exemple en

meacutelangeant de la peinture notamment en

imprimerie

Sciences naturelles Optique les filtres

Qursquoest-shyce qursquoun filtre coloreacute et comment fonctionne-shyt-shyil

Un filtre est un dispositif qui permet de filtrer la lumiegravere de laisser passer certains rayons

lumineux et drsquoen absorber drsquoautres

Pour savoir quelles lumiegravere coloreacutees le filtre laisse passer il faut lrsquoobserver agrave la lumiegravere

blanche

Le filtre laissera alors passer uniquement les rayons lumineux de sa couleur propre

Par exemple

Un filtre vert laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee verte

Un filtre magenta laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee magenta crsquoest agrave dire les rayons rouge et bleu

Pour connaicirctre la lumiegravere coloreacutee qui ldquosortrdquo du filtre il faut donc

deacutecomposer la lumiegravere qui arrive sur ce filtre et en soustraire les

rayons qui sont absorbeacutes par le filtre On se reacutefegravere alors au modegravele de

la synthegravese soustractive

Image httpswww123couleursfrboutique-shy1filtres-shycolorC3A9s

Tableau reacutecapitulatif

Sciences naturelles Optique les filtres

Modeacutelisation

Nous pouvons modeacuteliser lrsquoaction drsquoun filtre

1 Noter la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur le filtre

2 Deacutecomposer la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur filtre et la coder (en RVB)

3 Repreacutesenter le filtre et coder les rayons absorbeacutes par le filtre 4 Prolonger les rayons lumineux coloreacutes que le filtre laisse passer et les coder (en RVB)

5 Noter la lumiegravere coloreacutee qui sort du filtre

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre magenta sur la lumiegravere blanche

Lorsque plusieurs filtres sont superposeacutes ou aligneacutes il faut modeacuteliser lrsquoaction du premier filtre

sur la lumiegravere projeteacutee puis lrsquoaction du deuxiegraveme filtre sur la lumiegravere qui sort du premier filtre

etc

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre cyan puis drsquoun filtre vert sur la lumiegravere jaune

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

De quelle couleur apparaicirctra un objet de couleur eacuteclaireacute par une lumiegravere coloreacutee

Il y 3 cas

1) Un objet de couleur blanche renvoie toutes les couleurs il apparaicirctra de la couleur eacuteclaireacutee

2) Un objet de couleur noire absorbe toutes les couleurs Peu importe la couleur avec laquelle

lrsquoobjet est eacuteclaireacute lrsquoobjet apparaicirct de couleur noire

3) Pour un objet de couleur il suffit de deacutecomposer les couleurs secondaires par exemple

Jrsquoai un objet jaune

Je lui projette une lumiegravere magenta

Or jaune = rouge + vert

et magenta = bleu + rouge

Le rouge est commun au jaune et au magenta donc lrsquoobjet paraicirctra rouge

En revanche si la lumiegravere est bleue comme il nrsquoy a pas de bleu dans le jaune lrsquoobjet paraicirctra

noir

1

Tableau reacutecapitulatif

1 httpscommunitygoodgamestudioscombigfarmfrdiscussion51685langage-shy‐des-shy‐couleurs

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

Modegravele de reacuteponse

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

______

______

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

______

______

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation avec propositions

de reacuteponses)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

(rouge vert bleu Nous percevons les diffeacuterentes couleurs agrave partir de ces trois couleurs) ________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

(Explication relative aux cocircnes et bacirctonnets de lrsquo‛oeil)

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Corrigeacute vert bleu blanc cyan

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________ (vert)

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________ (bleu)

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________ (aucunenoir)

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

(selon modegravele eacutetudieacute)

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

(les deux selon que lrsquo‛on parle de synthegravese additive ou soustractive)

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

Bleu

______

Bleu

______

Noir

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________ (lumiegravere rouge)

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

Noir

______

Rouge

______

Rouge

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

(Bleu)

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

(selon modegravele eacutetudieacute)

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

(Explication citant la synthegravese soustractive et lrsquo‛effet des lumiegraveres coloreacutees

concerneacutees sur le haut du cambrioleur)

Evaluation - Analyse

Ce commentaire comprend les diffeacuterents objectifs eacutevalueacutes ainsi que ce qui est attendu

preacuteciseacutement des eacutelegraveves et les niveaux taxonomiques correspondants

Ce sont des pistes drsquo‛eacutevaluation qui sont ici proposeacutees non une eacutevaluation suivie

Exercice 1

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- Mettre en lien des notions theacuteoriques apprises en cours (cocircnes et

bacirctonnets de lrsquo‛oeil) avec drsquo‛autres (synthegravese additive)

Lrsquo‛eacutevaluation deacutebute par deux questions au niveau taxonomique peu eacuteleveacute La

premiegravere de lrsquo‛ordre de la compreacutehension demande aux eacutelegraveves de restituer une

connaissance de base agrave lrsquo‛aide de leurs propres mots La deuxiegraveme propose de

tester les connaissances theacuteoriques des eacutelegraveves en veacuterifiant que des liens entre

deux notions aient eacuteteacute faits

Exercice 2

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutedire la couleur perccedilue en fonction des meacutelanges de couleurs RVB

- deacutechiffrer un scheacutema et les codes de la repreacutesentation de la trajectoire

des lumiegraveres coloreacutees

Le deuxiegraveme exercice relegraveve du niveau taxonomique de lrsquo‛application car il

neacutecessite une compreacutehension de la maniegravere de repreacutesenter la lumiegravere (scheacutema de

la trajectoire rectiligne codes de couleurs RVB) et drsquo‛appliquer ce modegravele tout en

utilisant les connaissances des couleurs fondamentales et compleacutementaires de la

synthegravese additive

Exercice 3

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet drsquo‛un filtre sur une lumiegravere coloreacutee agrave lrsquo‛aide des codes

propres agrave lrsquo‛optique

Lrsquo‛exercice 3 relegraveve de lrsquo‛application car les eacutelegraveves se reacutefegraverent agrave la modeacutelisation

eacutetablie durant le cours et au diagramme de Venn de la synthegravese soustractive et

les adaptent aux items preacutesenteacutes

Exercice 4

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- mettre en perspective la distinction entre synthegravese additive et

soustractive en terme de lsquorsquo‛naturersquo‛rsquo‛ de la couleur (couleurs matiegraveres vs

couleurs lumiegraveres)

Cet exercice requiert des eacutelegraveves qursquo‛ils mobilisent leur faculteacute drsquo‛analyse (niveau

taxonomique plutocirct eacuteleveacute) pour expliquer les diffeacuterences entre les

repreacutesentations de la couleur en arts visuels et en physique Le but est qursquo‛ils

reconnaissent qursquo‛il srsquo‛agit dans le premier cas de la synthegravese soustractive et dans

le second cas de la synthegravese additive

Exercice 5

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutevoir la couleur perccedilue drsquo‛un objet en fonction des lumiegraveres coloreacutees

projeteacutees et coder le pheacutenomegravene

Les eacutelegraveves appliquent la modeacutelisation drsquo‛une lumiegravere coloreacutee sur un objet coloreacute

pour deacuteterminer la couleur perccedilue du drapeau franccedilais Cette question fait

reacutefeacuterence agrave un niveau taxonomique bas Puis ils trouvent la lumiegravere coloreacutee qui

permet de voir les deux drapeaux preacutesenteacutes de la mecircme couleur Ils trouveront

cette reacuteponse en modeacutelisant les lumiegraveres coloreacutees sur lrsquo‛objet de couleur

Plusieurs scheacutemas sont neacutecessaires pour trouver la reacuteponse Crsquo‛est une question

taxonomiquement haute qui demande aux eacutelegraveves de faire une synthegravese

Exercice 6

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet de la lumiegravere coloreacutee sur un objet et en deacuteduire la

couleur perccedilue

- justifier sa reacuteponse avec des mots en faisant la synthegravese des diffeacuterents

concepts vus dans la seacutequence de cours

Les eacutelegraveves doivent comprendre ce qursquo‛ils lisent et deacuteterminer la couleur propre du

haut du cambrioleur Cette question est taxonomiquement haute elle demande de

lrsquo‛analyse Puis ils justifient leur reacuteponse par le modegravele de lrsquo‛effet de la lumiegravere

coloreacutee sur un objet Cette question est drsquo‛un niveau taxonomique infeacuterieur

drsquo‛application Finalement ils deacuteterminent pourquoi la description de la jeune fille

ne correspond pas agrave la couleur propre en faisant le lien avec la synthegravese

soustractive demandant un niveau taxonomiquement tregraves eacuteleveacute la synthegravese

Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

4 Argumentation scientifique Nous avons choisi de construire notre seacutequence de cours de maniegravere agrave ce qursquoelle srsquoinscrive dans une deacutemarche constructiviste de type piageacutetienne Dans cette deacutemarche lrsquoenseignant anticipe les conceptions erroneacutees que les eacutelegraveves peuvent avoir puis eacutetablit une situation-shyproblegraveme permettant ideacutealement de deacuteconstruire ces repreacutesentations incomplegravetes puis finalement drsquoen construire de nouvelles plus justes Dans ce qui suit nous allons deacutefinir ces diffeacuterents concepts mis en eacutevidence puis expliciter la maniegravere dont nous les avons pris en compte dans notre planification

41 Les conceptions des eacutelegraveves et les situations-shyproblegravemes

411 Deacutefinitions Conception Selon Giordan et al (1994) une conception ou repreacutesentation peut ecirctre consideacutereacutee comme une ideacutee un objet ou un eacutevegravenement qui aide lrsquoeacutelegraveve agrave comprendre le monde qui lrsquoentoure Elle est le fruit de son expeacuterience personnelle dans laquelle il va puiser pour comprendre les nouveaux savoirs que lrsquoon va chercher agrave lui inculquer Elle peut ecirctre consideacutereacutee comme une connaissance ldquodeacutejagrave-shylagraverdquo acquise dans un certain contexte par lrsquoapprenant et qui peut ecirctre correcte ou erroneacutee Les mauvaises conceptions (ou misconception en anglais) peuvent donc ecirctre deacutecrites comme des ideacutees qui proviennent drsquoune mauvaise compreacutehension drsquoobjets ou eacutevegravenements Elles sont issues principalement de lrsquoenvironnement avec lequel lrsquoeacutelegraveve interagit et du contexte dans lequel il se situe mais elles deacutecoulent eacutegalement des systegravemes seacutemiotiques mis en oeuvre Ces derniers sont abordeacutes plus en deacutetail dans ce qui suit Seacutemiologie En seacutemiologie (lrsquoeacutetude des systegravemes de signes) une repreacutesentation (ou un signe) est double elle est doteacutee drsquoun signifiant et drsquoun signifieacute (de Saussure 1916) Le signifiant qui fait lrsquoobjet de la seacutemiologie deacutesigne la forme et laspect du signe tandis que le signifieacute eacutetudieacute dans le cadre de la seacutemantique deacutesigne le concept eacutevoqueacute par le signe A partir du moment ougrave le signe possegravede plusieurs signifieacutes il devient symbole et crsquoest ainsi que les incompreacutehensions peuvent survenir Selon R Duval (1995) le concept de laquo registre seacutemiotique raquo permet de distinguer les repreacutesentations qui relegravevent de diffeacuterents registres ou types visuels numeacuteriques graphiques symboliques formels scheacutematiques etc En didactique ce concept est fondamental car les diffeacuterences de registre au sein drsquoune mecircme repreacutesentation ou drsquoun

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modegravele peut induire des difficulteacutes de lecture Ils risquent drsquoajouter des difficulteacutes suppleacutementaires en empecircchant les eacutelegraveves de se focaliser sur le problegraveme poseacute par lrsquoactiviteacute et les menant agrave formuler des conclusions diffeacuterentes de celles attendues par lrsquoenseignant Crsquoest pour cela qursquoun choix pertinent de registre seacutemiotique facilite la compreacutehension du concept introduit Dans notre cours un exemple typique que nous pouvons donner est la forte ressemblance des diagrammes de Venn pour les synthegraveses additive et soustractive Dans les deux modegraveles les diagrammes sont communeacutement scheacutematiseacutes sous forme circulaire De plus bien que inverseacutees au niveau de leurs superpositions les mecircmes couleurs sont repreacutesenteacutees dans les deux diagrammes Ces similitudes peuvent rendre la diffeacuterenciation complexe pour les eacutelegraveves Crsquoest pourquoi nous avons estimeacute important drsquoapporter un changement agrave la repreacutesentation de ces diagrammes Ainsi dans lrsquoune de nos fiches de synthegravese nous avons preacutefeacutereacute utiliser des formes rectangulaires plutocirct que circulaires pour repreacutesenter la synthegravese soustractive car cette forme eacutevoque plus fortement le filtre et ainsi lrsquoabsorption de la lumiegravere Cadre de rationaliteacute origine des conceptions En srsquoappuyant sur les travaux de R Douady (1984) A Lerouge (1992) deacutefinit laquo un cadre de rationaliteacuteraquo comme laquoun ensemble coheacuterent de fonctionnement de la penseacuteeraquo caracteacuteriseacute principalement par les composantes suivantes

1 Les objets du cadre dans notre cas il peut srsquoagir de peinture de feuille de papier de lampes de poche de filtres etc

2 Le type de processus de conceptualisation Dans un cadre scientifique il peut srsquoagir drsquoun processus par modeacutelisation ou par expeacuterimentation par exemple

3 Les registres seacutemiotiques que nous avons traiteacutes plus haut Les conceptions des eacutelegraveves et les conflits de perceptions en reacutesultant sont issus des diffeacuterents cadres de rationaliteacute dans lesquels ils eacutevoluent Ce sont les cadres familiers (personnel) et culturels (eacutecole) qui sont responsable de ces conceptions et repreacutesentations mentales tantocirct concourantes tantocirct inexistantes voire erroneacutees Elles se manifestent principalement agrave travers la seacutemiotique Les eacutelegraveves eacuteprouvent de la difficulteacute agrave repreacutesenter des objets issus de registres seacutemiotiques diffeacuterents ou encore agrave simplement les reconnaicirctre Dans le contexte de notre seacutequence sur les couleurs ces cadres de rationaliteacute sont centraux En effet crsquoest dans son quotidien et donc dans son cadre familier que lrsquoeacutelegraveve va deacutecouvrir la notion de couleur notamment par le biais de la peinture ou drsquoobservation drsquoarc-shyen-shyciel Cette deacutecouverte qui a souvent lieu tregraves tocirct dans la vie de lrsquoenfant ne fera pourtant pas pour autant lrsquoobjet de questionnement sur le pheacutenomegravene de perception des couleurs La notion de cadre culturel ou scolaire quand agrave elle peut ecirctre eacutetendue dans notre cas agrave deux sous-shycateacutegories de cadres culturels diffeacuterents qui vont ecirctre agrave lrsquoorigine de conceptions erroneacutees ou incomplegravetes Premiegraverement il y a le cadre que nous appelons laquo arts visuelsraquo et qui a ses propres regravegles de rationaliteacutes Les cours de dessin ou drsquoactiviteacutes creacuteatrices en sont de parfaits exemples car crsquoest dans ce cadre que les eacutelegraveves vont premiegraverement aborder la

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theacutematique des couleurs primaires et de leurs meacutelanges Mais cette theacutematique est eacutegalement abordeacutee dans le cadre laquophysiqueraquo agrave travers les expeacuteriences de deacutecomposition de la lumiegravere ou de superposition de lumiegraveres coloreacutees Ainsi nous retrouvons trois cadres de rationaliteacute concourants (familier physique arts visuels) dans lesquels les eacutelegraveves eacutevoluent et qui engendrent indubitablement des conceptions erroneacutees sur la lumiegravere et les couleurs puisque les eacutelegraveves ne sont pas ameneacutes agrave les diffeacuterencier dans chacun des cadres Et comme la communication entre les diffeacuterents cadres nrsquoest pas eacutetablie le lien agrave faire entre les diffeacuterentes conceptions issues de ces cadres est agrave la charge de lrsquoeacutelegraveve ce qui repreacutesente une lourde responsabiliteacute dans son apprentissage Astolfi (2008) appelle eacutegalement ces conceptions issues de diffeacuterents cadres des ldquotrames conceptuelles rdquoqui peuvent ecirctre deacutefinies comme ldquoun ensemble de concepts-shycleacutes propres agrave un domaine et logiquement hieacuterarchiseacutes entre eux qui structurent les disciplines et engendrent des situations-shyproblegravemesrdquo Mais encore on verra eacutemerger des problegravemes de contrat didactique dans chacun des cadres lrsquoeacutelegraveve va tenter de donner une reacuteponse qui va satisfaire lrsquoenseignant sans pour autant ecirctre ameneacute agrave confronter ses conceptions

Situation-shyproblegraveme Pour de Vecchi (2006) une situation-shyproblegraveme est une activiteacute qui consiste agrave mettre lrsquoeacutelegraveve dans une situation ougrave il va ecirctre ameneacute agrave eacutelaborer des strateacutegies de reacutesolution de problegraveme Lrsquoun des points cleacutes des situations-shyproblegravemes est qursquoelles eacutetablissent un lien eacutetroit entre les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves En drsquoautres termes une situation-shyproblegraveme est construite de telle sorte que les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave remettre en question des repreacutesentations actuelles qui srsquoavegraverent erroneacutees agrave les deacuteconstruire pour en construire de nouvelles Ainsi dans une deacutemarche de type constructiviste lrsquoeacutelegraveve construit son savoir en renversant ses anciennes conceptions Une situation-shyproblegraveme nrsquoest donc pas une deacutemarche ponctuelle dans laquelle lrsquoeacutelegraveve devra reacutesoudre une liste drsquoexercices teacuteleacuteguideacutee par lrsquoenseignant Ce qui justifie lrsquoefficaciteacute des situations problegravemes est qursquo laquoapprendreraquo ne consiste pas agrave cumuler les savoirs mais agrave en construire et agrave en deacuteconstruire

Une situation-shyproblegraveme doit comprendre plusieurs eacuteleacutements

-shy Un objectif-shyobstacle Pour Meirieu (1987) un objectif-shyobstacle est ldquoun objectif dont lrsquoacquisition permet au sujet de franchir un palier deacutecisif de progression en modifiant son systegraveme de repreacutesentation et en le faisant acceacuteder un niveau supeacuterieur de formulation rdquo Dans notre cas lrsquoeacutelegraveve pense que tous les meacutelanges de 3 couleurs primaires (de peinture ou de lumiegravere) vont donner le mecircme reacutesultat La distinction entre synthegraveses additive et soustractive nrsquoest pas connue des eacutelegraveves De plus projeter de la lumiegravere monochromatique sur un objet drsquoune certaine couleur ne donne pas toujours la mecircme couleur Lrsquoexemple avec le drapeau (activiteacute 4) est parlant

-shy Une situation centreacutee sur cet obstacle prenant en compte une deacutemarche expeacuterimentale ou une deacutemarche de modeacutelisation Dans notre cours les deux deacutemarches sont mises en oeuvre mais notre deacutemarche principale est la modeacutelisation Les eacutelegraveves vont effectivement ecirctre ameneacutes agrave eacutemettre des hypothegraveses manipuler reacutecolter des reacutesultats et les confronter agrave

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leurs hypothegraveses mais il srsquoagit surtout drsquoune deacutemarche de modeacutelisation car les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave creacuteer des scheacutemas dans plusieurs exercices

-shy Une probleacutematisation et la deacutevolution on probleacutematise la conception erroneacutee en introduisant une situation-shyproblegraveme crsquoest-shyagrave-shydire qursquoon construit un problegraveme centreacute sur lrsquoobstacle La surprise face agrave une situation incoheacuterente va intriguer lrsquoeacutelegraveve exciter sa motivation et le pousser agrave vouloir srsquoimpliquer dans le problegraveme ce qui va aider sa deacutevolution Brousseau (1998) qualifie la notion de deacutevolution par le ldquo processus par lequel lenseignant parvient agrave placer leacutelegraveve comme simple actant dans une situation a-shydidactique (agrave modegravele non didactique) Il cherche par lagrave agrave ce que lrsquoaction de lrsquoeacutelegraveve ne soit produite et justifieacutee que par les neacutecessiteacutes du milieu et par ses connaissances et non par lrsquointerpreacutetation des proceacutedeacutes didactiques du professeurrdquo Pour enrocircler les eacutelegraveves et les aider agrave identifier la probleacutematique en met on place une situation deacuteclenchante Dans notre cas lrsquoexemple avec le meacutelange de peinture et de lumiegraveres coloreacutees est un parfait exemple de situation deacuteclenchante car les eacutelegraveves ne sattendent probablement pas par exemple agrave ce que le meacutelange de vert et bleu donne du cyan ou encore qursquoon perccediloive un citron noir lorsque lrsquoon projette de la lumiegravere bleue sur ce celui-shyci

412 La prise en compte des conceptions des eacutelegraveves dans notre seacutequence La theacutematique de la lumiegravere et des couleurs est complexe et comprend de nombreux concepts difficiles agrave assimiler En effet bon nombre de personnes ont des repreacutesentations erroneacutees qui peuvent rester profondeacutement ancreacutees Parmi les conceptions erroneacutees les plus communes on retrouve selon le site internet des MER

La lumiegravere blanche est sans couleur pure quand la lumiegravere blanche passe dans un prisme ou traverse un filtre de la couleur lui est ajouteacutee

La lumiegravere blanche nous permet de voir la vraie couleur des objets laquoMa feuille est blanche parce que je nai pas ajouteacute dautres couleurs agrave celle-shyciraquo

Les couleurs sont lieacutees agrave des proprieacuteteacutes de lrsquoobjet exclusivement sans reacutefeacuterence agrave la lumiegravere qui eacuteclaire lrsquoobjet Ne dit-shyon pas quun pull est rouge

Confusion entre les couleurs primaires en couleur peinture et en couleur lumiegravere

Dans notre planification nous avons anticipeacute ces conceptions et avons construit notre cours de maniegravere agrave ce qursquoelles soient mises en eacutevidence le plus tocirct possible afin de tenter de les deacuteconstruire agrave travers nos activiteacutes

Ainsi degraves deacutebut de lrsquoactiviteacute 2 les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave une situation-shyproblegraveme dans laquelle ils comprennent qursquoil existe une contradiction entre leur conception de deacutepart sur les meacutelanges de couleurs (issue de leurs cadres de rationaliteacute familier et scolaire lsquorsquoart visuelrsquorsquo) et leurs observations (nouveau cadre lsquorsquophysiquersquorsquo) Crsquoest sur la base de ce conflit cognitif que les diffeacuterentes notions de la seacutequence pourront ecirctre abordeacutees Les autres conceptions sont mises en eacutevidence puis deacuteconstruites agrave travers les diffeacuterentes activiteacutes Par exemple les

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

activiteacutes du chapitre 3 permettent de montrer que la lumiegravere blanche nrsquoest pas pure mais qursquoelle est composeacutee de toutes les couleurs et ce gracircce agrave lrsquoobservation des objets agrave la lumiegravere blanche puis agrave travers un filtre

De plus lrsquoactiviteacute 3 srsquoarticule autour drsquoune conception erroneacutee repeacutereacutee dans certaines classes Bon nombre drsquoeacutelegraveves eacutetaient persuadeacutes qursquoun filtre ne laissait pas passer les lumiegraveres de sa couleur propre car crsquoest la couleur dont est perccedilue le filtre Un conflit cognitif est alors provoqueacute afin de deacuteconstruire cette conception les eacutelegraveves observent que la lumiegravere coloreacutee nrsquoest pas absorbeacutee par le filtre mais qursquoelle se propage bien jusqursquoagrave lrsquoeacutecran blanc

En introduction de lrsquoactiviteacute 4 une nouvelle situation-shyproblegraveme est preacutesenteacutee par le biais drsquoune image montrant que la couleur drsquoun objet peut varier en fonction de la lumiegravere coloreacutee par laquelle il est eacuteclaireacute Elle servira agrave provoquer un conflit cognitif chez les eacutelegraveves car cette situation intervient apregraves une phase drsquohypothegravese reacutepondant agrave la question suivante un objet peut-shyil avoir diffeacuterentes couleurs La reacuteponse donneacutee par lrsquoimage contredira probablement lrsquohypothegravese preacuteceacutedemment formuleacutee et devrait susciter de la curiositeacute chez lrsquoeacutelegraveve et lui donner lrsquoenvie de comprendre le pheacutenomegravene Nous deacutemontrons ensuite tout au long de lrsquoactiviteacute 4 sur les lumiegraveres coloreacutees que crsquoest le pheacutenomegravene drsquoabsorption et de reacuteflection de la lumiegravere qui nous permet de voir la couleur des objets et non pas la lumiegravere blanche Crsquoest donc par le biais de ces deacuteconstructions successives de conceptions que lrsquoenseignant peut guider les eacutelegraveves sur la voie de la reacutesolution du problegraveme de lrsquoorigine de ces contradictions dans le but drsquoeacutetablir le lien entre les diffeacuterents cadres de rationaliteacute

42 Modeacutelisation

421 Deacutefinition

Un modegravele est communeacutement deacutefini comme un objet ou un concept qui va permettre de repreacutesenter la reacutealiteacute de diffeacuterentes maniegraveres Bunge (1974) ou encore Martinand (1994) le deacutefinissent eacutegalement comme un moyen permettant de mettre en relation le monde theacuteorique avec le monde empirique Il peut ecirctre consideacutereacute en quelque sorte comme un monde intermeacutediaire ou une sorte de lunette conceptuelle (Halloun 2004) qui va permettre drsquoobserver des pheacutenomegravenes naturels Un modegravele ne constitue pas la reacutealiteacute mais la repreacutesente en simplifiant certains de ses aspects ce qui peut causer des conflits pour les repreacutesentations cognitives chez lrsquoeacutelegraveve

422 La modeacutelisation dans notre seacutequence Dans notre planification la modeacutelisation est centrale afin de conceptualiser des pheacutenomegravenes complexes comme la composition de la lumiegravere et la perception des couleurs Elle est lrsquooutil qui permet drsquoamener les eacutelegraveves agrave se faccedilonner une repreacutesentation de la deacutecomposition de la lumiegravere blanche de labsorption de la lumiegravere agrave travers les filtres et des synthegraveses additive et soustractive des couleurs

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

De plus elle constitue un objectif de formation meacutethodologique qui va de pair avec toute formation scientifique Crsquoest pourquoi nous avons inclus la modeacutelisation dans les objectifs drsquoapprentissage Dans la terminologie du PER la modeacutelisation correspond agrave lrsquoobjectif geacuteneacuteral MSN37

bull MSN 1525 mdash Modeacuteliser des pheacutenomegravenes naturels techniques sociaux ou des situations matheacutematiques

bull en imaginant et en utilisant divers outils de repreacutesentation (codes scheacutemas graphiques tableauxhellip)

Lrsquoactiviteacute 2 propose aux eacutelegraveves de reporter les couleurs observeacutees sur trois cercles superposeacutes En les coloriant les eacutelegraveves reacutealisent en reacutealiteacute une forme simple de modeacutelisation par un diagramme de Venn de la synthegravese additive Il nous a sembleacute pertinent drsquointroduire ce scheacutema de cette maniegravere car ainsi les eacutelegraveves comprennent reacuteellement qursquoil correspond agrave la lumiegravere projeteacutee et superposeacutee sur un eacutecran En derniegravere partie drsquoactiviteacute les eacutelegraveves se familiarisent avec un logiciel de modeacutelisation de la synthegravese additive 3

Lrsquoutilisation drsquoun modegravele dans ce cas est indispensable pour des raisons pratiques Il serait en effet tregraves difficile de faire des observations similaires avec un dispositif reacuteel constitueacute de projecteurs et drsquoun eacutecran comme dans la premiegravere partie drsquoactiviteacute Nous avons veilleacute agrave choisir un logiciel simple drsquousage sur lequel seules deux manipulations sont possibles allumereacuteteindre les projecteurs et varier leurs intensiteacutes Ainsi il est possible pour les eacutelegraveves de faire rapidement et sans difficulteacutes de lrsquoordre du registre seacutemiotique la deacuteduction attendue les diffeacuterentes couleurs srsquoobtiennent par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

Dans lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves sont ameneacutes agrave modeacuteliser lrsquoeffet drsquoun filtre sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee Ils ancrent ainsi le fonctionnement drsquoun filtre dans leur apprentissage et deacuteveloppent une meacutethodologie systeacutematique dans la reacutesolution de problegravemes mettant en scegravene des filtres Gracircce au modegravele deacuteveloppeacute les eacutelegraveves deacuteconstruisent deacutefinitivement leur eacuteventuelle conception erroneacutee selon laquelle un filtre absorberait sa propre couleur Lrsquoactiviteacute 43 a pour but que les eacutelegraveves modeacutelisent les pheacutenomegravenes de reacutefraction et drsquoabsorption en justifiant leur reacuteponse par un modegravele de reacuteponse Ce dernier comprend les couleurs RVB qui se reflegravetent ou qui sont absorbeacutees par une surface Ainsi lrsquoeacutelegraveve peut trouver une meacutethode systeacutematique de reacuteponse en testant les diffeacuterentes couleurs Gracircce agrave cette modeacutelisation et agrave celle de lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves comprennent que les fonctionnements des filtres et des lumiegraveres coloreacutees sont fondeacutes sur le mecircme principe

3(httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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43 Deacutemarche expeacuterimentale

431 Deacutefinition Pour de Vecchi il est important de ne pas confondre les notions lieacutees agrave lrsquoexpeacuterimental qui sont les suivantes

-shy Une deacutemarche scientifique nrsquoest pas exclusive au domaine des sciences expeacuterimentales mais peut aussi ecirctre mobiliseacutee dans les sciences humaines socialeshellip Elle utilise drsquoautres outils que lrsquoexpeacuterimentale Toute recherche digne de ce nom est de nature scientifique

-shy La meacutethode expeacuterimentale eacutequivaut plutocirct agrave un plan agrave suivre un mode drsquoemploi ou agrave une marche agrave suivre qui suit un ordre strict que lrsquoon peut aussi appeler protocole Par exemple parmi les plus ceacutelegravebres protocoles nous retrouvons celui de Claude Bernard (1865) que lrsquoon abregravege par les initiales OHERIC qui correspondent agrave observation hypothegravese expeacuterience reacutesultats interpreacutetation et conclusion De maniegravere geacuteneacuterale il srsquoagit du protocole caricatural que lrsquoon emploie le plus souvent dans les salles de classes

-shy Une deacutemarche expeacuterimentale est une approche plus reacutealiste moins stricte et integravegre

une approche plus tacirctonnante Il nrsquoest pas constitueacute drsquoeacutetapes preacutedeacutetermineacutees et est donc moins affecteacutee par les directives de lrsquoenseignant Il peut donc laisser des liberteacutes dans la maniegravere de reacutesoudre le problegraveme

432 La deacutemarche expeacuterimentale dans notre seacutequence Dans notre seacutequence la meacutethode expeacuterimentale est preacutesente de maniegravere partielle du scheacutema caricatural OHERIC nous nous inteacuteressons en particulier aux phases drsquoobservation et drsquoeacutemission drsquohypothegraveses Crsquoest pourquoi nous parlons donc plutocirct de ldquodeacutemarche expeacuterimentalerdquo En effet tout au long des diffeacuterentes activiteacutes il est reacuteguliegraverement demandeacute aux eacutelegraveves de formuler une hypothegravese agrave partir de leurs connaissances au preacutealable puis de faire de nouvelles observations en contexte expeacuterimental Crsquoest sur la base de ces derniegraveres qursquoils pourront reacutealiser leurs deacuteductions sur le pheacutenomegravene en question et construire de nouvelles conceptions Dans lrsquoactiviteacute 2 ce type de deacutemarche est central pour la creacuteation de la premiegravere situation-shyproblegraveme Par la suite la deacutemarche permet de guider les eacutelegraveves dans le processus de deacuteduction du fonctionnement geacuteneacuteral des diffeacuterents pheacutenomegravenes Dans lrsquoactiviteacute 41 par exemple les pheacutenomegravenes agrave deacuteduire sont la synthegravese soustractive et le fonctionnement de la lumiegravere coloreacutee Lrsquoemploi drsquoobjets familiers permet un ancrage dans le quotidien

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Dans lrsquoactiviteacute 3 lrsquoeacutetude de lrsquoeffet des filtres constitue agrave son tour un deacutemarche expeacuterimentale En effet les eacutelegraveves doivent tout drsquoabord eacutemettre leurs hypothegraveses puis les veacuterifient par lrsquoexpeacuterimentation et ses reacutesultats provoquant probablement un conflit cognitif avant drsquoen conclure lrsquoeffet drsquoun filtre Dans lrsquoactiviteacute 42 nous retrouvons toujours le mecircme principe de deacutemarche expeacuterimentale Les eacutelegraveves formulent des hypothegraveses sur la couleur perccedilue de diffeacuterents mots coloreacutes eacuteclaireacutes par une lumiegravere coloreacutee puis les veacuterifient lors de la phase drsquoobservation La confrontation entre leurs attentes lieacutees agrave leurs conceptions et la reacutealiteacute creacutee le conflit cognitif rechercheacute

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5 Conclusion Pour seacutelectionner notre thegraveme et eacutelaborer notre seacutequence nous nous sommes fondeacutes sur les objectifs du PER et crsquoest sur lrsquooptique que notre choix srsquoest porteacute Le savoir savant auquel nous nous sommes reacutefeacutereacutes comprend principalement des concepts lieacutes agrave la lumiegravere tels que les photons les ondes eacutelectromagneacutetiques ainsi que les spectres drsquoeacutemission et drsquoabsorption Nous avons transposeacute ce savoir en un savoir enseignable par le biais drsquoun travail de contextualisation et de reacuteadaptation Nous avons eacuteteacute ameneacutes agrave remplacer des modegraveles scientifiques (par exemple les modegraveles de synthegraveses additive et soustractive) par des modegraveles accessibles agrave un niveau scolaire et agrave changer les conditions drsquoeacutemergence des problegravemes Ainsi notre travail de transposition consistait agrave montrer aux eacutelegraveves la partie eacutemergeacutee de lrsquoiceberg du concept de couleur le reacutesultat apparent plutocirct que lrsquoorigine eacutelectromagneacutetique Tout au long de la seacutequence et par le biais de situations-shyproblegravemes et de diffeacuterentes eacutetapes de reacutesolution des activiteacutes les eacutelegraveves ont eacuteteacute guideacutes dans le processus de construction de leur apprentissage En nous focalisant sur les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves nous avons eacutelaboreacute nos exercices de maniegravere agrave proposer des situations deacuteclenchantes afin de faciliter le transfert de la responsabiliteacute de la reacutesolution des problegravemes aux eacutelegraveves Cette derniegravere srsquoeffectue par des deacutemarches drsquoexpeacuterimentation mais surtout de modeacutelisation

Dans notre sceacutenario les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave deux types de donneacutees theacuteoriques et empiriques Drsquoune part ils ont agrave disposition deux theacuteories principales la premiegravere est que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs de lrsquoarc-shyen-shyciel tandis que la seconde deacutecrit l a maniegravere dont la couleur drsquoun objet deacutepend des couleurs qursquoil va absorber Drsquoautre part ils disposent de donneacutees empiriques qursquoils sont ameneacutes agrave reacutecolter en superposant des lumiegraveres de diffeacuterentes couleurs en meacutelangeant de la peinture et en projetant de la lumiegravere coloreacutee sur diffeacuterents objets coloreacutes Dans le cadre drsquoune deacutemarche drsquoexpeacuterimentation ils ont eacutemis des hypothegraveses observeacute manipuleacute du mateacuteriel utiliseacute des appliquettes en ligne et veacuterifieacute leurs reacutesultats Crsquoest ainsi les modegraveles que nous avons preacutesenteacutes et que les eacutelegraveves ont eacutelaboreacutes vont ecirctre des ponts qui vont relier le monde theacuteorique et le monde empirique Par ailleurs nous avons eacuteteacute attentifs agrave la seacutemiotique lors de nos choix des repreacutesentations utiliseacutees nous nous sommes reacutefeacutereacutes agrave la notion de registre seacutemiotique afin drsquoeacutelaborer des scheacutemas nrsquoengendrant pas de difficulteacutes de lecture chez les eacutelegraveves

Nous avons analyseacute lrsquoorigine des conceptions erroneacutees et avons remarqueacute qursquoelles eacutetaient principalement dues agrave des repreacutesentations concourantes engendreacutees par les diffeacuterents contextes et cadres de rationaliteacutes dans lesquelles les eacutelegraveves eacutevoluent Notre sceacutenario permet aux eacutelegraveves drsquoeacutetablir des liens entre ces diffeacuterents cadres et de construire une nouvelle repreacutesentation de la couleur celle drsquoun objet de la physique

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6 Bibliographie

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Meirieu P Avanzin Gi (1987) Apprendre oui mais comment Edition ESF Verret M (1975) Le temps des eacutetudes (Vols 1ndash2) Lille France Atelier Reproduction des thegraveses

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Page 3: Physique Optique Lescouleurs · Sciences naturelles Les couleurs 10 11 Harmos 1.Introduction Comme nous allons le détailler dans le chapitre 4, les conceptions erronées des élèves

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Reacutesumeacute du dossier Ce dossier preacutesente la planification drsquoune seacutequence de cours sur la theacutematique des couleurs Elle srsquoarticule en trois activiteacutes prenant la forme drsquoune deacutemarche de reacutesolution de problegraveme Lrsquoobjectif mis en eacutevidence tout au long de cette seacutequence est la distinction entre la couleur ldquolumiegravererdquo et la couleur ldquomatiegravererdquo Dans la premiegravere partie de ce dossier le contexte theacuteorique du cours (le savoir savant) est introduit ainsi que les objectifs viseacutes pour lrsquoapprentissage Puis un synopsis deacutetailleacute de notre seacutequence est preacutesenteacute Il comprend un reacutesumeacute du deacuteroulement de chaque activiteacute et des eacutetapes drsquoinstitutionnalisation ainsi que des indications concernant leur mise en oeuvre Les indications relatives au mateacuteriel neacutecessaire agrave la reacutealisation des activiteacutes ainsi que les objectifs geacuteneacuteraux et speacutecifiques viseacutes agrave chaque eacutetape sont eacutegalement preacuteciseacutes La troisiegraveme partie du dossier comprend tous les documents utilisables en classe les fiches drsquoactiviteacutes une fiche drsquoeacutevaluation proposant des exercices permettant de veacuterifier lrsquoacquisition de connaissances ainsi que les fiches de synthegravese Ces derniegraveres preacutesentent un reacutesumeacute des notions que les eacutelegraveves doivent connaicirctre sont utiliseacutees lors de la phase drsquoinstitutionnalisation et constituent le support theacuteorique lorsque les eacutelegraveves reacutevisent leur cours Enfin dans la derniegravere partie du dossier notre planification fait lrsquoobjet drsquoune argumentation scientifique afin de justifier nos choix didactiques

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1Introduction Comme nous allons le deacutetailler dans le chapitre 4 les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves au sujet de la lumiegravere et des couleurs sont nombreuses Certaines sont particuliegraverement ancreacutees dans les esprits et rendent la progression des apprentissages impossible Lrsquoun des obstacles fondamentaux de la theacutematique est la distinction entre la couleur ldquolumiegravererdquo et la couleur ldquomatiegravererdquo Cette distinction est cruciale dans le processus de compreacutehension du pheacutenomegravene de perception des couleurs Crsquoest pourquoi nous avons jugeacute inteacuteressant de construire notre seacutequence de cours autour de cet objectif-shyobstacle (Martinand 1989) de maniegravere agrave ce qursquoelle prenne la forme drsquoune deacutemarche de reacutesolution de problegraveme Notre seacutequence comporte trois activiteacutes dont chacune vise une eacutetape dans le processus de compreacutehension de la theacutematique Le scheacutema drsquoapprentissage dans les diffeacuterentes activiteacutes est presque toujours de la forme suivante formulation drsquohypothegraveses baseacutees sur les conceptions rarr observations contraires aux attentes rarr formulation de nouvelles hypothegraveses Ainsi la matiegravere nrsquoest pas exposeacutee par lrsquoenseignant le cours est construit de faccedilon agrave ce que les eacutelegraveves viennent agrave deacutecouvrir petit agrave petit et par eux-shymecircmes les notions de synthegraveses additive et soustractive et que la distinction entre couleur ldquolumiegravererdquo et couleur ldquomatiegravererdquo devienne apparente Les questions sont formuleacutees de maniegravere agrave les orienter sur cette piste Le cours deacutebute par un conflit cognitif (Perret-shyClermont 1979) chez les eacutelegraveves lorsque les observations ne concordent pas avec leurs attentes Les eacutelegraveves prennent note de leurs observations puis le cours se poursuit par une exploration de la porteacutee de ces derniegraveres agrave lrsquoaide drsquooutils de modeacutelisation La troisiegraveme activiteacute vise agrave faire deacutecouvrir le principe du filtre toujours par le biais drsquoobservations et de formulation hypothegraveses La derniegravere activiteacute a pour but drsquooffrir un moyen aux eacutelegraveves de reacutealiser les similitudes entre les objets les filtres et les pigments de la peinture La deacutecouverte pourra alors ecirctre cristalliseacutee lors drsquoune institutionnalisation finale (Brousseau 1998)

11 Transposition didactique

La transposition didactique est un ensemble de moyen qui va permettre de transformer un savoir savant ou institutionnaliseacute en un savoir enseignable De maniegravere eacutequivalente Yves Chevallard (1985 1991) deacutefinit la transposition didactique comme l e travail qui dun objet de savoir agrave enseigner en fait un objet denseignement Cette deacutefinition aussi deacuteveloppeacutee par Verret (1975) implique le processus (non exhaustif) suivant

Deacutecontextualisation et recontextualisation du savoir Circonstances dans lesquelles le savoir a eacuteteacute produit nrsquoest pas pris en compte et le savoir agrave introduire est rattacheacute agrave une situation drsquoapprentissage ou agrave un nouveau problegraveme adapteacute agrave un contexte scolaire

Deacutepersonnalisation Volonteacute de seacuteparer le travail drsquoun savant de lui-shymecircme pour repreacutesenter le savoir indeacutependamment de son producteur

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Deacutesyncreacutetisation Il srsquoagit de la division et de la deacutelimitation du savoir

Axiologisation Seacutelection du savoir selon sa pertinence son utiliteacute et sa laquo valeur raquo agrave des fins eacuteducatives

Programmation Il srsquoagit de lrsquoordre de la preacutesentation du savoir dans lrsquoenseignement et lrsquoordre de son apprentissage

Enfin cet ensemble de processus peut entraicircner une dogmatisation du savoir la rendant immuable deacutecontextualiseacute et deacutetacheacute de lrsquointerdisciplinariteacute

111 Un savoir savant

Nous nous fondons sur le manuel de physique de Joseph Kane et Sternheim (1989) et du livre drsquoAndreacute Brahic et Isabelle Grenier (2008) Les lumiegraveres drsquoeacutetoiles La lumiegravere deux modegraveles La lumiegravere peut ecirctre interpreacuteteacutee de deux maniegraveres diffeacuterentes

Drsquoune part elle est consideacutereacutee comme une particule eacuteleacutementaire appeleacutee photon faisant partie de la famille des leptons et ne posseacutedant theacuteoriquement pas de masse

Drsquoautre part on dit que la lumiegravere possegravede un comportement ondulatoire elle est consideacutereacutee comme une onde eacutelectromagneacutetique car celle-shyci est le reacutesultat drsquoun champ eacutelectrique coupleacute agrave un champ magneacutetique sur deux plans

Ces deux conceptions sont issues drsquoun principe fondamental en physique quantique appeleacute principe de dualiteacute onde-shycorpuscule un principe selon lequel la lumiegravere peut ecirctre interpreacuteteacutee de ces deux maniegraveres diffeacuterentes la lumiegravere serait agrave la fois onde et particule Crsquoest en 1924 que Niels Bohr explique par le principe de compleacutementariteacute que tout objet quantique ne peut ecirctre observeacute simultaneacutement sur les deux plans Crsquoest le cas de la lumiegravere La ceacutelegravebre expeacuterience des fentes de Young permet de lrsquoillustrer De maniegravere plus concise les modegraveles ondulatoires et corpusculaires sont les deux modegraveles que les scientifiques utilisent pour interpreacuteter la lumiegravere

Le spectre

La lumiegravere si elle est eacutemise selon une freacutequence drsquoonde puisqursquoil srsquoagit drsquoune onde eacutelectromagneacutetique adopte une couleur particuliegravere parfois non visible par lrsquoœil humain agrave des freacutequences extrecircmes Agrave chaque freacutequence correspond une certaine couleur que lrsquoon appelle couleur monochromatique

Les basses freacutequences sont de couleurs bleues tandis que les hautes freacutequences sont de couleurs rouges La deacutecomposition de la lumiegravere blanche permet drsquoobtenir toutes les couleurs de lrsquoarc-shyen-shyciel On dit que la lumiegravere blanche possegravede un spectre continu par le fait que lrsquoon passe drsquoun couleur agrave lrsquoautre en permanence en changeant graduellement de nuance

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Le spectre drsquo eacutemission et drsquo absorption drsquoun eacuteleacutement chimique sont les spectres de freacutequences de rayonnements eacutelectromagneacutetiques (lumiegravere) eacutemis et absorbeacutes dus agrave un changement drsquoeacutetat drsquoexcitation drsquoun eacutelectron de lrsquoeacuteleacutement en question

Pour passer drsquoun eacutetat fondamental agrave un niveau supeacuterieur ou en changeant de couche eacutelectronique si lrsquoon se reacutefegravere au modegravele de Bohr lrsquoeacutelectron absorbe un photon qui lui apporte lrsquoeacutenergie neacutecessaire pour changer drsquoeacutetat Crsquoest un pheacutenomegravene que lrsquoon observe lorsque de la lumiegravere traverse un milieu mateacuteriel les eacuteleacutements chimiques de ce milieu absorbant certaines longueurs drsquoonde Lrsquoensemble de ces freacutequences drsquoondes absorbeacutees correspond au spectre drsquoabsorption de lrsquoeacuteleacutement et lrsquoabsorption deacutepend de la composition atomique de la matiegravere et drsquoautres facteurs

En repassant agrave un son eacutetat fondamental il reacuteeacutemet cette eacutenergie sous forme de photons Lrsquoensemble de ces freacutequences drsquoondes eacutemises correspond au spectre eacutemission de lrsquoeacuteleacutement La freacutequence de lrsquoonde eacutemise deacutepend de lrsquoeacutenergie de transition

Il existe plusieurs eacutetats drsquoexcitation possibles pour un eacuteleacutement et donc plusieurs transitions possibles pour ce mecircme eacuteleacutement Ainsi un eacuteleacutement peut absorber ou eacutemettre plusieurs rais (lumiegravere monochromatique) correspondant agrave une certaine freacutequence drsquoonde Les spectres drsquoabsorption et drsquoeacutemission sont compleacutementaires si on les superpose on obtient le spectre continu

Source httpscommonswikimediaorgwikiFileSpectre_C3A9lectromagnC3A9tiquepng

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112 Un savoir transposeacute

Deacutepersonnalisation Le savoir agrave enseigner tel quil apparaicirctra dans nos activiteacutes ne fait pas reacutefeacuterence agrave des expeacuteriences ou agrave des observations preacutecises ni agrave des scientifiquesCrsquoest un travail qui est neacutecessaire afin drsquoeffacer les erreurs et les reacuteflexions inutiles pour rendre le savoir enseignable Nous ne ferons en aucun cas reacutefeacuterences agrave des noms comme Planck Young Newton Einstein Bohr etchellip Les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave deacutecouvrir les savoirs lieacutes agrave la lumiegravere et agrave la couleur par eux-shymecircmes agrave lrsquoaide de nos activiteacutes Deacutecontextualisation et recontexualisation Les savoirs lieacutes aux concepts de lumiegravere et de couleur que nous avons eacutevoqueacutes plus haut vont ainsi ecirctre deacutecontextualiseacutes La lumiegravere ne sera pas consideacutereacutee comme une particule (photon) non plus comme une onde eacutelectromagneacutetique car tous les savoirs lieacutes aux ondes ne sont plus traiteacutes en matheacutematiques (trigonomeacutetrie) dans le PER En conseacutequence le terme de laquospectreraquo ne sera eacutegalement pas utiliseacute pour parler de couleur Lrsquoeacutenergie telle qursquoelle est deacutefinie agrave ce niveau drsquoenseignement crsquoest-shyagrave-shydire comme eacutetant synonyme de chaleur ne peut en aucun cas ecirctre mise en parallegravele avec la notion de couleur En contrepartie le savoir que nous allons introduire sera recontextualiseacute Nous changeons lrsquoorigine du problegraveme en passant de la question ldquo Quelle est lrsquoorigine de la couleur rdquo agrave ldquoQuelles sont les diffeacuterences dans le meacutelange de couleursrdquo Nous parlerons donc de synthegravese additive de synthegravese soustractive (mais aussi de filtres et de couleurs drsquoobjets) agrave la place de spectre drsquoeacutemission et drsquoabsorption qui sont tout agrave fait repreacutesentatifs de ces modegraveles savants agrave un niveau scolaire Ainsi la transposition srsquoopegravere ici par le choix des modegraveles Nous nous concentrons donc sur ce qui est apparent aux yeux de lrsquoapprenant au lieu de se focaliser sur la nature eacutelectromagneacutetique de la couleur Enfin le rayon sera le principal modegravele qui sera utiliseacute pour repreacutesenter la lumiegravere et sa trajectoire rectiligne Lrsquoexpeacuterimentation et la modeacutelisation principalement seront des supports qui vont aider agrave transposer le savoir Deacutesyncreacutetisation Comme nous lrsquoavons dit il srsquoagit de la division et de la deacutelimitation du savoir On distingue ainsi notre seacutequence de physique du cours drsquoarts visuels en marquant les diffeacuterences Nous deacutevelopperons cette partie dans les cadres de rationaliteacutes

Axiologisation Nous ne reprenons pas toutes les notions de la physique afin de transmettre les valeurs principales qui sont neacutecessaires agrave des fins eacuteducatives Les raisons qui nous amegravene agrave enseigner ce cours drsquooptique sur les couleurs est la compreacutehension du monde des couleurs La pertinence et les finaliteacutes des objectifs sont deacutecrites dans le prochain paragraphe

Programmation Lrsquoordre des theacutematiques est la suivante synthegravese soustractive synthegravese additive couleur des objets sous une lumiegravere coloreacutee couleur des objets agrave travers un filtre Lrsquoordre est choisi en fonction de la complexiteacute des theacutematiques En effet les activiteacutes sur la couleur perccedilue drsquoun objet demande des capaciteacutes de reacuteflexion plus importantes que pour la

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synthegravese additive et soustractive Les savoirs se construisant sur drsquoautres savoirs il est ainsi primordial de commencer par les diffeacuterents types de meacutelange de couleurs pour passer agrave un niveau plus complexe Nous deacutetaillons lrsquoordre de la seacutequence dans ldquoSynopsis deacutetailleacute de la seacutequence et instructions pour les enseignants

113 Place dans le PER et objectifs drsquoapprentissage La theacutematique que nous avons choisie est traiteacutee selon le Plan drsquoeacutetude romand entre la 10egraveme et la 11egraveme anneacutee Harmos et srsquoinscrit dans lrsquoobjectif geacuteneacuteral MSN 36 ana lyser des pheacutenomegravenes naturels et des technologies agrave laide de deacutemarches caracteacuteristiques des sciences expeacuterimentales en utilisant un modegravele pour expliquer etou preacutevoir un pheacutenomegravene naturel ou le fonctionnement dun objet technique Le PER preacutevoit pour la seacutequence seacutelectionneacutee le deacuteveloppement de la compeacutetence 1

geacuteneacuterale suivante ldquolrsquoeacutelegraveve est capable drsquointerpreacuteter la couleur perccedilue dun objet agrave laide du modegravele trichromique en eacutetablissant des liens avec larc-shyen-shyciel et les meacutelanges de couleurs en peinturerdquo Pour ce faire le PER donne pour indication peacutedagogique que leacutelegraveve expeacuterimente lui-shymecircme la part objective et la part subjective de ce quil perccediloit de la couleur dun objet et qursquoil soit ainsi ameneacute agrave diffeacuterencier clairement la reacutealiteacute physique de la repreacutesentation mentale (la couleur comme proprieacuteteacute de lobjet et les meacutelanges de pigments en peinture) quil se fait de la situation Afin de respecter les prescriptions nous avons premiegraverement deacutefini les objectifs speacutecifiques de la seacutequence traiteacutee et nous les avons exprimeacutes en termes de compeacutetences Objectifs speacutecifiques pour la seacutequence Modegravele trichromique -shy synthegravese additive -shy synthegravese soustractive -shy filtres -shy lumiegraveres coloreacutees A lrsquoissue de la seacutequence lrsquoeacutelegraveve est capable dedrsquo

hellip faire la distinction entre source primaire et secondaire de lumiegravere et drsquoutiliser cette notion pour deacuteterminer si la couleur perccedilue a eacuteteacute obtenue par synthegravese additive ou par synthegravese soustractive

hellip deacutefinir et nommer ce que sont les couleurs primaires et compleacutementaires pour les deux types de synthegraveses et preacutevoir les couleurs qui seront perccedilues en fonction de la configuration

hellip expliquer agrave lrsquoaide drsquoun exemple (par ex pixels drsquoordinateurs) ce que signifie synthegravese additive

hellip modeacuteliser les observations de la synthegravese additive et soustractive sous forme drsquoun diagramme de Venn

hellip utiliser des logiciels de modeacutelisation pour eacutemettre des hypothegraveses sur les synthegraveses additive et soustractive

hellip preacutevoir la couleur perccedilue drsquoun objet en fonction de la couleur drsquoune lumiegravere et des filtres utiliseacutes (synthegravese soustractive) et coder le pheacutenomegravene

hellip modeacuteliser lrsquoeffet drsquoun filtre sur une lumiegravere coloreacutee agrave lrsquoaide des codes propres agrave lrsquooptique

1 Plan drsquoeacutetude romand pour lrsquoenseignement des sciences naturelles en 11egraveme anneacutee Harmos (httpswwwplandetudeschwebguestMSN_36)

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hellip preacutevoir la couleur perccedilue drsquoun objet en fonction des lumiegraveres coloreacutees et coder le pheacutenomegravene

hellip modeacuteliser lrsquoeffet de la lumiegravere coloreacutee sur un objet et en deacuteduire la couleur perccedilue

12 Notions preacuterequises Le traitement de la seacutequence choisie neacutecessite de la part des eacutelegraveves certaines notions preacuterequises au sujet de la lumiegravere Ces derniegraveres auront dans lrsquoideacuteal eacuteteacute abordeacutees lors drsquoune double seacuteance preacuteceacutedente Ainsi au deacutebut de la seacutequence de cours preacutesenteacutee dans ce dossier les eacutelegraveves auront eacuteteacute introduits sur les notions suivantes

La lumiegravere est eacutemise par certains objets diffuseacutee ou absorbeacutee par drsquoautres Elle se propage de maniegravere rectiligne

Il existe des sources primaires et secondaires de lumiegravere On ne voit pas la trajectoire de la lumiegravere mais les objets qursquoelle eacuteclaire La lumiegravere blanche est composeacutee drsquoun ensemble de couleurs

Les eacutelegraveves auront deacutecouvert ces diffeacuterentes notions lors drsquoexpeacuteriences mettant agrave lrsquoeacutepreuve leurs repreacutesentations erroneacutees Ils se rendront notamment compte avec lrsquoexpeacuterience de projection de lumiegravere agrave travers de la bueacutee ou de la fumeacutee que lrsquoon ne voit pas directement la lumiegravere mais uniquement les objets qui sont eacuteclaireacutes Un eacuteleacutement probablement surprenant est de deacutecouvrir par lrsquoexpeacuterience du prisme que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs Ils seront ainsi capables drsquoexpliquer un pheacutenomegravene qui leur est familier lrsquoarc-shyen-shyciel Pour notre seacutequence le deacutefi principal est qursquoils deacuteveloppent une compreacutehension du pheacutenomegravene de la perception de la couleur des objets

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2 Synopsis deacutetailleacute de la seacutequence et instructions pour les enseignants Comme notre seacutequence est preacutevue agrave la suite drsquoun premier chapitre drsquointroduction sur la lumiegravere nous ouvrons donc notre cours par le chapitre 2 et par lrsquoactiviteacute 2 Ce chapitre comprend les diffeacuterents objectifs geacuteneacuteraux et speacutecifiques des seacutequences le mateacuteriel requis pour les diffeacuterentes activiteacutes leur deacuteroulement ainsi que des instructions particuliegraveres agrave lrsquoattention des enseignants

21 Activiteacute 2 Le modegravele trichromique et la synthegravese additive Objectif geacuteneacuteral il y a une distinction entre la couleur lsquorsquomatiegraverersquorsquo (peinture) et la couleur lsquorsquolumiegraverersquorsquo

Activiteacute 21 (10 min)

Mateacuteriel

De la peinture des pinceaux du papier

Journaux de protection

Gobelet drsquoeau

Palettes assiettes ou berlingots deacutecoupeacutes en 2 (support pour la peinture)

Deacuteroulement

a) Par groupes les eacutelegraveves font des meacutelanges de couleurs Ceci permet de rappeler ce qursquoils ont appris en arts visuels (couleurs primaires couleurs obtenues par des meacutelanges) Cette premiegravere phase drsquoactiviteacute constitue donc une phase de repecircchage de connaissances essentielles pour appreacutehender la theacutematique

Indications pour lrsquoenseignant

Lrsquoenseignant met agrave disposition des tubes de peinture en veillant agrave ce que ces derniers portent lrsquoindication des noms preacutecis de couleurs qui seront abordeacutees en classe entre autres cyan et magenta Il est important degraves le deacutebut drsquoutiliser ces termes Lors de lrsquoactiviteacute il observe les connaissances des eacutelegraveves en matiegravere de meacutelange de couleurs

Activiteacute 22 (10 min)

Objectifs speacutecifiques agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy preacutedire la couleur perccedilue en fonction des meacutelanges de couleurs RVB -shy deacuteterminer de quelle lumiegravere coloreacutee eacuteleacutementaire est constitueacutee une lumiegravere CMJ

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-shy deacuteterminer que de la lumiegravere blanche peut ecirctre obtenue gracircce agrave 3 couleurs RVB

Mateacuteriel

Les meacutelanges de couleurs de la premiegravere partie drsquoactiviteacute

Trois lampes de couleurs RVB

Un eacutecran blanc

Deacuteroulement

a) Lrsquoenseignant installe le dispositif agrave la vue des eacutelegraveves b) Individuellement les eacutelegraveves remplissent un tableau avec leurs preacutedictions concernant

les couleurs obtenues en superposant diffeacuterentes lumiegraveres On peut srsquoattendre agrave ce qursquoils appliquent leurs preacutedictions agrave ce qursquoils connaissent de la peinture et de ce qursquoil viennent drsquoobserver en deacutebut drsquoactiviteacute Cette eacutetape constitue une phase drsquoeacutemission drsquohypothegraveses

b) Manipulation de lampes par les eacutelegraveves ou deacutemonstration par lrsquoenseignant des couleurs obtenues par superposition de lumiegraveres coloreacutees Le reacutesultat surprendra les eacutelegraveves et sera source drsquoun conflit cognitif

c) Les eacutelegraveves reportent leurs observations dans le tableau de maniegravere agrave souligner le conflit avec leurs preacutedictions Puis ils reacutepondent agrave des questions permettant de mettre en eacutevidence la diffeacuterence de nature (matiegravere puis lumiegravere) des couleurs observeacutees Une autre question permet de mettre en eacutevidence que le meacutelange des trois couleurs donne de la lumiegravere blanche (modegravele trichromique)

d) Sur la base de leurs observations les eacutelegraveves preacutesentent sous forme de diagramme de Venn la synthegravese additive Cette eacutetape permet drsquoentraicircner la modeacutelisation simple agrave partir drsquoobservations

e) Mise en commun de maniegravere interactive lrsquoenseignant interroge les eacutelegraveves et oriente ses questions

Indications pour lrsquoenseignant

Afin de preacutesenter le dispositif aux eacutelegraveves lrsquoenseignant peut allumer un seul des projecteurs Ainsi les eacutelegraveves pourront se faire une ideacutee de la maniegravere dont ils observeront la projection de lumiegravere sur lrsquoeacutecran Selon le mateacuteriel et le temps disponibles lrsquoenseignant fera lui-shymecircme la deacutemonstration ou bien les eacutelegraveves manipulent eux-shymecircme le ou les dispositif(s) Les questions poseacutees agrave la suite du tableau peuvent ecirctre difficiles lrsquoenseignant veillera agrave orienter les eacutelegraveves agrave lrsquoaide du dispositif et en leur posant des questions intermeacutediaires

Activiteacute 23 (20 min)

Objectifs speacutecifiques agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy deacuteduire agrave lrsquoaide drsquoun logiciel de modeacutelisation les regravegles de la synthegravese additive

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-shy expliquer la cause de la preacutesence des trois couleurs RVB dans les pixels en mobilisant les notions apprises preacuteceacutedemment

Mateacuteriel

Quelques ordinateurs avec un accegraves internet Quelques microscopes Logiciel disponible en ligne sur le portail PCCL (Physique chimie collegravege lyceacutee) 2

Deacuteroulement

a) Un problegraveme est poseacute par lrsquoenseignant si lrsquoon obtient du blanc (donc la totaliteacute des couleurs) en superposant les lumiegraveres R V et B comment obtient-shyon une couleur en particulier

b) Par groupe heacuteteacuterogegravenes de 3 ou 4 les eacutelegraveves eacutemettent des hypothegraveses c) Le test des hypothegraveses se fait toujours par groupes gracircce agrave un logiciel de

modeacutelisation de la synthegravese additive offrant la possibiliteacute de varier les intensiteacutes de chaque projecteur Par leurs manipulations les eacutelegraveves sont capables de deacuteduire que les diffeacuterentes couleurs sont obtenues par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

d) Mise en commun en projetant le logiciel sur grand eacutecran e) Les eacutelegraveves observent par groupe des eacutecrans de smartphones au microscope puis ils

mobilisent les notions deacutecouvertes preacuteceacutedemment pour expliquer leurs observations f) Institutionnalisation (cf ci-shydessous)

Indications pour lrsquoenseignant

Le logiciel eacutetant simple drsquoutilisation les eacutelegraveves peuvent faire leurs manipulations sans trop drsquoindications de la part de lrsquoenseignant En revanche selon lrsquoexpeacuterience des eacutelegraveves il sera neacutecessaire de les assister lors des reacuteglages pour lrsquoobservation au microscope Selon le mateacuteriel et le temps disponibles lrsquoenseignant peut eacutegalement preacuteparer lui-shymecircme le dispositif et les eacutelegraveves observent lrsquoeacutecran de smartphone lrsquoun apregraves lrsquoautre

Institutionnalisation activiteacute 2 (10 min)

Une premiegravere institutionnalisation se fait agrave la fin de lrsquoactiviteacute 2 de maniegravere frontale par lrsquoenseignant Partant de lrsquoobservation des eacutecrans de smartphone elle doit porter uniquement sur les objectifs viseacutes par lrsquoactiviteacute et doit introduire les notions de modegravele trichromique et de synthegravese additive Il est inteacuteressant de faire eacutegalement un lien avec les causes biologiques du modegravele trichromique (cocircnes et bacirctonnets de lrsquooeil daltonisme) Lrsquoinstitutionnalisation peut se faire agrave lrsquoaide drsquoune preacutesentation Powerpoint concise etou drsquoun documentaire videacuteo puis les fiches de synthegravese sont distribueacutees pour ecirctre lues agrave la maison et pour servir de support theacuteorique lors des reacutevisions en vue de lrsquoexamen

2 httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

22 Activiteacute 3 qursquoest-shyce qursquoun filtre Objectif geacuteneacuteral La lumiegravere coloreacutee projeteacutee est modifieacutee lorsqursquoelle travers un filtre coloreacute

Activiteacute 31 (20 min)

Objectifs speacutecifiques agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy Formuler une hypothegravese sur la couleur drsquoun faisceau lumineux vu agrave travers un ou plusieurs filtre(s) coloreacute(s)

-shy Modeacuteliser lrsquoaction drsquoun ou plusieurs filtre(s) coloreacute(s) sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee

-shy Eacutenoncer le rocircle drsquoun filtre coloreacute Mateacuteriel

1 eacutecran blanc

3 projecteurs de lumiegravere blanche

3 filtres rouge vert et bleu

Deacuteroulement

a) En pleacutenum lrsquoenseignant effectue un rappel du dernier cours (composition RVB de la lumiegravere blanche) et preacutesente la modeacutelisation utiliseacutee pour la synthegravese additive

b) Lrsquoenseignant preacutesente le dispositif agrave la classe (enlever un filtre montrer qursquoon a bien de la lumiegravere blanche avant le filtre remettre le filtre) puis demande aux eacutelegraveves individuellement drsquoeacutemettre leurs hypothegraveses puis discussion rapide par banc

c) Lrsquoenseignant allume un projecteur apregraves lrsquoautre (en eacuteteignant le preacuteceacutedent agrave chaque fois) et fait noter aux eacutelegraveves les observations et leur demande drsquoeacutemettre par deux une hypothegravese sur le rocircle du filtre

d) Mise en commun en choisissant des groupes donnant une explication contradictoire e) Apregraves avoir formeacute des groupes heacuteteacuterogegravenes de 3-shy4 eacutelegraveves lrsquoenseignant demande

aux eacutelegraveves de modeacuteliser lrsquoeffet du filtre (question 3) f) Mise en commun par projection de 3 travaux diffeacuterents et comportant de bons

eacuteleacutements Correction g) Lrsquoenseignant relance le travail de groupe pour effectuer le dernier exercice h) Lrsquoenseignant ouvre la discussion puis donne la solution experte

Indications pour lrsquoenseignant

Erreur possible un filtre coloreacute ne laisse pas passer sa couleur (peut-shyecirctre parce qursquoon le voit justement de cette couleur donc il absorberait) Lors de travaux de groupe passer dans les bancs pour observer le travail effectueacute ne pas reacutepondre aux questions (sauf incompreacutehension de la consigne) afin drsquoassurer la deacutevolution Avertir briegravevement les eacutelegraveves qui seront ameneacutes agrave preacutesenter leur travaux

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Activiteacute 32 (10 min)

Objectifs speacutecifiques agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy Deacuteduire par lrsquoexpeacuterimentation lrsquoeffet de la superposition de plusieurs filtres -shy Dessiner le diagramme de Venn de la synthegravese soustractive

Mateacuteriel

Une lampe diffusant de la lumiegravere blanche par groupe

Un set de 3 filtres (CMJ) par groupe Deacuteroulement

a) Lrsquoenseignant explique le deacuteroulement de lrsquoactiviteacute puis forme des groupes heacuteteacuterogegravenes de 3-shy4 eacutelegraveves puis leur distribue le mateacuteriel neacutecessaire et laisse aux eacutelegraveves un temps drsquoexpeacuterimentation

b) Mise en commun par un groupe choisi par lrsquoenseignant avec expeacuterimentation au tableau

Indications pour lrsquoenseignant

Plusieurs possibiliteacutes sont agrave preacutevoir selon lrsquoagencement de CMJ dans le diagramme de Venn

Activiteacute 33 (15 min)

Objectifs speacutecifiques agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy Comparer les synthegraveses additive et soustractive par lutilisation drsquoune application Mateacuteriel

1 ordinateur par groupe

(httpwwwostralonet3_animationsswfsynthese_couleursswf)

Deacuteroulement

a) Lrsquoenseignant preacutesente les manipulations agrave effectuer pour arriver sur lrsquoapplication b) Il distribue un ordinateur par banc et laisse les eacutelegraveves travailler et reacutepondre aux

questions c) La correction se fera directement par lrsquoenseignant en guise dinstitutionnalisation

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Indications pour lrsquoenseignant

Cette activiteacute fait office drsquoinstitutionnalisation Il est important de distinguer les deux synthegraveses en preacutesentant clairement leurs utilisations diffeacuterentes

23 Activiteacute 4 La couleur des objets Objectif geacuteneacuteral la couleur drsquoun objet peut ecirctre modifieacutee si on le voit sous une lumiegravere coloreacutee

Introduction (15 min)

1) Question de deacutepart pourquoi perccediloit-shyon des objets de diffeacuterentes couleurs ou Un objet a-shyt-shyil toujours la mecircme couleur Les eacutelegraveves formulent une hypothegravese Ensuite ils confrontent leurs ideacutees avec une videacuteo qui provoque un conflit par rapport agrave ce qursquoils pensaient

2) Lrsquoenseignant preacutesente la theacuteorie le principe dabsorption et de reacutefraction Que se passe-shyt-shyil lorsqursquoon regarde avec une lumiegravere coloreacutee

Activiteacute 41 (10 min)

Objectif speacutecifique agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

Formuler une hypothegravese sur les couleurs des objets vus sous une lumiegravere coloreacutee

Mateacuteriel

Objets de couleurs diffeacuterentes (rouge cyan et jaune)

3 lumiegraveres coloreacutees (magenta vert bleu) Deacuteroulement

a) Lrsquoactiviteacute 41 avec les objets a comme objectif la repreacutesentation de la couleur sous forme de scheacutema et de leur faire deacuteduire progressivement que les objets se comportent comme des filtres

b) Lrsquoenseignant entrepose des objets de couleurs rouge cyan et jaune et des dispositifs eacutemettant des lumiegraveres coloreacutees (magenta vert et bleu) sur une table Lrsquoassociation des objets et des lumiegraveres coloreacutees est rouge-shymagenta cyan-shyvert jaune-shybleu

c) Lrsquoenseignant forme des groupes heacuteteacuterogegravenes de 3 ou 4 personnes d) Puis les eacutelegraveves se rassemblent autour de la table ougrave sont entreposeacutes les objets et

remplissent les deux premiegraveres colonnes du tableau (couleur de lrsquoobjet et couleur de la lumiegravere coloreacutee) Les groupes retournent agrave leur place et commencent agrave formuler leurs hypothegraveses (troisiegraveme colonne)

15

Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

e) Puis les eacutelegraveves sont autoriseacutes agrave reacutecupeacuterer les objets pour qursquoils procegravedent agrave leur manipulation Ils notent ce qursquoils ont observeacute dans la quatriegraveme colonne

f) Ce proceacutedeacute est reacutepeacuteteacute 3 fois

Indications pour lrsquoenseignant

Les objets de couleurs agrave utiliser ne sont pas deacutefinis la liberteacute est laisseacutee agrave lrsquoenseignant de prendre ce qursquoil a agrave disposition mais lrsquoassociation est preacutevue pour qursquoun reacutesultat soit observeacute

Difficulteacutes ne pas faire les liens pour arriver agrave poser une hypothegravese ne plus savoir ce que sont les synthegraveses additives et soustractives

Erreurs possibles poser une hypothegravese fausse mais cette erreur est voulue et provoquera le conflit

attendu ne pas faire le lien avec la synthegravese soustractive vue dans le preacuteceacutedent chapitre et

reacutepondre ldquola synthegravese additiverdquo ne pas deacuteduire que la reacuteflection de la lumiegravere coloreacutee sur un objet fonctionne comme

un filtre Relances

lrsquoenseignant fait le test devant la classe en modeacutelisant le pheacutenomegravene renvoie au scheacutema de reflection revu en theacuteorie au deacutebut du cours utilise la modeacutelisation avec lrsquoordinateur ougrave lrsquoon peut doser les filtres met en parallegravele le filtre et la lumiegravere coloreacutee pour que le lien entre les deux

pheacutenomegravenes soit fait

Activiteacute 42 (25 min)

Objectif speacutecifique agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy Formuler une hypothegravese sur les couleurs des objets vus sous une lumiegravere coloreacutee Mateacuteriel

Feuilles blanches et coloreacutees

Peinture de couleurs

Journaux de protection

2 pinceaux par groupe

Gobelet drsquoeau

Palettes assiettes ou berlingot deacutecoupeacute en 2 pour mettre la peinture

6 lumiegraveres coloreacutees (rouge verte bleue magenta cyan et jaune)

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Deacuteroulement amp Indication pour les enseignants

a) Ils scheacutematisent le pheacutenomegravene et remplissent le tableau Lrsquoideacutee est drsquoeacutecrire les mots avec la mecircme peinture utiliseacutee durant lrsquoactiviteacute 21 ce qui leur permettrait de faire un lien Les eacutelegraveves se rendront peu agrave peu compte que la peinture agit comme un filtre

b) Avant le cours lenseignant associe une lumiegravere coloreacutee agrave une couleur pour le mot et une couleur de feuille et preacutepare une table proteacutegeacutee pour la peinture

c) Lrsquoactiviteacute se fait par groupe heacuteteacuterogegravene de 3 personnes formeacutes par lrsquoenseignant Chaque groupe possegravede 6 dispositifs eacutemettant des lumiegraveres coloreacutees agrave la lumiegravere desquels ils observeront les deux mots coloreacutes sur leur feuille respective

d) Les eacutelegravevent commencent lrsquoactiviteacute en venant chercher sur la table pour la peinture les 2 couleurs voulues les disposent dans leur palette prennent la feuille correspondante et 2 pinceaux et se dirigent vers les tables preacutepareacutees pour la peinture

e) Ils eacutecrivent les 2 mots avec la peinture puis rejoignent leur place f) Ils remplissent la premiegravere ligne du tableau g) Puis ils inscrivent leur hypothegravese au crayon agrave papier et en petit dans les cases

correspondantes Ils ont la possibiliteacute de prendre une feuille de brouillon pour dessiner les modegraveles

h) Puis lrsquoenseignant distribue les dispositifs eacutemettant les lumiegraveres coloreacutees pour que les eacutelegraveves puissent eacuteclairer leurs mots et observer le reacutesultat qursquoils notent agrave la plumestylo

i) Les hypothegraveses mecircme erroneacutees sont laisseacutees inscrites dans le tableau pour que lrsquoeacutelegraveve puisse comparer les deux et comprendre le pheacutenomegravene (conflit)

Activiteacute 43 (20 min)

Objectifs speacutecifiques agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy Modeacuteliser agrave lrsquoaide drsquoun scheacutema et de codes la reacutefraction et labsorption de la lumiegravere sur un objet

-shy Retrouver agrave partir de la couleur refleacuteteacutee et la lumiegravere coloreacutee projeteacutee et le filtre utiliseacute Mateacuteriel

pas de mateacuteriel particulier mis agrave part le fichier de lrsquoeacutelegraveve

Deacuteroulement

a) Lrsquoactiviteacute 43 qui permet de voir si les eacutelegraveves ont compris leur demande de reacutefleacutechir en partant des observations pour trouver la situation initiale

b) Le travail est agrave reacutealiser individuellement les eacutelegraveves regardent les diffeacuterents drapeaux modeacutelisent les diffeacuterentes situations et notent leur deacuteductions

c) Lrsquoenseignant reste agrave disposition et passe dans les bancs

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Indications pour lrsquoenseignant

Obstacles ne pas faire le lien que crsquoest la deacutemarche vue preacuteceacutedemment mais agrave lrsquoenvers

Erreurs possibles ne pas trouver le bon filtre agrave cause du noir ne pas repreacutesenter juste le scheacutema de modeacutelisation

Relances faire reacutefeacuterence au tableau reacutecapitulatif de la fiche theacuteorique faire reacutefeacuterence au modegravele du scheacutema en couleur dans la fiche theacuteorique

Institutionnalisation activiteacute 4

Explication de la modeacutelisation de la reacuteflection de la lumiegravere coloreacutee par une marche agrave suivre lors de la correction de lrsquoexercice des drapeaux sous forme drsquoun ldquoje retiensrdquo

Un cours de reacutevision avec les fiches de synthegravese suivra ces seacuteances drsquoactiviteacutes

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

3 Documents Les diffeacuterents documents utiliseacutes dans cette seacutequence sont preacutesenteacutes ci-shydessous

Parmi eux

Fiches drsquoactiviteacutes pour eacutelegraveves et avec correction

Fiches theacuteoriques de synthegravese

Evaluation pour eacutelegraveves et avec correction

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Documents des eacutelegraveves Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs Chapitre 2 Couleurs peintures couleurs lumiegraveres Activiteacute 21 1) Tu as agrave disposition des pinceaux et de la peinture Tu te

souviens peut-shyecirctre de tes cours drsquoarts visuels qursquoil existe des

couleurs primaires qui permettent par leur meacutelange drsquoobtenir

drsquoautres couleurs Mais elles-shymecircmes ne srsquoobtiennent par aucun

meacutelange Te souviens-shytu des combinaisons de couleurs qursquoil faut

meacutelanger pour obtenir une couleur souhaiteacutee

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du vert

__________________________________________

Image httpsfrdreamstimecom Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du rouge

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du bleu

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du noir

__________________________________________

Activiteacute 22 Lrsquoenseignant a installeacute trois projecteurs de couleur un rouge un vert un bleu ainsi

qursquoun eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-shydessous

Image MER

Quelle couleur va-shyt-shyon observer sur lrsquoeacutecran si lrsquoon allume deux par deux les projecteurs

et que lrsquoon superpose leurs lumiegraveres Et si lrsquoon allume les trois projecteurs Remplis le

tableau ci-shydessous drsquoabord avec tes hypothegraveses concernant la couleur obtenue sur

lrsquoeacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Meacutelange de lumiegraveres Couleur obtenue ton hypothegravese

Couleur observeacutee

vert et bleu

vert et rouge

bleu et rouge

vert bleu et rouge

a) Quelles diffeacuterences constates-shytu entre les meacutelanges de lrsquoactiviteacute 1 et ceux de lrsquoactiviteacute

2

______________________________________________________________________

b) Qursquoa-shyt-shyon meacutelangeacute dans chaque cas

______________________________________________________________________

c) Le reacutesultat du meacutelange des lumiegraveres verte bleue et rouge te rappelle-shyt-shyil quelque

chose Que peux-shytu en deacuteduire

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

d) A lrsquoaide de couleurs scheacutematise ci-shydessous les superpositions observeacutees sur lrsquoeacutecran

blanc

Activiteacute 23 Et comment obtenir drsquo‛autres couleurs 1) Tu as vu lors de lrsquoactiviteacute preacuteceacutedente que si lrsquoon superpose trois lumiegraveres de couleurs

RVB on perccediloit du blanc Mais de quelle maniegravere peut-shyon percevoir nrsquoimporte quelle

autre couleur

Familiarise-shytoi avec le logiciel en ligne suivant

httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additive

htm

Puis reacuteponds aux questions suivantes

Par quelles manipulations obtiens-shytu du orange

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du rose

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du vert olive

______________________________________________________________________

Que constates-shytu

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

2) Chaque groupe a agrave sa disposition une loupe binoculaire Deacutepose un smartphone

allumeacute eacutecran vers le haut sous lrsquoobjectif Vise une zone blanche de lrsquoeacutecran puis regravegle la

netteteacute Qursquoobserves-shytu

Observations

Comment expliques-shytu ce pheacutenomegravene

Documents des eacutelegraveves Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs Chapitre 2 Couleurs peintures couleurs lumiegraveres (corrigeacute) Activiteacute 21 1) Tu as agrave disposition des pinceaux et de la peinture Tu te

souviens peut-shyecirctre de tes cours drsquoarts visuels qursquoil existe des

couleurs primaires qui permettent par leur meacutelange drsquoobtenir

drsquoautres couleurs Mais elles-shymecircmes ne srsquoobtiennent par aucun

meacutelange Te souviens-shytu des combinaisons de couleurs qursquoil faut

meacutelanger pour obtenir une couleur souhaiteacutee

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du vert

__________________________________________

Image httpsfrdreamstimecom Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du rouge

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du bleu

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du noir

__________________________________________

Activiteacute 22 Lrsquoenseignant a installeacute trois projecteurs de couleur un rouge un vert un bleu ainsi

qursquoun eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-shydessous

Image MER

Quelle couleur va-shyt-shyon observer sur lrsquoeacutecran si lrsquoon allume deux par deux les projecteurs

et que lrsquoon superpose leurs lumiegraveres Et si lrsquoon allume les trois projecteurs Remplis le

tableau ci-shydessous drsquoabord avec tes hypothegraveses concernant la couleur obtenue sur

lrsquoeacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Meacutelange de lumiegraveres Couleur obtenue ton hypothegravese

Couleur observeacutee

vert et bleu (cyan)

vert et rouge (jaune)

bleu et rouge (magenta)

vert bleu et rouge (blanc)

a) Quelles diffeacuterences constates-shytu entre les meacutelanges de lrsquoactiviteacute 1 et ceux de lrsquoactiviteacute

2

______________________________________________________________________

Les couleurs obtenues ne sont pas les mecircmes qursquoen peinture

b) Qursquoa-shyt-shyon meacutelangeacute dans chaque cas

______________________________________________________________________

Dans le premier cas on a de la matiegravere (de la peinture) dans le deuxiegraveme cas on a de la

lumiegravere

c) Le reacutesultat du meacutelange des lumiegraveres verte bleue et rouge te rappelle-shyt-shyil quelque

chose Que peux-shytu en deacuteduire

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

Le fait que la lumiegravere blanche est composeacutee de lrsquoensemble des couleurs (cf expeacuterience

du prisme) Ici lrsquoexpeacuterience concerne la superposition de lumiegraveres coloreacutees et on observe

que lrsquoaddition des lumiegraveres rouge verte et bleue donne du blanc Cela srsquoappelle le modegravele trichromique

d) A lrsquoaide de couleurs scheacutematise ci-shydessous les superpositions observeacutees sur lrsquoeacutecran

blanc

Activiteacute 23 Et comment obtenir drsquo‛autres couleurs 1) Tu as vu lors de lrsquoactiviteacute preacuteceacutedente que si lrsquoon superpose trois lumiegraveres de couleurs

RVB on perccediloit du blanc Mais de quelle maniegravere peut-shyon percevoir nrsquoimporte quelle

autre couleur

Familiarise-shytoi avec le logiciel en ligne suivant

httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additive

htm

Puis reacuteponds aux questions suivantes

Par quelles manipulations obtiens-shytu du orange (selon eacutelegraveves)

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du rose (selon eacutelegraveves)

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du vert olive (selon eacutelegraveves)

______________________________________________________________________

Que constates-shytu

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

Un jeu de dosage entre les trois couleurs RVB permet drsquoobtenir toutes les diffeacuterentes

couleurs imaginables Les trois lumiegraveres superposeacutees et en dosage eacutequivalent donnent

une lumiegravere blanche crsquoest agrave dire la totaliteacute des couleurs On appelle cela la synthegravese additive

2) Chaque groupe a agrave sa disposition un microscope Deacutepose un smartphone allumeacute

eacutecran vers le haut sous lrsquoobjectif Vise une zone blanche de lrsquoeacutecran puis regravegle la netteteacute

Qursquoobserves-shytu

Observations

(Preacutesences de pixels lumiegraveres RVB)

Comment expliques-shytu ce pheacutenomegravene

(synthegravese effectueacutee par le cerveau)

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 3 Que devient la lumiegravere lorsqursquo‛elle traverse un filtre

Activiteacute 31 les lumiegraveres et filtres coloreacutes

Tu as appris lors du dernier cours que lrsquo‛on pouvait ldquoadditionnerrdquo des lumiegraveres coloreacutees

pour obtenir de nouvelles couleurs Nous pouvons modeacuteliser la lumiegravere blanche ainsi

Nous allons deacutecouvrir aujourdrsquo‛hui comment on peut ldquosoustrairerdquo des lumiegraveres coloreacutees

1) Lrsquo‛enseignant a installeacute trois filtres de couleur un rouge un vert un bleu ainsi qursquo‛un

eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-dessous

Image MER

Quelle couleur va-t-on observer sur lrsquo‛eacutecran si lrsquo‛on allume un par un les projecteurs

Remplis le tableau ci-dessous premiegraverement avec tes hypothegraveses concernant la couleur

obtenue sur lrsquo‛eacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Filtre traverseacute par la

lumiegravere blanche

Couleur obtenue ton

hypothegravese

Couleur observeacutee

Filtre bleu

Filtre rouge

Filtre vert

2) Selon toi quel est le rocircle du filtre coloreacute

_______________________________________________________________

3) Repreacutesente par un scheacutema le passage drsquo‛une lumiegravere blanche agrave travers un filtre rouge

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

4) Et quelle couleur observera-t-on si la lumiegravere blanche passe agrave travers un filtre rouge

puis agrave travers un filtre bleu Formule une hypothegravese puis applique ton modegravele

Hypothegravese __________________________________

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

Activiteacute 32 Qursquo‛obtient-on avec drsquo‛autres filtres

a) Tu disposes maintenant drsquo‛une lampe diffusant de la lumiegravere blanche et de filtres

cyan magenta et jaune Manipule-les les uns apregraves les autres puis en les superposant

pour deacutecouvrir leurs effets sur la lumiegravere blanche

b) A lrsquo‛aide de couleurs et en trsquo‛appuyant sur tes observations scheacutematise ci-dessous

lrsquo‛action des filtres sur une lumiegravere blanche

Activiteacute 33 Deux synthegraveses Similitudes et diffeacuterences

a) Utilise ce logiciel pour comparer les synthegraveses additive et soustractive

httpwwwostralonet3_animationsswfsynthese_couleursswf

a) Quelles similitudes observes-tu entre les synthegraveses additive et soustractive

________________________________________________________________

d) Et quelles diffeacuterences

_______________________________________________________________

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 3 Que devient la lumiegravere lorsqursquo‛elle traverse un filtre

(corrigeacute)

Activiteacute 31 les lumiegraveres et filtres coloreacutes

Tu as appris lors du dernier cours que lrsquo‛on pouvait ldquoadditionnerrdquo des lumiegraveres coloreacutees

pour obtenir de nouvelles couleurs Nous pouvons modeacuteliser la lumiegravere blanche ainsi

Nous allons deacutecouvrir aujourdrsquo‛hui comment on peut ldquosoustrairerdquo des lumiegraveres coloreacutees

1) Lrsquo‛enseignant a installeacute trois filtres de couleur un rouge un vert un bleu ainsi qursquo‛un

eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-dessous

Image MER

Quelle couleur va-t-on observer sur lrsquo‛eacutecran si lrsquo‛on allume un par un les projecteurs

Remplis le tableau ci-dessous premiegraverement avec tes hypothegraveses concernant la couleur

obtenue sur lrsquo‛eacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Filtre traverseacute par la

lumiegravere blanche

Couleur obtenue ton

hypothegravese

Couleur observeacutee

Filtre bleu bleu

Filtre rouge rouge

Filtre vert vert

2) Selon toi quel est le rocircle du filtre coloreacute

_______________________________________________________________

Un filtre coloreacute ne transmet que les rayons de sa couleur et absorbe les autres

3) Repreacutesente par un scheacutema le passage drsquo‛une lumiegravere blanche agrave travers un filtre rouge

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

4) Et quelle couleur observera-t-on si la lumiegravere blanche passe agrave travers un filtre rouge

puis agrave travers un filtre bleu Formule une hypothegravese puis applique ton modegravele

Hypothegravese __________________________________

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

Activiteacute 32 Qursquo‛obtient-on avec drsquo‛autres filtres

a) Tu disposes maintenant drsquo‛une lampe diffusant de la lumiegravere blanche et de filtres

cyan magenta et jaune Manipule-les les uns apregraves les autres puis en les superposant

pour deacutecouvrir leurs effets sur la lumiegravere blanche

b) A lrsquo‛aide de couleurs et en trsquo‛appuyant sur tes observations scheacutematise ci-dessous

lrsquo‛action des filtres sur une lumiegravere blanche

Pex 1 Magenta 2 Jaune 3 Cyan 4 Rouge 5 Vert 6 Bleu 7 Noir

Activiteacute 33 Deux synthegraveses Similitudes et diffeacuterences

a) Utilise ce logiciel pour comparer les synthegraveses additive et soustractive

httpwwwostralonet3_animationsswfsynthese_couleursswf

a) Quelles similitudes observes-tu entre les synthegraveses additive et soustractive

________________________________________________________________

Les mecircmes triplets de couleurs sont preacutesents dans les deux synthegraveses (RVB - CMJ)

d) Et quelles diffeacuterences

________________________________________________________________

1 Les couleurs primaires de lrsquo‛un sont les couleurs compleacutementaires de lrsquo‛autre

2 Lrsquo‛addition des lumiegraveres coloreacutees rouge verte et bleue donne du blanc la

soustraction totale par des filtres cyan magenta et jaune donne du noir

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 4 Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Rappel

1 Nous pouvons reacutesumer la composition de la lumiegravere blanche aux 3 couleurs primaires le rouge le vert et le bleu Ce sont des couleurs qui ne peuvent pas ecirctre creacuteeacutees Ce sont elles qui composent les autres couleurs Crsquo‛est agrave dire qursquo‛en les meacutelangeant on peut obtenir les autres couleurs le cyan est composeacute du bleu et du vert le magenta est composeacute du bleu et du rouge et le jaune est composeacute du vert et du rouge

Theacuteorie

Le sujet que nous allons traiter aujourdrsquo‛hui concerne la couleur de lrsquo‛objet Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Formule une hypothegravese ____________________________________________

Observe la photo projeteacutee par lrsquo‛enseignant

Que retiens-tu de cette photo _______________________________________________________________ La lumiegravere coloreacutee qui est refleacuteteacutee par un objet correspond agrave la lumiegravere non absorbeacutee

Ici toutes les lumiegraveres coloreacutees sont absorbeacutees sauf le bleu qui lui est refleacuteteacute La couleur propre de lrsquo‛objet sera le bleu

En effet un objet absorbe ou reflegravete diffeacuterentes lumiegraveres coloreacutees Crsquo‛est cette lumiegravere coloreacutee refleacuteteacutee que nous verrons

Activiteacute 41

Reacuteponds agrave ces diffeacuterentes questions dans le tableau ci-dessous De quelle couleur verras-tu cet objet Confronte ton ideacutee avec ton voisin De quelle couleur le vois-tu reacuteellement

Couleur de lrsquo‛objet

Couleur de la lumiegravere

Hypothegravese formuleacutee

Observation

rouge Magenta

cyan Vert

jaune Bleu

Par quel pheacutenomegravene peut-on observer ce changement de couleur ___________________________________

Quelle deacuteductions peux-tu faire _________________________________________________________________

Activiteacute 42

Marche agrave suivre

1 Eacutecris sur une feuille blanche le nom des 2 couleurs que ton enseignant te donne avec la peinture qui y correspond

2 Pendant que ces mots segravechent remplis les colonnes ldquocouleur du mot 1rdquo et ldquocouleur du mot 2rdquo et ldquocouleur de la feuillerdquo agrave la lumiegravere blanche

3 Formule tes hypothegraveses note-les au crayon agrave papier en petit 4 Eacuteclaire tes mots agrave lrsquo‛aide de lumiegraveres coloreacutees 5 Note tes observations

Lumiegravere coloreacutee

Couleur du mot 1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur du mot 2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur de la feuille helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Blanche

Rouge

Verte

Bleue

Magenta

Cyan

Jaune

Activiteacute 43

Tu observes un drapeau eacuteclaireacute par une lumiegravere blanche Puis tu observes ce mecircme drapeau eacuteclaireacute par deux lumiegraveres coloreacutees diffeacuterentes Trouve la lumiegravere coloreacutee utiliseacutee dans chaque cas et justifie ta reacuteponse par la modeacutelisation vue preacuteceacutedemment

Lumiegravere blanche Lumiegravere coloreacutee 1 Lumiegravere coloreacutee 2

De quelle couleur est la premiegravere lumiegravere coloreacutee ___________________________

Modeacutelisation 1

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________

Modeacutelisation 2

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 4 Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur (corrigeacute) Rappel

2 Nous pouvons reacutesumer la composition de la lumiegravere blanche aux 3 couleurs primaires le rouge le vert et le bleu Ce sont des couleurs qui ne peuvent pas ecirctre creacuteeacutees Ce sont elles qui composent les autres couleurs Crsquo‛est agrave dire qursquo‛en les meacutelangeant on peut obtenir les autres couleurs le cyan est composeacute du bleu et du vert le magenta est composeacute du bleu et du rouge et le jaune est composeacute du vert et du rouge

Theacuteorie

Le sujet que nous allons traiter aujourdrsquo‛hui concerne la couleur de lrsquo‛objet Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Formule une hypothegravese ____________________________________________ Projeter cette image elle napparaicirct pas dans le cours de lrsquo‛eacutelegraveve

Que retiens-tu de cette photo _______________________________________________________________ La lumiegravere coloreacutee qui est refleacuteteacutee par un objet correspond agrave la lumiegravere non absorbeacutee

Ici toutes les lumiegraveres coloreacutees sont absorbeacutees sauf le bleu qui lui est refleacuteteacute La couleur propre de lrsquo‛objet sera le bleu

En effet un objet absorbe ou reflegravete diffeacuterentes lumiegraveres coloreacutees Crsquo‛est cette lumiegravere coloreacutee refleacuteteacutee que nous verrons

Activiteacute 41

Reacuteponds agrave ces diffeacuterentes questions dans le tableau ci-dessous De quelle couleur penses-tu que tu verras cet objet Confronte ton ideacutee avec ton voisin De quelle couleur le vois-tu reacuteellement

Couleur de lrsquo‛objet

Couleur de la lumiegravere

Hypothegravese formuleacutee

Observation

rouge Magenta (rouge)

cyan Vert (vert)

jaune Bleu (noir)

Par quel pheacutenomegravene peut-on observer ce changement de couleur ___________________________________ (synthegravese soustractive)

Quelle deacuteductions peux-tu faire (fonctionne comme un filtre) _________________________________________________________________

Activiteacute 42

Marche agrave suivre

6 Eacutecris sur une feuille blanche le nom des 2 couleurs que ton enseignant te donne avec la peinture qui y correspond

7 Pendant que ces mots segravechent remplis les colonnes ldquocouleur du mot 1rdquo et ldquocouleur du mot 2rdquo et ldquocouleur de la feuillerdquo agrave la lumiegravere blanche

8 Formule tes hypothegraveses note-les au crayon agrave papier en petit 9 Eacuteclaire tes mots agrave lrsquo‛aide de lumiegraveres coloreacutees 10 Note tes observations

Lumiegravere coloreacutee

Couleur du mot 1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur du mot 2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur de la feuille helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Blanche

Rouge

Verte

Bleue

Magenta

Cyan

Jaune

Activiteacute 43

Tu observes un drapeau eacuteclaireacute par une lumiegravere blanche Puis tu observes ce mecircme drapeau eacuteclaireacute par deux lumiegraveres coloreacutees diffeacuterentes Trouve la lumiegravere coloreacutee utiliseacutee dans chaque cas et justifie ta reacuteponse par la modeacutelisation vue preacuteceacutedemment

Lumiegravere blanche Lumiegravere coloreacutee 1 Lumiegravere coloreacutee 2

De quelle couleur est la premiegravere lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Bleu)

Modeacutelisation 1

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Vert)

Modeacutelisation 2

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Fiches de synthegravese Les couleurs Activiteacute 2 Reacutesumeacute theacuteorique pour les eacutelegraveves Le modegravele trichromique et la synthegravese additive des couleurs La couleur nrsquo‛existe pas sans lumiegravere et lrsquo‛on peut dire que lrsquo‛on perccediloit le monde gracircce aux meacutelanges de ces couleurs qui correspondent aux diffeacuterentes composantes de la lumiegravere Lorsque lrsquo‛on parle de la perception des couleurs on srsquo‛aperccediloit que seules trois lumiegraveres primaires de couleurs rouge vert et bleu sont neacutecessaires pour obtenir la sensation de toutes les autres couleurs Cette maniegravere de modeacuteliser la perception des couleurs est ce qursquo‛on appelle le modegravele trichromique (lsquorsquo‛trois couleursrsquo‛rsquo‛) Dans cette repreacutesentation toutes les autres lumiegraveres coloreacutees sont perccedilues par superposition des trois lumiegraveres rouge verte et bleue La superposition simultaneacutee et en dosage identique des trois couleurs donne de la lumiegravere blanche Le noir correspond agrave une absence de lumiegravere

Illustration du modegravele

Image MER

Lrsquo‛image montre trois projecteurs de lumiegraveres rouge verte et bleue eacuteclairant une table blanche Si les trois couleurs sont projeteacutees en intensiteacute identique nous obtenons par superposition trois autres couleurs le cyan le magenta et le jaune Les couleurs primaires et les couleurs obtenues sont codeacutees sur lrsquo‛image puis reacutecapituleacutees dans le tableau ci-dessous

Image MER

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Si nous modifions le dosage des couleurs eacuteleacutementaires il est possible drsquo‛obtenir toutes les couleurs imaginables Le pheacutenomegravene de perception des couleurs par superposition des trois couleurs primaires se nomme synthegravese additive les couleurs sont additionneacutees entre elles pour permettre la synthegravese drsquo‛autres couleurs

Drsquo‛ailleurs si lrsquo‛on observe au microscope un eacutecran blanc de smartphone ou drsquo‛ordinateur on remarque qursquo‛il est en fait constitueacute drsquo‛un grand nombre de minuscules rectangles de lumiegraveres rouge verte et bleue (voir image ci-contre) Crsquo‛est justement par un jeu de dosage de chacune de ces lumiegraveres que lrsquo‛on perccediloit les diffeacuterentes couleurs sur nos eacutecrans

Pourquoi un modegravele sur trois couleurs La raison pour laquelle les scientifiques ont construit ce modegravele sur trois couleurs est directement lieacutee agrave la structure de notre œil En effet ce dernier contient des cellules sensibles agrave la lumiegravere que lrsquo‛on appelle cocircnes et bacirctonnets Alors que les bacirctonnets perccediloivent les intensiteacutes de lumiegravere les cocircnes nous permettent de percevoir les couleurs Cependant ils ne sont sensibles qursquo‛agrave certaines composantes de la lumiegravere blanche celles correspondant justement aux couleurs rouge vert et bleu Lorsque lrsquo‛on regarde un objet notre cerveau analyse le dosage de chacune de ces composantes perccedilues par notre œil et en interpregravete ainsi la couleur de lrsquo‛objet

Qursquo‛est-ce que le daltonisme Certaines personnes preacutesentent une anomalie de la vision qui les empecircche de distinguer certaines couleurs Drsquo‛origine geacuteneacutetique ce trouble est ducirc agrave un dysfonctionnement des cocircnes preacutesents dans la reacutetine Bien que la plupart des personnes daltoniennes aient de la peine agrave distinguer le vert du rouge drsquo‛autres ne distinguent pas drsquo‛autres couleurs Dans certaines formes de daltonisme le monde est perccedilu par la personne atteinte en teintes de gris

Sciences naturelles Optique synthegravese soustractive et additive

La synthegravese additive est le proceacutedeacute gracircce

auquel en combinant les couleurs

___________ ___________ et ___________

on obtient du blanc

On la retrouve lorsque lrsquoon meacutelange des

lumiegraveres coloreacutees composeacutees de ces 3 couleurs

diffeacuterentes car les laquo additionner raquo donne la

lumiegravere blanche

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon exploite aujourdrsquohui

pour les teacuteleacuteviseurs ou tout eacutecran composeacute de

pixels

La synthegravese soustractive consiste agrave soustraire

les couleurs de la lumiegravere blanche (RVB) agrave

travers des filtres de couleurs ___________

___________ et ___________ qui absorbent la

totaliteacute des couleurs de la lumiegravere blanche pour

un rendu noir au final (absence de lumiegravere)

Lrsquo __________________ des 3 couleurs donne

le ____________

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon retrouve par exemple en

meacutelangeant de la peinture notamment en

imprimerie

Sciences naturelles Optique les filtres

Qursquoest-shyce qursquoun filtre coloreacute et comment fonctionne-shyt-shyil

Un filtre est un dispositif qui permet de filtrer la lumiegravere de laisser passer certains rayons

lumineux et drsquoen absorber drsquoautres

Pour savoir quelles lumiegravere coloreacutees le filtre laisse passer il faut lrsquoobserver agrave la lumiegravere

blanche

Le filtre laissera alors passer uniquement les rayons lumineux de sa couleur propre

Par exemple

Un filtre vert laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee verte

Un filtre magenta laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee magenta crsquoest agrave dire les rayons rouge et bleu

Pour connaicirctre la lumiegravere coloreacutee qui ldquosortrdquo du filtre il faut donc

deacutecomposer la lumiegravere qui arrive sur ce filtre et en soustraire les

rayons qui sont absorbeacutes par le filtre On se reacutefegravere alors au modegravele de

la synthegravese soustractive

Image httpswww123couleursfrboutique-shy1filtres-shycolorC3A9s

Tableau reacutecapitulatif

Sciences naturelles Optique les filtres

Modeacutelisation

Nous pouvons modeacuteliser lrsquoaction drsquoun filtre

1 Noter la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur le filtre

2 Deacutecomposer la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur filtre et la coder (en RVB)

3 Repreacutesenter le filtre et coder les rayons absorbeacutes par le filtre 4 Prolonger les rayons lumineux coloreacutes que le filtre laisse passer et les coder (en RVB)

5 Noter la lumiegravere coloreacutee qui sort du filtre

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre magenta sur la lumiegravere blanche

Lorsque plusieurs filtres sont superposeacutes ou aligneacutes il faut modeacuteliser lrsquoaction du premier filtre

sur la lumiegravere projeteacutee puis lrsquoaction du deuxiegraveme filtre sur la lumiegravere qui sort du premier filtre

etc

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre cyan puis drsquoun filtre vert sur la lumiegravere jaune

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

De quelle couleur apparaicirctra un objet de couleur eacuteclaireacute par une lumiegravere coloreacutee

Il y 3 cas

1) Un objet de couleur blanche renvoie toutes les couleurs il apparaicirctra de la couleur eacuteclaireacutee

2) Un objet de couleur noire absorbe toutes les couleurs Peu importe la couleur avec laquelle

lrsquoobjet est eacuteclaireacute lrsquoobjet apparaicirct de couleur noire

3) Pour un objet de couleur il suffit de deacutecomposer les couleurs secondaires par exemple

Jrsquoai un objet jaune

Je lui projette une lumiegravere magenta

Or jaune = rouge + vert

et magenta = bleu + rouge

Le rouge est commun au jaune et au magenta donc lrsquoobjet paraicirctra rouge

En revanche si la lumiegravere est bleue comme il nrsquoy a pas de bleu dans le jaune lrsquoobjet paraicirctra

noir

1

Tableau reacutecapitulatif

1 httpscommunitygoodgamestudioscombigfarmfrdiscussion51685langage-shy‐des-shy‐couleurs

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

Modegravele de reacuteponse

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

______

______

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

______

______

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation avec propositions

de reacuteponses)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

(rouge vert bleu Nous percevons les diffeacuterentes couleurs agrave partir de ces trois couleurs) ________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

(Explication relative aux cocircnes et bacirctonnets de lrsquo‛oeil)

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Corrigeacute vert bleu blanc cyan

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________ (vert)

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________ (bleu)

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________ (aucunenoir)

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

(selon modegravele eacutetudieacute)

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

(les deux selon que lrsquo‛on parle de synthegravese additive ou soustractive)

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

Bleu

______

Bleu

______

Noir

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________ (lumiegravere rouge)

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

Noir

______

Rouge

______

Rouge

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

(Bleu)

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

(selon modegravele eacutetudieacute)

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

(Explication citant la synthegravese soustractive et lrsquo‛effet des lumiegraveres coloreacutees

concerneacutees sur le haut du cambrioleur)

Evaluation - Analyse

Ce commentaire comprend les diffeacuterents objectifs eacutevalueacutes ainsi que ce qui est attendu

preacuteciseacutement des eacutelegraveves et les niveaux taxonomiques correspondants

Ce sont des pistes drsquo‛eacutevaluation qui sont ici proposeacutees non une eacutevaluation suivie

Exercice 1

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- Mettre en lien des notions theacuteoriques apprises en cours (cocircnes et

bacirctonnets de lrsquo‛oeil) avec drsquo‛autres (synthegravese additive)

Lrsquo‛eacutevaluation deacutebute par deux questions au niveau taxonomique peu eacuteleveacute La

premiegravere de lrsquo‛ordre de la compreacutehension demande aux eacutelegraveves de restituer une

connaissance de base agrave lrsquo‛aide de leurs propres mots La deuxiegraveme propose de

tester les connaissances theacuteoriques des eacutelegraveves en veacuterifiant que des liens entre

deux notions aient eacuteteacute faits

Exercice 2

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutedire la couleur perccedilue en fonction des meacutelanges de couleurs RVB

- deacutechiffrer un scheacutema et les codes de la repreacutesentation de la trajectoire

des lumiegraveres coloreacutees

Le deuxiegraveme exercice relegraveve du niveau taxonomique de lrsquo‛application car il

neacutecessite une compreacutehension de la maniegravere de repreacutesenter la lumiegravere (scheacutema de

la trajectoire rectiligne codes de couleurs RVB) et drsquo‛appliquer ce modegravele tout en

utilisant les connaissances des couleurs fondamentales et compleacutementaires de la

synthegravese additive

Exercice 3

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet drsquo‛un filtre sur une lumiegravere coloreacutee agrave lrsquo‛aide des codes

propres agrave lrsquo‛optique

Lrsquo‛exercice 3 relegraveve de lrsquo‛application car les eacutelegraveves se reacutefegraverent agrave la modeacutelisation

eacutetablie durant le cours et au diagramme de Venn de la synthegravese soustractive et

les adaptent aux items preacutesenteacutes

Exercice 4

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- mettre en perspective la distinction entre synthegravese additive et

soustractive en terme de lsquorsquo‛naturersquo‛rsquo‛ de la couleur (couleurs matiegraveres vs

couleurs lumiegraveres)

Cet exercice requiert des eacutelegraveves qursquo‛ils mobilisent leur faculteacute drsquo‛analyse (niveau

taxonomique plutocirct eacuteleveacute) pour expliquer les diffeacuterences entre les

repreacutesentations de la couleur en arts visuels et en physique Le but est qursquo‛ils

reconnaissent qursquo‛il srsquo‛agit dans le premier cas de la synthegravese soustractive et dans

le second cas de la synthegravese additive

Exercice 5

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutevoir la couleur perccedilue drsquo‛un objet en fonction des lumiegraveres coloreacutees

projeteacutees et coder le pheacutenomegravene

Les eacutelegraveves appliquent la modeacutelisation drsquo‛une lumiegravere coloreacutee sur un objet coloreacute

pour deacuteterminer la couleur perccedilue du drapeau franccedilais Cette question fait

reacutefeacuterence agrave un niveau taxonomique bas Puis ils trouvent la lumiegravere coloreacutee qui

permet de voir les deux drapeaux preacutesenteacutes de la mecircme couleur Ils trouveront

cette reacuteponse en modeacutelisant les lumiegraveres coloreacutees sur lrsquo‛objet de couleur

Plusieurs scheacutemas sont neacutecessaires pour trouver la reacuteponse Crsquo‛est une question

taxonomiquement haute qui demande aux eacutelegraveves de faire une synthegravese

Exercice 6

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet de la lumiegravere coloreacutee sur un objet et en deacuteduire la

couleur perccedilue

- justifier sa reacuteponse avec des mots en faisant la synthegravese des diffeacuterents

concepts vus dans la seacutequence de cours

Les eacutelegraveves doivent comprendre ce qursquo‛ils lisent et deacuteterminer la couleur propre du

haut du cambrioleur Cette question est taxonomiquement haute elle demande de

lrsquo‛analyse Puis ils justifient leur reacuteponse par le modegravele de lrsquo‛effet de la lumiegravere

coloreacutee sur un objet Cette question est drsquo‛un niveau taxonomique infeacuterieur

drsquo‛application Finalement ils deacuteterminent pourquoi la description de la jeune fille

ne correspond pas agrave la couleur propre en faisant le lien avec la synthegravese

soustractive demandant un niveau taxonomiquement tregraves eacuteleveacute la synthegravese

Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

4 Argumentation scientifique Nous avons choisi de construire notre seacutequence de cours de maniegravere agrave ce qursquoelle srsquoinscrive dans une deacutemarche constructiviste de type piageacutetienne Dans cette deacutemarche lrsquoenseignant anticipe les conceptions erroneacutees que les eacutelegraveves peuvent avoir puis eacutetablit une situation-shyproblegraveme permettant ideacutealement de deacuteconstruire ces repreacutesentations incomplegravetes puis finalement drsquoen construire de nouvelles plus justes Dans ce qui suit nous allons deacutefinir ces diffeacuterents concepts mis en eacutevidence puis expliciter la maniegravere dont nous les avons pris en compte dans notre planification

41 Les conceptions des eacutelegraveves et les situations-shyproblegravemes

411 Deacutefinitions Conception Selon Giordan et al (1994) une conception ou repreacutesentation peut ecirctre consideacutereacutee comme une ideacutee un objet ou un eacutevegravenement qui aide lrsquoeacutelegraveve agrave comprendre le monde qui lrsquoentoure Elle est le fruit de son expeacuterience personnelle dans laquelle il va puiser pour comprendre les nouveaux savoirs que lrsquoon va chercher agrave lui inculquer Elle peut ecirctre consideacutereacutee comme une connaissance ldquodeacutejagrave-shylagraverdquo acquise dans un certain contexte par lrsquoapprenant et qui peut ecirctre correcte ou erroneacutee Les mauvaises conceptions (ou misconception en anglais) peuvent donc ecirctre deacutecrites comme des ideacutees qui proviennent drsquoune mauvaise compreacutehension drsquoobjets ou eacutevegravenements Elles sont issues principalement de lrsquoenvironnement avec lequel lrsquoeacutelegraveve interagit et du contexte dans lequel il se situe mais elles deacutecoulent eacutegalement des systegravemes seacutemiotiques mis en oeuvre Ces derniers sont abordeacutes plus en deacutetail dans ce qui suit Seacutemiologie En seacutemiologie (lrsquoeacutetude des systegravemes de signes) une repreacutesentation (ou un signe) est double elle est doteacutee drsquoun signifiant et drsquoun signifieacute (de Saussure 1916) Le signifiant qui fait lrsquoobjet de la seacutemiologie deacutesigne la forme et laspect du signe tandis que le signifieacute eacutetudieacute dans le cadre de la seacutemantique deacutesigne le concept eacutevoqueacute par le signe A partir du moment ougrave le signe possegravede plusieurs signifieacutes il devient symbole et crsquoest ainsi que les incompreacutehensions peuvent survenir Selon R Duval (1995) le concept de laquo registre seacutemiotique raquo permet de distinguer les repreacutesentations qui relegravevent de diffeacuterents registres ou types visuels numeacuteriques graphiques symboliques formels scheacutematiques etc En didactique ce concept est fondamental car les diffeacuterences de registre au sein drsquoune mecircme repreacutesentation ou drsquoun

67

Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

modegravele peut induire des difficulteacutes de lecture Ils risquent drsquoajouter des difficulteacutes suppleacutementaires en empecircchant les eacutelegraveves de se focaliser sur le problegraveme poseacute par lrsquoactiviteacute et les menant agrave formuler des conclusions diffeacuterentes de celles attendues par lrsquoenseignant Crsquoest pour cela qursquoun choix pertinent de registre seacutemiotique facilite la compreacutehension du concept introduit Dans notre cours un exemple typique que nous pouvons donner est la forte ressemblance des diagrammes de Venn pour les synthegraveses additive et soustractive Dans les deux modegraveles les diagrammes sont communeacutement scheacutematiseacutes sous forme circulaire De plus bien que inverseacutees au niveau de leurs superpositions les mecircmes couleurs sont repreacutesenteacutees dans les deux diagrammes Ces similitudes peuvent rendre la diffeacuterenciation complexe pour les eacutelegraveves Crsquoest pourquoi nous avons estimeacute important drsquoapporter un changement agrave la repreacutesentation de ces diagrammes Ainsi dans lrsquoune de nos fiches de synthegravese nous avons preacutefeacutereacute utiliser des formes rectangulaires plutocirct que circulaires pour repreacutesenter la synthegravese soustractive car cette forme eacutevoque plus fortement le filtre et ainsi lrsquoabsorption de la lumiegravere Cadre de rationaliteacute origine des conceptions En srsquoappuyant sur les travaux de R Douady (1984) A Lerouge (1992) deacutefinit laquo un cadre de rationaliteacuteraquo comme laquoun ensemble coheacuterent de fonctionnement de la penseacuteeraquo caracteacuteriseacute principalement par les composantes suivantes

1 Les objets du cadre dans notre cas il peut srsquoagir de peinture de feuille de papier de lampes de poche de filtres etc

2 Le type de processus de conceptualisation Dans un cadre scientifique il peut srsquoagir drsquoun processus par modeacutelisation ou par expeacuterimentation par exemple

3 Les registres seacutemiotiques que nous avons traiteacutes plus haut Les conceptions des eacutelegraveves et les conflits de perceptions en reacutesultant sont issus des diffeacuterents cadres de rationaliteacute dans lesquels ils eacutevoluent Ce sont les cadres familiers (personnel) et culturels (eacutecole) qui sont responsable de ces conceptions et repreacutesentations mentales tantocirct concourantes tantocirct inexistantes voire erroneacutees Elles se manifestent principalement agrave travers la seacutemiotique Les eacutelegraveves eacuteprouvent de la difficulteacute agrave repreacutesenter des objets issus de registres seacutemiotiques diffeacuterents ou encore agrave simplement les reconnaicirctre Dans le contexte de notre seacutequence sur les couleurs ces cadres de rationaliteacute sont centraux En effet crsquoest dans son quotidien et donc dans son cadre familier que lrsquoeacutelegraveve va deacutecouvrir la notion de couleur notamment par le biais de la peinture ou drsquoobservation drsquoarc-shyen-shyciel Cette deacutecouverte qui a souvent lieu tregraves tocirct dans la vie de lrsquoenfant ne fera pourtant pas pour autant lrsquoobjet de questionnement sur le pheacutenomegravene de perception des couleurs La notion de cadre culturel ou scolaire quand agrave elle peut ecirctre eacutetendue dans notre cas agrave deux sous-shycateacutegories de cadres culturels diffeacuterents qui vont ecirctre agrave lrsquoorigine de conceptions erroneacutees ou incomplegravetes Premiegraverement il y a le cadre que nous appelons laquo arts visuelsraquo et qui a ses propres regravegles de rationaliteacutes Les cours de dessin ou drsquoactiviteacutes creacuteatrices en sont de parfaits exemples car crsquoest dans ce cadre que les eacutelegraveves vont premiegraverement aborder la

68

Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

theacutematique des couleurs primaires et de leurs meacutelanges Mais cette theacutematique est eacutegalement abordeacutee dans le cadre laquophysiqueraquo agrave travers les expeacuteriences de deacutecomposition de la lumiegravere ou de superposition de lumiegraveres coloreacutees Ainsi nous retrouvons trois cadres de rationaliteacute concourants (familier physique arts visuels) dans lesquels les eacutelegraveves eacutevoluent et qui engendrent indubitablement des conceptions erroneacutees sur la lumiegravere et les couleurs puisque les eacutelegraveves ne sont pas ameneacutes agrave les diffeacuterencier dans chacun des cadres Et comme la communication entre les diffeacuterents cadres nrsquoest pas eacutetablie le lien agrave faire entre les diffeacuterentes conceptions issues de ces cadres est agrave la charge de lrsquoeacutelegraveve ce qui repreacutesente une lourde responsabiliteacute dans son apprentissage Astolfi (2008) appelle eacutegalement ces conceptions issues de diffeacuterents cadres des ldquotrames conceptuelles rdquoqui peuvent ecirctre deacutefinies comme ldquoun ensemble de concepts-shycleacutes propres agrave un domaine et logiquement hieacuterarchiseacutes entre eux qui structurent les disciplines et engendrent des situations-shyproblegravemesrdquo Mais encore on verra eacutemerger des problegravemes de contrat didactique dans chacun des cadres lrsquoeacutelegraveve va tenter de donner une reacuteponse qui va satisfaire lrsquoenseignant sans pour autant ecirctre ameneacute agrave confronter ses conceptions

Situation-shyproblegraveme Pour de Vecchi (2006) une situation-shyproblegraveme est une activiteacute qui consiste agrave mettre lrsquoeacutelegraveve dans une situation ougrave il va ecirctre ameneacute agrave eacutelaborer des strateacutegies de reacutesolution de problegraveme Lrsquoun des points cleacutes des situations-shyproblegravemes est qursquoelles eacutetablissent un lien eacutetroit entre les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves En drsquoautres termes une situation-shyproblegraveme est construite de telle sorte que les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave remettre en question des repreacutesentations actuelles qui srsquoavegraverent erroneacutees agrave les deacuteconstruire pour en construire de nouvelles Ainsi dans une deacutemarche de type constructiviste lrsquoeacutelegraveve construit son savoir en renversant ses anciennes conceptions Une situation-shyproblegraveme nrsquoest donc pas une deacutemarche ponctuelle dans laquelle lrsquoeacutelegraveve devra reacutesoudre une liste drsquoexercices teacuteleacuteguideacutee par lrsquoenseignant Ce qui justifie lrsquoefficaciteacute des situations problegravemes est qursquo laquoapprendreraquo ne consiste pas agrave cumuler les savoirs mais agrave en construire et agrave en deacuteconstruire

Une situation-shyproblegraveme doit comprendre plusieurs eacuteleacutements

-shy Un objectif-shyobstacle Pour Meirieu (1987) un objectif-shyobstacle est ldquoun objectif dont lrsquoacquisition permet au sujet de franchir un palier deacutecisif de progression en modifiant son systegraveme de repreacutesentation et en le faisant acceacuteder un niveau supeacuterieur de formulation rdquo Dans notre cas lrsquoeacutelegraveve pense que tous les meacutelanges de 3 couleurs primaires (de peinture ou de lumiegravere) vont donner le mecircme reacutesultat La distinction entre synthegraveses additive et soustractive nrsquoest pas connue des eacutelegraveves De plus projeter de la lumiegravere monochromatique sur un objet drsquoune certaine couleur ne donne pas toujours la mecircme couleur Lrsquoexemple avec le drapeau (activiteacute 4) est parlant

-shy Une situation centreacutee sur cet obstacle prenant en compte une deacutemarche expeacuterimentale ou une deacutemarche de modeacutelisation Dans notre cours les deux deacutemarches sont mises en oeuvre mais notre deacutemarche principale est la modeacutelisation Les eacutelegraveves vont effectivement ecirctre ameneacutes agrave eacutemettre des hypothegraveses manipuler reacutecolter des reacutesultats et les confronter agrave

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leurs hypothegraveses mais il srsquoagit surtout drsquoune deacutemarche de modeacutelisation car les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave creacuteer des scheacutemas dans plusieurs exercices

-shy Une probleacutematisation et la deacutevolution on probleacutematise la conception erroneacutee en introduisant une situation-shyproblegraveme crsquoest-shyagrave-shydire qursquoon construit un problegraveme centreacute sur lrsquoobstacle La surprise face agrave une situation incoheacuterente va intriguer lrsquoeacutelegraveve exciter sa motivation et le pousser agrave vouloir srsquoimpliquer dans le problegraveme ce qui va aider sa deacutevolution Brousseau (1998) qualifie la notion de deacutevolution par le ldquo processus par lequel lenseignant parvient agrave placer leacutelegraveve comme simple actant dans une situation a-shydidactique (agrave modegravele non didactique) Il cherche par lagrave agrave ce que lrsquoaction de lrsquoeacutelegraveve ne soit produite et justifieacutee que par les neacutecessiteacutes du milieu et par ses connaissances et non par lrsquointerpreacutetation des proceacutedeacutes didactiques du professeurrdquo Pour enrocircler les eacutelegraveves et les aider agrave identifier la probleacutematique en met on place une situation deacuteclenchante Dans notre cas lrsquoexemple avec le meacutelange de peinture et de lumiegraveres coloreacutees est un parfait exemple de situation deacuteclenchante car les eacutelegraveves ne sattendent probablement pas par exemple agrave ce que le meacutelange de vert et bleu donne du cyan ou encore qursquoon perccediloive un citron noir lorsque lrsquoon projette de la lumiegravere bleue sur ce celui-shyci

412 La prise en compte des conceptions des eacutelegraveves dans notre seacutequence La theacutematique de la lumiegravere et des couleurs est complexe et comprend de nombreux concepts difficiles agrave assimiler En effet bon nombre de personnes ont des repreacutesentations erroneacutees qui peuvent rester profondeacutement ancreacutees Parmi les conceptions erroneacutees les plus communes on retrouve selon le site internet des MER

La lumiegravere blanche est sans couleur pure quand la lumiegravere blanche passe dans un prisme ou traverse un filtre de la couleur lui est ajouteacutee

La lumiegravere blanche nous permet de voir la vraie couleur des objets laquoMa feuille est blanche parce que je nai pas ajouteacute dautres couleurs agrave celle-shyciraquo

Les couleurs sont lieacutees agrave des proprieacuteteacutes de lrsquoobjet exclusivement sans reacutefeacuterence agrave la lumiegravere qui eacuteclaire lrsquoobjet Ne dit-shyon pas quun pull est rouge

Confusion entre les couleurs primaires en couleur peinture et en couleur lumiegravere

Dans notre planification nous avons anticipeacute ces conceptions et avons construit notre cours de maniegravere agrave ce qursquoelles soient mises en eacutevidence le plus tocirct possible afin de tenter de les deacuteconstruire agrave travers nos activiteacutes

Ainsi degraves deacutebut de lrsquoactiviteacute 2 les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave une situation-shyproblegraveme dans laquelle ils comprennent qursquoil existe une contradiction entre leur conception de deacutepart sur les meacutelanges de couleurs (issue de leurs cadres de rationaliteacute familier et scolaire lsquorsquoart visuelrsquorsquo) et leurs observations (nouveau cadre lsquorsquophysiquersquorsquo) Crsquoest sur la base de ce conflit cognitif que les diffeacuterentes notions de la seacutequence pourront ecirctre abordeacutees Les autres conceptions sont mises en eacutevidence puis deacuteconstruites agrave travers les diffeacuterentes activiteacutes Par exemple les

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activiteacutes du chapitre 3 permettent de montrer que la lumiegravere blanche nrsquoest pas pure mais qursquoelle est composeacutee de toutes les couleurs et ce gracircce agrave lrsquoobservation des objets agrave la lumiegravere blanche puis agrave travers un filtre

De plus lrsquoactiviteacute 3 srsquoarticule autour drsquoune conception erroneacutee repeacutereacutee dans certaines classes Bon nombre drsquoeacutelegraveves eacutetaient persuadeacutes qursquoun filtre ne laissait pas passer les lumiegraveres de sa couleur propre car crsquoest la couleur dont est perccedilue le filtre Un conflit cognitif est alors provoqueacute afin de deacuteconstruire cette conception les eacutelegraveves observent que la lumiegravere coloreacutee nrsquoest pas absorbeacutee par le filtre mais qursquoelle se propage bien jusqursquoagrave lrsquoeacutecran blanc

En introduction de lrsquoactiviteacute 4 une nouvelle situation-shyproblegraveme est preacutesenteacutee par le biais drsquoune image montrant que la couleur drsquoun objet peut varier en fonction de la lumiegravere coloreacutee par laquelle il est eacuteclaireacute Elle servira agrave provoquer un conflit cognitif chez les eacutelegraveves car cette situation intervient apregraves une phase drsquohypothegravese reacutepondant agrave la question suivante un objet peut-shyil avoir diffeacuterentes couleurs La reacuteponse donneacutee par lrsquoimage contredira probablement lrsquohypothegravese preacuteceacutedemment formuleacutee et devrait susciter de la curiositeacute chez lrsquoeacutelegraveve et lui donner lrsquoenvie de comprendre le pheacutenomegravene Nous deacutemontrons ensuite tout au long de lrsquoactiviteacute 4 sur les lumiegraveres coloreacutees que crsquoest le pheacutenomegravene drsquoabsorption et de reacuteflection de la lumiegravere qui nous permet de voir la couleur des objets et non pas la lumiegravere blanche Crsquoest donc par le biais de ces deacuteconstructions successives de conceptions que lrsquoenseignant peut guider les eacutelegraveves sur la voie de la reacutesolution du problegraveme de lrsquoorigine de ces contradictions dans le but drsquoeacutetablir le lien entre les diffeacuterents cadres de rationaliteacute

42 Modeacutelisation

421 Deacutefinition

Un modegravele est communeacutement deacutefini comme un objet ou un concept qui va permettre de repreacutesenter la reacutealiteacute de diffeacuterentes maniegraveres Bunge (1974) ou encore Martinand (1994) le deacutefinissent eacutegalement comme un moyen permettant de mettre en relation le monde theacuteorique avec le monde empirique Il peut ecirctre consideacutereacute en quelque sorte comme un monde intermeacutediaire ou une sorte de lunette conceptuelle (Halloun 2004) qui va permettre drsquoobserver des pheacutenomegravenes naturels Un modegravele ne constitue pas la reacutealiteacute mais la repreacutesente en simplifiant certains de ses aspects ce qui peut causer des conflits pour les repreacutesentations cognitives chez lrsquoeacutelegraveve

422 La modeacutelisation dans notre seacutequence Dans notre planification la modeacutelisation est centrale afin de conceptualiser des pheacutenomegravenes complexes comme la composition de la lumiegravere et la perception des couleurs Elle est lrsquooutil qui permet drsquoamener les eacutelegraveves agrave se faccedilonner une repreacutesentation de la deacutecomposition de la lumiegravere blanche de labsorption de la lumiegravere agrave travers les filtres et des synthegraveses additive et soustractive des couleurs

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De plus elle constitue un objectif de formation meacutethodologique qui va de pair avec toute formation scientifique Crsquoest pourquoi nous avons inclus la modeacutelisation dans les objectifs drsquoapprentissage Dans la terminologie du PER la modeacutelisation correspond agrave lrsquoobjectif geacuteneacuteral MSN37

bull MSN 1525 mdash Modeacuteliser des pheacutenomegravenes naturels techniques sociaux ou des situations matheacutematiques

bull en imaginant et en utilisant divers outils de repreacutesentation (codes scheacutemas graphiques tableauxhellip)

Lrsquoactiviteacute 2 propose aux eacutelegraveves de reporter les couleurs observeacutees sur trois cercles superposeacutes En les coloriant les eacutelegraveves reacutealisent en reacutealiteacute une forme simple de modeacutelisation par un diagramme de Venn de la synthegravese additive Il nous a sembleacute pertinent drsquointroduire ce scheacutema de cette maniegravere car ainsi les eacutelegraveves comprennent reacuteellement qursquoil correspond agrave la lumiegravere projeteacutee et superposeacutee sur un eacutecran En derniegravere partie drsquoactiviteacute les eacutelegraveves se familiarisent avec un logiciel de modeacutelisation de la synthegravese additive 3

Lrsquoutilisation drsquoun modegravele dans ce cas est indispensable pour des raisons pratiques Il serait en effet tregraves difficile de faire des observations similaires avec un dispositif reacuteel constitueacute de projecteurs et drsquoun eacutecran comme dans la premiegravere partie drsquoactiviteacute Nous avons veilleacute agrave choisir un logiciel simple drsquousage sur lequel seules deux manipulations sont possibles allumereacuteteindre les projecteurs et varier leurs intensiteacutes Ainsi il est possible pour les eacutelegraveves de faire rapidement et sans difficulteacutes de lrsquoordre du registre seacutemiotique la deacuteduction attendue les diffeacuterentes couleurs srsquoobtiennent par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

Dans lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves sont ameneacutes agrave modeacuteliser lrsquoeffet drsquoun filtre sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee Ils ancrent ainsi le fonctionnement drsquoun filtre dans leur apprentissage et deacuteveloppent une meacutethodologie systeacutematique dans la reacutesolution de problegravemes mettant en scegravene des filtres Gracircce au modegravele deacuteveloppeacute les eacutelegraveves deacuteconstruisent deacutefinitivement leur eacuteventuelle conception erroneacutee selon laquelle un filtre absorberait sa propre couleur Lrsquoactiviteacute 43 a pour but que les eacutelegraveves modeacutelisent les pheacutenomegravenes de reacutefraction et drsquoabsorption en justifiant leur reacuteponse par un modegravele de reacuteponse Ce dernier comprend les couleurs RVB qui se reflegravetent ou qui sont absorbeacutees par une surface Ainsi lrsquoeacutelegraveve peut trouver une meacutethode systeacutematique de reacuteponse en testant les diffeacuterentes couleurs Gracircce agrave cette modeacutelisation et agrave celle de lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves comprennent que les fonctionnements des filtres et des lumiegraveres coloreacutees sont fondeacutes sur le mecircme principe

3(httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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43 Deacutemarche expeacuterimentale

431 Deacutefinition Pour de Vecchi il est important de ne pas confondre les notions lieacutees agrave lrsquoexpeacuterimental qui sont les suivantes

-shy Une deacutemarche scientifique nrsquoest pas exclusive au domaine des sciences expeacuterimentales mais peut aussi ecirctre mobiliseacutee dans les sciences humaines socialeshellip Elle utilise drsquoautres outils que lrsquoexpeacuterimentale Toute recherche digne de ce nom est de nature scientifique

-shy La meacutethode expeacuterimentale eacutequivaut plutocirct agrave un plan agrave suivre un mode drsquoemploi ou agrave une marche agrave suivre qui suit un ordre strict que lrsquoon peut aussi appeler protocole Par exemple parmi les plus ceacutelegravebres protocoles nous retrouvons celui de Claude Bernard (1865) que lrsquoon abregravege par les initiales OHERIC qui correspondent agrave observation hypothegravese expeacuterience reacutesultats interpreacutetation et conclusion De maniegravere geacuteneacuterale il srsquoagit du protocole caricatural que lrsquoon emploie le plus souvent dans les salles de classes

-shy Une deacutemarche expeacuterimentale est une approche plus reacutealiste moins stricte et integravegre

une approche plus tacirctonnante Il nrsquoest pas constitueacute drsquoeacutetapes preacutedeacutetermineacutees et est donc moins affecteacutee par les directives de lrsquoenseignant Il peut donc laisser des liberteacutes dans la maniegravere de reacutesoudre le problegraveme

432 La deacutemarche expeacuterimentale dans notre seacutequence Dans notre seacutequence la meacutethode expeacuterimentale est preacutesente de maniegravere partielle du scheacutema caricatural OHERIC nous nous inteacuteressons en particulier aux phases drsquoobservation et drsquoeacutemission drsquohypothegraveses Crsquoest pourquoi nous parlons donc plutocirct de ldquodeacutemarche expeacuterimentalerdquo En effet tout au long des diffeacuterentes activiteacutes il est reacuteguliegraverement demandeacute aux eacutelegraveves de formuler une hypothegravese agrave partir de leurs connaissances au preacutealable puis de faire de nouvelles observations en contexte expeacuterimental Crsquoest sur la base de ces derniegraveres qursquoils pourront reacutealiser leurs deacuteductions sur le pheacutenomegravene en question et construire de nouvelles conceptions Dans lrsquoactiviteacute 2 ce type de deacutemarche est central pour la creacuteation de la premiegravere situation-shyproblegraveme Par la suite la deacutemarche permet de guider les eacutelegraveves dans le processus de deacuteduction du fonctionnement geacuteneacuteral des diffeacuterents pheacutenomegravenes Dans lrsquoactiviteacute 41 par exemple les pheacutenomegravenes agrave deacuteduire sont la synthegravese soustractive et le fonctionnement de la lumiegravere coloreacutee Lrsquoemploi drsquoobjets familiers permet un ancrage dans le quotidien

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Dans lrsquoactiviteacute 3 lrsquoeacutetude de lrsquoeffet des filtres constitue agrave son tour un deacutemarche expeacuterimentale En effet les eacutelegraveves doivent tout drsquoabord eacutemettre leurs hypothegraveses puis les veacuterifient par lrsquoexpeacuterimentation et ses reacutesultats provoquant probablement un conflit cognitif avant drsquoen conclure lrsquoeffet drsquoun filtre Dans lrsquoactiviteacute 42 nous retrouvons toujours le mecircme principe de deacutemarche expeacuterimentale Les eacutelegraveves formulent des hypothegraveses sur la couleur perccedilue de diffeacuterents mots coloreacutes eacuteclaireacutes par une lumiegravere coloreacutee puis les veacuterifient lors de la phase drsquoobservation La confrontation entre leurs attentes lieacutees agrave leurs conceptions et la reacutealiteacute creacutee le conflit cognitif rechercheacute

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5 Conclusion Pour seacutelectionner notre thegraveme et eacutelaborer notre seacutequence nous nous sommes fondeacutes sur les objectifs du PER et crsquoest sur lrsquooptique que notre choix srsquoest porteacute Le savoir savant auquel nous nous sommes reacutefeacutereacutes comprend principalement des concepts lieacutes agrave la lumiegravere tels que les photons les ondes eacutelectromagneacutetiques ainsi que les spectres drsquoeacutemission et drsquoabsorption Nous avons transposeacute ce savoir en un savoir enseignable par le biais drsquoun travail de contextualisation et de reacuteadaptation Nous avons eacuteteacute ameneacutes agrave remplacer des modegraveles scientifiques (par exemple les modegraveles de synthegraveses additive et soustractive) par des modegraveles accessibles agrave un niveau scolaire et agrave changer les conditions drsquoeacutemergence des problegravemes Ainsi notre travail de transposition consistait agrave montrer aux eacutelegraveves la partie eacutemergeacutee de lrsquoiceberg du concept de couleur le reacutesultat apparent plutocirct que lrsquoorigine eacutelectromagneacutetique Tout au long de la seacutequence et par le biais de situations-shyproblegravemes et de diffeacuterentes eacutetapes de reacutesolution des activiteacutes les eacutelegraveves ont eacuteteacute guideacutes dans le processus de construction de leur apprentissage En nous focalisant sur les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves nous avons eacutelaboreacute nos exercices de maniegravere agrave proposer des situations deacuteclenchantes afin de faciliter le transfert de la responsabiliteacute de la reacutesolution des problegravemes aux eacutelegraveves Cette derniegravere srsquoeffectue par des deacutemarches drsquoexpeacuterimentation mais surtout de modeacutelisation

Dans notre sceacutenario les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave deux types de donneacutees theacuteoriques et empiriques Drsquoune part ils ont agrave disposition deux theacuteories principales la premiegravere est que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs de lrsquoarc-shyen-shyciel tandis que la seconde deacutecrit l a maniegravere dont la couleur drsquoun objet deacutepend des couleurs qursquoil va absorber Drsquoautre part ils disposent de donneacutees empiriques qursquoils sont ameneacutes agrave reacutecolter en superposant des lumiegraveres de diffeacuterentes couleurs en meacutelangeant de la peinture et en projetant de la lumiegravere coloreacutee sur diffeacuterents objets coloreacutes Dans le cadre drsquoune deacutemarche drsquoexpeacuterimentation ils ont eacutemis des hypothegraveses observeacute manipuleacute du mateacuteriel utiliseacute des appliquettes en ligne et veacuterifieacute leurs reacutesultats Crsquoest ainsi les modegraveles que nous avons preacutesenteacutes et que les eacutelegraveves ont eacutelaboreacutes vont ecirctre des ponts qui vont relier le monde theacuteorique et le monde empirique Par ailleurs nous avons eacuteteacute attentifs agrave la seacutemiotique lors de nos choix des repreacutesentations utiliseacutees nous nous sommes reacutefeacutereacutes agrave la notion de registre seacutemiotique afin drsquoeacutelaborer des scheacutemas nrsquoengendrant pas de difficulteacutes de lecture chez les eacutelegraveves

Nous avons analyseacute lrsquoorigine des conceptions erroneacutees et avons remarqueacute qursquoelles eacutetaient principalement dues agrave des repreacutesentations concourantes engendreacutees par les diffeacuterents contextes et cadres de rationaliteacutes dans lesquelles les eacutelegraveves eacutevoluent Notre sceacutenario permet aux eacutelegraveves drsquoeacutetablir des liens entre ces diffeacuterents cadres et de construire une nouvelle repreacutesentation de la couleur celle drsquoun objet de la physique

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6 Bibliographie

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Meirieu P Avanzin Gi (1987) Apprendre oui mais comment Edition ESF Verret M (1975) Le temps des eacutetudes (Vols 1ndash2) Lille France Atelier Reproduction des thegraveses

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Page 4: Physique Optique Lescouleurs · Sciences naturelles Les couleurs 10 11 Harmos 1.Introduction Comme nous allons le détailler dans le chapitre 4, les conceptions erronées des élèves

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1Introduction Comme nous allons le deacutetailler dans le chapitre 4 les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves au sujet de la lumiegravere et des couleurs sont nombreuses Certaines sont particuliegraverement ancreacutees dans les esprits et rendent la progression des apprentissages impossible Lrsquoun des obstacles fondamentaux de la theacutematique est la distinction entre la couleur ldquolumiegravererdquo et la couleur ldquomatiegravererdquo Cette distinction est cruciale dans le processus de compreacutehension du pheacutenomegravene de perception des couleurs Crsquoest pourquoi nous avons jugeacute inteacuteressant de construire notre seacutequence de cours autour de cet objectif-shyobstacle (Martinand 1989) de maniegravere agrave ce qursquoelle prenne la forme drsquoune deacutemarche de reacutesolution de problegraveme Notre seacutequence comporte trois activiteacutes dont chacune vise une eacutetape dans le processus de compreacutehension de la theacutematique Le scheacutema drsquoapprentissage dans les diffeacuterentes activiteacutes est presque toujours de la forme suivante formulation drsquohypothegraveses baseacutees sur les conceptions rarr observations contraires aux attentes rarr formulation de nouvelles hypothegraveses Ainsi la matiegravere nrsquoest pas exposeacutee par lrsquoenseignant le cours est construit de faccedilon agrave ce que les eacutelegraveves viennent agrave deacutecouvrir petit agrave petit et par eux-shymecircmes les notions de synthegraveses additive et soustractive et que la distinction entre couleur ldquolumiegravererdquo et couleur ldquomatiegravererdquo devienne apparente Les questions sont formuleacutees de maniegravere agrave les orienter sur cette piste Le cours deacutebute par un conflit cognitif (Perret-shyClermont 1979) chez les eacutelegraveves lorsque les observations ne concordent pas avec leurs attentes Les eacutelegraveves prennent note de leurs observations puis le cours se poursuit par une exploration de la porteacutee de ces derniegraveres agrave lrsquoaide drsquooutils de modeacutelisation La troisiegraveme activiteacute vise agrave faire deacutecouvrir le principe du filtre toujours par le biais drsquoobservations et de formulation hypothegraveses La derniegravere activiteacute a pour but drsquooffrir un moyen aux eacutelegraveves de reacutealiser les similitudes entre les objets les filtres et les pigments de la peinture La deacutecouverte pourra alors ecirctre cristalliseacutee lors drsquoune institutionnalisation finale (Brousseau 1998)

11 Transposition didactique

La transposition didactique est un ensemble de moyen qui va permettre de transformer un savoir savant ou institutionnaliseacute en un savoir enseignable De maniegravere eacutequivalente Yves Chevallard (1985 1991) deacutefinit la transposition didactique comme l e travail qui dun objet de savoir agrave enseigner en fait un objet denseignement Cette deacutefinition aussi deacuteveloppeacutee par Verret (1975) implique le processus (non exhaustif) suivant

Deacutecontextualisation et recontextualisation du savoir Circonstances dans lesquelles le savoir a eacuteteacute produit nrsquoest pas pris en compte et le savoir agrave introduire est rattacheacute agrave une situation drsquoapprentissage ou agrave un nouveau problegraveme adapteacute agrave un contexte scolaire

Deacutepersonnalisation Volonteacute de seacuteparer le travail drsquoun savant de lui-shymecircme pour repreacutesenter le savoir indeacutependamment de son producteur

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Deacutesyncreacutetisation Il srsquoagit de la division et de la deacutelimitation du savoir

Axiologisation Seacutelection du savoir selon sa pertinence son utiliteacute et sa laquo valeur raquo agrave des fins eacuteducatives

Programmation Il srsquoagit de lrsquoordre de la preacutesentation du savoir dans lrsquoenseignement et lrsquoordre de son apprentissage

Enfin cet ensemble de processus peut entraicircner une dogmatisation du savoir la rendant immuable deacutecontextualiseacute et deacutetacheacute de lrsquointerdisciplinariteacute

111 Un savoir savant

Nous nous fondons sur le manuel de physique de Joseph Kane et Sternheim (1989) et du livre drsquoAndreacute Brahic et Isabelle Grenier (2008) Les lumiegraveres drsquoeacutetoiles La lumiegravere deux modegraveles La lumiegravere peut ecirctre interpreacuteteacutee de deux maniegraveres diffeacuterentes

Drsquoune part elle est consideacutereacutee comme une particule eacuteleacutementaire appeleacutee photon faisant partie de la famille des leptons et ne posseacutedant theacuteoriquement pas de masse

Drsquoautre part on dit que la lumiegravere possegravede un comportement ondulatoire elle est consideacutereacutee comme une onde eacutelectromagneacutetique car celle-shyci est le reacutesultat drsquoun champ eacutelectrique coupleacute agrave un champ magneacutetique sur deux plans

Ces deux conceptions sont issues drsquoun principe fondamental en physique quantique appeleacute principe de dualiteacute onde-shycorpuscule un principe selon lequel la lumiegravere peut ecirctre interpreacuteteacutee de ces deux maniegraveres diffeacuterentes la lumiegravere serait agrave la fois onde et particule Crsquoest en 1924 que Niels Bohr explique par le principe de compleacutementariteacute que tout objet quantique ne peut ecirctre observeacute simultaneacutement sur les deux plans Crsquoest le cas de la lumiegravere La ceacutelegravebre expeacuterience des fentes de Young permet de lrsquoillustrer De maniegravere plus concise les modegraveles ondulatoires et corpusculaires sont les deux modegraveles que les scientifiques utilisent pour interpreacuteter la lumiegravere

Le spectre

La lumiegravere si elle est eacutemise selon une freacutequence drsquoonde puisqursquoil srsquoagit drsquoune onde eacutelectromagneacutetique adopte une couleur particuliegravere parfois non visible par lrsquoœil humain agrave des freacutequences extrecircmes Agrave chaque freacutequence correspond une certaine couleur que lrsquoon appelle couleur monochromatique

Les basses freacutequences sont de couleurs bleues tandis que les hautes freacutequences sont de couleurs rouges La deacutecomposition de la lumiegravere blanche permet drsquoobtenir toutes les couleurs de lrsquoarc-shyen-shyciel On dit que la lumiegravere blanche possegravede un spectre continu par le fait que lrsquoon passe drsquoun couleur agrave lrsquoautre en permanence en changeant graduellement de nuance

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Le spectre drsquo eacutemission et drsquo absorption drsquoun eacuteleacutement chimique sont les spectres de freacutequences de rayonnements eacutelectromagneacutetiques (lumiegravere) eacutemis et absorbeacutes dus agrave un changement drsquoeacutetat drsquoexcitation drsquoun eacutelectron de lrsquoeacuteleacutement en question

Pour passer drsquoun eacutetat fondamental agrave un niveau supeacuterieur ou en changeant de couche eacutelectronique si lrsquoon se reacutefegravere au modegravele de Bohr lrsquoeacutelectron absorbe un photon qui lui apporte lrsquoeacutenergie neacutecessaire pour changer drsquoeacutetat Crsquoest un pheacutenomegravene que lrsquoon observe lorsque de la lumiegravere traverse un milieu mateacuteriel les eacuteleacutements chimiques de ce milieu absorbant certaines longueurs drsquoonde Lrsquoensemble de ces freacutequences drsquoondes absorbeacutees correspond au spectre drsquoabsorption de lrsquoeacuteleacutement et lrsquoabsorption deacutepend de la composition atomique de la matiegravere et drsquoautres facteurs

En repassant agrave un son eacutetat fondamental il reacuteeacutemet cette eacutenergie sous forme de photons Lrsquoensemble de ces freacutequences drsquoondes eacutemises correspond au spectre eacutemission de lrsquoeacuteleacutement La freacutequence de lrsquoonde eacutemise deacutepend de lrsquoeacutenergie de transition

Il existe plusieurs eacutetats drsquoexcitation possibles pour un eacuteleacutement et donc plusieurs transitions possibles pour ce mecircme eacuteleacutement Ainsi un eacuteleacutement peut absorber ou eacutemettre plusieurs rais (lumiegravere monochromatique) correspondant agrave une certaine freacutequence drsquoonde Les spectres drsquoabsorption et drsquoeacutemission sont compleacutementaires si on les superpose on obtient le spectre continu

Source httpscommonswikimediaorgwikiFileSpectre_C3A9lectromagnC3A9tiquepng

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112 Un savoir transposeacute

Deacutepersonnalisation Le savoir agrave enseigner tel quil apparaicirctra dans nos activiteacutes ne fait pas reacutefeacuterence agrave des expeacuteriences ou agrave des observations preacutecises ni agrave des scientifiquesCrsquoest un travail qui est neacutecessaire afin drsquoeffacer les erreurs et les reacuteflexions inutiles pour rendre le savoir enseignable Nous ne ferons en aucun cas reacutefeacuterences agrave des noms comme Planck Young Newton Einstein Bohr etchellip Les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave deacutecouvrir les savoirs lieacutes agrave la lumiegravere et agrave la couleur par eux-shymecircmes agrave lrsquoaide de nos activiteacutes Deacutecontextualisation et recontexualisation Les savoirs lieacutes aux concepts de lumiegravere et de couleur que nous avons eacutevoqueacutes plus haut vont ainsi ecirctre deacutecontextualiseacutes La lumiegravere ne sera pas consideacutereacutee comme une particule (photon) non plus comme une onde eacutelectromagneacutetique car tous les savoirs lieacutes aux ondes ne sont plus traiteacutes en matheacutematiques (trigonomeacutetrie) dans le PER En conseacutequence le terme de laquospectreraquo ne sera eacutegalement pas utiliseacute pour parler de couleur Lrsquoeacutenergie telle qursquoelle est deacutefinie agrave ce niveau drsquoenseignement crsquoest-shyagrave-shydire comme eacutetant synonyme de chaleur ne peut en aucun cas ecirctre mise en parallegravele avec la notion de couleur En contrepartie le savoir que nous allons introduire sera recontextualiseacute Nous changeons lrsquoorigine du problegraveme en passant de la question ldquo Quelle est lrsquoorigine de la couleur rdquo agrave ldquoQuelles sont les diffeacuterences dans le meacutelange de couleursrdquo Nous parlerons donc de synthegravese additive de synthegravese soustractive (mais aussi de filtres et de couleurs drsquoobjets) agrave la place de spectre drsquoeacutemission et drsquoabsorption qui sont tout agrave fait repreacutesentatifs de ces modegraveles savants agrave un niveau scolaire Ainsi la transposition srsquoopegravere ici par le choix des modegraveles Nous nous concentrons donc sur ce qui est apparent aux yeux de lrsquoapprenant au lieu de se focaliser sur la nature eacutelectromagneacutetique de la couleur Enfin le rayon sera le principal modegravele qui sera utiliseacute pour repreacutesenter la lumiegravere et sa trajectoire rectiligne Lrsquoexpeacuterimentation et la modeacutelisation principalement seront des supports qui vont aider agrave transposer le savoir Deacutesyncreacutetisation Comme nous lrsquoavons dit il srsquoagit de la division et de la deacutelimitation du savoir On distingue ainsi notre seacutequence de physique du cours drsquoarts visuels en marquant les diffeacuterences Nous deacutevelopperons cette partie dans les cadres de rationaliteacutes

Axiologisation Nous ne reprenons pas toutes les notions de la physique afin de transmettre les valeurs principales qui sont neacutecessaires agrave des fins eacuteducatives Les raisons qui nous amegravene agrave enseigner ce cours drsquooptique sur les couleurs est la compreacutehension du monde des couleurs La pertinence et les finaliteacutes des objectifs sont deacutecrites dans le prochain paragraphe

Programmation Lrsquoordre des theacutematiques est la suivante synthegravese soustractive synthegravese additive couleur des objets sous une lumiegravere coloreacutee couleur des objets agrave travers un filtre Lrsquoordre est choisi en fonction de la complexiteacute des theacutematiques En effet les activiteacutes sur la couleur perccedilue drsquoun objet demande des capaciteacutes de reacuteflexion plus importantes que pour la

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synthegravese additive et soustractive Les savoirs se construisant sur drsquoautres savoirs il est ainsi primordial de commencer par les diffeacuterents types de meacutelange de couleurs pour passer agrave un niveau plus complexe Nous deacutetaillons lrsquoordre de la seacutequence dans ldquoSynopsis deacutetailleacute de la seacutequence et instructions pour les enseignants

113 Place dans le PER et objectifs drsquoapprentissage La theacutematique que nous avons choisie est traiteacutee selon le Plan drsquoeacutetude romand entre la 10egraveme et la 11egraveme anneacutee Harmos et srsquoinscrit dans lrsquoobjectif geacuteneacuteral MSN 36 ana lyser des pheacutenomegravenes naturels et des technologies agrave laide de deacutemarches caracteacuteristiques des sciences expeacuterimentales en utilisant un modegravele pour expliquer etou preacutevoir un pheacutenomegravene naturel ou le fonctionnement dun objet technique Le PER preacutevoit pour la seacutequence seacutelectionneacutee le deacuteveloppement de la compeacutetence 1

geacuteneacuterale suivante ldquolrsquoeacutelegraveve est capable drsquointerpreacuteter la couleur perccedilue dun objet agrave laide du modegravele trichromique en eacutetablissant des liens avec larc-shyen-shyciel et les meacutelanges de couleurs en peinturerdquo Pour ce faire le PER donne pour indication peacutedagogique que leacutelegraveve expeacuterimente lui-shymecircme la part objective et la part subjective de ce quil perccediloit de la couleur dun objet et qursquoil soit ainsi ameneacute agrave diffeacuterencier clairement la reacutealiteacute physique de la repreacutesentation mentale (la couleur comme proprieacuteteacute de lobjet et les meacutelanges de pigments en peinture) quil se fait de la situation Afin de respecter les prescriptions nous avons premiegraverement deacutefini les objectifs speacutecifiques de la seacutequence traiteacutee et nous les avons exprimeacutes en termes de compeacutetences Objectifs speacutecifiques pour la seacutequence Modegravele trichromique -shy synthegravese additive -shy synthegravese soustractive -shy filtres -shy lumiegraveres coloreacutees A lrsquoissue de la seacutequence lrsquoeacutelegraveve est capable dedrsquo

hellip faire la distinction entre source primaire et secondaire de lumiegravere et drsquoutiliser cette notion pour deacuteterminer si la couleur perccedilue a eacuteteacute obtenue par synthegravese additive ou par synthegravese soustractive

hellip deacutefinir et nommer ce que sont les couleurs primaires et compleacutementaires pour les deux types de synthegraveses et preacutevoir les couleurs qui seront perccedilues en fonction de la configuration

hellip expliquer agrave lrsquoaide drsquoun exemple (par ex pixels drsquoordinateurs) ce que signifie synthegravese additive

hellip modeacuteliser les observations de la synthegravese additive et soustractive sous forme drsquoun diagramme de Venn

hellip utiliser des logiciels de modeacutelisation pour eacutemettre des hypothegraveses sur les synthegraveses additive et soustractive

hellip preacutevoir la couleur perccedilue drsquoun objet en fonction de la couleur drsquoune lumiegravere et des filtres utiliseacutes (synthegravese soustractive) et coder le pheacutenomegravene

hellip modeacuteliser lrsquoeffet drsquoun filtre sur une lumiegravere coloreacutee agrave lrsquoaide des codes propres agrave lrsquooptique

1 Plan drsquoeacutetude romand pour lrsquoenseignement des sciences naturelles en 11egraveme anneacutee Harmos (httpswwwplandetudeschwebguestMSN_36)

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hellip preacutevoir la couleur perccedilue drsquoun objet en fonction des lumiegraveres coloreacutees et coder le pheacutenomegravene

hellip modeacuteliser lrsquoeffet de la lumiegravere coloreacutee sur un objet et en deacuteduire la couleur perccedilue

12 Notions preacuterequises Le traitement de la seacutequence choisie neacutecessite de la part des eacutelegraveves certaines notions preacuterequises au sujet de la lumiegravere Ces derniegraveres auront dans lrsquoideacuteal eacuteteacute abordeacutees lors drsquoune double seacuteance preacuteceacutedente Ainsi au deacutebut de la seacutequence de cours preacutesenteacutee dans ce dossier les eacutelegraveves auront eacuteteacute introduits sur les notions suivantes

La lumiegravere est eacutemise par certains objets diffuseacutee ou absorbeacutee par drsquoautres Elle se propage de maniegravere rectiligne

Il existe des sources primaires et secondaires de lumiegravere On ne voit pas la trajectoire de la lumiegravere mais les objets qursquoelle eacuteclaire La lumiegravere blanche est composeacutee drsquoun ensemble de couleurs

Les eacutelegraveves auront deacutecouvert ces diffeacuterentes notions lors drsquoexpeacuteriences mettant agrave lrsquoeacutepreuve leurs repreacutesentations erroneacutees Ils se rendront notamment compte avec lrsquoexpeacuterience de projection de lumiegravere agrave travers de la bueacutee ou de la fumeacutee que lrsquoon ne voit pas directement la lumiegravere mais uniquement les objets qui sont eacuteclaireacutes Un eacuteleacutement probablement surprenant est de deacutecouvrir par lrsquoexpeacuterience du prisme que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs Ils seront ainsi capables drsquoexpliquer un pheacutenomegravene qui leur est familier lrsquoarc-shyen-shyciel Pour notre seacutequence le deacutefi principal est qursquoils deacuteveloppent une compreacutehension du pheacutenomegravene de la perception de la couleur des objets

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2 Synopsis deacutetailleacute de la seacutequence et instructions pour les enseignants Comme notre seacutequence est preacutevue agrave la suite drsquoun premier chapitre drsquointroduction sur la lumiegravere nous ouvrons donc notre cours par le chapitre 2 et par lrsquoactiviteacute 2 Ce chapitre comprend les diffeacuterents objectifs geacuteneacuteraux et speacutecifiques des seacutequences le mateacuteriel requis pour les diffeacuterentes activiteacutes leur deacuteroulement ainsi que des instructions particuliegraveres agrave lrsquoattention des enseignants

21 Activiteacute 2 Le modegravele trichromique et la synthegravese additive Objectif geacuteneacuteral il y a une distinction entre la couleur lsquorsquomatiegraverersquorsquo (peinture) et la couleur lsquorsquolumiegraverersquorsquo

Activiteacute 21 (10 min)

Mateacuteriel

De la peinture des pinceaux du papier

Journaux de protection

Gobelet drsquoeau

Palettes assiettes ou berlingots deacutecoupeacutes en 2 (support pour la peinture)

Deacuteroulement

a) Par groupes les eacutelegraveves font des meacutelanges de couleurs Ceci permet de rappeler ce qursquoils ont appris en arts visuels (couleurs primaires couleurs obtenues par des meacutelanges) Cette premiegravere phase drsquoactiviteacute constitue donc une phase de repecircchage de connaissances essentielles pour appreacutehender la theacutematique

Indications pour lrsquoenseignant

Lrsquoenseignant met agrave disposition des tubes de peinture en veillant agrave ce que ces derniers portent lrsquoindication des noms preacutecis de couleurs qui seront abordeacutees en classe entre autres cyan et magenta Il est important degraves le deacutebut drsquoutiliser ces termes Lors de lrsquoactiviteacute il observe les connaissances des eacutelegraveves en matiegravere de meacutelange de couleurs

Activiteacute 22 (10 min)

Objectifs speacutecifiques agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy preacutedire la couleur perccedilue en fonction des meacutelanges de couleurs RVB -shy deacuteterminer de quelle lumiegravere coloreacutee eacuteleacutementaire est constitueacutee une lumiegravere CMJ

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-shy deacuteterminer que de la lumiegravere blanche peut ecirctre obtenue gracircce agrave 3 couleurs RVB

Mateacuteriel

Les meacutelanges de couleurs de la premiegravere partie drsquoactiviteacute

Trois lampes de couleurs RVB

Un eacutecran blanc

Deacuteroulement

a) Lrsquoenseignant installe le dispositif agrave la vue des eacutelegraveves b) Individuellement les eacutelegraveves remplissent un tableau avec leurs preacutedictions concernant

les couleurs obtenues en superposant diffeacuterentes lumiegraveres On peut srsquoattendre agrave ce qursquoils appliquent leurs preacutedictions agrave ce qursquoils connaissent de la peinture et de ce qursquoil viennent drsquoobserver en deacutebut drsquoactiviteacute Cette eacutetape constitue une phase drsquoeacutemission drsquohypothegraveses

b) Manipulation de lampes par les eacutelegraveves ou deacutemonstration par lrsquoenseignant des couleurs obtenues par superposition de lumiegraveres coloreacutees Le reacutesultat surprendra les eacutelegraveves et sera source drsquoun conflit cognitif

c) Les eacutelegraveves reportent leurs observations dans le tableau de maniegravere agrave souligner le conflit avec leurs preacutedictions Puis ils reacutepondent agrave des questions permettant de mettre en eacutevidence la diffeacuterence de nature (matiegravere puis lumiegravere) des couleurs observeacutees Une autre question permet de mettre en eacutevidence que le meacutelange des trois couleurs donne de la lumiegravere blanche (modegravele trichromique)

d) Sur la base de leurs observations les eacutelegraveves preacutesentent sous forme de diagramme de Venn la synthegravese additive Cette eacutetape permet drsquoentraicircner la modeacutelisation simple agrave partir drsquoobservations

e) Mise en commun de maniegravere interactive lrsquoenseignant interroge les eacutelegraveves et oriente ses questions

Indications pour lrsquoenseignant

Afin de preacutesenter le dispositif aux eacutelegraveves lrsquoenseignant peut allumer un seul des projecteurs Ainsi les eacutelegraveves pourront se faire une ideacutee de la maniegravere dont ils observeront la projection de lumiegravere sur lrsquoeacutecran Selon le mateacuteriel et le temps disponibles lrsquoenseignant fera lui-shymecircme la deacutemonstration ou bien les eacutelegraveves manipulent eux-shymecircme le ou les dispositif(s) Les questions poseacutees agrave la suite du tableau peuvent ecirctre difficiles lrsquoenseignant veillera agrave orienter les eacutelegraveves agrave lrsquoaide du dispositif et en leur posant des questions intermeacutediaires

Activiteacute 23 (20 min)

Objectifs speacutecifiques agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy deacuteduire agrave lrsquoaide drsquoun logiciel de modeacutelisation les regravegles de la synthegravese additive

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-shy expliquer la cause de la preacutesence des trois couleurs RVB dans les pixels en mobilisant les notions apprises preacuteceacutedemment

Mateacuteriel

Quelques ordinateurs avec un accegraves internet Quelques microscopes Logiciel disponible en ligne sur le portail PCCL (Physique chimie collegravege lyceacutee) 2

Deacuteroulement

a) Un problegraveme est poseacute par lrsquoenseignant si lrsquoon obtient du blanc (donc la totaliteacute des couleurs) en superposant les lumiegraveres R V et B comment obtient-shyon une couleur en particulier

b) Par groupe heacuteteacuterogegravenes de 3 ou 4 les eacutelegraveves eacutemettent des hypothegraveses c) Le test des hypothegraveses se fait toujours par groupes gracircce agrave un logiciel de

modeacutelisation de la synthegravese additive offrant la possibiliteacute de varier les intensiteacutes de chaque projecteur Par leurs manipulations les eacutelegraveves sont capables de deacuteduire que les diffeacuterentes couleurs sont obtenues par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

d) Mise en commun en projetant le logiciel sur grand eacutecran e) Les eacutelegraveves observent par groupe des eacutecrans de smartphones au microscope puis ils

mobilisent les notions deacutecouvertes preacuteceacutedemment pour expliquer leurs observations f) Institutionnalisation (cf ci-shydessous)

Indications pour lrsquoenseignant

Le logiciel eacutetant simple drsquoutilisation les eacutelegraveves peuvent faire leurs manipulations sans trop drsquoindications de la part de lrsquoenseignant En revanche selon lrsquoexpeacuterience des eacutelegraveves il sera neacutecessaire de les assister lors des reacuteglages pour lrsquoobservation au microscope Selon le mateacuteriel et le temps disponibles lrsquoenseignant peut eacutegalement preacuteparer lui-shymecircme le dispositif et les eacutelegraveves observent lrsquoeacutecran de smartphone lrsquoun apregraves lrsquoautre

Institutionnalisation activiteacute 2 (10 min)

Une premiegravere institutionnalisation se fait agrave la fin de lrsquoactiviteacute 2 de maniegravere frontale par lrsquoenseignant Partant de lrsquoobservation des eacutecrans de smartphone elle doit porter uniquement sur les objectifs viseacutes par lrsquoactiviteacute et doit introduire les notions de modegravele trichromique et de synthegravese additive Il est inteacuteressant de faire eacutegalement un lien avec les causes biologiques du modegravele trichromique (cocircnes et bacirctonnets de lrsquooeil daltonisme) Lrsquoinstitutionnalisation peut se faire agrave lrsquoaide drsquoune preacutesentation Powerpoint concise etou drsquoun documentaire videacuteo puis les fiches de synthegravese sont distribueacutees pour ecirctre lues agrave la maison et pour servir de support theacuteorique lors des reacutevisions en vue de lrsquoexamen

2 httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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22 Activiteacute 3 qursquoest-shyce qursquoun filtre Objectif geacuteneacuteral La lumiegravere coloreacutee projeteacutee est modifieacutee lorsqursquoelle travers un filtre coloreacute

Activiteacute 31 (20 min)

Objectifs speacutecifiques agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy Formuler une hypothegravese sur la couleur drsquoun faisceau lumineux vu agrave travers un ou plusieurs filtre(s) coloreacute(s)

-shy Modeacuteliser lrsquoaction drsquoun ou plusieurs filtre(s) coloreacute(s) sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee

-shy Eacutenoncer le rocircle drsquoun filtre coloreacute Mateacuteriel

1 eacutecran blanc

3 projecteurs de lumiegravere blanche

3 filtres rouge vert et bleu

Deacuteroulement

a) En pleacutenum lrsquoenseignant effectue un rappel du dernier cours (composition RVB de la lumiegravere blanche) et preacutesente la modeacutelisation utiliseacutee pour la synthegravese additive

b) Lrsquoenseignant preacutesente le dispositif agrave la classe (enlever un filtre montrer qursquoon a bien de la lumiegravere blanche avant le filtre remettre le filtre) puis demande aux eacutelegraveves individuellement drsquoeacutemettre leurs hypothegraveses puis discussion rapide par banc

c) Lrsquoenseignant allume un projecteur apregraves lrsquoautre (en eacuteteignant le preacuteceacutedent agrave chaque fois) et fait noter aux eacutelegraveves les observations et leur demande drsquoeacutemettre par deux une hypothegravese sur le rocircle du filtre

d) Mise en commun en choisissant des groupes donnant une explication contradictoire e) Apregraves avoir formeacute des groupes heacuteteacuterogegravenes de 3-shy4 eacutelegraveves lrsquoenseignant demande

aux eacutelegraveves de modeacuteliser lrsquoeffet du filtre (question 3) f) Mise en commun par projection de 3 travaux diffeacuterents et comportant de bons

eacuteleacutements Correction g) Lrsquoenseignant relance le travail de groupe pour effectuer le dernier exercice h) Lrsquoenseignant ouvre la discussion puis donne la solution experte

Indications pour lrsquoenseignant

Erreur possible un filtre coloreacute ne laisse pas passer sa couleur (peut-shyecirctre parce qursquoon le voit justement de cette couleur donc il absorberait) Lors de travaux de groupe passer dans les bancs pour observer le travail effectueacute ne pas reacutepondre aux questions (sauf incompreacutehension de la consigne) afin drsquoassurer la deacutevolution Avertir briegravevement les eacutelegraveves qui seront ameneacutes agrave preacutesenter leur travaux

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Activiteacute 32 (10 min)

Objectifs speacutecifiques agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy Deacuteduire par lrsquoexpeacuterimentation lrsquoeffet de la superposition de plusieurs filtres -shy Dessiner le diagramme de Venn de la synthegravese soustractive

Mateacuteriel

Une lampe diffusant de la lumiegravere blanche par groupe

Un set de 3 filtres (CMJ) par groupe Deacuteroulement

a) Lrsquoenseignant explique le deacuteroulement de lrsquoactiviteacute puis forme des groupes heacuteteacuterogegravenes de 3-shy4 eacutelegraveves puis leur distribue le mateacuteriel neacutecessaire et laisse aux eacutelegraveves un temps drsquoexpeacuterimentation

b) Mise en commun par un groupe choisi par lrsquoenseignant avec expeacuterimentation au tableau

Indications pour lrsquoenseignant

Plusieurs possibiliteacutes sont agrave preacutevoir selon lrsquoagencement de CMJ dans le diagramme de Venn

Activiteacute 33 (15 min)

Objectifs speacutecifiques agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy Comparer les synthegraveses additive et soustractive par lutilisation drsquoune application Mateacuteriel

1 ordinateur par groupe

(httpwwwostralonet3_animationsswfsynthese_couleursswf)

Deacuteroulement

a) Lrsquoenseignant preacutesente les manipulations agrave effectuer pour arriver sur lrsquoapplication b) Il distribue un ordinateur par banc et laisse les eacutelegraveves travailler et reacutepondre aux

questions c) La correction se fera directement par lrsquoenseignant en guise dinstitutionnalisation

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Indications pour lrsquoenseignant

Cette activiteacute fait office drsquoinstitutionnalisation Il est important de distinguer les deux synthegraveses en preacutesentant clairement leurs utilisations diffeacuterentes

23 Activiteacute 4 La couleur des objets Objectif geacuteneacuteral la couleur drsquoun objet peut ecirctre modifieacutee si on le voit sous une lumiegravere coloreacutee

Introduction (15 min)

1) Question de deacutepart pourquoi perccediloit-shyon des objets de diffeacuterentes couleurs ou Un objet a-shyt-shyil toujours la mecircme couleur Les eacutelegraveves formulent une hypothegravese Ensuite ils confrontent leurs ideacutees avec une videacuteo qui provoque un conflit par rapport agrave ce qursquoils pensaient

2) Lrsquoenseignant preacutesente la theacuteorie le principe dabsorption et de reacutefraction Que se passe-shyt-shyil lorsqursquoon regarde avec une lumiegravere coloreacutee

Activiteacute 41 (10 min)

Objectif speacutecifique agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

Formuler une hypothegravese sur les couleurs des objets vus sous une lumiegravere coloreacutee

Mateacuteriel

Objets de couleurs diffeacuterentes (rouge cyan et jaune)

3 lumiegraveres coloreacutees (magenta vert bleu) Deacuteroulement

a) Lrsquoactiviteacute 41 avec les objets a comme objectif la repreacutesentation de la couleur sous forme de scheacutema et de leur faire deacuteduire progressivement que les objets se comportent comme des filtres

b) Lrsquoenseignant entrepose des objets de couleurs rouge cyan et jaune et des dispositifs eacutemettant des lumiegraveres coloreacutees (magenta vert et bleu) sur une table Lrsquoassociation des objets et des lumiegraveres coloreacutees est rouge-shymagenta cyan-shyvert jaune-shybleu

c) Lrsquoenseignant forme des groupes heacuteteacuterogegravenes de 3 ou 4 personnes d) Puis les eacutelegraveves se rassemblent autour de la table ougrave sont entreposeacutes les objets et

remplissent les deux premiegraveres colonnes du tableau (couleur de lrsquoobjet et couleur de la lumiegravere coloreacutee) Les groupes retournent agrave leur place et commencent agrave formuler leurs hypothegraveses (troisiegraveme colonne)

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

e) Puis les eacutelegraveves sont autoriseacutes agrave reacutecupeacuterer les objets pour qursquoils procegravedent agrave leur manipulation Ils notent ce qursquoils ont observeacute dans la quatriegraveme colonne

f) Ce proceacutedeacute est reacutepeacuteteacute 3 fois

Indications pour lrsquoenseignant

Les objets de couleurs agrave utiliser ne sont pas deacutefinis la liberteacute est laisseacutee agrave lrsquoenseignant de prendre ce qursquoil a agrave disposition mais lrsquoassociation est preacutevue pour qursquoun reacutesultat soit observeacute

Difficulteacutes ne pas faire les liens pour arriver agrave poser une hypothegravese ne plus savoir ce que sont les synthegraveses additives et soustractives

Erreurs possibles poser une hypothegravese fausse mais cette erreur est voulue et provoquera le conflit

attendu ne pas faire le lien avec la synthegravese soustractive vue dans le preacuteceacutedent chapitre et

reacutepondre ldquola synthegravese additiverdquo ne pas deacuteduire que la reacuteflection de la lumiegravere coloreacutee sur un objet fonctionne comme

un filtre Relances

lrsquoenseignant fait le test devant la classe en modeacutelisant le pheacutenomegravene renvoie au scheacutema de reflection revu en theacuteorie au deacutebut du cours utilise la modeacutelisation avec lrsquoordinateur ougrave lrsquoon peut doser les filtres met en parallegravele le filtre et la lumiegravere coloreacutee pour que le lien entre les deux

pheacutenomegravenes soit fait

Activiteacute 42 (25 min)

Objectif speacutecifique agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy Formuler une hypothegravese sur les couleurs des objets vus sous une lumiegravere coloreacutee Mateacuteriel

Feuilles blanches et coloreacutees

Peinture de couleurs

Journaux de protection

2 pinceaux par groupe

Gobelet drsquoeau

Palettes assiettes ou berlingot deacutecoupeacute en 2 pour mettre la peinture

6 lumiegraveres coloreacutees (rouge verte bleue magenta cyan et jaune)

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Deacuteroulement amp Indication pour les enseignants

a) Ils scheacutematisent le pheacutenomegravene et remplissent le tableau Lrsquoideacutee est drsquoeacutecrire les mots avec la mecircme peinture utiliseacutee durant lrsquoactiviteacute 21 ce qui leur permettrait de faire un lien Les eacutelegraveves se rendront peu agrave peu compte que la peinture agit comme un filtre

b) Avant le cours lenseignant associe une lumiegravere coloreacutee agrave une couleur pour le mot et une couleur de feuille et preacutepare une table proteacutegeacutee pour la peinture

c) Lrsquoactiviteacute se fait par groupe heacuteteacuterogegravene de 3 personnes formeacutes par lrsquoenseignant Chaque groupe possegravede 6 dispositifs eacutemettant des lumiegraveres coloreacutees agrave la lumiegravere desquels ils observeront les deux mots coloreacutes sur leur feuille respective

d) Les eacutelegravevent commencent lrsquoactiviteacute en venant chercher sur la table pour la peinture les 2 couleurs voulues les disposent dans leur palette prennent la feuille correspondante et 2 pinceaux et se dirigent vers les tables preacutepareacutees pour la peinture

e) Ils eacutecrivent les 2 mots avec la peinture puis rejoignent leur place f) Ils remplissent la premiegravere ligne du tableau g) Puis ils inscrivent leur hypothegravese au crayon agrave papier et en petit dans les cases

correspondantes Ils ont la possibiliteacute de prendre une feuille de brouillon pour dessiner les modegraveles

h) Puis lrsquoenseignant distribue les dispositifs eacutemettant les lumiegraveres coloreacutees pour que les eacutelegraveves puissent eacuteclairer leurs mots et observer le reacutesultat qursquoils notent agrave la plumestylo

i) Les hypothegraveses mecircme erroneacutees sont laisseacutees inscrites dans le tableau pour que lrsquoeacutelegraveve puisse comparer les deux et comprendre le pheacutenomegravene (conflit)

Activiteacute 43 (20 min)

Objectifs speacutecifiques agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy Modeacuteliser agrave lrsquoaide drsquoun scheacutema et de codes la reacutefraction et labsorption de la lumiegravere sur un objet

-shy Retrouver agrave partir de la couleur refleacuteteacutee et la lumiegravere coloreacutee projeteacutee et le filtre utiliseacute Mateacuteriel

pas de mateacuteriel particulier mis agrave part le fichier de lrsquoeacutelegraveve

Deacuteroulement

a) Lrsquoactiviteacute 43 qui permet de voir si les eacutelegraveves ont compris leur demande de reacutefleacutechir en partant des observations pour trouver la situation initiale

b) Le travail est agrave reacutealiser individuellement les eacutelegraveves regardent les diffeacuterents drapeaux modeacutelisent les diffeacuterentes situations et notent leur deacuteductions

c) Lrsquoenseignant reste agrave disposition et passe dans les bancs

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Indications pour lrsquoenseignant

Obstacles ne pas faire le lien que crsquoest la deacutemarche vue preacuteceacutedemment mais agrave lrsquoenvers

Erreurs possibles ne pas trouver le bon filtre agrave cause du noir ne pas repreacutesenter juste le scheacutema de modeacutelisation

Relances faire reacutefeacuterence au tableau reacutecapitulatif de la fiche theacuteorique faire reacutefeacuterence au modegravele du scheacutema en couleur dans la fiche theacuteorique

Institutionnalisation activiteacute 4

Explication de la modeacutelisation de la reacuteflection de la lumiegravere coloreacutee par une marche agrave suivre lors de la correction de lrsquoexercice des drapeaux sous forme drsquoun ldquoje retiensrdquo

Un cours de reacutevision avec les fiches de synthegravese suivra ces seacuteances drsquoactiviteacutes

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

3 Documents Les diffeacuterents documents utiliseacutes dans cette seacutequence sont preacutesenteacutes ci-shydessous

Parmi eux

Fiches drsquoactiviteacutes pour eacutelegraveves et avec correction

Fiches theacuteoriques de synthegravese

Evaluation pour eacutelegraveves et avec correction

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Documents des eacutelegraveves Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs Chapitre 2 Couleurs peintures couleurs lumiegraveres Activiteacute 21 1) Tu as agrave disposition des pinceaux et de la peinture Tu te

souviens peut-shyecirctre de tes cours drsquoarts visuels qursquoil existe des

couleurs primaires qui permettent par leur meacutelange drsquoobtenir

drsquoautres couleurs Mais elles-shymecircmes ne srsquoobtiennent par aucun

meacutelange Te souviens-shytu des combinaisons de couleurs qursquoil faut

meacutelanger pour obtenir une couleur souhaiteacutee

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du vert

__________________________________________

Image httpsfrdreamstimecom Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du rouge

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du bleu

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du noir

__________________________________________

Activiteacute 22 Lrsquoenseignant a installeacute trois projecteurs de couleur un rouge un vert un bleu ainsi

qursquoun eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-shydessous

Image MER

Quelle couleur va-shyt-shyon observer sur lrsquoeacutecran si lrsquoon allume deux par deux les projecteurs

et que lrsquoon superpose leurs lumiegraveres Et si lrsquoon allume les trois projecteurs Remplis le

tableau ci-shydessous drsquoabord avec tes hypothegraveses concernant la couleur obtenue sur

lrsquoeacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Meacutelange de lumiegraveres Couleur obtenue ton hypothegravese

Couleur observeacutee

vert et bleu

vert et rouge

bleu et rouge

vert bleu et rouge

a) Quelles diffeacuterences constates-shytu entre les meacutelanges de lrsquoactiviteacute 1 et ceux de lrsquoactiviteacute

2

______________________________________________________________________

b) Qursquoa-shyt-shyon meacutelangeacute dans chaque cas

______________________________________________________________________

c) Le reacutesultat du meacutelange des lumiegraveres verte bleue et rouge te rappelle-shyt-shyil quelque

chose Que peux-shytu en deacuteduire

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

d) A lrsquoaide de couleurs scheacutematise ci-shydessous les superpositions observeacutees sur lrsquoeacutecran

blanc

Activiteacute 23 Et comment obtenir drsquo‛autres couleurs 1) Tu as vu lors de lrsquoactiviteacute preacuteceacutedente que si lrsquoon superpose trois lumiegraveres de couleurs

RVB on perccediloit du blanc Mais de quelle maniegravere peut-shyon percevoir nrsquoimporte quelle

autre couleur

Familiarise-shytoi avec le logiciel en ligne suivant

httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additive

htm

Puis reacuteponds aux questions suivantes

Par quelles manipulations obtiens-shytu du orange

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du rose

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du vert olive

______________________________________________________________________

Que constates-shytu

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

2) Chaque groupe a agrave sa disposition une loupe binoculaire Deacutepose un smartphone

allumeacute eacutecran vers le haut sous lrsquoobjectif Vise une zone blanche de lrsquoeacutecran puis regravegle la

netteteacute Qursquoobserves-shytu

Observations

Comment expliques-shytu ce pheacutenomegravene

Documents des eacutelegraveves Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs Chapitre 2 Couleurs peintures couleurs lumiegraveres (corrigeacute) Activiteacute 21 1) Tu as agrave disposition des pinceaux et de la peinture Tu te

souviens peut-shyecirctre de tes cours drsquoarts visuels qursquoil existe des

couleurs primaires qui permettent par leur meacutelange drsquoobtenir

drsquoautres couleurs Mais elles-shymecircmes ne srsquoobtiennent par aucun

meacutelange Te souviens-shytu des combinaisons de couleurs qursquoil faut

meacutelanger pour obtenir une couleur souhaiteacutee

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du vert

__________________________________________

Image httpsfrdreamstimecom Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du rouge

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du bleu

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du noir

__________________________________________

Activiteacute 22 Lrsquoenseignant a installeacute trois projecteurs de couleur un rouge un vert un bleu ainsi

qursquoun eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-shydessous

Image MER

Quelle couleur va-shyt-shyon observer sur lrsquoeacutecran si lrsquoon allume deux par deux les projecteurs

et que lrsquoon superpose leurs lumiegraveres Et si lrsquoon allume les trois projecteurs Remplis le

tableau ci-shydessous drsquoabord avec tes hypothegraveses concernant la couleur obtenue sur

lrsquoeacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Meacutelange de lumiegraveres Couleur obtenue ton hypothegravese

Couleur observeacutee

vert et bleu (cyan)

vert et rouge (jaune)

bleu et rouge (magenta)

vert bleu et rouge (blanc)

a) Quelles diffeacuterences constates-shytu entre les meacutelanges de lrsquoactiviteacute 1 et ceux de lrsquoactiviteacute

2

______________________________________________________________________

Les couleurs obtenues ne sont pas les mecircmes qursquoen peinture

b) Qursquoa-shyt-shyon meacutelangeacute dans chaque cas

______________________________________________________________________

Dans le premier cas on a de la matiegravere (de la peinture) dans le deuxiegraveme cas on a de la

lumiegravere

c) Le reacutesultat du meacutelange des lumiegraveres verte bleue et rouge te rappelle-shyt-shyil quelque

chose Que peux-shytu en deacuteduire

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

Le fait que la lumiegravere blanche est composeacutee de lrsquoensemble des couleurs (cf expeacuterience

du prisme) Ici lrsquoexpeacuterience concerne la superposition de lumiegraveres coloreacutees et on observe

que lrsquoaddition des lumiegraveres rouge verte et bleue donne du blanc Cela srsquoappelle le modegravele trichromique

d) A lrsquoaide de couleurs scheacutematise ci-shydessous les superpositions observeacutees sur lrsquoeacutecran

blanc

Activiteacute 23 Et comment obtenir drsquo‛autres couleurs 1) Tu as vu lors de lrsquoactiviteacute preacuteceacutedente que si lrsquoon superpose trois lumiegraveres de couleurs

RVB on perccediloit du blanc Mais de quelle maniegravere peut-shyon percevoir nrsquoimporte quelle

autre couleur

Familiarise-shytoi avec le logiciel en ligne suivant

httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additive

htm

Puis reacuteponds aux questions suivantes

Par quelles manipulations obtiens-shytu du orange (selon eacutelegraveves)

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du rose (selon eacutelegraveves)

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du vert olive (selon eacutelegraveves)

______________________________________________________________________

Que constates-shytu

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

Un jeu de dosage entre les trois couleurs RVB permet drsquoobtenir toutes les diffeacuterentes

couleurs imaginables Les trois lumiegraveres superposeacutees et en dosage eacutequivalent donnent

une lumiegravere blanche crsquoest agrave dire la totaliteacute des couleurs On appelle cela la synthegravese additive

2) Chaque groupe a agrave sa disposition un microscope Deacutepose un smartphone allumeacute

eacutecran vers le haut sous lrsquoobjectif Vise une zone blanche de lrsquoeacutecran puis regravegle la netteteacute

Qursquoobserves-shytu

Observations

(Preacutesences de pixels lumiegraveres RVB)

Comment expliques-shytu ce pheacutenomegravene

(synthegravese effectueacutee par le cerveau)

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 3 Que devient la lumiegravere lorsqursquo‛elle traverse un filtre

Activiteacute 31 les lumiegraveres et filtres coloreacutes

Tu as appris lors du dernier cours que lrsquo‛on pouvait ldquoadditionnerrdquo des lumiegraveres coloreacutees

pour obtenir de nouvelles couleurs Nous pouvons modeacuteliser la lumiegravere blanche ainsi

Nous allons deacutecouvrir aujourdrsquo‛hui comment on peut ldquosoustrairerdquo des lumiegraveres coloreacutees

1) Lrsquo‛enseignant a installeacute trois filtres de couleur un rouge un vert un bleu ainsi qursquo‛un

eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-dessous

Image MER

Quelle couleur va-t-on observer sur lrsquo‛eacutecran si lrsquo‛on allume un par un les projecteurs

Remplis le tableau ci-dessous premiegraverement avec tes hypothegraveses concernant la couleur

obtenue sur lrsquo‛eacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Filtre traverseacute par la

lumiegravere blanche

Couleur obtenue ton

hypothegravese

Couleur observeacutee

Filtre bleu

Filtre rouge

Filtre vert

2) Selon toi quel est le rocircle du filtre coloreacute

_______________________________________________________________

3) Repreacutesente par un scheacutema le passage drsquo‛une lumiegravere blanche agrave travers un filtre rouge

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

4) Et quelle couleur observera-t-on si la lumiegravere blanche passe agrave travers un filtre rouge

puis agrave travers un filtre bleu Formule une hypothegravese puis applique ton modegravele

Hypothegravese __________________________________

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

Activiteacute 32 Qursquo‛obtient-on avec drsquo‛autres filtres

a) Tu disposes maintenant drsquo‛une lampe diffusant de la lumiegravere blanche et de filtres

cyan magenta et jaune Manipule-les les uns apregraves les autres puis en les superposant

pour deacutecouvrir leurs effets sur la lumiegravere blanche

b) A lrsquo‛aide de couleurs et en trsquo‛appuyant sur tes observations scheacutematise ci-dessous

lrsquo‛action des filtres sur une lumiegravere blanche

Activiteacute 33 Deux synthegraveses Similitudes et diffeacuterences

a) Utilise ce logiciel pour comparer les synthegraveses additive et soustractive

httpwwwostralonet3_animationsswfsynthese_couleursswf

a) Quelles similitudes observes-tu entre les synthegraveses additive et soustractive

________________________________________________________________

d) Et quelles diffeacuterences

_______________________________________________________________

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 3 Que devient la lumiegravere lorsqursquo‛elle traverse un filtre

(corrigeacute)

Activiteacute 31 les lumiegraveres et filtres coloreacutes

Tu as appris lors du dernier cours que lrsquo‛on pouvait ldquoadditionnerrdquo des lumiegraveres coloreacutees

pour obtenir de nouvelles couleurs Nous pouvons modeacuteliser la lumiegravere blanche ainsi

Nous allons deacutecouvrir aujourdrsquo‛hui comment on peut ldquosoustrairerdquo des lumiegraveres coloreacutees

1) Lrsquo‛enseignant a installeacute trois filtres de couleur un rouge un vert un bleu ainsi qursquo‛un

eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-dessous

Image MER

Quelle couleur va-t-on observer sur lrsquo‛eacutecran si lrsquo‛on allume un par un les projecteurs

Remplis le tableau ci-dessous premiegraverement avec tes hypothegraveses concernant la couleur

obtenue sur lrsquo‛eacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Filtre traverseacute par la

lumiegravere blanche

Couleur obtenue ton

hypothegravese

Couleur observeacutee

Filtre bleu bleu

Filtre rouge rouge

Filtre vert vert

2) Selon toi quel est le rocircle du filtre coloreacute

_______________________________________________________________

Un filtre coloreacute ne transmet que les rayons de sa couleur et absorbe les autres

3) Repreacutesente par un scheacutema le passage drsquo‛une lumiegravere blanche agrave travers un filtre rouge

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

4) Et quelle couleur observera-t-on si la lumiegravere blanche passe agrave travers un filtre rouge

puis agrave travers un filtre bleu Formule une hypothegravese puis applique ton modegravele

Hypothegravese __________________________________

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

Activiteacute 32 Qursquo‛obtient-on avec drsquo‛autres filtres

a) Tu disposes maintenant drsquo‛une lampe diffusant de la lumiegravere blanche et de filtres

cyan magenta et jaune Manipule-les les uns apregraves les autres puis en les superposant

pour deacutecouvrir leurs effets sur la lumiegravere blanche

b) A lrsquo‛aide de couleurs et en trsquo‛appuyant sur tes observations scheacutematise ci-dessous

lrsquo‛action des filtres sur une lumiegravere blanche

Pex 1 Magenta 2 Jaune 3 Cyan 4 Rouge 5 Vert 6 Bleu 7 Noir

Activiteacute 33 Deux synthegraveses Similitudes et diffeacuterences

a) Utilise ce logiciel pour comparer les synthegraveses additive et soustractive

httpwwwostralonet3_animationsswfsynthese_couleursswf

a) Quelles similitudes observes-tu entre les synthegraveses additive et soustractive

________________________________________________________________

Les mecircmes triplets de couleurs sont preacutesents dans les deux synthegraveses (RVB - CMJ)

d) Et quelles diffeacuterences

________________________________________________________________

1 Les couleurs primaires de lrsquo‛un sont les couleurs compleacutementaires de lrsquo‛autre

2 Lrsquo‛addition des lumiegraveres coloreacutees rouge verte et bleue donne du blanc la

soustraction totale par des filtres cyan magenta et jaune donne du noir

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 4 Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Rappel

1 Nous pouvons reacutesumer la composition de la lumiegravere blanche aux 3 couleurs primaires le rouge le vert et le bleu Ce sont des couleurs qui ne peuvent pas ecirctre creacuteeacutees Ce sont elles qui composent les autres couleurs Crsquo‛est agrave dire qursquo‛en les meacutelangeant on peut obtenir les autres couleurs le cyan est composeacute du bleu et du vert le magenta est composeacute du bleu et du rouge et le jaune est composeacute du vert et du rouge

Theacuteorie

Le sujet que nous allons traiter aujourdrsquo‛hui concerne la couleur de lrsquo‛objet Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Formule une hypothegravese ____________________________________________

Observe la photo projeteacutee par lrsquo‛enseignant

Que retiens-tu de cette photo _______________________________________________________________ La lumiegravere coloreacutee qui est refleacuteteacutee par un objet correspond agrave la lumiegravere non absorbeacutee

Ici toutes les lumiegraveres coloreacutees sont absorbeacutees sauf le bleu qui lui est refleacuteteacute La couleur propre de lrsquo‛objet sera le bleu

En effet un objet absorbe ou reflegravete diffeacuterentes lumiegraveres coloreacutees Crsquo‛est cette lumiegravere coloreacutee refleacuteteacutee que nous verrons

Activiteacute 41

Reacuteponds agrave ces diffeacuterentes questions dans le tableau ci-dessous De quelle couleur verras-tu cet objet Confronte ton ideacutee avec ton voisin De quelle couleur le vois-tu reacuteellement

Couleur de lrsquo‛objet

Couleur de la lumiegravere

Hypothegravese formuleacutee

Observation

rouge Magenta

cyan Vert

jaune Bleu

Par quel pheacutenomegravene peut-on observer ce changement de couleur ___________________________________

Quelle deacuteductions peux-tu faire _________________________________________________________________

Activiteacute 42

Marche agrave suivre

1 Eacutecris sur une feuille blanche le nom des 2 couleurs que ton enseignant te donne avec la peinture qui y correspond

2 Pendant que ces mots segravechent remplis les colonnes ldquocouleur du mot 1rdquo et ldquocouleur du mot 2rdquo et ldquocouleur de la feuillerdquo agrave la lumiegravere blanche

3 Formule tes hypothegraveses note-les au crayon agrave papier en petit 4 Eacuteclaire tes mots agrave lrsquo‛aide de lumiegraveres coloreacutees 5 Note tes observations

Lumiegravere coloreacutee

Couleur du mot 1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur du mot 2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur de la feuille helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Blanche

Rouge

Verte

Bleue

Magenta

Cyan

Jaune

Activiteacute 43

Tu observes un drapeau eacuteclaireacute par une lumiegravere blanche Puis tu observes ce mecircme drapeau eacuteclaireacute par deux lumiegraveres coloreacutees diffeacuterentes Trouve la lumiegravere coloreacutee utiliseacutee dans chaque cas et justifie ta reacuteponse par la modeacutelisation vue preacuteceacutedemment

Lumiegravere blanche Lumiegravere coloreacutee 1 Lumiegravere coloreacutee 2

De quelle couleur est la premiegravere lumiegravere coloreacutee ___________________________

Modeacutelisation 1

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________

Modeacutelisation 2

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 4 Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur (corrigeacute) Rappel

2 Nous pouvons reacutesumer la composition de la lumiegravere blanche aux 3 couleurs primaires le rouge le vert et le bleu Ce sont des couleurs qui ne peuvent pas ecirctre creacuteeacutees Ce sont elles qui composent les autres couleurs Crsquo‛est agrave dire qursquo‛en les meacutelangeant on peut obtenir les autres couleurs le cyan est composeacute du bleu et du vert le magenta est composeacute du bleu et du rouge et le jaune est composeacute du vert et du rouge

Theacuteorie

Le sujet que nous allons traiter aujourdrsquo‛hui concerne la couleur de lrsquo‛objet Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Formule une hypothegravese ____________________________________________ Projeter cette image elle napparaicirct pas dans le cours de lrsquo‛eacutelegraveve

Que retiens-tu de cette photo _______________________________________________________________ La lumiegravere coloreacutee qui est refleacuteteacutee par un objet correspond agrave la lumiegravere non absorbeacutee

Ici toutes les lumiegraveres coloreacutees sont absorbeacutees sauf le bleu qui lui est refleacuteteacute La couleur propre de lrsquo‛objet sera le bleu

En effet un objet absorbe ou reflegravete diffeacuterentes lumiegraveres coloreacutees Crsquo‛est cette lumiegravere coloreacutee refleacuteteacutee que nous verrons

Activiteacute 41

Reacuteponds agrave ces diffeacuterentes questions dans le tableau ci-dessous De quelle couleur penses-tu que tu verras cet objet Confronte ton ideacutee avec ton voisin De quelle couleur le vois-tu reacuteellement

Couleur de lrsquo‛objet

Couleur de la lumiegravere

Hypothegravese formuleacutee

Observation

rouge Magenta (rouge)

cyan Vert (vert)

jaune Bleu (noir)

Par quel pheacutenomegravene peut-on observer ce changement de couleur ___________________________________ (synthegravese soustractive)

Quelle deacuteductions peux-tu faire (fonctionne comme un filtre) _________________________________________________________________

Activiteacute 42

Marche agrave suivre

6 Eacutecris sur une feuille blanche le nom des 2 couleurs que ton enseignant te donne avec la peinture qui y correspond

7 Pendant que ces mots segravechent remplis les colonnes ldquocouleur du mot 1rdquo et ldquocouleur du mot 2rdquo et ldquocouleur de la feuillerdquo agrave la lumiegravere blanche

8 Formule tes hypothegraveses note-les au crayon agrave papier en petit 9 Eacuteclaire tes mots agrave lrsquo‛aide de lumiegraveres coloreacutees 10 Note tes observations

Lumiegravere coloreacutee

Couleur du mot 1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur du mot 2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur de la feuille helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Blanche

Rouge

Verte

Bleue

Magenta

Cyan

Jaune

Activiteacute 43

Tu observes un drapeau eacuteclaireacute par une lumiegravere blanche Puis tu observes ce mecircme drapeau eacuteclaireacute par deux lumiegraveres coloreacutees diffeacuterentes Trouve la lumiegravere coloreacutee utiliseacutee dans chaque cas et justifie ta reacuteponse par la modeacutelisation vue preacuteceacutedemment

Lumiegravere blanche Lumiegravere coloreacutee 1 Lumiegravere coloreacutee 2

De quelle couleur est la premiegravere lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Bleu)

Modeacutelisation 1

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Vert)

Modeacutelisation 2

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Fiches de synthegravese Les couleurs Activiteacute 2 Reacutesumeacute theacuteorique pour les eacutelegraveves Le modegravele trichromique et la synthegravese additive des couleurs La couleur nrsquo‛existe pas sans lumiegravere et lrsquo‛on peut dire que lrsquo‛on perccediloit le monde gracircce aux meacutelanges de ces couleurs qui correspondent aux diffeacuterentes composantes de la lumiegravere Lorsque lrsquo‛on parle de la perception des couleurs on srsquo‛aperccediloit que seules trois lumiegraveres primaires de couleurs rouge vert et bleu sont neacutecessaires pour obtenir la sensation de toutes les autres couleurs Cette maniegravere de modeacuteliser la perception des couleurs est ce qursquo‛on appelle le modegravele trichromique (lsquorsquo‛trois couleursrsquo‛rsquo‛) Dans cette repreacutesentation toutes les autres lumiegraveres coloreacutees sont perccedilues par superposition des trois lumiegraveres rouge verte et bleue La superposition simultaneacutee et en dosage identique des trois couleurs donne de la lumiegravere blanche Le noir correspond agrave une absence de lumiegravere

Illustration du modegravele

Image MER

Lrsquo‛image montre trois projecteurs de lumiegraveres rouge verte et bleue eacuteclairant une table blanche Si les trois couleurs sont projeteacutees en intensiteacute identique nous obtenons par superposition trois autres couleurs le cyan le magenta et le jaune Les couleurs primaires et les couleurs obtenues sont codeacutees sur lrsquo‛image puis reacutecapituleacutees dans le tableau ci-dessous

Image MER

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Si nous modifions le dosage des couleurs eacuteleacutementaires il est possible drsquo‛obtenir toutes les couleurs imaginables Le pheacutenomegravene de perception des couleurs par superposition des trois couleurs primaires se nomme synthegravese additive les couleurs sont additionneacutees entre elles pour permettre la synthegravese drsquo‛autres couleurs

Drsquo‛ailleurs si lrsquo‛on observe au microscope un eacutecran blanc de smartphone ou drsquo‛ordinateur on remarque qursquo‛il est en fait constitueacute drsquo‛un grand nombre de minuscules rectangles de lumiegraveres rouge verte et bleue (voir image ci-contre) Crsquo‛est justement par un jeu de dosage de chacune de ces lumiegraveres que lrsquo‛on perccediloit les diffeacuterentes couleurs sur nos eacutecrans

Pourquoi un modegravele sur trois couleurs La raison pour laquelle les scientifiques ont construit ce modegravele sur trois couleurs est directement lieacutee agrave la structure de notre œil En effet ce dernier contient des cellules sensibles agrave la lumiegravere que lrsquo‛on appelle cocircnes et bacirctonnets Alors que les bacirctonnets perccediloivent les intensiteacutes de lumiegravere les cocircnes nous permettent de percevoir les couleurs Cependant ils ne sont sensibles qursquo‛agrave certaines composantes de la lumiegravere blanche celles correspondant justement aux couleurs rouge vert et bleu Lorsque lrsquo‛on regarde un objet notre cerveau analyse le dosage de chacune de ces composantes perccedilues par notre œil et en interpregravete ainsi la couleur de lrsquo‛objet

Qursquo‛est-ce que le daltonisme Certaines personnes preacutesentent une anomalie de la vision qui les empecircche de distinguer certaines couleurs Drsquo‛origine geacuteneacutetique ce trouble est ducirc agrave un dysfonctionnement des cocircnes preacutesents dans la reacutetine Bien que la plupart des personnes daltoniennes aient de la peine agrave distinguer le vert du rouge drsquo‛autres ne distinguent pas drsquo‛autres couleurs Dans certaines formes de daltonisme le monde est perccedilu par la personne atteinte en teintes de gris

Sciences naturelles Optique synthegravese soustractive et additive

La synthegravese additive est le proceacutedeacute gracircce

auquel en combinant les couleurs

___________ ___________ et ___________

on obtient du blanc

On la retrouve lorsque lrsquoon meacutelange des

lumiegraveres coloreacutees composeacutees de ces 3 couleurs

diffeacuterentes car les laquo additionner raquo donne la

lumiegravere blanche

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon exploite aujourdrsquohui

pour les teacuteleacuteviseurs ou tout eacutecran composeacute de

pixels

La synthegravese soustractive consiste agrave soustraire

les couleurs de la lumiegravere blanche (RVB) agrave

travers des filtres de couleurs ___________

___________ et ___________ qui absorbent la

totaliteacute des couleurs de la lumiegravere blanche pour

un rendu noir au final (absence de lumiegravere)

Lrsquo __________________ des 3 couleurs donne

le ____________

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon retrouve par exemple en

meacutelangeant de la peinture notamment en

imprimerie

Sciences naturelles Optique les filtres

Qursquoest-shyce qursquoun filtre coloreacute et comment fonctionne-shyt-shyil

Un filtre est un dispositif qui permet de filtrer la lumiegravere de laisser passer certains rayons

lumineux et drsquoen absorber drsquoautres

Pour savoir quelles lumiegravere coloreacutees le filtre laisse passer il faut lrsquoobserver agrave la lumiegravere

blanche

Le filtre laissera alors passer uniquement les rayons lumineux de sa couleur propre

Par exemple

Un filtre vert laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee verte

Un filtre magenta laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee magenta crsquoest agrave dire les rayons rouge et bleu

Pour connaicirctre la lumiegravere coloreacutee qui ldquosortrdquo du filtre il faut donc

deacutecomposer la lumiegravere qui arrive sur ce filtre et en soustraire les

rayons qui sont absorbeacutes par le filtre On se reacutefegravere alors au modegravele de

la synthegravese soustractive

Image httpswww123couleursfrboutique-shy1filtres-shycolorC3A9s

Tableau reacutecapitulatif

Sciences naturelles Optique les filtres

Modeacutelisation

Nous pouvons modeacuteliser lrsquoaction drsquoun filtre

1 Noter la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur le filtre

2 Deacutecomposer la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur filtre et la coder (en RVB)

3 Repreacutesenter le filtre et coder les rayons absorbeacutes par le filtre 4 Prolonger les rayons lumineux coloreacutes que le filtre laisse passer et les coder (en RVB)

5 Noter la lumiegravere coloreacutee qui sort du filtre

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre magenta sur la lumiegravere blanche

Lorsque plusieurs filtres sont superposeacutes ou aligneacutes il faut modeacuteliser lrsquoaction du premier filtre

sur la lumiegravere projeteacutee puis lrsquoaction du deuxiegraveme filtre sur la lumiegravere qui sort du premier filtre

etc

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre cyan puis drsquoun filtre vert sur la lumiegravere jaune

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

De quelle couleur apparaicirctra un objet de couleur eacuteclaireacute par une lumiegravere coloreacutee

Il y 3 cas

1) Un objet de couleur blanche renvoie toutes les couleurs il apparaicirctra de la couleur eacuteclaireacutee

2) Un objet de couleur noire absorbe toutes les couleurs Peu importe la couleur avec laquelle

lrsquoobjet est eacuteclaireacute lrsquoobjet apparaicirct de couleur noire

3) Pour un objet de couleur il suffit de deacutecomposer les couleurs secondaires par exemple

Jrsquoai un objet jaune

Je lui projette une lumiegravere magenta

Or jaune = rouge + vert

et magenta = bleu + rouge

Le rouge est commun au jaune et au magenta donc lrsquoobjet paraicirctra rouge

En revanche si la lumiegravere est bleue comme il nrsquoy a pas de bleu dans le jaune lrsquoobjet paraicirctra

noir

1

Tableau reacutecapitulatif

1 httpscommunitygoodgamestudioscombigfarmfrdiscussion51685langage-shy‐des-shy‐couleurs

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

Modegravele de reacuteponse

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

______

______

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

______

______

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation avec propositions

de reacuteponses)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

(rouge vert bleu Nous percevons les diffeacuterentes couleurs agrave partir de ces trois couleurs) ________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

(Explication relative aux cocircnes et bacirctonnets de lrsquo‛oeil)

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Corrigeacute vert bleu blanc cyan

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________ (vert)

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________ (bleu)

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________ (aucunenoir)

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

(selon modegravele eacutetudieacute)

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

(les deux selon que lrsquo‛on parle de synthegravese additive ou soustractive)

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

Bleu

______

Bleu

______

Noir

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________ (lumiegravere rouge)

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

Noir

______

Rouge

______

Rouge

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

(Bleu)

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

(selon modegravele eacutetudieacute)

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

(Explication citant la synthegravese soustractive et lrsquo‛effet des lumiegraveres coloreacutees

concerneacutees sur le haut du cambrioleur)

Evaluation - Analyse

Ce commentaire comprend les diffeacuterents objectifs eacutevalueacutes ainsi que ce qui est attendu

preacuteciseacutement des eacutelegraveves et les niveaux taxonomiques correspondants

Ce sont des pistes drsquo‛eacutevaluation qui sont ici proposeacutees non une eacutevaluation suivie

Exercice 1

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- Mettre en lien des notions theacuteoriques apprises en cours (cocircnes et

bacirctonnets de lrsquo‛oeil) avec drsquo‛autres (synthegravese additive)

Lrsquo‛eacutevaluation deacutebute par deux questions au niveau taxonomique peu eacuteleveacute La

premiegravere de lrsquo‛ordre de la compreacutehension demande aux eacutelegraveves de restituer une

connaissance de base agrave lrsquo‛aide de leurs propres mots La deuxiegraveme propose de

tester les connaissances theacuteoriques des eacutelegraveves en veacuterifiant que des liens entre

deux notions aient eacuteteacute faits

Exercice 2

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutedire la couleur perccedilue en fonction des meacutelanges de couleurs RVB

- deacutechiffrer un scheacutema et les codes de la repreacutesentation de la trajectoire

des lumiegraveres coloreacutees

Le deuxiegraveme exercice relegraveve du niveau taxonomique de lrsquo‛application car il

neacutecessite une compreacutehension de la maniegravere de repreacutesenter la lumiegravere (scheacutema de

la trajectoire rectiligne codes de couleurs RVB) et drsquo‛appliquer ce modegravele tout en

utilisant les connaissances des couleurs fondamentales et compleacutementaires de la

synthegravese additive

Exercice 3

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet drsquo‛un filtre sur une lumiegravere coloreacutee agrave lrsquo‛aide des codes

propres agrave lrsquo‛optique

Lrsquo‛exercice 3 relegraveve de lrsquo‛application car les eacutelegraveves se reacutefegraverent agrave la modeacutelisation

eacutetablie durant le cours et au diagramme de Venn de la synthegravese soustractive et

les adaptent aux items preacutesenteacutes

Exercice 4

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- mettre en perspective la distinction entre synthegravese additive et

soustractive en terme de lsquorsquo‛naturersquo‛rsquo‛ de la couleur (couleurs matiegraveres vs

couleurs lumiegraveres)

Cet exercice requiert des eacutelegraveves qursquo‛ils mobilisent leur faculteacute drsquo‛analyse (niveau

taxonomique plutocirct eacuteleveacute) pour expliquer les diffeacuterences entre les

repreacutesentations de la couleur en arts visuels et en physique Le but est qursquo‛ils

reconnaissent qursquo‛il srsquo‛agit dans le premier cas de la synthegravese soustractive et dans

le second cas de la synthegravese additive

Exercice 5

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutevoir la couleur perccedilue drsquo‛un objet en fonction des lumiegraveres coloreacutees

projeteacutees et coder le pheacutenomegravene

Les eacutelegraveves appliquent la modeacutelisation drsquo‛une lumiegravere coloreacutee sur un objet coloreacute

pour deacuteterminer la couleur perccedilue du drapeau franccedilais Cette question fait

reacutefeacuterence agrave un niveau taxonomique bas Puis ils trouvent la lumiegravere coloreacutee qui

permet de voir les deux drapeaux preacutesenteacutes de la mecircme couleur Ils trouveront

cette reacuteponse en modeacutelisant les lumiegraveres coloreacutees sur lrsquo‛objet de couleur

Plusieurs scheacutemas sont neacutecessaires pour trouver la reacuteponse Crsquo‛est une question

taxonomiquement haute qui demande aux eacutelegraveves de faire une synthegravese

Exercice 6

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet de la lumiegravere coloreacutee sur un objet et en deacuteduire la

couleur perccedilue

- justifier sa reacuteponse avec des mots en faisant la synthegravese des diffeacuterents

concepts vus dans la seacutequence de cours

Les eacutelegraveves doivent comprendre ce qursquo‛ils lisent et deacuteterminer la couleur propre du

haut du cambrioleur Cette question est taxonomiquement haute elle demande de

lrsquo‛analyse Puis ils justifient leur reacuteponse par le modegravele de lrsquo‛effet de la lumiegravere

coloreacutee sur un objet Cette question est drsquo‛un niveau taxonomique infeacuterieur

drsquo‛application Finalement ils deacuteterminent pourquoi la description de la jeune fille

ne correspond pas agrave la couleur propre en faisant le lien avec la synthegravese

soustractive demandant un niveau taxonomiquement tregraves eacuteleveacute la synthegravese

Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

4 Argumentation scientifique Nous avons choisi de construire notre seacutequence de cours de maniegravere agrave ce qursquoelle srsquoinscrive dans une deacutemarche constructiviste de type piageacutetienne Dans cette deacutemarche lrsquoenseignant anticipe les conceptions erroneacutees que les eacutelegraveves peuvent avoir puis eacutetablit une situation-shyproblegraveme permettant ideacutealement de deacuteconstruire ces repreacutesentations incomplegravetes puis finalement drsquoen construire de nouvelles plus justes Dans ce qui suit nous allons deacutefinir ces diffeacuterents concepts mis en eacutevidence puis expliciter la maniegravere dont nous les avons pris en compte dans notre planification

41 Les conceptions des eacutelegraveves et les situations-shyproblegravemes

411 Deacutefinitions Conception Selon Giordan et al (1994) une conception ou repreacutesentation peut ecirctre consideacutereacutee comme une ideacutee un objet ou un eacutevegravenement qui aide lrsquoeacutelegraveve agrave comprendre le monde qui lrsquoentoure Elle est le fruit de son expeacuterience personnelle dans laquelle il va puiser pour comprendre les nouveaux savoirs que lrsquoon va chercher agrave lui inculquer Elle peut ecirctre consideacutereacutee comme une connaissance ldquodeacutejagrave-shylagraverdquo acquise dans un certain contexte par lrsquoapprenant et qui peut ecirctre correcte ou erroneacutee Les mauvaises conceptions (ou misconception en anglais) peuvent donc ecirctre deacutecrites comme des ideacutees qui proviennent drsquoune mauvaise compreacutehension drsquoobjets ou eacutevegravenements Elles sont issues principalement de lrsquoenvironnement avec lequel lrsquoeacutelegraveve interagit et du contexte dans lequel il se situe mais elles deacutecoulent eacutegalement des systegravemes seacutemiotiques mis en oeuvre Ces derniers sont abordeacutes plus en deacutetail dans ce qui suit Seacutemiologie En seacutemiologie (lrsquoeacutetude des systegravemes de signes) une repreacutesentation (ou un signe) est double elle est doteacutee drsquoun signifiant et drsquoun signifieacute (de Saussure 1916) Le signifiant qui fait lrsquoobjet de la seacutemiologie deacutesigne la forme et laspect du signe tandis que le signifieacute eacutetudieacute dans le cadre de la seacutemantique deacutesigne le concept eacutevoqueacute par le signe A partir du moment ougrave le signe possegravede plusieurs signifieacutes il devient symbole et crsquoest ainsi que les incompreacutehensions peuvent survenir Selon R Duval (1995) le concept de laquo registre seacutemiotique raquo permet de distinguer les repreacutesentations qui relegravevent de diffeacuterents registres ou types visuels numeacuteriques graphiques symboliques formels scheacutematiques etc En didactique ce concept est fondamental car les diffeacuterences de registre au sein drsquoune mecircme repreacutesentation ou drsquoun

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modegravele peut induire des difficulteacutes de lecture Ils risquent drsquoajouter des difficulteacutes suppleacutementaires en empecircchant les eacutelegraveves de se focaliser sur le problegraveme poseacute par lrsquoactiviteacute et les menant agrave formuler des conclusions diffeacuterentes de celles attendues par lrsquoenseignant Crsquoest pour cela qursquoun choix pertinent de registre seacutemiotique facilite la compreacutehension du concept introduit Dans notre cours un exemple typique que nous pouvons donner est la forte ressemblance des diagrammes de Venn pour les synthegraveses additive et soustractive Dans les deux modegraveles les diagrammes sont communeacutement scheacutematiseacutes sous forme circulaire De plus bien que inverseacutees au niveau de leurs superpositions les mecircmes couleurs sont repreacutesenteacutees dans les deux diagrammes Ces similitudes peuvent rendre la diffeacuterenciation complexe pour les eacutelegraveves Crsquoest pourquoi nous avons estimeacute important drsquoapporter un changement agrave la repreacutesentation de ces diagrammes Ainsi dans lrsquoune de nos fiches de synthegravese nous avons preacutefeacutereacute utiliser des formes rectangulaires plutocirct que circulaires pour repreacutesenter la synthegravese soustractive car cette forme eacutevoque plus fortement le filtre et ainsi lrsquoabsorption de la lumiegravere Cadre de rationaliteacute origine des conceptions En srsquoappuyant sur les travaux de R Douady (1984) A Lerouge (1992) deacutefinit laquo un cadre de rationaliteacuteraquo comme laquoun ensemble coheacuterent de fonctionnement de la penseacuteeraquo caracteacuteriseacute principalement par les composantes suivantes

1 Les objets du cadre dans notre cas il peut srsquoagir de peinture de feuille de papier de lampes de poche de filtres etc

2 Le type de processus de conceptualisation Dans un cadre scientifique il peut srsquoagir drsquoun processus par modeacutelisation ou par expeacuterimentation par exemple

3 Les registres seacutemiotiques que nous avons traiteacutes plus haut Les conceptions des eacutelegraveves et les conflits de perceptions en reacutesultant sont issus des diffeacuterents cadres de rationaliteacute dans lesquels ils eacutevoluent Ce sont les cadres familiers (personnel) et culturels (eacutecole) qui sont responsable de ces conceptions et repreacutesentations mentales tantocirct concourantes tantocirct inexistantes voire erroneacutees Elles se manifestent principalement agrave travers la seacutemiotique Les eacutelegraveves eacuteprouvent de la difficulteacute agrave repreacutesenter des objets issus de registres seacutemiotiques diffeacuterents ou encore agrave simplement les reconnaicirctre Dans le contexte de notre seacutequence sur les couleurs ces cadres de rationaliteacute sont centraux En effet crsquoest dans son quotidien et donc dans son cadre familier que lrsquoeacutelegraveve va deacutecouvrir la notion de couleur notamment par le biais de la peinture ou drsquoobservation drsquoarc-shyen-shyciel Cette deacutecouverte qui a souvent lieu tregraves tocirct dans la vie de lrsquoenfant ne fera pourtant pas pour autant lrsquoobjet de questionnement sur le pheacutenomegravene de perception des couleurs La notion de cadre culturel ou scolaire quand agrave elle peut ecirctre eacutetendue dans notre cas agrave deux sous-shycateacutegories de cadres culturels diffeacuterents qui vont ecirctre agrave lrsquoorigine de conceptions erroneacutees ou incomplegravetes Premiegraverement il y a le cadre que nous appelons laquo arts visuelsraquo et qui a ses propres regravegles de rationaliteacutes Les cours de dessin ou drsquoactiviteacutes creacuteatrices en sont de parfaits exemples car crsquoest dans ce cadre que les eacutelegraveves vont premiegraverement aborder la

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theacutematique des couleurs primaires et de leurs meacutelanges Mais cette theacutematique est eacutegalement abordeacutee dans le cadre laquophysiqueraquo agrave travers les expeacuteriences de deacutecomposition de la lumiegravere ou de superposition de lumiegraveres coloreacutees Ainsi nous retrouvons trois cadres de rationaliteacute concourants (familier physique arts visuels) dans lesquels les eacutelegraveves eacutevoluent et qui engendrent indubitablement des conceptions erroneacutees sur la lumiegravere et les couleurs puisque les eacutelegraveves ne sont pas ameneacutes agrave les diffeacuterencier dans chacun des cadres Et comme la communication entre les diffeacuterents cadres nrsquoest pas eacutetablie le lien agrave faire entre les diffeacuterentes conceptions issues de ces cadres est agrave la charge de lrsquoeacutelegraveve ce qui repreacutesente une lourde responsabiliteacute dans son apprentissage Astolfi (2008) appelle eacutegalement ces conceptions issues de diffeacuterents cadres des ldquotrames conceptuelles rdquoqui peuvent ecirctre deacutefinies comme ldquoun ensemble de concepts-shycleacutes propres agrave un domaine et logiquement hieacuterarchiseacutes entre eux qui structurent les disciplines et engendrent des situations-shyproblegravemesrdquo Mais encore on verra eacutemerger des problegravemes de contrat didactique dans chacun des cadres lrsquoeacutelegraveve va tenter de donner une reacuteponse qui va satisfaire lrsquoenseignant sans pour autant ecirctre ameneacute agrave confronter ses conceptions

Situation-shyproblegraveme Pour de Vecchi (2006) une situation-shyproblegraveme est une activiteacute qui consiste agrave mettre lrsquoeacutelegraveve dans une situation ougrave il va ecirctre ameneacute agrave eacutelaborer des strateacutegies de reacutesolution de problegraveme Lrsquoun des points cleacutes des situations-shyproblegravemes est qursquoelles eacutetablissent un lien eacutetroit entre les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves En drsquoautres termes une situation-shyproblegraveme est construite de telle sorte que les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave remettre en question des repreacutesentations actuelles qui srsquoavegraverent erroneacutees agrave les deacuteconstruire pour en construire de nouvelles Ainsi dans une deacutemarche de type constructiviste lrsquoeacutelegraveve construit son savoir en renversant ses anciennes conceptions Une situation-shyproblegraveme nrsquoest donc pas une deacutemarche ponctuelle dans laquelle lrsquoeacutelegraveve devra reacutesoudre une liste drsquoexercices teacuteleacuteguideacutee par lrsquoenseignant Ce qui justifie lrsquoefficaciteacute des situations problegravemes est qursquo laquoapprendreraquo ne consiste pas agrave cumuler les savoirs mais agrave en construire et agrave en deacuteconstruire

Une situation-shyproblegraveme doit comprendre plusieurs eacuteleacutements

-shy Un objectif-shyobstacle Pour Meirieu (1987) un objectif-shyobstacle est ldquoun objectif dont lrsquoacquisition permet au sujet de franchir un palier deacutecisif de progression en modifiant son systegraveme de repreacutesentation et en le faisant acceacuteder un niveau supeacuterieur de formulation rdquo Dans notre cas lrsquoeacutelegraveve pense que tous les meacutelanges de 3 couleurs primaires (de peinture ou de lumiegravere) vont donner le mecircme reacutesultat La distinction entre synthegraveses additive et soustractive nrsquoest pas connue des eacutelegraveves De plus projeter de la lumiegravere monochromatique sur un objet drsquoune certaine couleur ne donne pas toujours la mecircme couleur Lrsquoexemple avec le drapeau (activiteacute 4) est parlant

-shy Une situation centreacutee sur cet obstacle prenant en compte une deacutemarche expeacuterimentale ou une deacutemarche de modeacutelisation Dans notre cours les deux deacutemarches sont mises en oeuvre mais notre deacutemarche principale est la modeacutelisation Les eacutelegraveves vont effectivement ecirctre ameneacutes agrave eacutemettre des hypothegraveses manipuler reacutecolter des reacutesultats et les confronter agrave

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leurs hypothegraveses mais il srsquoagit surtout drsquoune deacutemarche de modeacutelisation car les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave creacuteer des scheacutemas dans plusieurs exercices

-shy Une probleacutematisation et la deacutevolution on probleacutematise la conception erroneacutee en introduisant une situation-shyproblegraveme crsquoest-shyagrave-shydire qursquoon construit un problegraveme centreacute sur lrsquoobstacle La surprise face agrave une situation incoheacuterente va intriguer lrsquoeacutelegraveve exciter sa motivation et le pousser agrave vouloir srsquoimpliquer dans le problegraveme ce qui va aider sa deacutevolution Brousseau (1998) qualifie la notion de deacutevolution par le ldquo processus par lequel lenseignant parvient agrave placer leacutelegraveve comme simple actant dans une situation a-shydidactique (agrave modegravele non didactique) Il cherche par lagrave agrave ce que lrsquoaction de lrsquoeacutelegraveve ne soit produite et justifieacutee que par les neacutecessiteacutes du milieu et par ses connaissances et non par lrsquointerpreacutetation des proceacutedeacutes didactiques du professeurrdquo Pour enrocircler les eacutelegraveves et les aider agrave identifier la probleacutematique en met on place une situation deacuteclenchante Dans notre cas lrsquoexemple avec le meacutelange de peinture et de lumiegraveres coloreacutees est un parfait exemple de situation deacuteclenchante car les eacutelegraveves ne sattendent probablement pas par exemple agrave ce que le meacutelange de vert et bleu donne du cyan ou encore qursquoon perccediloive un citron noir lorsque lrsquoon projette de la lumiegravere bleue sur ce celui-shyci

412 La prise en compte des conceptions des eacutelegraveves dans notre seacutequence La theacutematique de la lumiegravere et des couleurs est complexe et comprend de nombreux concepts difficiles agrave assimiler En effet bon nombre de personnes ont des repreacutesentations erroneacutees qui peuvent rester profondeacutement ancreacutees Parmi les conceptions erroneacutees les plus communes on retrouve selon le site internet des MER

La lumiegravere blanche est sans couleur pure quand la lumiegravere blanche passe dans un prisme ou traverse un filtre de la couleur lui est ajouteacutee

La lumiegravere blanche nous permet de voir la vraie couleur des objets laquoMa feuille est blanche parce que je nai pas ajouteacute dautres couleurs agrave celle-shyciraquo

Les couleurs sont lieacutees agrave des proprieacuteteacutes de lrsquoobjet exclusivement sans reacutefeacuterence agrave la lumiegravere qui eacuteclaire lrsquoobjet Ne dit-shyon pas quun pull est rouge

Confusion entre les couleurs primaires en couleur peinture et en couleur lumiegravere

Dans notre planification nous avons anticipeacute ces conceptions et avons construit notre cours de maniegravere agrave ce qursquoelles soient mises en eacutevidence le plus tocirct possible afin de tenter de les deacuteconstruire agrave travers nos activiteacutes

Ainsi degraves deacutebut de lrsquoactiviteacute 2 les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave une situation-shyproblegraveme dans laquelle ils comprennent qursquoil existe une contradiction entre leur conception de deacutepart sur les meacutelanges de couleurs (issue de leurs cadres de rationaliteacute familier et scolaire lsquorsquoart visuelrsquorsquo) et leurs observations (nouveau cadre lsquorsquophysiquersquorsquo) Crsquoest sur la base de ce conflit cognitif que les diffeacuterentes notions de la seacutequence pourront ecirctre abordeacutees Les autres conceptions sont mises en eacutevidence puis deacuteconstruites agrave travers les diffeacuterentes activiteacutes Par exemple les

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

activiteacutes du chapitre 3 permettent de montrer que la lumiegravere blanche nrsquoest pas pure mais qursquoelle est composeacutee de toutes les couleurs et ce gracircce agrave lrsquoobservation des objets agrave la lumiegravere blanche puis agrave travers un filtre

De plus lrsquoactiviteacute 3 srsquoarticule autour drsquoune conception erroneacutee repeacutereacutee dans certaines classes Bon nombre drsquoeacutelegraveves eacutetaient persuadeacutes qursquoun filtre ne laissait pas passer les lumiegraveres de sa couleur propre car crsquoest la couleur dont est perccedilue le filtre Un conflit cognitif est alors provoqueacute afin de deacuteconstruire cette conception les eacutelegraveves observent que la lumiegravere coloreacutee nrsquoest pas absorbeacutee par le filtre mais qursquoelle se propage bien jusqursquoagrave lrsquoeacutecran blanc

En introduction de lrsquoactiviteacute 4 une nouvelle situation-shyproblegraveme est preacutesenteacutee par le biais drsquoune image montrant que la couleur drsquoun objet peut varier en fonction de la lumiegravere coloreacutee par laquelle il est eacuteclaireacute Elle servira agrave provoquer un conflit cognitif chez les eacutelegraveves car cette situation intervient apregraves une phase drsquohypothegravese reacutepondant agrave la question suivante un objet peut-shyil avoir diffeacuterentes couleurs La reacuteponse donneacutee par lrsquoimage contredira probablement lrsquohypothegravese preacuteceacutedemment formuleacutee et devrait susciter de la curiositeacute chez lrsquoeacutelegraveve et lui donner lrsquoenvie de comprendre le pheacutenomegravene Nous deacutemontrons ensuite tout au long de lrsquoactiviteacute 4 sur les lumiegraveres coloreacutees que crsquoest le pheacutenomegravene drsquoabsorption et de reacuteflection de la lumiegravere qui nous permet de voir la couleur des objets et non pas la lumiegravere blanche Crsquoest donc par le biais de ces deacuteconstructions successives de conceptions que lrsquoenseignant peut guider les eacutelegraveves sur la voie de la reacutesolution du problegraveme de lrsquoorigine de ces contradictions dans le but drsquoeacutetablir le lien entre les diffeacuterents cadres de rationaliteacute

42 Modeacutelisation

421 Deacutefinition

Un modegravele est communeacutement deacutefini comme un objet ou un concept qui va permettre de repreacutesenter la reacutealiteacute de diffeacuterentes maniegraveres Bunge (1974) ou encore Martinand (1994) le deacutefinissent eacutegalement comme un moyen permettant de mettre en relation le monde theacuteorique avec le monde empirique Il peut ecirctre consideacutereacute en quelque sorte comme un monde intermeacutediaire ou une sorte de lunette conceptuelle (Halloun 2004) qui va permettre drsquoobserver des pheacutenomegravenes naturels Un modegravele ne constitue pas la reacutealiteacute mais la repreacutesente en simplifiant certains de ses aspects ce qui peut causer des conflits pour les repreacutesentations cognitives chez lrsquoeacutelegraveve

422 La modeacutelisation dans notre seacutequence Dans notre planification la modeacutelisation est centrale afin de conceptualiser des pheacutenomegravenes complexes comme la composition de la lumiegravere et la perception des couleurs Elle est lrsquooutil qui permet drsquoamener les eacutelegraveves agrave se faccedilonner une repreacutesentation de la deacutecomposition de la lumiegravere blanche de labsorption de la lumiegravere agrave travers les filtres et des synthegraveses additive et soustractive des couleurs

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

De plus elle constitue un objectif de formation meacutethodologique qui va de pair avec toute formation scientifique Crsquoest pourquoi nous avons inclus la modeacutelisation dans les objectifs drsquoapprentissage Dans la terminologie du PER la modeacutelisation correspond agrave lrsquoobjectif geacuteneacuteral MSN37

bull MSN 1525 mdash Modeacuteliser des pheacutenomegravenes naturels techniques sociaux ou des situations matheacutematiques

bull en imaginant et en utilisant divers outils de repreacutesentation (codes scheacutemas graphiques tableauxhellip)

Lrsquoactiviteacute 2 propose aux eacutelegraveves de reporter les couleurs observeacutees sur trois cercles superposeacutes En les coloriant les eacutelegraveves reacutealisent en reacutealiteacute une forme simple de modeacutelisation par un diagramme de Venn de la synthegravese additive Il nous a sembleacute pertinent drsquointroduire ce scheacutema de cette maniegravere car ainsi les eacutelegraveves comprennent reacuteellement qursquoil correspond agrave la lumiegravere projeteacutee et superposeacutee sur un eacutecran En derniegravere partie drsquoactiviteacute les eacutelegraveves se familiarisent avec un logiciel de modeacutelisation de la synthegravese additive 3

Lrsquoutilisation drsquoun modegravele dans ce cas est indispensable pour des raisons pratiques Il serait en effet tregraves difficile de faire des observations similaires avec un dispositif reacuteel constitueacute de projecteurs et drsquoun eacutecran comme dans la premiegravere partie drsquoactiviteacute Nous avons veilleacute agrave choisir un logiciel simple drsquousage sur lequel seules deux manipulations sont possibles allumereacuteteindre les projecteurs et varier leurs intensiteacutes Ainsi il est possible pour les eacutelegraveves de faire rapidement et sans difficulteacutes de lrsquoordre du registre seacutemiotique la deacuteduction attendue les diffeacuterentes couleurs srsquoobtiennent par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

Dans lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves sont ameneacutes agrave modeacuteliser lrsquoeffet drsquoun filtre sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee Ils ancrent ainsi le fonctionnement drsquoun filtre dans leur apprentissage et deacuteveloppent une meacutethodologie systeacutematique dans la reacutesolution de problegravemes mettant en scegravene des filtres Gracircce au modegravele deacuteveloppeacute les eacutelegraveves deacuteconstruisent deacutefinitivement leur eacuteventuelle conception erroneacutee selon laquelle un filtre absorberait sa propre couleur Lrsquoactiviteacute 43 a pour but que les eacutelegraveves modeacutelisent les pheacutenomegravenes de reacutefraction et drsquoabsorption en justifiant leur reacuteponse par un modegravele de reacuteponse Ce dernier comprend les couleurs RVB qui se reflegravetent ou qui sont absorbeacutees par une surface Ainsi lrsquoeacutelegraveve peut trouver une meacutethode systeacutematique de reacuteponse en testant les diffeacuterentes couleurs Gracircce agrave cette modeacutelisation et agrave celle de lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves comprennent que les fonctionnements des filtres et des lumiegraveres coloreacutees sont fondeacutes sur le mecircme principe

3(httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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43 Deacutemarche expeacuterimentale

431 Deacutefinition Pour de Vecchi il est important de ne pas confondre les notions lieacutees agrave lrsquoexpeacuterimental qui sont les suivantes

-shy Une deacutemarche scientifique nrsquoest pas exclusive au domaine des sciences expeacuterimentales mais peut aussi ecirctre mobiliseacutee dans les sciences humaines socialeshellip Elle utilise drsquoautres outils que lrsquoexpeacuterimentale Toute recherche digne de ce nom est de nature scientifique

-shy La meacutethode expeacuterimentale eacutequivaut plutocirct agrave un plan agrave suivre un mode drsquoemploi ou agrave une marche agrave suivre qui suit un ordre strict que lrsquoon peut aussi appeler protocole Par exemple parmi les plus ceacutelegravebres protocoles nous retrouvons celui de Claude Bernard (1865) que lrsquoon abregravege par les initiales OHERIC qui correspondent agrave observation hypothegravese expeacuterience reacutesultats interpreacutetation et conclusion De maniegravere geacuteneacuterale il srsquoagit du protocole caricatural que lrsquoon emploie le plus souvent dans les salles de classes

-shy Une deacutemarche expeacuterimentale est une approche plus reacutealiste moins stricte et integravegre

une approche plus tacirctonnante Il nrsquoest pas constitueacute drsquoeacutetapes preacutedeacutetermineacutees et est donc moins affecteacutee par les directives de lrsquoenseignant Il peut donc laisser des liberteacutes dans la maniegravere de reacutesoudre le problegraveme

432 La deacutemarche expeacuterimentale dans notre seacutequence Dans notre seacutequence la meacutethode expeacuterimentale est preacutesente de maniegravere partielle du scheacutema caricatural OHERIC nous nous inteacuteressons en particulier aux phases drsquoobservation et drsquoeacutemission drsquohypothegraveses Crsquoest pourquoi nous parlons donc plutocirct de ldquodeacutemarche expeacuterimentalerdquo En effet tout au long des diffeacuterentes activiteacutes il est reacuteguliegraverement demandeacute aux eacutelegraveves de formuler une hypothegravese agrave partir de leurs connaissances au preacutealable puis de faire de nouvelles observations en contexte expeacuterimental Crsquoest sur la base de ces derniegraveres qursquoils pourront reacutealiser leurs deacuteductions sur le pheacutenomegravene en question et construire de nouvelles conceptions Dans lrsquoactiviteacute 2 ce type de deacutemarche est central pour la creacuteation de la premiegravere situation-shyproblegraveme Par la suite la deacutemarche permet de guider les eacutelegraveves dans le processus de deacuteduction du fonctionnement geacuteneacuteral des diffeacuterents pheacutenomegravenes Dans lrsquoactiviteacute 41 par exemple les pheacutenomegravenes agrave deacuteduire sont la synthegravese soustractive et le fonctionnement de la lumiegravere coloreacutee Lrsquoemploi drsquoobjets familiers permet un ancrage dans le quotidien

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Dans lrsquoactiviteacute 3 lrsquoeacutetude de lrsquoeffet des filtres constitue agrave son tour un deacutemarche expeacuterimentale En effet les eacutelegraveves doivent tout drsquoabord eacutemettre leurs hypothegraveses puis les veacuterifient par lrsquoexpeacuterimentation et ses reacutesultats provoquant probablement un conflit cognitif avant drsquoen conclure lrsquoeffet drsquoun filtre Dans lrsquoactiviteacute 42 nous retrouvons toujours le mecircme principe de deacutemarche expeacuterimentale Les eacutelegraveves formulent des hypothegraveses sur la couleur perccedilue de diffeacuterents mots coloreacutes eacuteclaireacutes par une lumiegravere coloreacutee puis les veacuterifient lors de la phase drsquoobservation La confrontation entre leurs attentes lieacutees agrave leurs conceptions et la reacutealiteacute creacutee le conflit cognitif rechercheacute

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5 Conclusion Pour seacutelectionner notre thegraveme et eacutelaborer notre seacutequence nous nous sommes fondeacutes sur les objectifs du PER et crsquoest sur lrsquooptique que notre choix srsquoest porteacute Le savoir savant auquel nous nous sommes reacutefeacutereacutes comprend principalement des concepts lieacutes agrave la lumiegravere tels que les photons les ondes eacutelectromagneacutetiques ainsi que les spectres drsquoeacutemission et drsquoabsorption Nous avons transposeacute ce savoir en un savoir enseignable par le biais drsquoun travail de contextualisation et de reacuteadaptation Nous avons eacuteteacute ameneacutes agrave remplacer des modegraveles scientifiques (par exemple les modegraveles de synthegraveses additive et soustractive) par des modegraveles accessibles agrave un niveau scolaire et agrave changer les conditions drsquoeacutemergence des problegravemes Ainsi notre travail de transposition consistait agrave montrer aux eacutelegraveves la partie eacutemergeacutee de lrsquoiceberg du concept de couleur le reacutesultat apparent plutocirct que lrsquoorigine eacutelectromagneacutetique Tout au long de la seacutequence et par le biais de situations-shyproblegravemes et de diffeacuterentes eacutetapes de reacutesolution des activiteacutes les eacutelegraveves ont eacuteteacute guideacutes dans le processus de construction de leur apprentissage En nous focalisant sur les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves nous avons eacutelaboreacute nos exercices de maniegravere agrave proposer des situations deacuteclenchantes afin de faciliter le transfert de la responsabiliteacute de la reacutesolution des problegravemes aux eacutelegraveves Cette derniegravere srsquoeffectue par des deacutemarches drsquoexpeacuterimentation mais surtout de modeacutelisation

Dans notre sceacutenario les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave deux types de donneacutees theacuteoriques et empiriques Drsquoune part ils ont agrave disposition deux theacuteories principales la premiegravere est que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs de lrsquoarc-shyen-shyciel tandis que la seconde deacutecrit l a maniegravere dont la couleur drsquoun objet deacutepend des couleurs qursquoil va absorber Drsquoautre part ils disposent de donneacutees empiriques qursquoils sont ameneacutes agrave reacutecolter en superposant des lumiegraveres de diffeacuterentes couleurs en meacutelangeant de la peinture et en projetant de la lumiegravere coloreacutee sur diffeacuterents objets coloreacutes Dans le cadre drsquoune deacutemarche drsquoexpeacuterimentation ils ont eacutemis des hypothegraveses observeacute manipuleacute du mateacuteriel utiliseacute des appliquettes en ligne et veacuterifieacute leurs reacutesultats Crsquoest ainsi les modegraveles que nous avons preacutesenteacutes et que les eacutelegraveves ont eacutelaboreacutes vont ecirctre des ponts qui vont relier le monde theacuteorique et le monde empirique Par ailleurs nous avons eacuteteacute attentifs agrave la seacutemiotique lors de nos choix des repreacutesentations utiliseacutees nous nous sommes reacutefeacutereacutes agrave la notion de registre seacutemiotique afin drsquoeacutelaborer des scheacutemas nrsquoengendrant pas de difficulteacutes de lecture chez les eacutelegraveves

Nous avons analyseacute lrsquoorigine des conceptions erroneacutees et avons remarqueacute qursquoelles eacutetaient principalement dues agrave des repreacutesentations concourantes engendreacutees par les diffeacuterents contextes et cadres de rationaliteacutes dans lesquelles les eacutelegraveves eacutevoluent Notre sceacutenario permet aux eacutelegraveves drsquoeacutetablir des liens entre ces diffeacuterents cadres et de construire une nouvelle repreacutesentation de la couleur celle drsquoun objet de la physique

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6 Bibliographie

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Meirieu P Avanzin Gi (1987) Apprendre oui mais comment Edition ESF Verret M (1975) Le temps des eacutetudes (Vols 1ndash2) Lille France Atelier Reproduction des thegraveses

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Page 5: Physique Optique Lescouleurs · Sciences naturelles Les couleurs 10 11 Harmos 1.Introduction Comme nous allons le détailler dans le chapitre 4, les conceptions erronées des élèves

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Deacutesyncreacutetisation Il srsquoagit de la division et de la deacutelimitation du savoir

Axiologisation Seacutelection du savoir selon sa pertinence son utiliteacute et sa laquo valeur raquo agrave des fins eacuteducatives

Programmation Il srsquoagit de lrsquoordre de la preacutesentation du savoir dans lrsquoenseignement et lrsquoordre de son apprentissage

Enfin cet ensemble de processus peut entraicircner une dogmatisation du savoir la rendant immuable deacutecontextualiseacute et deacutetacheacute de lrsquointerdisciplinariteacute

111 Un savoir savant

Nous nous fondons sur le manuel de physique de Joseph Kane et Sternheim (1989) et du livre drsquoAndreacute Brahic et Isabelle Grenier (2008) Les lumiegraveres drsquoeacutetoiles La lumiegravere deux modegraveles La lumiegravere peut ecirctre interpreacuteteacutee de deux maniegraveres diffeacuterentes

Drsquoune part elle est consideacutereacutee comme une particule eacuteleacutementaire appeleacutee photon faisant partie de la famille des leptons et ne posseacutedant theacuteoriquement pas de masse

Drsquoautre part on dit que la lumiegravere possegravede un comportement ondulatoire elle est consideacutereacutee comme une onde eacutelectromagneacutetique car celle-shyci est le reacutesultat drsquoun champ eacutelectrique coupleacute agrave un champ magneacutetique sur deux plans

Ces deux conceptions sont issues drsquoun principe fondamental en physique quantique appeleacute principe de dualiteacute onde-shycorpuscule un principe selon lequel la lumiegravere peut ecirctre interpreacuteteacutee de ces deux maniegraveres diffeacuterentes la lumiegravere serait agrave la fois onde et particule Crsquoest en 1924 que Niels Bohr explique par le principe de compleacutementariteacute que tout objet quantique ne peut ecirctre observeacute simultaneacutement sur les deux plans Crsquoest le cas de la lumiegravere La ceacutelegravebre expeacuterience des fentes de Young permet de lrsquoillustrer De maniegravere plus concise les modegraveles ondulatoires et corpusculaires sont les deux modegraveles que les scientifiques utilisent pour interpreacuteter la lumiegravere

Le spectre

La lumiegravere si elle est eacutemise selon une freacutequence drsquoonde puisqursquoil srsquoagit drsquoune onde eacutelectromagneacutetique adopte une couleur particuliegravere parfois non visible par lrsquoœil humain agrave des freacutequences extrecircmes Agrave chaque freacutequence correspond une certaine couleur que lrsquoon appelle couleur monochromatique

Les basses freacutequences sont de couleurs bleues tandis que les hautes freacutequences sont de couleurs rouges La deacutecomposition de la lumiegravere blanche permet drsquoobtenir toutes les couleurs de lrsquoarc-shyen-shyciel On dit que la lumiegravere blanche possegravede un spectre continu par le fait que lrsquoon passe drsquoun couleur agrave lrsquoautre en permanence en changeant graduellement de nuance

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Le spectre drsquo eacutemission et drsquo absorption drsquoun eacuteleacutement chimique sont les spectres de freacutequences de rayonnements eacutelectromagneacutetiques (lumiegravere) eacutemis et absorbeacutes dus agrave un changement drsquoeacutetat drsquoexcitation drsquoun eacutelectron de lrsquoeacuteleacutement en question

Pour passer drsquoun eacutetat fondamental agrave un niveau supeacuterieur ou en changeant de couche eacutelectronique si lrsquoon se reacutefegravere au modegravele de Bohr lrsquoeacutelectron absorbe un photon qui lui apporte lrsquoeacutenergie neacutecessaire pour changer drsquoeacutetat Crsquoest un pheacutenomegravene que lrsquoon observe lorsque de la lumiegravere traverse un milieu mateacuteriel les eacuteleacutements chimiques de ce milieu absorbant certaines longueurs drsquoonde Lrsquoensemble de ces freacutequences drsquoondes absorbeacutees correspond au spectre drsquoabsorption de lrsquoeacuteleacutement et lrsquoabsorption deacutepend de la composition atomique de la matiegravere et drsquoautres facteurs

En repassant agrave un son eacutetat fondamental il reacuteeacutemet cette eacutenergie sous forme de photons Lrsquoensemble de ces freacutequences drsquoondes eacutemises correspond au spectre eacutemission de lrsquoeacuteleacutement La freacutequence de lrsquoonde eacutemise deacutepend de lrsquoeacutenergie de transition

Il existe plusieurs eacutetats drsquoexcitation possibles pour un eacuteleacutement et donc plusieurs transitions possibles pour ce mecircme eacuteleacutement Ainsi un eacuteleacutement peut absorber ou eacutemettre plusieurs rais (lumiegravere monochromatique) correspondant agrave une certaine freacutequence drsquoonde Les spectres drsquoabsorption et drsquoeacutemission sont compleacutementaires si on les superpose on obtient le spectre continu

Source httpscommonswikimediaorgwikiFileSpectre_C3A9lectromagnC3A9tiquepng

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112 Un savoir transposeacute

Deacutepersonnalisation Le savoir agrave enseigner tel quil apparaicirctra dans nos activiteacutes ne fait pas reacutefeacuterence agrave des expeacuteriences ou agrave des observations preacutecises ni agrave des scientifiquesCrsquoest un travail qui est neacutecessaire afin drsquoeffacer les erreurs et les reacuteflexions inutiles pour rendre le savoir enseignable Nous ne ferons en aucun cas reacutefeacuterences agrave des noms comme Planck Young Newton Einstein Bohr etchellip Les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave deacutecouvrir les savoirs lieacutes agrave la lumiegravere et agrave la couleur par eux-shymecircmes agrave lrsquoaide de nos activiteacutes Deacutecontextualisation et recontexualisation Les savoirs lieacutes aux concepts de lumiegravere et de couleur que nous avons eacutevoqueacutes plus haut vont ainsi ecirctre deacutecontextualiseacutes La lumiegravere ne sera pas consideacutereacutee comme une particule (photon) non plus comme une onde eacutelectromagneacutetique car tous les savoirs lieacutes aux ondes ne sont plus traiteacutes en matheacutematiques (trigonomeacutetrie) dans le PER En conseacutequence le terme de laquospectreraquo ne sera eacutegalement pas utiliseacute pour parler de couleur Lrsquoeacutenergie telle qursquoelle est deacutefinie agrave ce niveau drsquoenseignement crsquoest-shyagrave-shydire comme eacutetant synonyme de chaleur ne peut en aucun cas ecirctre mise en parallegravele avec la notion de couleur En contrepartie le savoir que nous allons introduire sera recontextualiseacute Nous changeons lrsquoorigine du problegraveme en passant de la question ldquo Quelle est lrsquoorigine de la couleur rdquo agrave ldquoQuelles sont les diffeacuterences dans le meacutelange de couleursrdquo Nous parlerons donc de synthegravese additive de synthegravese soustractive (mais aussi de filtres et de couleurs drsquoobjets) agrave la place de spectre drsquoeacutemission et drsquoabsorption qui sont tout agrave fait repreacutesentatifs de ces modegraveles savants agrave un niveau scolaire Ainsi la transposition srsquoopegravere ici par le choix des modegraveles Nous nous concentrons donc sur ce qui est apparent aux yeux de lrsquoapprenant au lieu de se focaliser sur la nature eacutelectromagneacutetique de la couleur Enfin le rayon sera le principal modegravele qui sera utiliseacute pour repreacutesenter la lumiegravere et sa trajectoire rectiligne Lrsquoexpeacuterimentation et la modeacutelisation principalement seront des supports qui vont aider agrave transposer le savoir Deacutesyncreacutetisation Comme nous lrsquoavons dit il srsquoagit de la division et de la deacutelimitation du savoir On distingue ainsi notre seacutequence de physique du cours drsquoarts visuels en marquant les diffeacuterences Nous deacutevelopperons cette partie dans les cadres de rationaliteacutes

Axiologisation Nous ne reprenons pas toutes les notions de la physique afin de transmettre les valeurs principales qui sont neacutecessaires agrave des fins eacuteducatives Les raisons qui nous amegravene agrave enseigner ce cours drsquooptique sur les couleurs est la compreacutehension du monde des couleurs La pertinence et les finaliteacutes des objectifs sont deacutecrites dans le prochain paragraphe

Programmation Lrsquoordre des theacutematiques est la suivante synthegravese soustractive synthegravese additive couleur des objets sous une lumiegravere coloreacutee couleur des objets agrave travers un filtre Lrsquoordre est choisi en fonction de la complexiteacute des theacutematiques En effet les activiteacutes sur la couleur perccedilue drsquoun objet demande des capaciteacutes de reacuteflexion plus importantes que pour la

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synthegravese additive et soustractive Les savoirs se construisant sur drsquoautres savoirs il est ainsi primordial de commencer par les diffeacuterents types de meacutelange de couleurs pour passer agrave un niveau plus complexe Nous deacutetaillons lrsquoordre de la seacutequence dans ldquoSynopsis deacutetailleacute de la seacutequence et instructions pour les enseignants

113 Place dans le PER et objectifs drsquoapprentissage La theacutematique que nous avons choisie est traiteacutee selon le Plan drsquoeacutetude romand entre la 10egraveme et la 11egraveme anneacutee Harmos et srsquoinscrit dans lrsquoobjectif geacuteneacuteral MSN 36 ana lyser des pheacutenomegravenes naturels et des technologies agrave laide de deacutemarches caracteacuteristiques des sciences expeacuterimentales en utilisant un modegravele pour expliquer etou preacutevoir un pheacutenomegravene naturel ou le fonctionnement dun objet technique Le PER preacutevoit pour la seacutequence seacutelectionneacutee le deacuteveloppement de la compeacutetence 1

geacuteneacuterale suivante ldquolrsquoeacutelegraveve est capable drsquointerpreacuteter la couleur perccedilue dun objet agrave laide du modegravele trichromique en eacutetablissant des liens avec larc-shyen-shyciel et les meacutelanges de couleurs en peinturerdquo Pour ce faire le PER donne pour indication peacutedagogique que leacutelegraveve expeacuterimente lui-shymecircme la part objective et la part subjective de ce quil perccediloit de la couleur dun objet et qursquoil soit ainsi ameneacute agrave diffeacuterencier clairement la reacutealiteacute physique de la repreacutesentation mentale (la couleur comme proprieacuteteacute de lobjet et les meacutelanges de pigments en peinture) quil se fait de la situation Afin de respecter les prescriptions nous avons premiegraverement deacutefini les objectifs speacutecifiques de la seacutequence traiteacutee et nous les avons exprimeacutes en termes de compeacutetences Objectifs speacutecifiques pour la seacutequence Modegravele trichromique -shy synthegravese additive -shy synthegravese soustractive -shy filtres -shy lumiegraveres coloreacutees A lrsquoissue de la seacutequence lrsquoeacutelegraveve est capable dedrsquo

hellip faire la distinction entre source primaire et secondaire de lumiegravere et drsquoutiliser cette notion pour deacuteterminer si la couleur perccedilue a eacuteteacute obtenue par synthegravese additive ou par synthegravese soustractive

hellip deacutefinir et nommer ce que sont les couleurs primaires et compleacutementaires pour les deux types de synthegraveses et preacutevoir les couleurs qui seront perccedilues en fonction de la configuration

hellip expliquer agrave lrsquoaide drsquoun exemple (par ex pixels drsquoordinateurs) ce que signifie synthegravese additive

hellip modeacuteliser les observations de la synthegravese additive et soustractive sous forme drsquoun diagramme de Venn

hellip utiliser des logiciels de modeacutelisation pour eacutemettre des hypothegraveses sur les synthegraveses additive et soustractive

hellip preacutevoir la couleur perccedilue drsquoun objet en fonction de la couleur drsquoune lumiegravere et des filtres utiliseacutes (synthegravese soustractive) et coder le pheacutenomegravene

hellip modeacuteliser lrsquoeffet drsquoun filtre sur une lumiegravere coloreacutee agrave lrsquoaide des codes propres agrave lrsquooptique

1 Plan drsquoeacutetude romand pour lrsquoenseignement des sciences naturelles en 11egraveme anneacutee Harmos (httpswwwplandetudeschwebguestMSN_36)

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hellip preacutevoir la couleur perccedilue drsquoun objet en fonction des lumiegraveres coloreacutees et coder le pheacutenomegravene

hellip modeacuteliser lrsquoeffet de la lumiegravere coloreacutee sur un objet et en deacuteduire la couleur perccedilue

12 Notions preacuterequises Le traitement de la seacutequence choisie neacutecessite de la part des eacutelegraveves certaines notions preacuterequises au sujet de la lumiegravere Ces derniegraveres auront dans lrsquoideacuteal eacuteteacute abordeacutees lors drsquoune double seacuteance preacuteceacutedente Ainsi au deacutebut de la seacutequence de cours preacutesenteacutee dans ce dossier les eacutelegraveves auront eacuteteacute introduits sur les notions suivantes

La lumiegravere est eacutemise par certains objets diffuseacutee ou absorbeacutee par drsquoautres Elle se propage de maniegravere rectiligne

Il existe des sources primaires et secondaires de lumiegravere On ne voit pas la trajectoire de la lumiegravere mais les objets qursquoelle eacuteclaire La lumiegravere blanche est composeacutee drsquoun ensemble de couleurs

Les eacutelegraveves auront deacutecouvert ces diffeacuterentes notions lors drsquoexpeacuteriences mettant agrave lrsquoeacutepreuve leurs repreacutesentations erroneacutees Ils se rendront notamment compte avec lrsquoexpeacuterience de projection de lumiegravere agrave travers de la bueacutee ou de la fumeacutee que lrsquoon ne voit pas directement la lumiegravere mais uniquement les objets qui sont eacuteclaireacutes Un eacuteleacutement probablement surprenant est de deacutecouvrir par lrsquoexpeacuterience du prisme que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs Ils seront ainsi capables drsquoexpliquer un pheacutenomegravene qui leur est familier lrsquoarc-shyen-shyciel Pour notre seacutequence le deacutefi principal est qursquoils deacuteveloppent une compreacutehension du pheacutenomegravene de la perception de la couleur des objets

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2 Synopsis deacutetailleacute de la seacutequence et instructions pour les enseignants Comme notre seacutequence est preacutevue agrave la suite drsquoun premier chapitre drsquointroduction sur la lumiegravere nous ouvrons donc notre cours par le chapitre 2 et par lrsquoactiviteacute 2 Ce chapitre comprend les diffeacuterents objectifs geacuteneacuteraux et speacutecifiques des seacutequences le mateacuteriel requis pour les diffeacuterentes activiteacutes leur deacuteroulement ainsi que des instructions particuliegraveres agrave lrsquoattention des enseignants

21 Activiteacute 2 Le modegravele trichromique et la synthegravese additive Objectif geacuteneacuteral il y a une distinction entre la couleur lsquorsquomatiegraverersquorsquo (peinture) et la couleur lsquorsquolumiegraverersquorsquo

Activiteacute 21 (10 min)

Mateacuteriel

De la peinture des pinceaux du papier

Journaux de protection

Gobelet drsquoeau

Palettes assiettes ou berlingots deacutecoupeacutes en 2 (support pour la peinture)

Deacuteroulement

a) Par groupes les eacutelegraveves font des meacutelanges de couleurs Ceci permet de rappeler ce qursquoils ont appris en arts visuels (couleurs primaires couleurs obtenues par des meacutelanges) Cette premiegravere phase drsquoactiviteacute constitue donc une phase de repecircchage de connaissances essentielles pour appreacutehender la theacutematique

Indications pour lrsquoenseignant

Lrsquoenseignant met agrave disposition des tubes de peinture en veillant agrave ce que ces derniers portent lrsquoindication des noms preacutecis de couleurs qui seront abordeacutees en classe entre autres cyan et magenta Il est important degraves le deacutebut drsquoutiliser ces termes Lors de lrsquoactiviteacute il observe les connaissances des eacutelegraveves en matiegravere de meacutelange de couleurs

Activiteacute 22 (10 min)

Objectifs speacutecifiques agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy preacutedire la couleur perccedilue en fonction des meacutelanges de couleurs RVB -shy deacuteterminer de quelle lumiegravere coloreacutee eacuteleacutementaire est constitueacutee une lumiegravere CMJ

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-shy deacuteterminer que de la lumiegravere blanche peut ecirctre obtenue gracircce agrave 3 couleurs RVB

Mateacuteriel

Les meacutelanges de couleurs de la premiegravere partie drsquoactiviteacute

Trois lampes de couleurs RVB

Un eacutecran blanc

Deacuteroulement

a) Lrsquoenseignant installe le dispositif agrave la vue des eacutelegraveves b) Individuellement les eacutelegraveves remplissent un tableau avec leurs preacutedictions concernant

les couleurs obtenues en superposant diffeacuterentes lumiegraveres On peut srsquoattendre agrave ce qursquoils appliquent leurs preacutedictions agrave ce qursquoils connaissent de la peinture et de ce qursquoil viennent drsquoobserver en deacutebut drsquoactiviteacute Cette eacutetape constitue une phase drsquoeacutemission drsquohypothegraveses

b) Manipulation de lampes par les eacutelegraveves ou deacutemonstration par lrsquoenseignant des couleurs obtenues par superposition de lumiegraveres coloreacutees Le reacutesultat surprendra les eacutelegraveves et sera source drsquoun conflit cognitif

c) Les eacutelegraveves reportent leurs observations dans le tableau de maniegravere agrave souligner le conflit avec leurs preacutedictions Puis ils reacutepondent agrave des questions permettant de mettre en eacutevidence la diffeacuterence de nature (matiegravere puis lumiegravere) des couleurs observeacutees Une autre question permet de mettre en eacutevidence que le meacutelange des trois couleurs donne de la lumiegravere blanche (modegravele trichromique)

d) Sur la base de leurs observations les eacutelegraveves preacutesentent sous forme de diagramme de Venn la synthegravese additive Cette eacutetape permet drsquoentraicircner la modeacutelisation simple agrave partir drsquoobservations

e) Mise en commun de maniegravere interactive lrsquoenseignant interroge les eacutelegraveves et oriente ses questions

Indications pour lrsquoenseignant

Afin de preacutesenter le dispositif aux eacutelegraveves lrsquoenseignant peut allumer un seul des projecteurs Ainsi les eacutelegraveves pourront se faire une ideacutee de la maniegravere dont ils observeront la projection de lumiegravere sur lrsquoeacutecran Selon le mateacuteriel et le temps disponibles lrsquoenseignant fera lui-shymecircme la deacutemonstration ou bien les eacutelegraveves manipulent eux-shymecircme le ou les dispositif(s) Les questions poseacutees agrave la suite du tableau peuvent ecirctre difficiles lrsquoenseignant veillera agrave orienter les eacutelegraveves agrave lrsquoaide du dispositif et en leur posant des questions intermeacutediaires

Activiteacute 23 (20 min)

Objectifs speacutecifiques agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy deacuteduire agrave lrsquoaide drsquoun logiciel de modeacutelisation les regravegles de la synthegravese additive

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-shy expliquer la cause de la preacutesence des trois couleurs RVB dans les pixels en mobilisant les notions apprises preacuteceacutedemment

Mateacuteriel

Quelques ordinateurs avec un accegraves internet Quelques microscopes Logiciel disponible en ligne sur le portail PCCL (Physique chimie collegravege lyceacutee) 2

Deacuteroulement

a) Un problegraveme est poseacute par lrsquoenseignant si lrsquoon obtient du blanc (donc la totaliteacute des couleurs) en superposant les lumiegraveres R V et B comment obtient-shyon une couleur en particulier

b) Par groupe heacuteteacuterogegravenes de 3 ou 4 les eacutelegraveves eacutemettent des hypothegraveses c) Le test des hypothegraveses se fait toujours par groupes gracircce agrave un logiciel de

modeacutelisation de la synthegravese additive offrant la possibiliteacute de varier les intensiteacutes de chaque projecteur Par leurs manipulations les eacutelegraveves sont capables de deacuteduire que les diffeacuterentes couleurs sont obtenues par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

d) Mise en commun en projetant le logiciel sur grand eacutecran e) Les eacutelegraveves observent par groupe des eacutecrans de smartphones au microscope puis ils

mobilisent les notions deacutecouvertes preacuteceacutedemment pour expliquer leurs observations f) Institutionnalisation (cf ci-shydessous)

Indications pour lrsquoenseignant

Le logiciel eacutetant simple drsquoutilisation les eacutelegraveves peuvent faire leurs manipulations sans trop drsquoindications de la part de lrsquoenseignant En revanche selon lrsquoexpeacuterience des eacutelegraveves il sera neacutecessaire de les assister lors des reacuteglages pour lrsquoobservation au microscope Selon le mateacuteriel et le temps disponibles lrsquoenseignant peut eacutegalement preacuteparer lui-shymecircme le dispositif et les eacutelegraveves observent lrsquoeacutecran de smartphone lrsquoun apregraves lrsquoautre

Institutionnalisation activiteacute 2 (10 min)

Une premiegravere institutionnalisation se fait agrave la fin de lrsquoactiviteacute 2 de maniegravere frontale par lrsquoenseignant Partant de lrsquoobservation des eacutecrans de smartphone elle doit porter uniquement sur les objectifs viseacutes par lrsquoactiviteacute et doit introduire les notions de modegravele trichromique et de synthegravese additive Il est inteacuteressant de faire eacutegalement un lien avec les causes biologiques du modegravele trichromique (cocircnes et bacirctonnets de lrsquooeil daltonisme) Lrsquoinstitutionnalisation peut se faire agrave lrsquoaide drsquoune preacutesentation Powerpoint concise etou drsquoun documentaire videacuteo puis les fiches de synthegravese sont distribueacutees pour ecirctre lues agrave la maison et pour servir de support theacuteorique lors des reacutevisions en vue de lrsquoexamen

2 httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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22 Activiteacute 3 qursquoest-shyce qursquoun filtre Objectif geacuteneacuteral La lumiegravere coloreacutee projeteacutee est modifieacutee lorsqursquoelle travers un filtre coloreacute

Activiteacute 31 (20 min)

Objectifs speacutecifiques agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy Formuler une hypothegravese sur la couleur drsquoun faisceau lumineux vu agrave travers un ou plusieurs filtre(s) coloreacute(s)

-shy Modeacuteliser lrsquoaction drsquoun ou plusieurs filtre(s) coloreacute(s) sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee

-shy Eacutenoncer le rocircle drsquoun filtre coloreacute Mateacuteriel

1 eacutecran blanc

3 projecteurs de lumiegravere blanche

3 filtres rouge vert et bleu

Deacuteroulement

a) En pleacutenum lrsquoenseignant effectue un rappel du dernier cours (composition RVB de la lumiegravere blanche) et preacutesente la modeacutelisation utiliseacutee pour la synthegravese additive

b) Lrsquoenseignant preacutesente le dispositif agrave la classe (enlever un filtre montrer qursquoon a bien de la lumiegravere blanche avant le filtre remettre le filtre) puis demande aux eacutelegraveves individuellement drsquoeacutemettre leurs hypothegraveses puis discussion rapide par banc

c) Lrsquoenseignant allume un projecteur apregraves lrsquoautre (en eacuteteignant le preacuteceacutedent agrave chaque fois) et fait noter aux eacutelegraveves les observations et leur demande drsquoeacutemettre par deux une hypothegravese sur le rocircle du filtre

d) Mise en commun en choisissant des groupes donnant une explication contradictoire e) Apregraves avoir formeacute des groupes heacuteteacuterogegravenes de 3-shy4 eacutelegraveves lrsquoenseignant demande

aux eacutelegraveves de modeacuteliser lrsquoeffet du filtre (question 3) f) Mise en commun par projection de 3 travaux diffeacuterents et comportant de bons

eacuteleacutements Correction g) Lrsquoenseignant relance le travail de groupe pour effectuer le dernier exercice h) Lrsquoenseignant ouvre la discussion puis donne la solution experte

Indications pour lrsquoenseignant

Erreur possible un filtre coloreacute ne laisse pas passer sa couleur (peut-shyecirctre parce qursquoon le voit justement de cette couleur donc il absorberait) Lors de travaux de groupe passer dans les bancs pour observer le travail effectueacute ne pas reacutepondre aux questions (sauf incompreacutehension de la consigne) afin drsquoassurer la deacutevolution Avertir briegravevement les eacutelegraveves qui seront ameneacutes agrave preacutesenter leur travaux

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Activiteacute 32 (10 min)

Objectifs speacutecifiques agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy Deacuteduire par lrsquoexpeacuterimentation lrsquoeffet de la superposition de plusieurs filtres -shy Dessiner le diagramme de Venn de la synthegravese soustractive

Mateacuteriel

Une lampe diffusant de la lumiegravere blanche par groupe

Un set de 3 filtres (CMJ) par groupe Deacuteroulement

a) Lrsquoenseignant explique le deacuteroulement de lrsquoactiviteacute puis forme des groupes heacuteteacuterogegravenes de 3-shy4 eacutelegraveves puis leur distribue le mateacuteriel neacutecessaire et laisse aux eacutelegraveves un temps drsquoexpeacuterimentation

b) Mise en commun par un groupe choisi par lrsquoenseignant avec expeacuterimentation au tableau

Indications pour lrsquoenseignant

Plusieurs possibiliteacutes sont agrave preacutevoir selon lrsquoagencement de CMJ dans le diagramme de Venn

Activiteacute 33 (15 min)

Objectifs speacutecifiques agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy Comparer les synthegraveses additive et soustractive par lutilisation drsquoune application Mateacuteriel

1 ordinateur par groupe

(httpwwwostralonet3_animationsswfsynthese_couleursswf)

Deacuteroulement

a) Lrsquoenseignant preacutesente les manipulations agrave effectuer pour arriver sur lrsquoapplication b) Il distribue un ordinateur par banc et laisse les eacutelegraveves travailler et reacutepondre aux

questions c) La correction se fera directement par lrsquoenseignant en guise dinstitutionnalisation

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Indications pour lrsquoenseignant

Cette activiteacute fait office drsquoinstitutionnalisation Il est important de distinguer les deux synthegraveses en preacutesentant clairement leurs utilisations diffeacuterentes

23 Activiteacute 4 La couleur des objets Objectif geacuteneacuteral la couleur drsquoun objet peut ecirctre modifieacutee si on le voit sous une lumiegravere coloreacutee

Introduction (15 min)

1) Question de deacutepart pourquoi perccediloit-shyon des objets de diffeacuterentes couleurs ou Un objet a-shyt-shyil toujours la mecircme couleur Les eacutelegraveves formulent une hypothegravese Ensuite ils confrontent leurs ideacutees avec une videacuteo qui provoque un conflit par rapport agrave ce qursquoils pensaient

2) Lrsquoenseignant preacutesente la theacuteorie le principe dabsorption et de reacutefraction Que se passe-shyt-shyil lorsqursquoon regarde avec une lumiegravere coloreacutee

Activiteacute 41 (10 min)

Objectif speacutecifique agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

Formuler une hypothegravese sur les couleurs des objets vus sous une lumiegravere coloreacutee

Mateacuteriel

Objets de couleurs diffeacuterentes (rouge cyan et jaune)

3 lumiegraveres coloreacutees (magenta vert bleu) Deacuteroulement

a) Lrsquoactiviteacute 41 avec les objets a comme objectif la repreacutesentation de la couleur sous forme de scheacutema et de leur faire deacuteduire progressivement que les objets se comportent comme des filtres

b) Lrsquoenseignant entrepose des objets de couleurs rouge cyan et jaune et des dispositifs eacutemettant des lumiegraveres coloreacutees (magenta vert et bleu) sur une table Lrsquoassociation des objets et des lumiegraveres coloreacutees est rouge-shymagenta cyan-shyvert jaune-shybleu

c) Lrsquoenseignant forme des groupes heacuteteacuterogegravenes de 3 ou 4 personnes d) Puis les eacutelegraveves se rassemblent autour de la table ougrave sont entreposeacutes les objets et

remplissent les deux premiegraveres colonnes du tableau (couleur de lrsquoobjet et couleur de la lumiegravere coloreacutee) Les groupes retournent agrave leur place et commencent agrave formuler leurs hypothegraveses (troisiegraveme colonne)

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

e) Puis les eacutelegraveves sont autoriseacutes agrave reacutecupeacuterer les objets pour qursquoils procegravedent agrave leur manipulation Ils notent ce qursquoils ont observeacute dans la quatriegraveme colonne

f) Ce proceacutedeacute est reacutepeacuteteacute 3 fois

Indications pour lrsquoenseignant

Les objets de couleurs agrave utiliser ne sont pas deacutefinis la liberteacute est laisseacutee agrave lrsquoenseignant de prendre ce qursquoil a agrave disposition mais lrsquoassociation est preacutevue pour qursquoun reacutesultat soit observeacute

Difficulteacutes ne pas faire les liens pour arriver agrave poser une hypothegravese ne plus savoir ce que sont les synthegraveses additives et soustractives

Erreurs possibles poser une hypothegravese fausse mais cette erreur est voulue et provoquera le conflit

attendu ne pas faire le lien avec la synthegravese soustractive vue dans le preacuteceacutedent chapitre et

reacutepondre ldquola synthegravese additiverdquo ne pas deacuteduire que la reacuteflection de la lumiegravere coloreacutee sur un objet fonctionne comme

un filtre Relances

lrsquoenseignant fait le test devant la classe en modeacutelisant le pheacutenomegravene renvoie au scheacutema de reflection revu en theacuteorie au deacutebut du cours utilise la modeacutelisation avec lrsquoordinateur ougrave lrsquoon peut doser les filtres met en parallegravele le filtre et la lumiegravere coloreacutee pour que le lien entre les deux

pheacutenomegravenes soit fait

Activiteacute 42 (25 min)

Objectif speacutecifique agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy Formuler une hypothegravese sur les couleurs des objets vus sous une lumiegravere coloreacutee Mateacuteriel

Feuilles blanches et coloreacutees

Peinture de couleurs

Journaux de protection

2 pinceaux par groupe

Gobelet drsquoeau

Palettes assiettes ou berlingot deacutecoupeacute en 2 pour mettre la peinture

6 lumiegraveres coloreacutees (rouge verte bleue magenta cyan et jaune)

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Deacuteroulement amp Indication pour les enseignants

a) Ils scheacutematisent le pheacutenomegravene et remplissent le tableau Lrsquoideacutee est drsquoeacutecrire les mots avec la mecircme peinture utiliseacutee durant lrsquoactiviteacute 21 ce qui leur permettrait de faire un lien Les eacutelegraveves se rendront peu agrave peu compte que la peinture agit comme un filtre

b) Avant le cours lenseignant associe une lumiegravere coloreacutee agrave une couleur pour le mot et une couleur de feuille et preacutepare une table proteacutegeacutee pour la peinture

c) Lrsquoactiviteacute se fait par groupe heacuteteacuterogegravene de 3 personnes formeacutes par lrsquoenseignant Chaque groupe possegravede 6 dispositifs eacutemettant des lumiegraveres coloreacutees agrave la lumiegravere desquels ils observeront les deux mots coloreacutes sur leur feuille respective

d) Les eacutelegravevent commencent lrsquoactiviteacute en venant chercher sur la table pour la peinture les 2 couleurs voulues les disposent dans leur palette prennent la feuille correspondante et 2 pinceaux et se dirigent vers les tables preacutepareacutees pour la peinture

e) Ils eacutecrivent les 2 mots avec la peinture puis rejoignent leur place f) Ils remplissent la premiegravere ligne du tableau g) Puis ils inscrivent leur hypothegravese au crayon agrave papier et en petit dans les cases

correspondantes Ils ont la possibiliteacute de prendre une feuille de brouillon pour dessiner les modegraveles

h) Puis lrsquoenseignant distribue les dispositifs eacutemettant les lumiegraveres coloreacutees pour que les eacutelegraveves puissent eacuteclairer leurs mots et observer le reacutesultat qursquoils notent agrave la plumestylo

i) Les hypothegraveses mecircme erroneacutees sont laisseacutees inscrites dans le tableau pour que lrsquoeacutelegraveve puisse comparer les deux et comprendre le pheacutenomegravene (conflit)

Activiteacute 43 (20 min)

Objectifs speacutecifiques agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy Modeacuteliser agrave lrsquoaide drsquoun scheacutema et de codes la reacutefraction et labsorption de la lumiegravere sur un objet

-shy Retrouver agrave partir de la couleur refleacuteteacutee et la lumiegravere coloreacutee projeteacutee et le filtre utiliseacute Mateacuteriel

pas de mateacuteriel particulier mis agrave part le fichier de lrsquoeacutelegraveve

Deacuteroulement

a) Lrsquoactiviteacute 43 qui permet de voir si les eacutelegraveves ont compris leur demande de reacutefleacutechir en partant des observations pour trouver la situation initiale

b) Le travail est agrave reacutealiser individuellement les eacutelegraveves regardent les diffeacuterents drapeaux modeacutelisent les diffeacuterentes situations et notent leur deacuteductions

c) Lrsquoenseignant reste agrave disposition et passe dans les bancs

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Indications pour lrsquoenseignant

Obstacles ne pas faire le lien que crsquoest la deacutemarche vue preacuteceacutedemment mais agrave lrsquoenvers

Erreurs possibles ne pas trouver le bon filtre agrave cause du noir ne pas repreacutesenter juste le scheacutema de modeacutelisation

Relances faire reacutefeacuterence au tableau reacutecapitulatif de la fiche theacuteorique faire reacutefeacuterence au modegravele du scheacutema en couleur dans la fiche theacuteorique

Institutionnalisation activiteacute 4

Explication de la modeacutelisation de la reacuteflection de la lumiegravere coloreacutee par une marche agrave suivre lors de la correction de lrsquoexercice des drapeaux sous forme drsquoun ldquoje retiensrdquo

Un cours de reacutevision avec les fiches de synthegravese suivra ces seacuteances drsquoactiviteacutes

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

3 Documents Les diffeacuterents documents utiliseacutes dans cette seacutequence sont preacutesenteacutes ci-shydessous

Parmi eux

Fiches drsquoactiviteacutes pour eacutelegraveves et avec correction

Fiches theacuteoriques de synthegravese

Evaluation pour eacutelegraveves et avec correction

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Documents des eacutelegraveves Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs Chapitre 2 Couleurs peintures couleurs lumiegraveres Activiteacute 21 1) Tu as agrave disposition des pinceaux et de la peinture Tu te

souviens peut-shyecirctre de tes cours drsquoarts visuels qursquoil existe des

couleurs primaires qui permettent par leur meacutelange drsquoobtenir

drsquoautres couleurs Mais elles-shymecircmes ne srsquoobtiennent par aucun

meacutelange Te souviens-shytu des combinaisons de couleurs qursquoil faut

meacutelanger pour obtenir une couleur souhaiteacutee

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du vert

__________________________________________

Image httpsfrdreamstimecom Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du rouge

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du bleu

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du noir

__________________________________________

Activiteacute 22 Lrsquoenseignant a installeacute trois projecteurs de couleur un rouge un vert un bleu ainsi

qursquoun eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-shydessous

Image MER

Quelle couleur va-shyt-shyon observer sur lrsquoeacutecran si lrsquoon allume deux par deux les projecteurs

et que lrsquoon superpose leurs lumiegraveres Et si lrsquoon allume les trois projecteurs Remplis le

tableau ci-shydessous drsquoabord avec tes hypothegraveses concernant la couleur obtenue sur

lrsquoeacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Meacutelange de lumiegraveres Couleur obtenue ton hypothegravese

Couleur observeacutee

vert et bleu

vert et rouge

bleu et rouge

vert bleu et rouge

a) Quelles diffeacuterences constates-shytu entre les meacutelanges de lrsquoactiviteacute 1 et ceux de lrsquoactiviteacute

2

______________________________________________________________________

b) Qursquoa-shyt-shyon meacutelangeacute dans chaque cas

______________________________________________________________________

c) Le reacutesultat du meacutelange des lumiegraveres verte bleue et rouge te rappelle-shyt-shyil quelque

chose Que peux-shytu en deacuteduire

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

d) A lrsquoaide de couleurs scheacutematise ci-shydessous les superpositions observeacutees sur lrsquoeacutecran

blanc

Activiteacute 23 Et comment obtenir drsquo‛autres couleurs 1) Tu as vu lors de lrsquoactiviteacute preacuteceacutedente que si lrsquoon superpose trois lumiegraveres de couleurs

RVB on perccediloit du blanc Mais de quelle maniegravere peut-shyon percevoir nrsquoimporte quelle

autre couleur

Familiarise-shytoi avec le logiciel en ligne suivant

httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additive

htm

Puis reacuteponds aux questions suivantes

Par quelles manipulations obtiens-shytu du orange

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du rose

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du vert olive

______________________________________________________________________

Que constates-shytu

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

2) Chaque groupe a agrave sa disposition une loupe binoculaire Deacutepose un smartphone

allumeacute eacutecran vers le haut sous lrsquoobjectif Vise une zone blanche de lrsquoeacutecran puis regravegle la

netteteacute Qursquoobserves-shytu

Observations

Comment expliques-shytu ce pheacutenomegravene

Documents des eacutelegraveves Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs Chapitre 2 Couleurs peintures couleurs lumiegraveres (corrigeacute) Activiteacute 21 1) Tu as agrave disposition des pinceaux et de la peinture Tu te

souviens peut-shyecirctre de tes cours drsquoarts visuels qursquoil existe des

couleurs primaires qui permettent par leur meacutelange drsquoobtenir

drsquoautres couleurs Mais elles-shymecircmes ne srsquoobtiennent par aucun

meacutelange Te souviens-shytu des combinaisons de couleurs qursquoil faut

meacutelanger pour obtenir une couleur souhaiteacutee

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du vert

__________________________________________

Image httpsfrdreamstimecom Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du rouge

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du bleu

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du noir

__________________________________________

Activiteacute 22 Lrsquoenseignant a installeacute trois projecteurs de couleur un rouge un vert un bleu ainsi

qursquoun eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-shydessous

Image MER

Quelle couleur va-shyt-shyon observer sur lrsquoeacutecran si lrsquoon allume deux par deux les projecteurs

et que lrsquoon superpose leurs lumiegraveres Et si lrsquoon allume les trois projecteurs Remplis le

tableau ci-shydessous drsquoabord avec tes hypothegraveses concernant la couleur obtenue sur

lrsquoeacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Meacutelange de lumiegraveres Couleur obtenue ton hypothegravese

Couleur observeacutee

vert et bleu (cyan)

vert et rouge (jaune)

bleu et rouge (magenta)

vert bleu et rouge (blanc)

a) Quelles diffeacuterences constates-shytu entre les meacutelanges de lrsquoactiviteacute 1 et ceux de lrsquoactiviteacute

2

______________________________________________________________________

Les couleurs obtenues ne sont pas les mecircmes qursquoen peinture

b) Qursquoa-shyt-shyon meacutelangeacute dans chaque cas

______________________________________________________________________

Dans le premier cas on a de la matiegravere (de la peinture) dans le deuxiegraveme cas on a de la

lumiegravere

c) Le reacutesultat du meacutelange des lumiegraveres verte bleue et rouge te rappelle-shyt-shyil quelque

chose Que peux-shytu en deacuteduire

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

Le fait que la lumiegravere blanche est composeacutee de lrsquoensemble des couleurs (cf expeacuterience

du prisme) Ici lrsquoexpeacuterience concerne la superposition de lumiegraveres coloreacutees et on observe

que lrsquoaddition des lumiegraveres rouge verte et bleue donne du blanc Cela srsquoappelle le modegravele trichromique

d) A lrsquoaide de couleurs scheacutematise ci-shydessous les superpositions observeacutees sur lrsquoeacutecran

blanc

Activiteacute 23 Et comment obtenir drsquo‛autres couleurs 1) Tu as vu lors de lrsquoactiviteacute preacuteceacutedente que si lrsquoon superpose trois lumiegraveres de couleurs

RVB on perccediloit du blanc Mais de quelle maniegravere peut-shyon percevoir nrsquoimporte quelle

autre couleur

Familiarise-shytoi avec le logiciel en ligne suivant

httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additive

htm

Puis reacuteponds aux questions suivantes

Par quelles manipulations obtiens-shytu du orange (selon eacutelegraveves)

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du rose (selon eacutelegraveves)

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du vert olive (selon eacutelegraveves)

______________________________________________________________________

Que constates-shytu

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

Un jeu de dosage entre les trois couleurs RVB permet drsquoobtenir toutes les diffeacuterentes

couleurs imaginables Les trois lumiegraveres superposeacutees et en dosage eacutequivalent donnent

une lumiegravere blanche crsquoest agrave dire la totaliteacute des couleurs On appelle cela la synthegravese additive

2) Chaque groupe a agrave sa disposition un microscope Deacutepose un smartphone allumeacute

eacutecran vers le haut sous lrsquoobjectif Vise une zone blanche de lrsquoeacutecran puis regravegle la netteteacute

Qursquoobserves-shytu

Observations

(Preacutesences de pixels lumiegraveres RVB)

Comment expliques-shytu ce pheacutenomegravene

(synthegravese effectueacutee par le cerveau)

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 3 Que devient la lumiegravere lorsqursquo‛elle traverse un filtre

Activiteacute 31 les lumiegraveres et filtres coloreacutes

Tu as appris lors du dernier cours que lrsquo‛on pouvait ldquoadditionnerrdquo des lumiegraveres coloreacutees

pour obtenir de nouvelles couleurs Nous pouvons modeacuteliser la lumiegravere blanche ainsi

Nous allons deacutecouvrir aujourdrsquo‛hui comment on peut ldquosoustrairerdquo des lumiegraveres coloreacutees

1) Lrsquo‛enseignant a installeacute trois filtres de couleur un rouge un vert un bleu ainsi qursquo‛un

eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-dessous

Image MER

Quelle couleur va-t-on observer sur lrsquo‛eacutecran si lrsquo‛on allume un par un les projecteurs

Remplis le tableau ci-dessous premiegraverement avec tes hypothegraveses concernant la couleur

obtenue sur lrsquo‛eacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Filtre traverseacute par la

lumiegravere blanche

Couleur obtenue ton

hypothegravese

Couleur observeacutee

Filtre bleu

Filtre rouge

Filtre vert

2) Selon toi quel est le rocircle du filtre coloreacute

_______________________________________________________________

3) Repreacutesente par un scheacutema le passage drsquo‛une lumiegravere blanche agrave travers un filtre rouge

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

4) Et quelle couleur observera-t-on si la lumiegravere blanche passe agrave travers un filtre rouge

puis agrave travers un filtre bleu Formule une hypothegravese puis applique ton modegravele

Hypothegravese __________________________________

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

Activiteacute 32 Qursquo‛obtient-on avec drsquo‛autres filtres

a) Tu disposes maintenant drsquo‛une lampe diffusant de la lumiegravere blanche et de filtres

cyan magenta et jaune Manipule-les les uns apregraves les autres puis en les superposant

pour deacutecouvrir leurs effets sur la lumiegravere blanche

b) A lrsquo‛aide de couleurs et en trsquo‛appuyant sur tes observations scheacutematise ci-dessous

lrsquo‛action des filtres sur une lumiegravere blanche

Activiteacute 33 Deux synthegraveses Similitudes et diffeacuterences

a) Utilise ce logiciel pour comparer les synthegraveses additive et soustractive

httpwwwostralonet3_animationsswfsynthese_couleursswf

a) Quelles similitudes observes-tu entre les synthegraveses additive et soustractive

________________________________________________________________

d) Et quelles diffeacuterences

_______________________________________________________________

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 3 Que devient la lumiegravere lorsqursquo‛elle traverse un filtre

(corrigeacute)

Activiteacute 31 les lumiegraveres et filtres coloreacutes

Tu as appris lors du dernier cours que lrsquo‛on pouvait ldquoadditionnerrdquo des lumiegraveres coloreacutees

pour obtenir de nouvelles couleurs Nous pouvons modeacuteliser la lumiegravere blanche ainsi

Nous allons deacutecouvrir aujourdrsquo‛hui comment on peut ldquosoustrairerdquo des lumiegraveres coloreacutees

1) Lrsquo‛enseignant a installeacute trois filtres de couleur un rouge un vert un bleu ainsi qursquo‛un

eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-dessous

Image MER

Quelle couleur va-t-on observer sur lrsquo‛eacutecran si lrsquo‛on allume un par un les projecteurs

Remplis le tableau ci-dessous premiegraverement avec tes hypothegraveses concernant la couleur

obtenue sur lrsquo‛eacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Filtre traverseacute par la

lumiegravere blanche

Couleur obtenue ton

hypothegravese

Couleur observeacutee

Filtre bleu bleu

Filtre rouge rouge

Filtre vert vert

2) Selon toi quel est le rocircle du filtre coloreacute

_______________________________________________________________

Un filtre coloreacute ne transmet que les rayons de sa couleur et absorbe les autres

3) Repreacutesente par un scheacutema le passage drsquo‛une lumiegravere blanche agrave travers un filtre rouge

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

4) Et quelle couleur observera-t-on si la lumiegravere blanche passe agrave travers un filtre rouge

puis agrave travers un filtre bleu Formule une hypothegravese puis applique ton modegravele

Hypothegravese __________________________________

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

Activiteacute 32 Qursquo‛obtient-on avec drsquo‛autres filtres

a) Tu disposes maintenant drsquo‛une lampe diffusant de la lumiegravere blanche et de filtres

cyan magenta et jaune Manipule-les les uns apregraves les autres puis en les superposant

pour deacutecouvrir leurs effets sur la lumiegravere blanche

b) A lrsquo‛aide de couleurs et en trsquo‛appuyant sur tes observations scheacutematise ci-dessous

lrsquo‛action des filtres sur une lumiegravere blanche

Pex 1 Magenta 2 Jaune 3 Cyan 4 Rouge 5 Vert 6 Bleu 7 Noir

Activiteacute 33 Deux synthegraveses Similitudes et diffeacuterences

a) Utilise ce logiciel pour comparer les synthegraveses additive et soustractive

httpwwwostralonet3_animationsswfsynthese_couleursswf

a) Quelles similitudes observes-tu entre les synthegraveses additive et soustractive

________________________________________________________________

Les mecircmes triplets de couleurs sont preacutesents dans les deux synthegraveses (RVB - CMJ)

d) Et quelles diffeacuterences

________________________________________________________________

1 Les couleurs primaires de lrsquo‛un sont les couleurs compleacutementaires de lrsquo‛autre

2 Lrsquo‛addition des lumiegraveres coloreacutees rouge verte et bleue donne du blanc la

soustraction totale par des filtres cyan magenta et jaune donne du noir

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 4 Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Rappel

1 Nous pouvons reacutesumer la composition de la lumiegravere blanche aux 3 couleurs primaires le rouge le vert et le bleu Ce sont des couleurs qui ne peuvent pas ecirctre creacuteeacutees Ce sont elles qui composent les autres couleurs Crsquo‛est agrave dire qursquo‛en les meacutelangeant on peut obtenir les autres couleurs le cyan est composeacute du bleu et du vert le magenta est composeacute du bleu et du rouge et le jaune est composeacute du vert et du rouge

Theacuteorie

Le sujet que nous allons traiter aujourdrsquo‛hui concerne la couleur de lrsquo‛objet Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Formule une hypothegravese ____________________________________________

Observe la photo projeteacutee par lrsquo‛enseignant

Que retiens-tu de cette photo _______________________________________________________________ La lumiegravere coloreacutee qui est refleacuteteacutee par un objet correspond agrave la lumiegravere non absorbeacutee

Ici toutes les lumiegraveres coloreacutees sont absorbeacutees sauf le bleu qui lui est refleacuteteacute La couleur propre de lrsquo‛objet sera le bleu

En effet un objet absorbe ou reflegravete diffeacuterentes lumiegraveres coloreacutees Crsquo‛est cette lumiegravere coloreacutee refleacuteteacutee que nous verrons

Activiteacute 41

Reacuteponds agrave ces diffeacuterentes questions dans le tableau ci-dessous De quelle couleur verras-tu cet objet Confronte ton ideacutee avec ton voisin De quelle couleur le vois-tu reacuteellement

Couleur de lrsquo‛objet

Couleur de la lumiegravere

Hypothegravese formuleacutee

Observation

rouge Magenta

cyan Vert

jaune Bleu

Par quel pheacutenomegravene peut-on observer ce changement de couleur ___________________________________

Quelle deacuteductions peux-tu faire _________________________________________________________________

Activiteacute 42

Marche agrave suivre

1 Eacutecris sur une feuille blanche le nom des 2 couleurs que ton enseignant te donne avec la peinture qui y correspond

2 Pendant que ces mots segravechent remplis les colonnes ldquocouleur du mot 1rdquo et ldquocouleur du mot 2rdquo et ldquocouleur de la feuillerdquo agrave la lumiegravere blanche

3 Formule tes hypothegraveses note-les au crayon agrave papier en petit 4 Eacuteclaire tes mots agrave lrsquo‛aide de lumiegraveres coloreacutees 5 Note tes observations

Lumiegravere coloreacutee

Couleur du mot 1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur du mot 2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur de la feuille helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Blanche

Rouge

Verte

Bleue

Magenta

Cyan

Jaune

Activiteacute 43

Tu observes un drapeau eacuteclaireacute par une lumiegravere blanche Puis tu observes ce mecircme drapeau eacuteclaireacute par deux lumiegraveres coloreacutees diffeacuterentes Trouve la lumiegravere coloreacutee utiliseacutee dans chaque cas et justifie ta reacuteponse par la modeacutelisation vue preacuteceacutedemment

Lumiegravere blanche Lumiegravere coloreacutee 1 Lumiegravere coloreacutee 2

De quelle couleur est la premiegravere lumiegravere coloreacutee ___________________________

Modeacutelisation 1

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________

Modeacutelisation 2

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 4 Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur (corrigeacute) Rappel

2 Nous pouvons reacutesumer la composition de la lumiegravere blanche aux 3 couleurs primaires le rouge le vert et le bleu Ce sont des couleurs qui ne peuvent pas ecirctre creacuteeacutees Ce sont elles qui composent les autres couleurs Crsquo‛est agrave dire qursquo‛en les meacutelangeant on peut obtenir les autres couleurs le cyan est composeacute du bleu et du vert le magenta est composeacute du bleu et du rouge et le jaune est composeacute du vert et du rouge

Theacuteorie

Le sujet que nous allons traiter aujourdrsquo‛hui concerne la couleur de lrsquo‛objet Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Formule une hypothegravese ____________________________________________ Projeter cette image elle napparaicirct pas dans le cours de lrsquo‛eacutelegraveve

Que retiens-tu de cette photo _______________________________________________________________ La lumiegravere coloreacutee qui est refleacuteteacutee par un objet correspond agrave la lumiegravere non absorbeacutee

Ici toutes les lumiegraveres coloreacutees sont absorbeacutees sauf le bleu qui lui est refleacuteteacute La couleur propre de lrsquo‛objet sera le bleu

En effet un objet absorbe ou reflegravete diffeacuterentes lumiegraveres coloreacutees Crsquo‛est cette lumiegravere coloreacutee refleacuteteacutee que nous verrons

Activiteacute 41

Reacuteponds agrave ces diffeacuterentes questions dans le tableau ci-dessous De quelle couleur penses-tu que tu verras cet objet Confronte ton ideacutee avec ton voisin De quelle couleur le vois-tu reacuteellement

Couleur de lrsquo‛objet

Couleur de la lumiegravere

Hypothegravese formuleacutee

Observation

rouge Magenta (rouge)

cyan Vert (vert)

jaune Bleu (noir)

Par quel pheacutenomegravene peut-on observer ce changement de couleur ___________________________________ (synthegravese soustractive)

Quelle deacuteductions peux-tu faire (fonctionne comme un filtre) _________________________________________________________________

Activiteacute 42

Marche agrave suivre

6 Eacutecris sur une feuille blanche le nom des 2 couleurs que ton enseignant te donne avec la peinture qui y correspond

7 Pendant que ces mots segravechent remplis les colonnes ldquocouleur du mot 1rdquo et ldquocouleur du mot 2rdquo et ldquocouleur de la feuillerdquo agrave la lumiegravere blanche

8 Formule tes hypothegraveses note-les au crayon agrave papier en petit 9 Eacuteclaire tes mots agrave lrsquo‛aide de lumiegraveres coloreacutees 10 Note tes observations

Lumiegravere coloreacutee

Couleur du mot 1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur du mot 2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur de la feuille helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Blanche

Rouge

Verte

Bleue

Magenta

Cyan

Jaune

Activiteacute 43

Tu observes un drapeau eacuteclaireacute par une lumiegravere blanche Puis tu observes ce mecircme drapeau eacuteclaireacute par deux lumiegraveres coloreacutees diffeacuterentes Trouve la lumiegravere coloreacutee utiliseacutee dans chaque cas et justifie ta reacuteponse par la modeacutelisation vue preacuteceacutedemment

Lumiegravere blanche Lumiegravere coloreacutee 1 Lumiegravere coloreacutee 2

De quelle couleur est la premiegravere lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Bleu)

Modeacutelisation 1

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Vert)

Modeacutelisation 2

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Fiches de synthegravese Les couleurs Activiteacute 2 Reacutesumeacute theacuteorique pour les eacutelegraveves Le modegravele trichromique et la synthegravese additive des couleurs La couleur nrsquo‛existe pas sans lumiegravere et lrsquo‛on peut dire que lrsquo‛on perccediloit le monde gracircce aux meacutelanges de ces couleurs qui correspondent aux diffeacuterentes composantes de la lumiegravere Lorsque lrsquo‛on parle de la perception des couleurs on srsquo‛aperccediloit que seules trois lumiegraveres primaires de couleurs rouge vert et bleu sont neacutecessaires pour obtenir la sensation de toutes les autres couleurs Cette maniegravere de modeacuteliser la perception des couleurs est ce qursquo‛on appelle le modegravele trichromique (lsquorsquo‛trois couleursrsquo‛rsquo‛) Dans cette repreacutesentation toutes les autres lumiegraveres coloreacutees sont perccedilues par superposition des trois lumiegraveres rouge verte et bleue La superposition simultaneacutee et en dosage identique des trois couleurs donne de la lumiegravere blanche Le noir correspond agrave une absence de lumiegravere

Illustration du modegravele

Image MER

Lrsquo‛image montre trois projecteurs de lumiegraveres rouge verte et bleue eacuteclairant une table blanche Si les trois couleurs sont projeteacutees en intensiteacute identique nous obtenons par superposition trois autres couleurs le cyan le magenta et le jaune Les couleurs primaires et les couleurs obtenues sont codeacutees sur lrsquo‛image puis reacutecapituleacutees dans le tableau ci-dessous

Image MER

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Si nous modifions le dosage des couleurs eacuteleacutementaires il est possible drsquo‛obtenir toutes les couleurs imaginables Le pheacutenomegravene de perception des couleurs par superposition des trois couleurs primaires se nomme synthegravese additive les couleurs sont additionneacutees entre elles pour permettre la synthegravese drsquo‛autres couleurs

Drsquo‛ailleurs si lrsquo‛on observe au microscope un eacutecran blanc de smartphone ou drsquo‛ordinateur on remarque qursquo‛il est en fait constitueacute drsquo‛un grand nombre de minuscules rectangles de lumiegraveres rouge verte et bleue (voir image ci-contre) Crsquo‛est justement par un jeu de dosage de chacune de ces lumiegraveres que lrsquo‛on perccediloit les diffeacuterentes couleurs sur nos eacutecrans

Pourquoi un modegravele sur trois couleurs La raison pour laquelle les scientifiques ont construit ce modegravele sur trois couleurs est directement lieacutee agrave la structure de notre œil En effet ce dernier contient des cellules sensibles agrave la lumiegravere que lrsquo‛on appelle cocircnes et bacirctonnets Alors que les bacirctonnets perccediloivent les intensiteacutes de lumiegravere les cocircnes nous permettent de percevoir les couleurs Cependant ils ne sont sensibles qursquo‛agrave certaines composantes de la lumiegravere blanche celles correspondant justement aux couleurs rouge vert et bleu Lorsque lrsquo‛on regarde un objet notre cerveau analyse le dosage de chacune de ces composantes perccedilues par notre œil et en interpregravete ainsi la couleur de lrsquo‛objet

Qursquo‛est-ce que le daltonisme Certaines personnes preacutesentent une anomalie de la vision qui les empecircche de distinguer certaines couleurs Drsquo‛origine geacuteneacutetique ce trouble est ducirc agrave un dysfonctionnement des cocircnes preacutesents dans la reacutetine Bien que la plupart des personnes daltoniennes aient de la peine agrave distinguer le vert du rouge drsquo‛autres ne distinguent pas drsquo‛autres couleurs Dans certaines formes de daltonisme le monde est perccedilu par la personne atteinte en teintes de gris

Sciences naturelles Optique synthegravese soustractive et additive

La synthegravese additive est le proceacutedeacute gracircce

auquel en combinant les couleurs

___________ ___________ et ___________

on obtient du blanc

On la retrouve lorsque lrsquoon meacutelange des

lumiegraveres coloreacutees composeacutees de ces 3 couleurs

diffeacuterentes car les laquo additionner raquo donne la

lumiegravere blanche

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon exploite aujourdrsquohui

pour les teacuteleacuteviseurs ou tout eacutecran composeacute de

pixels

La synthegravese soustractive consiste agrave soustraire

les couleurs de la lumiegravere blanche (RVB) agrave

travers des filtres de couleurs ___________

___________ et ___________ qui absorbent la

totaliteacute des couleurs de la lumiegravere blanche pour

un rendu noir au final (absence de lumiegravere)

Lrsquo __________________ des 3 couleurs donne

le ____________

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon retrouve par exemple en

meacutelangeant de la peinture notamment en

imprimerie

Sciences naturelles Optique les filtres

Qursquoest-shyce qursquoun filtre coloreacute et comment fonctionne-shyt-shyil

Un filtre est un dispositif qui permet de filtrer la lumiegravere de laisser passer certains rayons

lumineux et drsquoen absorber drsquoautres

Pour savoir quelles lumiegravere coloreacutees le filtre laisse passer il faut lrsquoobserver agrave la lumiegravere

blanche

Le filtre laissera alors passer uniquement les rayons lumineux de sa couleur propre

Par exemple

Un filtre vert laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee verte

Un filtre magenta laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee magenta crsquoest agrave dire les rayons rouge et bleu

Pour connaicirctre la lumiegravere coloreacutee qui ldquosortrdquo du filtre il faut donc

deacutecomposer la lumiegravere qui arrive sur ce filtre et en soustraire les

rayons qui sont absorbeacutes par le filtre On se reacutefegravere alors au modegravele de

la synthegravese soustractive

Image httpswww123couleursfrboutique-shy1filtres-shycolorC3A9s

Tableau reacutecapitulatif

Sciences naturelles Optique les filtres

Modeacutelisation

Nous pouvons modeacuteliser lrsquoaction drsquoun filtre

1 Noter la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur le filtre

2 Deacutecomposer la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur filtre et la coder (en RVB)

3 Repreacutesenter le filtre et coder les rayons absorbeacutes par le filtre 4 Prolonger les rayons lumineux coloreacutes que le filtre laisse passer et les coder (en RVB)

5 Noter la lumiegravere coloreacutee qui sort du filtre

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre magenta sur la lumiegravere blanche

Lorsque plusieurs filtres sont superposeacutes ou aligneacutes il faut modeacuteliser lrsquoaction du premier filtre

sur la lumiegravere projeteacutee puis lrsquoaction du deuxiegraveme filtre sur la lumiegravere qui sort du premier filtre

etc

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre cyan puis drsquoun filtre vert sur la lumiegravere jaune

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

De quelle couleur apparaicirctra un objet de couleur eacuteclaireacute par une lumiegravere coloreacutee

Il y 3 cas

1) Un objet de couleur blanche renvoie toutes les couleurs il apparaicirctra de la couleur eacuteclaireacutee

2) Un objet de couleur noire absorbe toutes les couleurs Peu importe la couleur avec laquelle

lrsquoobjet est eacuteclaireacute lrsquoobjet apparaicirct de couleur noire

3) Pour un objet de couleur il suffit de deacutecomposer les couleurs secondaires par exemple

Jrsquoai un objet jaune

Je lui projette une lumiegravere magenta

Or jaune = rouge + vert

et magenta = bleu + rouge

Le rouge est commun au jaune et au magenta donc lrsquoobjet paraicirctra rouge

En revanche si la lumiegravere est bleue comme il nrsquoy a pas de bleu dans le jaune lrsquoobjet paraicirctra

noir

1

Tableau reacutecapitulatif

1 httpscommunitygoodgamestudioscombigfarmfrdiscussion51685langage-shy‐des-shy‐couleurs

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

Modegravele de reacuteponse

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

______

______

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

______

______

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation avec propositions

de reacuteponses)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

(rouge vert bleu Nous percevons les diffeacuterentes couleurs agrave partir de ces trois couleurs) ________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

(Explication relative aux cocircnes et bacirctonnets de lrsquo‛oeil)

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Corrigeacute vert bleu blanc cyan

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________ (vert)

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________ (bleu)

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________ (aucunenoir)

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

(selon modegravele eacutetudieacute)

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

(les deux selon que lrsquo‛on parle de synthegravese additive ou soustractive)

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

Bleu

______

Bleu

______

Noir

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________ (lumiegravere rouge)

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

Noir

______

Rouge

______

Rouge

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

(Bleu)

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

(selon modegravele eacutetudieacute)

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

(Explication citant la synthegravese soustractive et lrsquo‛effet des lumiegraveres coloreacutees

concerneacutees sur le haut du cambrioleur)

Evaluation - Analyse

Ce commentaire comprend les diffeacuterents objectifs eacutevalueacutes ainsi que ce qui est attendu

preacuteciseacutement des eacutelegraveves et les niveaux taxonomiques correspondants

Ce sont des pistes drsquo‛eacutevaluation qui sont ici proposeacutees non une eacutevaluation suivie

Exercice 1

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- Mettre en lien des notions theacuteoriques apprises en cours (cocircnes et

bacirctonnets de lrsquo‛oeil) avec drsquo‛autres (synthegravese additive)

Lrsquo‛eacutevaluation deacutebute par deux questions au niveau taxonomique peu eacuteleveacute La

premiegravere de lrsquo‛ordre de la compreacutehension demande aux eacutelegraveves de restituer une

connaissance de base agrave lrsquo‛aide de leurs propres mots La deuxiegraveme propose de

tester les connaissances theacuteoriques des eacutelegraveves en veacuterifiant que des liens entre

deux notions aient eacuteteacute faits

Exercice 2

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutedire la couleur perccedilue en fonction des meacutelanges de couleurs RVB

- deacutechiffrer un scheacutema et les codes de la repreacutesentation de la trajectoire

des lumiegraveres coloreacutees

Le deuxiegraveme exercice relegraveve du niveau taxonomique de lrsquo‛application car il

neacutecessite une compreacutehension de la maniegravere de repreacutesenter la lumiegravere (scheacutema de

la trajectoire rectiligne codes de couleurs RVB) et drsquo‛appliquer ce modegravele tout en

utilisant les connaissances des couleurs fondamentales et compleacutementaires de la

synthegravese additive

Exercice 3

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet drsquo‛un filtre sur une lumiegravere coloreacutee agrave lrsquo‛aide des codes

propres agrave lrsquo‛optique

Lrsquo‛exercice 3 relegraveve de lrsquo‛application car les eacutelegraveves se reacutefegraverent agrave la modeacutelisation

eacutetablie durant le cours et au diagramme de Venn de la synthegravese soustractive et

les adaptent aux items preacutesenteacutes

Exercice 4

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- mettre en perspective la distinction entre synthegravese additive et

soustractive en terme de lsquorsquo‛naturersquo‛rsquo‛ de la couleur (couleurs matiegraveres vs

couleurs lumiegraveres)

Cet exercice requiert des eacutelegraveves qursquo‛ils mobilisent leur faculteacute drsquo‛analyse (niveau

taxonomique plutocirct eacuteleveacute) pour expliquer les diffeacuterences entre les

repreacutesentations de la couleur en arts visuels et en physique Le but est qursquo‛ils

reconnaissent qursquo‛il srsquo‛agit dans le premier cas de la synthegravese soustractive et dans

le second cas de la synthegravese additive

Exercice 5

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutevoir la couleur perccedilue drsquo‛un objet en fonction des lumiegraveres coloreacutees

projeteacutees et coder le pheacutenomegravene

Les eacutelegraveves appliquent la modeacutelisation drsquo‛une lumiegravere coloreacutee sur un objet coloreacute

pour deacuteterminer la couleur perccedilue du drapeau franccedilais Cette question fait

reacutefeacuterence agrave un niveau taxonomique bas Puis ils trouvent la lumiegravere coloreacutee qui

permet de voir les deux drapeaux preacutesenteacutes de la mecircme couleur Ils trouveront

cette reacuteponse en modeacutelisant les lumiegraveres coloreacutees sur lrsquo‛objet de couleur

Plusieurs scheacutemas sont neacutecessaires pour trouver la reacuteponse Crsquo‛est une question

taxonomiquement haute qui demande aux eacutelegraveves de faire une synthegravese

Exercice 6

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet de la lumiegravere coloreacutee sur un objet et en deacuteduire la

couleur perccedilue

- justifier sa reacuteponse avec des mots en faisant la synthegravese des diffeacuterents

concepts vus dans la seacutequence de cours

Les eacutelegraveves doivent comprendre ce qursquo‛ils lisent et deacuteterminer la couleur propre du

haut du cambrioleur Cette question est taxonomiquement haute elle demande de

lrsquo‛analyse Puis ils justifient leur reacuteponse par le modegravele de lrsquo‛effet de la lumiegravere

coloreacutee sur un objet Cette question est drsquo‛un niveau taxonomique infeacuterieur

drsquo‛application Finalement ils deacuteterminent pourquoi la description de la jeune fille

ne correspond pas agrave la couleur propre en faisant le lien avec la synthegravese

soustractive demandant un niveau taxonomiquement tregraves eacuteleveacute la synthegravese

Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

4 Argumentation scientifique Nous avons choisi de construire notre seacutequence de cours de maniegravere agrave ce qursquoelle srsquoinscrive dans une deacutemarche constructiviste de type piageacutetienne Dans cette deacutemarche lrsquoenseignant anticipe les conceptions erroneacutees que les eacutelegraveves peuvent avoir puis eacutetablit une situation-shyproblegraveme permettant ideacutealement de deacuteconstruire ces repreacutesentations incomplegravetes puis finalement drsquoen construire de nouvelles plus justes Dans ce qui suit nous allons deacutefinir ces diffeacuterents concepts mis en eacutevidence puis expliciter la maniegravere dont nous les avons pris en compte dans notre planification

41 Les conceptions des eacutelegraveves et les situations-shyproblegravemes

411 Deacutefinitions Conception Selon Giordan et al (1994) une conception ou repreacutesentation peut ecirctre consideacutereacutee comme une ideacutee un objet ou un eacutevegravenement qui aide lrsquoeacutelegraveve agrave comprendre le monde qui lrsquoentoure Elle est le fruit de son expeacuterience personnelle dans laquelle il va puiser pour comprendre les nouveaux savoirs que lrsquoon va chercher agrave lui inculquer Elle peut ecirctre consideacutereacutee comme une connaissance ldquodeacutejagrave-shylagraverdquo acquise dans un certain contexte par lrsquoapprenant et qui peut ecirctre correcte ou erroneacutee Les mauvaises conceptions (ou misconception en anglais) peuvent donc ecirctre deacutecrites comme des ideacutees qui proviennent drsquoune mauvaise compreacutehension drsquoobjets ou eacutevegravenements Elles sont issues principalement de lrsquoenvironnement avec lequel lrsquoeacutelegraveve interagit et du contexte dans lequel il se situe mais elles deacutecoulent eacutegalement des systegravemes seacutemiotiques mis en oeuvre Ces derniers sont abordeacutes plus en deacutetail dans ce qui suit Seacutemiologie En seacutemiologie (lrsquoeacutetude des systegravemes de signes) une repreacutesentation (ou un signe) est double elle est doteacutee drsquoun signifiant et drsquoun signifieacute (de Saussure 1916) Le signifiant qui fait lrsquoobjet de la seacutemiologie deacutesigne la forme et laspect du signe tandis que le signifieacute eacutetudieacute dans le cadre de la seacutemantique deacutesigne le concept eacutevoqueacute par le signe A partir du moment ougrave le signe possegravede plusieurs signifieacutes il devient symbole et crsquoest ainsi que les incompreacutehensions peuvent survenir Selon R Duval (1995) le concept de laquo registre seacutemiotique raquo permet de distinguer les repreacutesentations qui relegravevent de diffeacuterents registres ou types visuels numeacuteriques graphiques symboliques formels scheacutematiques etc En didactique ce concept est fondamental car les diffeacuterences de registre au sein drsquoune mecircme repreacutesentation ou drsquoun

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

modegravele peut induire des difficulteacutes de lecture Ils risquent drsquoajouter des difficulteacutes suppleacutementaires en empecircchant les eacutelegraveves de se focaliser sur le problegraveme poseacute par lrsquoactiviteacute et les menant agrave formuler des conclusions diffeacuterentes de celles attendues par lrsquoenseignant Crsquoest pour cela qursquoun choix pertinent de registre seacutemiotique facilite la compreacutehension du concept introduit Dans notre cours un exemple typique que nous pouvons donner est la forte ressemblance des diagrammes de Venn pour les synthegraveses additive et soustractive Dans les deux modegraveles les diagrammes sont communeacutement scheacutematiseacutes sous forme circulaire De plus bien que inverseacutees au niveau de leurs superpositions les mecircmes couleurs sont repreacutesenteacutees dans les deux diagrammes Ces similitudes peuvent rendre la diffeacuterenciation complexe pour les eacutelegraveves Crsquoest pourquoi nous avons estimeacute important drsquoapporter un changement agrave la repreacutesentation de ces diagrammes Ainsi dans lrsquoune de nos fiches de synthegravese nous avons preacutefeacutereacute utiliser des formes rectangulaires plutocirct que circulaires pour repreacutesenter la synthegravese soustractive car cette forme eacutevoque plus fortement le filtre et ainsi lrsquoabsorption de la lumiegravere Cadre de rationaliteacute origine des conceptions En srsquoappuyant sur les travaux de R Douady (1984) A Lerouge (1992) deacutefinit laquo un cadre de rationaliteacuteraquo comme laquoun ensemble coheacuterent de fonctionnement de la penseacuteeraquo caracteacuteriseacute principalement par les composantes suivantes

1 Les objets du cadre dans notre cas il peut srsquoagir de peinture de feuille de papier de lampes de poche de filtres etc

2 Le type de processus de conceptualisation Dans un cadre scientifique il peut srsquoagir drsquoun processus par modeacutelisation ou par expeacuterimentation par exemple

3 Les registres seacutemiotiques que nous avons traiteacutes plus haut Les conceptions des eacutelegraveves et les conflits de perceptions en reacutesultant sont issus des diffeacuterents cadres de rationaliteacute dans lesquels ils eacutevoluent Ce sont les cadres familiers (personnel) et culturels (eacutecole) qui sont responsable de ces conceptions et repreacutesentations mentales tantocirct concourantes tantocirct inexistantes voire erroneacutees Elles se manifestent principalement agrave travers la seacutemiotique Les eacutelegraveves eacuteprouvent de la difficulteacute agrave repreacutesenter des objets issus de registres seacutemiotiques diffeacuterents ou encore agrave simplement les reconnaicirctre Dans le contexte de notre seacutequence sur les couleurs ces cadres de rationaliteacute sont centraux En effet crsquoest dans son quotidien et donc dans son cadre familier que lrsquoeacutelegraveve va deacutecouvrir la notion de couleur notamment par le biais de la peinture ou drsquoobservation drsquoarc-shyen-shyciel Cette deacutecouverte qui a souvent lieu tregraves tocirct dans la vie de lrsquoenfant ne fera pourtant pas pour autant lrsquoobjet de questionnement sur le pheacutenomegravene de perception des couleurs La notion de cadre culturel ou scolaire quand agrave elle peut ecirctre eacutetendue dans notre cas agrave deux sous-shycateacutegories de cadres culturels diffeacuterents qui vont ecirctre agrave lrsquoorigine de conceptions erroneacutees ou incomplegravetes Premiegraverement il y a le cadre que nous appelons laquo arts visuelsraquo et qui a ses propres regravegles de rationaliteacutes Les cours de dessin ou drsquoactiviteacutes creacuteatrices en sont de parfaits exemples car crsquoest dans ce cadre que les eacutelegraveves vont premiegraverement aborder la

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

theacutematique des couleurs primaires et de leurs meacutelanges Mais cette theacutematique est eacutegalement abordeacutee dans le cadre laquophysiqueraquo agrave travers les expeacuteriences de deacutecomposition de la lumiegravere ou de superposition de lumiegraveres coloreacutees Ainsi nous retrouvons trois cadres de rationaliteacute concourants (familier physique arts visuels) dans lesquels les eacutelegraveves eacutevoluent et qui engendrent indubitablement des conceptions erroneacutees sur la lumiegravere et les couleurs puisque les eacutelegraveves ne sont pas ameneacutes agrave les diffeacuterencier dans chacun des cadres Et comme la communication entre les diffeacuterents cadres nrsquoest pas eacutetablie le lien agrave faire entre les diffeacuterentes conceptions issues de ces cadres est agrave la charge de lrsquoeacutelegraveve ce qui repreacutesente une lourde responsabiliteacute dans son apprentissage Astolfi (2008) appelle eacutegalement ces conceptions issues de diffeacuterents cadres des ldquotrames conceptuelles rdquoqui peuvent ecirctre deacutefinies comme ldquoun ensemble de concepts-shycleacutes propres agrave un domaine et logiquement hieacuterarchiseacutes entre eux qui structurent les disciplines et engendrent des situations-shyproblegravemesrdquo Mais encore on verra eacutemerger des problegravemes de contrat didactique dans chacun des cadres lrsquoeacutelegraveve va tenter de donner une reacuteponse qui va satisfaire lrsquoenseignant sans pour autant ecirctre ameneacute agrave confronter ses conceptions

Situation-shyproblegraveme Pour de Vecchi (2006) une situation-shyproblegraveme est une activiteacute qui consiste agrave mettre lrsquoeacutelegraveve dans une situation ougrave il va ecirctre ameneacute agrave eacutelaborer des strateacutegies de reacutesolution de problegraveme Lrsquoun des points cleacutes des situations-shyproblegravemes est qursquoelles eacutetablissent un lien eacutetroit entre les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves En drsquoautres termes une situation-shyproblegraveme est construite de telle sorte que les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave remettre en question des repreacutesentations actuelles qui srsquoavegraverent erroneacutees agrave les deacuteconstruire pour en construire de nouvelles Ainsi dans une deacutemarche de type constructiviste lrsquoeacutelegraveve construit son savoir en renversant ses anciennes conceptions Une situation-shyproblegraveme nrsquoest donc pas une deacutemarche ponctuelle dans laquelle lrsquoeacutelegraveve devra reacutesoudre une liste drsquoexercices teacuteleacuteguideacutee par lrsquoenseignant Ce qui justifie lrsquoefficaciteacute des situations problegravemes est qursquo laquoapprendreraquo ne consiste pas agrave cumuler les savoirs mais agrave en construire et agrave en deacuteconstruire

Une situation-shyproblegraveme doit comprendre plusieurs eacuteleacutements

-shy Un objectif-shyobstacle Pour Meirieu (1987) un objectif-shyobstacle est ldquoun objectif dont lrsquoacquisition permet au sujet de franchir un palier deacutecisif de progression en modifiant son systegraveme de repreacutesentation et en le faisant acceacuteder un niveau supeacuterieur de formulation rdquo Dans notre cas lrsquoeacutelegraveve pense que tous les meacutelanges de 3 couleurs primaires (de peinture ou de lumiegravere) vont donner le mecircme reacutesultat La distinction entre synthegraveses additive et soustractive nrsquoest pas connue des eacutelegraveves De plus projeter de la lumiegravere monochromatique sur un objet drsquoune certaine couleur ne donne pas toujours la mecircme couleur Lrsquoexemple avec le drapeau (activiteacute 4) est parlant

-shy Une situation centreacutee sur cet obstacle prenant en compte une deacutemarche expeacuterimentale ou une deacutemarche de modeacutelisation Dans notre cours les deux deacutemarches sont mises en oeuvre mais notre deacutemarche principale est la modeacutelisation Les eacutelegraveves vont effectivement ecirctre ameneacutes agrave eacutemettre des hypothegraveses manipuler reacutecolter des reacutesultats et les confronter agrave

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

leurs hypothegraveses mais il srsquoagit surtout drsquoune deacutemarche de modeacutelisation car les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave creacuteer des scheacutemas dans plusieurs exercices

-shy Une probleacutematisation et la deacutevolution on probleacutematise la conception erroneacutee en introduisant une situation-shyproblegraveme crsquoest-shyagrave-shydire qursquoon construit un problegraveme centreacute sur lrsquoobstacle La surprise face agrave une situation incoheacuterente va intriguer lrsquoeacutelegraveve exciter sa motivation et le pousser agrave vouloir srsquoimpliquer dans le problegraveme ce qui va aider sa deacutevolution Brousseau (1998) qualifie la notion de deacutevolution par le ldquo processus par lequel lenseignant parvient agrave placer leacutelegraveve comme simple actant dans une situation a-shydidactique (agrave modegravele non didactique) Il cherche par lagrave agrave ce que lrsquoaction de lrsquoeacutelegraveve ne soit produite et justifieacutee que par les neacutecessiteacutes du milieu et par ses connaissances et non par lrsquointerpreacutetation des proceacutedeacutes didactiques du professeurrdquo Pour enrocircler les eacutelegraveves et les aider agrave identifier la probleacutematique en met on place une situation deacuteclenchante Dans notre cas lrsquoexemple avec le meacutelange de peinture et de lumiegraveres coloreacutees est un parfait exemple de situation deacuteclenchante car les eacutelegraveves ne sattendent probablement pas par exemple agrave ce que le meacutelange de vert et bleu donne du cyan ou encore qursquoon perccediloive un citron noir lorsque lrsquoon projette de la lumiegravere bleue sur ce celui-shyci

412 La prise en compte des conceptions des eacutelegraveves dans notre seacutequence La theacutematique de la lumiegravere et des couleurs est complexe et comprend de nombreux concepts difficiles agrave assimiler En effet bon nombre de personnes ont des repreacutesentations erroneacutees qui peuvent rester profondeacutement ancreacutees Parmi les conceptions erroneacutees les plus communes on retrouve selon le site internet des MER

La lumiegravere blanche est sans couleur pure quand la lumiegravere blanche passe dans un prisme ou traverse un filtre de la couleur lui est ajouteacutee

La lumiegravere blanche nous permet de voir la vraie couleur des objets laquoMa feuille est blanche parce que je nai pas ajouteacute dautres couleurs agrave celle-shyciraquo

Les couleurs sont lieacutees agrave des proprieacuteteacutes de lrsquoobjet exclusivement sans reacutefeacuterence agrave la lumiegravere qui eacuteclaire lrsquoobjet Ne dit-shyon pas quun pull est rouge

Confusion entre les couleurs primaires en couleur peinture et en couleur lumiegravere

Dans notre planification nous avons anticipeacute ces conceptions et avons construit notre cours de maniegravere agrave ce qursquoelles soient mises en eacutevidence le plus tocirct possible afin de tenter de les deacuteconstruire agrave travers nos activiteacutes

Ainsi degraves deacutebut de lrsquoactiviteacute 2 les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave une situation-shyproblegraveme dans laquelle ils comprennent qursquoil existe une contradiction entre leur conception de deacutepart sur les meacutelanges de couleurs (issue de leurs cadres de rationaliteacute familier et scolaire lsquorsquoart visuelrsquorsquo) et leurs observations (nouveau cadre lsquorsquophysiquersquorsquo) Crsquoest sur la base de ce conflit cognitif que les diffeacuterentes notions de la seacutequence pourront ecirctre abordeacutees Les autres conceptions sont mises en eacutevidence puis deacuteconstruites agrave travers les diffeacuterentes activiteacutes Par exemple les

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activiteacutes du chapitre 3 permettent de montrer que la lumiegravere blanche nrsquoest pas pure mais qursquoelle est composeacutee de toutes les couleurs et ce gracircce agrave lrsquoobservation des objets agrave la lumiegravere blanche puis agrave travers un filtre

De plus lrsquoactiviteacute 3 srsquoarticule autour drsquoune conception erroneacutee repeacutereacutee dans certaines classes Bon nombre drsquoeacutelegraveves eacutetaient persuadeacutes qursquoun filtre ne laissait pas passer les lumiegraveres de sa couleur propre car crsquoest la couleur dont est perccedilue le filtre Un conflit cognitif est alors provoqueacute afin de deacuteconstruire cette conception les eacutelegraveves observent que la lumiegravere coloreacutee nrsquoest pas absorbeacutee par le filtre mais qursquoelle se propage bien jusqursquoagrave lrsquoeacutecran blanc

En introduction de lrsquoactiviteacute 4 une nouvelle situation-shyproblegraveme est preacutesenteacutee par le biais drsquoune image montrant que la couleur drsquoun objet peut varier en fonction de la lumiegravere coloreacutee par laquelle il est eacuteclaireacute Elle servira agrave provoquer un conflit cognitif chez les eacutelegraveves car cette situation intervient apregraves une phase drsquohypothegravese reacutepondant agrave la question suivante un objet peut-shyil avoir diffeacuterentes couleurs La reacuteponse donneacutee par lrsquoimage contredira probablement lrsquohypothegravese preacuteceacutedemment formuleacutee et devrait susciter de la curiositeacute chez lrsquoeacutelegraveve et lui donner lrsquoenvie de comprendre le pheacutenomegravene Nous deacutemontrons ensuite tout au long de lrsquoactiviteacute 4 sur les lumiegraveres coloreacutees que crsquoest le pheacutenomegravene drsquoabsorption et de reacuteflection de la lumiegravere qui nous permet de voir la couleur des objets et non pas la lumiegravere blanche Crsquoest donc par le biais de ces deacuteconstructions successives de conceptions que lrsquoenseignant peut guider les eacutelegraveves sur la voie de la reacutesolution du problegraveme de lrsquoorigine de ces contradictions dans le but drsquoeacutetablir le lien entre les diffeacuterents cadres de rationaliteacute

42 Modeacutelisation

421 Deacutefinition

Un modegravele est communeacutement deacutefini comme un objet ou un concept qui va permettre de repreacutesenter la reacutealiteacute de diffeacuterentes maniegraveres Bunge (1974) ou encore Martinand (1994) le deacutefinissent eacutegalement comme un moyen permettant de mettre en relation le monde theacuteorique avec le monde empirique Il peut ecirctre consideacutereacute en quelque sorte comme un monde intermeacutediaire ou une sorte de lunette conceptuelle (Halloun 2004) qui va permettre drsquoobserver des pheacutenomegravenes naturels Un modegravele ne constitue pas la reacutealiteacute mais la repreacutesente en simplifiant certains de ses aspects ce qui peut causer des conflits pour les repreacutesentations cognitives chez lrsquoeacutelegraveve

422 La modeacutelisation dans notre seacutequence Dans notre planification la modeacutelisation est centrale afin de conceptualiser des pheacutenomegravenes complexes comme la composition de la lumiegravere et la perception des couleurs Elle est lrsquooutil qui permet drsquoamener les eacutelegraveves agrave se faccedilonner une repreacutesentation de la deacutecomposition de la lumiegravere blanche de labsorption de la lumiegravere agrave travers les filtres et des synthegraveses additive et soustractive des couleurs

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De plus elle constitue un objectif de formation meacutethodologique qui va de pair avec toute formation scientifique Crsquoest pourquoi nous avons inclus la modeacutelisation dans les objectifs drsquoapprentissage Dans la terminologie du PER la modeacutelisation correspond agrave lrsquoobjectif geacuteneacuteral MSN37

bull MSN 1525 mdash Modeacuteliser des pheacutenomegravenes naturels techniques sociaux ou des situations matheacutematiques

bull en imaginant et en utilisant divers outils de repreacutesentation (codes scheacutemas graphiques tableauxhellip)

Lrsquoactiviteacute 2 propose aux eacutelegraveves de reporter les couleurs observeacutees sur trois cercles superposeacutes En les coloriant les eacutelegraveves reacutealisent en reacutealiteacute une forme simple de modeacutelisation par un diagramme de Venn de la synthegravese additive Il nous a sembleacute pertinent drsquointroduire ce scheacutema de cette maniegravere car ainsi les eacutelegraveves comprennent reacuteellement qursquoil correspond agrave la lumiegravere projeteacutee et superposeacutee sur un eacutecran En derniegravere partie drsquoactiviteacute les eacutelegraveves se familiarisent avec un logiciel de modeacutelisation de la synthegravese additive 3

Lrsquoutilisation drsquoun modegravele dans ce cas est indispensable pour des raisons pratiques Il serait en effet tregraves difficile de faire des observations similaires avec un dispositif reacuteel constitueacute de projecteurs et drsquoun eacutecran comme dans la premiegravere partie drsquoactiviteacute Nous avons veilleacute agrave choisir un logiciel simple drsquousage sur lequel seules deux manipulations sont possibles allumereacuteteindre les projecteurs et varier leurs intensiteacutes Ainsi il est possible pour les eacutelegraveves de faire rapidement et sans difficulteacutes de lrsquoordre du registre seacutemiotique la deacuteduction attendue les diffeacuterentes couleurs srsquoobtiennent par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

Dans lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves sont ameneacutes agrave modeacuteliser lrsquoeffet drsquoun filtre sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee Ils ancrent ainsi le fonctionnement drsquoun filtre dans leur apprentissage et deacuteveloppent une meacutethodologie systeacutematique dans la reacutesolution de problegravemes mettant en scegravene des filtres Gracircce au modegravele deacuteveloppeacute les eacutelegraveves deacuteconstruisent deacutefinitivement leur eacuteventuelle conception erroneacutee selon laquelle un filtre absorberait sa propre couleur Lrsquoactiviteacute 43 a pour but que les eacutelegraveves modeacutelisent les pheacutenomegravenes de reacutefraction et drsquoabsorption en justifiant leur reacuteponse par un modegravele de reacuteponse Ce dernier comprend les couleurs RVB qui se reflegravetent ou qui sont absorbeacutees par une surface Ainsi lrsquoeacutelegraveve peut trouver une meacutethode systeacutematique de reacuteponse en testant les diffeacuterentes couleurs Gracircce agrave cette modeacutelisation et agrave celle de lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves comprennent que les fonctionnements des filtres et des lumiegraveres coloreacutees sont fondeacutes sur le mecircme principe

3(httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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43 Deacutemarche expeacuterimentale

431 Deacutefinition Pour de Vecchi il est important de ne pas confondre les notions lieacutees agrave lrsquoexpeacuterimental qui sont les suivantes

-shy Une deacutemarche scientifique nrsquoest pas exclusive au domaine des sciences expeacuterimentales mais peut aussi ecirctre mobiliseacutee dans les sciences humaines socialeshellip Elle utilise drsquoautres outils que lrsquoexpeacuterimentale Toute recherche digne de ce nom est de nature scientifique

-shy La meacutethode expeacuterimentale eacutequivaut plutocirct agrave un plan agrave suivre un mode drsquoemploi ou agrave une marche agrave suivre qui suit un ordre strict que lrsquoon peut aussi appeler protocole Par exemple parmi les plus ceacutelegravebres protocoles nous retrouvons celui de Claude Bernard (1865) que lrsquoon abregravege par les initiales OHERIC qui correspondent agrave observation hypothegravese expeacuterience reacutesultats interpreacutetation et conclusion De maniegravere geacuteneacuterale il srsquoagit du protocole caricatural que lrsquoon emploie le plus souvent dans les salles de classes

-shy Une deacutemarche expeacuterimentale est une approche plus reacutealiste moins stricte et integravegre

une approche plus tacirctonnante Il nrsquoest pas constitueacute drsquoeacutetapes preacutedeacutetermineacutees et est donc moins affecteacutee par les directives de lrsquoenseignant Il peut donc laisser des liberteacutes dans la maniegravere de reacutesoudre le problegraveme

432 La deacutemarche expeacuterimentale dans notre seacutequence Dans notre seacutequence la meacutethode expeacuterimentale est preacutesente de maniegravere partielle du scheacutema caricatural OHERIC nous nous inteacuteressons en particulier aux phases drsquoobservation et drsquoeacutemission drsquohypothegraveses Crsquoest pourquoi nous parlons donc plutocirct de ldquodeacutemarche expeacuterimentalerdquo En effet tout au long des diffeacuterentes activiteacutes il est reacuteguliegraverement demandeacute aux eacutelegraveves de formuler une hypothegravese agrave partir de leurs connaissances au preacutealable puis de faire de nouvelles observations en contexte expeacuterimental Crsquoest sur la base de ces derniegraveres qursquoils pourront reacutealiser leurs deacuteductions sur le pheacutenomegravene en question et construire de nouvelles conceptions Dans lrsquoactiviteacute 2 ce type de deacutemarche est central pour la creacuteation de la premiegravere situation-shyproblegraveme Par la suite la deacutemarche permet de guider les eacutelegraveves dans le processus de deacuteduction du fonctionnement geacuteneacuteral des diffeacuterents pheacutenomegravenes Dans lrsquoactiviteacute 41 par exemple les pheacutenomegravenes agrave deacuteduire sont la synthegravese soustractive et le fonctionnement de la lumiegravere coloreacutee Lrsquoemploi drsquoobjets familiers permet un ancrage dans le quotidien

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Dans lrsquoactiviteacute 3 lrsquoeacutetude de lrsquoeffet des filtres constitue agrave son tour un deacutemarche expeacuterimentale En effet les eacutelegraveves doivent tout drsquoabord eacutemettre leurs hypothegraveses puis les veacuterifient par lrsquoexpeacuterimentation et ses reacutesultats provoquant probablement un conflit cognitif avant drsquoen conclure lrsquoeffet drsquoun filtre Dans lrsquoactiviteacute 42 nous retrouvons toujours le mecircme principe de deacutemarche expeacuterimentale Les eacutelegraveves formulent des hypothegraveses sur la couleur perccedilue de diffeacuterents mots coloreacutes eacuteclaireacutes par une lumiegravere coloreacutee puis les veacuterifient lors de la phase drsquoobservation La confrontation entre leurs attentes lieacutees agrave leurs conceptions et la reacutealiteacute creacutee le conflit cognitif rechercheacute

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5 Conclusion Pour seacutelectionner notre thegraveme et eacutelaborer notre seacutequence nous nous sommes fondeacutes sur les objectifs du PER et crsquoest sur lrsquooptique que notre choix srsquoest porteacute Le savoir savant auquel nous nous sommes reacutefeacutereacutes comprend principalement des concepts lieacutes agrave la lumiegravere tels que les photons les ondes eacutelectromagneacutetiques ainsi que les spectres drsquoeacutemission et drsquoabsorption Nous avons transposeacute ce savoir en un savoir enseignable par le biais drsquoun travail de contextualisation et de reacuteadaptation Nous avons eacuteteacute ameneacutes agrave remplacer des modegraveles scientifiques (par exemple les modegraveles de synthegraveses additive et soustractive) par des modegraveles accessibles agrave un niveau scolaire et agrave changer les conditions drsquoeacutemergence des problegravemes Ainsi notre travail de transposition consistait agrave montrer aux eacutelegraveves la partie eacutemergeacutee de lrsquoiceberg du concept de couleur le reacutesultat apparent plutocirct que lrsquoorigine eacutelectromagneacutetique Tout au long de la seacutequence et par le biais de situations-shyproblegravemes et de diffeacuterentes eacutetapes de reacutesolution des activiteacutes les eacutelegraveves ont eacuteteacute guideacutes dans le processus de construction de leur apprentissage En nous focalisant sur les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves nous avons eacutelaboreacute nos exercices de maniegravere agrave proposer des situations deacuteclenchantes afin de faciliter le transfert de la responsabiliteacute de la reacutesolution des problegravemes aux eacutelegraveves Cette derniegravere srsquoeffectue par des deacutemarches drsquoexpeacuterimentation mais surtout de modeacutelisation

Dans notre sceacutenario les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave deux types de donneacutees theacuteoriques et empiriques Drsquoune part ils ont agrave disposition deux theacuteories principales la premiegravere est que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs de lrsquoarc-shyen-shyciel tandis que la seconde deacutecrit l a maniegravere dont la couleur drsquoun objet deacutepend des couleurs qursquoil va absorber Drsquoautre part ils disposent de donneacutees empiriques qursquoils sont ameneacutes agrave reacutecolter en superposant des lumiegraveres de diffeacuterentes couleurs en meacutelangeant de la peinture et en projetant de la lumiegravere coloreacutee sur diffeacuterents objets coloreacutes Dans le cadre drsquoune deacutemarche drsquoexpeacuterimentation ils ont eacutemis des hypothegraveses observeacute manipuleacute du mateacuteriel utiliseacute des appliquettes en ligne et veacuterifieacute leurs reacutesultats Crsquoest ainsi les modegraveles que nous avons preacutesenteacutes et que les eacutelegraveves ont eacutelaboreacutes vont ecirctre des ponts qui vont relier le monde theacuteorique et le monde empirique Par ailleurs nous avons eacuteteacute attentifs agrave la seacutemiotique lors de nos choix des repreacutesentations utiliseacutees nous nous sommes reacutefeacutereacutes agrave la notion de registre seacutemiotique afin drsquoeacutelaborer des scheacutemas nrsquoengendrant pas de difficulteacutes de lecture chez les eacutelegraveves

Nous avons analyseacute lrsquoorigine des conceptions erroneacutees et avons remarqueacute qursquoelles eacutetaient principalement dues agrave des repreacutesentations concourantes engendreacutees par les diffeacuterents contextes et cadres de rationaliteacutes dans lesquelles les eacutelegraveves eacutevoluent Notre sceacutenario permet aux eacutelegraveves drsquoeacutetablir des liens entre ces diffeacuterents cadres et de construire une nouvelle repreacutesentation de la couleur celle drsquoun objet de la physique

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6 Bibliographie

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Meirieu P Avanzin Gi (1987) Apprendre oui mais comment Edition ESF Verret M (1975) Le temps des eacutetudes (Vols 1ndash2) Lille France Atelier Reproduction des thegraveses

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Page 6: Physique Optique Lescouleurs · Sciences naturelles Les couleurs 10 11 Harmos 1.Introduction Comme nous allons le détailler dans le chapitre 4, les conceptions erronées des élèves

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Le spectre drsquo eacutemission et drsquo absorption drsquoun eacuteleacutement chimique sont les spectres de freacutequences de rayonnements eacutelectromagneacutetiques (lumiegravere) eacutemis et absorbeacutes dus agrave un changement drsquoeacutetat drsquoexcitation drsquoun eacutelectron de lrsquoeacuteleacutement en question

Pour passer drsquoun eacutetat fondamental agrave un niveau supeacuterieur ou en changeant de couche eacutelectronique si lrsquoon se reacutefegravere au modegravele de Bohr lrsquoeacutelectron absorbe un photon qui lui apporte lrsquoeacutenergie neacutecessaire pour changer drsquoeacutetat Crsquoest un pheacutenomegravene que lrsquoon observe lorsque de la lumiegravere traverse un milieu mateacuteriel les eacuteleacutements chimiques de ce milieu absorbant certaines longueurs drsquoonde Lrsquoensemble de ces freacutequences drsquoondes absorbeacutees correspond au spectre drsquoabsorption de lrsquoeacuteleacutement et lrsquoabsorption deacutepend de la composition atomique de la matiegravere et drsquoautres facteurs

En repassant agrave un son eacutetat fondamental il reacuteeacutemet cette eacutenergie sous forme de photons Lrsquoensemble de ces freacutequences drsquoondes eacutemises correspond au spectre eacutemission de lrsquoeacuteleacutement La freacutequence de lrsquoonde eacutemise deacutepend de lrsquoeacutenergie de transition

Il existe plusieurs eacutetats drsquoexcitation possibles pour un eacuteleacutement et donc plusieurs transitions possibles pour ce mecircme eacuteleacutement Ainsi un eacuteleacutement peut absorber ou eacutemettre plusieurs rais (lumiegravere monochromatique) correspondant agrave une certaine freacutequence drsquoonde Les spectres drsquoabsorption et drsquoeacutemission sont compleacutementaires si on les superpose on obtient le spectre continu

Source httpscommonswikimediaorgwikiFileSpectre_C3A9lectromagnC3A9tiquepng

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112 Un savoir transposeacute

Deacutepersonnalisation Le savoir agrave enseigner tel quil apparaicirctra dans nos activiteacutes ne fait pas reacutefeacuterence agrave des expeacuteriences ou agrave des observations preacutecises ni agrave des scientifiquesCrsquoest un travail qui est neacutecessaire afin drsquoeffacer les erreurs et les reacuteflexions inutiles pour rendre le savoir enseignable Nous ne ferons en aucun cas reacutefeacuterences agrave des noms comme Planck Young Newton Einstein Bohr etchellip Les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave deacutecouvrir les savoirs lieacutes agrave la lumiegravere et agrave la couleur par eux-shymecircmes agrave lrsquoaide de nos activiteacutes Deacutecontextualisation et recontexualisation Les savoirs lieacutes aux concepts de lumiegravere et de couleur que nous avons eacutevoqueacutes plus haut vont ainsi ecirctre deacutecontextualiseacutes La lumiegravere ne sera pas consideacutereacutee comme une particule (photon) non plus comme une onde eacutelectromagneacutetique car tous les savoirs lieacutes aux ondes ne sont plus traiteacutes en matheacutematiques (trigonomeacutetrie) dans le PER En conseacutequence le terme de laquospectreraquo ne sera eacutegalement pas utiliseacute pour parler de couleur Lrsquoeacutenergie telle qursquoelle est deacutefinie agrave ce niveau drsquoenseignement crsquoest-shyagrave-shydire comme eacutetant synonyme de chaleur ne peut en aucun cas ecirctre mise en parallegravele avec la notion de couleur En contrepartie le savoir que nous allons introduire sera recontextualiseacute Nous changeons lrsquoorigine du problegraveme en passant de la question ldquo Quelle est lrsquoorigine de la couleur rdquo agrave ldquoQuelles sont les diffeacuterences dans le meacutelange de couleursrdquo Nous parlerons donc de synthegravese additive de synthegravese soustractive (mais aussi de filtres et de couleurs drsquoobjets) agrave la place de spectre drsquoeacutemission et drsquoabsorption qui sont tout agrave fait repreacutesentatifs de ces modegraveles savants agrave un niveau scolaire Ainsi la transposition srsquoopegravere ici par le choix des modegraveles Nous nous concentrons donc sur ce qui est apparent aux yeux de lrsquoapprenant au lieu de se focaliser sur la nature eacutelectromagneacutetique de la couleur Enfin le rayon sera le principal modegravele qui sera utiliseacute pour repreacutesenter la lumiegravere et sa trajectoire rectiligne Lrsquoexpeacuterimentation et la modeacutelisation principalement seront des supports qui vont aider agrave transposer le savoir Deacutesyncreacutetisation Comme nous lrsquoavons dit il srsquoagit de la division et de la deacutelimitation du savoir On distingue ainsi notre seacutequence de physique du cours drsquoarts visuels en marquant les diffeacuterences Nous deacutevelopperons cette partie dans les cadres de rationaliteacutes

Axiologisation Nous ne reprenons pas toutes les notions de la physique afin de transmettre les valeurs principales qui sont neacutecessaires agrave des fins eacuteducatives Les raisons qui nous amegravene agrave enseigner ce cours drsquooptique sur les couleurs est la compreacutehension du monde des couleurs La pertinence et les finaliteacutes des objectifs sont deacutecrites dans le prochain paragraphe

Programmation Lrsquoordre des theacutematiques est la suivante synthegravese soustractive synthegravese additive couleur des objets sous une lumiegravere coloreacutee couleur des objets agrave travers un filtre Lrsquoordre est choisi en fonction de la complexiteacute des theacutematiques En effet les activiteacutes sur la couleur perccedilue drsquoun objet demande des capaciteacutes de reacuteflexion plus importantes que pour la

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synthegravese additive et soustractive Les savoirs se construisant sur drsquoautres savoirs il est ainsi primordial de commencer par les diffeacuterents types de meacutelange de couleurs pour passer agrave un niveau plus complexe Nous deacutetaillons lrsquoordre de la seacutequence dans ldquoSynopsis deacutetailleacute de la seacutequence et instructions pour les enseignants

113 Place dans le PER et objectifs drsquoapprentissage La theacutematique que nous avons choisie est traiteacutee selon le Plan drsquoeacutetude romand entre la 10egraveme et la 11egraveme anneacutee Harmos et srsquoinscrit dans lrsquoobjectif geacuteneacuteral MSN 36 ana lyser des pheacutenomegravenes naturels et des technologies agrave laide de deacutemarches caracteacuteristiques des sciences expeacuterimentales en utilisant un modegravele pour expliquer etou preacutevoir un pheacutenomegravene naturel ou le fonctionnement dun objet technique Le PER preacutevoit pour la seacutequence seacutelectionneacutee le deacuteveloppement de la compeacutetence 1

geacuteneacuterale suivante ldquolrsquoeacutelegraveve est capable drsquointerpreacuteter la couleur perccedilue dun objet agrave laide du modegravele trichromique en eacutetablissant des liens avec larc-shyen-shyciel et les meacutelanges de couleurs en peinturerdquo Pour ce faire le PER donne pour indication peacutedagogique que leacutelegraveve expeacuterimente lui-shymecircme la part objective et la part subjective de ce quil perccediloit de la couleur dun objet et qursquoil soit ainsi ameneacute agrave diffeacuterencier clairement la reacutealiteacute physique de la repreacutesentation mentale (la couleur comme proprieacuteteacute de lobjet et les meacutelanges de pigments en peinture) quil se fait de la situation Afin de respecter les prescriptions nous avons premiegraverement deacutefini les objectifs speacutecifiques de la seacutequence traiteacutee et nous les avons exprimeacutes en termes de compeacutetences Objectifs speacutecifiques pour la seacutequence Modegravele trichromique -shy synthegravese additive -shy synthegravese soustractive -shy filtres -shy lumiegraveres coloreacutees A lrsquoissue de la seacutequence lrsquoeacutelegraveve est capable dedrsquo

hellip faire la distinction entre source primaire et secondaire de lumiegravere et drsquoutiliser cette notion pour deacuteterminer si la couleur perccedilue a eacuteteacute obtenue par synthegravese additive ou par synthegravese soustractive

hellip deacutefinir et nommer ce que sont les couleurs primaires et compleacutementaires pour les deux types de synthegraveses et preacutevoir les couleurs qui seront perccedilues en fonction de la configuration

hellip expliquer agrave lrsquoaide drsquoun exemple (par ex pixels drsquoordinateurs) ce que signifie synthegravese additive

hellip modeacuteliser les observations de la synthegravese additive et soustractive sous forme drsquoun diagramme de Venn

hellip utiliser des logiciels de modeacutelisation pour eacutemettre des hypothegraveses sur les synthegraveses additive et soustractive

hellip preacutevoir la couleur perccedilue drsquoun objet en fonction de la couleur drsquoune lumiegravere et des filtres utiliseacutes (synthegravese soustractive) et coder le pheacutenomegravene

hellip modeacuteliser lrsquoeffet drsquoun filtre sur une lumiegravere coloreacutee agrave lrsquoaide des codes propres agrave lrsquooptique

1 Plan drsquoeacutetude romand pour lrsquoenseignement des sciences naturelles en 11egraveme anneacutee Harmos (httpswwwplandetudeschwebguestMSN_36)

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hellip preacutevoir la couleur perccedilue drsquoun objet en fonction des lumiegraveres coloreacutees et coder le pheacutenomegravene

hellip modeacuteliser lrsquoeffet de la lumiegravere coloreacutee sur un objet et en deacuteduire la couleur perccedilue

12 Notions preacuterequises Le traitement de la seacutequence choisie neacutecessite de la part des eacutelegraveves certaines notions preacuterequises au sujet de la lumiegravere Ces derniegraveres auront dans lrsquoideacuteal eacuteteacute abordeacutees lors drsquoune double seacuteance preacuteceacutedente Ainsi au deacutebut de la seacutequence de cours preacutesenteacutee dans ce dossier les eacutelegraveves auront eacuteteacute introduits sur les notions suivantes

La lumiegravere est eacutemise par certains objets diffuseacutee ou absorbeacutee par drsquoautres Elle se propage de maniegravere rectiligne

Il existe des sources primaires et secondaires de lumiegravere On ne voit pas la trajectoire de la lumiegravere mais les objets qursquoelle eacuteclaire La lumiegravere blanche est composeacutee drsquoun ensemble de couleurs

Les eacutelegraveves auront deacutecouvert ces diffeacuterentes notions lors drsquoexpeacuteriences mettant agrave lrsquoeacutepreuve leurs repreacutesentations erroneacutees Ils se rendront notamment compte avec lrsquoexpeacuterience de projection de lumiegravere agrave travers de la bueacutee ou de la fumeacutee que lrsquoon ne voit pas directement la lumiegravere mais uniquement les objets qui sont eacuteclaireacutes Un eacuteleacutement probablement surprenant est de deacutecouvrir par lrsquoexpeacuterience du prisme que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs Ils seront ainsi capables drsquoexpliquer un pheacutenomegravene qui leur est familier lrsquoarc-shyen-shyciel Pour notre seacutequence le deacutefi principal est qursquoils deacuteveloppent une compreacutehension du pheacutenomegravene de la perception de la couleur des objets

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2 Synopsis deacutetailleacute de la seacutequence et instructions pour les enseignants Comme notre seacutequence est preacutevue agrave la suite drsquoun premier chapitre drsquointroduction sur la lumiegravere nous ouvrons donc notre cours par le chapitre 2 et par lrsquoactiviteacute 2 Ce chapitre comprend les diffeacuterents objectifs geacuteneacuteraux et speacutecifiques des seacutequences le mateacuteriel requis pour les diffeacuterentes activiteacutes leur deacuteroulement ainsi que des instructions particuliegraveres agrave lrsquoattention des enseignants

21 Activiteacute 2 Le modegravele trichromique et la synthegravese additive Objectif geacuteneacuteral il y a une distinction entre la couleur lsquorsquomatiegraverersquorsquo (peinture) et la couleur lsquorsquolumiegraverersquorsquo

Activiteacute 21 (10 min)

Mateacuteriel

De la peinture des pinceaux du papier

Journaux de protection

Gobelet drsquoeau

Palettes assiettes ou berlingots deacutecoupeacutes en 2 (support pour la peinture)

Deacuteroulement

a) Par groupes les eacutelegraveves font des meacutelanges de couleurs Ceci permet de rappeler ce qursquoils ont appris en arts visuels (couleurs primaires couleurs obtenues par des meacutelanges) Cette premiegravere phase drsquoactiviteacute constitue donc une phase de repecircchage de connaissances essentielles pour appreacutehender la theacutematique

Indications pour lrsquoenseignant

Lrsquoenseignant met agrave disposition des tubes de peinture en veillant agrave ce que ces derniers portent lrsquoindication des noms preacutecis de couleurs qui seront abordeacutees en classe entre autres cyan et magenta Il est important degraves le deacutebut drsquoutiliser ces termes Lors de lrsquoactiviteacute il observe les connaissances des eacutelegraveves en matiegravere de meacutelange de couleurs

Activiteacute 22 (10 min)

Objectifs speacutecifiques agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy preacutedire la couleur perccedilue en fonction des meacutelanges de couleurs RVB -shy deacuteterminer de quelle lumiegravere coloreacutee eacuteleacutementaire est constitueacutee une lumiegravere CMJ

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

-shy deacuteterminer que de la lumiegravere blanche peut ecirctre obtenue gracircce agrave 3 couleurs RVB

Mateacuteriel

Les meacutelanges de couleurs de la premiegravere partie drsquoactiviteacute

Trois lampes de couleurs RVB

Un eacutecran blanc

Deacuteroulement

a) Lrsquoenseignant installe le dispositif agrave la vue des eacutelegraveves b) Individuellement les eacutelegraveves remplissent un tableau avec leurs preacutedictions concernant

les couleurs obtenues en superposant diffeacuterentes lumiegraveres On peut srsquoattendre agrave ce qursquoils appliquent leurs preacutedictions agrave ce qursquoils connaissent de la peinture et de ce qursquoil viennent drsquoobserver en deacutebut drsquoactiviteacute Cette eacutetape constitue une phase drsquoeacutemission drsquohypothegraveses

b) Manipulation de lampes par les eacutelegraveves ou deacutemonstration par lrsquoenseignant des couleurs obtenues par superposition de lumiegraveres coloreacutees Le reacutesultat surprendra les eacutelegraveves et sera source drsquoun conflit cognitif

c) Les eacutelegraveves reportent leurs observations dans le tableau de maniegravere agrave souligner le conflit avec leurs preacutedictions Puis ils reacutepondent agrave des questions permettant de mettre en eacutevidence la diffeacuterence de nature (matiegravere puis lumiegravere) des couleurs observeacutees Une autre question permet de mettre en eacutevidence que le meacutelange des trois couleurs donne de la lumiegravere blanche (modegravele trichromique)

d) Sur la base de leurs observations les eacutelegraveves preacutesentent sous forme de diagramme de Venn la synthegravese additive Cette eacutetape permet drsquoentraicircner la modeacutelisation simple agrave partir drsquoobservations

e) Mise en commun de maniegravere interactive lrsquoenseignant interroge les eacutelegraveves et oriente ses questions

Indications pour lrsquoenseignant

Afin de preacutesenter le dispositif aux eacutelegraveves lrsquoenseignant peut allumer un seul des projecteurs Ainsi les eacutelegraveves pourront se faire une ideacutee de la maniegravere dont ils observeront la projection de lumiegravere sur lrsquoeacutecran Selon le mateacuteriel et le temps disponibles lrsquoenseignant fera lui-shymecircme la deacutemonstration ou bien les eacutelegraveves manipulent eux-shymecircme le ou les dispositif(s) Les questions poseacutees agrave la suite du tableau peuvent ecirctre difficiles lrsquoenseignant veillera agrave orienter les eacutelegraveves agrave lrsquoaide du dispositif et en leur posant des questions intermeacutediaires

Activiteacute 23 (20 min)

Objectifs speacutecifiques agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy deacuteduire agrave lrsquoaide drsquoun logiciel de modeacutelisation les regravegles de la synthegravese additive

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

-shy expliquer la cause de la preacutesence des trois couleurs RVB dans les pixels en mobilisant les notions apprises preacuteceacutedemment

Mateacuteriel

Quelques ordinateurs avec un accegraves internet Quelques microscopes Logiciel disponible en ligne sur le portail PCCL (Physique chimie collegravege lyceacutee) 2

Deacuteroulement

a) Un problegraveme est poseacute par lrsquoenseignant si lrsquoon obtient du blanc (donc la totaliteacute des couleurs) en superposant les lumiegraveres R V et B comment obtient-shyon une couleur en particulier

b) Par groupe heacuteteacuterogegravenes de 3 ou 4 les eacutelegraveves eacutemettent des hypothegraveses c) Le test des hypothegraveses se fait toujours par groupes gracircce agrave un logiciel de

modeacutelisation de la synthegravese additive offrant la possibiliteacute de varier les intensiteacutes de chaque projecteur Par leurs manipulations les eacutelegraveves sont capables de deacuteduire que les diffeacuterentes couleurs sont obtenues par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

d) Mise en commun en projetant le logiciel sur grand eacutecran e) Les eacutelegraveves observent par groupe des eacutecrans de smartphones au microscope puis ils

mobilisent les notions deacutecouvertes preacuteceacutedemment pour expliquer leurs observations f) Institutionnalisation (cf ci-shydessous)

Indications pour lrsquoenseignant

Le logiciel eacutetant simple drsquoutilisation les eacutelegraveves peuvent faire leurs manipulations sans trop drsquoindications de la part de lrsquoenseignant En revanche selon lrsquoexpeacuterience des eacutelegraveves il sera neacutecessaire de les assister lors des reacuteglages pour lrsquoobservation au microscope Selon le mateacuteriel et le temps disponibles lrsquoenseignant peut eacutegalement preacuteparer lui-shymecircme le dispositif et les eacutelegraveves observent lrsquoeacutecran de smartphone lrsquoun apregraves lrsquoautre

Institutionnalisation activiteacute 2 (10 min)

Une premiegravere institutionnalisation se fait agrave la fin de lrsquoactiviteacute 2 de maniegravere frontale par lrsquoenseignant Partant de lrsquoobservation des eacutecrans de smartphone elle doit porter uniquement sur les objectifs viseacutes par lrsquoactiviteacute et doit introduire les notions de modegravele trichromique et de synthegravese additive Il est inteacuteressant de faire eacutegalement un lien avec les causes biologiques du modegravele trichromique (cocircnes et bacirctonnets de lrsquooeil daltonisme) Lrsquoinstitutionnalisation peut se faire agrave lrsquoaide drsquoune preacutesentation Powerpoint concise etou drsquoun documentaire videacuteo puis les fiches de synthegravese sont distribueacutees pour ecirctre lues agrave la maison et pour servir de support theacuteorique lors des reacutevisions en vue de lrsquoexamen

2 httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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22 Activiteacute 3 qursquoest-shyce qursquoun filtre Objectif geacuteneacuteral La lumiegravere coloreacutee projeteacutee est modifieacutee lorsqursquoelle travers un filtre coloreacute

Activiteacute 31 (20 min)

Objectifs speacutecifiques agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy Formuler une hypothegravese sur la couleur drsquoun faisceau lumineux vu agrave travers un ou plusieurs filtre(s) coloreacute(s)

-shy Modeacuteliser lrsquoaction drsquoun ou plusieurs filtre(s) coloreacute(s) sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee

-shy Eacutenoncer le rocircle drsquoun filtre coloreacute Mateacuteriel

1 eacutecran blanc

3 projecteurs de lumiegravere blanche

3 filtres rouge vert et bleu

Deacuteroulement

a) En pleacutenum lrsquoenseignant effectue un rappel du dernier cours (composition RVB de la lumiegravere blanche) et preacutesente la modeacutelisation utiliseacutee pour la synthegravese additive

b) Lrsquoenseignant preacutesente le dispositif agrave la classe (enlever un filtre montrer qursquoon a bien de la lumiegravere blanche avant le filtre remettre le filtre) puis demande aux eacutelegraveves individuellement drsquoeacutemettre leurs hypothegraveses puis discussion rapide par banc

c) Lrsquoenseignant allume un projecteur apregraves lrsquoautre (en eacuteteignant le preacuteceacutedent agrave chaque fois) et fait noter aux eacutelegraveves les observations et leur demande drsquoeacutemettre par deux une hypothegravese sur le rocircle du filtre

d) Mise en commun en choisissant des groupes donnant une explication contradictoire e) Apregraves avoir formeacute des groupes heacuteteacuterogegravenes de 3-shy4 eacutelegraveves lrsquoenseignant demande

aux eacutelegraveves de modeacuteliser lrsquoeffet du filtre (question 3) f) Mise en commun par projection de 3 travaux diffeacuterents et comportant de bons

eacuteleacutements Correction g) Lrsquoenseignant relance le travail de groupe pour effectuer le dernier exercice h) Lrsquoenseignant ouvre la discussion puis donne la solution experte

Indications pour lrsquoenseignant

Erreur possible un filtre coloreacute ne laisse pas passer sa couleur (peut-shyecirctre parce qursquoon le voit justement de cette couleur donc il absorberait) Lors de travaux de groupe passer dans les bancs pour observer le travail effectueacute ne pas reacutepondre aux questions (sauf incompreacutehension de la consigne) afin drsquoassurer la deacutevolution Avertir briegravevement les eacutelegraveves qui seront ameneacutes agrave preacutesenter leur travaux

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Activiteacute 32 (10 min)

Objectifs speacutecifiques agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy Deacuteduire par lrsquoexpeacuterimentation lrsquoeffet de la superposition de plusieurs filtres -shy Dessiner le diagramme de Venn de la synthegravese soustractive

Mateacuteriel

Une lampe diffusant de la lumiegravere blanche par groupe

Un set de 3 filtres (CMJ) par groupe Deacuteroulement

a) Lrsquoenseignant explique le deacuteroulement de lrsquoactiviteacute puis forme des groupes heacuteteacuterogegravenes de 3-shy4 eacutelegraveves puis leur distribue le mateacuteriel neacutecessaire et laisse aux eacutelegraveves un temps drsquoexpeacuterimentation

b) Mise en commun par un groupe choisi par lrsquoenseignant avec expeacuterimentation au tableau

Indications pour lrsquoenseignant

Plusieurs possibiliteacutes sont agrave preacutevoir selon lrsquoagencement de CMJ dans le diagramme de Venn

Activiteacute 33 (15 min)

Objectifs speacutecifiques agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy Comparer les synthegraveses additive et soustractive par lutilisation drsquoune application Mateacuteriel

1 ordinateur par groupe

(httpwwwostralonet3_animationsswfsynthese_couleursswf)

Deacuteroulement

a) Lrsquoenseignant preacutesente les manipulations agrave effectuer pour arriver sur lrsquoapplication b) Il distribue un ordinateur par banc et laisse les eacutelegraveves travailler et reacutepondre aux

questions c) La correction se fera directement par lrsquoenseignant en guise dinstitutionnalisation

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Indications pour lrsquoenseignant

Cette activiteacute fait office drsquoinstitutionnalisation Il est important de distinguer les deux synthegraveses en preacutesentant clairement leurs utilisations diffeacuterentes

23 Activiteacute 4 La couleur des objets Objectif geacuteneacuteral la couleur drsquoun objet peut ecirctre modifieacutee si on le voit sous une lumiegravere coloreacutee

Introduction (15 min)

1) Question de deacutepart pourquoi perccediloit-shyon des objets de diffeacuterentes couleurs ou Un objet a-shyt-shyil toujours la mecircme couleur Les eacutelegraveves formulent une hypothegravese Ensuite ils confrontent leurs ideacutees avec une videacuteo qui provoque un conflit par rapport agrave ce qursquoils pensaient

2) Lrsquoenseignant preacutesente la theacuteorie le principe dabsorption et de reacutefraction Que se passe-shyt-shyil lorsqursquoon regarde avec une lumiegravere coloreacutee

Activiteacute 41 (10 min)

Objectif speacutecifique agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

Formuler une hypothegravese sur les couleurs des objets vus sous une lumiegravere coloreacutee

Mateacuteriel

Objets de couleurs diffeacuterentes (rouge cyan et jaune)

3 lumiegraveres coloreacutees (magenta vert bleu) Deacuteroulement

a) Lrsquoactiviteacute 41 avec les objets a comme objectif la repreacutesentation de la couleur sous forme de scheacutema et de leur faire deacuteduire progressivement que les objets se comportent comme des filtres

b) Lrsquoenseignant entrepose des objets de couleurs rouge cyan et jaune et des dispositifs eacutemettant des lumiegraveres coloreacutees (magenta vert et bleu) sur une table Lrsquoassociation des objets et des lumiegraveres coloreacutees est rouge-shymagenta cyan-shyvert jaune-shybleu

c) Lrsquoenseignant forme des groupes heacuteteacuterogegravenes de 3 ou 4 personnes d) Puis les eacutelegraveves se rassemblent autour de la table ougrave sont entreposeacutes les objets et

remplissent les deux premiegraveres colonnes du tableau (couleur de lrsquoobjet et couleur de la lumiegravere coloreacutee) Les groupes retournent agrave leur place et commencent agrave formuler leurs hypothegraveses (troisiegraveme colonne)

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

e) Puis les eacutelegraveves sont autoriseacutes agrave reacutecupeacuterer les objets pour qursquoils procegravedent agrave leur manipulation Ils notent ce qursquoils ont observeacute dans la quatriegraveme colonne

f) Ce proceacutedeacute est reacutepeacuteteacute 3 fois

Indications pour lrsquoenseignant

Les objets de couleurs agrave utiliser ne sont pas deacutefinis la liberteacute est laisseacutee agrave lrsquoenseignant de prendre ce qursquoil a agrave disposition mais lrsquoassociation est preacutevue pour qursquoun reacutesultat soit observeacute

Difficulteacutes ne pas faire les liens pour arriver agrave poser une hypothegravese ne plus savoir ce que sont les synthegraveses additives et soustractives

Erreurs possibles poser une hypothegravese fausse mais cette erreur est voulue et provoquera le conflit

attendu ne pas faire le lien avec la synthegravese soustractive vue dans le preacuteceacutedent chapitre et

reacutepondre ldquola synthegravese additiverdquo ne pas deacuteduire que la reacuteflection de la lumiegravere coloreacutee sur un objet fonctionne comme

un filtre Relances

lrsquoenseignant fait le test devant la classe en modeacutelisant le pheacutenomegravene renvoie au scheacutema de reflection revu en theacuteorie au deacutebut du cours utilise la modeacutelisation avec lrsquoordinateur ougrave lrsquoon peut doser les filtres met en parallegravele le filtre et la lumiegravere coloreacutee pour que le lien entre les deux

pheacutenomegravenes soit fait

Activiteacute 42 (25 min)

Objectif speacutecifique agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy Formuler une hypothegravese sur les couleurs des objets vus sous une lumiegravere coloreacutee Mateacuteriel

Feuilles blanches et coloreacutees

Peinture de couleurs

Journaux de protection

2 pinceaux par groupe

Gobelet drsquoeau

Palettes assiettes ou berlingot deacutecoupeacute en 2 pour mettre la peinture

6 lumiegraveres coloreacutees (rouge verte bleue magenta cyan et jaune)

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Deacuteroulement amp Indication pour les enseignants

a) Ils scheacutematisent le pheacutenomegravene et remplissent le tableau Lrsquoideacutee est drsquoeacutecrire les mots avec la mecircme peinture utiliseacutee durant lrsquoactiviteacute 21 ce qui leur permettrait de faire un lien Les eacutelegraveves se rendront peu agrave peu compte que la peinture agit comme un filtre

b) Avant le cours lenseignant associe une lumiegravere coloreacutee agrave une couleur pour le mot et une couleur de feuille et preacutepare une table proteacutegeacutee pour la peinture

c) Lrsquoactiviteacute se fait par groupe heacuteteacuterogegravene de 3 personnes formeacutes par lrsquoenseignant Chaque groupe possegravede 6 dispositifs eacutemettant des lumiegraveres coloreacutees agrave la lumiegravere desquels ils observeront les deux mots coloreacutes sur leur feuille respective

d) Les eacutelegravevent commencent lrsquoactiviteacute en venant chercher sur la table pour la peinture les 2 couleurs voulues les disposent dans leur palette prennent la feuille correspondante et 2 pinceaux et se dirigent vers les tables preacutepareacutees pour la peinture

e) Ils eacutecrivent les 2 mots avec la peinture puis rejoignent leur place f) Ils remplissent la premiegravere ligne du tableau g) Puis ils inscrivent leur hypothegravese au crayon agrave papier et en petit dans les cases

correspondantes Ils ont la possibiliteacute de prendre une feuille de brouillon pour dessiner les modegraveles

h) Puis lrsquoenseignant distribue les dispositifs eacutemettant les lumiegraveres coloreacutees pour que les eacutelegraveves puissent eacuteclairer leurs mots et observer le reacutesultat qursquoils notent agrave la plumestylo

i) Les hypothegraveses mecircme erroneacutees sont laisseacutees inscrites dans le tableau pour que lrsquoeacutelegraveve puisse comparer les deux et comprendre le pheacutenomegravene (conflit)

Activiteacute 43 (20 min)

Objectifs speacutecifiques agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy Modeacuteliser agrave lrsquoaide drsquoun scheacutema et de codes la reacutefraction et labsorption de la lumiegravere sur un objet

-shy Retrouver agrave partir de la couleur refleacuteteacutee et la lumiegravere coloreacutee projeteacutee et le filtre utiliseacute Mateacuteriel

pas de mateacuteriel particulier mis agrave part le fichier de lrsquoeacutelegraveve

Deacuteroulement

a) Lrsquoactiviteacute 43 qui permet de voir si les eacutelegraveves ont compris leur demande de reacutefleacutechir en partant des observations pour trouver la situation initiale

b) Le travail est agrave reacutealiser individuellement les eacutelegraveves regardent les diffeacuterents drapeaux modeacutelisent les diffeacuterentes situations et notent leur deacuteductions

c) Lrsquoenseignant reste agrave disposition et passe dans les bancs

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Indications pour lrsquoenseignant

Obstacles ne pas faire le lien que crsquoest la deacutemarche vue preacuteceacutedemment mais agrave lrsquoenvers

Erreurs possibles ne pas trouver le bon filtre agrave cause du noir ne pas repreacutesenter juste le scheacutema de modeacutelisation

Relances faire reacutefeacuterence au tableau reacutecapitulatif de la fiche theacuteorique faire reacutefeacuterence au modegravele du scheacutema en couleur dans la fiche theacuteorique

Institutionnalisation activiteacute 4

Explication de la modeacutelisation de la reacuteflection de la lumiegravere coloreacutee par une marche agrave suivre lors de la correction de lrsquoexercice des drapeaux sous forme drsquoun ldquoje retiensrdquo

Un cours de reacutevision avec les fiches de synthegravese suivra ces seacuteances drsquoactiviteacutes

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

3 Documents Les diffeacuterents documents utiliseacutes dans cette seacutequence sont preacutesenteacutes ci-shydessous

Parmi eux

Fiches drsquoactiviteacutes pour eacutelegraveves et avec correction

Fiches theacuteoriques de synthegravese

Evaluation pour eacutelegraveves et avec correction

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Documents des eacutelegraveves Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs Chapitre 2 Couleurs peintures couleurs lumiegraveres Activiteacute 21 1) Tu as agrave disposition des pinceaux et de la peinture Tu te

souviens peut-shyecirctre de tes cours drsquoarts visuels qursquoil existe des

couleurs primaires qui permettent par leur meacutelange drsquoobtenir

drsquoautres couleurs Mais elles-shymecircmes ne srsquoobtiennent par aucun

meacutelange Te souviens-shytu des combinaisons de couleurs qursquoil faut

meacutelanger pour obtenir une couleur souhaiteacutee

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du vert

__________________________________________

Image httpsfrdreamstimecom Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du rouge

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du bleu

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du noir

__________________________________________

Activiteacute 22 Lrsquoenseignant a installeacute trois projecteurs de couleur un rouge un vert un bleu ainsi

qursquoun eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-shydessous

Image MER

Quelle couleur va-shyt-shyon observer sur lrsquoeacutecran si lrsquoon allume deux par deux les projecteurs

et que lrsquoon superpose leurs lumiegraveres Et si lrsquoon allume les trois projecteurs Remplis le

tableau ci-shydessous drsquoabord avec tes hypothegraveses concernant la couleur obtenue sur

lrsquoeacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Meacutelange de lumiegraveres Couleur obtenue ton hypothegravese

Couleur observeacutee

vert et bleu

vert et rouge

bleu et rouge

vert bleu et rouge

a) Quelles diffeacuterences constates-shytu entre les meacutelanges de lrsquoactiviteacute 1 et ceux de lrsquoactiviteacute

2

______________________________________________________________________

b) Qursquoa-shyt-shyon meacutelangeacute dans chaque cas

______________________________________________________________________

c) Le reacutesultat du meacutelange des lumiegraveres verte bleue et rouge te rappelle-shyt-shyil quelque

chose Que peux-shytu en deacuteduire

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

d) A lrsquoaide de couleurs scheacutematise ci-shydessous les superpositions observeacutees sur lrsquoeacutecran

blanc

Activiteacute 23 Et comment obtenir drsquo‛autres couleurs 1) Tu as vu lors de lrsquoactiviteacute preacuteceacutedente que si lrsquoon superpose trois lumiegraveres de couleurs

RVB on perccediloit du blanc Mais de quelle maniegravere peut-shyon percevoir nrsquoimporte quelle

autre couleur

Familiarise-shytoi avec le logiciel en ligne suivant

httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additive

htm

Puis reacuteponds aux questions suivantes

Par quelles manipulations obtiens-shytu du orange

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du rose

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du vert olive

______________________________________________________________________

Que constates-shytu

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

2) Chaque groupe a agrave sa disposition une loupe binoculaire Deacutepose un smartphone

allumeacute eacutecran vers le haut sous lrsquoobjectif Vise une zone blanche de lrsquoeacutecran puis regravegle la

netteteacute Qursquoobserves-shytu

Observations

Comment expliques-shytu ce pheacutenomegravene

Documents des eacutelegraveves Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs Chapitre 2 Couleurs peintures couleurs lumiegraveres (corrigeacute) Activiteacute 21 1) Tu as agrave disposition des pinceaux et de la peinture Tu te

souviens peut-shyecirctre de tes cours drsquoarts visuels qursquoil existe des

couleurs primaires qui permettent par leur meacutelange drsquoobtenir

drsquoautres couleurs Mais elles-shymecircmes ne srsquoobtiennent par aucun

meacutelange Te souviens-shytu des combinaisons de couleurs qursquoil faut

meacutelanger pour obtenir une couleur souhaiteacutee

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du vert

__________________________________________

Image httpsfrdreamstimecom Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du rouge

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du bleu

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du noir

__________________________________________

Activiteacute 22 Lrsquoenseignant a installeacute trois projecteurs de couleur un rouge un vert un bleu ainsi

qursquoun eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-shydessous

Image MER

Quelle couleur va-shyt-shyon observer sur lrsquoeacutecran si lrsquoon allume deux par deux les projecteurs

et que lrsquoon superpose leurs lumiegraveres Et si lrsquoon allume les trois projecteurs Remplis le

tableau ci-shydessous drsquoabord avec tes hypothegraveses concernant la couleur obtenue sur

lrsquoeacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Meacutelange de lumiegraveres Couleur obtenue ton hypothegravese

Couleur observeacutee

vert et bleu (cyan)

vert et rouge (jaune)

bleu et rouge (magenta)

vert bleu et rouge (blanc)

a) Quelles diffeacuterences constates-shytu entre les meacutelanges de lrsquoactiviteacute 1 et ceux de lrsquoactiviteacute

2

______________________________________________________________________

Les couleurs obtenues ne sont pas les mecircmes qursquoen peinture

b) Qursquoa-shyt-shyon meacutelangeacute dans chaque cas

______________________________________________________________________

Dans le premier cas on a de la matiegravere (de la peinture) dans le deuxiegraveme cas on a de la

lumiegravere

c) Le reacutesultat du meacutelange des lumiegraveres verte bleue et rouge te rappelle-shyt-shyil quelque

chose Que peux-shytu en deacuteduire

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

Le fait que la lumiegravere blanche est composeacutee de lrsquoensemble des couleurs (cf expeacuterience

du prisme) Ici lrsquoexpeacuterience concerne la superposition de lumiegraveres coloreacutees et on observe

que lrsquoaddition des lumiegraveres rouge verte et bleue donne du blanc Cela srsquoappelle le modegravele trichromique

d) A lrsquoaide de couleurs scheacutematise ci-shydessous les superpositions observeacutees sur lrsquoeacutecran

blanc

Activiteacute 23 Et comment obtenir drsquo‛autres couleurs 1) Tu as vu lors de lrsquoactiviteacute preacuteceacutedente que si lrsquoon superpose trois lumiegraveres de couleurs

RVB on perccediloit du blanc Mais de quelle maniegravere peut-shyon percevoir nrsquoimporte quelle

autre couleur

Familiarise-shytoi avec le logiciel en ligne suivant

httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additive

htm

Puis reacuteponds aux questions suivantes

Par quelles manipulations obtiens-shytu du orange (selon eacutelegraveves)

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du rose (selon eacutelegraveves)

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du vert olive (selon eacutelegraveves)

______________________________________________________________________

Que constates-shytu

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

Un jeu de dosage entre les trois couleurs RVB permet drsquoobtenir toutes les diffeacuterentes

couleurs imaginables Les trois lumiegraveres superposeacutees et en dosage eacutequivalent donnent

une lumiegravere blanche crsquoest agrave dire la totaliteacute des couleurs On appelle cela la synthegravese additive

2) Chaque groupe a agrave sa disposition un microscope Deacutepose un smartphone allumeacute

eacutecran vers le haut sous lrsquoobjectif Vise une zone blanche de lrsquoeacutecran puis regravegle la netteteacute

Qursquoobserves-shytu

Observations

(Preacutesences de pixels lumiegraveres RVB)

Comment expliques-shytu ce pheacutenomegravene

(synthegravese effectueacutee par le cerveau)

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 3 Que devient la lumiegravere lorsqursquo‛elle traverse un filtre

Activiteacute 31 les lumiegraveres et filtres coloreacutes

Tu as appris lors du dernier cours que lrsquo‛on pouvait ldquoadditionnerrdquo des lumiegraveres coloreacutees

pour obtenir de nouvelles couleurs Nous pouvons modeacuteliser la lumiegravere blanche ainsi

Nous allons deacutecouvrir aujourdrsquo‛hui comment on peut ldquosoustrairerdquo des lumiegraveres coloreacutees

1) Lrsquo‛enseignant a installeacute trois filtres de couleur un rouge un vert un bleu ainsi qursquo‛un

eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-dessous

Image MER

Quelle couleur va-t-on observer sur lrsquo‛eacutecran si lrsquo‛on allume un par un les projecteurs

Remplis le tableau ci-dessous premiegraverement avec tes hypothegraveses concernant la couleur

obtenue sur lrsquo‛eacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Filtre traverseacute par la

lumiegravere blanche

Couleur obtenue ton

hypothegravese

Couleur observeacutee

Filtre bleu

Filtre rouge

Filtre vert

2) Selon toi quel est le rocircle du filtre coloreacute

_______________________________________________________________

3) Repreacutesente par un scheacutema le passage drsquo‛une lumiegravere blanche agrave travers un filtre rouge

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

4) Et quelle couleur observera-t-on si la lumiegravere blanche passe agrave travers un filtre rouge

puis agrave travers un filtre bleu Formule une hypothegravese puis applique ton modegravele

Hypothegravese __________________________________

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

Activiteacute 32 Qursquo‛obtient-on avec drsquo‛autres filtres

a) Tu disposes maintenant drsquo‛une lampe diffusant de la lumiegravere blanche et de filtres

cyan magenta et jaune Manipule-les les uns apregraves les autres puis en les superposant

pour deacutecouvrir leurs effets sur la lumiegravere blanche

b) A lrsquo‛aide de couleurs et en trsquo‛appuyant sur tes observations scheacutematise ci-dessous

lrsquo‛action des filtres sur une lumiegravere blanche

Activiteacute 33 Deux synthegraveses Similitudes et diffeacuterences

a) Utilise ce logiciel pour comparer les synthegraveses additive et soustractive

httpwwwostralonet3_animationsswfsynthese_couleursswf

a) Quelles similitudes observes-tu entre les synthegraveses additive et soustractive

________________________________________________________________

d) Et quelles diffeacuterences

_______________________________________________________________

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 3 Que devient la lumiegravere lorsqursquo‛elle traverse un filtre

(corrigeacute)

Activiteacute 31 les lumiegraveres et filtres coloreacutes

Tu as appris lors du dernier cours que lrsquo‛on pouvait ldquoadditionnerrdquo des lumiegraveres coloreacutees

pour obtenir de nouvelles couleurs Nous pouvons modeacuteliser la lumiegravere blanche ainsi

Nous allons deacutecouvrir aujourdrsquo‛hui comment on peut ldquosoustrairerdquo des lumiegraveres coloreacutees

1) Lrsquo‛enseignant a installeacute trois filtres de couleur un rouge un vert un bleu ainsi qursquo‛un

eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-dessous

Image MER

Quelle couleur va-t-on observer sur lrsquo‛eacutecran si lrsquo‛on allume un par un les projecteurs

Remplis le tableau ci-dessous premiegraverement avec tes hypothegraveses concernant la couleur

obtenue sur lrsquo‛eacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Filtre traverseacute par la

lumiegravere blanche

Couleur obtenue ton

hypothegravese

Couleur observeacutee

Filtre bleu bleu

Filtre rouge rouge

Filtre vert vert

2) Selon toi quel est le rocircle du filtre coloreacute

_______________________________________________________________

Un filtre coloreacute ne transmet que les rayons de sa couleur et absorbe les autres

3) Repreacutesente par un scheacutema le passage drsquo‛une lumiegravere blanche agrave travers un filtre rouge

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

4) Et quelle couleur observera-t-on si la lumiegravere blanche passe agrave travers un filtre rouge

puis agrave travers un filtre bleu Formule une hypothegravese puis applique ton modegravele

Hypothegravese __________________________________

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

Activiteacute 32 Qursquo‛obtient-on avec drsquo‛autres filtres

a) Tu disposes maintenant drsquo‛une lampe diffusant de la lumiegravere blanche et de filtres

cyan magenta et jaune Manipule-les les uns apregraves les autres puis en les superposant

pour deacutecouvrir leurs effets sur la lumiegravere blanche

b) A lrsquo‛aide de couleurs et en trsquo‛appuyant sur tes observations scheacutematise ci-dessous

lrsquo‛action des filtres sur une lumiegravere blanche

Pex 1 Magenta 2 Jaune 3 Cyan 4 Rouge 5 Vert 6 Bleu 7 Noir

Activiteacute 33 Deux synthegraveses Similitudes et diffeacuterences

a) Utilise ce logiciel pour comparer les synthegraveses additive et soustractive

httpwwwostralonet3_animationsswfsynthese_couleursswf

a) Quelles similitudes observes-tu entre les synthegraveses additive et soustractive

________________________________________________________________

Les mecircmes triplets de couleurs sont preacutesents dans les deux synthegraveses (RVB - CMJ)

d) Et quelles diffeacuterences

________________________________________________________________

1 Les couleurs primaires de lrsquo‛un sont les couleurs compleacutementaires de lrsquo‛autre

2 Lrsquo‛addition des lumiegraveres coloreacutees rouge verte et bleue donne du blanc la

soustraction totale par des filtres cyan magenta et jaune donne du noir

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 4 Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Rappel

1 Nous pouvons reacutesumer la composition de la lumiegravere blanche aux 3 couleurs primaires le rouge le vert et le bleu Ce sont des couleurs qui ne peuvent pas ecirctre creacuteeacutees Ce sont elles qui composent les autres couleurs Crsquo‛est agrave dire qursquo‛en les meacutelangeant on peut obtenir les autres couleurs le cyan est composeacute du bleu et du vert le magenta est composeacute du bleu et du rouge et le jaune est composeacute du vert et du rouge

Theacuteorie

Le sujet que nous allons traiter aujourdrsquo‛hui concerne la couleur de lrsquo‛objet Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Formule une hypothegravese ____________________________________________

Observe la photo projeteacutee par lrsquo‛enseignant

Que retiens-tu de cette photo _______________________________________________________________ La lumiegravere coloreacutee qui est refleacuteteacutee par un objet correspond agrave la lumiegravere non absorbeacutee

Ici toutes les lumiegraveres coloreacutees sont absorbeacutees sauf le bleu qui lui est refleacuteteacute La couleur propre de lrsquo‛objet sera le bleu

En effet un objet absorbe ou reflegravete diffeacuterentes lumiegraveres coloreacutees Crsquo‛est cette lumiegravere coloreacutee refleacuteteacutee que nous verrons

Activiteacute 41

Reacuteponds agrave ces diffeacuterentes questions dans le tableau ci-dessous De quelle couleur verras-tu cet objet Confronte ton ideacutee avec ton voisin De quelle couleur le vois-tu reacuteellement

Couleur de lrsquo‛objet

Couleur de la lumiegravere

Hypothegravese formuleacutee

Observation

rouge Magenta

cyan Vert

jaune Bleu

Par quel pheacutenomegravene peut-on observer ce changement de couleur ___________________________________

Quelle deacuteductions peux-tu faire _________________________________________________________________

Activiteacute 42

Marche agrave suivre

1 Eacutecris sur une feuille blanche le nom des 2 couleurs que ton enseignant te donne avec la peinture qui y correspond

2 Pendant que ces mots segravechent remplis les colonnes ldquocouleur du mot 1rdquo et ldquocouleur du mot 2rdquo et ldquocouleur de la feuillerdquo agrave la lumiegravere blanche

3 Formule tes hypothegraveses note-les au crayon agrave papier en petit 4 Eacuteclaire tes mots agrave lrsquo‛aide de lumiegraveres coloreacutees 5 Note tes observations

Lumiegravere coloreacutee

Couleur du mot 1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur du mot 2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur de la feuille helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Blanche

Rouge

Verte

Bleue

Magenta

Cyan

Jaune

Activiteacute 43

Tu observes un drapeau eacuteclaireacute par une lumiegravere blanche Puis tu observes ce mecircme drapeau eacuteclaireacute par deux lumiegraveres coloreacutees diffeacuterentes Trouve la lumiegravere coloreacutee utiliseacutee dans chaque cas et justifie ta reacuteponse par la modeacutelisation vue preacuteceacutedemment

Lumiegravere blanche Lumiegravere coloreacutee 1 Lumiegravere coloreacutee 2

De quelle couleur est la premiegravere lumiegravere coloreacutee ___________________________

Modeacutelisation 1

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________

Modeacutelisation 2

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 4 Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur (corrigeacute) Rappel

2 Nous pouvons reacutesumer la composition de la lumiegravere blanche aux 3 couleurs primaires le rouge le vert et le bleu Ce sont des couleurs qui ne peuvent pas ecirctre creacuteeacutees Ce sont elles qui composent les autres couleurs Crsquo‛est agrave dire qursquo‛en les meacutelangeant on peut obtenir les autres couleurs le cyan est composeacute du bleu et du vert le magenta est composeacute du bleu et du rouge et le jaune est composeacute du vert et du rouge

Theacuteorie

Le sujet que nous allons traiter aujourdrsquo‛hui concerne la couleur de lrsquo‛objet Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Formule une hypothegravese ____________________________________________ Projeter cette image elle napparaicirct pas dans le cours de lrsquo‛eacutelegraveve

Que retiens-tu de cette photo _______________________________________________________________ La lumiegravere coloreacutee qui est refleacuteteacutee par un objet correspond agrave la lumiegravere non absorbeacutee

Ici toutes les lumiegraveres coloreacutees sont absorbeacutees sauf le bleu qui lui est refleacuteteacute La couleur propre de lrsquo‛objet sera le bleu

En effet un objet absorbe ou reflegravete diffeacuterentes lumiegraveres coloreacutees Crsquo‛est cette lumiegravere coloreacutee refleacuteteacutee que nous verrons

Activiteacute 41

Reacuteponds agrave ces diffeacuterentes questions dans le tableau ci-dessous De quelle couleur penses-tu que tu verras cet objet Confronte ton ideacutee avec ton voisin De quelle couleur le vois-tu reacuteellement

Couleur de lrsquo‛objet

Couleur de la lumiegravere

Hypothegravese formuleacutee

Observation

rouge Magenta (rouge)

cyan Vert (vert)

jaune Bleu (noir)

Par quel pheacutenomegravene peut-on observer ce changement de couleur ___________________________________ (synthegravese soustractive)

Quelle deacuteductions peux-tu faire (fonctionne comme un filtre) _________________________________________________________________

Activiteacute 42

Marche agrave suivre

6 Eacutecris sur une feuille blanche le nom des 2 couleurs que ton enseignant te donne avec la peinture qui y correspond

7 Pendant que ces mots segravechent remplis les colonnes ldquocouleur du mot 1rdquo et ldquocouleur du mot 2rdquo et ldquocouleur de la feuillerdquo agrave la lumiegravere blanche

8 Formule tes hypothegraveses note-les au crayon agrave papier en petit 9 Eacuteclaire tes mots agrave lrsquo‛aide de lumiegraveres coloreacutees 10 Note tes observations

Lumiegravere coloreacutee

Couleur du mot 1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur du mot 2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur de la feuille helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Blanche

Rouge

Verte

Bleue

Magenta

Cyan

Jaune

Activiteacute 43

Tu observes un drapeau eacuteclaireacute par une lumiegravere blanche Puis tu observes ce mecircme drapeau eacuteclaireacute par deux lumiegraveres coloreacutees diffeacuterentes Trouve la lumiegravere coloreacutee utiliseacutee dans chaque cas et justifie ta reacuteponse par la modeacutelisation vue preacuteceacutedemment

Lumiegravere blanche Lumiegravere coloreacutee 1 Lumiegravere coloreacutee 2

De quelle couleur est la premiegravere lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Bleu)

Modeacutelisation 1

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Vert)

Modeacutelisation 2

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Fiches de synthegravese Les couleurs Activiteacute 2 Reacutesumeacute theacuteorique pour les eacutelegraveves Le modegravele trichromique et la synthegravese additive des couleurs La couleur nrsquo‛existe pas sans lumiegravere et lrsquo‛on peut dire que lrsquo‛on perccediloit le monde gracircce aux meacutelanges de ces couleurs qui correspondent aux diffeacuterentes composantes de la lumiegravere Lorsque lrsquo‛on parle de la perception des couleurs on srsquo‛aperccediloit que seules trois lumiegraveres primaires de couleurs rouge vert et bleu sont neacutecessaires pour obtenir la sensation de toutes les autres couleurs Cette maniegravere de modeacuteliser la perception des couleurs est ce qursquo‛on appelle le modegravele trichromique (lsquorsquo‛trois couleursrsquo‛rsquo‛) Dans cette repreacutesentation toutes les autres lumiegraveres coloreacutees sont perccedilues par superposition des trois lumiegraveres rouge verte et bleue La superposition simultaneacutee et en dosage identique des trois couleurs donne de la lumiegravere blanche Le noir correspond agrave une absence de lumiegravere

Illustration du modegravele

Image MER

Lrsquo‛image montre trois projecteurs de lumiegraveres rouge verte et bleue eacuteclairant une table blanche Si les trois couleurs sont projeteacutees en intensiteacute identique nous obtenons par superposition trois autres couleurs le cyan le magenta et le jaune Les couleurs primaires et les couleurs obtenues sont codeacutees sur lrsquo‛image puis reacutecapituleacutees dans le tableau ci-dessous

Image MER

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Si nous modifions le dosage des couleurs eacuteleacutementaires il est possible drsquo‛obtenir toutes les couleurs imaginables Le pheacutenomegravene de perception des couleurs par superposition des trois couleurs primaires se nomme synthegravese additive les couleurs sont additionneacutees entre elles pour permettre la synthegravese drsquo‛autres couleurs

Drsquo‛ailleurs si lrsquo‛on observe au microscope un eacutecran blanc de smartphone ou drsquo‛ordinateur on remarque qursquo‛il est en fait constitueacute drsquo‛un grand nombre de minuscules rectangles de lumiegraveres rouge verte et bleue (voir image ci-contre) Crsquo‛est justement par un jeu de dosage de chacune de ces lumiegraveres que lrsquo‛on perccediloit les diffeacuterentes couleurs sur nos eacutecrans

Pourquoi un modegravele sur trois couleurs La raison pour laquelle les scientifiques ont construit ce modegravele sur trois couleurs est directement lieacutee agrave la structure de notre œil En effet ce dernier contient des cellules sensibles agrave la lumiegravere que lrsquo‛on appelle cocircnes et bacirctonnets Alors que les bacirctonnets perccediloivent les intensiteacutes de lumiegravere les cocircnes nous permettent de percevoir les couleurs Cependant ils ne sont sensibles qursquo‛agrave certaines composantes de la lumiegravere blanche celles correspondant justement aux couleurs rouge vert et bleu Lorsque lrsquo‛on regarde un objet notre cerveau analyse le dosage de chacune de ces composantes perccedilues par notre œil et en interpregravete ainsi la couleur de lrsquo‛objet

Qursquo‛est-ce que le daltonisme Certaines personnes preacutesentent une anomalie de la vision qui les empecircche de distinguer certaines couleurs Drsquo‛origine geacuteneacutetique ce trouble est ducirc agrave un dysfonctionnement des cocircnes preacutesents dans la reacutetine Bien que la plupart des personnes daltoniennes aient de la peine agrave distinguer le vert du rouge drsquo‛autres ne distinguent pas drsquo‛autres couleurs Dans certaines formes de daltonisme le monde est perccedilu par la personne atteinte en teintes de gris

Sciences naturelles Optique synthegravese soustractive et additive

La synthegravese additive est le proceacutedeacute gracircce

auquel en combinant les couleurs

___________ ___________ et ___________

on obtient du blanc

On la retrouve lorsque lrsquoon meacutelange des

lumiegraveres coloreacutees composeacutees de ces 3 couleurs

diffeacuterentes car les laquo additionner raquo donne la

lumiegravere blanche

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon exploite aujourdrsquohui

pour les teacuteleacuteviseurs ou tout eacutecran composeacute de

pixels

La synthegravese soustractive consiste agrave soustraire

les couleurs de la lumiegravere blanche (RVB) agrave

travers des filtres de couleurs ___________

___________ et ___________ qui absorbent la

totaliteacute des couleurs de la lumiegravere blanche pour

un rendu noir au final (absence de lumiegravere)

Lrsquo __________________ des 3 couleurs donne

le ____________

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon retrouve par exemple en

meacutelangeant de la peinture notamment en

imprimerie

Sciences naturelles Optique les filtres

Qursquoest-shyce qursquoun filtre coloreacute et comment fonctionne-shyt-shyil

Un filtre est un dispositif qui permet de filtrer la lumiegravere de laisser passer certains rayons

lumineux et drsquoen absorber drsquoautres

Pour savoir quelles lumiegravere coloreacutees le filtre laisse passer il faut lrsquoobserver agrave la lumiegravere

blanche

Le filtre laissera alors passer uniquement les rayons lumineux de sa couleur propre

Par exemple

Un filtre vert laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee verte

Un filtre magenta laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee magenta crsquoest agrave dire les rayons rouge et bleu

Pour connaicirctre la lumiegravere coloreacutee qui ldquosortrdquo du filtre il faut donc

deacutecomposer la lumiegravere qui arrive sur ce filtre et en soustraire les

rayons qui sont absorbeacutes par le filtre On se reacutefegravere alors au modegravele de

la synthegravese soustractive

Image httpswww123couleursfrboutique-shy1filtres-shycolorC3A9s

Tableau reacutecapitulatif

Sciences naturelles Optique les filtres

Modeacutelisation

Nous pouvons modeacuteliser lrsquoaction drsquoun filtre

1 Noter la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur le filtre

2 Deacutecomposer la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur filtre et la coder (en RVB)

3 Repreacutesenter le filtre et coder les rayons absorbeacutes par le filtre 4 Prolonger les rayons lumineux coloreacutes que le filtre laisse passer et les coder (en RVB)

5 Noter la lumiegravere coloreacutee qui sort du filtre

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre magenta sur la lumiegravere blanche

Lorsque plusieurs filtres sont superposeacutes ou aligneacutes il faut modeacuteliser lrsquoaction du premier filtre

sur la lumiegravere projeteacutee puis lrsquoaction du deuxiegraveme filtre sur la lumiegravere qui sort du premier filtre

etc

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre cyan puis drsquoun filtre vert sur la lumiegravere jaune

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

De quelle couleur apparaicirctra un objet de couleur eacuteclaireacute par une lumiegravere coloreacutee

Il y 3 cas

1) Un objet de couleur blanche renvoie toutes les couleurs il apparaicirctra de la couleur eacuteclaireacutee

2) Un objet de couleur noire absorbe toutes les couleurs Peu importe la couleur avec laquelle

lrsquoobjet est eacuteclaireacute lrsquoobjet apparaicirct de couleur noire

3) Pour un objet de couleur il suffit de deacutecomposer les couleurs secondaires par exemple

Jrsquoai un objet jaune

Je lui projette une lumiegravere magenta

Or jaune = rouge + vert

et magenta = bleu + rouge

Le rouge est commun au jaune et au magenta donc lrsquoobjet paraicirctra rouge

En revanche si la lumiegravere est bleue comme il nrsquoy a pas de bleu dans le jaune lrsquoobjet paraicirctra

noir

1

Tableau reacutecapitulatif

1 httpscommunitygoodgamestudioscombigfarmfrdiscussion51685langage-shy‐des-shy‐couleurs

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

Modegravele de reacuteponse

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

______

______

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

______

______

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation avec propositions

de reacuteponses)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

(rouge vert bleu Nous percevons les diffeacuterentes couleurs agrave partir de ces trois couleurs) ________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

(Explication relative aux cocircnes et bacirctonnets de lrsquo‛oeil)

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Corrigeacute vert bleu blanc cyan

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________ (vert)

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________ (bleu)

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________ (aucunenoir)

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

(selon modegravele eacutetudieacute)

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

(les deux selon que lrsquo‛on parle de synthegravese additive ou soustractive)

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

Bleu

______

Bleu

______

Noir

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________ (lumiegravere rouge)

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

Noir

______

Rouge

______

Rouge

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

(Bleu)

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

(selon modegravele eacutetudieacute)

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

(Explication citant la synthegravese soustractive et lrsquo‛effet des lumiegraveres coloreacutees

concerneacutees sur le haut du cambrioleur)

Evaluation - Analyse

Ce commentaire comprend les diffeacuterents objectifs eacutevalueacutes ainsi que ce qui est attendu

preacuteciseacutement des eacutelegraveves et les niveaux taxonomiques correspondants

Ce sont des pistes drsquo‛eacutevaluation qui sont ici proposeacutees non une eacutevaluation suivie

Exercice 1

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- Mettre en lien des notions theacuteoriques apprises en cours (cocircnes et

bacirctonnets de lrsquo‛oeil) avec drsquo‛autres (synthegravese additive)

Lrsquo‛eacutevaluation deacutebute par deux questions au niveau taxonomique peu eacuteleveacute La

premiegravere de lrsquo‛ordre de la compreacutehension demande aux eacutelegraveves de restituer une

connaissance de base agrave lrsquo‛aide de leurs propres mots La deuxiegraveme propose de

tester les connaissances theacuteoriques des eacutelegraveves en veacuterifiant que des liens entre

deux notions aient eacuteteacute faits

Exercice 2

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutedire la couleur perccedilue en fonction des meacutelanges de couleurs RVB

- deacutechiffrer un scheacutema et les codes de la repreacutesentation de la trajectoire

des lumiegraveres coloreacutees

Le deuxiegraveme exercice relegraveve du niveau taxonomique de lrsquo‛application car il

neacutecessite une compreacutehension de la maniegravere de repreacutesenter la lumiegravere (scheacutema de

la trajectoire rectiligne codes de couleurs RVB) et drsquo‛appliquer ce modegravele tout en

utilisant les connaissances des couleurs fondamentales et compleacutementaires de la

synthegravese additive

Exercice 3

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet drsquo‛un filtre sur une lumiegravere coloreacutee agrave lrsquo‛aide des codes

propres agrave lrsquo‛optique

Lrsquo‛exercice 3 relegraveve de lrsquo‛application car les eacutelegraveves se reacutefegraverent agrave la modeacutelisation

eacutetablie durant le cours et au diagramme de Venn de la synthegravese soustractive et

les adaptent aux items preacutesenteacutes

Exercice 4

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- mettre en perspective la distinction entre synthegravese additive et

soustractive en terme de lsquorsquo‛naturersquo‛rsquo‛ de la couleur (couleurs matiegraveres vs

couleurs lumiegraveres)

Cet exercice requiert des eacutelegraveves qursquo‛ils mobilisent leur faculteacute drsquo‛analyse (niveau

taxonomique plutocirct eacuteleveacute) pour expliquer les diffeacuterences entre les

repreacutesentations de la couleur en arts visuels et en physique Le but est qursquo‛ils

reconnaissent qursquo‛il srsquo‛agit dans le premier cas de la synthegravese soustractive et dans

le second cas de la synthegravese additive

Exercice 5

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutevoir la couleur perccedilue drsquo‛un objet en fonction des lumiegraveres coloreacutees

projeteacutees et coder le pheacutenomegravene

Les eacutelegraveves appliquent la modeacutelisation drsquo‛une lumiegravere coloreacutee sur un objet coloreacute

pour deacuteterminer la couleur perccedilue du drapeau franccedilais Cette question fait

reacutefeacuterence agrave un niveau taxonomique bas Puis ils trouvent la lumiegravere coloreacutee qui

permet de voir les deux drapeaux preacutesenteacutes de la mecircme couleur Ils trouveront

cette reacuteponse en modeacutelisant les lumiegraveres coloreacutees sur lrsquo‛objet de couleur

Plusieurs scheacutemas sont neacutecessaires pour trouver la reacuteponse Crsquo‛est une question

taxonomiquement haute qui demande aux eacutelegraveves de faire une synthegravese

Exercice 6

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet de la lumiegravere coloreacutee sur un objet et en deacuteduire la

couleur perccedilue

- justifier sa reacuteponse avec des mots en faisant la synthegravese des diffeacuterents

concepts vus dans la seacutequence de cours

Les eacutelegraveves doivent comprendre ce qursquo‛ils lisent et deacuteterminer la couleur propre du

haut du cambrioleur Cette question est taxonomiquement haute elle demande de

lrsquo‛analyse Puis ils justifient leur reacuteponse par le modegravele de lrsquo‛effet de la lumiegravere

coloreacutee sur un objet Cette question est drsquo‛un niveau taxonomique infeacuterieur

drsquo‛application Finalement ils deacuteterminent pourquoi la description de la jeune fille

ne correspond pas agrave la couleur propre en faisant le lien avec la synthegravese

soustractive demandant un niveau taxonomiquement tregraves eacuteleveacute la synthegravese

Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

4 Argumentation scientifique Nous avons choisi de construire notre seacutequence de cours de maniegravere agrave ce qursquoelle srsquoinscrive dans une deacutemarche constructiviste de type piageacutetienne Dans cette deacutemarche lrsquoenseignant anticipe les conceptions erroneacutees que les eacutelegraveves peuvent avoir puis eacutetablit une situation-shyproblegraveme permettant ideacutealement de deacuteconstruire ces repreacutesentations incomplegravetes puis finalement drsquoen construire de nouvelles plus justes Dans ce qui suit nous allons deacutefinir ces diffeacuterents concepts mis en eacutevidence puis expliciter la maniegravere dont nous les avons pris en compte dans notre planification

41 Les conceptions des eacutelegraveves et les situations-shyproblegravemes

411 Deacutefinitions Conception Selon Giordan et al (1994) une conception ou repreacutesentation peut ecirctre consideacutereacutee comme une ideacutee un objet ou un eacutevegravenement qui aide lrsquoeacutelegraveve agrave comprendre le monde qui lrsquoentoure Elle est le fruit de son expeacuterience personnelle dans laquelle il va puiser pour comprendre les nouveaux savoirs que lrsquoon va chercher agrave lui inculquer Elle peut ecirctre consideacutereacutee comme une connaissance ldquodeacutejagrave-shylagraverdquo acquise dans un certain contexte par lrsquoapprenant et qui peut ecirctre correcte ou erroneacutee Les mauvaises conceptions (ou misconception en anglais) peuvent donc ecirctre deacutecrites comme des ideacutees qui proviennent drsquoune mauvaise compreacutehension drsquoobjets ou eacutevegravenements Elles sont issues principalement de lrsquoenvironnement avec lequel lrsquoeacutelegraveve interagit et du contexte dans lequel il se situe mais elles deacutecoulent eacutegalement des systegravemes seacutemiotiques mis en oeuvre Ces derniers sont abordeacutes plus en deacutetail dans ce qui suit Seacutemiologie En seacutemiologie (lrsquoeacutetude des systegravemes de signes) une repreacutesentation (ou un signe) est double elle est doteacutee drsquoun signifiant et drsquoun signifieacute (de Saussure 1916) Le signifiant qui fait lrsquoobjet de la seacutemiologie deacutesigne la forme et laspect du signe tandis que le signifieacute eacutetudieacute dans le cadre de la seacutemantique deacutesigne le concept eacutevoqueacute par le signe A partir du moment ougrave le signe possegravede plusieurs signifieacutes il devient symbole et crsquoest ainsi que les incompreacutehensions peuvent survenir Selon R Duval (1995) le concept de laquo registre seacutemiotique raquo permet de distinguer les repreacutesentations qui relegravevent de diffeacuterents registres ou types visuels numeacuteriques graphiques symboliques formels scheacutematiques etc En didactique ce concept est fondamental car les diffeacuterences de registre au sein drsquoune mecircme repreacutesentation ou drsquoun

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

modegravele peut induire des difficulteacutes de lecture Ils risquent drsquoajouter des difficulteacutes suppleacutementaires en empecircchant les eacutelegraveves de se focaliser sur le problegraveme poseacute par lrsquoactiviteacute et les menant agrave formuler des conclusions diffeacuterentes de celles attendues par lrsquoenseignant Crsquoest pour cela qursquoun choix pertinent de registre seacutemiotique facilite la compreacutehension du concept introduit Dans notre cours un exemple typique que nous pouvons donner est la forte ressemblance des diagrammes de Venn pour les synthegraveses additive et soustractive Dans les deux modegraveles les diagrammes sont communeacutement scheacutematiseacutes sous forme circulaire De plus bien que inverseacutees au niveau de leurs superpositions les mecircmes couleurs sont repreacutesenteacutees dans les deux diagrammes Ces similitudes peuvent rendre la diffeacuterenciation complexe pour les eacutelegraveves Crsquoest pourquoi nous avons estimeacute important drsquoapporter un changement agrave la repreacutesentation de ces diagrammes Ainsi dans lrsquoune de nos fiches de synthegravese nous avons preacutefeacutereacute utiliser des formes rectangulaires plutocirct que circulaires pour repreacutesenter la synthegravese soustractive car cette forme eacutevoque plus fortement le filtre et ainsi lrsquoabsorption de la lumiegravere Cadre de rationaliteacute origine des conceptions En srsquoappuyant sur les travaux de R Douady (1984) A Lerouge (1992) deacutefinit laquo un cadre de rationaliteacuteraquo comme laquoun ensemble coheacuterent de fonctionnement de la penseacuteeraquo caracteacuteriseacute principalement par les composantes suivantes

1 Les objets du cadre dans notre cas il peut srsquoagir de peinture de feuille de papier de lampes de poche de filtres etc

2 Le type de processus de conceptualisation Dans un cadre scientifique il peut srsquoagir drsquoun processus par modeacutelisation ou par expeacuterimentation par exemple

3 Les registres seacutemiotiques que nous avons traiteacutes plus haut Les conceptions des eacutelegraveves et les conflits de perceptions en reacutesultant sont issus des diffeacuterents cadres de rationaliteacute dans lesquels ils eacutevoluent Ce sont les cadres familiers (personnel) et culturels (eacutecole) qui sont responsable de ces conceptions et repreacutesentations mentales tantocirct concourantes tantocirct inexistantes voire erroneacutees Elles se manifestent principalement agrave travers la seacutemiotique Les eacutelegraveves eacuteprouvent de la difficulteacute agrave repreacutesenter des objets issus de registres seacutemiotiques diffeacuterents ou encore agrave simplement les reconnaicirctre Dans le contexte de notre seacutequence sur les couleurs ces cadres de rationaliteacute sont centraux En effet crsquoest dans son quotidien et donc dans son cadre familier que lrsquoeacutelegraveve va deacutecouvrir la notion de couleur notamment par le biais de la peinture ou drsquoobservation drsquoarc-shyen-shyciel Cette deacutecouverte qui a souvent lieu tregraves tocirct dans la vie de lrsquoenfant ne fera pourtant pas pour autant lrsquoobjet de questionnement sur le pheacutenomegravene de perception des couleurs La notion de cadre culturel ou scolaire quand agrave elle peut ecirctre eacutetendue dans notre cas agrave deux sous-shycateacutegories de cadres culturels diffeacuterents qui vont ecirctre agrave lrsquoorigine de conceptions erroneacutees ou incomplegravetes Premiegraverement il y a le cadre que nous appelons laquo arts visuelsraquo et qui a ses propres regravegles de rationaliteacutes Les cours de dessin ou drsquoactiviteacutes creacuteatrices en sont de parfaits exemples car crsquoest dans ce cadre que les eacutelegraveves vont premiegraverement aborder la

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theacutematique des couleurs primaires et de leurs meacutelanges Mais cette theacutematique est eacutegalement abordeacutee dans le cadre laquophysiqueraquo agrave travers les expeacuteriences de deacutecomposition de la lumiegravere ou de superposition de lumiegraveres coloreacutees Ainsi nous retrouvons trois cadres de rationaliteacute concourants (familier physique arts visuels) dans lesquels les eacutelegraveves eacutevoluent et qui engendrent indubitablement des conceptions erroneacutees sur la lumiegravere et les couleurs puisque les eacutelegraveves ne sont pas ameneacutes agrave les diffeacuterencier dans chacun des cadres Et comme la communication entre les diffeacuterents cadres nrsquoest pas eacutetablie le lien agrave faire entre les diffeacuterentes conceptions issues de ces cadres est agrave la charge de lrsquoeacutelegraveve ce qui repreacutesente une lourde responsabiliteacute dans son apprentissage Astolfi (2008) appelle eacutegalement ces conceptions issues de diffeacuterents cadres des ldquotrames conceptuelles rdquoqui peuvent ecirctre deacutefinies comme ldquoun ensemble de concepts-shycleacutes propres agrave un domaine et logiquement hieacuterarchiseacutes entre eux qui structurent les disciplines et engendrent des situations-shyproblegravemesrdquo Mais encore on verra eacutemerger des problegravemes de contrat didactique dans chacun des cadres lrsquoeacutelegraveve va tenter de donner une reacuteponse qui va satisfaire lrsquoenseignant sans pour autant ecirctre ameneacute agrave confronter ses conceptions

Situation-shyproblegraveme Pour de Vecchi (2006) une situation-shyproblegraveme est une activiteacute qui consiste agrave mettre lrsquoeacutelegraveve dans une situation ougrave il va ecirctre ameneacute agrave eacutelaborer des strateacutegies de reacutesolution de problegraveme Lrsquoun des points cleacutes des situations-shyproblegravemes est qursquoelles eacutetablissent un lien eacutetroit entre les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves En drsquoautres termes une situation-shyproblegraveme est construite de telle sorte que les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave remettre en question des repreacutesentations actuelles qui srsquoavegraverent erroneacutees agrave les deacuteconstruire pour en construire de nouvelles Ainsi dans une deacutemarche de type constructiviste lrsquoeacutelegraveve construit son savoir en renversant ses anciennes conceptions Une situation-shyproblegraveme nrsquoest donc pas une deacutemarche ponctuelle dans laquelle lrsquoeacutelegraveve devra reacutesoudre une liste drsquoexercices teacuteleacuteguideacutee par lrsquoenseignant Ce qui justifie lrsquoefficaciteacute des situations problegravemes est qursquo laquoapprendreraquo ne consiste pas agrave cumuler les savoirs mais agrave en construire et agrave en deacuteconstruire

Une situation-shyproblegraveme doit comprendre plusieurs eacuteleacutements

-shy Un objectif-shyobstacle Pour Meirieu (1987) un objectif-shyobstacle est ldquoun objectif dont lrsquoacquisition permet au sujet de franchir un palier deacutecisif de progression en modifiant son systegraveme de repreacutesentation et en le faisant acceacuteder un niveau supeacuterieur de formulation rdquo Dans notre cas lrsquoeacutelegraveve pense que tous les meacutelanges de 3 couleurs primaires (de peinture ou de lumiegravere) vont donner le mecircme reacutesultat La distinction entre synthegraveses additive et soustractive nrsquoest pas connue des eacutelegraveves De plus projeter de la lumiegravere monochromatique sur un objet drsquoune certaine couleur ne donne pas toujours la mecircme couleur Lrsquoexemple avec le drapeau (activiteacute 4) est parlant

-shy Une situation centreacutee sur cet obstacle prenant en compte une deacutemarche expeacuterimentale ou une deacutemarche de modeacutelisation Dans notre cours les deux deacutemarches sont mises en oeuvre mais notre deacutemarche principale est la modeacutelisation Les eacutelegraveves vont effectivement ecirctre ameneacutes agrave eacutemettre des hypothegraveses manipuler reacutecolter des reacutesultats et les confronter agrave

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leurs hypothegraveses mais il srsquoagit surtout drsquoune deacutemarche de modeacutelisation car les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave creacuteer des scheacutemas dans plusieurs exercices

-shy Une probleacutematisation et la deacutevolution on probleacutematise la conception erroneacutee en introduisant une situation-shyproblegraveme crsquoest-shyagrave-shydire qursquoon construit un problegraveme centreacute sur lrsquoobstacle La surprise face agrave une situation incoheacuterente va intriguer lrsquoeacutelegraveve exciter sa motivation et le pousser agrave vouloir srsquoimpliquer dans le problegraveme ce qui va aider sa deacutevolution Brousseau (1998) qualifie la notion de deacutevolution par le ldquo processus par lequel lenseignant parvient agrave placer leacutelegraveve comme simple actant dans une situation a-shydidactique (agrave modegravele non didactique) Il cherche par lagrave agrave ce que lrsquoaction de lrsquoeacutelegraveve ne soit produite et justifieacutee que par les neacutecessiteacutes du milieu et par ses connaissances et non par lrsquointerpreacutetation des proceacutedeacutes didactiques du professeurrdquo Pour enrocircler les eacutelegraveves et les aider agrave identifier la probleacutematique en met on place une situation deacuteclenchante Dans notre cas lrsquoexemple avec le meacutelange de peinture et de lumiegraveres coloreacutees est un parfait exemple de situation deacuteclenchante car les eacutelegraveves ne sattendent probablement pas par exemple agrave ce que le meacutelange de vert et bleu donne du cyan ou encore qursquoon perccediloive un citron noir lorsque lrsquoon projette de la lumiegravere bleue sur ce celui-shyci

412 La prise en compte des conceptions des eacutelegraveves dans notre seacutequence La theacutematique de la lumiegravere et des couleurs est complexe et comprend de nombreux concepts difficiles agrave assimiler En effet bon nombre de personnes ont des repreacutesentations erroneacutees qui peuvent rester profondeacutement ancreacutees Parmi les conceptions erroneacutees les plus communes on retrouve selon le site internet des MER

La lumiegravere blanche est sans couleur pure quand la lumiegravere blanche passe dans un prisme ou traverse un filtre de la couleur lui est ajouteacutee

La lumiegravere blanche nous permet de voir la vraie couleur des objets laquoMa feuille est blanche parce que je nai pas ajouteacute dautres couleurs agrave celle-shyciraquo

Les couleurs sont lieacutees agrave des proprieacuteteacutes de lrsquoobjet exclusivement sans reacutefeacuterence agrave la lumiegravere qui eacuteclaire lrsquoobjet Ne dit-shyon pas quun pull est rouge

Confusion entre les couleurs primaires en couleur peinture et en couleur lumiegravere

Dans notre planification nous avons anticipeacute ces conceptions et avons construit notre cours de maniegravere agrave ce qursquoelles soient mises en eacutevidence le plus tocirct possible afin de tenter de les deacuteconstruire agrave travers nos activiteacutes

Ainsi degraves deacutebut de lrsquoactiviteacute 2 les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave une situation-shyproblegraveme dans laquelle ils comprennent qursquoil existe une contradiction entre leur conception de deacutepart sur les meacutelanges de couleurs (issue de leurs cadres de rationaliteacute familier et scolaire lsquorsquoart visuelrsquorsquo) et leurs observations (nouveau cadre lsquorsquophysiquersquorsquo) Crsquoest sur la base de ce conflit cognitif que les diffeacuterentes notions de la seacutequence pourront ecirctre abordeacutees Les autres conceptions sont mises en eacutevidence puis deacuteconstruites agrave travers les diffeacuterentes activiteacutes Par exemple les

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activiteacutes du chapitre 3 permettent de montrer que la lumiegravere blanche nrsquoest pas pure mais qursquoelle est composeacutee de toutes les couleurs et ce gracircce agrave lrsquoobservation des objets agrave la lumiegravere blanche puis agrave travers un filtre

De plus lrsquoactiviteacute 3 srsquoarticule autour drsquoune conception erroneacutee repeacutereacutee dans certaines classes Bon nombre drsquoeacutelegraveves eacutetaient persuadeacutes qursquoun filtre ne laissait pas passer les lumiegraveres de sa couleur propre car crsquoest la couleur dont est perccedilue le filtre Un conflit cognitif est alors provoqueacute afin de deacuteconstruire cette conception les eacutelegraveves observent que la lumiegravere coloreacutee nrsquoest pas absorbeacutee par le filtre mais qursquoelle se propage bien jusqursquoagrave lrsquoeacutecran blanc

En introduction de lrsquoactiviteacute 4 une nouvelle situation-shyproblegraveme est preacutesenteacutee par le biais drsquoune image montrant que la couleur drsquoun objet peut varier en fonction de la lumiegravere coloreacutee par laquelle il est eacuteclaireacute Elle servira agrave provoquer un conflit cognitif chez les eacutelegraveves car cette situation intervient apregraves une phase drsquohypothegravese reacutepondant agrave la question suivante un objet peut-shyil avoir diffeacuterentes couleurs La reacuteponse donneacutee par lrsquoimage contredira probablement lrsquohypothegravese preacuteceacutedemment formuleacutee et devrait susciter de la curiositeacute chez lrsquoeacutelegraveve et lui donner lrsquoenvie de comprendre le pheacutenomegravene Nous deacutemontrons ensuite tout au long de lrsquoactiviteacute 4 sur les lumiegraveres coloreacutees que crsquoest le pheacutenomegravene drsquoabsorption et de reacuteflection de la lumiegravere qui nous permet de voir la couleur des objets et non pas la lumiegravere blanche Crsquoest donc par le biais de ces deacuteconstructions successives de conceptions que lrsquoenseignant peut guider les eacutelegraveves sur la voie de la reacutesolution du problegraveme de lrsquoorigine de ces contradictions dans le but drsquoeacutetablir le lien entre les diffeacuterents cadres de rationaliteacute

42 Modeacutelisation

421 Deacutefinition

Un modegravele est communeacutement deacutefini comme un objet ou un concept qui va permettre de repreacutesenter la reacutealiteacute de diffeacuterentes maniegraveres Bunge (1974) ou encore Martinand (1994) le deacutefinissent eacutegalement comme un moyen permettant de mettre en relation le monde theacuteorique avec le monde empirique Il peut ecirctre consideacutereacute en quelque sorte comme un monde intermeacutediaire ou une sorte de lunette conceptuelle (Halloun 2004) qui va permettre drsquoobserver des pheacutenomegravenes naturels Un modegravele ne constitue pas la reacutealiteacute mais la repreacutesente en simplifiant certains de ses aspects ce qui peut causer des conflits pour les repreacutesentations cognitives chez lrsquoeacutelegraveve

422 La modeacutelisation dans notre seacutequence Dans notre planification la modeacutelisation est centrale afin de conceptualiser des pheacutenomegravenes complexes comme la composition de la lumiegravere et la perception des couleurs Elle est lrsquooutil qui permet drsquoamener les eacutelegraveves agrave se faccedilonner une repreacutesentation de la deacutecomposition de la lumiegravere blanche de labsorption de la lumiegravere agrave travers les filtres et des synthegraveses additive et soustractive des couleurs

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De plus elle constitue un objectif de formation meacutethodologique qui va de pair avec toute formation scientifique Crsquoest pourquoi nous avons inclus la modeacutelisation dans les objectifs drsquoapprentissage Dans la terminologie du PER la modeacutelisation correspond agrave lrsquoobjectif geacuteneacuteral MSN37

bull MSN 1525 mdash Modeacuteliser des pheacutenomegravenes naturels techniques sociaux ou des situations matheacutematiques

bull en imaginant et en utilisant divers outils de repreacutesentation (codes scheacutemas graphiques tableauxhellip)

Lrsquoactiviteacute 2 propose aux eacutelegraveves de reporter les couleurs observeacutees sur trois cercles superposeacutes En les coloriant les eacutelegraveves reacutealisent en reacutealiteacute une forme simple de modeacutelisation par un diagramme de Venn de la synthegravese additive Il nous a sembleacute pertinent drsquointroduire ce scheacutema de cette maniegravere car ainsi les eacutelegraveves comprennent reacuteellement qursquoil correspond agrave la lumiegravere projeteacutee et superposeacutee sur un eacutecran En derniegravere partie drsquoactiviteacute les eacutelegraveves se familiarisent avec un logiciel de modeacutelisation de la synthegravese additive 3

Lrsquoutilisation drsquoun modegravele dans ce cas est indispensable pour des raisons pratiques Il serait en effet tregraves difficile de faire des observations similaires avec un dispositif reacuteel constitueacute de projecteurs et drsquoun eacutecran comme dans la premiegravere partie drsquoactiviteacute Nous avons veilleacute agrave choisir un logiciel simple drsquousage sur lequel seules deux manipulations sont possibles allumereacuteteindre les projecteurs et varier leurs intensiteacutes Ainsi il est possible pour les eacutelegraveves de faire rapidement et sans difficulteacutes de lrsquoordre du registre seacutemiotique la deacuteduction attendue les diffeacuterentes couleurs srsquoobtiennent par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

Dans lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves sont ameneacutes agrave modeacuteliser lrsquoeffet drsquoun filtre sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee Ils ancrent ainsi le fonctionnement drsquoun filtre dans leur apprentissage et deacuteveloppent une meacutethodologie systeacutematique dans la reacutesolution de problegravemes mettant en scegravene des filtres Gracircce au modegravele deacuteveloppeacute les eacutelegraveves deacuteconstruisent deacutefinitivement leur eacuteventuelle conception erroneacutee selon laquelle un filtre absorberait sa propre couleur Lrsquoactiviteacute 43 a pour but que les eacutelegraveves modeacutelisent les pheacutenomegravenes de reacutefraction et drsquoabsorption en justifiant leur reacuteponse par un modegravele de reacuteponse Ce dernier comprend les couleurs RVB qui se reflegravetent ou qui sont absorbeacutees par une surface Ainsi lrsquoeacutelegraveve peut trouver une meacutethode systeacutematique de reacuteponse en testant les diffeacuterentes couleurs Gracircce agrave cette modeacutelisation et agrave celle de lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves comprennent que les fonctionnements des filtres et des lumiegraveres coloreacutees sont fondeacutes sur le mecircme principe

3(httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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43 Deacutemarche expeacuterimentale

431 Deacutefinition Pour de Vecchi il est important de ne pas confondre les notions lieacutees agrave lrsquoexpeacuterimental qui sont les suivantes

-shy Une deacutemarche scientifique nrsquoest pas exclusive au domaine des sciences expeacuterimentales mais peut aussi ecirctre mobiliseacutee dans les sciences humaines socialeshellip Elle utilise drsquoautres outils que lrsquoexpeacuterimentale Toute recherche digne de ce nom est de nature scientifique

-shy La meacutethode expeacuterimentale eacutequivaut plutocirct agrave un plan agrave suivre un mode drsquoemploi ou agrave une marche agrave suivre qui suit un ordre strict que lrsquoon peut aussi appeler protocole Par exemple parmi les plus ceacutelegravebres protocoles nous retrouvons celui de Claude Bernard (1865) que lrsquoon abregravege par les initiales OHERIC qui correspondent agrave observation hypothegravese expeacuterience reacutesultats interpreacutetation et conclusion De maniegravere geacuteneacuterale il srsquoagit du protocole caricatural que lrsquoon emploie le plus souvent dans les salles de classes

-shy Une deacutemarche expeacuterimentale est une approche plus reacutealiste moins stricte et integravegre

une approche plus tacirctonnante Il nrsquoest pas constitueacute drsquoeacutetapes preacutedeacutetermineacutees et est donc moins affecteacutee par les directives de lrsquoenseignant Il peut donc laisser des liberteacutes dans la maniegravere de reacutesoudre le problegraveme

432 La deacutemarche expeacuterimentale dans notre seacutequence Dans notre seacutequence la meacutethode expeacuterimentale est preacutesente de maniegravere partielle du scheacutema caricatural OHERIC nous nous inteacuteressons en particulier aux phases drsquoobservation et drsquoeacutemission drsquohypothegraveses Crsquoest pourquoi nous parlons donc plutocirct de ldquodeacutemarche expeacuterimentalerdquo En effet tout au long des diffeacuterentes activiteacutes il est reacuteguliegraverement demandeacute aux eacutelegraveves de formuler une hypothegravese agrave partir de leurs connaissances au preacutealable puis de faire de nouvelles observations en contexte expeacuterimental Crsquoest sur la base de ces derniegraveres qursquoils pourront reacutealiser leurs deacuteductions sur le pheacutenomegravene en question et construire de nouvelles conceptions Dans lrsquoactiviteacute 2 ce type de deacutemarche est central pour la creacuteation de la premiegravere situation-shyproblegraveme Par la suite la deacutemarche permet de guider les eacutelegraveves dans le processus de deacuteduction du fonctionnement geacuteneacuteral des diffeacuterents pheacutenomegravenes Dans lrsquoactiviteacute 41 par exemple les pheacutenomegravenes agrave deacuteduire sont la synthegravese soustractive et le fonctionnement de la lumiegravere coloreacutee Lrsquoemploi drsquoobjets familiers permet un ancrage dans le quotidien

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Dans lrsquoactiviteacute 3 lrsquoeacutetude de lrsquoeffet des filtres constitue agrave son tour un deacutemarche expeacuterimentale En effet les eacutelegraveves doivent tout drsquoabord eacutemettre leurs hypothegraveses puis les veacuterifient par lrsquoexpeacuterimentation et ses reacutesultats provoquant probablement un conflit cognitif avant drsquoen conclure lrsquoeffet drsquoun filtre Dans lrsquoactiviteacute 42 nous retrouvons toujours le mecircme principe de deacutemarche expeacuterimentale Les eacutelegraveves formulent des hypothegraveses sur la couleur perccedilue de diffeacuterents mots coloreacutes eacuteclaireacutes par une lumiegravere coloreacutee puis les veacuterifient lors de la phase drsquoobservation La confrontation entre leurs attentes lieacutees agrave leurs conceptions et la reacutealiteacute creacutee le conflit cognitif rechercheacute

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5 Conclusion Pour seacutelectionner notre thegraveme et eacutelaborer notre seacutequence nous nous sommes fondeacutes sur les objectifs du PER et crsquoest sur lrsquooptique que notre choix srsquoest porteacute Le savoir savant auquel nous nous sommes reacutefeacutereacutes comprend principalement des concepts lieacutes agrave la lumiegravere tels que les photons les ondes eacutelectromagneacutetiques ainsi que les spectres drsquoeacutemission et drsquoabsorption Nous avons transposeacute ce savoir en un savoir enseignable par le biais drsquoun travail de contextualisation et de reacuteadaptation Nous avons eacuteteacute ameneacutes agrave remplacer des modegraveles scientifiques (par exemple les modegraveles de synthegraveses additive et soustractive) par des modegraveles accessibles agrave un niveau scolaire et agrave changer les conditions drsquoeacutemergence des problegravemes Ainsi notre travail de transposition consistait agrave montrer aux eacutelegraveves la partie eacutemergeacutee de lrsquoiceberg du concept de couleur le reacutesultat apparent plutocirct que lrsquoorigine eacutelectromagneacutetique Tout au long de la seacutequence et par le biais de situations-shyproblegravemes et de diffeacuterentes eacutetapes de reacutesolution des activiteacutes les eacutelegraveves ont eacuteteacute guideacutes dans le processus de construction de leur apprentissage En nous focalisant sur les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves nous avons eacutelaboreacute nos exercices de maniegravere agrave proposer des situations deacuteclenchantes afin de faciliter le transfert de la responsabiliteacute de la reacutesolution des problegravemes aux eacutelegraveves Cette derniegravere srsquoeffectue par des deacutemarches drsquoexpeacuterimentation mais surtout de modeacutelisation

Dans notre sceacutenario les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave deux types de donneacutees theacuteoriques et empiriques Drsquoune part ils ont agrave disposition deux theacuteories principales la premiegravere est que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs de lrsquoarc-shyen-shyciel tandis que la seconde deacutecrit l a maniegravere dont la couleur drsquoun objet deacutepend des couleurs qursquoil va absorber Drsquoautre part ils disposent de donneacutees empiriques qursquoils sont ameneacutes agrave reacutecolter en superposant des lumiegraveres de diffeacuterentes couleurs en meacutelangeant de la peinture et en projetant de la lumiegravere coloreacutee sur diffeacuterents objets coloreacutes Dans le cadre drsquoune deacutemarche drsquoexpeacuterimentation ils ont eacutemis des hypothegraveses observeacute manipuleacute du mateacuteriel utiliseacute des appliquettes en ligne et veacuterifieacute leurs reacutesultats Crsquoest ainsi les modegraveles que nous avons preacutesenteacutes et que les eacutelegraveves ont eacutelaboreacutes vont ecirctre des ponts qui vont relier le monde theacuteorique et le monde empirique Par ailleurs nous avons eacuteteacute attentifs agrave la seacutemiotique lors de nos choix des repreacutesentations utiliseacutees nous nous sommes reacutefeacutereacutes agrave la notion de registre seacutemiotique afin drsquoeacutelaborer des scheacutemas nrsquoengendrant pas de difficulteacutes de lecture chez les eacutelegraveves

Nous avons analyseacute lrsquoorigine des conceptions erroneacutees et avons remarqueacute qursquoelles eacutetaient principalement dues agrave des repreacutesentations concourantes engendreacutees par les diffeacuterents contextes et cadres de rationaliteacutes dans lesquelles les eacutelegraveves eacutevoluent Notre sceacutenario permet aux eacutelegraveves drsquoeacutetablir des liens entre ces diffeacuterents cadres et de construire une nouvelle repreacutesentation de la couleur celle drsquoun objet de la physique

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Page 7: Physique Optique Lescouleurs · Sciences naturelles Les couleurs 10 11 Harmos 1.Introduction Comme nous allons le détailler dans le chapitre 4, les conceptions erronées des élèves

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112 Un savoir transposeacute

Deacutepersonnalisation Le savoir agrave enseigner tel quil apparaicirctra dans nos activiteacutes ne fait pas reacutefeacuterence agrave des expeacuteriences ou agrave des observations preacutecises ni agrave des scientifiquesCrsquoest un travail qui est neacutecessaire afin drsquoeffacer les erreurs et les reacuteflexions inutiles pour rendre le savoir enseignable Nous ne ferons en aucun cas reacutefeacuterences agrave des noms comme Planck Young Newton Einstein Bohr etchellip Les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave deacutecouvrir les savoirs lieacutes agrave la lumiegravere et agrave la couleur par eux-shymecircmes agrave lrsquoaide de nos activiteacutes Deacutecontextualisation et recontexualisation Les savoirs lieacutes aux concepts de lumiegravere et de couleur que nous avons eacutevoqueacutes plus haut vont ainsi ecirctre deacutecontextualiseacutes La lumiegravere ne sera pas consideacutereacutee comme une particule (photon) non plus comme une onde eacutelectromagneacutetique car tous les savoirs lieacutes aux ondes ne sont plus traiteacutes en matheacutematiques (trigonomeacutetrie) dans le PER En conseacutequence le terme de laquospectreraquo ne sera eacutegalement pas utiliseacute pour parler de couleur Lrsquoeacutenergie telle qursquoelle est deacutefinie agrave ce niveau drsquoenseignement crsquoest-shyagrave-shydire comme eacutetant synonyme de chaleur ne peut en aucun cas ecirctre mise en parallegravele avec la notion de couleur En contrepartie le savoir que nous allons introduire sera recontextualiseacute Nous changeons lrsquoorigine du problegraveme en passant de la question ldquo Quelle est lrsquoorigine de la couleur rdquo agrave ldquoQuelles sont les diffeacuterences dans le meacutelange de couleursrdquo Nous parlerons donc de synthegravese additive de synthegravese soustractive (mais aussi de filtres et de couleurs drsquoobjets) agrave la place de spectre drsquoeacutemission et drsquoabsorption qui sont tout agrave fait repreacutesentatifs de ces modegraveles savants agrave un niveau scolaire Ainsi la transposition srsquoopegravere ici par le choix des modegraveles Nous nous concentrons donc sur ce qui est apparent aux yeux de lrsquoapprenant au lieu de se focaliser sur la nature eacutelectromagneacutetique de la couleur Enfin le rayon sera le principal modegravele qui sera utiliseacute pour repreacutesenter la lumiegravere et sa trajectoire rectiligne Lrsquoexpeacuterimentation et la modeacutelisation principalement seront des supports qui vont aider agrave transposer le savoir Deacutesyncreacutetisation Comme nous lrsquoavons dit il srsquoagit de la division et de la deacutelimitation du savoir On distingue ainsi notre seacutequence de physique du cours drsquoarts visuels en marquant les diffeacuterences Nous deacutevelopperons cette partie dans les cadres de rationaliteacutes

Axiologisation Nous ne reprenons pas toutes les notions de la physique afin de transmettre les valeurs principales qui sont neacutecessaires agrave des fins eacuteducatives Les raisons qui nous amegravene agrave enseigner ce cours drsquooptique sur les couleurs est la compreacutehension du monde des couleurs La pertinence et les finaliteacutes des objectifs sont deacutecrites dans le prochain paragraphe

Programmation Lrsquoordre des theacutematiques est la suivante synthegravese soustractive synthegravese additive couleur des objets sous une lumiegravere coloreacutee couleur des objets agrave travers un filtre Lrsquoordre est choisi en fonction de la complexiteacute des theacutematiques En effet les activiteacutes sur la couleur perccedilue drsquoun objet demande des capaciteacutes de reacuteflexion plus importantes que pour la

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

synthegravese additive et soustractive Les savoirs se construisant sur drsquoautres savoirs il est ainsi primordial de commencer par les diffeacuterents types de meacutelange de couleurs pour passer agrave un niveau plus complexe Nous deacutetaillons lrsquoordre de la seacutequence dans ldquoSynopsis deacutetailleacute de la seacutequence et instructions pour les enseignants

113 Place dans le PER et objectifs drsquoapprentissage La theacutematique que nous avons choisie est traiteacutee selon le Plan drsquoeacutetude romand entre la 10egraveme et la 11egraveme anneacutee Harmos et srsquoinscrit dans lrsquoobjectif geacuteneacuteral MSN 36 ana lyser des pheacutenomegravenes naturels et des technologies agrave laide de deacutemarches caracteacuteristiques des sciences expeacuterimentales en utilisant un modegravele pour expliquer etou preacutevoir un pheacutenomegravene naturel ou le fonctionnement dun objet technique Le PER preacutevoit pour la seacutequence seacutelectionneacutee le deacuteveloppement de la compeacutetence 1

geacuteneacuterale suivante ldquolrsquoeacutelegraveve est capable drsquointerpreacuteter la couleur perccedilue dun objet agrave laide du modegravele trichromique en eacutetablissant des liens avec larc-shyen-shyciel et les meacutelanges de couleurs en peinturerdquo Pour ce faire le PER donne pour indication peacutedagogique que leacutelegraveve expeacuterimente lui-shymecircme la part objective et la part subjective de ce quil perccediloit de la couleur dun objet et qursquoil soit ainsi ameneacute agrave diffeacuterencier clairement la reacutealiteacute physique de la repreacutesentation mentale (la couleur comme proprieacuteteacute de lobjet et les meacutelanges de pigments en peinture) quil se fait de la situation Afin de respecter les prescriptions nous avons premiegraverement deacutefini les objectifs speacutecifiques de la seacutequence traiteacutee et nous les avons exprimeacutes en termes de compeacutetences Objectifs speacutecifiques pour la seacutequence Modegravele trichromique -shy synthegravese additive -shy synthegravese soustractive -shy filtres -shy lumiegraveres coloreacutees A lrsquoissue de la seacutequence lrsquoeacutelegraveve est capable dedrsquo

hellip faire la distinction entre source primaire et secondaire de lumiegravere et drsquoutiliser cette notion pour deacuteterminer si la couleur perccedilue a eacuteteacute obtenue par synthegravese additive ou par synthegravese soustractive

hellip deacutefinir et nommer ce que sont les couleurs primaires et compleacutementaires pour les deux types de synthegraveses et preacutevoir les couleurs qui seront perccedilues en fonction de la configuration

hellip expliquer agrave lrsquoaide drsquoun exemple (par ex pixels drsquoordinateurs) ce que signifie synthegravese additive

hellip modeacuteliser les observations de la synthegravese additive et soustractive sous forme drsquoun diagramme de Venn

hellip utiliser des logiciels de modeacutelisation pour eacutemettre des hypothegraveses sur les synthegraveses additive et soustractive

hellip preacutevoir la couleur perccedilue drsquoun objet en fonction de la couleur drsquoune lumiegravere et des filtres utiliseacutes (synthegravese soustractive) et coder le pheacutenomegravene

hellip modeacuteliser lrsquoeffet drsquoun filtre sur une lumiegravere coloreacutee agrave lrsquoaide des codes propres agrave lrsquooptique

1 Plan drsquoeacutetude romand pour lrsquoenseignement des sciences naturelles en 11egraveme anneacutee Harmos (httpswwwplandetudeschwebguestMSN_36)

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hellip preacutevoir la couleur perccedilue drsquoun objet en fonction des lumiegraveres coloreacutees et coder le pheacutenomegravene

hellip modeacuteliser lrsquoeffet de la lumiegravere coloreacutee sur un objet et en deacuteduire la couleur perccedilue

12 Notions preacuterequises Le traitement de la seacutequence choisie neacutecessite de la part des eacutelegraveves certaines notions preacuterequises au sujet de la lumiegravere Ces derniegraveres auront dans lrsquoideacuteal eacuteteacute abordeacutees lors drsquoune double seacuteance preacuteceacutedente Ainsi au deacutebut de la seacutequence de cours preacutesenteacutee dans ce dossier les eacutelegraveves auront eacuteteacute introduits sur les notions suivantes

La lumiegravere est eacutemise par certains objets diffuseacutee ou absorbeacutee par drsquoautres Elle se propage de maniegravere rectiligne

Il existe des sources primaires et secondaires de lumiegravere On ne voit pas la trajectoire de la lumiegravere mais les objets qursquoelle eacuteclaire La lumiegravere blanche est composeacutee drsquoun ensemble de couleurs

Les eacutelegraveves auront deacutecouvert ces diffeacuterentes notions lors drsquoexpeacuteriences mettant agrave lrsquoeacutepreuve leurs repreacutesentations erroneacutees Ils se rendront notamment compte avec lrsquoexpeacuterience de projection de lumiegravere agrave travers de la bueacutee ou de la fumeacutee que lrsquoon ne voit pas directement la lumiegravere mais uniquement les objets qui sont eacuteclaireacutes Un eacuteleacutement probablement surprenant est de deacutecouvrir par lrsquoexpeacuterience du prisme que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs Ils seront ainsi capables drsquoexpliquer un pheacutenomegravene qui leur est familier lrsquoarc-shyen-shyciel Pour notre seacutequence le deacutefi principal est qursquoils deacuteveloppent une compreacutehension du pheacutenomegravene de la perception de la couleur des objets

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2 Synopsis deacutetailleacute de la seacutequence et instructions pour les enseignants Comme notre seacutequence est preacutevue agrave la suite drsquoun premier chapitre drsquointroduction sur la lumiegravere nous ouvrons donc notre cours par le chapitre 2 et par lrsquoactiviteacute 2 Ce chapitre comprend les diffeacuterents objectifs geacuteneacuteraux et speacutecifiques des seacutequences le mateacuteriel requis pour les diffeacuterentes activiteacutes leur deacuteroulement ainsi que des instructions particuliegraveres agrave lrsquoattention des enseignants

21 Activiteacute 2 Le modegravele trichromique et la synthegravese additive Objectif geacuteneacuteral il y a une distinction entre la couleur lsquorsquomatiegraverersquorsquo (peinture) et la couleur lsquorsquolumiegraverersquorsquo

Activiteacute 21 (10 min)

Mateacuteriel

De la peinture des pinceaux du papier

Journaux de protection

Gobelet drsquoeau

Palettes assiettes ou berlingots deacutecoupeacutes en 2 (support pour la peinture)

Deacuteroulement

a) Par groupes les eacutelegraveves font des meacutelanges de couleurs Ceci permet de rappeler ce qursquoils ont appris en arts visuels (couleurs primaires couleurs obtenues par des meacutelanges) Cette premiegravere phase drsquoactiviteacute constitue donc une phase de repecircchage de connaissances essentielles pour appreacutehender la theacutematique

Indications pour lrsquoenseignant

Lrsquoenseignant met agrave disposition des tubes de peinture en veillant agrave ce que ces derniers portent lrsquoindication des noms preacutecis de couleurs qui seront abordeacutees en classe entre autres cyan et magenta Il est important degraves le deacutebut drsquoutiliser ces termes Lors de lrsquoactiviteacute il observe les connaissances des eacutelegraveves en matiegravere de meacutelange de couleurs

Activiteacute 22 (10 min)

Objectifs speacutecifiques agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy preacutedire la couleur perccedilue en fonction des meacutelanges de couleurs RVB -shy deacuteterminer de quelle lumiegravere coloreacutee eacuteleacutementaire est constitueacutee une lumiegravere CMJ

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-shy deacuteterminer que de la lumiegravere blanche peut ecirctre obtenue gracircce agrave 3 couleurs RVB

Mateacuteriel

Les meacutelanges de couleurs de la premiegravere partie drsquoactiviteacute

Trois lampes de couleurs RVB

Un eacutecran blanc

Deacuteroulement

a) Lrsquoenseignant installe le dispositif agrave la vue des eacutelegraveves b) Individuellement les eacutelegraveves remplissent un tableau avec leurs preacutedictions concernant

les couleurs obtenues en superposant diffeacuterentes lumiegraveres On peut srsquoattendre agrave ce qursquoils appliquent leurs preacutedictions agrave ce qursquoils connaissent de la peinture et de ce qursquoil viennent drsquoobserver en deacutebut drsquoactiviteacute Cette eacutetape constitue une phase drsquoeacutemission drsquohypothegraveses

b) Manipulation de lampes par les eacutelegraveves ou deacutemonstration par lrsquoenseignant des couleurs obtenues par superposition de lumiegraveres coloreacutees Le reacutesultat surprendra les eacutelegraveves et sera source drsquoun conflit cognitif

c) Les eacutelegraveves reportent leurs observations dans le tableau de maniegravere agrave souligner le conflit avec leurs preacutedictions Puis ils reacutepondent agrave des questions permettant de mettre en eacutevidence la diffeacuterence de nature (matiegravere puis lumiegravere) des couleurs observeacutees Une autre question permet de mettre en eacutevidence que le meacutelange des trois couleurs donne de la lumiegravere blanche (modegravele trichromique)

d) Sur la base de leurs observations les eacutelegraveves preacutesentent sous forme de diagramme de Venn la synthegravese additive Cette eacutetape permet drsquoentraicircner la modeacutelisation simple agrave partir drsquoobservations

e) Mise en commun de maniegravere interactive lrsquoenseignant interroge les eacutelegraveves et oriente ses questions

Indications pour lrsquoenseignant

Afin de preacutesenter le dispositif aux eacutelegraveves lrsquoenseignant peut allumer un seul des projecteurs Ainsi les eacutelegraveves pourront se faire une ideacutee de la maniegravere dont ils observeront la projection de lumiegravere sur lrsquoeacutecran Selon le mateacuteriel et le temps disponibles lrsquoenseignant fera lui-shymecircme la deacutemonstration ou bien les eacutelegraveves manipulent eux-shymecircme le ou les dispositif(s) Les questions poseacutees agrave la suite du tableau peuvent ecirctre difficiles lrsquoenseignant veillera agrave orienter les eacutelegraveves agrave lrsquoaide du dispositif et en leur posant des questions intermeacutediaires

Activiteacute 23 (20 min)

Objectifs speacutecifiques agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy deacuteduire agrave lrsquoaide drsquoun logiciel de modeacutelisation les regravegles de la synthegravese additive

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-shy expliquer la cause de la preacutesence des trois couleurs RVB dans les pixels en mobilisant les notions apprises preacuteceacutedemment

Mateacuteriel

Quelques ordinateurs avec un accegraves internet Quelques microscopes Logiciel disponible en ligne sur le portail PCCL (Physique chimie collegravege lyceacutee) 2

Deacuteroulement

a) Un problegraveme est poseacute par lrsquoenseignant si lrsquoon obtient du blanc (donc la totaliteacute des couleurs) en superposant les lumiegraveres R V et B comment obtient-shyon une couleur en particulier

b) Par groupe heacuteteacuterogegravenes de 3 ou 4 les eacutelegraveves eacutemettent des hypothegraveses c) Le test des hypothegraveses se fait toujours par groupes gracircce agrave un logiciel de

modeacutelisation de la synthegravese additive offrant la possibiliteacute de varier les intensiteacutes de chaque projecteur Par leurs manipulations les eacutelegraveves sont capables de deacuteduire que les diffeacuterentes couleurs sont obtenues par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

d) Mise en commun en projetant le logiciel sur grand eacutecran e) Les eacutelegraveves observent par groupe des eacutecrans de smartphones au microscope puis ils

mobilisent les notions deacutecouvertes preacuteceacutedemment pour expliquer leurs observations f) Institutionnalisation (cf ci-shydessous)

Indications pour lrsquoenseignant

Le logiciel eacutetant simple drsquoutilisation les eacutelegraveves peuvent faire leurs manipulations sans trop drsquoindications de la part de lrsquoenseignant En revanche selon lrsquoexpeacuterience des eacutelegraveves il sera neacutecessaire de les assister lors des reacuteglages pour lrsquoobservation au microscope Selon le mateacuteriel et le temps disponibles lrsquoenseignant peut eacutegalement preacuteparer lui-shymecircme le dispositif et les eacutelegraveves observent lrsquoeacutecran de smartphone lrsquoun apregraves lrsquoautre

Institutionnalisation activiteacute 2 (10 min)

Une premiegravere institutionnalisation se fait agrave la fin de lrsquoactiviteacute 2 de maniegravere frontale par lrsquoenseignant Partant de lrsquoobservation des eacutecrans de smartphone elle doit porter uniquement sur les objectifs viseacutes par lrsquoactiviteacute et doit introduire les notions de modegravele trichromique et de synthegravese additive Il est inteacuteressant de faire eacutegalement un lien avec les causes biologiques du modegravele trichromique (cocircnes et bacirctonnets de lrsquooeil daltonisme) Lrsquoinstitutionnalisation peut se faire agrave lrsquoaide drsquoune preacutesentation Powerpoint concise etou drsquoun documentaire videacuteo puis les fiches de synthegravese sont distribueacutees pour ecirctre lues agrave la maison et pour servir de support theacuteorique lors des reacutevisions en vue de lrsquoexamen

2 httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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22 Activiteacute 3 qursquoest-shyce qursquoun filtre Objectif geacuteneacuteral La lumiegravere coloreacutee projeteacutee est modifieacutee lorsqursquoelle travers un filtre coloreacute

Activiteacute 31 (20 min)

Objectifs speacutecifiques agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy Formuler une hypothegravese sur la couleur drsquoun faisceau lumineux vu agrave travers un ou plusieurs filtre(s) coloreacute(s)

-shy Modeacuteliser lrsquoaction drsquoun ou plusieurs filtre(s) coloreacute(s) sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee

-shy Eacutenoncer le rocircle drsquoun filtre coloreacute Mateacuteriel

1 eacutecran blanc

3 projecteurs de lumiegravere blanche

3 filtres rouge vert et bleu

Deacuteroulement

a) En pleacutenum lrsquoenseignant effectue un rappel du dernier cours (composition RVB de la lumiegravere blanche) et preacutesente la modeacutelisation utiliseacutee pour la synthegravese additive

b) Lrsquoenseignant preacutesente le dispositif agrave la classe (enlever un filtre montrer qursquoon a bien de la lumiegravere blanche avant le filtre remettre le filtre) puis demande aux eacutelegraveves individuellement drsquoeacutemettre leurs hypothegraveses puis discussion rapide par banc

c) Lrsquoenseignant allume un projecteur apregraves lrsquoautre (en eacuteteignant le preacuteceacutedent agrave chaque fois) et fait noter aux eacutelegraveves les observations et leur demande drsquoeacutemettre par deux une hypothegravese sur le rocircle du filtre

d) Mise en commun en choisissant des groupes donnant une explication contradictoire e) Apregraves avoir formeacute des groupes heacuteteacuterogegravenes de 3-shy4 eacutelegraveves lrsquoenseignant demande

aux eacutelegraveves de modeacuteliser lrsquoeffet du filtre (question 3) f) Mise en commun par projection de 3 travaux diffeacuterents et comportant de bons

eacuteleacutements Correction g) Lrsquoenseignant relance le travail de groupe pour effectuer le dernier exercice h) Lrsquoenseignant ouvre la discussion puis donne la solution experte

Indications pour lrsquoenseignant

Erreur possible un filtre coloreacute ne laisse pas passer sa couleur (peut-shyecirctre parce qursquoon le voit justement de cette couleur donc il absorberait) Lors de travaux de groupe passer dans les bancs pour observer le travail effectueacute ne pas reacutepondre aux questions (sauf incompreacutehension de la consigne) afin drsquoassurer la deacutevolution Avertir briegravevement les eacutelegraveves qui seront ameneacutes agrave preacutesenter leur travaux

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Activiteacute 32 (10 min)

Objectifs speacutecifiques agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy Deacuteduire par lrsquoexpeacuterimentation lrsquoeffet de la superposition de plusieurs filtres -shy Dessiner le diagramme de Venn de la synthegravese soustractive

Mateacuteriel

Une lampe diffusant de la lumiegravere blanche par groupe

Un set de 3 filtres (CMJ) par groupe Deacuteroulement

a) Lrsquoenseignant explique le deacuteroulement de lrsquoactiviteacute puis forme des groupes heacuteteacuterogegravenes de 3-shy4 eacutelegraveves puis leur distribue le mateacuteriel neacutecessaire et laisse aux eacutelegraveves un temps drsquoexpeacuterimentation

b) Mise en commun par un groupe choisi par lrsquoenseignant avec expeacuterimentation au tableau

Indications pour lrsquoenseignant

Plusieurs possibiliteacutes sont agrave preacutevoir selon lrsquoagencement de CMJ dans le diagramme de Venn

Activiteacute 33 (15 min)

Objectifs speacutecifiques agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy Comparer les synthegraveses additive et soustractive par lutilisation drsquoune application Mateacuteriel

1 ordinateur par groupe

(httpwwwostralonet3_animationsswfsynthese_couleursswf)

Deacuteroulement

a) Lrsquoenseignant preacutesente les manipulations agrave effectuer pour arriver sur lrsquoapplication b) Il distribue un ordinateur par banc et laisse les eacutelegraveves travailler et reacutepondre aux

questions c) La correction se fera directement par lrsquoenseignant en guise dinstitutionnalisation

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Indications pour lrsquoenseignant

Cette activiteacute fait office drsquoinstitutionnalisation Il est important de distinguer les deux synthegraveses en preacutesentant clairement leurs utilisations diffeacuterentes

23 Activiteacute 4 La couleur des objets Objectif geacuteneacuteral la couleur drsquoun objet peut ecirctre modifieacutee si on le voit sous une lumiegravere coloreacutee

Introduction (15 min)

1) Question de deacutepart pourquoi perccediloit-shyon des objets de diffeacuterentes couleurs ou Un objet a-shyt-shyil toujours la mecircme couleur Les eacutelegraveves formulent une hypothegravese Ensuite ils confrontent leurs ideacutees avec une videacuteo qui provoque un conflit par rapport agrave ce qursquoils pensaient

2) Lrsquoenseignant preacutesente la theacuteorie le principe dabsorption et de reacutefraction Que se passe-shyt-shyil lorsqursquoon regarde avec une lumiegravere coloreacutee

Activiteacute 41 (10 min)

Objectif speacutecifique agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

Formuler une hypothegravese sur les couleurs des objets vus sous une lumiegravere coloreacutee

Mateacuteriel

Objets de couleurs diffeacuterentes (rouge cyan et jaune)

3 lumiegraveres coloreacutees (magenta vert bleu) Deacuteroulement

a) Lrsquoactiviteacute 41 avec les objets a comme objectif la repreacutesentation de la couleur sous forme de scheacutema et de leur faire deacuteduire progressivement que les objets se comportent comme des filtres

b) Lrsquoenseignant entrepose des objets de couleurs rouge cyan et jaune et des dispositifs eacutemettant des lumiegraveres coloreacutees (magenta vert et bleu) sur une table Lrsquoassociation des objets et des lumiegraveres coloreacutees est rouge-shymagenta cyan-shyvert jaune-shybleu

c) Lrsquoenseignant forme des groupes heacuteteacuterogegravenes de 3 ou 4 personnes d) Puis les eacutelegraveves se rassemblent autour de la table ougrave sont entreposeacutes les objets et

remplissent les deux premiegraveres colonnes du tableau (couleur de lrsquoobjet et couleur de la lumiegravere coloreacutee) Les groupes retournent agrave leur place et commencent agrave formuler leurs hypothegraveses (troisiegraveme colonne)

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

e) Puis les eacutelegraveves sont autoriseacutes agrave reacutecupeacuterer les objets pour qursquoils procegravedent agrave leur manipulation Ils notent ce qursquoils ont observeacute dans la quatriegraveme colonne

f) Ce proceacutedeacute est reacutepeacuteteacute 3 fois

Indications pour lrsquoenseignant

Les objets de couleurs agrave utiliser ne sont pas deacutefinis la liberteacute est laisseacutee agrave lrsquoenseignant de prendre ce qursquoil a agrave disposition mais lrsquoassociation est preacutevue pour qursquoun reacutesultat soit observeacute

Difficulteacutes ne pas faire les liens pour arriver agrave poser une hypothegravese ne plus savoir ce que sont les synthegraveses additives et soustractives

Erreurs possibles poser une hypothegravese fausse mais cette erreur est voulue et provoquera le conflit

attendu ne pas faire le lien avec la synthegravese soustractive vue dans le preacuteceacutedent chapitre et

reacutepondre ldquola synthegravese additiverdquo ne pas deacuteduire que la reacuteflection de la lumiegravere coloreacutee sur un objet fonctionne comme

un filtre Relances

lrsquoenseignant fait le test devant la classe en modeacutelisant le pheacutenomegravene renvoie au scheacutema de reflection revu en theacuteorie au deacutebut du cours utilise la modeacutelisation avec lrsquoordinateur ougrave lrsquoon peut doser les filtres met en parallegravele le filtre et la lumiegravere coloreacutee pour que le lien entre les deux

pheacutenomegravenes soit fait

Activiteacute 42 (25 min)

Objectif speacutecifique agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy Formuler une hypothegravese sur les couleurs des objets vus sous une lumiegravere coloreacutee Mateacuteriel

Feuilles blanches et coloreacutees

Peinture de couleurs

Journaux de protection

2 pinceaux par groupe

Gobelet drsquoeau

Palettes assiettes ou berlingot deacutecoupeacute en 2 pour mettre la peinture

6 lumiegraveres coloreacutees (rouge verte bleue magenta cyan et jaune)

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Deacuteroulement amp Indication pour les enseignants

a) Ils scheacutematisent le pheacutenomegravene et remplissent le tableau Lrsquoideacutee est drsquoeacutecrire les mots avec la mecircme peinture utiliseacutee durant lrsquoactiviteacute 21 ce qui leur permettrait de faire un lien Les eacutelegraveves se rendront peu agrave peu compte que la peinture agit comme un filtre

b) Avant le cours lenseignant associe une lumiegravere coloreacutee agrave une couleur pour le mot et une couleur de feuille et preacutepare une table proteacutegeacutee pour la peinture

c) Lrsquoactiviteacute se fait par groupe heacuteteacuterogegravene de 3 personnes formeacutes par lrsquoenseignant Chaque groupe possegravede 6 dispositifs eacutemettant des lumiegraveres coloreacutees agrave la lumiegravere desquels ils observeront les deux mots coloreacutes sur leur feuille respective

d) Les eacutelegravevent commencent lrsquoactiviteacute en venant chercher sur la table pour la peinture les 2 couleurs voulues les disposent dans leur palette prennent la feuille correspondante et 2 pinceaux et se dirigent vers les tables preacutepareacutees pour la peinture

e) Ils eacutecrivent les 2 mots avec la peinture puis rejoignent leur place f) Ils remplissent la premiegravere ligne du tableau g) Puis ils inscrivent leur hypothegravese au crayon agrave papier et en petit dans les cases

correspondantes Ils ont la possibiliteacute de prendre une feuille de brouillon pour dessiner les modegraveles

h) Puis lrsquoenseignant distribue les dispositifs eacutemettant les lumiegraveres coloreacutees pour que les eacutelegraveves puissent eacuteclairer leurs mots et observer le reacutesultat qursquoils notent agrave la plumestylo

i) Les hypothegraveses mecircme erroneacutees sont laisseacutees inscrites dans le tableau pour que lrsquoeacutelegraveve puisse comparer les deux et comprendre le pheacutenomegravene (conflit)

Activiteacute 43 (20 min)

Objectifs speacutecifiques agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy Modeacuteliser agrave lrsquoaide drsquoun scheacutema et de codes la reacutefraction et labsorption de la lumiegravere sur un objet

-shy Retrouver agrave partir de la couleur refleacuteteacutee et la lumiegravere coloreacutee projeteacutee et le filtre utiliseacute Mateacuteriel

pas de mateacuteriel particulier mis agrave part le fichier de lrsquoeacutelegraveve

Deacuteroulement

a) Lrsquoactiviteacute 43 qui permet de voir si les eacutelegraveves ont compris leur demande de reacutefleacutechir en partant des observations pour trouver la situation initiale

b) Le travail est agrave reacutealiser individuellement les eacutelegraveves regardent les diffeacuterents drapeaux modeacutelisent les diffeacuterentes situations et notent leur deacuteductions

c) Lrsquoenseignant reste agrave disposition et passe dans les bancs

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Indications pour lrsquoenseignant

Obstacles ne pas faire le lien que crsquoest la deacutemarche vue preacuteceacutedemment mais agrave lrsquoenvers

Erreurs possibles ne pas trouver le bon filtre agrave cause du noir ne pas repreacutesenter juste le scheacutema de modeacutelisation

Relances faire reacutefeacuterence au tableau reacutecapitulatif de la fiche theacuteorique faire reacutefeacuterence au modegravele du scheacutema en couleur dans la fiche theacuteorique

Institutionnalisation activiteacute 4

Explication de la modeacutelisation de la reacuteflection de la lumiegravere coloreacutee par une marche agrave suivre lors de la correction de lrsquoexercice des drapeaux sous forme drsquoun ldquoje retiensrdquo

Un cours de reacutevision avec les fiches de synthegravese suivra ces seacuteances drsquoactiviteacutes

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

3 Documents Les diffeacuterents documents utiliseacutes dans cette seacutequence sont preacutesenteacutes ci-shydessous

Parmi eux

Fiches drsquoactiviteacutes pour eacutelegraveves et avec correction

Fiches theacuteoriques de synthegravese

Evaluation pour eacutelegraveves et avec correction

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Documents des eacutelegraveves Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs Chapitre 2 Couleurs peintures couleurs lumiegraveres Activiteacute 21 1) Tu as agrave disposition des pinceaux et de la peinture Tu te

souviens peut-shyecirctre de tes cours drsquoarts visuels qursquoil existe des

couleurs primaires qui permettent par leur meacutelange drsquoobtenir

drsquoautres couleurs Mais elles-shymecircmes ne srsquoobtiennent par aucun

meacutelange Te souviens-shytu des combinaisons de couleurs qursquoil faut

meacutelanger pour obtenir une couleur souhaiteacutee

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du vert

__________________________________________

Image httpsfrdreamstimecom Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du rouge

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du bleu

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du noir

__________________________________________

Activiteacute 22 Lrsquoenseignant a installeacute trois projecteurs de couleur un rouge un vert un bleu ainsi

qursquoun eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-shydessous

Image MER

Quelle couleur va-shyt-shyon observer sur lrsquoeacutecran si lrsquoon allume deux par deux les projecteurs

et que lrsquoon superpose leurs lumiegraveres Et si lrsquoon allume les trois projecteurs Remplis le

tableau ci-shydessous drsquoabord avec tes hypothegraveses concernant la couleur obtenue sur

lrsquoeacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Meacutelange de lumiegraveres Couleur obtenue ton hypothegravese

Couleur observeacutee

vert et bleu

vert et rouge

bleu et rouge

vert bleu et rouge

a) Quelles diffeacuterences constates-shytu entre les meacutelanges de lrsquoactiviteacute 1 et ceux de lrsquoactiviteacute

2

______________________________________________________________________

b) Qursquoa-shyt-shyon meacutelangeacute dans chaque cas

______________________________________________________________________

c) Le reacutesultat du meacutelange des lumiegraveres verte bleue et rouge te rappelle-shyt-shyil quelque

chose Que peux-shytu en deacuteduire

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

d) A lrsquoaide de couleurs scheacutematise ci-shydessous les superpositions observeacutees sur lrsquoeacutecran

blanc

Activiteacute 23 Et comment obtenir drsquo‛autres couleurs 1) Tu as vu lors de lrsquoactiviteacute preacuteceacutedente que si lrsquoon superpose trois lumiegraveres de couleurs

RVB on perccediloit du blanc Mais de quelle maniegravere peut-shyon percevoir nrsquoimporte quelle

autre couleur

Familiarise-shytoi avec le logiciel en ligne suivant

httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additive

htm

Puis reacuteponds aux questions suivantes

Par quelles manipulations obtiens-shytu du orange

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du rose

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du vert olive

______________________________________________________________________

Que constates-shytu

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

2) Chaque groupe a agrave sa disposition une loupe binoculaire Deacutepose un smartphone

allumeacute eacutecran vers le haut sous lrsquoobjectif Vise une zone blanche de lrsquoeacutecran puis regravegle la

netteteacute Qursquoobserves-shytu

Observations

Comment expliques-shytu ce pheacutenomegravene

Documents des eacutelegraveves Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs Chapitre 2 Couleurs peintures couleurs lumiegraveres (corrigeacute) Activiteacute 21 1) Tu as agrave disposition des pinceaux et de la peinture Tu te

souviens peut-shyecirctre de tes cours drsquoarts visuels qursquoil existe des

couleurs primaires qui permettent par leur meacutelange drsquoobtenir

drsquoautres couleurs Mais elles-shymecircmes ne srsquoobtiennent par aucun

meacutelange Te souviens-shytu des combinaisons de couleurs qursquoil faut

meacutelanger pour obtenir une couleur souhaiteacutee

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du vert

__________________________________________

Image httpsfrdreamstimecom Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du rouge

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du bleu

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du noir

__________________________________________

Activiteacute 22 Lrsquoenseignant a installeacute trois projecteurs de couleur un rouge un vert un bleu ainsi

qursquoun eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-shydessous

Image MER

Quelle couleur va-shyt-shyon observer sur lrsquoeacutecran si lrsquoon allume deux par deux les projecteurs

et que lrsquoon superpose leurs lumiegraveres Et si lrsquoon allume les trois projecteurs Remplis le

tableau ci-shydessous drsquoabord avec tes hypothegraveses concernant la couleur obtenue sur

lrsquoeacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Meacutelange de lumiegraveres Couleur obtenue ton hypothegravese

Couleur observeacutee

vert et bleu (cyan)

vert et rouge (jaune)

bleu et rouge (magenta)

vert bleu et rouge (blanc)

a) Quelles diffeacuterences constates-shytu entre les meacutelanges de lrsquoactiviteacute 1 et ceux de lrsquoactiviteacute

2

______________________________________________________________________

Les couleurs obtenues ne sont pas les mecircmes qursquoen peinture

b) Qursquoa-shyt-shyon meacutelangeacute dans chaque cas

______________________________________________________________________

Dans le premier cas on a de la matiegravere (de la peinture) dans le deuxiegraveme cas on a de la

lumiegravere

c) Le reacutesultat du meacutelange des lumiegraveres verte bleue et rouge te rappelle-shyt-shyil quelque

chose Que peux-shytu en deacuteduire

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

Le fait que la lumiegravere blanche est composeacutee de lrsquoensemble des couleurs (cf expeacuterience

du prisme) Ici lrsquoexpeacuterience concerne la superposition de lumiegraveres coloreacutees et on observe

que lrsquoaddition des lumiegraveres rouge verte et bleue donne du blanc Cela srsquoappelle le modegravele trichromique

d) A lrsquoaide de couleurs scheacutematise ci-shydessous les superpositions observeacutees sur lrsquoeacutecran

blanc

Activiteacute 23 Et comment obtenir drsquo‛autres couleurs 1) Tu as vu lors de lrsquoactiviteacute preacuteceacutedente que si lrsquoon superpose trois lumiegraveres de couleurs

RVB on perccediloit du blanc Mais de quelle maniegravere peut-shyon percevoir nrsquoimporte quelle

autre couleur

Familiarise-shytoi avec le logiciel en ligne suivant

httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additive

htm

Puis reacuteponds aux questions suivantes

Par quelles manipulations obtiens-shytu du orange (selon eacutelegraveves)

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du rose (selon eacutelegraveves)

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du vert olive (selon eacutelegraveves)

______________________________________________________________________

Que constates-shytu

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

Un jeu de dosage entre les trois couleurs RVB permet drsquoobtenir toutes les diffeacuterentes

couleurs imaginables Les trois lumiegraveres superposeacutees et en dosage eacutequivalent donnent

une lumiegravere blanche crsquoest agrave dire la totaliteacute des couleurs On appelle cela la synthegravese additive

2) Chaque groupe a agrave sa disposition un microscope Deacutepose un smartphone allumeacute

eacutecran vers le haut sous lrsquoobjectif Vise une zone blanche de lrsquoeacutecran puis regravegle la netteteacute

Qursquoobserves-shytu

Observations

(Preacutesences de pixels lumiegraveres RVB)

Comment expliques-shytu ce pheacutenomegravene

(synthegravese effectueacutee par le cerveau)

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 3 Que devient la lumiegravere lorsqursquo‛elle traverse un filtre

Activiteacute 31 les lumiegraveres et filtres coloreacutes

Tu as appris lors du dernier cours que lrsquo‛on pouvait ldquoadditionnerrdquo des lumiegraveres coloreacutees

pour obtenir de nouvelles couleurs Nous pouvons modeacuteliser la lumiegravere blanche ainsi

Nous allons deacutecouvrir aujourdrsquo‛hui comment on peut ldquosoustrairerdquo des lumiegraveres coloreacutees

1) Lrsquo‛enseignant a installeacute trois filtres de couleur un rouge un vert un bleu ainsi qursquo‛un

eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-dessous

Image MER

Quelle couleur va-t-on observer sur lrsquo‛eacutecran si lrsquo‛on allume un par un les projecteurs

Remplis le tableau ci-dessous premiegraverement avec tes hypothegraveses concernant la couleur

obtenue sur lrsquo‛eacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Filtre traverseacute par la

lumiegravere blanche

Couleur obtenue ton

hypothegravese

Couleur observeacutee

Filtre bleu

Filtre rouge

Filtre vert

2) Selon toi quel est le rocircle du filtre coloreacute

_______________________________________________________________

3) Repreacutesente par un scheacutema le passage drsquo‛une lumiegravere blanche agrave travers un filtre rouge

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

4) Et quelle couleur observera-t-on si la lumiegravere blanche passe agrave travers un filtre rouge

puis agrave travers un filtre bleu Formule une hypothegravese puis applique ton modegravele

Hypothegravese __________________________________

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

Activiteacute 32 Qursquo‛obtient-on avec drsquo‛autres filtres

a) Tu disposes maintenant drsquo‛une lampe diffusant de la lumiegravere blanche et de filtres

cyan magenta et jaune Manipule-les les uns apregraves les autres puis en les superposant

pour deacutecouvrir leurs effets sur la lumiegravere blanche

b) A lrsquo‛aide de couleurs et en trsquo‛appuyant sur tes observations scheacutematise ci-dessous

lrsquo‛action des filtres sur une lumiegravere blanche

Activiteacute 33 Deux synthegraveses Similitudes et diffeacuterences

a) Utilise ce logiciel pour comparer les synthegraveses additive et soustractive

httpwwwostralonet3_animationsswfsynthese_couleursswf

a) Quelles similitudes observes-tu entre les synthegraveses additive et soustractive

________________________________________________________________

d) Et quelles diffeacuterences

_______________________________________________________________

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 3 Que devient la lumiegravere lorsqursquo‛elle traverse un filtre

(corrigeacute)

Activiteacute 31 les lumiegraveres et filtres coloreacutes

Tu as appris lors du dernier cours que lrsquo‛on pouvait ldquoadditionnerrdquo des lumiegraveres coloreacutees

pour obtenir de nouvelles couleurs Nous pouvons modeacuteliser la lumiegravere blanche ainsi

Nous allons deacutecouvrir aujourdrsquo‛hui comment on peut ldquosoustrairerdquo des lumiegraveres coloreacutees

1) Lrsquo‛enseignant a installeacute trois filtres de couleur un rouge un vert un bleu ainsi qursquo‛un

eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-dessous

Image MER

Quelle couleur va-t-on observer sur lrsquo‛eacutecran si lrsquo‛on allume un par un les projecteurs

Remplis le tableau ci-dessous premiegraverement avec tes hypothegraveses concernant la couleur

obtenue sur lrsquo‛eacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Filtre traverseacute par la

lumiegravere blanche

Couleur obtenue ton

hypothegravese

Couleur observeacutee

Filtre bleu bleu

Filtre rouge rouge

Filtre vert vert

2) Selon toi quel est le rocircle du filtre coloreacute

_______________________________________________________________

Un filtre coloreacute ne transmet que les rayons de sa couleur et absorbe les autres

3) Repreacutesente par un scheacutema le passage drsquo‛une lumiegravere blanche agrave travers un filtre rouge

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

4) Et quelle couleur observera-t-on si la lumiegravere blanche passe agrave travers un filtre rouge

puis agrave travers un filtre bleu Formule une hypothegravese puis applique ton modegravele

Hypothegravese __________________________________

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

Activiteacute 32 Qursquo‛obtient-on avec drsquo‛autres filtres

a) Tu disposes maintenant drsquo‛une lampe diffusant de la lumiegravere blanche et de filtres

cyan magenta et jaune Manipule-les les uns apregraves les autres puis en les superposant

pour deacutecouvrir leurs effets sur la lumiegravere blanche

b) A lrsquo‛aide de couleurs et en trsquo‛appuyant sur tes observations scheacutematise ci-dessous

lrsquo‛action des filtres sur une lumiegravere blanche

Pex 1 Magenta 2 Jaune 3 Cyan 4 Rouge 5 Vert 6 Bleu 7 Noir

Activiteacute 33 Deux synthegraveses Similitudes et diffeacuterences

a) Utilise ce logiciel pour comparer les synthegraveses additive et soustractive

httpwwwostralonet3_animationsswfsynthese_couleursswf

a) Quelles similitudes observes-tu entre les synthegraveses additive et soustractive

________________________________________________________________

Les mecircmes triplets de couleurs sont preacutesents dans les deux synthegraveses (RVB - CMJ)

d) Et quelles diffeacuterences

________________________________________________________________

1 Les couleurs primaires de lrsquo‛un sont les couleurs compleacutementaires de lrsquo‛autre

2 Lrsquo‛addition des lumiegraveres coloreacutees rouge verte et bleue donne du blanc la

soustraction totale par des filtres cyan magenta et jaune donne du noir

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 4 Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Rappel

1 Nous pouvons reacutesumer la composition de la lumiegravere blanche aux 3 couleurs primaires le rouge le vert et le bleu Ce sont des couleurs qui ne peuvent pas ecirctre creacuteeacutees Ce sont elles qui composent les autres couleurs Crsquo‛est agrave dire qursquo‛en les meacutelangeant on peut obtenir les autres couleurs le cyan est composeacute du bleu et du vert le magenta est composeacute du bleu et du rouge et le jaune est composeacute du vert et du rouge

Theacuteorie

Le sujet que nous allons traiter aujourdrsquo‛hui concerne la couleur de lrsquo‛objet Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Formule une hypothegravese ____________________________________________

Observe la photo projeteacutee par lrsquo‛enseignant

Que retiens-tu de cette photo _______________________________________________________________ La lumiegravere coloreacutee qui est refleacuteteacutee par un objet correspond agrave la lumiegravere non absorbeacutee

Ici toutes les lumiegraveres coloreacutees sont absorbeacutees sauf le bleu qui lui est refleacuteteacute La couleur propre de lrsquo‛objet sera le bleu

En effet un objet absorbe ou reflegravete diffeacuterentes lumiegraveres coloreacutees Crsquo‛est cette lumiegravere coloreacutee refleacuteteacutee que nous verrons

Activiteacute 41

Reacuteponds agrave ces diffeacuterentes questions dans le tableau ci-dessous De quelle couleur verras-tu cet objet Confronte ton ideacutee avec ton voisin De quelle couleur le vois-tu reacuteellement

Couleur de lrsquo‛objet

Couleur de la lumiegravere

Hypothegravese formuleacutee

Observation

rouge Magenta

cyan Vert

jaune Bleu

Par quel pheacutenomegravene peut-on observer ce changement de couleur ___________________________________

Quelle deacuteductions peux-tu faire _________________________________________________________________

Activiteacute 42

Marche agrave suivre

1 Eacutecris sur une feuille blanche le nom des 2 couleurs que ton enseignant te donne avec la peinture qui y correspond

2 Pendant que ces mots segravechent remplis les colonnes ldquocouleur du mot 1rdquo et ldquocouleur du mot 2rdquo et ldquocouleur de la feuillerdquo agrave la lumiegravere blanche

3 Formule tes hypothegraveses note-les au crayon agrave papier en petit 4 Eacuteclaire tes mots agrave lrsquo‛aide de lumiegraveres coloreacutees 5 Note tes observations

Lumiegravere coloreacutee

Couleur du mot 1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur du mot 2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur de la feuille helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Blanche

Rouge

Verte

Bleue

Magenta

Cyan

Jaune

Activiteacute 43

Tu observes un drapeau eacuteclaireacute par une lumiegravere blanche Puis tu observes ce mecircme drapeau eacuteclaireacute par deux lumiegraveres coloreacutees diffeacuterentes Trouve la lumiegravere coloreacutee utiliseacutee dans chaque cas et justifie ta reacuteponse par la modeacutelisation vue preacuteceacutedemment

Lumiegravere blanche Lumiegravere coloreacutee 1 Lumiegravere coloreacutee 2

De quelle couleur est la premiegravere lumiegravere coloreacutee ___________________________

Modeacutelisation 1

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________

Modeacutelisation 2

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 4 Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur (corrigeacute) Rappel

2 Nous pouvons reacutesumer la composition de la lumiegravere blanche aux 3 couleurs primaires le rouge le vert et le bleu Ce sont des couleurs qui ne peuvent pas ecirctre creacuteeacutees Ce sont elles qui composent les autres couleurs Crsquo‛est agrave dire qursquo‛en les meacutelangeant on peut obtenir les autres couleurs le cyan est composeacute du bleu et du vert le magenta est composeacute du bleu et du rouge et le jaune est composeacute du vert et du rouge

Theacuteorie

Le sujet que nous allons traiter aujourdrsquo‛hui concerne la couleur de lrsquo‛objet Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Formule une hypothegravese ____________________________________________ Projeter cette image elle napparaicirct pas dans le cours de lrsquo‛eacutelegraveve

Que retiens-tu de cette photo _______________________________________________________________ La lumiegravere coloreacutee qui est refleacuteteacutee par un objet correspond agrave la lumiegravere non absorbeacutee

Ici toutes les lumiegraveres coloreacutees sont absorbeacutees sauf le bleu qui lui est refleacuteteacute La couleur propre de lrsquo‛objet sera le bleu

En effet un objet absorbe ou reflegravete diffeacuterentes lumiegraveres coloreacutees Crsquo‛est cette lumiegravere coloreacutee refleacuteteacutee que nous verrons

Activiteacute 41

Reacuteponds agrave ces diffeacuterentes questions dans le tableau ci-dessous De quelle couleur penses-tu que tu verras cet objet Confronte ton ideacutee avec ton voisin De quelle couleur le vois-tu reacuteellement

Couleur de lrsquo‛objet

Couleur de la lumiegravere

Hypothegravese formuleacutee

Observation

rouge Magenta (rouge)

cyan Vert (vert)

jaune Bleu (noir)

Par quel pheacutenomegravene peut-on observer ce changement de couleur ___________________________________ (synthegravese soustractive)

Quelle deacuteductions peux-tu faire (fonctionne comme un filtre) _________________________________________________________________

Activiteacute 42

Marche agrave suivre

6 Eacutecris sur une feuille blanche le nom des 2 couleurs que ton enseignant te donne avec la peinture qui y correspond

7 Pendant que ces mots segravechent remplis les colonnes ldquocouleur du mot 1rdquo et ldquocouleur du mot 2rdquo et ldquocouleur de la feuillerdquo agrave la lumiegravere blanche

8 Formule tes hypothegraveses note-les au crayon agrave papier en petit 9 Eacuteclaire tes mots agrave lrsquo‛aide de lumiegraveres coloreacutees 10 Note tes observations

Lumiegravere coloreacutee

Couleur du mot 1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur du mot 2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur de la feuille helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Blanche

Rouge

Verte

Bleue

Magenta

Cyan

Jaune

Activiteacute 43

Tu observes un drapeau eacuteclaireacute par une lumiegravere blanche Puis tu observes ce mecircme drapeau eacuteclaireacute par deux lumiegraveres coloreacutees diffeacuterentes Trouve la lumiegravere coloreacutee utiliseacutee dans chaque cas et justifie ta reacuteponse par la modeacutelisation vue preacuteceacutedemment

Lumiegravere blanche Lumiegravere coloreacutee 1 Lumiegravere coloreacutee 2

De quelle couleur est la premiegravere lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Bleu)

Modeacutelisation 1

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Vert)

Modeacutelisation 2

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Fiches de synthegravese Les couleurs Activiteacute 2 Reacutesumeacute theacuteorique pour les eacutelegraveves Le modegravele trichromique et la synthegravese additive des couleurs La couleur nrsquo‛existe pas sans lumiegravere et lrsquo‛on peut dire que lrsquo‛on perccediloit le monde gracircce aux meacutelanges de ces couleurs qui correspondent aux diffeacuterentes composantes de la lumiegravere Lorsque lrsquo‛on parle de la perception des couleurs on srsquo‛aperccediloit que seules trois lumiegraveres primaires de couleurs rouge vert et bleu sont neacutecessaires pour obtenir la sensation de toutes les autres couleurs Cette maniegravere de modeacuteliser la perception des couleurs est ce qursquo‛on appelle le modegravele trichromique (lsquorsquo‛trois couleursrsquo‛rsquo‛) Dans cette repreacutesentation toutes les autres lumiegraveres coloreacutees sont perccedilues par superposition des trois lumiegraveres rouge verte et bleue La superposition simultaneacutee et en dosage identique des trois couleurs donne de la lumiegravere blanche Le noir correspond agrave une absence de lumiegravere

Illustration du modegravele

Image MER

Lrsquo‛image montre trois projecteurs de lumiegraveres rouge verte et bleue eacuteclairant une table blanche Si les trois couleurs sont projeteacutees en intensiteacute identique nous obtenons par superposition trois autres couleurs le cyan le magenta et le jaune Les couleurs primaires et les couleurs obtenues sont codeacutees sur lrsquo‛image puis reacutecapituleacutees dans le tableau ci-dessous

Image MER

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Si nous modifions le dosage des couleurs eacuteleacutementaires il est possible drsquo‛obtenir toutes les couleurs imaginables Le pheacutenomegravene de perception des couleurs par superposition des trois couleurs primaires se nomme synthegravese additive les couleurs sont additionneacutees entre elles pour permettre la synthegravese drsquo‛autres couleurs

Drsquo‛ailleurs si lrsquo‛on observe au microscope un eacutecran blanc de smartphone ou drsquo‛ordinateur on remarque qursquo‛il est en fait constitueacute drsquo‛un grand nombre de minuscules rectangles de lumiegraveres rouge verte et bleue (voir image ci-contre) Crsquo‛est justement par un jeu de dosage de chacune de ces lumiegraveres que lrsquo‛on perccediloit les diffeacuterentes couleurs sur nos eacutecrans

Pourquoi un modegravele sur trois couleurs La raison pour laquelle les scientifiques ont construit ce modegravele sur trois couleurs est directement lieacutee agrave la structure de notre œil En effet ce dernier contient des cellules sensibles agrave la lumiegravere que lrsquo‛on appelle cocircnes et bacirctonnets Alors que les bacirctonnets perccediloivent les intensiteacutes de lumiegravere les cocircnes nous permettent de percevoir les couleurs Cependant ils ne sont sensibles qursquo‛agrave certaines composantes de la lumiegravere blanche celles correspondant justement aux couleurs rouge vert et bleu Lorsque lrsquo‛on regarde un objet notre cerveau analyse le dosage de chacune de ces composantes perccedilues par notre œil et en interpregravete ainsi la couleur de lrsquo‛objet

Qursquo‛est-ce que le daltonisme Certaines personnes preacutesentent une anomalie de la vision qui les empecircche de distinguer certaines couleurs Drsquo‛origine geacuteneacutetique ce trouble est ducirc agrave un dysfonctionnement des cocircnes preacutesents dans la reacutetine Bien que la plupart des personnes daltoniennes aient de la peine agrave distinguer le vert du rouge drsquo‛autres ne distinguent pas drsquo‛autres couleurs Dans certaines formes de daltonisme le monde est perccedilu par la personne atteinte en teintes de gris

Sciences naturelles Optique synthegravese soustractive et additive

La synthegravese additive est le proceacutedeacute gracircce

auquel en combinant les couleurs

___________ ___________ et ___________

on obtient du blanc

On la retrouve lorsque lrsquoon meacutelange des

lumiegraveres coloreacutees composeacutees de ces 3 couleurs

diffeacuterentes car les laquo additionner raquo donne la

lumiegravere blanche

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon exploite aujourdrsquohui

pour les teacuteleacuteviseurs ou tout eacutecran composeacute de

pixels

La synthegravese soustractive consiste agrave soustraire

les couleurs de la lumiegravere blanche (RVB) agrave

travers des filtres de couleurs ___________

___________ et ___________ qui absorbent la

totaliteacute des couleurs de la lumiegravere blanche pour

un rendu noir au final (absence de lumiegravere)

Lrsquo __________________ des 3 couleurs donne

le ____________

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon retrouve par exemple en

meacutelangeant de la peinture notamment en

imprimerie

Sciences naturelles Optique les filtres

Qursquoest-shyce qursquoun filtre coloreacute et comment fonctionne-shyt-shyil

Un filtre est un dispositif qui permet de filtrer la lumiegravere de laisser passer certains rayons

lumineux et drsquoen absorber drsquoautres

Pour savoir quelles lumiegravere coloreacutees le filtre laisse passer il faut lrsquoobserver agrave la lumiegravere

blanche

Le filtre laissera alors passer uniquement les rayons lumineux de sa couleur propre

Par exemple

Un filtre vert laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee verte

Un filtre magenta laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee magenta crsquoest agrave dire les rayons rouge et bleu

Pour connaicirctre la lumiegravere coloreacutee qui ldquosortrdquo du filtre il faut donc

deacutecomposer la lumiegravere qui arrive sur ce filtre et en soustraire les

rayons qui sont absorbeacutes par le filtre On se reacutefegravere alors au modegravele de

la synthegravese soustractive

Image httpswww123couleursfrboutique-shy1filtres-shycolorC3A9s

Tableau reacutecapitulatif

Sciences naturelles Optique les filtres

Modeacutelisation

Nous pouvons modeacuteliser lrsquoaction drsquoun filtre

1 Noter la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur le filtre

2 Deacutecomposer la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur filtre et la coder (en RVB)

3 Repreacutesenter le filtre et coder les rayons absorbeacutes par le filtre 4 Prolonger les rayons lumineux coloreacutes que le filtre laisse passer et les coder (en RVB)

5 Noter la lumiegravere coloreacutee qui sort du filtre

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre magenta sur la lumiegravere blanche

Lorsque plusieurs filtres sont superposeacutes ou aligneacutes il faut modeacuteliser lrsquoaction du premier filtre

sur la lumiegravere projeteacutee puis lrsquoaction du deuxiegraveme filtre sur la lumiegravere qui sort du premier filtre

etc

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre cyan puis drsquoun filtre vert sur la lumiegravere jaune

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

De quelle couleur apparaicirctra un objet de couleur eacuteclaireacute par une lumiegravere coloreacutee

Il y 3 cas

1) Un objet de couleur blanche renvoie toutes les couleurs il apparaicirctra de la couleur eacuteclaireacutee

2) Un objet de couleur noire absorbe toutes les couleurs Peu importe la couleur avec laquelle

lrsquoobjet est eacuteclaireacute lrsquoobjet apparaicirct de couleur noire

3) Pour un objet de couleur il suffit de deacutecomposer les couleurs secondaires par exemple

Jrsquoai un objet jaune

Je lui projette une lumiegravere magenta

Or jaune = rouge + vert

et magenta = bleu + rouge

Le rouge est commun au jaune et au magenta donc lrsquoobjet paraicirctra rouge

En revanche si la lumiegravere est bleue comme il nrsquoy a pas de bleu dans le jaune lrsquoobjet paraicirctra

noir

1

Tableau reacutecapitulatif

1 httpscommunitygoodgamestudioscombigfarmfrdiscussion51685langage-shy‐des-shy‐couleurs

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

Modegravele de reacuteponse

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

______

______

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

______

______

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation avec propositions

de reacuteponses)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

(rouge vert bleu Nous percevons les diffeacuterentes couleurs agrave partir de ces trois couleurs) ________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

(Explication relative aux cocircnes et bacirctonnets de lrsquo‛oeil)

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Corrigeacute vert bleu blanc cyan

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________ (vert)

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________ (bleu)

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________ (aucunenoir)

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

(selon modegravele eacutetudieacute)

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

(les deux selon que lrsquo‛on parle de synthegravese additive ou soustractive)

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

Bleu

______

Bleu

______

Noir

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________ (lumiegravere rouge)

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

Noir

______

Rouge

______

Rouge

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

(Bleu)

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

(selon modegravele eacutetudieacute)

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

(Explication citant la synthegravese soustractive et lrsquo‛effet des lumiegraveres coloreacutees

concerneacutees sur le haut du cambrioleur)

Evaluation - Analyse

Ce commentaire comprend les diffeacuterents objectifs eacutevalueacutes ainsi que ce qui est attendu

preacuteciseacutement des eacutelegraveves et les niveaux taxonomiques correspondants

Ce sont des pistes drsquo‛eacutevaluation qui sont ici proposeacutees non une eacutevaluation suivie

Exercice 1

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- Mettre en lien des notions theacuteoriques apprises en cours (cocircnes et

bacirctonnets de lrsquo‛oeil) avec drsquo‛autres (synthegravese additive)

Lrsquo‛eacutevaluation deacutebute par deux questions au niveau taxonomique peu eacuteleveacute La

premiegravere de lrsquo‛ordre de la compreacutehension demande aux eacutelegraveves de restituer une

connaissance de base agrave lrsquo‛aide de leurs propres mots La deuxiegraveme propose de

tester les connaissances theacuteoriques des eacutelegraveves en veacuterifiant que des liens entre

deux notions aient eacuteteacute faits

Exercice 2

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutedire la couleur perccedilue en fonction des meacutelanges de couleurs RVB

- deacutechiffrer un scheacutema et les codes de la repreacutesentation de la trajectoire

des lumiegraveres coloreacutees

Le deuxiegraveme exercice relegraveve du niveau taxonomique de lrsquo‛application car il

neacutecessite une compreacutehension de la maniegravere de repreacutesenter la lumiegravere (scheacutema de

la trajectoire rectiligne codes de couleurs RVB) et drsquo‛appliquer ce modegravele tout en

utilisant les connaissances des couleurs fondamentales et compleacutementaires de la

synthegravese additive

Exercice 3

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet drsquo‛un filtre sur une lumiegravere coloreacutee agrave lrsquo‛aide des codes

propres agrave lrsquo‛optique

Lrsquo‛exercice 3 relegraveve de lrsquo‛application car les eacutelegraveves se reacutefegraverent agrave la modeacutelisation

eacutetablie durant le cours et au diagramme de Venn de la synthegravese soustractive et

les adaptent aux items preacutesenteacutes

Exercice 4

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- mettre en perspective la distinction entre synthegravese additive et

soustractive en terme de lsquorsquo‛naturersquo‛rsquo‛ de la couleur (couleurs matiegraveres vs

couleurs lumiegraveres)

Cet exercice requiert des eacutelegraveves qursquo‛ils mobilisent leur faculteacute drsquo‛analyse (niveau

taxonomique plutocirct eacuteleveacute) pour expliquer les diffeacuterences entre les

repreacutesentations de la couleur en arts visuels et en physique Le but est qursquo‛ils

reconnaissent qursquo‛il srsquo‛agit dans le premier cas de la synthegravese soustractive et dans

le second cas de la synthegravese additive

Exercice 5

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutevoir la couleur perccedilue drsquo‛un objet en fonction des lumiegraveres coloreacutees

projeteacutees et coder le pheacutenomegravene

Les eacutelegraveves appliquent la modeacutelisation drsquo‛une lumiegravere coloreacutee sur un objet coloreacute

pour deacuteterminer la couleur perccedilue du drapeau franccedilais Cette question fait

reacutefeacuterence agrave un niveau taxonomique bas Puis ils trouvent la lumiegravere coloreacutee qui

permet de voir les deux drapeaux preacutesenteacutes de la mecircme couleur Ils trouveront

cette reacuteponse en modeacutelisant les lumiegraveres coloreacutees sur lrsquo‛objet de couleur

Plusieurs scheacutemas sont neacutecessaires pour trouver la reacuteponse Crsquo‛est une question

taxonomiquement haute qui demande aux eacutelegraveves de faire une synthegravese

Exercice 6

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet de la lumiegravere coloreacutee sur un objet et en deacuteduire la

couleur perccedilue

- justifier sa reacuteponse avec des mots en faisant la synthegravese des diffeacuterents

concepts vus dans la seacutequence de cours

Les eacutelegraveves doivent comprendre ce qursquo‛ils lisent et deacuteterminer la couleur propre du

haut du cambrioleur Cette question est taxonomiquement haute elle demande de

lrsquo‛analyse Puis ils justifient leur reacuteponse par le modegravele de lrsquo‛effet de la lumiegravere

coloreacutee sur un objet Cette question est drsquo‛un niveau taxonomique infeacuterieur

drsquo‛application Finalement ils deacuteterminent pourquoi la description de la jeune fille

ne correspond pas agrave la couleur propre en faisant le lien avec la synthegravese

soustractive demandant un niveau taxonomiquement tregraves eacuteleveacute la synthegravese

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4 Argumentation scientifique Nous avons choisi de construire notre seacutequence de cours de maniegravere agrave ce qursquoelle srsquoinscrive dans une deacutemarche constructiviste de type piageacutetienne Dans cette deacutemarche lrsquoenseignant anticipe les conceptions erroneacutees que les eacutelegraveves peuvent avoir puis eacutetablit une situation-shyproblegraveme permettant ideacutealement de deacuteconstruire ces repreacutesentations incomplegravetes puis finalement drsquoen construire de nouvelles plus justes Dans ce qui suit nous allons deacutefinir ces diffeacuterents concepts mis en eacutevidence puis expliciter la maniegravere dont nous les avons pris en compte dans notre planification

41 Les conceptions des eacutelegraveves et les situations-shyproblegravemes

411 Deacutefinitions Conception Selon Giordan et al (1994) une conception ou repreacutesentation peut ecirctre consideacutereacutee comme une ideacutee un objet ou un eacutevegravenement qui aide lrsquoeacutelegraveve agrave comprendre le monde qui lrsquoentoure Elle est le fruit de son expeacuterience personnelle dans laquelle il va puiser pour comprendre les nouveaux savoirs que lrsquoon va chercher agrave lui inculquer Elle peut ecirctre consideacutereacutee comme une connaissance ldquodeacutejagrave-shylagraverdquo acquise dans un certain contexte par lrsquoapprenant et qui peut ecirctre correcte ou erroneacutee Les mauvaises conceptions (ou misconception en anglais) peuvent donc ecirctre deacutecrites comme des ideacutees qui proviennent drsquoune mauvaise compreacutehension drsquoobjets ou eacutevegravenements Elles sont issues principalement de lrsquoenvironnement avec lequel lrsquoeacutelegraveve interagit et du contexte dans lequel il se situe mais elles deacutecoulent eacutegalement des systegravemes seacutemiotiques mis en oeuvre Ces derniers sont abordeacutes plus en deacutetail dans ce qui suit Seacutemiologie En seacutemiologie (lrsquoeacutetude des systegravemes de signes) une repreacutesentation (ou un signe) est double elle est doteacutee drsquoun signifiant et drsquoun signifieacute (de Saussure 1916) Le signifiant qui fait lrsquoobjet de la seacutemiologie deacutesigne la forme et laspect du signe tandis que le signifieacute eacutetudieacute dans le cadre de la seacutemantique deacutesigne le concept eacutevoqueacute par le signe A partir du moment ougrave le signe possegravede plusieurs signifieacutes il devient symbole et crsquoest ainsi que les incompreacutehensions peuvent survenir Selon R Duval (1995) le concept de laquo registre seacutemiotique raquo permet de distinguer les repreacutesentations qui relegravevent de diffeacuterents registres ou types visuels numeacuteriques graphiques symboliques formels scheacutematiques etc En didactique ce concept est fondamental car les diffeacuterences de registre au sein drsquoune mecircme repreacutesentation ou drsquoun

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modegravele peut induire des difficulteacutes de lecture Ils risquent drsquoajouter des difficulteacutes suppleacutementaires en empecircchant les eacutelegraveves de se focaliser sur le problegraveme poseacute par lrsquoactiviteacute et les menant agrave formuler des conclusions diffeacuterentes de celles attendues par lrsquoenseignant Crsquoest pour cela qursquoun choix pertinent de registre seacutemiotique facilite la compreacutehension du concept introduit Dans notre cours un exemple typique que nous pouvons donner est la forte ressemblance des diagrammes de Venn pour les synthegraveses additive et soustractive Dans les deux modegraveles les diagrammes sont communeacutement scheacutematiseacutes sous forme circulaire De plus bien que inverseacutees au niveau de leurs superpositions les mecircmes couleurs sont repreacutesenteacutees dans les deux diagrammes Ces similitudes peuvent rendre la diffeacuterenciation complexe pour les eacutelegraveves Crsquoest pourquoi nous avons estimeacute important drsquoapporter un changement agrave la repreacutesentation de ces diagrammes Ainsi dans lrsquoune de nos fiches de synthegravese nous avons preacutefeacutereacute utiliser des formes rectangulaires plutocirct que circulaires pour repreacutesenter la synthegravese soustractive car cette forme eacutevoque plus fortement le filtre et ainsi lrsquoabsorption de la lumiegravere Cadre de rationaliteacute origine des conceptions En srsquoappuyant sur les travaux de R Douady (1984) A Lerouge (1992) deacutefinit laquo un cadre de rationaliteacuteraquo comme laquoun ensemble coheacuterent de fonctionnement de la penseacuteeraquo caracteacuteriseacute principalement par les composantes suivantes

1 Les objets du cadre dans notre cas il peut srsquoagir de peinture de feuille de papier de lampes de poche de filtres etc

2 Le type de processus de conceptualisation Dans un cadre scientifique il peut srsquoagir drsquoun processus par modeacutelisation ou par expeacuterimentation par exemple

3 Les registres seacutemiotiques que nous avons traiteacutes plus haut Les conceptions des eacutelegraveves et les conflits de perceptions en reacutesultant sont issus des diffeacuterents cadres de rationaliteacute dans lesquels ils eacutevoluent Ce sont les cadres familiers (personnel) et culturels (eacutecole) qui sont responsable de ces conceptions et repreacutesentations mentales tantocirct concourantes tantocirct inexistantes voire erroneacutees Elles se manifestent principalement agrave travers la seacutemiotique Les eacutelegraveves eacuteprouvent de la difficulteacute agrave repreacutesenter des objets issus de registres seacutemiotiques diffeacuterents ou encore agrave simplement les reconnaicirctre Dans le contexte de notre seacutequence sur les couleurs ces cadres de rationaliteacute sont centraux En effet crsquoest dans son quotidien et donc dans son cadre familier que lrsquoeacutelegraveve va deacutecouvrir la notion de couleur notamment par le biais de la peinture ou drsquoobservation drsquoarc-shyen-shyciel Cette deacutecouverte qui a souvent lieu tregraves tocirct dans la vie de lrsquoenfant ne fera pourtant pas pour autant lrsquoobjet de questionnement sur le pheacutenomegravene de perception des couleurs La notion de cadre culturel ou scolaire quand agrave elle peut ecirctre eacutetendue dans notre cas agrave deux sous-shycateacutegories de cadres culturels diffeacuterents qui vont ecirctre agrave lrsquoorigine de conceptions erroneacutees ou incomplegravetes Premiegraverement il y a le cadre que nous appelons laquo arts visuelsraquo et qui a ses propres regravegles de rationaliteacutes Les cours de dessin ou drsquoactiviteacutes creacuteatrices en sont de parfaits exemples car crsquoest dans ce cadre que les eacutelegraveves vont premiegraverement aborder la

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theacutematique des couleurs primaires et de leurs meacutelanges Mais cette theacutematique est eacutegalement abordeacutee dans le cadre laquophysiqueraquo agrave travers les expeacuteriences de deacutecomposition de la lumiegravere ou de superposition de lumiegraveres coloreacutees Ainsi nous retrouvons trois cadres de rationaliteacute concourants (familier physique arts visuels) dans lesquels les eacutelegraveves eacutevoluent et qui engendrent indubitablement des conceptions erroneacutees sur la lumiegravere et les couleurs puisque les eacutelegraveves ne sont pas ameneacutes agrave les diffeacuterencier dans chacun des cadres Et comme la communication entre les diffeacuterents cadres nrsquoest pas eacutetablie le lien agrave faire entre les diffeacuterentes conceptions issues de ces cadres est agrave la charge de lrsquoeacutelegraveve ce qui repreacutesente une lourde responsabiliteacute dans son apprentissage Astolfi (2008) appelle eacutegalement ces conceptions issues de diffeacuterents cadres des ldquotrames conceptuelles rdquoqui peuvent ecirctre deacutefinies comme ldquoun ensemble de concepts-shycleacutes propres agrave un domaine et logiquement hieacuterarchiseacutes entre eux qui structurent les disciplines et engendrent des situations-shyproblegravemesrdquo Mais encore on verra eacutemerger des problegravemes de contrat didactique dans chacun des cadres lrsquoeacutelegraveve va tenter de donner une reacuteponse qui va satisfaire lrsquoenseignant sans pour autant ecirctre ameneacute agrave confronter ses conceptions

Situation-shyproblegraveme Pour de Vecchi (2006) une situation-shyproblegraveme est une activiteacute qui consiste agrave mettre lrsquoeacutelegraveve dans une situation ougrave il va ecirctre ameneacute agrave eacutelaborer des strateacutegies de reacutesolution de problegraveme Lrsquoun des points cleacutes des situations-shyproblegravemes est qursquoelles eacutetablissent un lien eacutetroit entre les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves En drsquoautres termes une situation-shyproblegraveme est construite de telle sorte que les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave remettre en question des repreacutesentations actuelles qui srsquoavegraverent erroneacutees agrave les deacuteconstruire pour en construire de nouvelles Ainsi dans une deacutemarche de type constructiviste lrsquoeacutelegraveve construit son savoir en renversant ses anciennes conceptions Une situation-shyproblegraveme nrsquoest donc pas une deacutemarche ponctuelle dans laquelle lrsquoeacutelegraveve devra reacutesoudre une liste drsquoexercices teacuteleacuteguideacutee par lrsquoenseignant Ce qui justifie lrsquoefficaciteacute des situations problegravemes est qursquo laquoapprendreraquo ne consiste pas agrave cumuler les savoirs mais agrave en construire et agrave en deacuteconstruire

Une situation-shyproblegraveme doit comprendre plusieurs eacuteleacutements

-shy Un objectif-shyobstacle Pour Meirieu (1987) un objectif-shyobstacle est ldquoun objectif dont lrsquoacquisition permet au sujet de franchir un palier deacutecisif de progression en modifiant son systegraveme de repreacutesentation et en le faisant acceacuteder un niveau supeacuterieur de formulation rdquo Dans notre cas lrsquoeacutelegraveve pense que tous les meacutelanges de 3 couleurs primaires (de peinture ou de lumiegravere) vont donner le mecircme reacutesultat La distinction entre synthegraveses additive et soustractive nrsquoest pas connue des eacutelegraveves De plus projeter de la lumiegravere monochromatique sur un objet drsquoune certaine couleur ne donne pas toujours la mecircme couleur Lrsquoexemple avec le drapeau (activiteacute 4) est parlant

-shy Une situation centreacutee sur cet obstacle prenant en compte une deacutemarche expeacuterimentale ou une deacutemarche de modeacutelisation Dans notre cours les deux deacutemarches sont mises en oeuvre mais notre deacutemarche principale est la modeacutelisation Les eacutelegraveves vont effectivement ecirctre ameneacutes agrave eacutemettre des hypothegraveses manipuler reacutecolter des reacutesultats et les confronter agrave

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leurs hypothegraveses mais il srsquoagit surtout drsquoune deacutemarche de modeacutelisation car les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave creacuteer des scheacutemas dans plusieurs exercices

-shy Une probleacutematisation et la deacutevolution on probleacutematise la conception erroneacutee en introduisant une situation-shyproblegraveme crsquoest-shyagrave-shydire qursquoon construit un problegraveme centreacute sur lrsquoobstacle La surprise face agrave une situation incoheacuterente va intriguer lrsquoeacutelegraveve exciter sa motivation et le pousser agrave vouloir srsquoimpliquer dans le problegraveme ce qui va aider sa deacutevolution Brousseau (1998) qualifie la notion de deacutevolution par le ldquo processus par lequel lenseignant parvient agrave placer leacutelegraveve comme simple actant dans une situation a-shydidactique (agrave modegravele non didactique) Il cherche par lagrave agrave ce que lrsquoaction de lrsquoeacutelegraveve ne soit produite et justifieacutee que par les neacutecessiteacutes du milieu et par ses connaissances et non par lrsquointerpreacutetation des proceacutedeacutes didactiques du professeurrdquo Pour enrocircler les eacutelegraveves et les aider agrave identifier la probleacutematique en met on place une situation deacuteclenchante Dans notre cas lrsquoexemple avec le meacutelange de peinture et de lumiegraveres coloreacutees est un parfait exemple de situation deacuteclenchante car les eacutelegraveves ne sattendent probablement pas par exemple agrave ce que le meacutelange de vert et bleu donne du cyan ou encore qursquoon perccediloive un citron noir lorsque lrsquoon projette de la lumiegravere bleue sur ce celui-shyci

412 La prise en compte des conceptions des eacutelegraveves dans notre seacutequence La theacutematique de la lumiegravere et des couleurs est complexe et comprend de nombreux concepts difficiles agrave assimiler En effet bon nombre de personnes ont des repreacutesentations erroneacutees qui peuvent rester profondeacutement ancreacutees Parmi les conceptions erroneacutees les plus communes on retrouve selon le site internet des MER

La lumiegravere blanche est sans couleur pure quand la lumiegravere blanche passe dans un prisme ou traverse un filtre de la couleur lui est ajouteacutee

La lumiegravere blanche nous permet de voir la vraie couleur des objets laquoMa feuille est blanche parce que je nai pas ajouteacute dautres couleurs agrave celle-shyciraquo

Les couleurs sont lieacutees agrave des proprieacuteteacutes de lrsquoobjet exclusivement sans reacutefeacuterence agrave la lumiegravere qui eacuteclaire lrsquoobjet Ne dit-shyon pas quun pull est rouge

Confusion entre les couleurs primaires en couleur peinture et en couleur lumiegravere

Dans notre planification nous avons anticipeacute ces conceptions et avons construit notre cours de maniegravere agrave ce qursquoelles soient mises en eacutevidence le plus tocirct possible afin de tenter de les deacuteconstruire agrave travers nos activiteacutes

Ainsi degraves deacutebut de lrsquoactiviteacute 2 les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave une situation-shyproblegraveme dans laquelle ils comprennent qursquoil existe une contradiction entre leur conception de deacutepart sur les meacutelanges de couleurs (issue de leurs cadres de rationaliteacute familier et scolaire lsquorsquoart visuelrsquorsquo) et leurs observations (nouveau cadre lsquorsquophysiquersquorsquo) Crsquoest sur la base de ce conflit cognitif que les diffeacuterentes notions de la seacutequence pourront ecirctre abordeacutees Les autres conceptions sont mises en eacutevidence puis deacuteconstruites agrave travers les diffeacuterentes activiteacutes Par exemple les

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activiteacutes du chapitre 3 permettent de montrer que la lumiegravere blanche nrsquoest pas pure mais qursquoelle est composeacutee de toutes les couleurs et ce gracircce agrave lrsquoobservation des objets agrave la lumiegravere blanche puis agrave travers un filtre

De plus lrsquoactiviteacute 3 srsquoarticule autour drsquoune conception erroneacutee repeacutereacutee dans certaines classes Bon nombre drsquoeacutelegraveves eacutetaient persuadeacutes qursquoun filtre ne laissait pas passer les lumiegraveres de sa couleur propre car crsquoest la couleur dont est perccedilue le filtre Un conflit cognitif est alors provoqueacute afin de deacuteconstruire cette conception les eacutelegraveves observent que la lumiegravere coloreacutee nrsquoest pas absorbeacutee par le filtre mais qursquoelle se propage bien jusqursquoagrave lrsquoeacutecran blanc

En introduction de lrsquoactiviteacute 4 une nouvelle situation-shyproblegraveme est preacutesenteacutee par le biais drsquoune image montrant que la couleur drsquoun objet peut varier en fonction de la lumiegravere coloreacutee par laquelle il est eacuteclaireacute Elle servira agrave provoquer un conflit cognitif chez les eacutelegraveves car cette situation intervient apregraves une phase drsquohypothegravese reacutepondant agrave la question suivante un objet peut-shyil avoir diffeacuterentes couleurs La reacuteponse donneacutee par lrsquoimage contredira probablement lrsquohypothegravese preacuteceacutedemment formuleacutee et devrait susciter de la curiositeacute chez lrsquoeacutelegraveve et lui donner lrsquoenvie de comprendre le pheacutenomegravene Nous deacutemontrons ensuite tout au long de lrsquoactiviteacute 4 sur les lumiegraveres coloreacutees que crsquoest le pheacutenomegravene drsquoabsorption et de reacuteflection de la lumiegravere qui nous permet de voir la couleur des objets et non pas la lumiegravere blanche Crsquoest donc par le biais de ces deacuteconstructions successives de conceptions que lrsquoenseignant peut guider les eacutelegraveves sur la voie de la reacutesolution du problegraveme de lrsquoorigine de ces contradictions dans le but drsquoeacutetablir le lien entre les diffeacuterents cadres de rationaliteacute

42 Modeacutelisation

421 Deacutefinition

Un modegravele est communeacutement deacutefini comme un objet ou un concept qui va permettre de repreacutesenter la reacutealiteacute de diffeacuterentes maniegraveres Bunge (1974) ou encore Martinand (1994) le deacutefinissent eacutegalement comme un moyen permettant de mettre en relation le monde theacuteorique avec le monde empirique Il peut ecirctre consideacutereacute en quelque sorte comme un monde intermeacutediaire ou une sorte de lunette conceptuelle (Halloun 2004) qui va permettre drsquoobserver des pheacutenomegravenes naturels Un modegravele ne constitue pas la reacutealiteacute mais la repreacutesente en simplifiant certains de ses aspects ce qui peut causer des conflits pour les repreacutesentations cognitives chez lrsquoeacutelegraveve

422 La modeacutelisation dans notre seacutequence Dans notre planification la modeacutelisation est centrale afin de conceptualiser des pheacutenomegravenes complexes comme la composition de la lumiegravere et la perception des couleurs Elle est lrsquooutil qui permet drsquoamener les eacutelegraveves agrave se faccedilonner une repreacutesentation de la deacutecomposition de la lumiegravere blanche de labsorption de la lumiegravere agrave travers les filtres et des synthegraveses additive et soustractive des couleurs

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De plus elle constitue un objectif de formation meacutethodologique qui va de pair avec toute formation scientifique Crsquoest pourquoi nous avons inclus la modeacutelisation dans les objectifs drsquoapprentissage Dans la terminologie du PER la modeacutelisation correspond agrave lrsquoobjectif geacuteneacuteral MSN37

bull MSN 1525 mdash Modeacuteliser des pheacutenomegravenes naturels techniques sociaux ou des situations matheacutematiques

bull en imaginant et en utilisant divers outils de repreacutesentation (codes scheacutemas graphiques tableauxhellip)

Lrsquoactiviteacute 2 propose aux eacutelegraveves de reporter les couleurs observeacutees sur trois cercles superposeacutes En les coloriant les eacutelegraveves reacutealisent en reacutealiteacute une forme simple de modeacutelisation par un diagramme de Venn de la synthegravese additive Il nous a sembleacute pertinent drsquointroduire ce scheacutema de cette maniegravere car ainsi les eacutelegraveves comprennent reacuteellement qursquoil correspond agrave la lumiegravere projeteacutee et superposeacutee sur un eacutecran En derniegravere partie drsquoactiviteacute les eacutelegraveves se familiarisent avec un logiciel de modeacutelisation de la synthegravese additive 3

Lrsquoutilisation drsquoun modegravele dans ce cas est indispensable pour des raisons pratiques Il serait en effet tregraves difficile de faire des observations similaires avec un dispositif reacuteel constitueacute de projecteurs et drsquoun eacutecran comme dans la premiegravere partie drsquoactiviteacute Nous avons veilleacute agrave choisir un logiciel simple drsquousage sur lequel seules deux manipulations sont possibles allumereacuteteindre les projecteurs et varier leurs intensiteacutes Ainsi il est possible pour les eacutelegraveves de faire rapidement et sans difficulteacutes de lrsquoordre du registre seacutemiotique la deacuteduction attendue les diffeacuterentes couleurs srsquoobtiennent par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

Dans lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves sont ameneacutes agrave modeacuteliser lrsquoeffet drsquoun filtre sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee Ils ancrent ainsi le fonctionnement drsquoun filtre dans leur apprentissage et deacuteveloppent une meacutethodologie systeacutematique dans la reacutesolution de problegravemes mettant en scegravene des filtres Gracircce au modegravele deacuteveloppeacute les eacutelegraveves deacuteconstruisent deacutefinitivement leur eacuteventuelle conception erroneacutee selon laquelle un filtre absorberait sa propre couleur Lrsquoactiviteacute 43 a pour but que les eacutelegraveves modeacutelisent les pheacutenomegravenes de reacutefraction et drsquoabsorption en justifiant leur reacuteponse par un modegravele de reacuteponse Ce dernier comprend les couleurs RVB qui se reflegravetent ou qui sont absorbeacutees par une surface Ainsi lrsquoeacutelegraveve peut trouver une meacutethode systeacutematique de reacuteponse en testant les diffeacuterentes couleurs Gracircce agrave cette modeacutelisation et agrave celle de lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves comprennent que les fonctionnements des filtres et des lumiegraveres coloreacutees sont fondeacutes sur le mecircme principe

3(httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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43 Deacutemarche expeacuterimentale

431 Deacutefinition Pour de Vecchi il est important de ne pas confondre les notions lieacutees agrave lrsquoexpeacuterimental qui sont les suivantes

-shy Une deacutemarche scientifique nrsquoest pas exclusive au domaine des sciences expeacuterimentales mais peut aussi ecirctre mobiliseacutee dans les sciences humaines socialeshellip Elle utilise drsquoautres outils que lrsquoexpeacuterimentale Toute recherche digne de ce nom est de nature scientifique

-shy La meacutethode expeacuterimentale eacutequivaut plutocirct agrave un plan agrave suivre un mode drsquoemploi ou agrave une marche agrave suivre qui suit un ordre strict que lrsquoon peut aussi appeler protocole Par exemple parmi les plus ceacutelegravebres protocoles nous retrouvons celui de Claude Bernard (1865) que lrsquoon abregravege par les initiales OHERIC qui correspondent agrave observation hypothegravese expeacuterience reacutesultats interpreacutetation et conclusion De maniegravere geacuteneacuterale il srsquoagit du protocole caricatural que lrsquoon emploie le plus souvent dans les salles de classes

-shy Une deacutemarche expeacuterimentale est une approche plus reacutealiste moins stricte et integravegre

une approche plus tacirctonnante Il nrsquoest pas constitueacute drsquoeacutetapes preacutedeacutetermineacutees et est donc moins affecteacutee par les directives de lrsquoenseignant Il peut donc laisser des liberteacutes dans la maniegravere de reacutesoudre le problegraveme

432 La deacutemarche expeacuterimentale dans notre seacutequence Dans notre seacutequence la meacutethode expeacuterimentale est preacutesente de maniegravere partielle du scheacutema caricatural OHERIC nous nous inteacuteressons en particulier aux phases drsquoobservation et drsquoeacutemission drsquohypothegraveses Crsquoest pourquoi nous parlons donc plutocirct de ldquodeacutemarche expeacuterimentalerdquo En effet tout au long des diffeacuterentes activiteacutes il est reacuteguliegraverement demandeacute aux eacutelegraveves de formuler une hypothegravese agrave partir de leurs connaissances au preacutealable puis de faire de nouvelles observations en contexte expeacuterimental Crsquoest sur la base de ces derniegraveres qursquoils pourront reacutealiser leurs deacuteductions sur le pheacutenomegravene en question et construire de nouvelles conceptions Dans lrsquoactiviteacute 2 ce type de deacutemarche est central pour la creacuteation de la premiegravere situation-shyproblegraveme Par la suite la deacutemarche permet de guider les eacutelegraveves dans le processus de deacuteduction du fonctionnement geacuteneacuteral des diffeacuterents pheacutenomegravenes Dans lrsquoactiviteacute 41 par exemple les pheacutenomegravenes agrave deacuteduire sont la synthegravese soustractive et le fonctionnement de la lumiegravere coloreacutee Lrsquoemploi drsquoobjets familiers permet un ancrage dans le quotidien

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Dans lrsquoactiviteacute 3 lrsquoeacutetude de lrsquoeffet des filtres constitue agrave son tour un deacutemarche expeacuterimentale En effet les eacutelegraveves doivent tout drsquoabord eacutemettre leurs hypothegraveses puis les veacuterifient par lrsquoexpeacuterimentation et ses reacutesultats provoquant probablement un conflit cognitif avant drsquoen conclure lrsquoeffet drsquoun filtre Dans lrsquoactiviteacute 42 nous retrouvons toujours le mecircme principe de deacutemarche expeacuterimentale Les eacutelegraveves formulent des hypothegraveses sur la couleur perccedilue de diffeacuterents mots coloreacutes eacuteclaireacutes par une lumiegravere coloreacutee puis les veacuterifient lors de la phase drsquoobservation La confrontation entre leurs attentes lieacutees agrave leurs conceptions et la reacutealiteacute creacutee le conflit cognitif rechercheacute

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

5 Conclusion Pour seacutelectionner notre thegraveme et eacutelaborer notre seacutequence nous nous sommes fondeacutes sur les objectifs du PER et crsquoest sur lrsquooptique que notre choix srsquoest porteacute Le savoir savant auquel nous nous sommes reacutefeacutereacutes comprend principalement des concepts lieacutes agrave la lumiegravere tels que les photons les ondes eacutelectromagneacutetiques ainsi que les spectres drsquoeacutemission et drsquoabsorption Nous avons transposeacute ce savoir en un savoir enseignable par le biais drsquoun travail de contextualisation et de reacuteadaptation Nous avons eacuteteacute ameneacutes agrave remplacer des modegraveles scientifiques (par exemple les modegraveles de synthegraveses additive et soustractive) par des modegraveles accessibles agrave un niveau scolaire et agrave changer les conditions drsquoeacutemergence des problegravemes Ainsi notre travail de transposition consistait agrave montrer aux eacutelegraveves la partie eacutemergeacutee de lrsquoiceberg du concept de couleur le reacutesultat apparent plutocirct que lrsquoorigine eacutelectromagneacutetique Tout au long de la seacutequence et par le biais de situations-shyproblegravemes et de diffeacuterentes eacutetapes de reacutesolution des activiteacutes les eacutelegraveves ont eacuteteacute guideacutes dans le processus de construction de leur apprentissage En nous focalisant sur les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves nous avons eacutelaboreacute nos exercices de maniegravere agrave proposer des situations deacuteclenchantes afin de faciliter le transfert de la responsabiliteacute de la reacutesolution des problegravemes aux eacutelegraveves Cette derniegravere srsquoeffectue par des deacutemarches drsquoexpeacuterimentation mais surtout de modeacutelisation

Dans notre sceacutenario les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave deux types de donneacutees theacuteoriques et empiriques Drsquoune part ils ont agrave disposition deux theacuteories principales la premiegravere est que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs de lrsquoarc-shyen-shyciel tandis que la seconde deacutecrit l a maniegravere dont la couleur drsquoun objet deacutepend des couleurs qursquoil va absorber Drsquoautre part ils disposent de donneacutees empiriques qursquoils sont ameneacutes agrave reacutecolter en superposant des lumiegraveres de diffeacuterentes couleurs en meacutelangeant de la peinture et en projetant de la lumiegravere coloreacutee sur diffeacuterents objets coloreacutes Dans le cadre drsquoune deacutemarche drsquoexpeacuterimentation ils ont eacutemis des hypothegraveses observeacute manipuleacute du mateacuteriel utiliseacute des appliquettes en ligne et veacuterifieacute leurs reacutesultats Crsquoest ainsi les modegraveles que nous avons preacutesenteacutes et que les eacutelegraveves ont eacutelaboreacutes vont ecirctre des ponts qui vont relier le monde theacuteorique et le monde empirique Par ailleurs nous avons eacuteteacute attentifs agrave la seacutemiotique lors de nos choix des repreacutesentations utiliseacutees nous nous sommes reacutefeacutereacutes agrave la notion de registre seacutemiotique afin drsquoeacutelaborer des scheacutemas nrsquoengendrant pas de difficulteacutes de lecture chez les eacutelegraveves

Nous avons analyseacute lrsquoorigine des conceptions erroneacutees et avons remarqueacute qursquoelles eacutetaient principalement dues agrave des repreacutesentations concourantes engendreacutees par les diffeacuterents contextes et cadres de rationaliteacutes dans lesquelles les eacutelegraveves eacutevoluent Notre sceacutenario permet aux eacutelegraveves drsquoeacutetablir des liens entre ces diffeacuterents cadres et de construire une nouvelle repreacutesentation de la couleur celle drsquoun objet de la physique

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6 Bibliographie

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Meirieu P Avanzin Gi (1987) Apprendre oui mais comment Edition ESF Verret M (1975) Le temps des eacutetudes (Vols 1ndash2) Lille France Atelier Reproduction des thegraveses

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Page 8: Physique Optique Lescouleurs · Sciences naturelles Les couleurs 10 11 Harmos 1.Introduction Comme nous allons le détailler dans le chapitre 4, les conceptions erronées des élèves

Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

synthegravese additive et soustractive Les savoirs se construisant sur drsquoautres savoirs il est ainsi primordial de commencer par les diffeacuterents types de meacutelange de couleurs pour passer agrave un niveau plus complexe Nous deacutetaillons lrsquoordre de la seacutequence dans ldquoSynopsis deacutetailleacute de la seacutequence et instructions pour les enseignants

113 Place dans le PER et objectifs drsquoapprentissage La theacutematique que nous avons choisie est traiteacutee selon le Plan drsquoeacutetude romand entre la 10egraveme et la 11egraveme anneacutee Harmos et srsquoinscrit dans lrsquoobjectif geacuteneacuteral MSN 36 ana lyser des pheacutenomegravenes naturels et des technologies agrave laide de deacutemarches caracteacuteristiques des sciences expeacuterimentales en utilisant un modegravele pour expliquer etou preacutevoir un pheacutenomegravene naturel ou le fonctionnement dun objet technique Le PER preacutevoit pour la seacutequence seacutelectionneacutee le deacuteveloppement de la compeacutetence 1

geacuteneacuterale suivante ldquolrsquoeacutelegraveve est capable drsquointerpreacuteter la couleur perccedilue dun objet agrave laide du modegravele trichromique en eacutetablissant des liens avec larc-shyen-shyciel et les meacutelanges de couleurs en peinturerdquo Pour ce faire le PER donne pour indication peacutedagogique que leacutelegraveve expeacuterimente lui-shymecircme la part objective et la part subjective de ce quil perccediloit de la couleur dun objet et qursquoil soit ainsi ameneacute agrave diffeacuterencier clairement la reacutealiteacute physique de la repreacutesentation mentale (la couleur comme proprieacuteteacute de lobjet et les meacutelanges de pigments en peinture) quil se fait de la situation Afin de respecter les prescriptions nous avons premiegraverement deacutefini les objectifs speacutecifiques de la seacutequence traiteacutee et nous les avons exprimeacutes en termes de compeacutetences Objectifs speacutecifiques pour la seacutequence Modegravele trichromique -shy synthegravese additive -shy synthegravese soustractive -shy filtres -shy lumiegraveres coloreacutees A lrsquoissue de la seacutequence lrsquoeacutelegraveve est capable dedrsquo

hellip faire la distinction entre source primaire et secondaire de lumiegravere et drsquoutiliser cette notion pour deacuteterminer si la couleur perccedilue a eacuteteacute obtenue par synthegravese additive ou par synthegravese soustractive

hellip deacutefinir et nommer ce que sont les couleurs primaires et compleacutementaires pour les deux types de synthegraveses et preacutevoir les couleurs qui seront perccedilues en fonction de la configuration

hellip expliquer agrave lrsquoaide drsquoun exemple (par ex pixels drsquoordinateurs) ce que signifie synthegravese additive

hellip modeacuteliser les observations de la synthegravese additive et soustractive sous forme drsquoun diagramme de Venn

hellip utiliser des logiciels de modeacutelisation pour eacutemettre des hypothegraveses sur les synthegraveses additive et soustractive

hellip preacutevoir la couleur perccedilue drsquoun objet en fonction de la couleur drsquoune lumiegravere et des filtres utiliseacutes (synthegravese soustractive) et coder le pheacutenomegravene

hellip modeacuteliser lrsquoeffet drsquoun filtre sur une lumiegravere coloreacutee agrave lrsquoaide des codes propres agrave lrsquooptique

1 Plan drsquoeacutetude romand pour lrsquoenseignement des sciences naturelles en 11egraveme anneacutee Harmos (httpswwwplandetudeschwebguestMSN_36)

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

hellip preacutevoir la couleur perccedilue drsquoun objet en fonction des lumiegraveres coloreacutees et coder le pheacutenomegravene

hellip modeacuteliser lrsquoeffet de la lumiegravere coloreacutee sur un objet et en deacuteduire la couleur perccedilue

12 Notions preacuterequises Le traitement de la seacutequence choisie neacutecessite de la part des eacutelegraveves certaines notions preacuterequises au sujet de la lumiegravere Ces derniegraveres auront dans lrsquoideacuteal eacuteteacute abordeacutees lors drsquoune double seacuteance preacuteceacutedente Ainsi au deacutebut de la seacutequence de cours preacutesenteacutee dans ce dossier les eacutelegraveves auront eacuteteacute introduits sur les notions suivantes

La lumiegravere est eacutemise par certains objets diffuseacutee ou absorbeacutee par drsquoautres Elle se propage de maniegravere rectiligne

Il existe des sources primaires et secondaires de lumiegravere On ne voit pas la trajectoire de la lumiegravere mais les objets qursquoelle eacuteclaire La lumiegravere blanche est composeacutee drsquoun ensemble de couleurs

Les eacutelegraveves auront deacutecouvert ces diffeacuterentes notions lors drsquoexpeacuteriences mettant agrave lrsquoeacutepreuve leurs repreacutesentations erroneacutees Ils se rendront notamment compte avec lrsquoexpeacuterience de projection de lumiegravere agrave travers de la bueacutee ou de la fumeacutee que lrsquoon ne voit pas directement la lumiegravere mais uniquement les objets qui sont eacuteclaireacutes Un eacuteleacutement probablement surprenant est de deacutecouvrir par lrsquoexpeacuterience du prisme que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs Ils seront ainsi capables drsquoexpliquer un pheacutenomegravene qui leur est familier lrsquoarc-shyen-shyciel Pour notre seacutequence le deacutefi principal est qursquoils deacuteveloppent une compreacutehension du pheacutenomegravene de la perception de la couleur des objets

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2 Synopsis deacutetailleacute de la seacutequence et instructions pour les enseignants Comme notre seacutequence est preacutevue agrave la suite drsquoun premier chapitre drsquointroduction sur la lumiegravere nous ouvrons donc notre cours par le chapitre 2 et par lrsquoactiviteacute 2 Ce chapitre comprend les diffeacuterents objectifs geacuteneacuteraux et speacutecifiques des seacutequences le mateacuteriel requis pour les diffeacuterentes activiteacutes leur deacuteroulement ainsi que des instructions particuliegraveres agrave lrsquoattention des enseignants

21 Activiteacute 2 Le modegravele trichromique et la synthegravese additive Objectif geacuteneacuteral il y a une distinction entre la couleur lsquorsquomatiegraverersquorsquo (peinture) et la couleur lsquorsquolumiegraverersquorsquo

Activiteacute 21 (10 min)

Mateacuteriel

De la peinture des pinceaux du papier

Journaux de protection

Gobelet drsquoeau

Palettes assiettes ou berlingots deacutecoupeacutes en 2 (support pour la peinture)

Deacuteroulement

a) Par groupes les eacutelegraveves font des meacutelanges de couleurs Ceci permet de rappeler ce qursquoils ont appris en arts visuels (couleurs primaires couleurs obtenues par des meacutelanges) Cette premiegravere phase drsquoactiviteacute constitue donc une phase de repecircchage de connaissances essentielles pour appreacutehender la theacutematique

Indications pour lrsquoenseignant

Lrsquoenseignant met agrave disposition des tubes de peinture en veillant agrave ce que ces derniers portent lrsquoindication des noms preacutecis de couleurs qui seront abordeacutees en classe entre autres cyan et magenta Il est important degraves le deacutebut drsquoutiliser ces termes Lors de lrsquoactiviteacute il observe les connaissances des eacutelegraveves en matiegravere de meacutelange de couleurs

Activiteacute 22 (10 min)

Objectifs speacutecifiques agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy preacutedire la couleur perccedilue en fonction des meacutelanges de couleurs RVB -shy deacuteterminer de quelle lumiegravere coloreacutee eacuteleacutementaire est constitueacutee une lumiegravere CMJ

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-shy deacuteterminer que de la lumiegravere blanche peut ecirctre obtenue gracircce agrave 3 couleurs RVB

Mateacuteriel

Les meacutelanges de couleurs de la premiegravere partie drsquoactiviteacute

Trois lampes de couleurs RVB

Un eacutecran blanc

Deacuteroulement

a) Lrsquoenseignant installe le dispositif agrave la vue des eacutelegraveves b) Individuellement les eacutelegraveves remplissent un tableau avec leurs preacutedictions concernant

les couleurs obtenues en superposant diffeacuterentes lumiegraveres On peut srsquoattendre agrave ce qursquoils appliquent leurs preacutedictions agrave ce qursquoils connaissent de la peinture et de ce qursquoil viennent drsquoobserver en deacutebut drsquoactiviteacute Cette eacutetape constitue une phase drsquoeacutemission drsquohypothegraveses

b) Manipulation de lampes par les eacutelegraveves ou deacutemonstration par lrsquoenseignant des couleurs obtenues par superposition de lumiegraveres coloreacutees Le reacutesultat surprendra les eacutelegraveves et sera source drsquoun conflit cognitif

c) Les eacutelegraveves reportent leurs observations dans le tableau de maniegravere agrave souligner le conflit avec leurs preacutedictions Puis ils reacutepondent agrave des questions permettant de mettre en eacutevidence la diffeacuterence de nature (matiegravere puis lumiegravere) des couleurs observeacutees Une autre question permet de mettre en eacutevidence que le meacutelange des trois couleurs donne de la lumiegravere blanche (modegravele trichromique)

d) Sur la base de leurs observations les eacutelegraveves preacutesentent sous forme de diagramme de Venn la synthegravese additive Cette eacutetape permet drsquoentraicircner la modeacutelisation simple agrave partir drsquoobservations

e) Mise en commun de maniegravere interactive lrsquoenseignant interroge les eacutelegraveves et oriente ses questions

Indications pour lrsquoenseignant

Afin de preacutesenter le dispositif aux eacutelegraveves lrsquoenseignant peut allumer un seul des projecteurs Ainsi les eacutelegraveves pourront se faire une ideacutee de la maniegravere dont ils observeront la projection de lumiegravere sur lrsquoeacutecran Selon le mateacuteriel et le temps disponibles lrsquoenseignant fera lui-shymecircme la deacutemonstration ou bien les eacutelegraveves manipulent eux-shymecircme le ou les dispositif(s) Les questions poseacutees agrave la suite du tableau peuvent ecirctre difficiles lrsquoenseignant veillera agrave orienter les eacutelegraveves agrave lrsquoaide du dispositif et en leur posant des questions intermeacutediaires

Activiteacute 23 (20 min)

Objectifs speacutecifiques agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy deacuteduire agrave lrsquoaide drsquoun logiciel de modeacutelisation les regravegles de la synthegravese additive

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-shy expliquer la cause de la preacutesence des trois couleurs RVB dans les pixels en mobilisant les notions apprises preacuteceacutedemment

Mateacuteriel

Quelques ordinateurs avec un accegraves internet Quelques microscopes Logiciel disponible en ligne sur le portail PCCL (Physique chimie collegravege lyceacutee) 2

Deacuteroulement

a) Un problegraveme est poseacute par lrsquoenseignant si lrsquoon obtient du blanc (donc la totaliteacute des couleurs) en superposant les lumiegraveres R V et B comment obtient-shyon une couleur en particulier

b) Par groupe heacuteteacuterogegravenes de 3 ou 4 les eacutelegraveves eacutemettent des hypothegraveses c) Le test des hypothegraveses se fait toujours par groupes gracircce agrave un logiciel de

modeacutelisation de la synthegravese additive offrant la possibiliteacute de varier les intensiteacutes de chaque projecteur Par leurs manipulations les eacutelegraveves sont capables de deacuteduire que les diffeacuterentes couleurs sont obtenues par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

d) Mise en commun en projetant le logiciel sur grand eacutecran e) Les eacutelegraveves observent par groupe des eacutecrans de smartphones au microscope puis ils

mobilisent les notions deacutecouvertes preacuteceacutedemment pour expliquer leurs observations f) Institutionnalisation (cf ci-shydessous)

Indications pour lrsquoenseignant

Le logiciel eacutetant simple drsquoutilisation les eacutelegraveves peuvent faire leurs manipulations sans trop drsquoindications de la part de lrsquoenseignant En revanche selon lrsquoexpeacuterience des eacutelegraveves il sera neacutecessaire de les assister lors des reacuteglages pour lrsquoobservation au microscope Selon le mateacuteriel et le temps disponibles lrsquoenseignant peut eacutegalement preacuteparer lui-shymecircme le dispositif et les eacutelegraveves observent lrsquoeacutecran de smartphone lrsquoun apregraves lrsquoautre

Institutionnalisation activiteacute 2 (10 min)

Une premiegravere institutionnalisation se fait agrave la fin de lrsquoactiviteacute 2 de maniegravere frontale par lrsquoenseignant Partant de lrsquoobservation des eacutecrans de smartphone elle doit porter uniquement sur les objectifs viseacutes par lrsquoactiviteacute et doit introduire les notions de modegravele trichromique et de synthegravese additive Il est inteacuteressant de faire eacutegalement un lien avec les causes biologiques du modegravele trichromique (cocircnes et bacirctonnets de lrsquooeil daltonisme) Lrsquoinstitutionnalisation peut se faire agrave lrsquoaide drsquoune preacutesentation Powerpoint concise etou drsquoun documentaire videacuteo puis les fiches de synthegravese sont distribueacutees pour ecirctre lues agrave la maison et pour servir de support theacuteorique lors des reacutevisions en vue de lrsquoexamen

2 httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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22 Activiteacute 3 qursquoest-shyce qursquoun filtre Objectif geacuteneacuteral La lumiegravere coloreacutee projeteacutee est modifieacutee lorsqursquoelle travers un filtre coloreacute

Activiteacute 31 (20 min)

Objectifs speacutecifiques agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy Formuler une hypothegravese sur la couleur drsquoun faisceau lumineux vu agrave travers un ou plusieurs filtre(s) coloreacute(s)

-shy Modeacuteliser lrsquoaction drsquoun ou plusieurs filtre(s) coloreacute(s) sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee

-shy Eacutenoncer le rocircle drsquoun filtre coloreacute Mateacuteriel

1 eacutecran blanc

3 projecteurs de lumiegravere blanche

3 filtres rouge vert et bleu

Deacuteroulement

a) En pleacutenum lrsquoenseignant effectue un rappel du dernier cours (composition RVB de la lumiegravere blanche) et preacutesente la modeacutelisation utiliseacutee pour la synthegravese additive

b) Lrsquoenseignant preacutesente le dispositif agrave la classe (enlever un filtre montrer qursquoon a bien de la lumiegravere blanche avant le filtre remettre le filtre) puis demande aux eacutelegraveves individuellement drsquoeacutemettre leurs hypothegraveses puis discussion rapide par banc

c) Lrsquoenseignant allume un projecteur apregraves lrsquoautre (en eacuteteignant le preacuteceacutedent agrave chaque fois) et fait noter aux eacutelegraveves les observations et leur demande drsquoeacutemettre par deux une hypothegravese sur le rocircle du filtre

d) Mise en commun en choisissant des groupes donnant une explication contradictoire e) Apregraves avoir formeacute des groupes heacuteteacuterogegravenes de 3-shy4 eacutelegraveves lrsquoenseignant demande

aux eacutelegraveves de modeacuteliser lrsquoeffet du filtre (question 3) f) Mise en commun par projection de 3 travaux diffeacuterents et comportant de bons

eacuteleacutements Correction g) Lrsquoenseignant relance le travail de groupe pour effectuer le dernier exercice h) Lrsquoenseignant ouvre la discussion puis donne la solution experte

Indications pour lrsquoenseignant

Erreur possible un filtre coloreacute ne laisse pas passer sa couleur (peut-shyecirctre parce qursquoon le voit justement de cette couleur donc il absorberait) Lors de travaux de groupe passer dans les bancs pour observer le travail effectueacute ne pas reacutepondre aux questions (sauf incompreacutehension de la consigne) afin drsquoassurer la deacutevolution Avertir briegravevement les eacutelegraveves qui seront ameneacutes agrave preacutesenter leur travaux

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Activiteacute 32 (10 min)

Objectifs speacutecifiques agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy Deacuteduire par lrsquoexpeacuterimentation lrsquoeffet de la superposition de plusieurs filtres -shy Dessiner le diagramme de Venn de la synthegravese soustractive

Mateacuteriel

Une lampe diffusant de la lumiegravere blanche par groupe

Un set de 3 filtres (CMJ) par groupe Deacuteroulement

a) Lrsquoenseignant explique le deacuteroulement de lrsquoactiviteacute puis forme des groupes heacuteteacuterogegravenes de 3-shy4 eacutelegraveves puis leur distribue le mateacuteriel neacutecessaire et laisse aux eacutelegraveves un temps drsquoexpeacuterimentation

b) Mise en commun par un groupe choisi par lrsquoenseignant avec expeacuterimentation au tableau

Indications pour lrsquoenseignant

Plusieurs possibiliteacutes sont agrave preacutevoir selon lrsquoagencement de CMJ dans le diagramme de Venn

Activiteacute 33 (15 min)

Objectifs speacutecifiques agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy Comparer les synthegraveses additive et soustractive par lutilisation drsquoune application Mateacuteriel

1 ordinateur par groupe

(httpwwwostralonet3_animationsswfsynthese_couleursswf)

Deacuteroulement

a) Lrsquoenseignant preacutesente les manipulations agrave effectuer pour arriver sur lrsquoapplication b) Il distribue un ordinateur par banc et laisse les eacutelegraveves travailler et reacutepondre aux

questions c) La correction se fera directement par lrsquoenseignant en guise dinstitutionnalisation

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Indications pour lrsquoenseignant

Cette activiteacute fait office drsquoinstitutionnalisation Il est important de distinguer les deux synthegraveses en preacutesentant clairement leurs utilisations diffeacuterentes

23 Activiteacute 4 La couleur des objets Objectif geacuteneacuteral la couleur drsquoun objet peut ecirctre modifieacutee si on le voit sous une lumiegravere coloreacutee

Introduction (15 min)

1) Question de deacutepart pourquoi perccediloit-shyon des objets de diffeacuterentes couleurs ou Un objet a-shyt-shyil toujours la mecircme couleur Les eacutelegraveves formulent une hypothegravese Ensuite ils confrontent leurs ideacutees avec une videacuteo qui provoque un conflit par rapport agrave ce qursquoils pensaient

2) Lrsquoenseignant preacutesente la theacuteorie le principe dabsorption et de reacutefraction Que se passe-shyt-shyil lorsqursquoon regarde avec une lumiegravere coloreacutee

Activiteacute 41 (10 min)

Objectif speacutecifique agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

Formuler une hypothegravese sur les couleurs des objets vus sous une lumiegravere coloreacutee

Mateacuteriel

Objets de couleurs diffeacuterentes (rouge cyan et jaune)

3 lumiegraveres coloreacutees (magenta vert bleu) Deacuteroulement

a) Lrsquoactiviteacute 41 avec les objets a comme objectif la repreacutesentation de la couleur sous forme de scheacutema et de leur faire deacuteduire progressivement que les objets se comportent comme des filtres

b) Lrsquoenseignant entrepose des objets de couleurs rouge cyan et jaune et des dispositifs eacutemettant des lumiegraveres coloreacutees (magenta vert et bleu) sur une table Lrsquoassociation des objets et des lumiegraveres coloreacutees est rouge-shymagenta cyan-shyvert jaune-shybleu

c) Lrsquoenseignant forme des groupes heacuteteacuterogegravenes de 3 ou 4 personnes d) Puis les eacutelegraveves se rassemblent autour de la table ougrave sont entreposeacutes les objets et

remplissent les deux premiegraveres colonnes du tableau (couleur de lrsquoobjet et couleur de la lumiegravere coloreacutee) Les groupes retournent agrave leur place et commencent agrave formuler leurs hypothegraveses (troisiegraveme colonne)

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

e) Puis les eacutelegraveves sont autoriseacutes agrave reacutecupeacuterer les objets pour qursquoils procegravedent agrave leur manipulation Ils notent ce qursquoils ont observeacute dans la quatriegraveme colonne

f) Ce proceacutedeacute est reacutepeacuteteacute 3 fois

Indications pour lrsquoenseignant

Les objets de couleurs agrave utiliser ne sont pas deacutefinis la liberteacute est laisseacutee agrave lrsquoenseignant de prendre ce qursquoil a agrave disposition mais lrsquoassociation est preacutevue pour qursquoun reacutesultat soit observeacute

Difficulteacutes ne pas faire les liens pour arriver agrave poser une hypothegravese ne plus savoir ce que sont les synthegraveses additives et soustractives

Erreurs possibles poser une hypothegravese fausse mais cette erreur est voulue et provoquera le conflit

attendu ne pas faire le lien avec la synthegravese soustractive vue dans le preacuteceacutedent chapitre et

reacutepondre ldquola synthegravese additiverdquo ne pas deacuteduire que la reacuteflection de la lumiegravere coloreacutee sur un objet fonctionne comme

un filtre Relances

lrsquoenseignant fait le test devant la classe en modeacutelisant le pheacutenomegravene renvoie au scheacutema de reflection revu en theacuteorie au deacutebut du cours utilise la modeacutelisation avec lrsquoordinateur ougrave lrsquoon peut doser les filtres met en parallegravele le filtre et la lumiegravere coloreacutee pour que le lien entre les deux

pheacutenomegravenes soit fait

Activiteacute 42 (25 min)

Objectif speacutecifique agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy Formuler une hypothegravese sur les couleurs des objets vus sous une lumiegravere coloreacutee Mateacuteriel

Feuilles blanches et coloreacutees

Peinture de couleurs

Journaux de protection

2 pinceaux par groupe

Gobelet drsquoeau

Palettes assiettes ou berlingot deacutecoupeacute en 2 pour mettre la peinture

6 lumiegraveres coloreacutees (rouge verte bleue magenta cyan et jaune)

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Deacuteroulement amp Indication pour les enseignants

a) Ils scheacutematisent le pheacutenomegravene et remplissent le tableau Lrsquoideacutee est drsquoeacutecrire les mots avec la mecircme peinture utiliseacutee durant lrsquoactiviteacute 21 ce qui leur permettrait de faire un lien Les eacutelegraveves se rendront peu agrave peu compte que la peinture agit comme un filtre

b) Avant le cours lenseignant associe une lumiegravere coloreacutee agrave une couleur pour le mot et une couleur de feuille et preacutepare une table proteacutegeacutee pour la peinture

c) Lrsquoactiviteacute se fait par groupe heacuteteacuterogegravene de 3 personnes formeacutes par lrsquoenseignant Chaque groupe possegravede 6 dispositifs eacutemettant des lumiegraveres coloreacutees agrave la lumiegravere desquels ils observeront les deux mots coloreacutes sur leur feuille respective

d) Les eacutelegravevent commencent lrsquoactiviteacute en venant chercher sur la table pour la peinture les 2 couleurs voulues les disposent dans leur palette prennent la feuille correspondante et 2 pinceaux et se dirigent vers les tables preacutepareacutees pour la peinture

e) Ils eacutecrivent les 2 mots avec la peinture puis rejoignent leur place f) Ils remplissent la premiegravere ligne du tableau g) Puis ils inscrivent leur hypothegravese au crayon agrave papier et en petit dans les cases

correspondantes Ils ont la possibiliteacute de prendre une feuille de brouillon pour dessiner les modegraveles

h) Puis lrsquoenseignant distribue les dispositifs eacutemettant les lumiegraveres coloreacutees pour que les eacutelegraveves puissent eacuteclairer leurs mots et observer le reacutesultat qursquoils notent agrave la plumestylo

i) Les hypothegraveses mecircme erroneacutees sont laisseacutees inscrites dans le tableau pour que lrsquoeacutelegraveve puisse comparer les deux et comprendre le pheacutenomegravene (conflit)

Activiteacute 43 (20 min)

Objectifs speacutecifiques agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy Modeacuteliser agrave lrsquoaide drsquoun scheacutema et de codes la reacutefraction et labsorption de la lumiegravere sur un objet

-shy Retrouver agrave partir de la couleur refleacuteteacutee et la lumiegravere coloreacutee projeteacutee et le filtre utiliseacute Mateacuteriel

pas de mateacuteriel particulier mis agrave part le fichier de lrsquoeacutelegraveve

Deacuteroulement

a) Lrsquoactiviteacute 43 qui permet de voir si les eacutelegraveves ont compris leur demande de reacutefleacutechir en partant des observations pour trouver la situation initiale

b) Le travail est agrave reacutealiser individuellement les eacutelegraveves regardent les diffeacuterents drapeaux modeacutelisent les diffeacuterentes situations et notent leur deacuteductions

c) Lrsquoenseignant reste agrave disposition et passe dans les bancs

17

Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Indications pour lrsquoenseignant

Obstacles ne pas faire le lien que crsquoest la deacutemarche vue preacuteceacutedemment mais agrave lrsquoenvers

Erreurs possibles ne pas trouver le bon filtre agrave cause du noir ne pas repreacutesenter juste le scheacutema de modeacutelisation

Relances faire reacutefeacuterence au tableau reacutecapitulatif de la fiche theacuteorique faire reacutefeacuterence au modegravele du scheacutema en couleur dans la fiche theacuteorique

Institutionnalisation activiteacute 4

Explication de la modeacutelisation de la reacuteflection de la lumiegravere coloreacutee par une marche agrave suivre lors de la correction de lrsquoexercice des drapeaux sous forme drsquoun ldquoje retiensrdquo

Un cours de reacutevision avec les fiches de synthegravese suivra ces seacuteances drsquoactiviteacutes

18

Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

3 Documents Les diffeacuterents documents utiliseacutes dans cette seacutequence sont preacutesenteacutes ci-shydessous

Parmi eux

Fiches drsquoactiviteacutes pour eacutelegraveves et avec correction

Fiches theacuteoriques de synthegravese

Evaluation pour eacutelegraveves et avec correction

19

Documents des eacutelegraveves Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs Chapitre 2 Couleurs peintures couleurs lumiegraveres Activiteacute 21 1) Tu as agrave disposition des pinceaux et de la peinture Tu te

souviens peut-shyecirctre de tes cours drsquoarts visuels qursquoil existe des

couleurs primaires qui permettent par leur meacutelange drsquoobtenir

drsquoautres couleurs Mais elles-shymecircmes ne srsquoobtiennent par aucun

meacutelange Te souviens-shytu des combinaisons de couleurs qursquoil faut

meacutelanger pour obtenir une couleur souhaiteacutee

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du vert

__________________________________________

Image httpsfrdreamstimecom Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du rouge

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du bleu

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du noir

__________________________________________

Activiteacute 22 Lrsquoenseignant a installeacute trois projecteurs de couleur un rouge un vert un bleu ainsi

qursquoun eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-shydessous

Image MER

Quelle couleur va-shyt-shyon observer sur lrsquoeacutecran si lrsquoon allume deux par deux les projecteurs

et que lrsquoon superpose leurs lumiegraveres Et si lrsquoon allume les trois projecteurs Remplis le

tableau ci-shydessous drsquoabord avec tes hypothegraveses concernant la couleur obtenue sur

lrsquoeacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Meacutelange de lumiegraveres Couleur obtenue ton hypothegravese

Couleur observeacutee

vert et bleu

vert et rouge

bleu et rouge

vert bleu et rouge

a) Quelles diffeacuterences constates-shytu entre les meacutelanges de lrsquoactiviteacute 1 et ceux de lrsquoactiviteacute

2

______________________________________________________________________

b) Qursquoa-shyt-shyon meacutelangeacute dans chaque cas

______________________________________________________________________

c) Le reacutesultat du meacutelange des lumiegraveres verte bleue et rouge te rappelle-shyt-shyil quelque

chose Que peux-shytu en deacuteduire

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

d) A lrsquoaide de couleurs scheacutematise ci-shydessous les superpositions observeacutees sur lrsquoeacutecran

blanc

Activiteacute 23 Et comment obtenir drsquo‛autres couleurs 1) Tu as vu lors de lrsquoactiviteacute preacuteceacutedente que si lrsquoon superpose trois lumiegraveres de couleurs

RVB on perccediloit du blanc Mais de quelle maniegravere peut-shyon percevoir nrsquoimporte quelle

autre couleur

Familiarise-shytoi avec le logiciel en ligne suivant

httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additive

htm

Puis reacuteponds aux questions suivantes

Par quelles manipulations obtiens-shytu du orange

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du rose

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du vert olive

______________________________________________________________________

Que constates-shytu

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

2) Chaque groupe a agrave sa disposition une loupe binoculaire Deacutepose un smartphone

allumeacute eacutecran vers le haut sous lrsquoobjectif Vise une zone blanche de lrsquoeacutecran puis regravegle la

netteteacute Qursquoobserves-shytu

Observations

Comment expliques-shytu ce pheacutenomegravene

Documents des eacutelegraveves Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs Chapitre 2 Couleurs peintures couleurs lumiegraveres (corrigeacute) Activiteacute 21 1) Tu as agrave disposition des pinceaux et de la peinture Tu te

souviens peut-shyecirctre de tes cours drsquoarts visuels qursquoil existe des

couleurs primaires qui permettent par leur meacutelange drsquoobtenir

drsquoautres couleurs Mais elles-shymecircmes ne srsquoobtiennent par aucun

meacutelange Te souviens-shytu des combinaisons de couleurs qursquoil faut

meacutelanger pour obtenir une couleur souhaiteacutee

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du vert

__________________________________________

Image httpsfrdreamstimecom Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du rouge

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du bleu

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du noir

__________________________________________

Activiteacute 22 Lrsquoenseignant a installeacute trois projecteurs de couleur un rouge un vert un bleu ainsi

qursquoun eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-shydessous

Image MER

Quelle couleur va-shyt-shyon observer sur lrsquoeacutecran si lrsquoon allume deux par deux les projecteurs

et que lrsquoon superpose leurs lumiegraveres Et si lrsquoon allume les trois projecteurs Remplis le

tableau ci-shydessous drsquoabord avec tes hypothegraveses concernant la couleur obtenue sur

lrsquoeacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Meacutelange de lumiegraveres Couleur obtenue ton hypothegravese

Couleur observeacutee

vert et bleu (cyan)

vert et rouge (jaune)

bleu et rouge (magenta)

vert bleu et rouge (blanc)

a) Quelles diffeacuterences constates-shytu entre les meacutelanges de lrsquoactiviteacute 1 et ceux de lrsquoactiviteacute

2

______________________________________________________________________

Les couleurs obtenues ne sont pas les mecircmes qursquoen peinture

b) Qursquoa-shyt-shyon meacutelangeacute dans chaque cas

______________________________________________________________________

Dans le premier cas on a de la matiegravere (de la peinture) dans le deuxiegraveme cas on a de la

lumiegravere

c) Le reacutesultat du meacutelange des lumiegraveres verte bleue et rouge te rappelle-shyt-shyil quelque

chose Que peux-shytu en deacuteduire

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

Le fait que la lumiegravere blanche est composeacutee de lrsquoensemble des couleurs (cf expeacuterience

du prisme) Ici lrsquoexpeacuterience concerne la superposition de lumiegraveres coloreacutees et on observe

que lrsquoaddition des lumiegraveres rouge verte et bleue donne du blanc Cela srsquoappelle le modegravele trichromique

d) A lrsquoaide de couleurs scheacutematise ci-shydessous les superpositions observeacutees sur lrsquoeacutecran

blanc

Activiteacute 23 Et comment obtenir drsquo‛autres couleurs 1) Tu as vu lors de lrsquoactiviteacute preacuteceacutedente que si lrsquoon superpose trois lumiegraveres de couleurs

RVB on perccediloit du blanc Mais de quelle maniegravere peut-shyon percevoir nrsquoimporte quelle

autre couleur

Familiarise-shytoi avec le logiciel en ligne suivant

httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additive

htm

Puis reacuteponds aux questions suivantes

Par quelles manipulations obtiens-shytu du orange (selon eacutelegraveves)

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du rose (selon eacutelegraveves)

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du vert olive (selon eacutelegraveves)

______________________________________________________________________

Que constates-shytu

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

Un jeu de dosage entre les trois couleurs RVB permet drsquoobtenir toutes les diffeacuterentes

couleurs imaginables Les trois lumiegraveres superposeacutees et en dosage eacutequivalent donnent

une lumiegravere blanche crsquoest agrave dire la totaliteacute des couleurs On appelle cela la synthegravese additive

2) Chaque groupe a agrave sa disposition un microscope Deacutepose un smartphone allumeacute

eacutecran vers le haut sous lrsquoobjectif Vise une zone blanche de lrsquoeacutecran puis regravegle la netteteacute

Qursquoobserves-shytu

Observations

(Preacutesences de pixels lumiegraveres RVB)

Comment expliques-shytu ce pheacutenomegravene

(synthegravese effectueacutee par le cerveau)

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 3 Que devient la lumiegravere lorsqursquo‛elle traverse un filtre

Activiteacute 31 les lumiegraveres et filtres coloreacutes

Tu as appris lors du dernier cours que lrsquo‛on pouvait ldquoadditionnerrdquo des lumiegraveres coloreacutees

pour obtenir de nouvelles couleurs Nous pouvons modeacuteliser la lumiegravere blanche ainsi

Nous allons deacutecouvrir aujourdrsquo‛hui comment on peut ldquosoustrairerdquo des lumiegraveres coloreacutees

1) Lrsquo‛enseignant a installeacute trois filtres de couleur un rouge un vert un bleu ainsi qursquo‛un

eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-dessous

Image MER

Quelle couleur va-t-on observer sur lrsquo‛eacutecran si lrsquo‛on allume un par un les projecteurs

Remplis le tableau ci-dessous premiegraverement avec tes hypothegraveses concernant la couleur

obtenue sur lrsquo‛eacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Filtre traverseacute par la

lumiegravere blanche

Couleur obtenue ton

hypothegravese

Couleur observeacutee

Filtre bleu

Filtre rouge

Filtre vert

2) Selon toi quel est le rocircle du filtre coloreacute

_______________________________________________________________

3) Repreacutesente par un scheacutema le passage drsquo‛une lumiegravere blanche agrave travers un filtre rouge

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

4) Et quelle couleur observera-t-on si la lumiegravere blanche passe agrave travers un filtre rouge

puis agrave travers un filtre bleu Formule une hypothegravese puis applique ton modegravele

Hypothegravese __________________________________

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

Activiteacute 32 Qursquo‛obtient-on avec drsquo‛autres filtres

a) Tu disposes maintenant drsquo‛une lampe diffusant de la lumiegravere blanche et de filtres

cyan magenta et jaune Manipule-les les uns apregraves les autres puis en les superposant

pour deacutecouvrir leurs effets sur la lumiegravere blanche

b) A lrsquo‛aide de couleurs et en trsquo‛appuyant sur tes observations scheacutematise ci-dessous

lrsquo‛action des filtres sur une lumiegravere blanche

Activiteacute 33 Deux synthegraveses Similitudes et diffeacuterences

a) Utilise ce logiciel pour comparer les synthegraveses additive et soustractive

httpwwwostralonet3_animationsswfsynthese_couleursswf

a) Quelles similitudes observes-tu entre les synthegraveses additive et soustractive

________________________________________________________________

d) Et quelles diffeacuterences

_______________________________________________________________

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 3 Que devient la lumiegravere lorsqursquo‛elle traverse un filtre

(corrigeacute)

Activiteacute 31 les lumiegraveres et filtres coloreacutes

Tu as appris lors du dernier cours que lrsquo‛on pouvait ldquoadditionnerrdquo des lumiegraveres coloreacutees

pour obtenir de nouvelles couleurs Nous pouvons modeacuteliser la lumiegravere blanche ainsi

Nous allons deacutecouvrir aujourdrsquo‛hui comment on peut ldquosoustrairerdquo des lumiegraveres coloreacutees

1) Lrsquo‛enseignant a installeacute trois filtres de couleur un rouge un vert un bleu ainsi qursquo‛un

eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-dessous

Image MER

Quelle couleur va-t-on observer sur lrsquo‛eacutecran si lrsquo‛on allume un par un les projecteurs

Remplis le tableau ci-dessous premiegraverement avec tes hypothegraveses concernant la couleur

obtenue sur lrsquo‛eacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Filtre traverseacute par la

lumiegravere blanche

Couleur obtenue ton

hypothegravese

Couleur observeacutee

Filtre bleu bleu

Filtre rouge rouge

Filtre vert vert

2) Selon toi quel est le rocircle du filtre coloreacute

_______________________________________________________________

Un filtre coloreacute ne transmet que les rayons de sa couleur et absorbe les autres

3) Repreacutesente par un scheacutema le passage drsquo‛une lumiegravere blanche agrave travers un filtre rouge

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

4) Et quelle couleur observera-t-on si la lumiegravere blanche passe agrave travers un filtre rouge

puis agrave travers un filtre bleu Formule une hypothegravese puis applique ton modegravele

Hypothegravese __________________________________

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

Activiteacute 32 Qursquo‛obtient-on avec drsquo‛autres filtres

a) Tu disposes maintenant drsquo‛une lampe diffusant de la lumiegravere blanche et de filtres

cyan magenta et jaune Manipule-les les uns apregraves les autres puis en les superposant

pour deacutecouvrir leurs effets sur la lumiegravere blanche

b) A lrsquo‛aide de couleurs et en trsquo‛appuyant sur tes observations scheacutematise ci-dessous

lrsquo‛action des filtres sur une lumiegravere blanche

Pex 1 Magenta 2 Jaune 3 Cyan 4 Rouge 5 Vert 6 Bleu 7 Noir

Activiteacute 33 Deux synthegraveses Similitudes et diffeacuterences

a) Utilise ce logiciel pour comparer les synthegraveses additive et soustractive

httpwwwostralonet3_animationsswfsynthese_couleursswf

a) Quelles similitudes observes-tu entre les synthegraveses additive et soustractive

________________________________________________________________

Les mecircmes triplets de couleurs sont preacutesents dans les deux synthegraveses (RVB - CMJ)

d) Et quelles diffeacuterences

________________________________________________________________

1 Les couleurs primaires de lrsquo‛un sont les couleurs compleacutementaires de lrsquo‛autre

2 Lrsquo‛addition des lumiegraveres coloreacutees rouge verte et bleue donne du blanc la

soustraction totale par des filtres cyan magenta et jaune donne du noir

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 4 Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Rappel

1 Nous pouvons reacutesumer la composition de la lumiegravere blanche aux 3 couleurs primaires le rouge le vert et le bleu Ce sont des couleurs qui ne peuvent pas ecirctre creacuteeacutees Ce sont elles qui composent les autres couleurs Crsquo‛est agrave dire qursquo‛en les meacutelangeant on peut obtenir les autres couleurs le cyan est composeacute du bleu et du vert le magenta est composeacute du bleu et du rouge et le jaune est composeacute du vert et du rouge

Theacuteorie

Le sujet que nous allons traiter aujourdrsquo‛hui concerne la couleur de lrsquo‛objet Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Formule une hypothegravese ____________________________________________

Observe la photo projeteacutee par lrsquo‛enseignant

Que retiens-tu de cette photo _______________________________________________________________ La lumiegravere coloreacutee qui est refleacuteteacutee par un objet correspond agrave la lumiegravere non absorbeacutee

Ici toutes les lumiegraveres coloreacutees sont absorbeacutees sauf le bleu qui lui est refleacuteteacute La couleur propre de lrsquo‛objet sera le bleu

En effet un objet absorbe ou reflegravete diffeacuterentes lumiegraveres coloreacutees Crsquo‛est cette lumiegravere coloreacutee refleacuteteacutee que nous verrons

Activiteacute 41

Reacuteponds agrave ces diffeacuterentes questions dans le tableau ci-dessous De quelle couleur verras-tu cet objet Confronte ton ideacutee avec ton voisin De quelle couleur le vois-tu reacuteellement

Couleur de lrsquo‛objet

Couleur de la lumiegravere

Hypothegravese formuleacutee

Observation

rouge Magenta

cyan Vert

jaune Bleu

Par quel pheacutenomegravene peut-on observer ce changement de couleur ___________________________________

Quelle deacuteductions peux-tu faire _________________________________________________________________

Activiteacute 42

Marche agrave suivre

1 Eacutecris sur une feuille blanche le nom des 2 couleurs que ton enseignant te donne avec la peinture qui y correspond

2 Pendant que ces mots segravechent remplis les colonnes ldquocouleur du mot 1rdquo et ldquocouleur du mot 2rdquo et ldquocouleur de la feuillerdquo agrave la lumiegravere blanche

3 Formule tes hypothegraveses note-les au crayon agrave papier en petit 4 Eacuteclaire tes mots agrave lrsquo‛aide de lumiegraveres coloreacutees 5 Note tes observations

Lumiegravere coloreacutee

Couleur du mot 1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur du mot 2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur de la feuille helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Blanche

Rouge

Verte

Bleue

Magenta

Cyan

Jaune

Activiteacute 43

Tu observes un drapeau eacuteclaireacute par une lumiegravere blanche Puis tu observes ce mecircme drapeau eacuteclaireacute par deux lumiegraveres coloreacutees diffeacuterentes Trouve la lumiegravere coloreacutee utiliseacutee dans chaque cas et justifie ta reacuteponse par la modeacutelisation vue preacuteceacutedemment

Lumiegravere blanche Lumiegravere coloreacutee 1 Lumiegravere coloreacutee 2

De quelle couleur est la premiegravere lumiegravere coloreacutee ___________________________

Modeacutelisation 1

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________

Modeacutelisation 2

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 4 Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur (corrigeacute) Rappel

2 Nous pouvons reacutesumer la composition de la lumiegravere blanche aux 3 couleurs primaires le rouge le vert et le bleu Ce sont des couleurs qui ne peuvent pas ecirctre creacuteeacutees Ce sont elles qui composent les autres couleurs Crsquo‛est agrave dire qursquo‛en les meacutelangeant on peut obtenir les autres couleurs le cyan est composeacute du bleu et du vert le magenta est composeacute du bleu et du rouge et le jaune est composeacute du vert et du rouge

Theacuteorie

Le sujet que nous allons traiter aujourdrsquo‛hui concerne la couleur de lrsquo‛objet Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Formule une hypothegravese ____________________________________________ Projeter cette image elle napparaicirct pas dans le cours de lrsquo‛eacutelegraveve

Que retiens-tu de cette photo _______________________________________________________________ La lumiegravere coloreacutee qui est refleacuteteacutee par un objet correspond agrave la lumiegravere non absorbeacutee

Ici toutes les lumiegraveres coloreacutees sont absorbeacutees sauf le bleu qui lui est refleacuteteacute La couleur propre de lrsquo‛objet sera le bleu

En effet un objet absorbe ou reflegravete diffeacuterentes lumiegraveres coloreacutees Crsquo‛est cette lumiegravere coloreacutee refleacuteteacutee que nous verrons

Activiteacute 41

Reacuteponds agrave ces diffeacuterentes questions dans le tableau ci-dessous De quelle couleur penses-tu que tu verras cet objet Confronte ton ideacutee avec ton voisin De quelle couleur le vois-tu reacuteellement

Couleur de lrsquo‛objet

Couleur de la lumiegravere

Hypothegravese formuleacutee

Observation

rouge Magenta (rouge)

cyan Vert (vert)

jaune Bleu (noir)

Par quel pheacutenomegravene peut-on observer ce changement de couleur ___________________________________ (synthegravese soustractive)

Quelle deacuteductions peux-tu faire (fonctionne comme un filtre) _________________________________________________________________

Activiteacute 42

Marche agrave suivre

6 Eacutecris sur une feuille blanche le nom des 2 couleurs que ton enseignant te donne avec la peinture qui y correspond

7 Pendant que ces mots segravechent remplis les colonnes ldquocouleur du mot 1rdquo et ldquocouleur du mot 2rdquo et ldquocouleur de la feuillerdquo agrave la lumiegravere blanche

8 Formule tes hypothegraveses note-les au crayon agrave papier en petit 9 Eacuteclaire tes mots agrave lrsquo‛aide de lumiegraveres coloreacutees 10 Note tes observations

Lumiegravere coloreacutee

Couleur du mot 1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur du mot 2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur de la feuille helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Blanche

Rouge

Verte

Bleue

Magenta

Cyan

Jaune

Activiteacute 43

Tu observes un drapeau eacuteclaireacute par une lumiegravere blanche Puis tu observes ce mecircme drapeau eacuteclaireacute par deux lumiegraveres coloreacutees diffeacuterentes Trouve la lumiegravere coloreacutee utiliseacutee dans chaque cas et justifie ta reacuteponse par la modeacutelisation vue preacuteceacutedemment

Lumiegravere blanche Lumiegravere coloreacutee 1 Lumiegravere coloreacutee 2

De quelle couleur est la premiegravere lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Bleu)

Modeacutelisation 1

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Vert)

Modeacutelisation 2

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Fiches de synthegravese Les couleurs Activiteacute 2 Reacutesumeacute theacuteorique pour les eacutelegraveves Le modegravele trichromique et la synthegravese additive des couleurs La couleur nrsquo‛existe pas sans lumiegravere et lrsquo‛on peut dire que lrsquo‛on perccediloit le monde gracircce aux meacutelanges de ces couleurs qui correspondent aux diffeacuterentes composantes de la lumiegravere Lorsque lrsquo‛on parle de la perception des couleurs on srsquo‛aperccediloit que seules trois lumiegraveres primaires de couleurs rouge vert et bleu sont neacutecessaires pour obtenir la sensation de toutes les autres couleurs Cette maniegravere de modeacuteliser la perception des couleurs est ce qursquo‛on appelle le modegravele trichromique (lsquorsquo‛trois couleursrsquo‛rsquo‛) Dans cette repreacutesentation toutes les autres lumiegraveres coloreacutees sont perccedilues par superposition des trois lumiegraveres rouge verte et bleue La superposition simultaneacutee et en dosage identique des trois couleurs donne de la lumiegravere blanche Le noir correspond agrave une absence de lumiegravere

Illustration du modegravele

Image MER

Lrsquo‛image montre trois projecteurs de lumiegraveres rouge verte et bleue eacuteclairant une table blanche Si les trois couleurs sont projeteacutees en intensiteacute identique nous obtenons par superposition trois autres couleurs le cyan le magenta et le jaune Les couleurs primaires et les couleurs obtenues sont codeacutees sur lrsquo‛image puis reacutecapituleacutees dans le tableau ci-dessous

Image MER

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Si nous modifions le dosage des couleurs eacuteleacutementaires il est possible drsquo‛obtenir toutes les couleurs imaginables Le pheacutenomegravene de perception des couleurs par superposition des trois couleurs primaires se nomme synthegravese additive les couleurs sont additionneacutees entre elles pour permettre la synthegravese drsquo‛autres couleurs

Drsquo‛ailleurs si lrsquo‛on observe au microscope un eacutecran blanc de smartphone ou drsquo‛ordinateur on remarque qursquo‛il est en fait constitueacute drsquo‛un grand nombre de minuscules rectangles de lumiegraveres rouge verte et bleue (voir image ci-contre) Crsquo‛est justement par un jeu de dosage de chacune de ces lumiegraveres que lrsquo‛on perccediloit les diffeacuterentes couleurs sur nos eacutecrans

Pourquoi un modegravele sur trois couleurs La raison pour laquelle les scientifiques ont construit ce modegravele sur trois couleurs est directement lieacutee agrave la structure de notre œil En effet ce dernier contient des cellules sensibles agrave la lumiegravere que lrsquo‛on appelle cocircnes et bacirctonnets Alors que les bacirctonnets perccediloivent les intensiteacutes de lumiegravere les cocircnes nous permettent de percevoir les couleurs Cependant ils ne sont sensibles qursquo‛agrave certaines composantes de la lumiegravere blanche celles correspondant justement aux couleurs rouge vert et bleu Lorsque lrsquo‛on regarde un objet notre cerveau analyse le dosage de chacune de ces composantes perccedilues par notre œil et en interpregravete ainsi la couleur de lrsquo‛objet

Qursquo‛est-ce que le daltonisme Certaines personnes preacutesentent une anomalie de la vision qui les empecircche de distinguer certaines couleurs Drsquo‛origine geacuteneacutetique ce trouble est ducirc agrave un dysfonctionnement des cocircnes preacutesents dans la reacutetine Bien que la plupart des personnes daltoniennes aient de la peine agrave distinguer le vert du rouge drsquo‛autres ne distinguent pas drsquo‛autres couleurs Dans certaines formes de daltonisme le monde est perccedilu par la personne atteinte en teintes de gris

Sciences naturelles Optique synthegravese soustractive et additive

La synthegravese additive est le proceacutedeacute gracircce

auquel en combinant les couleurs

___________ ___________ et ___________

on obtient du blanc

On la retrouve lorsque lrsquoon meacutelange des

lumiegraveres coloreacutees composeacutees de ces 3 couleurs

diffeacuterentes car les laquo additionner raquo donne la

lumiegravere blanche

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon exploite aujourdrsquohui

pour les teacuteleacuteviseurs ou tout eacutecran composeacute de

pixels

La synthegravese soustractive consiste agrave soustraire

les couleurs de la lumiegravere blanche (RVB) agrave

travers des filtres de couleurs ___________

___________ et ___________ qui absorbent la

totaliteacute des couleurs de la lumiegravere blanche pour

un rendu noir au final (absence de lumiegravere)

Lrsquo __________________ des 3 couleurs donne

le ____________

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon retrouve par exemple en

meacutelangeant de la peinture notamment en

imprimerie

Sciences naturelles Optique les filtres

Qursquoest-shyce qursquoun filtre coloreacute et comment fonctionne-shyt-shyil

Un filtre est un dispositif qui permet de filtrer la lumiegravere de laisser passer certains rayons

lumineux et drsquoen absorber drsquoautres

Pour savoir quelles lumiegravere coloreacutees le filtre laisse passer il faut lrsquoobserver agrave la lumiegravere

blanche

Le filtre laissera alors passer uniquement les rayons lumineux de sa couleur propre

Par exemple

Un filtre vert laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee verte

Un filtre magenta laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee magenta crsquoest agrave dire les rayons rouge et bleu

Pour connaicirctre la lumiegravere coloreacutee qui ldquosortrdquo du filtre il faut donc

deacutecomposer la lumiegravere qui arrive sur ce filtre et en soustraire les

rayons qui sont absorbeacutes par le filtre On se reacutefegravere alors au modegravele de

la synthegravese soustractive

Image httpswww123couleursfrboutique-shy1filtres-shycolorC3A9s

Tableau reacutecapitulatif

Sciences naturelles Optique les filtres

Modeacutelisation

Nous pouvons modeacuteliser lrsquoaction drsquoun filtre

1 Noter la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur le filtre

2 Deacutecomposer la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur filtre et la coder (en RVB)

3 Repreacutesenter le filtre et coder les rayons absorbeacutes par le filtre 4 Prolonger les rayons lumineux coloreacutes que le filtre laisse passer et les coder (en RVB)

5 Noter la lumiegravere coloreacutee qui sort du filtre

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre magenta sur la lumiegravere blanche

Lorsque plusieurs filtres sont superposeacutes ou aligneacutes il faut modeacuteliser lrsquoaction du premier filtre

sur la lumiegravere projeteacutee puis lrsquoaction du deuxiegraveme filtre sur la lumiegravere qui sort du premier filtre

etc

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre cyan puis drsquoun filtre vert sur la lumiegravere jaune

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

De quelle couleur apparaicirctra un objet de couleur eacuteclaireacute par une lumiegravere coloreacutee

Il y 3 cas

1) Un objet de couleur blanche renvoie toutes les couleurs il apparaicirctra de la couleur eacuteclaireacutee

2) Un objet de couleur noire absorbe toutes les couleurs Peu importe la couleur avec laquelle

lrsquoobjet est eacuteclaireacute lrsquoobjet apparaicirct de couleur noire

3) Pour un objet de couleur il suffit de deacutecomposer les couleurs secondaires par exemple

Jrsquoai un objet jaune

Je lui projette une lumiegravere magenta

Or jaune = rouge + vert

et magenta = bleu + rouge

Le rouge est commun au jaune et au magenta donc lrsquoobjet paraicirctra rouge

En revanche si la lumiegravere est bleue comme il nrsquoy a pas de bleu dans le jaune lrsquoobjet paraicirctra

noir

1

Tableau reacutecapitulatif

1 httpscommunitygoodgamestudioscombigfarmfrdiscussion51685langage-shy‐des-shy‐couleurs

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

Modegravele de reacuteponse

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

______

______

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

______

______

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation avec propositions

de reacuteponses)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

(rouge vert bleu Nous percevons les diffeacuterentes couleurs agrave partir de ces trois couleurs) ________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

(Explication relative aux cocircnes et bacirctonnets de lrsquo‛oeil)

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Corrigeacute vert bleu blanc cyan

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________ (vert)

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________ (bleu)

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________ (aucunenoir)

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

(selon modegravele eacutetudieacute)

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

(les deux selon que lrsquo‛on parle de synthegravese additive ou soustractive)

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

Bleu

______

Bleu

______

Noir

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________ (lumiegravere rouge)

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

Noir

______

Rouge

______

Rouge

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

(Bleu)

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

(selon modegravele eacutetudieacute)

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

(Explication citant la synthegravese soustractive et lrsquo‛effet des lumiegraveres coloreacutees

concerneacutees sur le haut du cambrioleur)

Evaluation - Analyse

Ce commentaire comprend les diffeacuterents objectifs eacutevalueacutes ainsi que ce qui est attendu

preacuteciseacutement des eacutelegraveves et les niveaux taxonomiques correspondants

Ce sont des pistes drsquo‛eacutevaluation qui sont ici proposeacutees non une eacutevaluation suivie

Exercice 1

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- Mettre en lien des notions theacuteoriques apprises en cours (cocircnes et

bacirctonnets de lrsquo‛oeil) avec drsquo‛autres (synthegravese additive)

Lrsquo‛eacutevaluation deacutebute par deux questions au niveau taxonomique peu eacuteleveacute La

premiegravere de lrsquo‛ordre de la compreacutehension demande aux eacutelegraveves de restituer une

connaissance de base agrave lrsquo‛aide de leurs propres mots La deuxiegraveme propose de

tester les connaissances theacuteoriques des eacutelegraveves en veacuterifiant que des liens entre

deux notions aient eacuteteacute faits

Exercice 2

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutedire la couleur perccedilue en fonction des meacutelanges de couleurs RVB

- deacutechiffrer un scheacutema et les codes de la repreacutesentation de la trajectoire

des lumiegraveres coloreacutees

Le deuxiegraveme exercice relegraveve du niveau taxonomique de lrsquo‛application car il

neacutecessite une compreacutehension de la maniegravere de repreacutesenter la lumiegravere (scheacutema de

la trajectoire rectiligne codes de couleurs RVB) et drsquo‛appliquer ce modegravele tout en

utilisant les connaissances des couleurs fondamentales et compleacutementaires de la

synthegravese additive

Exercice 3

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet drsquo‛un filtre sur une lumiegravere coloreacutee agrave lrsquo‛aide des codes

propres agrave lrsquo‛optique

Lrsquo‛exercice 3 relegraveve de lrsquo‛application car les eacutelegraveves se reacutefegraverent agrave la modeacutelisation

eacutetablie durant le cours et au diagramme de Venn de la synthegravese soustractive et

les adaptent aux items preacutesenteacutes

Exercice 4

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- mettre en perspective la distinction entre synthegravese additive et

soustractive en terme de lsquorsquo‛naturersquo‛rsquo‛ de la couleur (couleurs matiegraveres vs

couleurs lumiegraveres)

Cet exercice requiert des eacutelegraveves qursquo‛ils mobilisent leur faculteacute drsquo‛analyse (niveau

taxonomique plutocirct eacuteleveacute) pour expliquer les diffeacuterences entre les

repreacutesentations de la couleur en arts visuels et en physique Le but est qursquo‛ils

reconnaissent qursquo‛il srsquo‛agit dans le premier cas de la synthegravese soustractive et dans

le second cas de la synthegravese additive

Exercice 5

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutevoir la couleur perccedilue drsquo‛un objet en fonction des lumiegraveres coloreacutees

projeteacutees et coder le pheacutenomegravene

Les eacutelegraveves appliquent la modeacutelisation drsquo‛une lumiegravere coloreacutee sur un objet coloreacute

pour deacuteterminer la couleur perccedilue du drapeau franccedilais Cette question fait

reacutefeacuterence agrave un niveau taxonomique bas Puis ils trouvent la lumiegravere coloreacutee qui

permet de voir les deux drapeaux preacutesenteacutes de la mecircme couleur Ils trouveront

cette reacuteponse en modeacutelisant les lumiegraveres coloreacutees sur lrsquo‛objet de couleur

Plusieurs scheacutemas sont neacutecessaires pour trouver la reacuteponse Crsquo‛est une question

taxonomiquement haute qui demande aux eacutelegraveves de faire une synthegravese

Exercice 6

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet de la lumiegravere coloreacutee sur un objet et en deacuteduire la

couleur perccedilue

- justifier sa reacuteponse avec des mots en faisant la synthegravese des diffeacuterents

concepts vus dans la seacutequence de cours

Les eacutelegraveves doivent comprendre ce qursquo‛ils lisent et deacuteterminer la couleur propre du

haut du cambrioleur Cette question est taxonomiquement haute elle demande de

lrsquo‛analyse Puis ils justifient leur reacuteponse par le modegravele de lrsquo‛effet de la lumiegravere

coloreacutee sur un objet Cette question est drsquo‛un niveau taxonomique infeacuterieur

drsquo‛application Finalement ils deacuteterminent pourquoi la description de la jeune fille

ne correspond pas agrave la couleur propre en faisant le lien avec la synthegravese

soustractive demandant un niveau taxonomiquement tregraves eacuteleveacute la synthegravese

Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

4 Argumentation scientifique Nous avons choisi de construire notre seacutequence de cours de maniegravere agrave ce qursquoelle srsquoinscrive dans une deacutemarche constructiviste de type piageacutetienne Dans cette deacutemarche lrsquoenseignant anticipe les conceptions erroneacutees que les eacutelegraveves peuvent avoir puis eacutetablit une situation-shyproblegraveme permettant ideacutealement de deacuteconstruire ces repreacutesentations incomplegravetes puis finalement drsquoen construire de nouvelles plus justes Dans ce qui suit nous allons deacutefinir ces diffeacuterents concepts mis en eacutevidence puis expliciter la maniegravere dont nous les avons pris en compte dans notre planification

41 Les conceptions des eacutelegraveves et les situations-shyproblegravemes

411 Deacutefinitions Conception Selon Giordan et al (1994) une conception ou repreacutesentation peut ecirctre consideacutereacutee comme une ideacutee un objet ou un eacutevegravenement qui aide lrsquoeacutelegraveve agrave comprendre le monde qui lrsquoentoure Elle est le fruit de son expeacuterience personnelle dans laquelle il va puiser pour comprendre les nouveaux savoirs que lrsquoon va chercher agrave lui inculquer Elle peut ecirctre consideacutereacutee comme une connaissance ldquodeacutejagrave-shylagraverdquo acquise dans un certain contexte par lrsquoapprenant et qui peut ecirctre correcte ou erroneacutee Les mauvaises conceptions (ou misconception en anglais) peuvent donc ecirctre deacutecrites comme des ideacutees qui proviennent drsquoune mauvaise compreacutehension drsquoobjets ou eacutevegravenements Elles sont issues principalement de lrsquoenvironnement avec lequel lrsquoeacutelegraveve interagit et du contexte dans lequel il se situe mais elles deacutecoulent eacutegalement des systegravemes seacutemiotiques mis en oeuvre Ces derniers sont abordeacutes plus en deacutetail dans ce qui suit Seacutemiologie En seacutemiologie (lrsquoeacutetude des systegravemes de signes) une repreacutesentation (ou un signe) est double elle est doteacutee drsquoun signifiant et drsquoun signifieacute (de Saussure 1916) Le signifiant qui fait lrsquoobjet de la seacutemiologie deacutesigne la forme et laspect du signe tandis que le signifieacute eacutetudieacute dans le cadre de la seacutemantique deacutesigne le concept eacutevoqueacute par le signe A partir du moment ougrave le signe possegravede plusieurs signifieacutes il devient symbole et crsquoest ainsi que les incompreacutehensions peuvent survenir Selon R Duval (1995) le concept de laquo registre seacutemiotique raquo permet de distinguer les repreacutesentations qui relegravevent de diffeacuterents registres ou types visuels numeacuteriques graphiques symboliques formels scheacutematiques etc En didactique ce concept est fondamental car les diffeacuterences de registre au sein drsquoune mecircme repreacutesentation ou drsquoun

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

modegravele peut induire des difficulteacutes de lecture Ils risquent drsquoajouter des difficulteacutes suppleacutementaires en empecircchant les eacutelegraveves de se focaliser sur le problegraveme poseacute par lrsquoactiviteacute et les menant agrave formuler des conclusions diffeacuterentes de celles attendues par lrsquoenseignant Crsquoest pour cela qursquoun choix pertinent de registre seacutemiotique facilite la compreacutehension du concept introduit Dans notre cours un exemple typique que nous pouvons donner est la forte ressemblance des diagrammes de Venn pour les synthegraveses additive et soustractive Dans les deux modegraveles les diagrammes sont communeacutement scheacutematiseacutes sous forme circulaire De plus bien que inverseacutees au niveau de leurs superpositions les mecircmes couleurs sont repreacutesenteacutees dans les deux diagrammes Ces similitudes peuvent rendre la diffeacuterenciation complexe pour les eacutelegraveves Crsquoest pourquoi nous avons estimeacute important drsquoapporter un changement agrave la repreacutesentation de ces diagrammes Ainsi dans lrsquoune de nos fiches de synthegravese nous avons preacutefeacutereacute utiliser des formes rectangulaires plutocirct que circulaires pour repreacutesenter la synthegravese soustractive car cette forme eacutevoque plus fortement le filtre et ainsi lrsquoabsorption de la lumiegravere Cadre de rationaliteacute origine des conceptions En srsquoappuyant sur les travaux de R Douady (1984) A Lerouge (1992) deacutefinit laquo un cadre de rationaliteacuteraquo comme laquoun ensemble coheacuterent de fonctionnement de la penseacuteeraquo caracteacuteriseacute principalement par les composantes suivantes

1 Les objets du cadre dans notre cas il peut srsquoagir de peinture de feuille de papier de lampes de poche de filtres etc

2 Le type de processus de conceptualisation Dans un cadre scientifique il peut srsquoagir drsquoun processus par modeacutelisation ou par expeacuterimentation par exemple

3 Les registres seacutemiotiques que nous avons traiteacutes plus haut Les conceptions des eacutelegraveves et les conflits de perceptions en reacutesultant sont issus des diffeacuterents cadres de rationaliteacute dans lesquels ils eacutevoluent Ce sont les cadres familiers (personnel) et culturels (eacutecole) qui sont responsable de ces conceptions et repreacutesentations mentales tantocirct concourantes tantocirct inexistantes voire erroneacutees Elles se manifestent principalement agrave travers la seacutemiotique Les eacutelegraveves eacuteprouvent de la difficulteacute agrave repreacutesenter des objets issus de registres seacutemiotiques diffeacuterents ou encore agrave simplement les reconnaicirctre Dans le contexte de notre seacutequence sur les couleurs ces cadres de rationaliteacute sont centraux En effet crsquoest dans son quotidien et donc dans son cadre familier que lrsquoeacutelegraveve va deacutecouvrir la notion de couleur notamment par le biais de la peinture ou drsquoobservation drsquoarc-shyen-shyciel Cette deacutecouverte qui a souvent lieu tregraves tocirct dans la vie de lrsquoenfant ne fera pourtant pas pour autant lrsquoobjet de questionnement sur le pheacutenomegravene de perception des couleurs La notion de cadre culturel ou scolaire quand agrave elle peut ecirctre eacutetendue dans notre cas agrave deux sous-shycateacutegories de cadres culturels diffeacuterents qui vont ecirctre agrave lrsquoorigine de conceptions erroneacutees ou incomplegravetes Premiegraverement il y a le cadre que nous appelons laquo arts visuelsraquo et qui a ses propres regravegles de rationaliteacutes Les cours de dessin ou drsquoactiviteacutes creacuteatrices en sont de parfaits exemples car crsquoest dans ce cadre que les eacutelegraveves vont premiegraverement aborder la

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

theacutematique des couleurs primaires et de leurs meacutelanges Mais cette theacutematique est eacutegalement abordeacutee dans le cadre laquophysiqueraquo agrave travers les expeacuteriences de deacutecomposition de la lumiegravere ou de superposition de lumiegraveres coloreacutees Ainsi nous retrouvons trois cadres de rationaliteacute concourants (familier physique arts visuels) dans lesquels les eacutelegraveves eacutevoluent et qui engendrent indubitablement des conceptions erroneacutees sur la lumiegravere et les couleurs puisque les eacutelegraveves ne sont pas ameneacutes agrave les diffeacuterencier dans chacun des cadres Et comme la communication entre les diffeacuterents cadres nrsquoest pas eacutetablie le lien agrave faire entre les diffeacuterentes conceptions issues de ces cadres est agrave la charge de lrsquoeacutelegraveve ce qui repreacutesente une lourde responsabiliteacute dans son apprentissage Astolfi (2008) appelle eacutegalement ces conceptions issues de diffeacuterents cadres des ldquotrames conceptuelles rdquoqui peuvent ecirctre deacutefinies comme ldquoun ensemble de concepts-shycleacutes propres agrave un domaine et logiquement hieacuterarchiseacutes entre eux qui structurent les disciplines et engendrent des situations-shyproblegravemesrdquo Mais encore on verra eacutemerger des problegravemes de contrat didactique dans chacun des cadres lrsquoeacutelegraveve va tenter de donner une reacuteponse qui va satisfaire lrsquoenseignant sans pour autant ecirctre ameneacute agrave confronter ses conceptions

Situation-shyproblegraveme Pour de Vecchi (2006) une situation-shyproblegraveme est une activiteacute qui consiste agrave mettre lrsquoeacutelegraveve dans une situation ougrave il va ecirctre ameneacute agrave eacutelaborer des strateacutegies de reacutesolution de problegraveme Lrsquoun des points cleacutes des situations-shyproblegravemes est qursquoelles eacutetablissent un lien eacutetroit entre les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves En drsquoautres termes une situation-shyproblegraveme est construite de telle sorte que les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave remettre en question des repreacutesentations actuelles qui srsquoavegraverent erroneacutees agrave les deacuteconstruire pour en construire de nouvelles Ainsi dans une deacutemarche de type constructiviste lrsquoeacutelegraveve construit son savoir en renversant ses anciennes conceptions Une situation-shyproblegraveme nrsquoest donc pas une deacutemarche ponctuelle dans laquelle lrsquoeacutelegraveve devra reacutesoudre une liste drsquoexercices teacuteleacuteguideacutee par lrsquoenseignant Ce qui justifie lrsquoefficaciteacute des situations problegravemes est qursquo laquoapprendreraquo ne consiste pas agrave cumuler les savoirs mais agrave en construire et agrave en deacuteconstruire

Une situation-shyproblegraveme doit comprendre plusieurs eacuteleacutements

-shy Un objectif-shyobstacle Pour Meirieu (1987) un objectif-shyobstacle est ldquoun objectif dont lrsquoacquisition permet au sujet de franchir un palier deacutecisif de progression en modifiant son systegraveme de repreacutesentation et en le faisant acceacuteder un niveau supeacuterieur de formulation rdquo Dans notre cas lrsquoeacutelegraveve pense que tous les meacutelanges de 3 couleurs primaires (de peinture ou de lumiegravere) vont donner le mecircme reacutesultat La distinction entre synthegraveses additive et soustractive nrsquoest pas connue des eacutelegraveves De plus projeter de la lumiegravere monochromatique sur un objet drsquoune certaine couleur ne donne pas toujours la mecircme couleur Lrsquoexemple avec le drapeau (activiteacute 4) est parlant

-shy Une situation centreacutee sur cet obstacle prenant en compte une deacutemarche expeacuterimentale ou une deacutemarche de modeacutelisation Dans notre cours les deux deacutemarches sont mises en oeuvre mais notre deacutemarche principale est la modeacutelisation Les eacutelegraveves vont effectivement ecirctre ameneacutes agrave eacutemettre des hypothegraveses manipuler reacutecolter des reacutesultats et les confronter agrave

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

leurs hypothegraveses mais il srsquoagit surtout drsquoune deacutemarche de modeacutelisation car les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave creacuteer des scheacutemas dans plusieurs exercices

-shy Une probleacutematisation et la deacutevolution on probleacutematise la conception erroneacutee en introduisant une situation-shyproblegraveme crsquoest-shyagrave-shydire qursquoon construit un problegraveme centreacute sur lrsquoobstacle La surprise face agrave une situation incoheacuterente va intriguer lrsquoeacutelegraveve exciter sa motivation et le pousser agrave vouloir srsquoimpliquer dans le problegraveme ce qui va aider sa deacutevolution Brousseau (1998) qualifie la notion de deacutevolution par le ldquo processus par lequel lenseignant parvient agrave placer leacutelegraveve comme simple actant dans une situation a-shydidactique (agrave modegravele non didactique) Il cherche par lagrave agrave ce que lrsquoaction de lrsquoeacutelegraveve ne soit produite et justifieacutee que par les neacutecessiteacutes du milieu et par ses connaissances et non par lrsquointerpreacutetation des proceacutedeacutes didactiques du professeurrdquo Pour enrocircler les eacutelegraveves et les aider agrave identifier la probleacutematique en met on place une situation deacuteclenchante Dans notre cas lrsquoexemple avec le meacutelange de peinture et de lumiegraveres coloreacutees est un parfait exemple de situation deacuteclenchante car les eacutelegraveves ne sattendent probablement pas par exemple agrave ce que le meacutelange de vert et bleu donne du cyan ou encore qursquoon perccediloive un citron noir lorsque lrsquoon projette de la lumiegravere bleue sur ce celui-shyci

412 La prise en compte des conceptions des eacutelegraveves dans notre seacutequence La theacutematique de la lumiegravere et des couleurs est complexe et comprend de nombreux concepts difficiles agrave assimiler En effet bon nombre de personnes ont des repreacutesentations erroneacutees qui peuvent rester profondeacutement ancreacutees Parmi les conceptions erroneacutees les plus communes on retrouve selon le site internet des MER

La lumiegravere blanche est sans couleur pure quand la lumiegravere blanche passe dans un prisme ou traverse un filtre de la couleur lui est ajouteacutee

La lumiegravere blanche nous permet de voir la vraie couleur des objets laquoMa feuille est blanche parce que je nai pas ajouteacute dautres couleurs agrave celle-shyciraquo

Les couleurs sont lieacutees agrave des proprieacuteteacutes de lrsquoobjet exclusivement sans reacutefeacuterence agrave la lumiegravere qui eacuteclaire lrsquoobjet Ne dit-shyon pas quun pull est rouge

Confusion entre les couleurs primaires en couleur peinture et en couleur lumiegravere

Dans notre planification nous avons anticipeacute ces conceptions et avons construit notre cours de maniegravere agrave ce qursquoelles soient mises en eacutevidence le plus tocirct possible afin de tenter de les deacuteconstruire agrave travers nos activiteacutes

Ainsi degraves deacutebut de lrsquoactiviteacute 2 les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave une situation-shyproblegraveme dans laquelle ils comprennent qursquoil existe une contradiction entre leur conception de deacutepart sur les meacutelanges de couleurs (issue de leurs cadres de rationaliteacute familier et scolaire lsquorsquoart visuelrsquorsquo) et leurs observations (nouveau cadre lsquorsquophysiquersquorsquo) Crsquoest sur la base de ce conflit cognitif que les diffeacuterentes notions de la seacutequence pourront ecirctre abordeacutees Les autres conceptions sont mises en eacutevidence puis deacuteconstruites agrave travers les diffeacuterentes activiteacutes Par exemple les

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

activiteacutes du chapitre 3 permettent de montrer que la lumiegravere blanche nrsquoest pas pure mais qursquoelle est composeacutee de toutes les couleurs et ce gracircce agrave lrsquoobservation des objets agrave la lumiegravere blanche puis agrave travers un filtre

De plus lrsquoactiviteacute 3 srsquoarticule autour drsquoune conception erroneacutee repeacutereacutee dans certaines classes Bon nombre drsquoeacutelegraveves eacutetaient persuadeacutes qursquoun filtre ne laissait pas passer les lumiegraveres de sa couleur propre car crsquoest la couleur dont est perccedilue le filtre Un conflit cognitif est alors provoqueacute afin de deacuteconstruire cette conception les eacutelegraveves observent que la lumiegravere coloreacutee nrsquoest pas absorbeacutee par le filtre mais qursquoelle se propage bien jusqursquoagrave lrsquoeacutecran blanc

En introduction de lrsquoactiviteacute 4 une nouvelle situation-shyproblegraveme est preacutesenteacutee par le biais drsquoune image montrant que la couleur drsquoun objet peut varier en fonction de la lumiegravere coloreacutee par laquelle il est eacuteclaireacute Elle servira agrave provoquer un conflit cognitif chez les eacutelegraveves car cette situation intervient apregraves une phase drsquohypothegravese reacutepondant agrave la question suivante un objet peut-shyil avoir diffeacuterentes couleurs La reacuteponse donneacutee par lrsquoimage contredira probablement lrsquohypothegravese preacuteceacutedemment formuleacutee et devrait susciter de la curiositeacute chez lrsquoeacutelegraveve et lui donner lrsquoenvie de comprendre le pheacutenomegravene Nous deacutemontrons ensuite tout au long de lrsquoactiviteacute 4 sur les lumiegraveres coloreacutees que crsquoest le pheacutenomegravene drsquoabsorption et de reacuteflection de la lumiegravere qui nous permet de voir la couleur des objets et non pas la lumiegravere blanche Crsquoest donc par le biais de ces deacuteconstructions successives de conceptions que lrsquoenseignant peut guider les eacutelegraveves sur la voie de la reacutesolution du problegraveme de lrsquoorigine de ces contradictions dans le but drsquoeacutetablir le lien entre les diffeacuterents cadres de rationaliteacute

42 Modeacutelisation

421 Deacutefinition

Un modegravele est communeacutement deacutefini comme un objet ou un concept qui va permettre de repreacutesenter la reacutealiteacute de diffeacuterentes maniegraveres Bunge (1974) ou encore Martinand (1994) le deacutefinissent eacutegalement comme un moyen permettant de mettre en relation le monde theacuteorique avec le monde empirique Il peut ecirctre consideacutereacute en quelque sorte comme un monde intermeacutediaire ou une sorte de lunette conceptuelle (Halloun 2004) qui va permettre drsquoobserver des pheacutenomegravenes naturels Un modegravele ne constitue pas la reacutealiteacute mais la repreacutesente en simplifiant certains de ses aspects ce qui peut causer des conflits pour les repreacutesentations cognitives chez lrsquoeacutelegraveve

422 La modeacutelisation dans notre seacutequence Dans notre planification la modeacutelisation est centrale afin de conceptualiser des pheacutenomegravenes complexes comme la composition de la lumiegravere et la perception des couleurs Elle est lrsquooutil qui permet drsquoamener les eacutelegraveves agrave se faccedilonner une repreacutesentation de la deacutecomposition de la lumiegravere blanche de labsorption de la lumiegravere agrave travers les filtres et des synthegraveses additive et soustractive des couleurs

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

De plus elle constitue un objectif de formation meacutethodologique qui va de pair avec toute formation scientifique Crsquoest pourquoi nous avons inclus la modeacutelisation dans les objectifs drsquoapprentissage Dans la terminologie du PER la modeacutelisation correspond agrave lrsquoobjectif geacuteneacuteral MSN37

bull MSN 1525 mdash Modeacuteliser des pheacutenomegravenes naturels techniques sociaux ou des situations matheacutematiques

bull en imaginant et en utilisant divers outils de repreacutesentation (codes scheacutemas graphiques tableauxhellip)

Lrsquoactiviteacute 2 propose aux eacutelegraveves de reporter les couleurs observeacutees sur trois cercles superposeacutes En les coloriant les eacutelegraveves reacutealisent en reacutealiteacute une forme simple de modeacutelisation par un diagramme de Venn de la synthegravese additive Il nous a sembleacute pertinent drsquointroduire ce scheacutema de cette maniegravere car ainsi les eacutelegraveves comprennent reacuteellement qursquoil correspond agrave la lumiegravere projeteacutee et superposeacutee sur un eacutecran En derniegravere partie drsquoactiviteacute les eacutelegraveves se familiarisent avec un logiciel de modeacutelisation de la synthegravese additive 3

Lrsquoutilisation drsquoun modegravele dans ce cas est indispensable pour des raisons pratiques Il serait en effet tregraves difficile de faire des observations similaires avec un dispositif reacuteel constitueacute de projecteurs et drsquoun eacutecran comme dans la premiegravere partie drsquoactiviteacute Nous avons veilleacute agrave choisir un logiciel simple drsquousage sur lequel seules deux manipulations sont possibles allumereacuteteindre les projecteurs et varier leurs intensiteacutes Ainsi il est possible pour les eacutelegraveves de faire rapidement et sans difficulteacutes de lrsquoordre du registre seacutemiotique la deacuteduction attendue les diffeacuterentes couleurs srsquoobtiennent par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

Dans lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves sont ameneacutes agrave modeacuteliser lrsquoeffet drsquoun filtre sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee Ils ancrent ainsi le fonctionnement drsquoun filtre dans leur apprentissage et deacuteveloppent une meacutethodologie systeacutematique dans la reacutesolution de problegravemes mettant en scegravene des filtres Gracircce au modegravele deacuteveloppeacute les eacutelegraveves deacuteconstruisent deacutefinitivement leur eacuteventuelle conception erroneacutee selon laquelle un filtre absorberait sa propre couleur Lrsquoactiviteacute 43 a pour but que les eacutelegraveves modeacutelisent les pheacutenomegravenes de reacutefraction et drsquoabsorption en justifiant leur reacuteponse par un modegravele de reacuteponse Ce dernier comprend les couleurs RVB qui se reflegravetent ou qui sont absorbeacutees par une surface Ainsi lrsquoeacutelegraveve peut trouver une meacutethode systeacutematique de reacuteponse en testant les diffeacuterentes couleurs Gracircce agrave cette modeacutelisation et agrave celle de lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves comprennent que les fonctionnements des filtres et des lumiegraveres coloreacutees sont fondeacutes sur le mecircme principe

3(httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

43 Deacutemarche expeacuterimentale

431 Deacutefinition Pour de Vecchi il est important de ne pas confondre les notions lieacutees agrave lrsquoexpeacuterimental qui sont les suivantes

-shy Une deacutemarche scientifique nrsquoest pas exclusive au domaine des sciences expeacuterimentales mais peut aussi ecirctre mobiliseacutee dans les sciences humaines socialeshellip Elle utilise drsquoautres outils que lrsquoexpeacuterimentale Toute recherche digne de ce nom est de nature scientifique

-shy La meacutethode expeacuterimentale eacutequivaut plutocirct agrave un plan agrave suivre un mode drsquoemploi ou agrave une marche agrave suivre qui suit un ordre strict que lrsquoon peut aussi appeler protocole Par exemple parmi les plus ceacutelegravebres protocoles nous retrouvons celui de Claude Bernard (1865) que lrsquoon abregravege par les initiales OHERIC qui correspondent agrave observation hypothegravese expeacuterience reacutesultats interpreacutetation et conclusion De maniegravere geacuteneacuterale il srsquoagit du protocole caricatural que lrsquoon emploie le plus souvent dans les salles de classes

-shy Une deacutemarche expeacuterimentale est une approche plus reacutealiste moins stricte et integravegre

une approche plus tacirctonnante Il nrsquoest pas constitueacute drsquoeacutetapes preacutedeacutetermineacutees et est donc moins affecteacutee par les directives de lrsquoenseignant Il peut donc laisser des liberteacutes dans la maniegravere de reacutesoudre le problegraveme

432 La deacutemarche expeacuterimentale dans notre seacutequence Dans notre seacutequence la meacutethode expeacuterimentale est preacutesente de maniegravere partielle du scheacutema caricatural OHERIC nous nous inteacuteressons en particulier aux phases drsquoobservation et drsquoeacutemission drsquohypothegraveses Crsquoest pourquoi nous parlons donc plutocirct de ldquodeacutemarche expeacuterimentalerdquo En effet tout au long des diffeacuterentes activiteacutes il est reacuteguliegraverement demandeacute aux eacutelegraveves de formuler une hypothegravese agrave partir de leurs connaissances au preacutealable puis de faire de nouvelles observations en contexte expeacuterimental Crsquoest sur la base de ces derniegraveres qursquoils pourront reacutealiser leurs deacuteductions sur le pheacutenomegravene en question et construire de nouvelles conceptions Dans lrsquoactiviteacute 2 ce type de deacutemarche est central pour la creacuteation de la premiegravere situation-shyproblegraveme Par la suite la deacutemarche permet de guider les eacutelegraveves dans le processus de deacuteduction du fonctionnement geacuteneacuteral des diffeacuterents pheacutenomegravenes Dans lrsquoactiviteacute 41 par exemple les pheacutenomegravenes agrave deacuteduire sont la synthegravese soustractive et le fonctionnement de la lumiegravere coloreacutee Lrsquoemploi drsquoobjets familiers permet un ancrage dans le quotidien

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Dans lrsquoactiviteacute 3 lrsquoeacutetude de lrsquoeffet des filtres constitue agrave son tour un deacutemarche expeacuterimentale En effet les eacutelegraveves doivent tout drsquoabord eacutemettre leurs hypothegraveses puis les veacuterifient par lrsquoexpeacuterimentation et ses reacutesultats provoquant probablement un conflit cognitif avant drsquoen conclure lrsquoeffet drsquoun filtre Dans lrsquoactiviteacute 42 nous retrouvons toujours le mecircme principe de deacutemarche expeacuterimentale Les eacutelegraveves formulent des hypothegraveses sur la couleur perccedilue de diffeacuterents mots coloreacutes eacuteclaireacutes par une lumiegravere coloreacutee puis les veacuterifient lors de la phase drsquoobservation La confrontation entre leurs attentes lieacutees agrave leurs conceptions et la reacutealiteacute creacutee le conflit cognitif rechercheacute

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

5 Conclusion Pour seacutelectionner notre thegraveme et eacutelaborer notre seacutequence nous nous sommes fondeacutes sur les objectifs du PER et crsquoest sur lrsquooptique que notre choix srsquoest porteacute Le savoir savant auquel nous nous sommes reacutefeacutereacutes comprend principalement des concepts lieacutes agrave la lumiegravere tels que les photons les ondes eacutelectromagneacutetiques ainsi que les spectres drsquoeacutemission et drsquoabsorption Nous avons transposeacute ce savoir en un savoir enseignable par le biais drsquoun travail de contextualisation et de reacuteadaptation Nous avons eacuteteacute ameneacutes agrave remplacer des modegraveles scientifiques (par exemple les modegraveles de synthegraveses additive et soustractive) par des modegraveles accessibles agrave un niveau scolaire et agrave changer les conditions drsquoeacutemergence des problegravemes Ainsi notre travail de transposition consistait agrave montrer aux eacutelegraveves la partie eacutemergeacutee de lrsquoiceberg du concept de couleur le reacutesultat apparent plutocirct que lrsquoorigine eacutelectromagneacutetique Tout au long de la seacutequence et par le biais de situations-shyproblegravemes et de diffeacuterentes eacutetapes de reacutesolution des activiteacutes les eacutelegraveves ont eacuteteacute guideacutes dans le processus de construction de leur apprentissage En nous focalisant sur les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves nous avons eacutelaboreacute nos exercices de maniegravere agrave proposer des situations deacuteclenchantes afin de faciliter le transfert de la responsabiliteacute de la reacutesolution des problegravemes aux eacutelegraveves Cette derniegravere srsquoeffectue par des deacutemarches drsquoexpeacuterimentation mais surtout de modeacutelisation

Dans notre sceacutenario les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave deux types de donneacutees theacuteoriques et empiriques Drsquoune part ils ont agrave disposition deux theacuteories principales la premiegravere est que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs de lrsquoarc-shyen-shyciel tandis que la seconde deacutecrit l a maniegravere dont la couleur drsquoun objet deacutepend des couleurs qursquoil va absorber Drsquoautre part ils disposent de donneacutees empiriques qursquoils sont ameneacutes agrave reacutecolter en superposant des lumiegraveres de diffeacuterentes couleurs en meacutelangeant de la peinture et en projetant de la lumiegravere coloreacutee sur diffeacuterents objets coloreacutes Dans le cadre drsquoune deacutemarche drsquoexpeacuterimentation ils ont eacutemis des hypothegraveses observeacute manipuleacute du mateacuteriel utiliseacute des appliquettes en ligne et veacuterifieacute leurs reacutesultats Crsquoest ainsi les modegraveles que nous avons preacutesenteacutes et que les eacutelegraveves ont eacutelaboreacutes vont ecirctre des ponts qui vont relier le monde theacuteorique et le monde empirique Par ailleurs nous avons eacuteteacute attentifs agrave la seacutemiotique lors de nos choix des repreacutesentations utiliseacutees nous nous sommes reacutefeacutereacutes agrave la notion de registre seacutemiotique afin drsquoeacutelaborer des scheacutemas nrsquoengendrant pas de difficulteacutes de lecture chez les eacutelegraveves

Nous avons analyseacute lrsquoorigine des conceptions erroneacutees et avons remarqueacute qursquoelles eacutetaient principalement dues agrave des repreacutesentations concourantes engendreacutees par les diffeacuterents contextes et cadres de rationaliteacutes dans lesquelles les eacutelegraveves eacutevoluent Notre sceacutenario permet aux eacutelegraveves drsquoeacutetablir des liens entre ces diffeacuterents cadres et de construire une nouvelle repreacutesentation de la couleur celle drsquoun objet de la physique

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6 Bibliographie

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Meirieu P Avanzin Gi (1987) Apprendre oui mais comment Edition ESF Verret M (1975) Le temps des eacutetudes (Vols 1ndash2) Lille France Atelier Reproduction des thegraveses

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Page 9: Physique Optique Lescouleurs · Sciences naturelles Les couleurs 10 11 Harmos 1.Introduction Comme nous allons le détailler dans le chapitre 4, les conceptions erronées des élèves

Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

hellip preacutevoir la couleur perccedilue drsquoun objet en fonction des lumiegraveres coloreacutees et coder le pheacutenomegravene

hellip modeacuteliser lrsquoeffet de la lumiegravere coloreacutee sur un objet et en deacuteduire la couleur perccedilue

12 Notions preacuterequises Le traitement de la seacutequence choisie neacutecessite de la part des eacutelegraveves certaines notions preacuterequises au sujet de la lumiegravere Ces derniegraveres auront dans lrsquoideacuteal eacuteteacute abordeacutees lors drsquoune double seacuteance preacuteceacutedente Ainsi au deacutebut de la seacutequence de cours preacutesenteacutee dans ce dossier les eacutelegraveves auront eacuteteacute introduits sur les notions suivantes

La lumiegravere est eacutemise par certains objets diffuseacutee ou absorbeacutee par drsquoautres Elle se propage de maniegravere rectiligne

Il existe des sources primaires et secondaires de lumiegravere On ne voit pas la trajectoire de la lumiegravere mais les objets qursquoelle eacuteclaire La lumiegravere blanche est composeacutee drsquoun ensemble de couleurs

Les eacutelegraveves auront deacutecouvert ces diffeacuterentes notions lors drsquoexpeacuteriences mettant agrave lrsquoeacutepreuve leurs repreacutesentations erroneacutees Ils se rendront notamment compte avec lrsquoexpeacuterience de projection de lumiegravere agrave travers de la bueacutee ou de la fumeacutee que lrsquoon ne voit pas directement la lumiegravere mais uniquement les objets qui sont eacuteclaireacutes Un eacuteleacutement probablement surprenant est de deacutecouvrir par lrsquoexpeacuterience du prisme que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs Ils seront ainsi capables drsquoexpliquer un pheacutenomegravene qui leur est familier lrsquoarc-shyen-shyciel Pour notre seacutequence le deacutefi principal est qursquoils deacuteveloppent une compreacutehension du pheacutenomegravene de la perception de la couleur des objets

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2 Synopsis deacutetailleacute de la seacutequence et instructions pour les enseignants Comme notre seacutequence est preacutevue agrave la suite drsquoun premier chapitre drsquointroduction sur la lumiegravere nous ouvrons donc notre cours par le chapitre 2 et par lrsquoactiviteacute 2 Ce chapitre comprend les diffeacuterents objectifs geacuteneacuteraux et speacutecifiques des seacutequences le mateacuteriel requis pour les diffeacuterentes activiteacutes leur deacuteroulement ainsi que des instructions particuliegraveres agrave lrsquoattention des enseignants

21 Activiteacute 2 Le modegravele trichromique et la synthegravese additive Objectif geacuteneacuteral il y a une distinction entre la couleur lsquorsquomatiegraverersquorsquo (peinture) et la couleur lsquorsquolumiegraverersquorsquo

Activiteacute 21 (10 min)

Mateacuteriel

De la peinture des pinceaux du papier

Journaux de protection

Gobelet drsquoeau

Palettes assiettes ou berlingots deacutecoupeacutes en 2 (support pour la peinture)

Deacuteroulement

a) Par groupes les eacutelegraveves font des meacutelanges de couleurs Ceci permet de rappeler ce qursquoils ont appris en arts visuels (couleurs primaires couleurs obtenues par des meacutelanges) Cette premiegravere phase drsquoactiviteacute constitue donc une phase de repecircchage de connaissances essentielles pour appreacutehender la theacutematique

Indications pour lrsquoenseignant

Lrsquoenseignant met agrave disposition des tubes de peinture en veillant agrave ce que ces derniers portent lrsquoindication des noms preacutecis de couleurs qui seront abordeacutees en classe entre autres cyan et magenta Il est important degraves le deacutebut drsquoutiliser ces termes Lors de lrsquoactiviteacute il observe les connaissances des eacutelegraveves en matiegravere de meacutelange de couleurs

Activiteacute 22 (10 min)

Objectifs speacutecifiques agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy preacutedire la couleur perccedilue en fonction des meacutelanges de couleurs RVB -shy deacuteterminer de quelle lumiegravere coloreacutee eacuteleacutementaire est constitueacutee une lumiegravere CMJ

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-shy deacuteterminer que de la lumiegravere blanche peut ecirctre obtenue gracircce agrave 3 couleurs RVB

Mateacuteriel

Les meacutelanges de couleurs de la premiegravere partie drsquoactiviteacute

Trois lampes de couleurs RVB

Un eacutecran blanc

Deacuteroulement

a) Lrsquoenseignant installe le dispositif agrave la vue des eacutelegraveves b) Individuellement les eacutelegraveves remplissent un tableau avec leurs preacutedictions concernant

les couleurs obtenues en superposant diffeacuterentes lumiegraveres On peut srsquoattendre agrave ce qursquoils appliquent leurs preacutedictions agrave ce qursquoils connaissent de la peinture et de ce qursquoil viennent drsquoobserver en deacutebut drsquoactiviteacute Cette eacutetape constitue une phase drsquoeacutemission drsquohypothegraveses

b) Manipulation de lampes par les eacutelegraveves ou deacutemonstration par lrsquoenseignant des couleurs obtenues par superposition de lumiegraveres coloreacutees Le reacutesultat surprendra les eacutelegraveves et sera source drsquoun conflit cognitif

c) Les eacutelegraveves reportent leurs observations dans le tableau de maniegravere agrave souligner le conflit avec leurs preacutedictions Puis ils reacutepondent agrave des questions permettant de mettre en eacutevidence la diffeacuterence de nature (matiegravere puis lumiegravere) des couleurs observeacutees Une autre question permet de mettre en eacutevidence que le meacutelange des trois couleurs donne de la lumiegravere blanche (modegravele trichromique)

d) Sur la base de leurs observations les eacutelegraveves preacutesentent sous forme de diagramme de Venn la synthegravese additive Cette eacutetape permet drsquoentraicircner la modeacutelisation simple agrave partir drsquoobservations

e) Mise en commun de maniegravere interactive lrsquoenseignant interroge les eacutelegraveves et oriente ses questions

Indications pour lrsquoenseignant

Afin de preacutesenter le dispositif aux eacutelegraveves lrsquoenseignant peut allumer un seul des projecteurs Ainsi les eacutelegraveves pourront se faire une ideacutee de la maniegravere dont ils observeront la projection de lumiegravere sur lrsquoeacutecran Selon le mateacuteriel et le temps disponibles lrsquoenseignant fera lui-shymecircme la deacutemonstration ou bien les eacutelegraveves manipulent eux-shymecircme le ou les dispositif(s) Les questions poseacutees agrave la suite du tableau peuvent ecirctre difficiles lrsquoenseignant veillera agrave orienter les eacutelegraveves agrave lrsquoaide du dispositif et en leur posant des questions intermeacutediaires

Activiteacute 23 (20 min)

Objectifs speacutecifiques agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy deacuteduire agrave lrsquoaide drsquoun logiciel de modeacutelisation les regravegles de la synthegravese additive

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-shy expliquer la cause de la preacutesence des trois couleurs RVB dans les pixels en mobilisant les notions apprises preacuteceacutedemment

Mateacuteriel

Quelques ordinateurs avec un accegraves internet Quelques microscopes Logiciel disponible en ligne sur le portail PCCL (Physique chimie collegravege lyceacutee) 2

Deacuteroulement

a) Un problegraveme est poseacute par lrsquoenseignant si lrsquoon obtient du blanc (donc la totaliteacute des couleurs) en superposant les lumiegraveres R V et B comment obtient-shyon une couleur en particulier

b) Par groupe heacuteteacuterogegravenes de 3 ou 4 les eacutelegraveves eacutemettent des hypothegraveses c) Le test des hypothegraveses se fait toujours par groupes gracircce agrave un logiciel de

modeacutelisation de la synthegravese additive offrant la possibiliteacute de varier les intensiteacutes de chaque projecteur Par leurs manipulations les eacutelegraveves sont capables de deacuteduire que les diffeacuterentes couleurs sont obtenues par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

d) Mise en commun en projetant le logiciel sur grand eacutecran e) Les eacutelegraveves observent par groupe des eacutecrans de smartphones au microscope puis ils

mobilisent les notions deacutecouvertes preacuteceacutedemment pour expliquer leurs observations f) Institutionnalisation (cf ci-shydessous)

Indications pour lrsquoenseignant

Le logiciel eacutetant simple drsquoutilisation les eacutelegraveves peuvent faire leurs manipulations sans trop drsquoindications de la part de lrsquoenseignant En revanche selon lrsquoexpeacuterience des eacutelegraveves il sera neacutecessaire de les assister lors des reacuteglages pour lrsquoobservation au microscope Selon le mateacuteriel et le temps disponibles lrsquoenseignant peut eacutegalement preacuteparer lui-shymecircme le dispositif et les eacutelegraveves observent lrsquoeacutecran de smartphone lrsquoun apregraves lrsquoautre

Institutionnalisation activiteacute 2 (10 min)

Une premiegravere institutionnalisation se fait agrave la fin de lrsquoactiviteacute 2 de maniegravere frontale par lrsquoenseignant Partant de lrsquoobservation des eacutecrans de smartphone elle doit porter uniquement sur les objectifs viseacutes par lrsquoactiviteacute et doit introduire les notions de modegravele trichromique et de synthegravese additive Il est inteacuteressant de faire eacutegalement un lien avec les causes biologiques du modegravele trichromique (cocircnes et bacirctonnets de lrsquooeil daltonisme) Lrsquoinstitutionnalisation peut se faire agrave lrsquoaide drsquoune preacutesentation Powerpoint concise etou drsquoun documentaire videacuteo puis les fiches de synthegravese sont distribueacutees pour ecirctre lues agrave la maison et pour servir de support theacuteorique lors des reacutevisions en vue de lrsquoexamen

2 httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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22 Activiteacute 3 qursquoest-shyce qursquoun filtre Objectif geacuteneacuteral La lumiegravere coloreacutee projeteacutee est modifieacutee lorsqursquoelle travers un filtre coloreacute

Activiteacute 31 (20 min)

Objectifs speacutecifiques agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy Formuler une hypothegravese sur la couleur drsquoun faisceau lumineux vu agrave travers un ou plusieurs filtre(s) coloreacute(s)

-shy Modeacuteliser lrsquoaction drsquoun ou plusieurs filtre(s) coloreacute(s) sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee

-shy Eacutenoncer le rocircle drsquoun filtre coloreacute Mateacuteriel

1 eacutecran blanc

3 projecteurs de lumiegravere blanche

3 filtres rouge vert et bleu

Deacuteroulement

a) En pleacutenum lrsquoenseignant effectue un rappel du dernier cours (composition RVB de la lumiegravere blanche) et preacutesente la modeacutelisation utiliseacutee pour la synthegravese additive

b) Lrsquoenseignant preacutesente le dispositif agrave la classe (enlever un filtre montrer qursquoon a bien de la lumiegravere blanche avant le filtre remettre le filtre) puis demande aux eacutelegraveves individuellement drsquoeacutemettre leurs hypothegraveses puis discussion rapide par banc

c) Lrsquoenseignant allume un projecteur apregraves lrsquoautre (en eacuteteignant le preacuteceacutedent agrave chaque fois) et fait noter aux eacutelegraveves les observations et leur demande drsquoeacutemettre par deux une hypothegravese sur le rocircle du filtre

d) Mise en commun en choisissant des groupes donnant une explication contradictoire e) Apregraves avoir formeacute des groupes heacuteteacuterogegravenes de 3-shy4 eacutelegraveves lrsquoenseignant demande

aux eacutelegraveves de modeacuteliser lrsquoeffet du filtre (question 3) f) Mise en commun par projection de 3 travaux diffeacuterents et comportant de bons

eacuteleacutements Correction g) Lrsquoenseignant relance le travail de groupe pour effectuer le dernier exercice h) Lrsquoenseignant ouvre la discussion puis donne la solution experte

Indications pour lrsquoenseignant

Erreur possible un filtre coloreacute ne laisse pas passer sa couleur (peut-shyecirctre parce qursquoon le voit justement de cette couleur donc il absorberait) Lors de travaux de groupe passer dans les bancs pour observer le travail effectueacute ne pas reacutepondre aux questions (sauf incompreacutehension de la consigne) afin drsquoassurer la deacutevolution Avertir briegravevement les eacutelegraveves qui seront ameneacutes agrave preacutesenter leur travaux

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Activiteacute 32 (10 min)

Objectifs speacutecifiques agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy Deacuteduire par lrsquoexpeacuterimentation lrsquoeffet de la superposition de plusieurs filtres -shy Dessiner le diagramme de Venn de la synthegravese soustractive

Mateacuteriel

Une lampe diffusant de la lumiegravere blanche par groupe

Un set de 3 filtres (CMJ) par groupe Deacuteroulement

a) Lrsquoenseignant explique le deacuteroulement de lrsquoactiviteacute puis forme des groupes heacuteteacuterogegravenes de 3-shy4 eacutelegraveves puis leur distribue le mateacuteriel neacutecessaire et laisse aux eacutelegraveves un temps drsquoexpeacuterimentation

b) Mise en commun par un groupe choisi par lrsquoenseignant avec expeacuterimentation au tableau

Indications pour lrsquoenseignant

Plusieurs possibiliteacutes sont agrave preacutevoir selon lrsquoagencement de CMJ dans le diagramme de Venn

Activiteacute 33 (15 min)

Objectifs speacutecifiques agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy Comparer les synthegraveses additive et soustractive par lutilisation drsquoune application Mateacuteriel

1 ordinateur par groupe

(httpwwwostralonet3_animationsswfsynthese_couleursswf)

Deacuteroulement

a) Lrsquoenseignant preacutesente les manipulations agrave effectuer pour arriver sur lrsquoapplication b) Il distribue un ordinateur par banc et laisse les eacutelegraveves travailler et reacutepondre aux

questions c) La correction se fera directement par lrsquoenseignant en guise dinstitutionnalisation

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Indications pour lrsquoenseignant

Cette activiteacute fait office drsquoinstitutionnalisation Il est important de distinguer les deux synthegraveses en preacutesentant clairement leurs utilisations diffeacuterentes

23 Activiteacute 4 La couleur des objets Objectif geacuteneacuteral la couleur drsquoun objet peut ecirctre modifieacutee si on le voit sous une lumiegravere coloreacutee

Introduction (15 min)

1) Question de deacutepart pourquoi perccediloit-shyon des objets de diffeacuterentes couleurs ou Un objet a-shyt-shyil toujours la mecircme couleur Les eacutelegraveves formulent une hypothegravese Ensuite ils confrontent leurs ideacutees avec une videacuteo qui provoque un conflit par rapport agrave ce qursquoils pensaient

2) Lrsquoenseignant preacutesente la theacuteorie le principe dabsorption et de reacutefraction Que se passe-shyt-shyil lorsqursquoon regarde avec une lumiegravere coloreacutee

Activiteacute 41 (10 min)

Objectif speacutecifique agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

Formuler une hypothegravese sur les couleurs des objets vus sous une lumiegravere coloreacutee

Mateacuteriel

Objets de couleurs diffeacuterentes (rouge cyan et jaune)

3 lumiegraveres coloreacutees (magenta vert bleu) Deacuteroulement

a) Lrsquoactiviteacute 41 avec les objets a comme objectif la repreacutesentation de la couleur sous forme de scheacutema et de leur faire deacuteduire progressivement que les objets se comportent comme des filtres

b) Lrsquoenseignant entrepose des objets de couleurs rouge cyan et jaune et des dispositifs eacutemettant des lumiegraveres coloreacutees (magenta vert et bleu) sur une table Lrsquoassociation des objets et des lumiegraveres coloreacutees est rouge-shymagenta cyan-shyvert jaune-shybleu

c) Lrsquoenseignant forme des groupes heacuteteacuterogegravenes de 3 ou 4 personnes d) Puis les eacutelegraveves se rassemblent autour de la table ougrave sont entreposeacutes les objets et

remplissent les deux premiegraveres colonnes du tableau (couleur de lrsquoobjet et couleur de la lumiegravere coloreacutee) Les groupes retournent agrave leur place et commencent agrave formuler leurs hypothegraveses (troisiegraveme colonne)

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

e) Puis les eacutelegraveves sont autoriseacutes agrave reacutecupeacuterer les objets pour qursquoils procegravedent agrave leur manipulation Ils notent ce qursquoils ont observeacute dans la quatriegraveme colonne

f) Ce proceacutedeacute est reacutepeacuteteacute 3 fois

Indications pour lrsquoenseignant

Les objets de couleurs agrave utiliser ne sont pas deacutefinis la liberteacute est laisseacutee agrave lrsquoenseignant de prendre ce qursquoil a agrave disposition mais lrsquoassociation est preacutevue pour qursquoun reacutesultat soit observeacute

Difficulteacutes ne pas faire les liens pour arriver agrave poser une hypothegravese ne plus savoir ce que sont les synthegraveses additives et soustractives

Erreurs possibles poser une hypothegravese fausse mais cette erreur est voulue et provoquera le conflit

attendu ne pas faire le lien avec la synthegravese soustractive vue dans le preacuteceacutedent chapitre et

reacutepondre ldquola synthegravese additiverdquo ne pas deacuteduire que la reacuteflection de la lumiegravere coloreacutee sur un objet fonctionne comme

un filtre Relances

lrsquoenseignant fait le test devant la classe en modeacutelisant le pheacutenomegravene renvoie au scheacutema de reflection revu en theacuteorie au deacutebut du cours utilise la modeacutelisation avec lrsquoordinateur ougrave lrsquoon peut doser les filtres met en parallegravele le filtre et la lumiegravere coloreacutee pour que le lien entre les deux

pheacutenomegravenes soit fait

Activiteacute 42 (25 min)

Objectif speacutecifique agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy Formuler une hypothegravese sur les couleurs des objets vus sous une lumiegravere coloreacutee Mateacuteriel

Feuilles blanches et coloreacutees

Peinture de couleurs

Journaux de protection

2 pinceaux par groupe

Gobelet drsquoeau

Palettes assiettes ou berlingot deacutecoupeacute en 2 pour mettre la peinture

6 lumiegraveres coloreacutees (rouge verte bleue magenta cyan et jaune)

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Deacuteroulement amp Indication pour les enseignants

a) Ils scheacutematisent le pheacutenomegravene et remplissent le tableau Lrsquoideacutee est drsquoeacutecrire les mots avec la mecircme peinture utiliseacutee durant lrsquoactiviteacute 21 ce qui leur permettrait de faire un lien Les eacutelegraveves se rendront peu agrave peu compte que la peinture agit comme un filtre

b) Avant le cours lenseignant associe une lumiegravere coloreacutee agrave une couleur pour le mot et une couleur de feuille et preacutepare une table proteacutegeacutee pour la peinture

c) Lrsquoactiviteacute se fait par groupe heacuteteacuterogegravene de 3 personnes formeacutes par lrsquoenseignant Chaque groupe possegravede 6 dispositifs eacutemettant des lumiegraveres coloreacutees agrave la lumiegravere desquels ils observeront les deux mots coloreacutes sur leur feuille respective

d) Les eacutelegravevent commencent lrsquoactiviteacute en venant chercher sur la table pour la peinture les 2 couleurs voulues les disposent dans leur palette prennent la feuille correspondante et 2 pinceaux et se dirigent vers les tables preacutepareacutees pour la peinture

e) Ils eacutecrivent les 2 mots avec la peinture puis rejoignent leur place f) Ils remplissent la premiegravere ligne du tableau g) Puis ils inscrivent leur hypothegravese au crayon agrave papier et en petit dans les cases

correspondantes Ils ont la possibiliteacute de prendre une feuille de brouillon pour dessiner les modegraveles

h) Puis lrsquoenseignant distribue les dispositifs eacutemettant les lumiegraveres coloreacutees pour que les eacutelegraveves puissent eacuteclairer leurs mots et observer le reacutesultat qursquoils notent agrave la plumestylo

i) Les hypothegraveses mecircme erroneacutees sont laisseacutees inscrites dans le tableau pour que lrsquoeacutelegraveve puisse comparer les deux et comprendre le pheacutenomegravene (conflit)

Activiteacute 43 (20 min)

Objectifs speacutecifiques agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy Modeacuteliser agrave lrsquoaide drsquoun scheacutema et de codes la reacutefraction et labsorption de la lumiegravere sur un objet

-shy Retrouver agrave partir de la couleur refleacuteteacutee et la lumiegravere coloreacutee projeteacutee et le filtre utiliseacute Mateacuteriel

pas de mateacuteriel particulier mis agrave part le fichier de lrsquoeacutelegraveve

Deacuteroulement

a) Lrsquoactiviteacute 43 qui permet de voir si les eacutelegraveves ont compris leur demande de reacutefleacutechir en partant des observations pour trouver la situation initiale

b) Le travail est agrave reacutealiser individuellement les eacutelegraveves regardent les diffeacuterents drapeaux modeacutelisent les diffeacuterentes situations et notent leur deacuteductions

c) Lrsquoenseignant reste agrave disposition et passe dans les bancs

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Indications pour lrsquoenseignant

Obstacles ne pas faire le lien que crsquoest la deacutemarche vue preacuteceacutedemment mais agrave lrsquoenvers

Erreurs possibles ne pas trouver le bon filtre agrave cause du noir ne pas repreacutesenter juste le scheacutema de modeacutelisation

Relances faire reacutefeacuterence au tableau reacutecapitulatif de la fiche theacuteorique faire reacutefeacuterence au modegravele du scheacutema en couleur dans la fiche theacuteorique

Institutionnalisation activiteacute 4

Explication de la modeacutelisation de la reacuteflection de la lumiegravere coloreacutee par une marche agrave suivre lors de la correction de lrsquoexercice des drapeaux sous forme drsquoun ldquoje retiensrdquo

Un cours de reacutevision avec les fiches de synthegravese suivra ces seacuteances drsquoactiviteacutes

18

Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

3 Documents Les diffeacuterents documents utiliseacutes dans cette seacutequence sont preacutesenteacutes ci-shydessous

Parmi eux

Fiches drsquoactiviteacutes pour eacutelegraveves et avec correction

Fiches theacuteoriques de synthegravese

Evaluation pour eacutelegraveves et avec correction

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Documents des eacutelegraveves Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs Chapitre 2 Couleurs peintures couleurs lumiegraveres Activiteacute 21 1) Tu as agrave disposition des pinceaux et de la peinture Tu te

souviens peut-shyecirctre de tes cours drsquoarts visuels qursquoil existe des

couleurs primaires qui permettent par leur meacutelange drsquoobtenir

drsquoautres couleurs Mais elles-shymecircmes ne srsquoobtiennent par aucun

meacutelange Te souviens-shytu des combinaisons de couleurs qursquoil faut

meacutelanger pour obtenir une couleur souhaiteacutee

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du vert

__________________________________________

Image httpsfrdreamstimecom Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du rouge

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du bleu

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du noir

__________________________________________

Activiteacute 22 Lrsquoenseignant a installeacute trois projecteurs de couleur un rouge un vert un bleu ainsi

qursquoun eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-shydessous

Image MER

Quelle couleur va-shyt-shyon observer sur lrsquoeacutecran si lrsquoon allume deux par deux les projecteurs

et que lrsquoon superpose leurs lumiegraveres Et si lrsquoon allume les trois projecteurs Remplis le

tableau ci-shydessous drsquoabord avec tes hypothegraveses concernant la couleur obtenue sur

lrsquoeacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Meacutelange de lumiegraveres Couleur obtenue ton hypothegravese

Couleur observeacutee

vert et bleu

vert et rouge

bleu et rouge

vert bleu et rouge

a) Quelles diffeacuterences constates-shytu entre les meacutelanges de lrsquoactiviteacute 1 et ceux de lrsquoactiviteacute

2

______________________________________________________________________

b) Qursquoa-shyt-shyon meacutelangeacute dans chaque cas

______________________________________________________________________

c) Le reacutesultat du meacutelange des lumiegraveres verte bleue et rouge te rappelle-shyt-shyil quelque

chose Que peux-shytu en deacuteduire

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

d) A lrsquoaide de couleurs scheacutematise ci-shydessous les superpositions observeacutees sur lrsquoeacutecran

blanc

Activiteacute 23 Et comment obtenir drsquo‛autres couleurs 1) Tu as vu lors de lrsquoactiviteacute preacuteceacutedente que si lrsquoon superpose trois lumiegraveres de couleurs

RVB on perccediloit du blanc Mais de quelle maniegravere peut-shyon percevoir nrsquoimporte quelle

autre couleur

Familiarise-shytoi avec le logiciel en ligne suivant

httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additive

htm

Puis reacuteponds aux questions suivantes

Par quelles manipulations obtiens-shytu du orange

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du rose

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du vert olive

______________________________________________________________________

Que constates-shytu

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

2) Chaque groupe a agrave sa disposition une loupe binoculaire Deacutepose un smartphone

allumeacute eacutecran vers le haut sous lrsquoobjectif Vise une zone blanche de lrsquoeacutecran puis regravegle la

netteteacute Qursquoobserves-shytu

Observations

Comment expliques-shytu ce pheacutenomegravene

Documents des eacutelegraveves Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs Chapitre 2 Couleurs peintures couleurs lumiegraveres (corrigeacute) Activiteacute 21 1) Tu as agrave disposition des pinceaux et de la peinture Tu te

souviens peut-shyecirctre de tes cours drsquoarts visuels qursquoil existe des

couleurs primaires qui permettent par leur meacutelange drsquoobtenir

drsquoautres couleurs Mais elles-shymecircmes ne srsquoobtiennent par aucun

meacutelange Te souviens-shytu des combinaisons de couleurs qursquoil faut

meacutelanger pour obtenir une couleur souhaiteacutee

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du vert

__________________________________________

Image httpsfrdreamstimecom Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du rouge

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du bleu

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du noir

__________________________________________

Activiteacute 22 Lrsquoenseignant a installeacute trois projecteurs de couleur un rouge un vert un bleu ainsi

qursquoun eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-shydessous

Image MER

Quelle couleur va-shyt-shyon observer sur lrsquoeacutecran si lrsquoon allume deux par deux les projecteurs

et que lrsquoon superpose leurs lumiegraveres Et si lrsquoon allume les trois projecteurs Remplis le

tableau ci-shydessous drsquoabord avec tes hypothegraveses concernant la couleur obtenue sur

lrsquoeacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Meacutelange de lumiegraveres Couleur obtenue ton hypothegravese

Couleur observeacutee

vert et bleu (cyan)

vert et rouge (jaune)

bleu et rouge (magenta)

vert bleu et rouge (blanc)

a) Quelles diffeacuterences constates-shytu entre les meacutelanges de lrsquoactiviteacute 1 et ceux de lrsquoactiviteacute

2

______________________________________________________________________

Les couleurs obtenues ne sont pas les mecircmes qursquoen peinture

b) Qursquoa-shyt-shyon meacutelangeacute dans chaque cas

______________________________________________________________________

Dans le premier cas on a de la matiegravere (de la peinture) dans le deuxiegraveme cas on a de la

lumiegravere

c) Le reacutesultat du meacutelange des lumiegraveres verte bleue et rouge te rappelle-shyt-shyil quelque

chose Que peux-shytu en deacuteduire

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

Le fait que la lumiegravere blanche est composeacutee de lrsquoensemble des couleurs (cf expeacuterience

du prisme) Ici lrsquoexpeacuterience concerne la superposition de lumiegraveres coloreacutees et on observe

que lrsquoaddition des lumiegraveres rouge verte et bleue donne du blanc Cela srsquoappelle le modegravele trichromique

d) A lrsquoaide de couleurs scheacutematise ci-shydessous les superpositions observeacutees sur lrsquoeacutecran

blanc

Activiteacute 23 Et comment obtenir drsquo‛autres couleurs 1) Tu as vu lors de lrsquoactiviteacute preacuteceacutedente que si lrsquoon superpose trois lumiegraveres de couleurs

RVB on perccediloit du blanc Mais de quelle maniegravere peut-shyon percevoir nrsquoimporte quelle

autre couleur

Familiarise-shytoi avec le logiciel en ligne suivant

httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additive

htm

Puis reacuteponds aux questions suivantes

Par quelles manipulations obtiens-shytu du orange (selon eacutelegraveves)

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du rose (selon eacutelegraveves)

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du vert olive (selon eacutelegraveves)

______________________________________________________________________

Que constates-shytu

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

Un jeu de dosage entre les trois couleurs RVB permet drsquoobtenir toutes les diffeacuterentes

couleurs imaginables Les trois lumiegraveres superposeacutees et en dosage eacutequivalent donnent

une lumiegravere blanche crsquoest agrave dire la totaliteacute des couleurs On appelle cela la synthegravese additive

2) Chaque groupe a agrave sa disposition un microscope Deacutepose un smartphone allumeacute

eacutecran vers le haut sous lrsquoobjectif Vise une zone blanche de lrsquoeacutecran puis regravegle la netteteacute

Qursquoobserves-shytu

Observations

(Preacutesences de pixels lumiegraveres RVB)

Comment expliques-shytu ce pheacutenomegravene

(synthegravese effectueacutee par le cerveau)

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 3 Que devient la lumiegravere lorsqursquo‛elle traverse un filtre

Activiteacute 31 les lumiegraveres et filtres coloreacutes

Tu as appris lors du dernier cours que lrsquo‛on pouvait ldquoadditionnerrdquo des lumiegraveres coloreacutees

pour obtenir de nouvelles couleurs Nous pouvons modeacuteliser la lumiegravere blanche ainsi

Nous allons deacutecouvrir aujourdrsquo‛hui comment on peut ldquosoustrairerdquo des lumiegraveres coloreacutees

1) Lrsquo‛enseignant a installeacute trois filtres de couleur un rouge un vert un bleu ainsi qursquo‛un

eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-dessous

Image MER

Quelle couleur va-t-on observer sur lrsquo‛eacutecran si lrsquo‛on allume un par un les projecteurs

Remplis le tableau ci-dessous premiegraverement avec tes hypothegraveses concernant la couleur

obtenue sur lrsquo‛eacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Filtre traverseacute par la

lumiegravere blanche

Couleur obtenue ton

hypothegravese

Couleur observeacutee

Filtre bleu

Filtre rouge

Filtre vert

2) Selon toi quel est le rocircle du filtre coloreacute

_______________________________________________________________

3) Repreacutesente par un scheacutema le passage drsquo‛une lumiegravere blanche agrave travers un filtre rouge

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

4) Et quelle couleur observera-t-on si la lumiegravere blanche passe agrave travers un filtre rouge

puis agrave travers un filtre bleu Formule une hypothegravese puis applique ton modegravele

Hypothegravese __________________________________

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

Activiteacute 32 Qursquo‛obtient-on avec drsquo‛autres filtres

a) Tu disposes maintenant drsquo‛une lampe diffusant de la lumiegravere blanche et de filtres

cyan magenta et jaune Manipule-les les uns apregraves les autres puis en les superposant

pour deacutecouvrir leurs effets sur la lumiegravere blanche

b) A lrsquo‛aide de couleurs et en trsquo‛appuyant sur tes observations scheacutematise ci-dessous

lrsquo‛action des filtres sur une lumiegravere blanche

Activiteacute 33 Deux synthegraveses Similitudes et diffeacuterences

a) Utilise ce logiciel pour comparer les synthegraveses additive et soustractive

httpwwwostralonet3_animationsswfsynthese_couleursswf

a) Quelles similitudes observes-tu entre les synthegraveses additive et soustractive

________________________________________________________________

d) Et quelles diffeacuterences

_______________________________________________________________

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 3 Que devient la lumiegravere lorsqursquo‛elle traverse un filtre

(corrigeacute)

Activiteacute 31 les lumiegraveres et filtres coloreacutes

Tu as appris lors du dernier cours que lrsquo‛on pouvait ldquoadditionnerrdquo des lumiegraveres coloreacutees

pour obtenir de nouvelles couleurs Nous pouvons modeacuteliser la lumiegravere blanche ainsi

Nous allons deacutecouvrir aujourdrsquo‛hui comment on peut ldquosoustrairerdquo des lumiegraveres coloreacutees

1) Lrsquo‛enseignant a installeacute trois filtres de couleur un rouge un vert un bleu ainsi qursquo‛un

eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-dessous

Image MER

Quelle couleur va-t-on observer sur lrsquo‛eacutecran si lrsquo‛on allume un par un les projecteurs

Remplis le tableau ci-dessous premiegraverement avec tes hypothegraveses concernant la couleur

obtenue sur lrsquo‛eacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Filtre traverseacute par la

lumiegravere blanche

Couleur obtenue ton

hypothegravese

Couleur observeacutee

Filtre bleu bleu

Filtre rouge rouge

Filtre vert vert

2) Selon toi quel est le rocircle du filtre coloreacute

_______________________________________________________________

Un filtre coloreacute ne transmet que les rayons de sa couleur et absorbe les autres

3) Repreacutesente par un scheacutema le passage drsquo‛une lumiegravere blanche agrave travers un filtre rouge

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

4) Et quelle couleur observera-t-on si la lumiegravere blanche passe agrave travers un filtre rouge

puis agrave travers un filtre bleu Formule une hypothegravese puis applique ton modegravele

Hypothegravese __________________________________

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

Activiteacute 32 Qursquo‛obtient-on avec drsquo‛autres filtres

a) Tu disposes maintenant drsquo‛une lampe diffusant de la lumiegravere blanche et de filtres

cyan magenta et jaune Manipule-les les uns apregraves les autres puis en les superposant

pour deacutecouvrir leurs effets sur la lumiegravere blanche

b) A lrsquo‛aide de couleurs et en trsquo‛appuyant sur tes observations scheacutematise ci-dessous

lrsquo‛action des filtres sur une lumiegravere blanche

Pex 1 Magenta 2 Jaune 3 Cyan 4 Rouge 5 Vert 6 Bleu 7 Noir

Activiteacute 33 Deux synthegraveses Similitudes et diffeacuterences

a) Utilise ce logiciel pour comparer les synthegraveses additive et soustractive

httpwwwostralonet3_animationsswfsynthese_couleursswf

a) Quelles similitudes observes-tu entre les synthegraveses additive et soustractive

________________________________________________________________

Les mecircmes triplets de couleurs sont preacutesents dans les deux synthegraveses (RVB - CMJ)

d) Et quelles diffeacuterences

________________________________________________________________

1 Les couleurs primaires de lrsquo‛un sont les couleurs compleacutementaires de lrsquo‛autre

2 Lrsquo‛addition des lumiegraveres coloreacutees rouge verte et bleue donne du blanc la

soustraction totale par des filtres cyan magenta et jaune donne du noir

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 4 Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Rappel

1 Nous pouvons reacutesumer la composition de la lumiegravere blanche aux 3 couleurs primaires le rouge le vert et le bleu Ce sont des couleurs qui ne peuvent pas ecirctre creacuteeacutees Ce sont elles qui composent les autres couleurs Crsquo‛est agrave dire qursquo‛en les meacutelangeant on peut obtenir les autres couleurs le cyan est composeacute du bleu et du vert le magenta est composeacute du bleu et du rouge et le jaune est composeacute du vert et du rouge

Theacuteorie

Le sujet que nous allons traiter aujourdrsquo‛hui concerne la couleur de lrsquo‛objet Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Formule une hypothegravese ____________________________________________

Observe la photo projeteacutee par lrsquo‛enseignant

Que retiens-tu de cette photo _______________________________________________________________ La lumiegravere coloreacutee qui est refleacuteteacutee par un objet correspond agrave la lumiegravere non absorbeacutee

Ici toutes les lumiegraveres coloreacutees sont absorbeacutees sauf le bleu qui lui est refleacuteteacute La couleur propre de lrsquo‛objet sera le bleu

En effet un objet absorbe ou reflegravete diffeacuterentes lumiegraveres coloreacutees Crsquo‛est cette lumiegravere coloreacutee refleacuteteacutee que nous verrons

Activiteacute 41

Reacuteponds agrave ces diffeacuterentes questions dans le tableau ci-dessous De quelle couleur verras-tu cet objet Confronte ton ideacutee avec ton voisin De quelle couleur le vois-tu reacuteellement

Couleur de lrsquo‛objet

Couleur de la lumiegravere

Hypothegravese formuleacutee

Observation

rouge Magenta

cyan Vert

jaune Bleu

Par quel pheacutenomegravene peut-on observer ce changement de couleur ___________________________________

Quelle deacuteductions peux-tu faire _________________________________________________________________

Activiteacute 42

Marche agrave suivre

1 Eacutecris sur une feuille blanche le nom des 2 couleurs que ton enseignant te donne avec la peinture qui y correspond

2 Pendant que ces mots segravechent remplis les colonnes ldquocouleur du mot 1rdquo et ldquocouleur du mot 2rdquo et ldquocouleur de la feuillerdquo agrave la lumiegravere blanche

3 Formule tes hypothegraveses note-les au crayon agrave papier en petit 4 Eacuteclaire tes mots agrave lrsquo‛aide de lumiegraveres coloreacutees 5 Note tes observations

Lumiegravere coloreacutee

Couleur du mot 1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur du mot 2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur de la feuille helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Blanche

Rouge

Verte

Bleue

Magenta

Cyan

Jaune

Activiteacute 43

Tu observes un drapeau eacuteclaireacute par une lumiegravere blanche Puis tu observes ce mecircme drapeau eacuteclaireacute par deux lumiegraveres coloreacutees diffeacuterentes Trouve la lumiegravere coloreacutee utiliseacutee dans chaque cas et justifie ta reacuteponse par la modeacutelisation vue preacuteceacutedemment

Lumiegravere blanche Lumiegravere coloreacutee 1 Lumiegravere coloreacutee 2

De quelle couleur est la premiegravere lumiegravere coloreacutee ___________________________

Modeacutelisation 1

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________

Modeacutelisation 2

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 4 Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur (corrigeacute) Rappel

2 Nous pouvons reacutesumer la composition de la lumiegravere blanche aux 3 couleurs primaires le rouge le vert et le bleu Ce sont des couleurs qui ne peuvent pas ecirctre creacuteeacutees Ce sont elles qui composent les autres couleurs Crsquo‛est agrave dire qursquo‛en les meacutelangeant on peut obtenir les autres couleurs le cyan est composeacute du bleu et du vert le magenta est composeacute du bleu et du rouge et le jaune est composeacute du vert et du rouge

Theacuteorie

Le sujet que nous allons traiter aujourdrsquo‛hui concerne la couleur de lrsquo‛objet Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Formule une hypothegravese ____________________________________________ Projeter cette image elle napparaicirct pas dans le cours de lrsquo‛eacutelegraveve

Que retiens-tu de cette photo _______________________________________________________________ La lumiegravere coloreacutee qui est refleacuteteacutee par un objet correspond agrave la lumiegravere non absorbeacutee

Ici toutes les lumiegraveres coloreacutees sont absorbeacutees sauf le bleu qui lui est refleacuteteacute La couleur propre de lrsquo‛objet sera le bleu

En effet un objet absorbe ou reflegravete diffeacuterentes lumiegraveres coloreacutees Crsquo‛est cette lumiegravere coloreacutee refleacuteteacutee que nous verrons

Activiteacute 41

Reacuteponds agrave ces diffeacuterentes questions dans le tableau ci-dessous De quelle couleur penses-tu que tu verras cet objet Confronte ton ideacutee avec ton voisin De quelle couleur le vois-tu reacuteellement

Couleur de lrsquo‛objet

Couleur de la lumiegravere

Hypothegravese formuleacutee

Observation

rouge Magenta (rouge)

cyan Vert (vert)

jaune Bleu (noir)

Par quel pheacutenomegravene peut-on observer ce changement de couleur ___________________________________ (synthegravese soustractive)

Quelle deacuteductions peux-tu faire (fonctionne comme un filtre) _________________________________________________________________

Activiteacute 42

Marche agrave suivre

6 Eacutecris sur une feuille blanche le nom des 2 couleurs que ton enseignant te donne avec la peinture qui y correspond

7 Pendant que ces mots segravechent remplis les colonnes ldquocouleur du mot 1rdquo et ldquocouleur du mot 2rdquo et ldquocouleur de la feuillerdquo agrave la lumiegravere blanche

8 Formule tes hypothegraveses note-les au crayon agrave papier en petit 9 Eacuteclaire tes mots agrave lrsquo‛aide de lumiegraveres coloreacutees 10 Note tes observations

Lumiegravere coloreacutee

Couleur du mot 1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur du mot 2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur de la feuille helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Blanche

Rouge

Verte

Bleue

Magenta

Cyan

Jaune

Activiteacute 43

Tu observes un drapeau eacuteclaireacute par une lumiegravere blanche Puis tu observes ce mecircme drapeau eacuteclaireacute par deux lumiegraveres coloreacutees diffeacuterentes Trouve la lumiegravere coloreacutee utiliseacutee dans chaque cas et justifie ta reacuteponse par la modeacutelisation vue preacuteceacutedemment

Lumiegravere blanche Lumiegravere coloreacutee 1 Lumiegravere coloreacutee 2

De quelle couleur est la premiegravere lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Bleu)

Modeacutelisation 1

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Vert)

Modeacutelisation 2

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Fiches de synthegravese Les couleurs Activiteacute 2 Reacutesumeacute theacuteorique pour les eacutelegraveves Le modegravele trichromique et la synthegravese additive des couleurs La couleur nrsquo‛existe pas sans lumiegravere et lrsquo‛on peut dire que lrsquo‛on perccediloit le monde gracircce aux meacutelanges de ces couleurs qui correspondent aux diffeacuterentes composantes de la lumiegravere Lorsque lrsquo‛on parle de la perception des couleurs on srsquo‛aperccediloit que seules trois lumiegraveres primaires de couleurs rouge vert et bleu sont neacutecessaires pour obtenir la sensation de toutes les autres couleurs Cette maniegravere de modeacuteliser la perception des couleurs est ce qursquo‛on appelle le modegravele trichromique (lsquorsquo‛trois couleursrsquo‛rsquo‛) Dans cette repreacutesentation toutes les autres lumiegraveres coloreacutees sont perccedilues par superposition des trois lumiegraveres rouge verte et bleue La superposition simultaneacutee et en dosage identique des trois couleurs donne de la lumiegravere blanche Le noir correspond agrave une absence de lumiegravere

Illustration du modegravele

Image MER

Lrsquo‛image montre trois projecteurs de lumiegraveres rouge verte et bleue eacuteclairant une table blanche Si les trois couleurs sont projeteacutees en intensiteacute identique nous obtenons par superposition trois autres couleurs le cyan le magenta et le jaune Les couleurs primaires et les couleurs obtenues sont codeacutees sur lrsquo‛image puis reacutecapituleacutees dans le tableau ci-dessous

Image MER

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Si nous modifions le dosage des couleurs eacuteleacutementaires il est possible drsquo‛obtenir toutes les couleurs imaginables Le pheacutenomegravene de perception des couleurs par superposition des trois couleurs primaires se nomme synthegravese additive les couleurs sont additionneacutees entre elles pour permettre la synthegravese drsquo‛autres couleurs

Drsquo‛ailleurs si lrsquo‛on observe au microscope un eacutecran blanc de smartphone ou drsquo‛ordinateur on remarque qursquo‛il est en fait constitueacute drsquo‛un grand nombre de minuscules rectangles de lumiegraveres rouge verte et bleue (voir image ci-contre) Crsquo‛est justement par un jeu de dosage de chacune de ces lumiegraveres que lrsquo‛on perccediloit les diffeacuterentes couleurs sur nos eacutecrans

Pourquoi un modegravele sur trois couleurs La raison pour laquelle les scientifiques ont construit ce modegravele sur trois couleurs est directement lieacutee agrave la structure de notre œil En effet ce dernier contient des cellules sensibles agrave la lumiegravere que lrsquo‛on appelle cocircnes et bacirctonnets Alors que les bacirctonnets perccediloivent les intensiteacutes de lumiegravere les cocircnes nous permettent de percevoir les couleurs Cependant ils ne sont sensibles qursquo‛agrave certaines composantes de la lumiegravere blanche celles correspondant justement aux couleurs rouge vert et bleu Lorsque lrsquo‛on regarde un objet notre cerveau analyse le dosage de chacune de ces composantes perccedilues par notre œil et en interpregravete ainsi la couleur de lrsquo‛objet

Qursquo‛est-ce que le daltonisme Certaines personnes preacutesentent une anomalie de la vision qui les empecircche de distinguer certaines couleurs Drsquo‛origine geacuteneacutetique ce trouble est ducirc agrave un dysfonctionnement des cocircnes preacutesents dans la reacutetine Bien que la plupart des personnes daltoniennes aient de la peine agrave distinguer le vert du rouge drsquo‛autres ne distinguent pas drsquo‛autres couleurs Dans certaines formes de daltonisme le monde est perccedilu par la personne atteinte en teintes de gris

Sciences naturelles Optique synthegravese soustractive et additive

La synthegravese additive est le proceacutedeacute gracircce

auquel en combinant les couleurs

___________ ___________ et ___________

on obtient du blanc

On la retrouve lorsque lrsquoon meacutelange des

lumiegraveres coloreacutees composeacutees de ces 3 couleurs

diffeacuterentes car les laquo additionner raquo donne la

lumiegravere blanche

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon exploite aujourdrsquohui

pour les teacuteleacuteviseurs ou tout eacutecran composeacute de

pixels

La synthegravese soustractive consiste agrave soustraire

les couleurs de la lumiegravere blanche (RVB) agrave

travers des filtres de couleurs ___________

___________ et ___________ qui absorbent la

totaliteacute des couleurs de la lumiegravere blanche pour

un rendu noir au final (absence de lumiegravere)

Lrsquo __________________ des 3 couleurs donne

le ____________

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon retrouve par exemple en

meacutelangeant de la peinture notamment en

imprimerie

Sciences naturelles Optique les filtres

Qursquoest-shyce qursquoun filtre coloreacute et comment fonctionne-shyt-shyil

Un filtre est un dispositif qui permet de filtrer la lumiegravere de laisser passer certains rayons

lumineux et drsquoen absorber drsquoautres

Pour savoir quelles lumiegravere coloreacutees le filtre laisse passer il faut lrsquoobserver agrave la lumiegravere

blanche

Le filtre laissera alors passer uniquement les rayons lumineux de sa couleur propre

Par exemple

Un filtre vert laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee verte

Un filtre magenta laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee magenta crsquoest agrave dire les rayons rouge et bleu

Pour connaicirctre la lumiegravere coloreacutee qui ldquosortrdquo du filtre il faut donc

deacutecomposer la lumiegravere qui arrive sur ce filtre et en soustraire les

rayons qui sont absorbeacutes par le filtre On se reacutefegravere alors au modegravele de

la synthegravese soustractive

Image httpswww123couleursfrboutique-shy1filtres-shycolorC3A9s

Tableau reacutecapitulatif

Sciences naturelles Optique les filtres

Modeacutelisation

Nous pouvons modeacuteliser lrsquoaction drsquoun filtre

1 Noter la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur le filtre

2 Deacutecomposer la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur filtre et la coder (en RVB)

3 Repreacutesenter le filtre et coder les rayons absorbeacutes par le filtre 4 Prolonger les rayons lumineux coloreacutes que le filtre laisse passer et les coder (en RVB)

5 Noter la lumiegravere coloreacutee qui sort du filtre

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre magenta sur la lumiegravere blanche

Lorsque plusieurs filtres sont superposeacutes ou aligneacutes il faut modeacuteliser lrsquoaction du premier filtre

sur la lumiegravere projeteacutee puis lrsquoaction du deuxiegraveme filtre sur la lumiegravere qui sort du premier filtre

etc

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre cyan puis drsquoun filtre vert sur la lumiegravere jaune

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

De quelle couleur apparaicirctra un objet de couleur eacuteclaireacute par une lumiegravere coloreacutee

Il y 3 cas

1) Un objet de couleur blanche renvoie toutes les couleurs il apparaicirctra de la couleur eacuteclaireacutee

2) Un objet de couleur noire absorbe toutes les couleurs Peu importe la couleur avec laquelle

lrsquoobjet est eacuteclaireacute lrsquoobjet apparaicirct de couleur noire

3) Pour un objet de couleur il suffit de deacutecomposer les couleurs secondaires par exemple

Jrsquoai un objet jaune

Je lui projette une lumiegravere magenta

Or jaune = rouge + vert

et magenta = bleu + rouge

Le rouge est commun au jaune et au magenta donc lrsquoobjet paraicirctra rouge

En revanche si la lumiegravere est bleue comme il nrsquoy a pas de bleu dans le jaune lrsquoobjet paraicirctra

noir

1

Tableau reacutecapitulatif

1 httpscommunitygoodgamestudioscombigfarmfrdiscussion51685langage-shy‐des-shy‐couleurs

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

Modegravele de reacuteponse

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

______

______

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

______

______

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation avec propositions

de reacuteponses)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

(rouge vert bleu Nous percevons les diffeacuterentes couleurs agrave partir de ces trois couleurs) ________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

(Explication relative aux cocircnes et bacirctonnets de lrsquo‛oeil)

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Corrigeacute vert bleu blanc cyan

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________ (vert)

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________ (bleu)

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________ (aucunenoir)

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

(selon modegravele eacutetudieacute)

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

(les deux selon que lrsquo‛on parle de synthegravese additive ou soustractive)

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

Bleu

______

Bleu

______

Noir

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________ (lumiegravere rouge)

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

Noir

______

Rouge

______

Rouge

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

(Bleu)

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

(selon modegravele eacutetudieacute)

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

(Explication citant la synthegravese soustractive et lrsquo‛effet des lumiegraveres coloreacutees

concerneacutees sur le haut du cambrioleur)

Evaluation - Analyse

Ce commentaire comprend les diffeacuterents objectifs eacutevalueacutes ainsi que ce qui est attendu

preacuteciseacutement des eacutelegraveves et les niveaux taxonomiques correspondants

Ce sont des pistes drsquo‛eacutevaluation qui sont ici proposeacutees non une eacutevaluation suivie

Exercice 1

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- Mettre en lien des notions theacuteoriques apprises en cours (cocircnes et

bacirctonnets de lrsquo‛oeil) avec drsquo‛autres (synthegravese additive)

Lrsquo‛eacutevaluation deacutebute par deux questions au niveau taxonomique peu eacuteleveacute La

premiegravere de lrsquo‛ordre de la compreacutehension demande aux eacutelegraveves de restituer une

connaissance de base agrave lrsquo‛aide de leurs propres mots La deuxiegraveme propose de

tester les connaissances theacuteoriques des eacutelegraveves en veacuterifiant que des liens entre

deux notions aient eacuteteacute faits

Exercice 2

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutedire la couleur perccedilue en fonction des meacutelanges de couleurs RVB

- deacutechiffrer un scheacutema et les codes de la repreacutesentation de la trajectoire

des lumiegraveres coloreacutees

Le deuxiegraveme exercice relegraveve du niveau taxonomique de lrsquo‛application car il

neacutecessite une compreacutehension de la maniegravere de repreacutesenter la lumiegravere (scheacutema de

la trajectoire rectiligne codes de couleurs RVB) et drsquo‛appliquer ce modegravele tout en

utilisant les connaissances des couleurs fondamentales et compleacutementaires de la

synthegravese additive

Exercice 3

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet drsquo‛un filtre sur une lumiegravere coloreacutee agrave lrsquo‛aide des codes

propres agrave lrsquo‛optique

Lrsquo‛exercice 3 relegraveve de lrsquo‛application car les eacutelegraveves se reacutefegraverent agrave la modeacutelisation

eacutetablie durant le cours et au diagramme de Venn de la synthegravese soustractive et

les adaptent aux items preacutesenteacutes

Exercice 4

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- mettre en perspective la distinction entre synthegravese additive et

soustractive en terme de lsquorsquo‛naturersquo‛rsquo‛ de la couleur (couleurs matiegraveres vs

couleurs lumiegraveres)

Cet exercice requiert des eacutelegraveves qursquo‛ils mobilisent leur faculteacute drsquo‛analyse (niveau

taxonomique plutocirct eacuteleveacute) pour expliquer les diffeacuterences entre les

repreacutesentations de la couleur en arts visuels et en physique Le but est qursquo‛ils

reconnaissent qursquo‛il srsquo‛agit dans le premier cas de la synthegravese soustractive et dans

le second cas de la synthegravese additive

Exercice 5

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutevoir la couleur perccedilue drsquo‛un objet en fonction des lumiegraveres coloreacutees

projeteacutees et coder le pheacutenomegravene

Les eacutelegraveves appliquent la modeacutelisation drsquo‛une lumiegravere coloreacutee sur un objet coloreacute

pour deacuteterminer la couleur perccedilue du drapeau franccedilais Cette question fait

reacutefeacuterence agrave un niveau taxonomique bas Puis ils trouvent la lumiegravere coloreacutee qui

permet de voir les deux drapeaux preacutesenteacutes de la mecircme couleur Ils trouveront

cette reacuteponse en modeacutelisant les lumiegraveres coloreacutees sur lrsquo‛objet de couleur

Plusieurs scheacutemas sont neacutecessaires pour trouver la reacuteponse Crsquo‛est une question

taxonomiquement haute qui demande aux eacutelegraveves de faire une synthegravese

Exercice 6

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet de la lumiegravere coloreacutee sur un objet et en deacuteduire la

couleur perccedilue

- justifier sa reacuteponse avec des mots en faisant la synthegravese des diffeacuterents

concepts vus dans la seacutequence de cours

Les eacutelegraveves doivent comprendre ce qursquo‛ils lisent et deacuteterminer la couleur propre du

haut du cambrioleur Cette question est taxonomiquement haute elle demande de

lrsquo‛analyse Puis ils justifient leur reacuteponse par le modegravele de lrsquo‛effet de la lumiegravere

coloreacutee sur un objet Cette question est drsquo‛un niveau taxonomique infeacuterieur

drsquo‛application Finalement ils deacuteterminent pourquoi la description de la jeune fille

ne correspond pas agrave la couleur propre en faisant le lien avec la synthegravese

soustractive demandant un niveau taxonomiquement tregraves eacuteleveacute la synthegravese

Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

4 Argumentation scientifique Nous avons choisi de construire notre seacutequence de cours de maniegravere agrave ce qursquoelle srsquoinscrive dans une deacutemarche constructiviste de type piageacutetienne Dans cette deacutemarche lrsquoenseignant anticipe les conceptions erroneacutees que les eacutelegraveves peuvent avoir puis eacutetablit une situation-shyproblegraveme permettant ideacutealement de deacuteconstruire ces repreacutesentations incomplegravetes puis finalement drsquoen construire de nouvelles plus justes Dans ce qui suit nous allons deacutefinir ces diffeacuterents concepts mis en eacutevidence puis expliciter la maniegravere dont nous les avons pris en compte dans notre planification

41 Les conceptions des eacutelegraveves et les situations-shyproblegravemes

411 Deacutefinitions Conception Selon Giordan et al (1994) une conception ou repreacutesentation peut ecirctre consideacutereacutee comme une ideacutee un objet ou un eacutevegravenement qui aide lrsquoeacutelegraveve agrave comprendre le monde qui lrsquoentoure Elle est le fruit de son expeacuterience personnelle dans laquelle il va puiser pour comprendre les nouveaux savoirs que lrsquoon va chercher agrave lui inculquer Elle peut ecirctre consideacutereacutee comme une connaissance ldquodeacutejagrave-shylagraverdquo acquise dans un certain contexte par lrsquoapprenant et qui peut ecirctre correcte ou erroneacutee Les mauvaises conceptions (ou misconception en anglais) peuvent donc ecirctre deacutecrites comme des ideacutees qui proviennent drsquoune mauvaise compreacutehension drsquoobjets ou eacutevegravenements Elles sont issues principalement de lrsquoenvironnement avec lequel lrsquoeacutelegraveve interagit et du contexte dans lequel il se situe mais elles deacutecoulent eacutegalement des systegravemes seacutemiotiques mis en oeuvre Ces derniers sont abordeacutes plus en deacutetail dans ce qui suit Seacutemiologie En seacutemiologie (lrsquoeacutetude des systegravemes de signes) une repreacutesentation (ou un signe) est double elle est doteacutee drsquoun signifiant et drsquoun signifieacute (de Saussure 1916) Le signifiant qui fait lrsquoobjet de la seacutemiologie deacutesigne la forme et laspect du signe tandis que le signifieacute eacutetudieacute dans le cadre de la seacutemantique deacutesigne le concept eacutevoqueacute par le signe A partir du moment ougrave le signe possegravede plusieurs signifieacutes il devient symbole et crsquoest ainsi que les incompreacutehensions peuvent survenir Selon R Duval (1995) le concept de laquo registre seacutemiotique raquo permet de distinguer les repreacutesentations qui relegravevent de diffeacuterents registres ou types visuels numeacuteriques graphiques symboliques formels scheacutematiques etc En didactique ce concept est fondamental car les diffeacuterences de registre au sein drsquoune mecircme repreacutesentation ou drsquoun

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

modegravele peut induire des difficulteacutes de lecture Ils risquent drsquoajouter des difficulteacutes suppleacutementaires en empecircchant les eacutelegraveves de se focaliser sur le problegraveme poseacute par lrsquoactiviteacute et les menant agrave formuler des conclusions diffeacuterentes de celles attendues par lrsquoenseignant Crsquoest pour cela qursquoun choix pertinent de registre seacutemiotique facilite la compreacutehension du concept introduit Dans notre cours un exemple typique que nous pouvons donner est la forte ressemblance des diagrammes de Venn pour les synthegraveses additive et soustractive Dans les deux modegraveles les diagrammes sont communeacutement scheacutematiseacutes sous forme circulaire De plus bien que inverseacutees au niveau de leurs superpositions les mecircmes couleurs sont repreacutesenteacutees dans les deux diagrammes Ces similitudes peuvent rendre la diffeacuterenciation complexe pour les eacutelegraveves Crsquoest pourquoi nous avons estimeacute important drsquoapporter un changement agrave la repreacutesentation de ces diagrammes Ainsi dans lrsquoune de nos fiches de synthegravese nous avons preacutefeacutereacute utiliser des formes rectangulaires plutocirct que circulaires pour repreacutesenter la synthegravese soustractive car cette forme eacutevoque plus fortement le filtre et ainsi lrsquoabsorption de la lumiegravere Cadre de rationaliteacute origine des conceptions En srsquoappuyant sur les travaux de R Douady (1984) A Lerouge (1992) deacutefinit laquo un cadre de rationaliteacuteraquo comme laquoun ensemble coheacuterent de fonctionnement de la penseacuteeraquo caracteacuteriseacute principalement par les composantes suivantes

1 Les objets du cadre dans notre cas il peut srsquoagir de peinture de feuille de papier de lampes de poche de filtres etc

2 Le type de processus de conceptualisation Dans un cadre scientifique il peut srsquoagir drsquoun processus par modeacutelisation ou par expeacuterimentation par exemple

3 Les registres seacutemiotiques que nous avons traiteacutes plus haut Les conceptions des eacutelegraveves et les conflits de perceptions en reacutesultant sont issus des diffeacuterents cadres de rationaliteacute dans lesquels ils eacutevoluent Ce sont les cadres familiers (personnel) et culturels (eacutecole) qui sont responsable de ces conceptions et repreacutesentations mentales tantocirct concourantes tantocirct inexistantes voire erroneacutees Elles se manifestent principalement agrave travers la seacutemiotique Les eacutelegraveves eacuteprouvent de la difficulteacute agrave repreacutesenter des objets issus de registres seacutemiotiques diffeacuterents ou encore agrave simplement les reconnaicirctre Dans le contexte de notre seacutequence sur les couleurs ces cadres de rationaliteacute sont centraux En effet crsquoest dans son quotidien et donc dans son cadre familier que lrsquoeacutelegraveve va deacutecouvrir la notion de couleur notamment par le biais de la peinture ou drsquoobservation drsquoarc-shyen-shyciel Cette deacutecouverte qui a souvent lieu tregraves tocirct dans la vie de lrsquoenfant ne fera pourtant pas pour autant lrsquoobjet de questionnement sur le pheacutenomegravene de perception des couleurs La notion de cadre culturel ou scolaire quand agrave elle peut ecirctre eacutetendue dans notre cas agrave deux sous-shycateacutegories de cadres culturels diffeacuterents qui vont ecirctre agrave lrsquoorigine de conceptions erroneacutees ou incomplegravetes Premiegraverement il y a le cadre que nous appelons laquo arts visuelsraquo et qui a ses propres regravegles de rationaliteacutes Les cours de dessin ou drsquoactiviteacutes creacuteatrices en sont de parfaits exemples car crsquoest dans ce cadre que les eacutelegraveves vont premiegraverement aborder la

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

theacutematique des couleurs primaires et de leurs meacutelanges Mais cette theacutematique est eacutegalement abordeacutee dans le cadre laquophysiqueraquo agrave travers les expeacuteriences de deacutecomposition de la lumiegravere ou de superposition de lumiegraveres coloreacutees Ainsi nous retrouvons trois cadres de rationaliteacute concourants (familier physique arts visuels) dans lesquels les eacutelegraveves eacutevoluent et qui engendrent indubitablement des conceptions erroneacutees sur la lumiegravere et les couleurs puisque les eacutelegraveves ne sont pas ameneacutes agrave les diffeacuterencier dans chacun des cadres Et comme la communication entre les diffeacuterents cadres nrsquoest pas eacutetablie le lien agrave faire entre les diffeacuterentes conceptions issues de ces cadres est agrave la charge de lrsquoeacutelegraveve ce qui repreacutesente une lourde responsabiliteacute dans son apprentissage Astolfi (2008) appelle eacutegalement ces conceptions issues de diffeacuterents cadres des ldquotrames conceptuelles rdquoqui peuvent ecirctre deacutefinies comme ldquoun ensemble de concepts-shycleacutes propres agrave un domaine et logiquement hieacuterarchiseacutes entre eux qui structurent les disciplines et engendrent des situations-shyproblegravemesrdquo Mais encore on verra eacutemerger des problegravemes de contrat didactique dans chacun des cadres lrsquoeacutelegraveve va tenter de donner une reacuteponse qui va satisfaire lrsquoenseignant sans pour autant ecirctre ameneacute agrave confronter ses conceptions

Situation-shyproblegraveme Pour de Vecchi (2006) une situation-shyproblegraveme est une activiteacute qui consiste agrave mettre lrsquoeacutelegraveve dans une situation ougrave il va ecirctre ameneacute agrave eacutelaborer des strateacutegies de reacutesolution de problegraveme Lrsquoun des points cleacutes des situations-shyproblegravemes est qursquoelles eacutetablissent un lien eacutetroit entre les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves En drsquoautres termes une situation-shyproblegraveme est construite de telle sorte que les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave remettre en question des repreacutesentations actuelles qui srsquoavegraverent erroneacutees agrave les deacuteconstruire pour en construire de nouvelles Ainsi dans une deacutemarche de type constructiviste lrsquoeacutelegraveve construit son savoir en renversant ses anciennes conceptions Une situation-shyproblegraveme nrsquoest donc pas une deacutemarche ponctuelle dans laquelle lrsquoeacutelegraveve devra reacutesoudre une liste drsquoexercices teacuteleacuteguideacutee par lrsquoenseignant Ce qui justifie lrsquoefficaciteacute des situations problegravemes est qursquo laquoapprendreraquo ne consiste pas agrave cumuler les savoirs mais agrave en construire et agrave en deacuteconstruire

Une situation-shyproblegraveme doit comprendre plusieurs eacuteleacutements

-shy Un objectif-shyobstacle Pour Meirieu (1987) un objectif-shyobstacle est ldquoun objectif dont lrsquoacquisition permet au sujet de franchir un palier deacutecisif de progression en modifiant son systegraveme de repreacutesentation et en le faisant acceacuteder un niveau supeacuterieur de formulation rdquo Dans notre cas lrsquoeacutelegraveve pense que tous les meacutelanges de 3 couleurs primaires (de peinture ou de lumiegravere) vont donner le mecircme reacutesultat La distinction entre synthegraveses additive et soustractive nrsquoest pas connue des eacutelegraveves De plus projeter de la lumiegravere monochromatique sur un objet drsquoune certaine couleur ne donne pas toujours la mecircme couleur Lrsquoexemple avec le drapeau (activiteacute 4) est parlant

-shy Une situation centreacutee sur cet obstacle prenant en compte une deacutemarche expeacuterimentale ou une deacutemarche de modeacutelisation Dans notre cours les deux deacutemarches sont mises en oeuvre mais notre deacutemarche principale est la modeacutelisation Les eacutelegraveves vont effectivement ecirctre ameneacutes agrave eacutemettre des hypothegraveses manipuler reacutecolter des reacutesultats et les confronter agrave

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

leurs hypothegraveses mais il srsquoagit surtout drsquoune deacutemarche de modeacutelisation car les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave creacuteer des scheacutemas dans plusieurs exercices

-shy Une probleacutematisation et la deacutevolution on probleacutematise la conception erroneacutee en introduisant une situation-shyproblegraveme crsquoest-shyagrave-shydire qursquoon construit un problegraveme centreacute sur lrsquoobstacle La surprise face agrave une situation incoheacuterente va intriguer lrsquoeacutelegraveve exciter sa motivation et le pousser agrave vouloir srsquoimpliquer dans le problegraveme ce qui va aider sa deacutevolution Brousseau (1998) qualifie la notion de deacutevolution par le ldquo processus par lequel lenseignant parvient agrave placer leacutelegraveve comme simple actant dans une situation a-shydidactique (agrave modegravele non didactique) Il cherche par lagrave agrave ce que lrsquoaction de lrsquoeacutelegraveve ne soit produite et justifieacutee que par les neacutecessiteacutes du milieu et par ses connaissances et non par lrsquointerpreacutetation des proceacutedeacutes didactiques du professeurrdquo Pour enrocircler les eacutelegraveves et les aider agrave identifier la probleacutematique en met on place une situation deacuteclenchante Dans notre cas lrsquoexemple avec le meacutelange de peinture et de lumiegraveres coloreacutees est un parfait exemple de situation deacuteclenchante car les eacutelegraveves ne sattendent probablement pas par exemple agrave ce que le meacutelange de vert et bleu donne du cyan ou encore qursquoon perccediloive un citron noir lorsque lrsquoon projette de la lumiegravere bleue sur ce celui-shyci

412 La prise en compte des conceptions des eacutelegraveves dans notre seacutequence La theacutematique de la lumiegravere et des couleurs est complexe et comprend de nombreux concepts difficiles agrave assimiler En effet bon nombre de personnes ont des repreacutesentations erroneacutees qui peuvent rester profondeacutement ancreacutees Parmi les conceptions erroneacutees les plus communes on retrouve selon le site internet des MER

La lumiegravere blanche est sans couleur pure quand la lumiegravere blanche passe dans un prisme ou traverse un filtre de la couleur lui est ajouteacutee

La lumiegravere blanche nous permet de voir la vraie couleur des objets laquoMa feuille est blanche parce que je nai pas ajouteacute dautres couleurs agrave celle-shyciraquo

Les couleurs sont lieacutees agrave des proprieacuteteacutes de lrsquoobjet exclusivement sans reacutefeacuterence agrave la lumiegravere qui eacuteclaire lrsquoobjet Ne dit-shyon pas quun pull est rouge

Confusion entre les couleurs primaires en couleur peinture et en couleur lumiegravere

Dans notre planification nous avons anticipeacute ces conceptions et avons construit notre cours de maniegravere agrave ce qursquoelles soient mises en eacutevidence le plus tocirct possible afin de tenter de les deacuteconstruire agrave travers nos activiteacutes

Ainsi degraves deacutebut de lrsquoactiviteacute 2 les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave une situation-shyproblegraveme dans laquelle ils comprennent qursquoil existe une contradiction entre leur conception de deacutepart sur les meacutelanges de couleurs (issue de leurs cadres de rationaliteacute familier et scolaire lsquorsquoart visuelrsquorsquo) et leurs observations (nouveau cadre lsquorsquophysiquersquorsquo) Crsquoest sur la base de ce conflit cognitif que les diffeacuterentes notions de la seacutequence pourront ecirctre abordeacutees Les autres conceptions sont mises en eacutevidence puis deacuteconstruites agrave travers les diffeacuterentes activiteacutes Par exemple les

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

activiteacutes du chapitre 3 permettent de montrer que la lumiegravere blanche nrsquoest pas pure mais qursquoelle est composeacutee de toutes les couleurs et ce gracircce agrave lrsquoobservation des objets agrave la lumiegravere blanche puis agrave travers un filtre

De plus lrsquoactiviteacute 3 srsquoarticule autour drsquoune conception erroneacutee repeacutereacutee dans certaines classes Bon nombre drsquoeacutelegraveves eacutetaient persuadeacutes qursquoun filtre ne laissait pas passer les lumiegraveres de sa couleur propre car crsquoest la couleur dont est perccedilue le filtre Un conflit cognitif est alors provoqueacute afin de deacuteconstruire cette conception les eacutelegraveves observent que la lumiegravere coloreacutee nrsquoest pas absorbeacutee par le filtre mais qursquoelle se propage bien jusqursquoagrave lrsquoeacutecran blanc

En introduction de lrsquoactiviteacute 4 une nouvelle situation-shyproblegraveme est preacutesenteacutee par le biais drsquoune image montrant que la couleur drsquoun objet peut varier en fonction de la lumiegravere coloreacutee par laquelle il est eacuteclaireacute Elle servira agrave provoquer un conflit cognitif chez les eacutelegraveves car cette situation intervient apregraves une phase drsquohypothegravese reacutepondant agrave la question suivante un objet peut-shyil avoir diffeacuterentes couleurs La reacuteponse donneacutee par lrsquoimage contredira probablement lrsquohypothegravese preacuteceacutedemment formuleacutee et devrait susciter de la curiositeacute chez lrsquoeacutelegraveve et lui donner lrsquoenvie de comprendre le pheacutenomegravene Nous deacutemontrons ensuite tout au long de lrsquoactiviteacute 4 sur les lumiegraveres coloreacutees que crsquoest le pheacutenomegravene drsquoabsorption et de reacuteflection de la lumiegravere qui nous permet de voir la couleur des objets et non pas la lumiegravere blanche Crsquoest donc par le biais de ces deacuteconstructions successives de conceptions que lrsquoenseignant peut guider les eacutelegraveves sur la voie de la reacutesolution du problegraveme de lrsquoorigine de ces contradictions dans le but drsquoeacutetablir le lien entre les diffeacuterents cadres de rationaliteacute

42 Modeacutelisation

421 Deacutefinition

Un modegravele est communeacutement deacutefini comme un objet ou un concept qui va permettre de repreacutesenter la reacutealiteacute de diffeacuterentes maniegraveres Bunge (1974) ou encore Martinand (1994) le deacutefinissent eacutegalement comme un moyen permettant de mettre en relation le monde theacuteorique avec le monde empirique Il peut ecirctre consideacutereacute en quelque sorte comme un monde intermeacutediaire ou une sorte de lunette conceptuelle (Halloun 2004) qui va permettre drsquoobserver des pheacutenomegravenes naturels Un modegravele ne constitue pas la reacutealiteacute mais la repreacutesente en simplifiant certains de ses aspects ce qui peut causer des conflits pour les repreacutesentations cognitives chez lrsquoeacutelegraveve

422 La modeacutelisation dans notre seacutequence Dans notre planification la modeacutelisation est centrale afin de conceptualiser des pheacutenomegravenes complexes comme la composition de la lumiegravere et la perception des couleurs Elle est lrsquooutil qui permet drsquoamener les eacutelegraveves agrave se faccedilonner une repreacutesentation de la deacutecomposition de la lumiegravere blanche de labsorption de la lumiegravere agrave travers les filtres et des synthegraveses additive et soustractive des couleurs

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

De plus elle constitue un objectif de formation meacutethodologique qui va de pair avec toute formation scientifique Crsquoest pourquoi nous avons inclus la modeacutelisation dans les objectifs drsquoapprentissage Dans la terminologie du PER la modeacutelisation correspond agrave lrsquoobjectif geacuteneacuteral MSN37

bull MSN 1525 mdash Modeacuteliser des pheacutenomegravenes naturels techniques sociaux ou des situations matheacutematiques

bull en imaginant et en utilisant divers outils de repreacutesentation (codes scheacutemas graphiques tableauxhellip)

Lrsquoactiviteacute 2 propose aux eacutelegraveves de reporter les couleurs observeacutees sur trois cercles superposeacutes En les coloriant les eacutelegraveves reacutealisent en reacutealiteacute une forme simple de modeacutelisation par un diagramme de Venn de la synthegravese additive Il nous a sembleacute pertinent drsquointroduire ce scheacutema de cette maniegravere car ainsi les eacutelegraveves comprennent reacuteellement qursquoil correspond agrave la lumiegravere projeteacutee et superposeacutee sur un eacutecran En derniegravere partie drsquoactiviteacute les eacutelegraveves se familiarisent avec un logiciel de modeacutelisation de la synthegravese additive 3

Lrsquoutilisation drsquoun modegravele dans ce cas est indispensable pour des raisons pratiques Il serait en effet tregraves difficile de faire des observations similaires avec un dispositif reacuteel constitueacute de projecteurs et drsquoun eacutecran comme dans la premiegravere partie drsquoactiviteacute Nous avons veilleacute agrave choisir un logiciel simple drsquousage sur lequel seules deux manipulations sont possibles allumereacuteteindre les projecteurs et varier leurs intensiteacutes Ainsi il est possible pour les eacutelegraveves de faire rapidement et sans difficulteacutes de lrsquoordre du registre seacutemiotique la deacuteduction attendue les diffeacuterentes couleurs srsquoobtiennent par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

Dans lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves sont ameneacutes agrave modeacuteliser lrsquoeffet drsquoun filtre sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee Ils ancrent ainsi le fonctionnement drsquoun filtre dans leur apprentissage et deacuteveloppent une meacutethodologie systeacutematique dans la reacutesolution de problegravemes mettant en scegravene des filtres Gracircce au modegravele deacuteveloppeacute les eacutelegraveves deacuteconstruisent deacutefinitivement leur eacuteventuelle conception erroneacutee selon laquelle un filtre absorberait sa propre couleur Lrsquoactiviteacute 43 a pour but que les eacutelegraveves modeacutelisent les pheacutenomegravenes de reacutefraction et drsquoabsorption en justifiant leur reacuteponse par un modegravele de reacuteponse Ce dernier comprend les couleurs RVB qui se reflegravetent ou qui sont absorbeacutees par une surface Ainsi lrsquoeacutelegraveve peut trouver une meacutethode systeacutematique de reacuteponse en testant les diffeacuterentes couleurs Gracircce agrave cette modeacutelisation et agrave celle de lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves comprennent que les fonctionnements des filtres et des lumiegraveres coloreacutees sont fondeacutes sur le mecircme principe

3(httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

43 Deacutemarche expeacuterimentale

431 Deacutefinition Pour de Vecchi il est important de ne pas confondre les notions lieacutees agrave lrsquoexpeacuterimental qui sont les suivantes

-shy Une deacutemarche scientifique nrsquoest pas exclusive au domaine des sciences expeacuterimentales mais peut aussi ecirctre mobiliseacutee dans les sciences humaines socialeshellip Elle utilise drsquoautres outils que lrsquoexpeacuterimentale Toute recherche digne de ce nom est de nature scientifique

-shy La meacutethode expeacuterimentale eacutequivaut plutocirct agrave un plan agrave suivre un mode drsquoemploi ou agrave une marche agrave suivre qui suit un ordre strict que lrsquoon peut aussi appeler protocole Par exemple parmi les plus ceacutelegravebres protocoles nous retrouvons celui de Claude Bernard (1865) que lrsquoon abregravege par les initiales OHERIC qui correspondent agrave observation hypothegravese expeacuterience reacutesultats interpreacutetation et conclusion De maniegravere geacuteneacuterale il srsquoagit du protocole caricatural que lrsquoon emploie le plus souvent dans les salles de classes

-shy Une deacutemarche expeacuterimentale est une approche plus reacutealiste moins stricte et integravegre

une approche plus tacirctonnante Il nrsquoest pas constitueacute drsquoeacutetapes preacutedeacutetermineacutees et est donc moins affecteacutee par les directives de lrsquoenseignant Il peut donc laisser des liberteacutes dans la maniegravere de reacutesoudre le problegraveme

432 La deacutemarche expeacuterimentale dans notre seacutequence Dans notre seacutequence la meacutethode expeacuterimentale est preacutesente de maniegravere partielle du scheacutema caricatural OHERIC nous nous inteacuteressons en particulier aux phases drsquoobservation et drsquoeacutemission drsquohypothegraveses Crsquoest pourquoi nous parlons donc plutocirct de ldquodeacutemarche expeacuterimentalerdquo En effet tout au long des diffeacuterentes activiteacutes il est reacuteguliegraverement demandeacute aux eacutelegraveves de formuler une hypothegravese agrave partir de leurs connaissances au preacutealable puis de faire de nouvelles observations en contexte expeacuterimental Crsquoest sur la base de ces derniegraveres qursquoils pourront reacutealiser leurs deacuteductions sur le pheacutenomegravene en question et construire de nouvelles conceptions Dans lrsquoactiviteacute 2 ce type de deacutemarche est central pour la creacuteation de la premiegravere situation-shyproblegraveme Par la suite la deacutemarche permet de guider les eacutelegraveves dans le processus de deacuteduction du fonctionnement geacuteneacuteral des diffeacuterents pheacutenomegravenes Dans lrsquoactiviteacute 41 par exemple les pheacutenomegravenes agrave deacuteduire sont la synthegravese soustractive et le fonctionnement de la lumiegravere coloreacutee Lrsquoemploi drsquoobjets familiers permet un ancrage dans le quotidien

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Dans lrsquoactiviteacute 3 lrsquoeacutetude de lrsquoeffet des filtres constitue agrave son tour un deacutemarche expeacuterimentale En effet les eacutelegraveves doivent tout drsquoabord eacutemettre leurs hypothegraveses puis les veacuterifient par lrsquoexpeacuterimentation et ses reacutesultats provoquant probablement un conflit cognitif avant drsquoen conclure lrsquoeffet drsquoun filtre Dans lrsquoactiviteacute 42 nous retrouvons toujours le mecircme principe de deacutemarche expeacuterimentale Les eacutelegraveves formulent des hypothegraveses sur la couleur perccedilue de diffeacuterents mots coloreacutes eacuteclaireacutes par une lumiegravere coloreacutee puis les veacuterifient lors de la phase drsquoobservation La confrontation entre leurs attentes lieacutees agrave leurs conceptions et la reacutealiteacute creacutee le conflit cognitif rechercheacute

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

5 Conclusion Pour seacutelectionner notre thegraveme et eacutelaborer notre seacutequence nous nous sommes fondeacutes sur les objectifs du PER et crsquoest sur lrsquooptique que notre choix srsquoest porteacute Le savoir savant auquel nous nous sommes reacutefeacutereacutes comprend principalement des concepts lieacutes agrave la lumiegravere tels que les photons les ondes eacutelectromagneacutetiques ainsi que les spectres drsquoeacutemission et drsquoabsorption Nous avons transposeacute ce savoir en un savoir enseignable par le biais drsquoun travail de contextualisation et de reacuteadaptation Nous avons eacuteteacute ameneacutes agrave remplacer des modegraveles scientifiques (par exemple les modegraveles de synthegraveses additive et soustractive) par des modegraveles accessibles agrave un niveau scolaire et agrave changer les conditions drsquoeacutemergence des problegravemes Ainsi notre travail de transposition consistait agrave montrer aux eacutelegraveves la partie eacutemergeacutee de lrsquoiceberg du concept de couleur le reacutesultat apparent plutocirct que lrsquoorigine eacutelectromagneacutetique Tout au long de la seacutequence et par le biais de situations-shyproblegravemes et de diffeacuterentes eacutetapes de reacutesolution des activiteacutes les eacutelegraveves ont eacuteteacute guideacutes dans le processus de construction de leur apprentissage En nous focalisant sur les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves nous avons eacutelaboreacute nos exercices de maniegravere agrave proposer des situations deacuteclenchantes afin de faciliter le transfert de la responsabiliteacute de la reacutesolution des problegravemes aux eacutelegraveves Cette derniegravere srsquoeffectue par des deacutemarches drsquoexpeacuterimentation mais surtout de modeacutelisation

Dans notre sceacutenario les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave deux types de donneacutees theacuteoriques et empiriques Drsquoune part ils ont agrave disposition deux theacuteories principales la premiegravere est que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs de lrsquoarc-shyen-shyciel tandis que la seconde deacutecrit l a maniegravere dont la couleur drsquoun objet deacutepend des couleurs qursquoil va absorber Drsquoautre part ils disposent de donneacutees empiriques qursquoils sont ameneacutes agrave reacutecolter en superposant des lumiegraveres de diffeacuterentes couleurs en meacutelangeant de la peinture et en projetant de la lumiegravere coloreacutee sur diffeacuterents objets coloreacutes Dans le cadre drsquoune deacutemarche drsquoexpeacuterimentation ils ont eacutemis des hypothegraveses observeacute manipuleacute du mateacuteriel utiliseacute des appliquettes en ligne et veacuterifieacute leurs reacutesultats Crsquoest ainsi les modegraveles que nous avons preacutesenteacutes et que les eacutelegraveves ont eacutelaboreacutes vont ecirctre des ponts qui vont relier le monde theacuteorique et le monde empirique Par ailleurs nous avons eacuteteacute attentifs agrave la seacutemiotique lors de nos choix des repreacutesentations utiliseacutees nous nous sommes reacutefeacutereacutes agrave la notion de registre seacutemiotique afin drsquoeacutelaborer des scheacutemas nrsquoengendrant pas de difficulteacutes de lecture chez les eacutelegraveves

Nous avons analyseacute lrsquoorigine des conceptions erroneacutees et avons remarqueacute qursquoelles eacutetaient principalement dues agrave des repreacutesentations concourantes engendreacutees par les diffeacuterents contextes et cadres de rationaliteacutes dans lesquelles les eacutelegraveves eacutevoluent Notre sceacutenario permet aux eacutelegraveves drsquoeacutetablir des liens entre ces diffeacuterents cadres et de construire une nouvelle repreacutesentation de la couleur celle drsquoun objet de la physique

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6 Bibliographie

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Meirieu P Avanzin Gi (1987) Apprendre oui mais comment Edition ESF Verret M (1975) Le temps des eacutetudes (Vols 1ndash2) Lille France Atelier Reproduction des thegraveses

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Page 10: Physique Optique Lescouleurs · Sciences naturelles Les couleurs 10 11 Harmos 1.Introduction Comme nous allons le détailler dans le chapitre 4, les conceptions erronées des élèves

Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

2 Synopsis deacutetailleacute de la seacutequence et instructions pour les enseignants Comme notre seacutequence est preacutevue agrave la suite drsquoun premier chapitre drsquointroduction sur la lumiegravere nous ouvrons donc notre cours par le chapitre 2 et par lrsquoactiviteacute 2 Ce chapitre comprend les diffeacuterents objectifs geacuteneacuteraux et speacutecifiques des seacutequences le mateacuteriel requis pour les diffeacuterentes activiteacutes leur deacuteroulement ainsi que des instructions particuliegraveres agrave lrsquoattention des enseignants

21 Activiteacute 2 Le modegravele trichromique et la synthegravese additive Objectif geacuteneacuteral il y a une distinction entre la couleur lsquorsquomatiegraverersquorsquo (peinture) et la couleur lsquorsquolumiegraverersquorsquo

Activiteacute 21 (10 min)

Mateacuteriel

De la peinture des pinceaux du papier

Journaux de protection

Gobelet drsquoeau

Palettes assiettes ou berlingots deacutecoupeacutes en 2 (support pour la peinture)

Deacuteroulement

a) Par groupes les eacutelegraveves font des meacutelanges de couleurs Ceci permet de rappeler ce qursquoils ont appris en arts visuels (couleurs primaires couleurs obtenues par des meacutelanges) Cette premiegravere phase drsquoactiviteacute constitue donc une phase de repecircchage de connaissances essentielles pour appreacutehender la theacutematique

Indications pour lrsquoenseignant

Lrsquoenseignant met agrave disposition des tubes de peinture en veillant agrave ce que ces derniers portent lrsquoindication des noms preacutecis de couleurs qui seront abordeacutees en classe entre autres cyan et magenta Il est important degraves le deacutebut drsquoutiliser ces termes Lors de lrsquoactiviteacute il observe les connaissances des eacutelegraveves en matiegravere de meacutelange de couleurs

Activiteacute 22 (10 min)

Objectifs speacutecifiques agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy preacutedire la couleur perccedilue en fonction des meacutelanges de couleurs RVB -shy deacuteterminer de quelle lumiegravere coloreacutee eacuteleacutementaire est constitueacutee une lumiegravere CMJ

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

-shy deacuteterminer que de la lumiegravere blanche peut ecirctre obtenue gracircce agrave 3 couleurs RVB

Mateacuteriel

Les meacutelanges de couleurs de la premiegravere partie drsquoactiviteacute

Trois lampes de couleurs RVB

Un eacutecran blanc

Deacuteroulement

a) Lrsquoenseignant installe le dispositif agrave la vue des eacutelegraveves b) Individuellement les eacutelegraveves remplissent un tableau avec leurs preacutedictions concernant

les couleurs obtenues en superposant diffeacuterentes lumiegraveres On peut srsquoattendre agrave ce qursquoils appliquent leurs preacutedictions agrave ce qursquoils connaissent de la peinture et de ce qursquoil viennent drsquoobserver en deacutebut drsquoactiviteacute Cette eacutetape constitue une phase drsquoeacutemission drsquohypothegraveses

b) Manipulation de lampes par les eacutelegraveves ou deacutemonstration par lrsquoenseignant des couleurs obtenues par superposition de lumiegraveres coloreacutees Le reacutesultat surprendra les eacutelegraveves et sera source drsquoun conflit cognitif

c) Les eacutelegraveves reportent leurs observations dans le tableau de maniegravere agrave souligner le conflit avec leurs preacutedictions Puis ils reacutepondent agrave des questions permettant de mettre en eacutevidence la diffeacuterence de nature (matiegravere puis lumiegravere) des couleurs observeacutees Une autre question permet de mettre en eacutevidence que le meacutelange des trois couleurs donne de la lumiegravere blanche (modegravele trichromique)

d) Sur la base de leurs observations les eacutelegraveves preacutesentent sous forme de diagramme de Venn la synthegravese additive Cette eacutetape permet drsquoentraicircner la modeacutelisation simple agrave partir drsquoobservations

e) Mise en commun de maniegravere interactive lrsquoenseignant interroge les eacutelegraveves et oriente ses questions

Indications pour lrsquoenseignant

Afin de preacutesenter le dispositif aux eacutelegraveves lrsquoenseignant peut allumer un seul des projecteurs Ainsi les eacutelegraveves pourront se faire une ideacutee de la maniegravere dont ils observeront la projection de lumiegravere sur lrsquoeacutecran Selon le mateacuteriel et le temps disponibles lrsquoenseignant fera lui-shymecircme la deacutemonstration ou bien les eacutelegraveves manipulent eux-shymecircme le ou les dispositif(s) Les questions poseacutees agrave la suite du tableau peuvent ecirctre difficiles lrsquoenseignant veillera agrave orienter les eacutelegraveves agrave lrsquoaide du dispositif et en leur posant des questions intermeacutediaires

Activiteacute 23 (20 min)

Objectifs speacutecifiques agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy deacuteduire agrave lrsquoaide drsquoun logiciel de modeacutelisation les regravegles de la synthegravese additive

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

-shy expliquer la cause de la preacutesence des trois couleurs RVB dans les pixels en mobilisant les notions apprises preacuteceacutedemment

Mateacuteriel

Quelques ordinateurs avec un accegraves internet Quelques microscopes Logiciel disponible en ligne sur le portail PCCL (Physique chimie collegravege lyceacutee) 2

Deacuteroulement

a) Un problegraveme est poseacute par lrsquoenseignant si lrsquoon obtient du blanc (donc la totaliteacute des couleurs) en superposant les lumiegraveres R V et B comment obtient-shyon une couleur en particulier

b) Par groupe heacuteteacuterogegravenes de 3 ou 4 les eacutelegraveves eacutemettent des hypothegraveses c) Le test des hypothegraveses se fait toujours par groupes gracircce agrave un logiciel de

modeacutelisation de la synthegravese additive offrant la possibiliteacute de varier les intensiteacutes de chaque projecteur Par leurs manipulations les eacutelegraveves sont capables de deacuteduire que les diffeacuterentes couleurs sont obtenues par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

d) Mise en commun en projetant le logiciel sur grand eacutecran e) Les eacutelegraveves observent par groupe des eacutecrans de smartphones au microscope puis ils

mobilisent les notions deacutecouvertes preacuteceacutedemment pour expliquer leurs observations f) Institutionnalisation (cf ci-shydessous)

Indications pour lrsquoenseignant

Le logiciel eacutetant simple drsquoutilisation les eacutelegraveves peuvent faire leurs manipulations sans trop drsquoindications de la part de lrsquoenseignant En revanche selon lrsquoexpeacuterience des eacutelegraveves il sera neacutecessaire de les assister lors des reacuteglages pour lrsquoobservation au microscope Selon le mateacuteriel et le temps disponibles lrsquoenseignant peut eacutegalement preacuteparer lui-shymecircme le dispositif et les eacutelegraveves observent lrsquoeacutecran de smartphone lrsquoun apregraves lrsquoautre

Institutionnalisation activiteacute 2 (10 min)

Une premiegravere institutionnalisation se fait agrave la fin de lrsquoactiviteacute 2 de maniegravere frontale par lrsquoenseignant Partant de lrsquoobservation des eacutecrans de smartphone elle doit porter uniquement sur les objectifs viseacutes par lrsquoactiviteacute et doit introduire les notions de modegravele trichromique et de synthegravese additive Il est inteacuteressant de faire eacutegalement un lien avec les causes biologiques du modegravele trichromique (cocircnes et bacirctonnets de lrsquooeil daltonisme) Lrsquoinstitutionnalisation peut se faire agrave lrsquoaide drsquoune preacutesentation Powerpoint concise etou drsquoun documentaire videacuteo puis les fiches de synthegravese sont distribueacutees pour ecirctre lues agrave la maison et pour servir de support theacuteorique lors des reacutevisions en vue de lrsquoexamen

2 httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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22 Activiteacute 3 qursquoest-shyce qursquoun filtre Objectif geacuteneacuteral La lumiegravere coloreacutee projeteacutee est modifieacutee lorsqursquoelle travers un filtre coloreacute

Activiteacute 31 (20 min)

Objectifs speacutecifiques agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy Formuler une hypothegravese sur la couleur drsquoun faisceau lumineux vu agrave travers un ou plusieurs filtre(s) coloreacute(s)

-shy Modeacuteliser lrsquoaction drsquoun ou plusieurs filtre(s) coloreacute(s) sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee

-shy Eacutenoncer le rocircle drsquoun filtre coloreacute Mateacuteriel

1 eacutecran blanc

3 projecteurs de lumiegravere blanche

3 filtres rouge vert et bleu

Deacuteroulement

a) En pleacutenum lrsquoenseignant effectue un rappel du dernier cours (composition RVB de la lumiegravere blanche) et preacutesente la modeacutelisation utiliseacutee pour la synthegravese additive

b) Lrsquoenseignant preacutesente le dispositif agrave la classe (enlever un filtre montrer qursquoon a bien de la lumiegravere blanche avant le filtre remettre le filtre) puis demande aux eacutelegraveves individuellement drsquoeacutemettre leurs hypothegraveses puis discussion rapide par banc

c) Lrsquoenseignant allume un projecteur apregraves lrsquoautre (en eacuteteignant le preacuteceacutedent agrave chaque fois) et fait noter aux eacutelegraveves les observations et leur demande drsquoeacutemettre par deux une hypothegravese sur le rocircle du filtre

d) Mise en commun en choisissant des groupes donnant une explication contradictoire e) Apregraves avoir formeacute des groupes heacuteteacuterogegravenes de 3-shy4 eacutelegraveves lrsquoenseignant demande

aux eacutelegraveves de modeacuteliser lrsquoeffet du filtre (question 3) f) Mise en commun par projection de 3 travaux diffeacuterents et comportant de bons

eacuteleacutements Correction g) Lrsquoenseignant relance le travail de groupe pour effectuer le dernier exercice h) Lrsquoenseignant ouvre la discussion puis donne la solution experte

Indications pour lrsquoenseignant

Erreur possible un filtre coloreacute ne laisse pas passer sa couleur (peut-shyecirctre parce qursquoon le voit justement de cette couleur donc il absorberait) Lors de travaux de groupe passer dans les bancs pour observer le travail effectueacute ne pas reacutepondre aux questions (sauf incompreacutehension de la consigne) afin drsquoassurer la deacutevolution Avertir briegravevement les eacutelegraveves qui seront ameneacutes agrave preacutesenter leur travaux

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Activiteacute 32 (10 min)

Objectifs speacutecifiques agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy Deacuteduire par lrsquoexpeacuterimentation lrsquoeffet de la superposition de plusieurs filtres -shy Dessiner le diagramme de Venn de la synthegravese soustractive

Mateacuteriel

Une lampe diffusant de la lumiegravere blanche par groupe

Un set de 3 filtres (CMJ) par groupe Deacuteroulement

a) Lrsquoenseignant explique le deacuteroulement de lrsquoactiviteacute puis forme des groupes heacuteteacuterogegravenes de 3-shy4 eacutelegraveves puis leur distribue le mateacuteriel neacutecessaire et laisse aux eacutelegraveves un temps drsquoexpeacuterimentation

b) Mise en commun par un groupe choisi par lrsquoenseignant avec expeacuterimentation au tableau

Indications pour lrsquoenseignant

Plusieurs possibiliteacutes sont agrave preacutevoir selon lrsquoagencement de CMJ dans le diagramme de Venn

Activiteacute 33 (15 min)

Objectifs speacutecifiques agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy Comparer les synthegraveses additive et soustractive par lutilisation drsquoune application Mateacuteriel

1 ordinateur par groupe

(httpwwwostralonet3_animationsswfsynthese_couleursswf)

Deacuteroulement

a) Lrsquoenseignant preacutesente les manipulations agrave effectuer pour arriver sur lrsquoapplication b) Il distribue un ordinateur par banc et laisse les eacutelegraveves travailler et reacutepondre aux

questions c) La correction se fera directement par lrsquoenseignant en guise dinstitutionnalisation

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Indications pour lrsquoenseignant

Cette activiteacute fait office drsquoinstitutionnalisation Il est important de distinguer les deux synthegraveses en preacutesentant clairement leurs utilisations diffeacuterentes

23 Activiteacute 4 La couleur des objets Objectif geacuteneacuteral la couleur drsquoun objet peut ecirctre modifieacutee si on le voit sous une lumiegravere coloreacutee

Introduction (15 min)

1) Question de deacutepart pourquoi perccediloit-shyon des objets de diffeacuterentes couleurs ou Un objet a-shyt-shyil toujours la mecircme couleur Les eacutelegraveves formulent une hypothegravese Ensuite ils confrontent leurs ideacutees avec une videacuteo qui provoque un conflit par rapport agrave ce qursquoils pensaient

2) Lrsquoenseignant preacutesente la theacuteorie le principe dabsorption et de reacutefraction Que se passe-shyt-shyil lorsqursquoon regarde avec une lumiegravere coloreacutee

Activiteacute 41 (10 min)

Objectif speacutecifique agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

Formuler une hypothegravese sur les couleurs des objets vus sous une lumiegravere coloreacutee

Mateacuteriel

Objets de couleurs diffeacuterentes (rouge cyan et jaune)

3 lumiegraveres coloreacutees (magenta vert bleu) Deacuteroulement

a) Lrsquoactiviteacute 41 avec les objets a comme objectif la repreacutesentation de la couleur sous forme de scheacutema et de leur faire deacuteduire progressivement que les objets se comportent comme des filtres

b) Lrsquoenseignant entrepose des objets de couleurs rouge cyan et jaune et des dispositifs eacutemettant des lumiegraveres coloreacutees (magenta vert et bleu) sur une table Lrsquoassociation des objets et des lumiegraveres coloreacutees est rouge-shymagenta cyan-shyvert jaune-shybleu

c) Lrsquoenseignant forme des groupes heacuteteacuterogegravenes de 3 ou 4 personnes d) Puis les eacutelegraveves se rassemblent autour de la table ougrave sont entreposeacutes les objets et

remplissent les deux premiegraveres colonnes du tableau (couleur de lrsquoobjet et couleur de la lumiegravere coloreacutee) Les groupes retournent agrave leur place et commencent agrave formuler leurs hypothegraveses (troisiegraveme colonne)

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

e) Puis les eacutelegraveves sont autoriseacutes agrave reacutecupeacuterer les objets pour qursquoils procegravedent agrave leur manipulation Ils notent ce qursquoils ont observeacute dans la quatriegraveme colonne

f) Ce proceacutedeacute est reacutepeacuteteacute 3 fois

Indications pour lrsquoenseignant

Les objets de couleurs agrave utiliser ne sont pas deacutefinis la liberteacute est laisseacutee agrave lrsquoenseignant de prendre ce qursquoil a agrave disposition mais lrsquoassociation est preacutevue pour qursquoun reacutesultat soit observeacute

Difficulteacutes ne pas faire les liens pour arriver agrave poser une hypothegravese ne plus savoir ce que sont les synthegraveses additives et soustractives

Erreurs possibles poser une hypothegravese fausse mais cette erreur est voulue et provoquera le conflit

attendu ne pas faire le lien avec la synthegravese soustractive vue dans le preacuteceacutedent chapitre et

reacutepondre ldquola synthegravese additiverdquo ne pas deacuteduire que la reacuteflection de la lumiegravere coloreacutee sur un objet fonctionne comme

un filtre Relances

lrsquoenseignant fait le test devant la classe en modeacutelisant le pheacutenomegravene renvoie au scheacutema de reflection revu en theacuteorie au deacutebut du cours utilise la modeacutelisation avec lrsquoordinateur ougrave lrsquoon peut doser les filtres met en parallegravele le filtre et la lumiegravere coloreacutee pour que le lien entre les deux

pheacutenomegravenes soit fait

Activiteacute 42 (25 min)

Objectif speacutecifique agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy Formuler une hypothegravese sur les couleurs des objets vus sous une lumiegravere coloreacutee Mateacuteriel

Feuilles blanches et coloreacutees

Peinture de couleurs

Journaux de protection

2 pinceaux par groupe

Gobelet drsquoeau

Palettes assiettes ou berlingot deacutecoupeacute en 2 pour mettre la peinture

6 lumiegraveres coloreacutees (rouge verte bleue magenta cyan et jaune)

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Deacuteroulement amp Indication pour les enseignants

a) Ils scheacutematisent le pheacutenomegravene et remplissent le tableau Lrsquoideacutee est drsquoeacutecrire les mots avec la mecircme peinture utiliseacutee durant lrsquoactiviteacute 21 ce qui leur permettrait de faire un lien Les eacutelegraveves se rendront peu agrave peu compte que la peinture agit comme un filtre

b) Avant le cours lenseignant associe une lumiegravere coloreacutee agrave une couleur pour le mot et une couleur de feuille et preacutepare une table proteacutegeacutee pour la peinture

c) Lrsquoactiviteacute se fait par groupe heacuteteacuterogegravene de 3 personnes formeacutes par lrsquoenseignant Chaque groupe possegravede 6 dispositifs eacutemettant des lumiegraveres coloreacutees agrave la lumiegravere desquels ils observeront les deux mots coloreacutes sur leur feuille respective

d) Les eacutelegravevent commencent lrsquoactiviteacute en venant chercher sur la table pour la peinture les 2 couleurs voulues les disposent dans leur palette prennent la feuille correspondante et 2 pinceaux et se dirigent vers les tables preacutepareacutees pour la peinture

e) Ils eacutecrivent les 2 mots avec la peinture puis rejoignent leur place f) Ils remplissent la premiegravere ligne du tableau g) Puis ils inscrivent leur hypothegravese au crayon agrave papier et en petit dans les cases

correspondantes Ils ont la possibiliteacute de prendre une feuille de brouillon pour dessiner les modegraveles

h) Puis lrsquoenseignant distribue les dispositifs eacutemettant les lumiegraveres coloreacutees pour que les eacutelegraveves puissent eacuteclairer leurs mots et observer le reacutesultat qursquoils notent agrave la plumestylo

i) Les hypothegraveses mecircme erroneacutees sont laisseacutees inscrites dans le tableau pour que lrsquoeacutelegraveve puisse comparer les deux et comprendre le pheacutenomegravene (conflit)

Activiteacute 43 (20 min)

Objectifs speacutecifiques agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy Modeacuteliser agrave lrsquoaide drsquoun scheacutema et de codes la reacutefraction et labsorption de la lumiegravere sur un objet

-shy Retrouver agrave partir de la couleur refleacuteteacutee et la lumiegravere coloreacutee projeteacutee et le filtre utiliseacute Mateacuteriel

pas de mateacuteriel particulier mis agrave part le fichier de lrsquoeacutelegraveve

Deacuteroulement

a) Lrsquoactiviteacute 43 qui permet de voir si les eacutelegraveves ont compris leur demande de reacutefleacutechir en partant des observations pour trouver la situation initiale

b) Le travail est agrave reacutealiser individuellement les eacutelegraveves regardent les diffeacuterents drapeaux modeacutelisent les diffeacuterentes situations et notent leur deacuteductions

c) Lrsquoenseignant reste agrave disposition et passe dans les bancs

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Indications pour lrsquoenseignant

Obstacles ne pas faire le lien que crsquoest la deacutemarche vue preacuteceacutedemment mais agrave lrsquoenvers

Erreurs possibles ne pas trouver le bon filtre agrave cause du noir ne pas repreacutesenter juste le scheacutema de modeacutelisation

Relances faire reacutefeacuterence au tableau reacutecapitulatif de la fiche theacuteorique faire reacutefeacuterence au modegravele du scheacutema en couleur dans la fiche theacuteorique

Institutionnalisation activiteacute 4

Explication de la modeacutelisation de la reacuteflection de la lumiegravere coloreacutee par une marche agrave suivre lors de la correction de lrsquoexercice des drapeaux sous forme drsquoun ldquoje retiensrdquo

Un cours de reacutevision avec les fiches de synthegravese suivra ces seacuteances drsquoactiviteacutes

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

3 Documents Les diffeacuterents documents utiliseacutes dans cette seacutequence sont preacutesenteacutes ci-shydessous

Parmi eux

Fiches drsquoactiviteacutes pour eacutelegraveves et avec correction

Fiches theacuteoriques de synthegravese

Evaluation pour eacutelegraveves et avec correction

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Documents des eacutelegraveves Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs Chapitre 2 Couleurs peintures couleurs lumiegraveres Activiteacute 21 1) Tu as agrave disposition des pinceaux et de la peinture Tu te

souviens peut-shyecirctre de tes cours drsquoarts visuels qursquoil existe des

couleurs primaires qui permettent par leur meacutelange drsquoobtenir

drsquoautres couleurs Mais elles-shymecircmes ne srsquoobtiennent par aucun

meacutelange Te souviens-shytu des combinaisons de couleurs qursquoil faut

meacutelanger pour obtenir une couleur souhaiteacutee

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du vert

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Image httpsfrdreamstimecom Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du rouge

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Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du bleu

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du noir

__________________________________________

Activiteacute 22 Lrsquoenseignant a installeacute trois projecteurs de couleur un rouge un vert un bleu ainsi

qursquoun eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-shydessous

Image MER

Quelle couleur va-shyt-shyon observer sur lrsquoeacutecran si lrsquoon allume deux par deux les projecteurs

et que lrsquoon superpose leurs lumiegraveres Et si lrsquoon allume les trois projecteurs Remplis le

tableau ci-shydessous drsquoabord avec tes hypothegraveses concernant la couleur obtenue sur

lrsquoeacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Meacutelange de lumiegraveres Couleur obtenue ton hypothegravese

Couleur observeacutee

vert et bleu

vert et rouge

bleu et rouge

vert bleu et rouge

a) Quelles diffeacuterences constates-shytu entre les meacutelanges de lrsquoactiviteacute 1 et ceux de lrsquoactiviteacute

2

______________________________________________________________________

b) Qursquoa-shyt-shyon meacutelangeacute dans chaque cas

______________________________________________________________________

c) Le reacutesultat du meacutelange des lumiegraveres verte bleue et rouge te rappelle-shyt-shyil quelque

chose Que peux-shytu en deacuteduire

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

d) A lrsquoaide de couleurs scheacutematise ci-shydessous les superpositions observeacutees sur lrsquoeacutecran

blanc

Activiteacute 23 Et comment obtenir drsquo‛autres couleurs 1) Tu as vu lors de lrsquoactiviteacute preacuteceacutedente que si lrsquoon superpose trois lumiegraveres de couleurs

RVB on perccediloit du blanc Mais de quelle maniegravere peut-shyon percevoir nrsquoimporte quelle

autre couleur

Familiarise-shytoi avec le logiciel en ligne suivant

httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additive

htm

Puis reacuteponds aux questions suivantes

Par quelles manipulations obtiens-shytu du orange

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du rose

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du vert olive

______________________________________________________________________

Que constates-shytu

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

2) Chaque groupe a agrave sa disposition une loupe binoculaire Deacutepose un smartphone

allumeacute eacutecran vers le haut sous lrsquoobjectif Vise une zone blanche de lrsquoeacutecran puis regravegle la

netteteacute Qursquoobserves-shytu

Observations

Comment expliques-shytu ce pheacutenomegravene

Documents des eacutelegraveves Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs Chapitre 2 Couleurs peintures couleurs lumiegraveres (corrigeacute) Activiteacute 21 1) Tu as agrave disposition des pinceaux et de la peinture Tu te

souviens peut-shyecirctre de tes cours drsquoarts visuels qursquoil existe des

couleurs primaires qui permettent par leur meacutelange drsquoobtenir

drsquoautres couleurs Mais elles-shymecircmes ne srsquoobtiennent par aucun

meacutelange Te souviens-shytu des combinaisons de couleurs qursquoil faut

meacutelanger pour obtenir une couleur souhaiteacutee

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du vert

__________________________________________

Image httpsfrdreamstimecom Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du rouge

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du bleu

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du noir

__________________________________________

Activiteacute 22 Lrsquoenseignant a installeacute trois projecteurs de couleur un rouge un vert un bleu ainsi

qursquoun eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-shydessous

Image MER

Quelle couleur va-shyt-shyon observer sur lrsquoeacutecran si lrsquoon allume deux par deux les projecteurs

et que lrsquoon superpose leurs lumiegraveres Et si lrsquoon allume les trois projecteurs Remplis le

tableau ci-shydessous drsquoabord avec tes hypothegraveses concernant la couleur obtenue sur

lrsquoeacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Meacutelange de lumiegraveres Couleur obtenue ton hypothegravese

Couleur observeacutee

vert et bleu (cyan)

vert et rouge (jaune)

bleu et rouge (magenta)

vert bleu et rouge (blanc)

a) Quelles diffeacuterences constates-shytu entre les meacutelanges de lrsquoactiviteacute 1 et ceux de lrsquoactiviteacute

2

______________________________________________________________________

Les couleurs obtenues ne sont pas les mecircmes qursquoen peinture

b) Qursquoa-shyt-shyon meacutelangeacute dans chaque cas

______________________________________________________________________

Dans le premier cas on a de la matiegravere (de la peinture) dans le deuxiegraveme cas on a de la

lumiegravere

c) Le reacutesultat du meacutelange des lumiegraveres verte bleue et rouge te rappelle-shyt-shyil quelque

chose Que peux-shytu en deacuteduire

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

Le fait que la lumiegravere blanche est composeacutee de lrsquoensemble des couleurs (cf expeacuterience

du prisme) Ici lrsquoexpeacuterience concerne la superposition de lumiegraveres coloreacutees et on observe

que lrsquoaddition des lumiegraveres rouge verte et bleue donne du blanc Cela srsquoappelle le modegravele trichromique

d) A lrsquoaide de couleurs scheacutematise ci-shydessous les superpositions observeacutees sur lrsquoeacutecran

blanc

Activiteacute 23 Et comment obtenir drsquo‛autres couleurs 1) Tu as vu lors de lrsquoactiviteacute preacuteceacutedente que si lrsquoon superpose trois lumiegraveres de couleurs

RVB on perccediloit du blanc Mais de quelle maniegravere peut-shyon percevoir nrsquoimporte quelle

autre couleur

Familiarise-shytoi avec le logiciel en ligne suivant

httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additive

htm

Puis reacuteponds aux questions suivantes

Par quelles manipulations obtiens-shytu du orange (selon eacutelegraveves)

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du rose (selon eacutelegraveves)

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du vert olive (selon eacutelegraveves)

______________________________________________________________________

Que constates-shytu

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

Un jeu de dosage entre les trois couleurs RVB permet drsquoobtenir toutes les diffeacuterentes

couleurs imaginables Les trois lumiegraveres superposeacutees et en dosage eacutequivalent donnent

une lumiegravere blanche crsquoest agrave dire la totaliteacute des couleurs On appelle cela la synthegravese additive

2) Chaque groupe a agrave sa disposition un microscope Deacutepose un smartphone allumeacute

eacutecran vers le haut sous lrsquoobjectif Vise une zone blanche de lrsquoeacutecran puis regravegle la netteteacute

Qursquoobserves-shytu

Observations

(Preacutesences de pixels lumiegraveres RVB)

Comment expliques-shytu ce pheacutenomegravene

(synthegravese effectueacutee par le cerveau)

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 3 Que devient la lumiegravere lorsqursquo‛elle traverse un filtre

Activiteacute 31 les lumiegraveres et filtres coloreacutes

Tu as appris lors du dernier cours que lrsquo‛on pouvait ldquoadditionnerrdquo des lumiegraveres coloreacutees

pour obtenir de nouvelles couleurs Nous pouvons modeacuteliser la lumiegravere blanche ainsi

Nous allons deacutecouvrir aujourdrsquo‛hui comment on peut ldquosoustrairerdquo des lumiegraveres coloreacutees

1) Lrsquo‛enseignant a installeacute trois filtres de couleur un rouge un vert un bleu ainsi qursquo‛un

eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-dessous

Image MER

Quelle couleur va-t-on observer sur lrsquo‛eacutecran si lrsquo‛on allume un par un les projecteurs

Remplis le tableau ci-dessous premiegraverement avec tes hypothegraveses concernant la couleur

obtenue sur lrsquo‛eacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Filtre traverseacute par la

lumiegravere blanche

Couleur obtenue ton

hypothegravese

Couleur observeacutee

Filtre bleu

Filtre rouge

Filtre vert

2) Selon toi quel est le rocircle du filtre coloreacute

_______________________________________________________________

3) Repreacutesente par un scheacutema le passage drsquo‛une lumiegravere blanche agrave travers un filtre rouge

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

4) Et quelle couleur observera-t-on si la lumiegravere blanche passe agrave travers un filtre rouge

puis agrave travers un filtre bleu Formule une hypothegravese puis applique ton modegravele

Hypothegravese __________________________________

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

Activiteacute 32 Qursquo‛obtient-on avec drsquo‛autres filtres

a) Tu disposes maintenant drsquo‛une lampe diffusant de la lumiegravere blanche et de filtres

cyan magenta et jaune Manipule-les les uns apregraves les autres puis en les superposant

pour deacutecouvrir leurs effets sur la lumiegravere blanche

b) A lrsquo‛aide de couleurs et en trsquo‛appuyant sur tes observations scheacutematise ci-dessous

lrsquo‛action des filtres sur une lumiegravere blanche

Activiteacute 33 Deux synthegraveses Similitudes et diffeacuterences

a) Utilise ce logiciel pour comparer les synthegraveses additive et soustractive

httpwwwostralonet3_animationsswfsynthese_couleursswf

a) Quelles similitudes observes-tu entre les synthegraveses additive et soustractive

________________________________________________________________

d) Et quelles diffeacuterences

_______________________________________________________________

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 3 Que devient la lumiegravere lorsqursquo‛elle traverse un filtre

(corrigeacute)

Activiteacute 31 les lumiegraveres et filtres coloreacutes

Tu as appris lors du dernier cours que lrsquo‛on pouvait ldquoadditionnerrdquo des lumiegraveres coloreacutees

pour obtenir de nouvelles couleurs Nous pouvons modeacuteliser la lumiegravere blanche ainsi

Nous allons deacutecouvrir aujourdrsquo‛hui comment on peut ldquosoustrairerdquo des lumiegraveres coloreacutees

1) Lrsquo‛enseignant a installeacute trois filtres de couleur un rouge un vert un bleu ainsi qursquo‛un

eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-dessous

Image MER

Quelle couleur va-t-on observer sur lrsquo‛eacutecran si lrsquo‛on allume un par un les projecteurs

Remplis le tableau ci-dessous premiegraverement avec tes hypothegraveses concernant la couleur

obtenue sur lrsquo‛eacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Filtre traverseacute par la

lumiegravere blanche

Couleur obtenue ton

hypothegravese

Couleur observeacutee

Filtre bleu bleu

Filtre rouge rouge

Filtre vert vert

2) Selon toi quel est le rocircle du filtre coloreacute

_______________________________________________________________

Un filtre coloreacute ne transmet que les rayons de sa couleur et absorbe les autres

3) Repreacutesente par un scheacutema le passage drsquo‛une lumiegravere blanche agrave travers un filtre rouge

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

4) Et quelle couleur observera-t-on si la lumiegravere blanche passe agrave travers un filtre rouge

puis agrave travers un filtre bleu Formule une hypothegravese puis applique ton modegravele

Hypothegravese __________________________________

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

Activiteacute 32 Qursquo‛obtient-on avec drsquo‛autres filtres

a) Tu disposes maintenant drsquo‛une lampe diffusant de la lumiegravere blanche et de filtres

cyan magenta et jaune Manipule-les les uns apregraves les autres puis en les superposant

pour deacutecouvrir leurs effets sur la lumiegravere blanche

b) A lrsquo‛aide de couleurs et en trsquo‛appuyant sur tes observations scheacutematise ci-dessous

lrsquo‛action des filtres sur une lumiegravere blanche

Pex 1 Magenta 2 Jaune 3 Cyan 4 Rouge 5 Vert 6 Bleu 7 Noir

Activiteacute 33 Deux synthegraveses Similitudes et diffeacuterences

a) Utilise ce logiciel pour comparer les synthegraveses additive et soustractive

httpwwwostralonet3_animationsswfsynthese_couleursswf

a) Quelles similitudes observes-tu entre les synthegraveses additive et soustractive

________________________________________________________________

Les mecircmes triplets de couleurs sont preacutesents dans les deux synthegraveses (RVB - CMJ)

d) Et quelles diffeacuterences

________________________________________________________________

1 Les couleurs primaires de lrsquo‛un sont les couleurs compleacutementaires de lrsquo‛autre

2 Lrsquo‛addition des lumiegraveres coloreacutees rouge verte et bleue donne du blanc la

soustraction totale par des filtres cyan magenta et jaune donne du noir

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 4 Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Rappel

1 Nous pouvons reacutesumer la composition de la lumiegravere blanche aux 3 couleurs primaires le rouge le vert et le bleu Ce sont des couleurs qui ne peuvent pas ecirctre creacuteeacutees Ce sont elles qui composent les autres couleurs Crsquo‛est agrave dire qursquo‛en les meacutelangeant on peut obtenir les autres couleurs le cyan est composeacute du bleu et du vert le magenta est composeacute du bleu et du rouge et le jaune est composeacute du vert et du rouge

Theacuteorie

Le sujet que nous allons traiter aujourdrsquo‛hui concerne la couleur de lrsquo‛objet Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Formule une hypothegravese ____________________________________________

Observe la photo projeteacutee par lrsquo‛enseignant

Que retiens-tu de cette photo _______________________________________________________________ La lumiegravere coloreacutee qui est refleacuteteacutee par un objet correspond agrave la lumiegravere non absorbeacutee

Ici toutes les lumiegraveres coloreacutees sont absorbeacutees sauf le bleu qui lui est refleacuteteacute La couleur propre de lrsquo‛objet sera le bleu

En effet un objet absorbe ou reflegravete diffeacuterentes lumiegraveres coloreacutees Crsquo‛est cette lumiegravere coloreacutee refleacuteteacutee que nous verrons

Activiteacute 41

Reacuteponds agrave ces diffeacuterentes questions dans le tableau ci-dessous De quelle couleur verras-tu cet objet Confronte ton ideacutee avec ton voisin De quelle couleur le vois-tu reacuteellement

Couleur de lrsquo‛objet

Couleur de la lumiegravere

Hypothegravese formuleacutee

Observation

rouge Magenta

cyan Vert

jaune Bleu

Par quel pheacutenomegravene peut-on observer ce changement de couleur ___________________________________

Quelle deacuteductions peux-tu faire _________________________________________________________________

Activiteacute 42

Marche agrave suivre

1 Eacutecris sur une feuille blanche le nom des 2 couleurs que ton enseignant te donne avec la peinture qui y correspond

2 Pendant que ces mots segravechent remplis les colonnes ldquocouleur du mot 1rdquo et ldquocouleur du mot 2rdquo et ldquocouleur de la feuillerdquo agrave la lumiegravere blanche

3 Formule tes hypothegraveses note-les au crayon agrave papier en petit 4 Eacuteclaire tes mots agrave lrsquo‛aide de lumiegraveres coloreacutees 5 Note tes observations

Lumiegravere coloreacutee

Couleur du mot 1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur du mot 2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur de la feuille helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Blanche

Rouge

Verte

Bleue

Magenta

Cyan

Jaune

Activiteacute 43

Tu observes un drapeau eacuteclaireacute par une lumiegravere blanche Puis tu observes ce mecircme drapeau eacuteclaireacute par deux lumiegraveres coloreacutees diffeacuterentes Trouve la lumiegravere coloreacutee utiliseacutee dans chaque cas et justifie ta reacuteponse par la modeacutelisation vue preacuteceacutedemment

Lumiegravere blanche Lumiegravere coloreacutee 1 Lumiegravere coloreacutee 2

De quelle couleur est la premiegravere lumiegravere coloreacutee ___________________________

Modeacutelisation 1

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________

Modeacutelisation 2

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 4 Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur (corrigeacute) Rappel

2 Nous pouvons reacutesumer la composition de la lumiegravere blanche aux 3 couleurs primaires le rouge le vert et le bleu Ce sont des couleurs qui ne peuvent pas ecirctre creacuteeacutees Ce sont elles qui composent les autres couleurs Crsquo‛est agrave dire qursquo‛en les meacutelangeant on peut obtenir les autres couleurs le cyan est composeacute du bleu et du vert le magenta est composeacute du bleu et du rouge et le jaune est composeacute du vert et du rouge

Theacuteorie

Le sujet que nous allons traiter aujourdrsquo‛hui concerne la couleur de lrsquo‛objet Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Formule une hypothegravese ____________________________________________ Projeter cette image elle napparaicirct pas dans le cours de lrsquo‛eacutelegraveve

Que retiens-tu de cette photo _______________________________________________________________ La lumiegravere coloreacutee qui est refleacuteteacutee par un objet correspond agrave la lumiegravere non absorbeacutee

Ici toutes les lumiegraveres coloreacutees sont absorbeacutees sauf le bleu qui lui est refleacuteteacute La couleur propre de lrsquo‛objet sera le bleu

En effet un objet absorbe ou reflegravete diffeacuterentes lumiegraveres coloreacutees Crsquo‛est cette lumiegravere coloreacutee refleacuteteacutee que nous verrons

Activiteacute 41

Reacuteponds agrave ces diffeacuterentes questions dans le tableau ci-dessous De quelle couleur penses-tu que tu verras cet objet Confronte ton ideacutee avec ton voisin De quelle couleur le vois-tu reacuteellement

Couleur de lrsquo‛objet

Couleur de la lumiegravere

Hypothegravese formuleacutee

Observation

rouge Magenta (rouge)

cyan Vert (vert)

jaune Bleu (noir)

Par quel pheacutenomegravene peut-on observer ce changement de couleur ___________________________________ (synthegravese soustractive)

Quelle deacuteductions peux-tu faire (fonctionne comme un filtre) _________________________________________________________________

Activiteacute 42

Marche agrave suivre

6 Eacutecris sur une feuille blanche le nom des 2 couleurs que ton enseignant te donne avec la peinture qui y correspond

7 Pendant que ces mots segravechent remplis les colonnes ldquocouleur du mot 1rdquo et ldquocouleur du mot 2rdquo et ldquocouleur de la feuillerdquo agrave la lumiegravere blanche

8 Formule tes hypothegraveses note-les au crayon agrave papier en petit 9 Eacuteclaire tes mots agrave lrsquo‛aide de lumiegraveres coloreacutees 10 Note tes observations

Lumiegravere coloreacutee

Couleur du mot 1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur du mot 2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur de la feuille helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Blanche

Rouge

Verte

Bleue

Magenta

Cyan

Jaune

Activiteacute 43

Tu observes un drapeau eacuteclaireacute par une lumiegravere blanche Puis tu observes ce mecircme drapeau eacuteclaireacute par deux lumiegraveres coloreacutees diffeacuterentes Trouve la lumiegravere coloreacutee utiliseacutee dans chaque cas et justifie ta reacuteponse par la modeacutelisation vue preacuteceacutedemment

Lumiegravere blanche Lumiegravere coloreacutee 1 Lumiegravere coloreacutee 2

De quelle couleur est la premiegravere lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Bleu)

Modeacutelisation 1

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Vert)

Modeacutelisation 2

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Fiches de synthegravese Les couleurs Activiteacute 2 Reacutesumeacute theacuteorique pour les eacutelegraveves Le modegravele trichromique et la synthegravese additive des couleurs La couleur nrsquo‛existe pas sans lumiegravere et lrsquo‛on peut dire que lrsquo‛on perccediloit le monde gracircce aux meacutelanges de ces couleurs qui correspondent aux diffeacuterentes composantes de la lumiegravere Lorsque lrsquo‛on parle de la perception des couleurs on srsquo‛aperccediloit que seules trois lumiegraveres primaires de couleurs rouge vert et bleu sont neacutecessaires pour obtenir la sensation de toutes les autres couleurs Cette maniegravere de modeacuteliser la perception des couleurs est ce qursquo‛on appelle le modegravele trichromique (lsquorsquo‛trois couleursrsquo‛rsquo‛) Dans cette repreacutesentation toutes les autres lumiegraveres coloreacutees sont perccedilues par superposition des trois lumiegraveres rouge verte et bleue La superposition simultaneacutee et en dosage identique des trois couleurs donne de la lumiegravere blanche Le noir correspond agrave une absence de lumiegravere

Illustration du modegravele

Image MER

Lrsquo‛image montre trois projecteurs de lumiegraveres rouge verte et bleue eacuteclairant une table blanche Si les trois couleurs sont projeteacutees en intensiteacute identique nous obtenons par superposition trois autres couleurs le cyan le magenta et le jaune Les couleurs primaires et les couleurs obtenues sont codeacutees sur lrsquo‛image puis reacutecapituleacutees dans le tableau ci-dessous

Image MER

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Si nous modifions le dosage des couleurs eacuteleacutementaires il est possible drsquo‛obtenir toutes les couleurs imaginables Le pheacutenomegravene de perception des couleurs par superposition des trois couleurs primaires se nomme synthegravese additive les couleurs sont additionneacutees entre elles pour permettre la synthegravese drsquo‛autres couleurs

Drsquo‛ailleurs si lrsquo‛on observe au microscope un eacutecran blanc de smartphone ou drsquo‛ordinateur on remarque qursquo‛il est en fait constitueacute drsquo‛un grand nombre de minuscules rectangles de lumiegraveres rouge verte et bleue (voir image ci-contre) Crsquo‛est justement par un jeu de dosage de chacune de ces lumiegraveres que lrsquo‛on perccediloit les diffeacuterentes couleurs sur nos eacutecrans

Pourquoi un modegravele sur trois couleurs La raison pour laquelle les scientifiques ont construit ce modegravele sur trois couleurs est directement lieacutee agrave la structure de notre œil En effet ce dernier contient des cellules sensibles agrave la lumiegravere que lrsquo‛on appelle cocircnes et bacirctonnets Alors que les bacirctonnets perccediloivent les intensiteacutes de lumiegravere les cocircnes nous permettent de percevoir les couleurs Cependant ils ne sont sensibles qursquo‛agrave certaines composantes de la lumiegravere blanche celles correspondant justement aux couleurs rouge vert et bleu Lorsque lrsquo‛on regarde un objet notre cerveau analyse le dosage de chacune de ces composantes perccedilues par notre œil et en interpregravete ainsi la couleur de lrsquo‛objet

Qursquo‛est-ce que le daltonisme Certaines personnes preacutesentent une anomalie de la vision qui les empecircche de distinguer certaines couleurs Drsquo‛origine geacuteneacutetique ce trouble est ducirc agrave un dysfonctionnement des cocircnes preacutesents dans la reacutetine Bien que la plupart des personnes daltoniennes aient de la peine agrave distinguer le vert du rouge drsquo‛autres ne distinguent pas drsquo‛autres couleurs Dans certaines formes de daltonisme le monde est perccedilu par la personne atteinte en teintes de gris

Sciences naturelles Optique synthegravese soustractive et additive

La synthegravese additive est le proceacutedeacute gracircce

auquel en combinant les couleurs

___________ ___________ et ___________

on obtient du blanc

On la retrouve lorsque lrsquoon meacutelange des

lumiegraveres coloreacutees composeacutees de ces 3 couleurs

diffeacuterentes car les laquo additionner raquo donne la

lumiegravere blanche

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon exploite aujourdrsquohui

pour les teacuteleacuteviseurs ou tout eacutecran composeacute de

pixels

La synthegravese soustractive consiste agrave soustraire

les couleurs de la lumiegravere blanche (RVB) agrave

travers des filtres de couleurs ___________

___________ et ___________ qui absorbent la

totaliteacute des couleurs de la lumiegravere blanche pour

un rendu noir au final (absence de lumiegravere)

Lrsquo __________________ des 3 couleurs donne

le ____________

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon retrouve par exemple en

meacutelangeant de la peinture notamment en

imprimerie

Sciences naturelles Optique les filtres

Qursquoest-shyce qursquoun filtre coloreacute et comment fonctionne-shyt-shyil

Un filtre est un dispositif qui permet de filtrer la lumiegravere de laisser passer certains rayons

lumineux et drsquoen absorber drsquoautres

Pour savoir quelles lumiegravere coloreacutees le filtre laisse passer il faut lrsquoobserver agrave la lumiegravere

blanche

Le filtre laissera alors passer uniquement les rayons lumineux de sa couleur propre

Par exemple

Un filtre vert laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee verte

Un filtre magenta laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee magenta crsquoest agrave dire les rayons rouge et bleu

Pour connaicirctre la lumiegravere coloreacutee qui ldquosortrdquo du filtre il faut donc

deacutecomposer la lumiegravere qui arrive sur ce filtre et en soustraire les

rayons qui sont absorbeacutes par le filtre On se reacutefegravere alors au modegravele de

la synthegravese soustractive

Image httpswww123couleursfrboutique-shy1filtres-shycolorC3A9s

Tableau reacutecapitulatif

Sciences naturelles Optique les filtres

Modeacutelisation

Nous pouvons modeacuteliser lrsquoaction drsquoun filtre

1 Noter la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur le filtre

2 Deacutecomposer la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur filtre et la coder (en RVB)

3 Repreacutesenter le filtre et coder les rayons absorbeacutes par le filtre 4 Prolonger les rayons lumineux coloreacutes que le filtre laisse passer et les coder (en RVB)

5 Noter la lumiegravere coloreacutee qui sort du filtre

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre magenta sur la lumiegravere blanche

Lorsque plusieurs filtres sont superposeacutes ou aligneacutes il faut modeacuteliser lrsquoaction du premier filtre

sur la lumiegravere projeteacutee puis lrsquoaction du deuxiegraveme filtre sur la lumiegravere qui sort du premier filtre

etc

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre cyan puis drsquoun filtre vert sur la lumiegravere jaune

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

De quelle couleur apparaicirctra un objet de couleur eacuteclaireacute par une lumiegravere coloreacutee

Il y 3 cas

1) Un objet de couleur blanche renvoie toutes les couleurs il apparaicirctra de la couleur eacuteclaireacutee

2) Un objet de couleur noire absorbe toutes les couleurs Peu importe la couleur avec laquelle

lrsquoobjet est eacuteclaireacute lrsquoobjet apparaicirct de couleur noire

3) Pour un objet de couleur il suffit de deacutecomposer les couleurs secondaires par exemple

Jrsquoai un objet jaune

Je lui projette une lumiegravere magenta

Or jaune = rouge + vert

et magenta = bleu + rouge

Le rouge est commun au jaune et au magenta donc lrsquoobjet paraicirctra rouge

En revanche si la lumiegravere est bleue comme il nrsquoy a pas de bleu dans le jaune lrsquoobjet paraicirctra

noir

1

Tableau reacutecapitulatif

1 httpscommunitygoodgamestudioscombigfarmfrdiscussion51685langage-shy‐des-shy‐couleurs

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

Modegravele de reacuteponse

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

______

______

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

______

______

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation avec propositions

de reacuteponses)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

(rouge vert bleu Nous percevons les diffeacuterentes couleurs agrave partir de ces trois couleurs) ________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

(Explication relative aux cocircnes et bacirctonnets de lrsquo‛oeil)

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Corrigeacute vert bleu blanc cyan

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________ (vert)

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________ (bleu)

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________ (aucunenoir)

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

(selon modegravele eacutetudieacute)

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

(les deux selon que lrsquo‛on parle de synthegravese additive ou soustractive)

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

Bleu

______

Bleu

______

Noir

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________ (lumiegravere rouge)

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

Noir

______

Rouge

______

Rouge

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

(Bleu)

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

(selon modegravele eacutetudieacute)

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

(Explication citant la synthegravese soustractive et lrsquo‛effet des lumiegraveres coloreacutees

concerneacutees sur le haut du cambrioleur)

Evaluation - Analyse

Ce commentaire comprend les diffeacuterents objectifs eacutevalueacutes ainsi que ce qui est attendu

preacuteciseacutement des eacutelegraveves et les niveaux taxonomiques correspondants

Ce sont des pistes drsquo‛eacutevaluation qui sont ici proposeacutees non une eacutevaluation suivie

Exercice 1

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- Mettre en lien des notions theacuteoriques apprises en cours (cocircnes et

bacirctonnets de lrsquo‛oeil) avec drsquo‛autres (synthegravese additive)

Lrsquo‛eacutevaluation deacutebute par deux questions au niveau taxonomique peu eacuteleveacute La

premiegravere de lrsquo‛ordre de la compreacutehension demande aux eacutelegraveves de restituer une

connaissance de base agrave lrsquo‛aide de leurs propres mots La deuxiegraveme propose de

tester les connaissances theacuteoriques des eacutelegraveves en veacuterifiant que des liens entre

deux notions aient eacuteteacute faits

Exercice 2

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutedire la couleur perccedilue en fonction des meacutelanges de couleurs RVB

- deacutechiffrer un scheacutema et les codes de la repreacutesentation de la trajectoire

des lumiegraveres coloreacutees

Le deuxiegraveme exercice relegraveve du niveau taxonomique de lrsquo‛application car il

neacutecessite une compreacutehension de la maniegravere de repreacutesenter la lumiegravere (scheacutema de

la trajectoire rectiligne codes de couleurs RVB) et drsquo‛appliquer ce modegravele tout en

utilisant les connaissances des couleurs fondamentales et compleacutementaires de la

synthegravese additive

Exercice 3

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet drsquo‛un filtre sur une lumiegravere coloreacutee agrave lrsquo‛aide des codes

propres agrave lrsquo‛optique

Lrsquo‛exercice 3 relegraveve de lrsquo‛application car les eacutelegraveves se reacutefegraverent agrave la modeacutelisation

eacutetablie durant le cours et au diagramme de Venn de la synthegravese soustractive et

les adaptent aux items preacutesenteacutes

Exercice 4

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- mettre en perspective la distinction entre synthegravese additive et

soustractive en terme de lsquorsquo‛naturersquo‛rsquo‛ de la couleur (couleurs matiegraveres vs

couleurs lumiegraveres)

Cet exercice requiert des eacutelegraveves qursquo‛ils mobilisent leur faculteacute drsquo‛analyse (niveau

taxonomique plutocirct eacuteleveacute) pour expliquer les diffeacuterences entre les

repreacutesentations de la couleur en arts visuels et en physique Le but est qursquo‛ils

reconnaissent qursquo‛il srsquo‛agit dans le premier cas de la synthegravese soustractive et dans

le second cas de la synthegravese additive

Exercice 5

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutevoir la couleur perccedilue drsquo‛un objet en fonction des lumiegraveres coloreacutees

projeteacutees et coder le pheacutenomegravene

Les eacutelegraveves appliquent la modeacutelisation drsquo‛une lumiegravere coloreacutee sur un objet coloreacute

pour deacuteterminer la couleur perccedilue du drapeau franccedilais Cette question fait

reacutefeacuterence agrave un niveau taxonomique bas Puis ils trouvent la lumiegravere coloreacutee qui

permet de voir les deux drapeaux preacutesenteacutes de la mecircme couleur Ils trouveront

cette reacuteponse en modeacutelisant les lumiegraveres coloreacutees sur lrsquo‛objet de couleur

Plusieurs scheacutemas sont neacutecessaires pour trouver la reacuteponse Crsquo‛est une question

taxonomiquement haute qui demande aux eacutelegraveves de faire une synthegravese

Exercice 6

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet de la lumiegravere coloreacutee sur un objet et en deacuteduire la

couleur perccedilue

- justifier sa reacuteponse avec des mots en faisant la synthegravese des diffeacuterents

concepts vus dans la seacutequence de cours

Les eacutelegraveves doivent comprendre ce qursquo‛ils lisent et deacuteterminer la couleur propre du

haut du cambrioleur Cette question est taxonomiquement haute elle demande de

lrsquo‛analyse Puis ils justifient leur reacuteponse par le modegravele de lrsquo‛effet de la lumiegravere

coloreacutee sur un objet Cette question est drsquo‛un niveau taxonomique infeacuterieur

drsquo‛application Finalement ils deacuteterminent pourquoi la description de la jeune fille

ne correspond pas agrave la couleur propre en faisant le lien avec la synthegravese

soustractive demandant un niveau taxonomiquement tregraves eacuteleveacute la synthegravese

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4 Argumentation scientifique Nous avons choisi de construire notre seacutequence de cours de maniegravere agrave ce qursquoelle srsquoinscrive dans une deacutemarche constructiviste de type piageacutetienne Dans cette deacutemarche lrsquoenseignant anticipe les conceptions erroneacutees que les eacutelegraveves peuvent avoir puis eacutetablit une situation-shyproblegraveme permettant ideacutealement de deacuteconstruire ces repreacutesentations incomplegravetes puis finalement drsquoen construire de nouvelles plus justes Dans ce qui suit nous allons deacutefinir ces diffeacuterents concepts mis en eacutevidence puis expliciter la maniegravere dont nous les avons pris en compte dans notre planification

41 Les conceptions des eacutelegraveves et les situations-shyproblegravemes

411 Deacutefinitions Conception Selon Giordan et al (1994) une conception ou repreacutesentation peut ecirctre consideacutereacutee comme une ideacutee un objet ou un eacutevegravenement qui aide lrsquoeacutelegraveve agrave comprendre le monde qui lrsquoentoure Elle est le fruit de son expeacuterience personnelle dans laquelle il va puiser pour comprendre les nouveaux savoirs que lrsquoon va chercher agrave lui inculquer Elle peut ecirctre consideacutereacutee comme une connaissance ldquodeacutejagrave-shylagraverdquo acquise dans un certain contexte par lrsquoapprenant et qui peut ecirctre correcte ou erroneacutee Les mauvaises conceptions (ou misconception en anglais) peuvent donc ecirctre deacutecrites comme des ideacutees qui proviennent drsquoune mauvaise compreacutehension drsquoobjets ou eacutevegravenements Elles sont issues principalement de lrsquoenvironnement avec lequel lrsquoeacutelegraveve interagit et du contexte dans lequel il se situe mais elles deacutecoulent eacutegalement des systegravemes seacutemiotiques mis en oeuvre Ces derniers sont abordeacutes plus en deacutetail dans ce qui suit Seacutemiologie En seacutemiologie (lrsquoeacutetude des systegravemes de signes) une repreacutesentation (ou un signe) est double elle est doteacutee drsquoun signifiant et drsquoun signifieacute (de Saussure 1916) Le signifiant qui fait lrsquoobjet de la seacutemiologie deacutesigne la forme et laspect du signe tandis que le signifieacute eacutetudieacute dans le cadre de la seacutemantique deacutesigne le concept eacutevoqueacute par le signe A partir du moment ougrave le signe possegravede plusieurs signifieacutes il devient symbole et crsquoest ainsi que les incompreacutehensions peuvent survenir Selon R Duval (1995) le concept de laquo registre seacutemiotique raquo permet de distinguer les repreacutesentations qui relegravevent de diffeacuterents registres ou types visuels numeacuteriques graphiques symboliques formels scheacutematiques etc En didactique ce concept est fondamental car les diffeacuterences de registre au sein drsquoune mecircme repreacutesentation ou drsquoun

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modegravele peut induire des difficulteacutes de lecture Ils risquent drsquoajouter des difficulteacutes suppleacutementaires en empecircchant les eacutelegraveves de se focaliser sur le problegraveme poseacute par lrsquoactiviteacute et les menant agrave formuler des conclusions diffeacuterentes de celles attendues par lrsquoenseignant Crsquoest pour cela qursquoun choix pertinent de registre seacutemiotique facilite la compreacutehension du concept introduit Dans notre cours un exemple typique que nous pouvons donner est la forte ressemblance des diagrammes de Venn pour les synthegraveses additive et soustractive Dans les deux modegraveles les diagrammes sont communeacutement scheacutematiseacutes sous forme circulaire De plus bien que inverseacutees au niveau de leurs superpositions les mecircmes couleurs sont repreacutesenteacutees dans les deux diagrammes Ces similitudes peuvent rendre la diffeacuterenciation complexe pour les eacutelegraveves Crsquoest pourquoi nous avons estimeacute important drsquoapporter un changement agrave la repreacutesentation de ces diagrammes Ainsi dans lrsquoune de nos fiches de synthegravese nous avons preacutefeacutereacute utiliser des formes rectangulaires plutocirct que circulaires pour repreacutesenter la synthegravese soustractive car cette forme eacutevoque plus fortement le filtre et ainsi lrsquoabsorption de la lumiegravere Cadre de rationaliteacute origine des conceptions En srsquoappuyant sur les travaux de R Douady (1984) A Lerouge (1992) deacutefinit laquo un cadre de rationaliteacuteraquo comme laquoun ensemble coheacuterent de fonctionnement de la penseacuteeraquo caracteacuteriseacute principalement par les composantes suivantes

1 Les objets du cadre dans notre cas il peut srsquoagir de peinture de feuille de papier de lampes de poche de filtres etc

2 Le type de processus de conceptualisation Dans un cadre scientifique il peut srsquoagir drsquoun processus par modeacutelisation ou par expeacuterimentation par exemple

3 Les registres seacutemiotiques que nous avons traiteacutes plus haut Les conceptions des eacutelegraveves et les conflits de perceptions en reacutesultant sont issus des diffeacuterents cadres de rationaliteacute dans lesquels ils eacutevoluent Ce sont les cadres familiers (personnel) et culturels (eacutecole) qui sont responsable de ces conceptions et repreacutesentations mentales tantocirct concourantes tantocirct inexistantes voire erroneacutees Elles se manifestent principalement agrave travers la seacutemiotique Les eacutelegraveves eacuteprouvent de la difficulteacute agrave repreacutesenter des objets issus de registres seacutemiotiques diffeacuterents ou encore agrave simplement les reconnaicirctre Dans le contexte de notre seacutequence sur les couleurs ces cadres de rationaliteacute sont centraux En effet crsquoest dans son quotidien et donc dans son cadre familier que lrsquoeacutelegraveve va deacutecouvrir la notion de couleur notamment par le biais de la peinture ou drsquoobservation drsquoarc-shyen-shyciel Cette deacutecouverte qui a souvent lieu tregraves tocirct dans la vie de lrsquoenfant ne fera pourtant pas pour autant lrsquoobjet de questionnement sur le pheacutenomegravene de perception des couleurs La notion de cadre culturel ou scolaire quand agrave elle peut ecirctre eacutetendue dans notre cas agrave deux sous-shycateacutegories de cadres culturels diffeacuterents qui vont ecirctre agrave lrsquoorigine de conceptions erroneacutees ou incomplegravetes Premiegraverement il y a le cadre que nous appelons laquo arts visuelsraquo et qui a ses propres regravegles de rationaliteacutes Les cours de dessin ou drsquoactiviteacutes creacuteatrices en sont de parfaits exemples car crsquoest dans ce cadre que les eacutelegraveves vont premiegraverement aborder la

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theacutematique des couleurs primaires et de leurs meacutelanges Mais cette theacutematique est eacutegalement abordeacutee dans le cadre laquophysiqueraquo agrave travers les expeacuteriences de deacutecomposition de la lumiegravere ou de superposition de lumiegraveres coloreacutees Ainsi nous retrouvons trois cadres de rationaliteacute concourants (familier physique arts visuels) dans lesquels les eacutelegraveves eacutevoluent et qui engendrent indubitablement des conceptions erroneacutees sur la lumiegravere et les couleurs puisque les eacutelegraveves ne sont pas ameneacutes agrave les diffeacuterencier dans chacun des cadres Et comme la communication entre les diffeacuterents cadres nrsquoest pas eacutetablie le lien agrave faire entre les diffeacuterentes conceptions issues de ces cadres est agrave la charge de lrsquoeacutelegraveve ce qui repreacutesente une lourde responsabiliteacute dans son apprentissage Astolfi (2008) appelle eacutegalement ces conceptions issues de diffeacuterents cadres des ldquotrames conceptuelles rdquoqui peuvent ecirctre deacutefinies comme ldquoun ensemble de concepts-shycleacutes propres agrave un domaine et logiquement hieacuterarchiseacutes entre eux qui structurent les disciplines et engendrent des situations-shyproblegravemesrdquo Mais encore on verra eacutemerger des problegravemes de contrat didactique dans chacun des cadres lrsquoeacutelegraveve va tenter de donner une reacuteponse qui va satisfaire lrsquoenseignant sans pour autant ecirctre ameneacute agrave confronter ses conceptions

Situation-shyproblegraveme Pour de Vecchi (2006) une situation-shyproblegraveme est une activiteacute qui consiste agrave mettre lrsquoeacutelegraveve dans une situation ougrave il va ecirctre ameneacute agrave eacutelaborer des strateacutegies de reacutesolution de problegraveme Lrsquoun des points cleacutes des situations-shyproblegravemes est qursquoelles eacutetablissent un lien eacutetroit entre les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves En drsquoautres termes une situation-shyproblegraveme est construite de telle sorte que les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave remettre en question des repreacutesentations actuelles qui srsquoavegraverent erroneacutees agrave les deacuteconstruire pour en construire de nouvelles Ainsi dans une deacutemarche de type constructiviste lrsquoeacutelegraveve construit son savoir en renversant ses anciennes conceptions Une situation-shyproblegraveme nrsquoest donc pas une deacutemarche ponctuelle dans laquelle lrsquoeacutelegraveve devra reacutesoudre une liste drsquoexercices teacuteleacuteguideacutee par lrsquoenseignant Ce qui justifie lrsquoefficaciteacute des situations problegravemes est qursquo laquoapprendreraquo ne consiste pas agrave cumuler les savoirs mais agrave en construire et agrave en deacuteconstruire

Une situation-shyproblegraveme doit comprendre plusieurs eacuteleacutements

-shy Un objectif-shyobstacle Pour Meirieu (1987) un objectif-shyobstacle est ldquoun objectif dont lrsquoacquisition permet au sujet de franchir un palier deacutecisif de progression en modifiant son systegraveme de repreacutesentation et en le faisant acceacuteder un niveau supeacuterieur de formulation rdquo Dans notre cas lrsquoeacutelegraveve pense que tous les meacutelanges de 3 couleurs primaires (de peinture ou de lumiegravere) vont donner le mecircme reacutesultat La distinction entre synthegraveses additive et soustractive nrsquoest pas connue des eacutelegraveves De plus projeter de la lumiegravere monochromatique sur un objet drsquoune certaine couleur ne donne pas toujours la mecircme couleur Lrsquoexemple avec le drapeau (activiteacute 4) est parlant

-shy Une situation centreacutee sur cet obstacle prenant en compte une deacutemarche expeacuterimentale ou une deacutemarche de modeacutelisation Dans notre cours les deux deacutemarches sont mises en oeuvre mais notre deacutemarche principale est la modeacutelisation Les eacutelegraveves vont effectivement ecirctre ameneacutes agrave eacutemettre des hypothegraveses manipuler reacutecolter des reacutesultats et les confronter agrave

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leurs hypothegraveses mais il srsquoagit surtout drsquoune deacutemarche de modeacutelisation car les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave creacuteer des scheacutemas dans plusieurs exercices

-shy Une probleacutematisation et la deacutevolution on probleacutematise la conception erroneacutee en introduisant une situation-shyproblegraveme crsquoest-shyagrave-shydire qursquoon construit un problegraveme centreacute sur lrsquoobstacle La surprise face agrave une situation incoheacuterente va intriguer lrsquoeacutelegraveve exciter sa motivation et le pousser agrave vouloir srsquoimpliquer dans le problegraveme ce qui va aider sa deacutevolution Brousseau (1998) qualifie la notion de deacutevolution par le ldquo processus par lequel lenseignant parvient agrave placer leacutelegraveve comme simple actant dans une situation a-shydidactique (agrave modegravele non didactique) Il cherche par lagrave agrave ce que lrsquoaction de lrsquoeacutelegraveve ne soit produite et justifieacutee que par les neacutecessiteacutes du milieu et par ses connaissances et non par lrsquointerpreacutetation des proceacutedeacutes didactiques du professeurrdquo Pour enrocircler les eacutelegraveves et les aider agrave identifier la probleacutematique en met on place une situation deacuteclenchante Dans notre cas lrsquoexemple avec le meacutelange de peinture et de lumiegraveres coloreacutees est un parfait exemple de situation deacuteclenchante car les eacutelegraveves ne sattendent probablement pas par exemple agrave ce que le meacutelange de vert et bleu donne du cyan ou encore qursquoon perccediloive un citron noir lorsque lrsquoon projette de la lumiegravere bleue sur ce celui-shyci

412 La prise en compte des conceptions des eacutelegraveves dans notre seacutequence La theacutematique de la lumiegravere et des couleurs est complexe et comprend de nombreux concepts difficiles agrave assimiler En effet bon nombre de personnes ont des repreacutesentations erroneacutees qui peuvent rester profondeacutement ancreacutees Parmi les conceptions erroneacutees les plus communes on retrouve selon le site internet des MER

La lumiegravere blanche est sans couleur pure quand la lumiegravere blanche passe dans un prisme ou traverse un filtre de la couleur lui est ajouteacutee

La lumiegravere blanche nous permet de voir la vraie couleur des objets laquoMa feuille est blanche parce que je nai pas ajouteacute dautres couleurs agrave celle-shyciraquo

Les couleurs sont lieacutees agrave des proprieacuteteacutes de lrsquoobjet exclusivement sans reacutefeacuterence agrave la lumiegravere qui eacuteclaire lrsquoobjet Ne dit-shyon pas quun pull est rouge

Confusion entre les couleurs primaires en couleur peinture et en couleur lumiegravere

Dans notre planification nous avons anticipeacute ces conceptions et avons construit notre cours de maniegravere agrave ce qursquoelles soient mises en eacutevidence le plus tocirct possible afin de tenter de les deacuteconstruire agrave travers nos activiteacutes

Ainsi degraves deacutebut de lrsquoactiviteacute 2 les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave une situation-shyproblegraveme dans laquelle ils comprennent qursquoil existe une contradiction entre leur conception de deacutepart sur les meacutelanges de couleurs (issue de leurs cadres de rationaliteacute familier et scolaire lsquorsquoart visuelrsquorsquo) et leurs observations (nouveau cadre lsquorsquophysiquersquorsquo) Crsquoest sur la base de ce conflit cognitif que les diffeacuterentes notions de la seacutequence pourront ecirctre abordeacutees Les autres conceptions sont mises en eacutevidence puis deacuteconstruites agrave travers les diffeacuterentes activiteacutes Par exemple les

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activiteacutes du chapitre 3 permettent de montrer que la lumiegravere blanche nrsquoest pas pure mais qursquoelle est composeacutee de toutes les couleurs et ce gracircce agrave lrsquoobservation des objets agrave la lumiegravere blanche puis agrave travers un filtre

De plus lrsquoactiviteacute 3 srsquoarticule autour drsquoune conception erroneacutee repeacutereacutee dans certaines classes Bon nombre drsquoeacutelegraveves eacutetaient persuadeacutes qursquoun filtre ne laissait pas passer les lumiegraveres de sa couleur propre car crsquoest la couleur dont est perccedilue le filtre Un conflit cognitif est alors provoqueacute afin de deacuteconstruire cette conception les eacutelegraveves observent que la lumiegravere coloreacutee nrsquoest pas absorbeacutee par le filtre mais qursquoelle se propage bien jusqursquoagrave lrsquoeacutecran blanc

En introduction de lrsquoactiviteacute 4 une nouvelle situation-shyproblegraveme est preacutesenteacutee par le biais drsquoune image montrant que la couleur drsquoun objet peut varier en fonction de la lumiegravere coloreacutee par laquelle il est eacuteclaireacute Elle servira agrave provoquer un conflit cognitif chez les eacutelegraveves car cette situation intervient apregraves une phase drsquohypothegravese reacutepondant agrave la question suivante un objet peut-shyil avoir diffeacuterentes couleurs La reacuteponse donneacutee par lrsquoimage contredira probablement lrsquohypothegravese preacuteceacutedemment formuleacutee et devrait susciter de la curiositeacute chez lrsquoeacutelegraveve et lui donner lrsquoenvie de comprendre le pheacutenomegravene Nous deacutemontrons ensuite tout au long de lrsquoactiviteacute 4 sur les lumiegraveres coloreacutees que crsquoest le pheacutenomegravene drsquoabsorption et de reacuteflection de la lumiegravere qui nous permet de voir la couleur des objets et non pas la lumiegravere blanche Crsquoest donc par le biais de ces deacuteconstructions successives de conceptions que lrsquoenseignant peut guider les eacutelegraveves sur la voie de la reacutesolution du problegraveme de lrsquoorigine de ces contradictions dans le but drsquoeacutetablir le lien entre les diffeacuterents cadres de rationaliteacute

42 Modeacutelisation

421 Deacutefinition

Un modegravele est communeacutement deacutefini comme un objet ou un concept qui va permettre de repreacutesenter la reacutealiteacute de diffeacuterentes maniegraveres Bunge (1974) ou encore Martinand (1994) le deacutefinissent eacutegalement comme un moyen permettant de mettre en relation le monde theacuteorique avec le monde empirique Il peut ecirctre consideacutereacute en quelque sorte comme un monde intermeacutediaire ou une sorte de lunette conceptuelle (Halloun 2004) qui va permettre drsquoobserver des pheacutenomegravenes naturels Un modegravele ne constitue pas la reacutealiteacute mais la repreacutesente en simplifiant certains de ses aspects ce qui peut causer des conflits pour les repreacutesentations cognitives chez lrsquoeacutelegraveve

422 La modeacutelisation dans notre seacutequence Dans notre planification la modeacutelisation est centrale afin de conceptualiser des pheacutenomegravenes complexes comme la composition de la lumiegravere et la perception des couleurs Elle est lrsquooutil qui permet drsquoamener les eacutelegraveves agrave se faccedilonner une repreacutesentation de la deacutecomposition de la lumiegravere blanche de labsorption de la lumiegravere agrave travers les filtres et des synthegraveses additive et soustractive des couleurs

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De plus elle constitue un objectif de formation meacutethodologique qui va de pair avec toute formation scientifique Crsquoest pourquoi nous avons inclus la modeacutelisation dans les objectifs drsquoapprentissage Dans la terminologie du PER la modeacutelisation correspond agrave lrsquoobjectif geacuteneacuteral MSN37

bull MSN 1525 mdash Modeacuteliser des pheacutenomegravenes naturels techniques sociaux ou des situations matheacutematiques

bull en imaginant et en utilisant divers outils de repreacutesentation (codes scheacutemas graphiques tableauxhellip)

Lrsquoactiviteacute 2 propose aux eacutelegraveves de reporter les couleurs observeacutees sur trois cercles superposeacutes En les coloriant les eacutelegraveves reacutealisent en reacutealiteacute une forme simple de modeacutelisation par un diagramme de Venn de la synthegravese additive Il nous a sembleacute pertinent drsquointroduire ce scheacutema de cette maniegravere car ainsi les eacutelegraveves comprennent reacuteellement qursquoil correspond agrave la lumiegravere projeteacutee et superposeacutee sur un eacutecran En derniegravere partie drsquoactiviteacute les eacutelegraveves se familiarisent avec un logiciel de modeacutelisation de la synthegravese additive 3

Lrsquoutilisation drsquoun modegravele dans ce cas est indispensable pour des raisons pratiques Il serait en effet tregraves difficile de faire des observations similaires avec un dispositif reacuteel constitueacute de projecteurs et drsquoun eacutecran comme dans la premiegravere partie drsquoactiviteacute Nous avons veilleacute agrave choisir un logiciel simple drsquousage sur lequel seules deux manipulations sont possibles allumereacuteteindre les projecteurs et varier leurs intensiteacutes Ainsi il est possible pour les eacutelegraveves de faire rapidement et sans difficulteacutes de lrsquoordre du registre seacutemiotique la deacuteduction attendue les diffeacuterentes couleurs srsquoobtiennent par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

Dans lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves sont ameneacutes agrave modeacuteliser lrsquoeffet drsquoun filtre sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee Ils ancrent ainsi le fonctionnement drsquoun filtre dans leur apprentissage et deacuteveloppent une meacutethodologie systeacutematique dans la reacutesolution de problegravemes mettant en scegravene des filtres Gracircce au modegravele deacuteveloppeacute les eacutelegraveves deacuteconstruisent deacutefinitivement leur eacuteventuelle conception erroneacutee selon laquelle un filtre absorberait sa propre couleur Lrsquoactiviteacute 43 a pour but que les eacutelegraveves modeacutelisent les pheacutenomegravenes de reacutefraction et drsquoabsorption en justifiant leur reacuteponse par un modegravele de reacuteponse Ce dernier comprend les couleurs RVB qui se reflegravetent ou qui sont absorbeacutees par une surface Ainsi lrsquoeacutelegraveve peut trouver une meacutethode systeacutematique de reacuteponse en testant les diffeacuterentes couleurs Gracircce agrave cette modeacutelisation et agrave celle de lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves comprennent que les fonctionnements des filtres et des lumiegraveres coloreacutees sont fondeacutes sur le mecircme principe

3(httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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43 Deacutemarche expeacuterimentale

431 Deacutefinition Pour de Vecchi il est important de ne pas confondre les notions lieacutees agrave lrsquoexpeacuterimental qui sont les suivantes

-shy Une deacutemarche scientifique nrsquoest pas exclusive au domaine des sciences expeacuterimentales mais peut aussi ecirctre mobiliseacutee dans les sciences humaines socialeshellip Elle utilise drsquoautres outils que lrsquoexpeacuterimentale Toute recherche digne de ce nom est de nature scientifique

-shy La meacutethode expeacuterimentale eacutequivaut plutocirct agrave un plan agrave suivre un mode drsquoemploi ou agrave une marche agrave suivre qui suit un ordre strict que lrsquoon peut aussi appeler protocole Par exemple parmi les plus ceacutelegravebres protocoles nous retrouvons celui de Claude Bernard (1865) que lrsquoon abregravege par les initiales OHERIC qui correspondent agrave observation hypothegravese expeacuterience reacutesultats interpreacutetation et conclusion De maniegravere geacuteneacuterale il srsquoagit du protocole caricatural que lrsquoon emploie le plus souvent dans les salles de classes

-shy Une deacutemarche expeacuterimentale est une approche plus reacutealiste moins stricte et integravegre

une approche plus tacirctonnante Il nrsquoest pas constitueacute drsquoeacutetapes preacutedeacutetermineacutees et est donc moins affecteacutee par les directives de lrsquoenseignant Il peut donc laisser des liberteacutes dans la maniegravere de reacutesoudre le problegraveme

432 La deacutemarche expeacuterimentale dans notre seacutequence Dans notre seacutequence la meacutethode expeacuterimentale est preacutesente de maniegravere partielle du scheacutema caricatural OHERIC nous nous inteacuteressons en particulier aux phases drsquoobservation et drsquoeacutemission drsquohypothegraveses Crsquoest pourquoi nous parlons donc plutocirct de ldquodeacutemarche expeacuterimentalerdquo En effet tout au long des diffeacuterentes activiteacutes il est reacuteguliegraverement demandeacute aux eacutelegraveves de formuler une hypothegravese agrave partir de leurs connaissances au preacutealable puis de faire de nouvelles observations en contexte expeacuterimental Crsquoest sur la base de ces derniegraveres qursquoils pourront reacutealiser leurs deacuteductions sur le pheacutenomegravene en question et construire de nouvelles conceptions Dans lrsquoactiviteacute 2 ce type de deacutemarche est central pour la creacuteation de la premiegravere situation-shyproblegraveme Par la suite la deacutemarche permet de guider les eacutelegraveves dans le processus de deacuteduction du fonctionnement geacuteneacuteral des diffeacuterents pheacutenomegravenes Dans lrsquoactiviteacute 41 par exemple les pheacutenomegravenes agrave deacuteduire sont la synthegravese soustractive et le fonctionnement de la lumiegravere coloreacutee Lrsquoemploi drsquoobjets familiers permet un ancrage dans le quotidien

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Dans lrsquoactiviteacute 3 lrsquoeacutetude de lrsquoeffet des filtres constitue agrave son tour un deacutemarche expeacuterimentale En effet les eacutelegraveves doivent tout drsquoabord eacutemettre leurs hypothegraveses puis les veacuterifient par lrsquoexpeacuterimentation et ses reacutesultats provoquant probablement un conflit cognitif avant drsquoen conclure lrsquoeffet drsquoun filtre Dans lrsquoactiviteacute 42 nous retrouvons toujours le mecircme principe de deacutemarche expeacuterimentale Les eacutelegraveves formulent des hypothegraveses sur la couleur perccedilue de diffeacuterents mots coloreacutes eacuteclaireacutes par une lumiegravere coloreacutee puis les veacuterifient lors de la phase drsquoobservation La confrontation entre leurs attentes lieacutees agrave leurs conceptions et la reacutealiteacute creacutee le conflit cognitif rechercheacute

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5 Conclusion Pour seacutelectionner notre thegraveme et eacutelaborer notre seacutequence nous nous sommes fondeacutes sur les objectifs du PER et crsquoest sur lrsquooptique que notre choix srsquoest porteacute Le savoir savant auquel nous nous sommes reacutefeacutereacutes comprend principalement des concepts lieacutes agrave la lumiegravere tels que les photons les ondes eacutelectromagneacutetiques ainsi que les spectres drsquoeacutemission et drsquoabsorption Nous avons transposeacute ce savoir en un savoir enseignable par le biais drsquoun travail de contextualisation et de reacuteadaptation Nous avons eacuteteacute ameneacutes agrave remplacer des modegraveles scientifiques (par exemple les modegraveles de synthegraveses additive et soustractive) par des modegraveles accessibles agrave un niveau scolaire et agrave changer les conditions drsquoeacutemergence des problegravemes Ainsi notre travail de transposition consistait agrave montrer aux eacutelegraveves la partie eacutemergeacutee de lrsquoiceberg du concept de couleur le reacutesultat apparent plutocirct que lrsquoorigine eacutelectromagneacutetique Tout au long de la seacutequence et par le biais de situations-shyproblegravemes et de diffeacuterentes eacutetapes de reacutesolution des activiteacutes les eacutelegraveves ont eacuteteacute guideacutes dans le processus de construction de leur apprentissage En nous focalisant sur les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves nous avons eacutelaboreacute nos exercices de maniegravere agrave proposer des situations deacuteclenchantes afin de faciliter le transfert de la responsabiliteacute de la reacutesolution des problegravemes aux eacutelegraveves Cette derniegravere srsquoeffectue par des deacutemarches drsquoexpeacuterimentation mais surtout de modeacutelisation

Dans notre sceacutenario les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave deux types de donneacutees theacuteoriques et empiriques Drsquoune part ils ont agrave disposition deux theacuteories principales la premiegravere est que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs de lrsquoarc-shyen-shyciel tandis que la seconde deacutecrit l a maniegravere dont la couleur drsquoun objet deacutepend des couleurs qursquoil va absorber Drsquoautre part ils disposent de donneacutees empiriques qursquoils sont ameneacutes agrave reacutecolter en superposant des lumiegraveres de diffeacuterentes couleurs en meacutelangeant de la peinture et en projetant de la lumiegravere coloreacutee sur diffeacuterents objets coloreacutes Dans le cadre drsquoune deacutemarche drsquoexpeacuterimentation ils ont eacutemis des hypothegraveses observeacute manipuleacute du mateacuteriel utiliseacute des appliquettes en ligne et veacuterifieacute leurs reacutesultats Crsquoest ainsi les modegraveles que nous avons preacutesenteacutes et que les eacutelegraveves ont eacutelaboreacutes vont ecirctre des ponts qui vont relier le monde theacuteorique et le monde empirique Par ailleurs nous avons eacuteteacute attentifs agrave la seacutemiotique lors de nos choix des repreacutesentations utiliseacutees nous nous sommes reacutefeacutereacutes agrave la notion de registre seacutemiotique afin drsquoeacutelaborer des scheacutemas nrsquoengendrant pas de difficulteacutes de lecture chez les eacutelegraveves

Nous avons analyseacute lrsquoorigine des conceptions erroneacutees et avons remarqueacute qursquoelles eacutetaient principalement dues agrave des repreacutesentations concourantes engendreacutees par les diffeacuterents contextes et cadres de rationaliteacutes dans lesquelles les eacutelegraveves eacutevoluent Notre sceacutenario permet aux eacutelegraveves drsquoeacutetablir des liens entre ces diffeacuterents cadres et de construire une nouvelle repreacutesentation de la couleur celle drsquoun objet de la physique

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

6 Bibliographie

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Meirieu P Avanzin Gi (1987) Apprendre oui mais comment Edition ESF Verret M (1975) Le temps des eacutetudes (Vols 1ndash2) Lille France Atelier Reproduction des thegraveses

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Page 11: Physique Optique Lescouleurs · Sciences naturelles Les couleurs 10 11 Harmos 1.Introduction Comme nous allons le détailler dans le chapitre 4, les conceptions erronées des élèves

Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

-shy deacuteterminer que de la lumiegravere blanche peut ecirctre obtenue gracircce agrave 3 couleurs RVB

Mateacuteriel

Les meacutelanges de couleurs de la premiegravere partie drsquoactiviteacute

Trois lampes de couleurs RVB

Un eacutecran blanc

Deacuteroulement

a) Lrsquoenseignant installe le dispositif agrave la vue des eacutelegraveves b) Individuellement les eacutelegraveves remplissent un tableau avec leurs preacutedictions concernant

les couleurs obtenues en superposant diffeacuterentes lumiegraveres On peut srsquoattendre agrave ce qursquoils appliquent leurs preacutedictions agrave ce qursquoils connaissent de la peinture et de ce qursquoil viennent drsquoobserver en deacutebut drsquoactiviteacute Cette eacutetape constitue une phase drsquoeacutemission drsquohypothegraveses

b) Manipulation de lampes par les eacutelegraveves ou deacutemonstration par lrsquoenseignant des couleurs obtenues par superposition de lumiegraveres coloreacutees Le reacutesultat surprendra les eacutelegraveves et sera source drsquoun conflit cognitif

c) Les eacutelegraveves reportent leurs observations dans le tableau de maniegravere agrave souligner le conflit avec leurs preacutedictions Puis ils reacutepondent agrave des questions permettant de mettre en eacutevidence la diffeacuterence de nature (matiegravere puis lumiegravere) des couleurs observeacutees Une autre question permet de mettre en eacutevidence que le meacutelange des trois couleurs donne de la lumiegravere blanche (modegravele trichromique)

d) Sur la base de leurs observations les eacutelegraveves preacutesentent sous forme de diagramme de Venn la synthegravese additive Cette eacutetape permet drsquoentraicircner la modeacutelisation simple agrave partir drsquoobservations

e) Mise en commun de maniegravere interactive lrsquoenseignant interroge les eacutelegraveves et oriente ses questions

Indications pour lrsquoenseignant

Afin de preacutesenter le dispositif aux eacutelegraveves lrsquoenseignant peut allumer un seul des projecteurs Ainsi les eacutelegraveves pourront se faire une ideacutee de la maniegravere dont ils observeront la projection de lumiegravere sur lrsquoeacutecran Selon le mateacuteriel et le temps disponibles lrsquoenseignant fera lui-shymecircme la deacutemonstration ou bien les eacutelegraveves manipulent eux-shymecircme le ou les dispositif(s) Les questions poseacutees agrave la suite du tableau peuvent ecirctre difficiles lrsquoenseignant veillera agrave orienter les eacutelegraveves agrave lrsquoaide du dispositif et en leur posant des questions intermeacutediaires

Activiteacute 23 (20 min)

Objectifs speacutecifiques agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy deacuteduire agrave lrsquoaide drsquoun logiciel de modeacutelisation les regravegles de la synthegravese additive

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

-shy expliquer la cause de la preacutesence des trois couleurs RVB dans les pixels en mobilisant les notions apprises preacuteceacutedemment

Mateacuteriel

Quelques ordinateurs avec un accegraves internet Quelques microscopes Logiciel disponible en ligne sur le portail PCCL (Physique chimie collegravege lyceacutee) 2

Deacuteroulement

a) Un problegraveme est poseacute par lrsquoenseignant si lrsquoon obtient du blanc (donc la totaliteacute des couleurs) en superposant les lumiegraveres R V et B comment obtient-shyon une couleur en particulier

b) Par groupe heacuteteacuterogegravenes de 3 ou 4 les eacutelegraveves eacutemettent des hypothegraveses c) Le test des hypothegraveses se fait toujours par groupes gracircce agrave un logiciel de

modeacutelisation de la synthegravese additive offrant la possibiliteacute de varier les intensiteacutes de chaque projecteur Par leurs manipulations les eacutelegraveves sont capables de deacuteduire que les diffeacuterentes couleurs sont obtenues par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

d) Mise en commun en projetant le logiciel sur grand eacutecran e) Les eacutelegraveves observent par groupe des eacutecrans de smartphones au microscope puis ils

mobilisent les notions deacutecouvertes preacuteceacutedemment pour expliquer leurs observations f) Institutionnalisation (cf ci-shydessous)

Indications pour lrsquoenseignant

Le logiciel eacutetant simple drsquoutilisation les eacutelegraveves peuvent faire leurs manipulations sans trop drsquoindications de la part de lrsquoenseignant En revanche selon lrsquoexpeacuterience des eacutelegraveves il sera neacutecessaire de les assister lors des reacuteglages pour lrsquoobservation au microscope Selon le mateacuteriel et le temps disponibles lrsquoenseignant peut eacutegalement preacuteparer lui-shymecircme le dispositif et les eacutelegraveves observent lrsquoeacutecran de smartphone lrsquoun apregraves lrsquoautre

Institutionnalisation activiteacute 2 (10 min)

Une premiegravere institutionnalisation se fait agrave la fin de lrsquoactiviteacute 2 de maniegravere frontale par lrsquoenseignant Partant de lrsquoobservation des eacutecrans de smartphone elle doit porter uniquement sur les objectifs viseacutes par lrsquoactiviteacute et doit introduire les notions de modegravele trichromique et de synthegravese additive Il est inteacuteressant de faire eacutegalement un lien avec les causes biologiques du modegravele trichromique (cocircnes et bacirctonnets de lrsquooeil daltonisme) Lrsquoinstitutionnalisation peut se faire agrave lrsquoaide drsquoune preacutesentation Powerpoint concise etou drsquoun documentaire videacuteo puis les fiches de synthegravese sont distribueacutees pour ecirctre lues agrave la maison et pour servir de support theacuteorique lors des reacutevisions en vue de lrsquoexamen

2 httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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22 Activiteacute 3 qursquoest-shyce qursquoun filtre Objectif geacuteneacuteral La lumiegravere coloreacutee projeteacutee est modifieacutee lorsqursquoelle travers un filtre coloreacute

Activiteacute 31 (20 min)

Objectifs speacutecifiques agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy Formuler une hypothegravese sur la couleur drsquoun faisceau lumineux vu agrave travers un ou plusieurs filtre(s) coloreacute(s)

-shy Modeacuteliser lrsquoaction drsquoun ou plusieurs filtre(s) coloreacute(s) sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee

-shy Eacutenoncer le rocircle drsquoun filtre coloreacute Mateacuteriel

1 eacutecran blanc

3 projecteurs de lumiegravere blanche

3 filtres rouge vert et bleu

Deacuteroulement

a) En pleacutenum lrsquoenseignant effectue un rappel du dernier cours (composition RVB de la lumiegravere blanche) et preacutesente la modeacutelisation utiliseacutee pour la synthegravese additive

b) Lrsquoenseignant preacutesente le dispositif agrave la classe (enlever un filtre montrer qursquoon a bien de la lumiegravere blanche avant le filtre remettre le filtre) puis demande aux eacutelegraveves individuellement drsquoeacutemettre leurs hypothegraveses puis discussion rapide par banc

c) Lrsquoenseignant allume un projecteur apregraves lrsquoautre (en eacuteteignant le preacuteceacutedent agrave chaque fois) et fait noter aux eacutelegraveves les observations et leur demande drsquoeacutemettre par deux une hypothegravese sur le rocircle du filtre

d) Mise en commun en choisissant des groupes donnant une explication contradictoire e) Apregraves avoir formeacute des groupes heacuteteacuterogegravenes de 3-shy4 eacutelegraveves lrsquoenseignant demande

aux eacutelegraveves de modeacuteliser lrsquoeffet du filtre (question 3) f) Mise en commun par projection de 3 travaux diffeacuterents et comportant de bons

eacuteleacutements Correction g) Lrsquoenseignant relance le travail de groupe pour effectuer le dernier exercice h) Lrsquoenseignant ouvre la discussion puis donne la solution experte

Indications pour lrsquoenseignant

Erreur possible un filtre coloreacute ne laisse pas passer sa couleur (peut-shyecirctre parce qursquoon le voit justement de cette couleur donc il absorberait) Lors de travaux de groupe passer dans les bancs pour observer le travail effectueacute ne pas reacutepondre aux questions (sauf incompreacutehension de la consigne) afin drsquoassurer la deacutevolution Avertir briegravevement les eacutelegraveves qui seront ameneacutes agrave preacutesenter leur travaux

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Activiteacute 32 (10 min)

Objectifs speacutecifiques agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy Deacuteduire par lrsquoexpeacuterimentation lrsquoeffet de la superposition de plusieurs filtres -shy Dessiner le diagramme de Venn de la synthegravese soustractive

Mateacuteriel

Une lampe diffusant de la lumiegravere blanche par groupe

Un set de 3 filtres (CMJ) par groupe Deacuteroulement

a) Lrsquoenseignant explique le deacuteroulement de lrsquoactiviteacute puis forme des groupes heacuteteacuterogegravenes de 3-shy4 eacutelegraveves puis leur distribue le mateacuteriel neacutecessaire et laisse aux eacutelegraveves un temps drsquoexpeacuterimentation

b) Mise en commun par un groupe choisi par lrsquoenseignant avec expeacuterimentation au tableau

Indications pour lrsquoenseignant

Plusieurs possibiliteacutes sont agrave preacutevoir selon lrsquoagencement de CMJ dans le diagramme de Venn

Activiteacute 33 (15 min)

Objectifs speacutecifiques agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy Comparer les synthegraveses additive et soustractive par lutilisation drsquoune application Mateacuteriel

1 ordinateur par groupe

(httpwwwostralonet3_animationsswfsynthese_couleursswf)

Deacuteroulement

a) Lrsquoenseignant preacutesente les manipulations agrave effectuer pour arriver sur lrsquoapplication b) Il distribue un ordinateur par banc et laisse les eacutelegraveves travailler et reacutepondre aux

questions c) La correction se fera directement par lrsquoenseignant en guise dinstitutionnalisation

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Indications pour lrsquoenseignant

Cette activiteacute fait office drsquoinstitutionnalisation Il est important de distinguer les deux synthegraveses en preacutesentant clairement leurs utilisations diffeacuterentes

23 Activiteacute 4 La couleur des objets Objectif geacuteneacuteral la couleur drsquoun objet peut ecirctre modifieacutee si on le voit sous une lumiegravere coloreacutee

Introduction (15 min)

1) Question de deacutepart pourquoi perccediloit-shyon des objets de diffeacuterentes couleurs ou Un objet a-shyt-shyil toujours la mecircme couleur Les eacutelegraveves formulent une hypothegravese Ensuite ils confrontent leurs ideacutees avec une videacuteo qui provoque un conflit par rapport agrave ce qursquoils pensaient

2) Lrsquoenseignant preacutesente la theacuteorie le principe dabsorption et de reacutefraction Que se passe-shyt-shyil lorsqursquoon regarde avec une lumiegravere coloreacutee

Activiteacute 41 (10 min)

Objectif speacutecifique agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

Formuler une hypothegravese sur les couleurs des objets vus sous une lumiegravere coloreacutee

Mateacuteriel

Objets de couleurs diffeacuterentes (rouge cyan et jaune)

3 lumiegraveres coloreacutees (magenta vert bleu) Deacuteroulement

a) Lrsquoactiviteacute 41 avec les objets a comme objectif la repreacutesentation de la couleur sous forme de scheacutema et de leur faire deacuteduire progressivement que les objets se comportent comme des filtres

b) Lrsquoenseignant entrepose des objets de couleurs rouge cyan et jaune et des dispositifs eacutemettant des lumiegraveres coloreacutees (magenta vert et bleu) sur une table Lrsquoassociation des objets et des lumiegraveres coloreacutees est rouge-shymagenta cyan-shyvert jaune-shybleu

c) Lrsquoenseignant forme des groupes heacuteteacuterogegravenes de 3 ou 4 personnes d) Puis les eacutelegraveves se rassemblent autour de la table ougrave sont entreposeacutes les objets et

remplissent les deux premiegraveres colonnes du tableau (couleur de lrsquoobjet et couleur de la lumiegravere coloreacutee) Les groupes retournent agrave leur place et commencent agrave formuler leurs hypothegraveses (troisiegraveme colonne)

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

e) Puis les eacutelegraveves sont autoriseacutes agrave reacutecupeacuterer les objets pour qursquoils procegravedent agrave leur manipulation Ils notent ce qursquoils ont observeacute dans la quatriegraveme colonne

f) Ce proceacutedeacute est reacutepeacuteteacute 3 fois

Indications pour lrsquoenseignant

Les objets de couleurs agrave utiliser ne sont pas deacutefinis la liberteacute est laisseacutee agrave lrsquoenseignant de prendre ce qursquoil a agrave disposition mais lrsquoassociation est preacutevue pour qursquoun reacutesultat soit observeacute

Difficulteacutes ne pas faire les liens pour arriver agrave poser une hypothegravese ne plus savoir ce que sont les synthegraveses additives et soustractives

Erreurs possibles poser une hypothegravese fausse mais cette erreur est voulue et provoquera le conflit

attendu ne pas faire le lien avec la synthegravese soustractive vue dans le preacuteceacutedent chapitre et

reacutepondre ldquola synthegravese additiverdquo ne pas deacuteduire que la reacuteflection de la lumiegravere coloreacutee sur un objet fonctionne comme

un filtre Relances

lrsquoenseignant fait le test devant la classe en modeacutelisant le pheacutenomegravene renvoie au scheacutema de reflection revu en theacuteorie au deacutebut du cours utilise la modeacutelisation avec lrsquoordinateur ougrave lrsquoon peut doser les filtres met en parallegravele le filtre et la lumiegravere coloreacutee pour que le lien entre les deux

pheacutenomegravenes soit fait

Activiteacute 42 (25 min)

Objectif speacutecifique agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy Formuler une hypothegravese sur les couleurs des objets vus sous une lumiegravere coloreacutee Mateacuteriel

Feuilles blanches et coloreacutees

Peinture de couleurs

Journaux de protection

2 pinceaux par groupe

Gobelet drsquoeau

Palettes assiettes ou berlingot deacutecoupeacute en 2 pour mettre la peinture

6 lumiegraveres coloreacutees (rouge verte bleue magenta cyan et jaune)

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Deacuteroulement amp Indication pour les enseignants

a) Ils scheacutematisent le pheacutenomegravene et remplissent le tableau Lrsquoideacutee est drsquoeacutecrire les mots avec la mecircme peinture utiliseacutee durant lrsquoactiviteacute 21 ce qui leur permettrait de faire un lien Les eacutelegraveves se rendront peu agrave peu compte que la peinture agit comme un filtre

b) Avant le cours lenseignant associe une lumiegravere coloreacutee agrave une couleur pour le mot et une couleur de feuille et preacutepare une table proteacutegeacutee pour la peinture

c) Lrsquoactiviteacute se fait par groupe heacuteteacuterogegravene de 3 personnes formeacutes par lrsquoenseignant Chaque groupe possegravede 6 dispositifs eacutemettant des lumiegraveres coloreacutees agrave la lumiegravere desquels ils observeront les deux mots coloreacutes sur leur feuille respective

d) Les eacutelegravevent commencent lrsquoactiviteacute en venant chercher sur la table pour la peinture les 2 couleurs voulues les disposent dans leur palette prennent la feuille correspondante et 2 pinceaux et se dirigent vers les tables preacutepareacutees pour la peinture

e) Ils eacutecrivent les 2 mots avec la peinture puis rejoignent leur place f) Ils remplissent la premiegravere ligne du tableau g) Puis ils inscrivent leur hypothegravese au crayon agrave papier et en petit dans les cases

correspondantes Ils ont la possibiliteacute de prendre une feuille de brouillon pour dessiner les modegraveles

h) Puis lrsquoenseignant distribue les dispositifs eacutemettant les lumiegraveres coloreacutees pour que les eacutelegraveves puissent eacuteclairer leurs mots et observer le reacutesultat qursquoils notent agrave la plumestylo

i) Les hypothegraveses mecircme erroneacutees sont laisseacutees inscrites dans le tableau pour que lrsquoeacutelegraveve puisse comparer les deux et comprendre le pheacutenomegravene (conflit)

Activiteacute 43 (20 min)

Objectifs speacutecifiques agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy Modeacuteliser agrave lrsquoaide drsquoun scheacutema et de codes la reacutefraction et labsorption de la lumiegravere sur un objet

-shy Retrouver agrave partir de la couleur refleacuteteacutee et la lumiegravere coloreacutee projeteacutee et le filtre utiliseacute Mateacuteriel

pas de mateacuteriel particulier mis agrave part le fichier de lrsquoeacutelegraveve

Deacuteroulement

a) Lrsquoactiviteacute 43 qui permet de voir si les eacutelegraveves ont compris leur demande de reacutefleacutechir en partant des observations pour trouver la situation initiale

b) Le travail est agrave reacutealiser individuellement les eacutelegraveves regardent les diffeacuterents drapeaux modeacutelisent les diffeacuterentes situations et notent leur deacuteductions

c) Lrsquoenseignant reste agrave disposition et passe dans les bancs

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Indications pour lrsquoenseignant

Obstacles ne pas faire le lien que crsquoest la deacutemarche vue preacuteceacutedemment mais agrave lrsquoenvers

Erreurs possibles ne pas trouver le bon filtre agrave cause du noir ne pas repreacutesenter juste le scheacutema de modeacutelisation

Relances faire reacutefeacuterence au tableau reacutecapitulatif de la fiche theacuteorique faire reacutefeacuterence au modegravele du scheacutema en couleur dans la fiche theacuteorique

Institutionnalisation activiteacute 4

Explication de la modeacutelisation de la reacuteflection de la lumiegravere coloreacutee par une marche agrave suivre lors de la correction de lrsquoexercice des drapeaux sous forme drsquoun ldquoje retiensrdquo

Un cours de reacutevision avec les fiches de synthegravese suivra ces seacuteances drsquoactiviteacutes

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

3 Documents Les diffeacuterents documents utiliseacutes dans cette seacutequence sont preacutesenteacutes ci-shydessous

Parmi eux

Fiches drsquoactiviteacutes pour eacutelegraveves et avec correction

Fiches theacuteoriques de synthegravese

Evaluation pour eacutelegraveves et avec correction

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Documents des eacutelegraveves Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs Chapitre 2 Couleurs peintures couleurs lumiegraveres Activiteacute 21 1) Tu as agrave disposition des pinceaux et de la peinture Tu te

souviens peut-shyecirctre de tes cours drsquoarts visuels qursquoil existe des

couleurs primaires qui permettent par leur meacutelange drsquoobtenir

drsquoautres couleurs Mais elles-shymecircmes ne srsquoobtiennent par aucun

meacutelange Te souviens-shytu des combinaisons de couleurs qursquoil faut

meacutelanger pour obtenir une couleur souhaiteacutee

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du vert

__________________________________________

Image httpsfrdreamstimecom Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du rouge

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du bleu

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du noir

__________________________________________

Activiteacute 22 Lrsquoenseignant a installeacute trois projecteurs de couleur un rouge un vert un bleu ainsi

qursquoun eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-shydessous

Image MER

Quelle couleur va-shyt-shyon observer sur lrsquoeacutecran si lrsquoon allume deux par deux les projecteurs

et que lrsquoon superpose leurs lumiegraveres Et si lrsquoon allume les trois projecteurs Remplis le

tableau ci-shydessous drsquoabord avec tes hypothegraveses concernant la couleur obtenue sur

lrsquoeacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Meacutelange de lumiegraveres Couleur obtenue ton hypothegravese

Couleur observeacutee

vert et bleu

vert et rouge

bleu et rouge

vert bleu et rouge

a) Quelles diffeacuterences constates-shytu entre les meacutelanges de lrsquoactiviteacute 1 et ceux de lrsquoactiviteacute

2

______________________________________________________________________

b) Qursquoa-shyt-shyon meacutelangeacute dans chaque cas

______________________________________________________________________

c) Le reacutesultat du meacutelange des lumiegraveres verte bleue et rouge te rappelle-shyt-shyil quelque

chose Que peux-shytu en deacuteduire

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

d) A lrsquoaide de couleurs scheacutematise ci-shydessous les superpositions observeacutees sur lrsquoeacutecran

blanc

Activiteacute 23 Et comment obtenir drsquo‛autres couleurs 1) Tu as vu lors de lrsquoactiviteacute preacuteceacutedente que si lrsquoon superpose trois lumiegraveres de couleurs

RVB on perccediloit du blanc Mais de quelle maniegravere peut-shyon percevoir nrsquoimporte quelle

autre couleur

Familiarise-shytoi avec le logiciel en ligne suivant

httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additive

htm

Puis reacuteponds aux questions suivantes

Par quelles manipulations obtiens-shytu du orange

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du rose

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du vert olive

______________________________________________________________________

Que constates-shytu

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

2) Chaque groupe a agrave sa disposition une loupe binoculaire Deacutepose un smartphone

allumeacute eacutecran vers le haut sous lrsquoobjectif Vise une zone blanche de lrsquoeacutecran puis regravegle la

netteteacute Qursquoobserves-shytu

Observations

Comment expliques-shytu ce pheacutenomegravene

Documents des eacutelegraveves Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs Chapitre 2 Couleurs peintures couleurs lumiegraveres (corrigeacute) Activiteacute 21 1) Tu as agrave disposition des pinceaux et de la peinture Tu te

souviens peut-shyecirctre de tes cours drsquoarts visuels qursquoil existe des

couleurs primaires qui permettent par leur meacutelange drsquoobtenir

drsquoautres couleurs Mais elles-shymecircmes ne srsquoobtiennent par aucun

meacutelange Te souviens-shytu des combinaisons de couleurs qursquoil faut

meacutelanger pour obtenir une couleur souhaiteacutee

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du vert

__________________________________________

Image httpsfrdreamstimecom Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du rouge

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du bleu

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du noir

__________________________________________

Activiteacute 22 Lrsquoenseignant a installeacute trois projecteurs de couleur un rouge un vert un bleu ainsi

qursquoun eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-shydessous

Image MER

Quelle couleur va-shyt-shyon observer sur lrsquoeacutecran si lrsquoon allume deux par deux les projecteurs

et que lrsquoon superpose leurs lumiegraveres Et si lrsquoon allume les trois projecteurs Remplis le

tableau ci-shydessous drsquoabord avec tes hypothegraveses concernant la couleur obtenue sur

lrsquoeacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Meacutelange de lumiegraveres Couleur obtenue ton hypothegravese

Couleur observeacutee

vert et bleu (cyan)

vert et rouge (jaune)

bleu et rouge (magenta)

vert bleu et rouge (blanc)

a) Quelles diffeacuterences constates-shytu entre les meacutelanges de lrsquoactiviteacute 1 et ceux de lrsquoactiviteacute

2

______________________________________________________________________

Les couleurs obtenues ne sont pas les mecircmes qursquoen peinture

b) Qursquoa-shyt-shyon meacutelangeacute dans chaque cas

______________________________________________________________________

Dans le premier cas on a de la matiegravere (de la peinture) dans le deuxiegraveme cas on a de la

lumiegravere

c) Le reacutesultat du meacutelange des lumiegraveres verte bleue et rouge te rappelle-shyt-shyil quelque

chose Que peux-shytu en deacuteduire

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

Le fait que la lumiegravere blanche est composeacutee de lrsquoensemble des couleurs (cf expeacuterience

du prisme) Ici lrsquoexpeacuterience concerne la superposition de lumiegraveres coloreacutees et on observe

que lrsquoaddition des lumiegraveres rouge verte et bleue donne du blanc Cela srsquoappelle le modegravele trichromique

d) A lrsquoaide de couleurs scheacutematise ci-shydessous les superpositions observeacutees sur lrsquoeacutecran

blanc

Activiteacute 23 Et comment obtenir drsquo‛autres couleurs 1) Tu as vu lors de lrsquoactiviteacute preacuteceacutedente que si lrsquoon superpose trois lumiegraveres de couleurs

RVB on perccediloit du blanc Mais de quelle maniegravere peut-shyon percevoir nrsquoimporte quelle

autre couleur

Familiarise-shytoi avec le logiciel en ligne suivant

httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additive

htm

Puis reacuteponds aux questions suivantes

Par quelles manipulations obtiens-shytu du orange (selon eacutelegraveves)

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du rose (selon eacutelegraveves)

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du vert olive (selon eacutelegraveves)

______________________________________________________________________

Que constates-shytu

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

Un jeu de dosage entre les trois couleurs RVB permet drsquoobtenir toutes les diffeacuterentes

couleurs imaginables Les trois lumiegraveres superposeacutees et en dosage eacutequivalent donnent

une lumiegravere blanche crsquoest agrave dire la totaliteacute des couleurs On appelle cela la synthegravese additive

2) Chaque groupe a agrave sa disposition un microscope Deacutepose un smartphone allumeacute

eacutecran vers le haut sous lrsquoobjectif Vise une zone blanche de lrsquoeacutecran puis regravegle la netteteacute

Qursquoobserves-shytu

Observations

(Preacutesences de pixels lumiegraveres RVB)

Comment expliques-shytu ce pheacutenomegravene

(synthegravese effectueacutee par le cerveau)

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 3 Que devient la lumiegravere lorsqursquo‛elle traverse un filtre

Activiteacute 31 les lumiegraveres et filtres coloreacutes

Tu as appris lors du dernier cours que lrsquo‛on pouvait ldquoadditionnerrdquo des lumiegraveres coloreacutees

pour obtenir de nouvelles couleurs Nous pouvons modeacuteliser la lumiegravere blanche ainsi

Nous allons deacutecouvrir aujourdrsquo‛hui comment on peut ldquosoustrairerdquo des lumiegraveres coloreacutees

1) Lrsquo‛enseignant a installeacute trois filtres de couleur un rouge un vert un bleu ainsi qursquo‛un

eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-dessous

Image MER

Quelle couleur va-t-on observer sur lrsquo‛eacutecran si lrsquo‛on allume un par un les projecteurs

Remplis le tableau ci-dessous premiegraverement avec tes hypothegraveses concernant la couleur

obtenue sur lrsquo‛eacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Filtre traverseacute par la

lumiegravere blanche

Couleur obtenue ton

hypothegravese

Couleur observeacutee

Filtre bleu

Filtre rouge

Filtre vert

2) Selon toi quel est le rocircle du filtre coloreacute

_______________________________________________________________

3) Repreacutesente par un scheacutema le passage drsquo‛une lumiegravere blanche agrave travers un filtre rouge

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

4) Et quelle couleur observera-t-on si la lumiegravere blanche passe agrave travers un filtre rouge

puis agrave travers un filtre bleu Formule une hypothegravese puis applique ton modegravele

Hypothegravese __________________________________

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

Activiteacute 32 Qursquo‛obtient-on avec drsquo‛autres filtres

a) Tu disposes maintenant drsquo‛une lampe diffusant de la lumiegravere blanche et de filtres

cyan magenta et jaune Manipule-les les uns apregraves les autres puis en les superposant

pour deacutecouvrir leurs effets sur la lumiegravere blanche

b) A lrsquo‛aide de couleurs et en trsquo‛appuyant sur tes observations scheacutematise ci-dessous

lrsquo‛action des filtres sur une lumiegravere blanche

Activiteacute 33 Deux synthegraveses Similitudes et diffeacuterences

a) Utilise ce logiciel pour comparer les synthegraveses additive et soustractive

httpwwwostralonet3_animationsswfsynthese_couleursswf

a) Quelles similitudes observes-tu entre les synthegraveses additive et soustractive

________________________________________________________________

d) Et quelles diffeacuterences

_______________________________________________________________

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 3 Que devient la lumiegravere lorsqursquo‛elle traverse un filtre

(corrigeacute)

Activiteacute 31 les lumiegraveres et filtres coloreacutes

Tu as appris lors du dernier cours que lrsquo‛on pouvait ldquoadditionnerrdquo des lumiegraveres coloreacutees

pour obtenir de nouvelles couleurs Nous pouvons modeacuteliser la lumiegravere blanche ainsi

Nous allons deacutecouvrir aujourdrsquo‛hui comment on peut ldquosoustrairerdquo des lumiegraveres coloreacutees

1) Lrsquo‛enseignant a installeacute trois filtres de couleur un rouge un vert un bleu ainsi qursquo‛un

eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-dessous

Image MER

Quelle couleur va-t-on observer sur lrsquo‛eacutecran si lrsquo‛on allume un par un les projecteurs

Remplis le tableau ci-dessous premiegraverement avec tes hypothegraveses concernant la couleur

obtenue sur lrsquo‛eacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Filtre traverseacute par la

lumiegravere blanche

Couleur obtenue ton

hypothegravese

Couleur observeacutee

Filtre bleu bleu

Filtre rouge rouge

Filtre vert vert

2) Selon toi quel est le rocircle du filtre coloreacute

_______________________________________________________________

Un filtre coloreacute ne transmet que les rayons de sa couleur et absorbe les autres

3) Repreacutesente par un scheacutema le passage drsquo‛une lumiegravere blanche agrave travers un filtre rouge

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

4) Et quelle couleur observera-t-on si la lumiegravere blanche passe agrave travers un filtre rouge

puis agrave travers un filtre bleu Formule une hypothegravese puis applique ton modegravele

Hypothegravese __________________________________

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

Activiteacute 32 Qursquo‛obtient-on avec drsquo‛autres filtres

a) Tu disposes maintenant drsquo‛une lampe diffusant de la lumiegravere blanche et de filtres

cyan magenta et jaune Manipule-les les uns apregraves les autres puis en les superposant

pour deacutecouvrir leurs effets sur la lumiegravere blanche

b) A lrsquo‛aide de couleurs et en trsquo‛appuyant sur tes observations scheacutematise ci-dessous

lrsquo‛action des filtres sur une lumiegravere blanche

Pex 1 Magenta 2 Jaune 3 Cyan 4 Rouge 5 Vert 6 Bleu 7 Noir

Activiteacute 33 Deux synthegraveses Similitudes et diffeacuterences

a) Utilise ce logiciel pour comparer les synthegraveses additive et soustractive

httpwwwostralonet3_animationsswfsynthese_couleursswf

a) Quelles similitudes observes-tu entre les synthegraveses additive et soustractive

________________________________________________________________

Les mecircmes triplets de couleurs sont preacutesents dans les deux synthegraveses (RVB - CMJ)

d) Et quelles diffeacuterences

________________________________________________________________

1 Les couleurs primaires de lrsquo‛un sont les couleurs compleacutementaires de lrsquo‛autre

2 Lrsquo‛addition des lumiegraveres coloreacutees rouge verte et bleue donne du blanc la

soustraction totale par des filtres cyan magenta et jaune donne du noir

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 4 Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Rappel

1 Nous pouvons reacutesumer la composition de la lumiegravere blanche aux 3 couleurs primaires le rouge le vert et le bleu Ce sont des couleurs qui ne peuvent pas ecirctre creacuteeacutees Ce sont elles qui composent les autres couleurs Crsquo‛est agrave dire qursquo‛en les meacutelangeant on peut obtenir les autres couleurs le cyan est composeacute du bleu et du vert le magenta est composeacute du bleu et du rouge et le jaune est composeacute du vert et du rouge

Theacuteorie

Le sujet que nous allons traiter aujourdrsquo‛hui concerne la couleur de lrsquo‛objet Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Formule une hypothegravese ____________________________________________

Observe la photo projeteacutee par lrsquo‛enseignant

Que retiens-tu de cette photo _______________________________________________________________ La lumiegravere coloreacutee qui est refleacuteteacutee par un objet correspond agrave la lumiegravere non absorbeacutee

Ici toutes les lumiegraveres coloreacutees sont absorbeacutees sauf le bleu qui lui est refleacuteteacute La couleur propre de lrsquo‛objet sera le bleu

En effet un objet absorbe ou reflegravete diffeacuterentes lumiegraveres coloreacutees Crsquo‛est cette lumiegravere coloreacutee refleacuteteacutee que nous verrons

Activiteacute 41

Reacuteponds agrave ces diffeacuterentes questions dans le tableau ci-dessous De quelle couleur verras-tu cet objet Confronte ton ideacutee avec ton voisin De quelle couleur le vois-tu reacuteellement

Couleur de lrsquo‛objet

Couleur de la lumiegravere

Hypothegravese formuleacutee

Observation

rouge Magenta

cyan Vert

jaune Bleu

Par quel pheacutenomegravene peut-on observer ce changement de couleur ___________________________________

Quelle deacuteductions peux-tu faire _________________________________________________________________

Activiteacute 42

Marche agrave suivre

1 Eacutecris sur une feuille blanche le nom des 2 couleurs que ton enseignant te donne avec la peinture qui y correspond

2 Pendant que ces mots segravechent remplis les colonnes ldquocouleur du mot 1rdquo et ldquocouleur du mot 2rdquo et ldquocouleur de la feuillerdquo agrave la lumiegravere blanche

3 Formule tes hypothegraveses note-les au crayon agrave papier en petit 4 Eacuteclaire tes mots agrave lrsquo‛aide de lumiegraveres coloreacutees 5 Note tes observations

Lumiegravere coloreacutee

Couleur du mot 1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur du mot 2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur de la feuille helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Blanche

Rouge

Verte

Bleue

Magenta

Cyan

Jaune

Activiteacute 43

Tu observes un drapeau eacuteclaireacute par une lumiegravere blanche Puis tu observes ce mecircme drapeau eacuteclaireacute par deux lumiegraveres coloreacutees diffeacuterentes Trouve la lumiegravere coloreacutee utiliseacutee dans chaque cas et justifie ta reacuteponse par la modeacutelisation vue preacuteceacutedemment

Lumiegravere blanche Lumiegravere coloreacutee 1 Lumiegravere coloreacutee 2

De quelle couleur est la premiegravere lumiegravere coloreacutee ___________________________

Modeacutelisation 1

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________

Modeacutelisation 2

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 4 Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur (corrigeacute) Rappel

2 Nous pouvons reacutesumer la composition de la lumiegravere blanche aux 3 couleurs primaires le rouge le vert et le bleu Ce sont des couleurs qui ne peuvent pas ecirctre creacuteeacutees Ce sont elles qui composent les autres couleurs Crsquo‛est agrave dire qursquo‛en les meacutelangeant on peut obtenir les autres couleurs le cyan est composeacute du bleu et du vert le magenta est composeacute du bleu et du rouge et le jaune est composeacute du vert et du rouge

Theacuteorie

Le sujet que nous allons traiter aujourdrsquo‛hui concerne la couleur de lrsquo‛objet Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Formule une hypothegravese ____________________________________________ Projeter cette image elle napparaicirct pas dans le cours de lrsquo‛eacutelegraveve

Que retiens-tu de cette photo _______________________________________________________________ La lumiegravere coloreacutee qui est refleacuteteacutee par un objet correspond agrave la lumiegravere non absorbeacutee

Ici toutes les lumiegraveres coloreacutees sont absorbeacutees sauf le bleu qui lui est refleacuteteacute La couleur propre de lrsquo‛objet sera le bleu

En effet un objet absorbe ou reflegravete diffeacuterentes lumiegraveres coloreacutees Crsquo‛est cette lumiegravere coloreacutee refleacuteteacutee que nous verrons

Activiteacute 41

Reacuteponds agrave ces diffeacuterentes questions dans le tableau ci-dessous De quelle couleur penses-tu que tu verras cet objet Confronte ton ideacutee avec ton voisin De quelle couleur le vois-tu reacuteellement

Couleur de lrsquo‛objet

Couleur de la lumiegravere

Hypothegravese formuleacutee

Observation

rouge Magenta (rouge)

cyan Vert (vert)

jaune Bleu (noir)

Par quel pheacutenomegravene peut-on observer ce changement de couleur ___________________________________ (synthegravese soustractive)

Quelle deacuteductions peux-tu faire (fonctionne comme un filtre) _________________________________________________________________

Activiteacute 42

Marche agrave suivre

6 Eacutecris sur une feuille blanche le nom des 2 couleurs que ton enseignant te donne avec la peinture qui y correspond

7 Pendant que ces mots segravechent remplis les colonnes ldquocouleur du mot 1rdquo et ldquocouleur du mot 2rdquo et ldquocouleur de la feuillerdquo agrave la lumiegravere blanche

8 Formule tes hypothegraveses note-les au crayon agrave papier en petit 9 Eacuteclaire tes mots agrave lrsquo‛aide de lumiegraveres coloreacutees 10 Note tes observations

Lumiegravere coloreacutee

Couleur du mot 1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur du mot 2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur de la feuille helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Blanche

Rouge

Verte

Bleue

Magenta

Cyan

Jaune

Activiteacute 43

Tu observes un drapeau eacuteclaireacute par une lumiegravere blanche Puis tu observes ce mecircme drapeau eacuteclaireacute par deux lumiegraveres coloreacutees diffeacuterentes Trouve la lumiegravere coloreacutee utiliseacutee dans chaque cas et justifie ta reacuteponse par la modeacutelisation vue preacuteceacutedemment

Lumiegravere blanche Lumiegravere coloreacutee 1 Lumiegravere coloreacutee 2

De quelle couleur est la premiegravere lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Bleu)

Modeacutelisation 1

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Vert)

Modeacutelisation 2

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Fiches de synthegravese Les couleurs Activiteacute 2 Reacutesumeacute theacuteorique pour les eacutelegraveves Le modegravele trichromique et la synthegravese additive des couleurs La couleur nrsquo‛existe pas sans lumiegravere et lrsquo‛on peut dire que lrsquo‛on perccediloit le monde gracircce aux meacutelanges de ces couleurs qui correspondent aux diffeacuterentes composantes de la lumiegravere Lorsque lrsquo‛on parle de la perception des couleurs on srsquo‛aperccediloit que seules trois lumiegraveres primaires de couleurs rouge vert et bleu sont neacutecessaires pour obtenir la sensation de toutes les autres couleurs Cette maniegravere de modeacuteliser la perception des couleurs est ce qursquo‛on appelle le modegravele trichromique (lsquorsquo‛trois couleursrsquo‛rsquo‛) Dans cette repreacutesentation toutes les autres lumiegraveres coloreacutees sont perccedilues par superposition des trois lumiegraveres rouge verte et bleue La superposition simultaneacutee et en dosage identique des trois couleurs donne de la lumiegravere blanche Le noir correspond agrave une absence de lumiegravere

Illustration du modegravele

Image MER

Lrsquo‛image montre trois projecteurs de lumiegraveres rouge verte et bleue eacuteclairant une table blanche Si les trois couleurs sont projeteacutees en intensiteacute identique nous obtenons par superposition trois autres couleurs le cyan le magenta et le jaune Les couleurs primaires et les couleurs obtenues sont codeacutees sur lrsquo‛image puis reacutecapituleacutees dans le tableau ci-dessous

Image MER

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Si nous modifions le dosage des couleurs eacuteleacutementaires il est possible drsquo‛obtenir toutes les couleurs imaginables Le pheacutenomegravene de perception des couleurs par superposition des trois couleurs primaires se nomme synthegravese additive les couleurs sont additionneacutees entre elles pour permettre la synthegravese drsquo‛autres couleurs

Drsquo‛ailleurs si lrsquo‛on observe au microscope un eacutecran blanc de smartphone ou drsquo‛ordinateur on remarque qursquo‛il est en fait constitueacute drsquo‛un grand nombre de minuscules rectangles de lumiegraveres rouge verte et bleue (voir image ci-contre) Crsquo‛est justement par un jeu de dosage de chacune de ces lumiegraveres que lrsquo‛on perccediloit les diffeacuterentes couleurs sur nos eacutecrans

Pourquoi un modegravele sur trois couleurs La raison pour laquelle les scientifiques ont construit ce modegravele sur trois couleurs est directement lieacutee agrave la structure de notre œil En effet ce dernier contient des cellules sensibles agrave la lumiegravere que lrsquo‛on appelle cocircnes et bacirctonnets Alors que les bacirctonnets perccediloivent les intensiteacutes de lumiegravere les cocircnes nous permettent de percevoir les couleurs Cependant ils ne sont sensibles qursquo‛agrave certaines composantes de la lumiegravere blanche celles correspondant justement aux couleurs rouge vert et bleu Lorsque lrsquo‛on regarde un objet notre cerveau analyse le dosage de chacune de ces composantes perccedilues par notre œil et en interpregravete ainsi la couleur de lrsquo‛objet

Qursquo‛est-ce que le daltonisme Certaines personnes preacutesentent une anomalie de la vision qui les empecircche de distinguer certaines couleurs Drsquo‛origine geacuteneacutetique ce trouble est ducirc agrave un dysfonctionnement des cocircnes preacutesents dans la reacutetine Bien que la plupart des personnes daltoniennes aient de la peine agrave distinguer le vert du rouge drsquo‛autres ne distinguent pas drsquo‛autres couleurs Dans certaines formes de daltonisme le monde est perccedilu par la personne atteinte en teintes de gris

Sciences naturelles Optique synthegravese soustractive et additive

La synthegravese additive est le proceacutedeacute gracircce

auquel en combinant les couleurs

___________ ___________ et ___________

on obtient du blanc

On la retrouve lorsque lrsquoon meacutelange des

lumiegraveres coloreacutees composeacutees de ces 3 couleurs

diffeacuterentes car les laquo additionner raquo donne la

lumiegravere blanche

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon exploite aujourdrsquohui

pour les teacuteleacuteviseurs ou tout eacutecran composeacute de

pixels

La synthegravese soustractive consiste agrave soustraire

les couleurs de la lumiegravere blanche (RVB) agrave

travers des filtres de couleurs ___________

___________ et ___________ qui absorbent la

totaliteacute des couleurs de la lumiegravere blanche pour

un rendu noir au final (absence de lumiegravere)

Lrsquo __________________ des 3 couleurs donne

le ____________

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon retrouve par exemple en

meacutelangeant de la peinture notamment en

imprimerie

Sciences naturelles Optique les filtres

Qursquoest-shyce qursquoun filtre coloreacute et comment fonctionne-shyt-shyil

Un filtre est un dispositif qui permet de filtrer la lumiegravere de laisser passer certains rayons

lumineux et drsquoen absorber drsquoautres

Pour savoir quelles lumiegravere coloreacutees le filtre laisse passer il faut lrsquoobserver agrave la lumiegravere

blanche

Le filtre laissera alors passer uniquement les rayons lumineux de sa couleur propre

Par exemple

Un filtre vert laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee verte

Un filtre magenta laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee magenta crsquoest agrave dire les rayons rouge et bleu

Pour connaicirctre la lumiegravere coloreacutee qui ldquosortrdquo du filtre il faut donc

deacutecomposer la lumiegravere qui arrive sur ce filtre et en soustraire les

rayons qui sont absorbeacutes par le filtre On se reacutefegravere alors au modegravele de

la synthegravese soustractive

Image httpswww123couleursfrboutique-shy1filtres-shycolorC3A9s

Tableau reacutecapitulatif

Sciences naturelles Optique les filtres

Modeacutelisation

Nous pouvons modeacuteliser lrsquoaction drsquoun filtre

1 Noter la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur le filtre

2 Deacutecomposer la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur filtre et la coder (en RVB)

3 Repreacutesenter le filtre et coder les rayons absorbeacutes par le filtre 4 Prolonger les rayons lumineux coloreacutes que le filtre laisse passer et les coder (en RVB)

5 Noter la lumiegravere coloreacutee qui sort du filtre

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre magenta sur la lumiegravere blanche

Lorsque plusieurs filtres sont superposeacutes ou aligneacutes il faut modeacuteliser lrsquoaction du premier filtre

sur la lumiegravere projeteacutee puis lrsquoaction du deuxiegraveme filtre sur la lumiegravere qui sort du premier filtre

etc

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre cyan puis drsquoun filtre vert sur la lumiegravere jaune

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

De quelle couleur apparaicirctra un objet de couleur eacuteclaireacute par une lumiegravere coloreacutee

Il y 3 cas

1) Un objet de couleur blanche renvoie toutes les couleurs il apparaicirctra de la couleur eacuteclaireacutee

2) Un objet de couleur noire absorbe toutes les couleurs Peu importe la couleur avec laquelle

lrsquoobjet est eacuteclaireacute lrsquoobjet apparaicirct de couleur noire

3) Pour un objet de couleur il suffit de deacutecomposer les couleurs secondaires par exemple

Jrsquoai un objet jaune

Je lui projette une lumiegravere magenta

Or jaune = rouge + vert

et magenta = bleu + rouge

Le rouge est commun au jaune et au magenta donc lrsquoobjet paraicirctra rouge

En revanche si la lumiegravere est bleue comme il nrsquoy a pas de bleu dans le jaune lrsquoobjet paraicirctra

noir

1

Tableau reacutecapitulatif

1 httpscommunitygoodgamestudioscombigfarmfrdiscussion51685langage-shy‐des-shy‐couleurs

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

Modegravele de reacuteponse

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

______

______

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

______

______

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation avec propositions

de reacuteponses)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

(rouge vert bleu Nous percevons les diffeacuterentes couleurs agrave partir de ces trois couleurs) ________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

(Explication relative aux cocircnes et bacirctonnets de lrsquo‛oeil)

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Corrigeacute vert bleu blanc cyan

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________ (vert)

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________ (bleu)

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________ (aucunenoir)

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

(selon modegravele eacutetudieacute)

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

(les deux selon que lrsquo‛on parle de synthegravese additive ou soustractive)

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

Bleu

______

Bleu

______

Noir

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________ (lumiegravere rouge)

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

Noir

______

Rouge

______

Rouge

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

(Bleu)

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

(selon modegravele eacutetudieacute)

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

(Explication citant la synthegravese soustractive et lrsquo‛effet des lumiegraveres coloreacutees

concerneacutees sur le haut du cambrioleur)

Evaluation - Analyse

Ce commentaire comprend les diffeacuterents objectifs eacutevalueacutes ainsi que ce qui est attendu

preacuteciseacutement des eacutelegraveves et les niveaux taxonomiques correspondants

Ce sont des pistes drsquo‛eacutevaluation qui sont ici proposeacutees non une eacutevaluation suivie

Exercice 1

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- Mettre en lien des notions theacuteoriques apprises en cours (cocircnes et

bacirctonnets de lrsquo‛oeil) avec drsquo‛autres (synthegravese additive)

Lrsquo‛eacutevaluation deacutebute par deux questions au niveau taxonomique peu eacuteleveacute La

premiegravere de lrsquo‛ordre de la compreacutehension demande aux eacutelegraveves de restituer une

connaissance de base agrave lrsquo‛aide de leurs propres mots La deuxiegraveme propose de

tester les connaissances theacuteoriques des eacutelegraveves en veacuterifiant que des liens entre

deux notions aient eacuteteacute faits

Exercice 2

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutedire la couleur perccedilue en fonction des meacutelanges de couleurs RVB

- deacutechiffrer un scheacutema et les codes de la repreacutesentation de la trajectoire

des lumiegraveres coloreacutees

Le deuxiegraveme exercice relegraveve du niveau taxonomique de lrsquo‛application car il

neacutecessite une compreacutehension de la maniegravere de repreacutesenter la lumiegravere (scheacutema de

la trajectoire rectiligne codes de couleurs RVB) et drsquo‛appliquer ce modegravele tout en

utilisant les connaissances des couleurs fondamentales et compleacutementaires de la

synthegravese additive

Exercice 3

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet drsquo‛un filtre sur une lumiegravere coloreacutee agrave lrsquo‛aide des codes

propres agrave lrsquo‛optique

Lrsquo‛exercice 3 relegraveve de lrsquo‛application car les eacutelegraveves se reacutefegraverent agrave la modeacutelisation

eacutetablie durant le cours et au diagramme de Venn de la synthegravese soustractive et

les adaptent aux items preacutesenteacutes

Exercice 4

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- mettre en perspective la distinction entre synthegravese additive et

soustractive en terme de lsquorsquo‛naturersquo‛rsquo‛ de la couleur (couleurs matiegraveres vs

couleurs lumiegraveres)

Cet exercice requiert des eacutelegraveves qursquo‛ils mobilisent leur faculteacute drsquo‛analyse (niveau

taxonomique plutocirct eacuteleveacute) pour expliquer les diffeacuterences entre les

repreacutesentations de la couleur en arts visuels et en physique Le but est qursquo‛ils

reconnaissent qursquo‛il srsquo‛agit dans le premier cas de la synthegravese soustractive et dans

le second cas de la synthegravese additive

Exercice 5

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutevoir la couleur perccedilue drsquo‛un objet en fonction des lumiegraveres coloreacutees

projeteacutees et coder le pheacutenomegravene

Les eacutelegraveves appliquent la modeacutelisation drsquo‛une lumiegravere coloreacutee sur un objet coloreacute

pour deacuteterminer la couleur perccedilue du drapeau franccedilais Cette question fait

reacutefeacuterence agrave un niveau taxonomique bas Puis ils trouvent la lumiegravere coloreacutee qui

permet de voir les deux drapeaux preacutesenteacutes de la mecircme couleur Ils trouveront

cette reacuteponse en modeacutelisant les lumiegraveres coloreacutees sur lrsquo‛objet de couleur

Plusieurs scheacutemas sont neacutecessaires pour trouver la reacuteponse Crsquo‛est une question

taxonomiquement haute qui demande aux eacutelegraveves de faire une synthegravese

Exercice 6

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet de la lumiegravere coloreacutee sur un objet et en deacuteduire la

couleur perccedilue

- justifier sa reacuteponse avec des mots en faisant la synthegravese des diffeacuterents

concepts vus dans la seacutequence de cours

Les eacutelegraveves doivent comprendre ce qursquo‛ils lisent et deacuteterminer la couleur propre du

haut du cambrioleur Cette question est taxonomiquement haute elle demande de

lrsquo‛analyse Puis ils justifient leur reacuteponse par le modegravele de lrsquo‛effet de la lumiegravere

coloreacutee sur un objet Cette question est drsquo‛un niveau taxonomique infeacuterieur

drsquo‛application Finalement ils deacuteterminent pourquoi la description de la jeune fille

ne correspond pas agrave la couleur propre en faisant le lien avec la synthegravese

soustractive demandant un niveau taxonomiquement tregraves eacuteleveacute la synthegravese

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4 Argumentation scientifique Nous avons choisi de construire notre seacutequence de cours de maniegravere agrave ce qursquoelle srsquoinscrive dans une deacutemarche constructiviste de type piageacutetienne Dans cette deacutemarche lrsquoenseignant anticipe les conceptions erroneacutees que les eacutelegraveves peuvent avoir puis eacutetablit une situation-shyproblegraveme permettant ideacutealement de deacuteconstruire ces repreacutesentations incomplegravetes puis finalement drsquoen construire de nouvelles plus justes Dans ce qui suit nous allons deacutefinir ces diffeacuterents concepts mis en eacutevidence puis expliciter la maniegravere dont nous les avons pris en compte dans notre planification

41 Les conceptions des eacutelegraveves et les situations-shyproblegravemes

411 Deacutefinitions Conception Selon Giordan et al (1994) une conception ou repreacutesentation peut ecirctre consideacutereacutee comme une ideacutee un objet ou un eacutevegravenement qui aide lrsquoeacutelegraveve agrave comprendre le monde qui lrsquoentoure Elle est le fruit de son expeacuterience personnelle dans laquelle il va puiser pour comprendre les nouveaux savoirs que lrsquoon va chercher agrave lui inculquer Elle peut ecirctre consideacutereacutee comme une connaissance ldquodeacutejagrave-shylagraverdquo acquise dans un certain contexte par lrsquoapprenant et qui peut ecirctre correcte ou erroneacutee Les mauvaises conceptions (ou misconception en anglais) peuvent donc ecirctre deacutecrites comme des ideacutees qui proviennent drsquoune mauvaise compreacutehension drsquoobjets ou eacutevegravenements Elles sont issues principalement de lrsquoenvironnement avec lequel lrsquoeacutelegraveve interagit et du contexte dans lequel il se situe mais elles deacutecoulent eacutegalement des systegravemes seacutemiotiques mis en oeuvre Ces derniers sont abordeacutes plus en deacutetail dans ce qui suit Seacutemiologie En seacutemiologie (lrsquoeacutetude des systegravemes de signes) une repreacutesentation (ou un signe) est double elle est doteacutee drsquoun signifiant et drsquoun signifieacute (de Saussure 1916) Le signifiant qui fait lrsquoobjet de la seacutemiologie deacutesigne la forme et laspect du signe tandis que le signifieacute eacutetudieacute dans le cadre de la seacutemantique deacutesigne le concept eacutevoqueacute par le signe A partir du moment ougrave le signe possegravede plusieurs signifieacutes il devient symbole et crsquoest ainsi que les incompreacutehensions peuvent survenir Selon R Duval (1995) le concept de laquo registre seacutemiotique raquo permet de distinguer les repreacutesentations qui relegravevent de diffeacuterents registres ou types visuels numeacuteriques graphiques symboliques formels scheacutematiques etc En didactique ce concept est fondamental car les diffeacuterences de registre au sein drsquoune mecircme repreacutesentation ou drsquoun

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modegravele peut induire des difficulteacutes de lecture Ils risquent drsquoajouter des difficulteacutes suppleacutementaires en empecircchant les eacutelegraveves de se focaliser sur le problegraveme poseacute par lrsquoactiviteacute et les menant agrave formuler des conclusions diffeacuterentes de celles attendues par lrsquoenseignant Crsquoest pour cela qursquoun choix pertinent de registre seacutemiotique facilite la compreacutehension du concept introduit Dans notre cours un exemple typique que nous pouvons donner est la forte ressemblance des diagrammes de Venn pour les synthegraveses additive et soustractive Dans les deux modegraveles les diagrammes sont communeacutement scheacutematiseacutes sous forme circulaire De plus bien que inverseacutees au niveau de leurs superpositions les mecircmes couleurs sont repreacutesenteacutees dans les deux diagrammes Ces similitudes peuvent rendre la diffeacuterenciation complexe pour les eacutelegraveves Crsquoest pourquoi nous avons estimeacute important drsquoapporter un changement agrave la repreacutesentation de ces diagrammes Ainsi dans lrsquoune de nos fiches de synthegravese nous avons preacutefeacutereacute utiliser des formes rectangulaires plutocirct que circulaires pour repreacutesenter la synthegravese soustractive car cette forme eacutevoque plus fortement le filtre et ainsi lrsquoabsorption de la lumiegravere Cadre de rationaliteacute origine des conceptions En srsquoappuyant sur les travaux de R Douady (1984) A Lerouge (1992) deacutefinit laquo un cadre de rationaliteacuteraquo comme laquoun ensemble coheacuterent de fonctionnement de la penseacuteeraquo caracteacuteriseacute principalement par les composantes suivantes

1 Les objets du cadre dans notre cas il peut srsquoagir de peinture de feuille de papier de lampes de poche de filtres etc

2 Le type de processus de conceptualisation Dans un cadre scientifique il peut srsquoagir drsquoun processus par modeacutelisation ou par expeacuterimentation par exemple

3 Les registres seacutemiotiques que nous avons traiteacutes plus haut Les conceptions des eacutelegraveves et les conflits de perceptions en reacutesultant sont issus des diffeacuterents cadres de rationaliteacute dans lesquels ils eacutevoluent Ce sont les cadres familiers (personnel) et culturels (eacutecole) qui sont responsable de ces conceptions et repreacutesentations mentales tantocirct concourantes tantocirct inexistantes voire erroneacutees Elles se manifestent principalement agrave travers la seacutemiotique Les eacutelegraveves eacuteprouvent de la difficulteacute agrave repreacutesenter des objets issus de registres seacutemiotiques diffeacuterents ou encore agrave simplement les reconnaicirctre Dans le contexte de notre seacutequence sur les couleurs ces cadres de rationaliteacute sont centraux En effet crsquoest dans son quotidien et donc dans son cadre familier que lrsquoeacutelegraveve va deacutecouvrir la notion de couleur notamment par le biais de la peinture ou drsquoobservation drsquoarc-shyen-shyciel Cette deacutecouverte qui a souvent lieu tregraves tocirct dans la vie de lrsquoenfant ne fera pourtant pas pour autant lrsquoobjet de questionnement sur le pheacutenomegravene de perception des couleurs La notion de cadre culturel ou scolaire quand agrave elle peut ecirctre eacutetendue dans notre cas agrave deux sous-shycateacutegories de cadres culturels diffeacuterents qui vont ecirctre agrave lrsquoorigine de conceptions erroneacutees ou incomplegravetes Premiegraverement il y a le cadre que nous appelons laquo arts visuelsraquo et qui a ses propres regravegles de rationaliteacutes Les cours de dessin ou drsquoactiviteacutes creacuteatrices en sont de parfaits exemples car crsquoest dans ce cadre que les eacutelegraveves vont premiegraverement aborder la

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theacutematique des couleurs primaires et de leurs meacutelanges Mais cette theacutematique est eacutegalement abordeacutee dans le cadre laquophysiqueraquo agrave travers les expeacuteriences de deacutecomposition de la lumiegravere ou de superposition de lumiegraveres coloreacutees Ainsi nous retrouvons trois cadres de rationaliteacute concourants (familier physique arts visuels) dans lesquels les eacutelegraveves eacutevoluent et qui engendrent indubitablement des conceptions erroneacutees sur la lumiegravere et les couleurs puisque les eacutelegraveves ne sont pas ameneacutes agrave les diffeacuterencier dans chacun des cadres Et comme la communication entre les diffeacuterents cadres nrsquoest pas eacutetablie le lien agrave faire entre les diffeacuterentes conceptions issues de ces cadres est agrave la charge de lrsquoeacutelegraveve ce qui repreacutesente une lourde responsabiliteacute dans son apprentissage Astolfi (2008) appelle eacutegalement ces conceptions issues de diffeacuterents cadres des ldquotrames conceptuelles rdquoqui peuvent ecirctre deacutefinies comme ldquoun ensemble de concepts-shycleacutes propres agrave un domaine et logiquement hieacuterarchiseacutes entre eux qui structurent les disciplines et engendrent des situations-shyproblegravemesrdquo Mais encore on verra eacutemerger des problegravemes de contrat didactique dans chacun des cadres lrsquoeacutelegraveve va tenter de donner une reacuteponse qui va satisfaire lrsquoenseignant sans pour autant ecirctre ameneacute agrave confronter ses conceptions

Situation-shyproblegraveme Pour de Vecchi (2006) une situation-shyproblegraveme est une activiteacute qui consiste agrave mettre lrsquoeacutelegraveve dans une situation ougrave il va ecirctre ameneacute agrave eacutelaborer des strateacutegies de reacutesolution de problegraveme Lrsquoun des points cleacutes des situations-shyproblegravemes est qursquoelles eacutetablissent un lien eacutetroit entre les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves En drsquoautres termes une situation-shyproblegraveme est construite de telle sorte que les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave remettre en question des repreacutesentations actuelles qui srsquoavegraverent erroneacutees agrave les deacuteconstruire pour en construire de nouvelles Ainsi dans une deacutemarche de type constructiviste lrsquoeacutelegraveve construit son savoir en renversant ses anciennes conceptions Une situation-shyproblegraveme nrsquoest donc pas une deacutemarche ponctuelle dans laquelle lrsquoeacutelegraveve devra reacutesoudre une liste drsquoexercices teacuteleacuteguideacutee par lrsquoenseignant Ce qui justifie lrsquoefficaciteacute des situations problegravemes est qursquo laquoapprendreraquo ne consiste pas agrave cumuler les savoirs mais agrave en construire et agrave en deacuteconstruire

Une situation-shyproblegraveme doit comprendre plusieurs eacuteleacutements

-shy Un objectif-shyobstacle Pour Meirieu (1987) un objectif-shyobstacle est ldquoun objectif dont lrsquoacquisition permet au sujet de franchir un palier deacutecisif de progression en modifiant son systegraveme de repreacutesentation et en le faisant acceacuteder un niveau supeacuterieur de formulation rdquo Dans notre cas lrsquoeacutelegraveve pense que tous les meacutelanges de 3 couleurs primaires (de peinture ou de lumiegravere) vont donner le mecircme reacutesultat La distinction entre synthegraveses additive et soustractive nrsquoest pas connue des eacutelegraveves De plus projeter de la lumiegravere monochromatique sur un objet drsquoune certaine couleur ne donne pas toujours la mecircme couleur Lrsquoexemple avec le drapeau (activiteacute 4) est parlant

-shy Une situation centreacutee sur cet obstacle prenant en compte une deacutemarche expeacuterimentale ou une deacutemarche de modeacutelisation Dans notre cours les deux deacutemarches sont mises en oeuvre mais notre deacutemarche principale est la modeacutelisation Les eacutelegraveves vont effectivement ecirctre ameneacutes agrave eacutemettre des hypothegraveses manipuler reacutecolter des reacutesultats et les confronter agrave

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leurs hypothegraveses mais il srsquoagit surtout drsquoune deacutemarche de modeacutelisation car les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave creacuteer des scheacutemas dans plusieurs exercices

-shy Une probleacutematisation et la deacutevolution on probleacutematise la conception erroneacutee en introduisant une situation-shyproblegraveme crsquoest-shyagrave-shydire qursquoon construit un problegraveme centreacute sur lrsquoobstacle La surprise face agrave une situation incoheacuterente va intriguer lrsquoeacutelegraveve exciter sa motivation et le pousser agrave vouloir srsquoimpliquer dans le problegraveme ce qui va aider sa deacutevolution Brousseau (1998) qualifie la notion de deacutevolution par le ldquo processus par lequel lenseignant parvient agrave placer leacutelegraveve comme simple actant dans une situation a-shydidactique (agrave modegravele non didactique) Il cherche par lagrave agrave ce que lrsquoaction de lrsquoeacutelegraveve ne soit produite et justifieacutee que par les neacutecessiteacutes du milieu et par ses connaissances et non par lrsquointerpreacutetation des proceacutedeacutes didactiques du professeurrdquo Pour enrocircler les eacutelegraveves et les aider agrave identifier la probleacutematique en met on place une situation deacuteclenchante Dans notre cas lrsquoexemple avec le meacutelange de peinture et de lumiegraveres coloreacutees est un parfait exemple de situation deacuteclenchante car les eacutelegraveves ne sattendent probablement pas par exemple agrave ce que le meacutelange de vert et bleu donne du cyan ou encore qursquoon perccediloive un citron noir lorsque lrsquoon projette de la lumiegravere bleue sur ce celui-shyci

412 La prise en compte des conceptions des eacutelegraveves dans notre seacutequence La theacutematique de la lumiegravere et des couleurs est complexe et comprend de nombreux concepts difficiles agrave assimiler En effet bon nombre de personnes ont des repreacutesentations erroneacutees qui peuvent rester profondeacutement ancreacutees Parmi les conceptions erroneacutees les plus communes on retrouve selon le site internet des MER

La lumiegravere blanche est sans couleur pure quand la lumiegravere blanche passe dans un prisme ou traverse un filtre de la couleur lui est ajouteacutee

La lumiegravere blanche nous permet de voir la vraie couleur des objets laquoMa feuille est blanche parce que je nai pas ajouteacute dautres couleurs agrave celle-shyciraquo

Les couleurs sont lieacutees agrave des proprieacuteteacutes de lrsquoobjet exclusivement sans reacutefeacuterence agrave la lumiegravere qui eacuteclaire lrsquoobjet Ne dit-shyon pas quun pull est rouge

Confusion entre les couleurs primaires en couleur peinture et en couleur lumiegravere

Dans notre planification nous avons anticipeacute ces conceptions et avons construit notre cours de maniegravere agrave ce qursquoelles soient mises en eacutevidence le plus tocirct possible afin de tenter de les deacuteconstruire agrave travers nos activiteacutes

Ainsi degraves deacutebut de lrsquoactiviteacute 2 les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave une situation-shyproblegraveme dans laquelle ils comprennent qursquoil existe une contradiction entre leur conception de deacutepart sur les meacutelanges de couleurs (issue de leurs cadres de rationaliteacute familier et scolaire lsquorsquoart visuelrsquorsquo) et leurs observations (nouveau cadre lsquorsquophysiquersquorsquo) Crsquoest sur la base de ce conflit cognitif que les diffeacuterentes notions de la seacutequence pourront ecirctre abordeacutees Les autres conceptions sont mises en eacutevidence puis deacuteconstruites agrave travers les diffeacuterentes activiteacutes Par exemple les

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activiteacutes du chapitre 3 permettent de montrer que la lumiegravere blanche nrsquoest pas pure mais qursquoelle est composeacutee de toutes les couleurs et ce gracircce agrave lrsquoobservation des objets agrave la lumiegravere blanche puis agrave travers un filtre

De plus lrsquoactiviteacute 3 srsquoarticule autour drsquoune conception erroneacutee repeacutereacutee dans certaines classes Bon nombre drsquoeacutelegraveves eacutetaient persuadeacutes qursquoun filtre ne laissait pas passer les lumiegraveres de sa couleur propre car crsquoest la couleur dont est perccedilue le filtre Un conflit cognitif est alors provoqueacute afin de deacuteconstruire cette conception les eacutelegraveves observent que la lumiegravere coloreacutee nrsquoest pas absorbeacutee par le filtre mais qursquoelle se propage bien jusqursquoagrave lrsquoeacutecran blanc

En introduction de lrsquoactiviteacute 4 une nouvelle situation-shyproblegraveme est preacutesenteacutee par le biais drsquoune image montrant que la couleur drsquoun objet peut varier en fonction de la lumiegravere coloreacutee par laquelle il est eacuteclaireacute Elle servira agrave provoquer un conflit cognitif chez les eacutelegraveves car cette situation intervient apregraves une phase drsquohypothegravese reacutepondant agrave la question suivante un objet peut-shyil avoir diffeacuterentes couleurs La reacuteponse donneacutee par lrsquoimage contredira probablement lrsquohypothegravese preacuteceacutedemment formuleacutee et devrait susciter de la curiositeacute chez lrsquoeacutelegraveve et lui donner lrsquoenvie de comprendre le pheacutenomegravene Nous deacutemontrons ensuite tout au long de lrsquoactiviteacute 4 sur les lumiegraveres coloreacutees que crsquoest le pheacutenomegravene drsquoabsorption et de reacuteflection de la lumiegravere qui nous permet de voir la couleur des objets et non pas la lumiegravere blanche Crsquoest donc par le biais de ces deacuteconstructions successives de conceptions que lrsquoenseignant peut guider les eacutelegraveves sur la voie de la reacutesolution du problegraveme de lrsquoorigine de ces contradictions dans le but drsquoeacutetablir le lien entre les diffeacuterents cadres de rationaliteacute

42 Modeacutelisation

421 Deacutefinition

Un modegravele est communeacutement deacutefini comme un objet ou un concept qui va permettre de repreacutesenter la reacutealiteacute de diffeacuterentes maniegraveres Bunge (1974) ou encore Martinand (1994) le deacutefinissent eacutegalement comme un moyen permettant de mettre en relation le monde theacuteorique avec le monde empirique Il peut ecirctre consideacutereacute en quelque sorte comme un monde intermeacutediaire ou une sorte de lunette conceptuelle (Halloun 2004) qui va permettre drsquoobserver des pheacutenomegravenes naturels Un modegravele ne constitue pas la reacutealiteacute mais la repreacutesente en simplifiant certains de ses aspects ce qui peut causer des conflits pour les repreacutesentations cognitives chez lrsquoeacutelegraveve

422 La modeacutelisation dans notre seacutequence Dans notre planification la modeacutelisation est centrale afin de conceptualiser des pheacutenomegravenes complexes comme la composition de la lumiegravere et la perception des couleurs Elle est lrsquooutil qui permet drsquoamener les eacutelegraveves agrave se faccedilonner une repreacutesentation de la deacutecomposition de la lumiegravere blanche de labsorption de la lumiegravere agrave travers les filtres et des synthegraveses additive et soustractive des couleurs

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De plus elle constitue un objectif de formation meacutethodologique qui va de pair avec toute formation scientifique Crsquoest pourquoi nous avons inclus la modeacutelisation dans les objectifs drsquoapprentissage Dans la terminologie du PER la modeacutelisation correspond agrave lrsquoobjectif geacuteneacuteral MSN37

bull MSN 1525 mdash Modeacuteliser des pheacutenomegravenes naturels techniques sociaux ou des situations matheacutematiques

bull en imaginant et en utilisant divers outils de repreacutesentation (codes scheacutemas graphiques tableauxhellip)

Lrsquoactiviteacute 2 propose aux eacutelegraveves de reporter les couleurs observeacutees sur trois cercles superposeacutes En les coloriant les eacutelegraveves reacutealisent en reacutealiteacute une forme simple de modeacutelisation par un diagramme de Venn de la synthegravese additive Il nous a sembleacute pertinent drsquointroduire ce scheacutema de cette maniegravere car ainsi les eacutelegraveves comprennent reacuteellement qursquoil correspond agrave la lumiegravere projeteacutee et superposeacutee sur un eacutecran En derniegravere partie drsquoactiviteacute les eacutelegraveves se familiarisent avec un logiciel de modeacutelisation de la synthegravese additive 3

Lrsquoutilisation drsquoun modegravele dans ce cas est indispensable pour des raisons pratiques Il serait en effet tregraves difficile de faire des observations similaires avec un dispositif reacuteel constitueacute de projecteurs et drsquoun eacutecran comme dans la premiegravere partie drsquoactiviteacute Nous avons veilleacute agrave choisir un logiciel simple drsquousage sur lequel seules deux manipulations sont possibles allumereacuteteindre les projecteurs et varier leurs intensiteacutes Ainsi il est possible pour les eacutelegraveves de faire rapidement et sans difficulteacutes de lrsquoordre du registre seacutemiotique la deacuteduction attendue les diffeacuterentes couleurs srsquoobtiennent par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

Dans lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves sont ameneacutes agrave modeacuteliser lrsquoeffet drsquoun filtre sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee Ils ancrent ainsi le fonctionnement drsquoun filtre dans leur apprentissage et deacuteveloppent une meacutethodologie systeacutematique dans la reacutesolution de problegravemes mettant en scegravene des filtres Gracircce au modegravele deacuteveloppeacute les eacutelegraveves deacuteconstruisent deacutefinitivement leur eacuteventuelle conception erroneacutee selon laquelle un filtre absorberait sa propre couleur Lrsquoactiviteacute 43 a pour but que les eacutelegraveves modeacutelisent les pheacutenomegravenes de reacutefraction et drsquoabsorption en justifiant leur reacuteponse par un modegravele de reacuteponse Ce dernier comprend les couleurs RVB qui se reflegravetent ou qui sont absorbeacutees par une surface Ainsi lrsquoeacutelegraveve peut trouver une meacutethode systeacutematique de reacuteponse en testant les diffeacuterentes couleurs Gracircce agrave cette modeacutelisation et agrave celle de lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves comprennent que les fonctionnements des filtres et des lumiegraveres coloreacutees sont fondeacutes sur le mecircme principe

3(httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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43 Deacutemarche expeacuterimentale

431 Deacutefinition Pour de Vecchi il est important de ne pas confondre les notions lieacutees agrave lrsquoexpeacuterimental qui sont les suivantes

-shy Une deacutemarche scientifique nrsquoest pas exclusive au domaine des sciences expeacuterimentales mais peut aussi ecirctre mobiliseacutee dans les sciences humaines socialeshellip Elle utilise drsquoautres outils que lrsquoexpeacuterimentale Toute recherche digne de ce nom est de nature scientifique

-shy La meacutethode expeacuterimentale eacutequivaut plutocirct agrave un plan agrave suivre un mode drsquoemploi ou agrave une marche agrave suivre qui suit un ordre strict que lrsquoon peut aussi appeler protocole Par exemple parmi les plus ceacutelegravebres protocoles nous retrouvons celui de Claude Bernard (1865) que lrsquoon abregravege par les initiales OHERIC qui correspondent agrave observation hypothegravese expeacuterience reacutesultats interpreacutetation et conclusion De maniegravere geacuteneacuterale il srsquoagit du protocole caricatural que lrsquoon emploie le plus souvent dans les salles de classes

-shy Une deacutemarche expeacuterimentale est une approche plus reacutealiste moins stricte et integravegre

une approche plus tacirctonnante Il nrsquoest pas constitueacute drsquoeacutetapes preacutedeacutetermineacutees et est donc moins affecteacutee par les directives de lrsquoenseignant Il peut donc laisser des liberteacutes dans la maniegravere de reacutesoudre le problegraveme

432 La deacutemarche expeacuterimentale dans notre seacutequence Dans notre seacutequence la meacutethode expeacuterimentale est preacutesente de maniegravere partielle du scheacutema caricatural OHERIC nous nous inteacuteressons en particulier aux phases drsquoobservation et drsquoeacutemission drsquohypothegraveses Crsquoest pourquoi nous parlons donc plutocirct de ldquodeacutemarche expeacuterimentalerdquo En effet tout au long des diffeacuterentes activiteacutes il est reacuteguliegraverement demandeacute aux eacutelegraveves de formuler une hypothegravese agrave partir de leurs connaissances au preacutealable puis de faire de nouvelles observations en contexte expeacuterimental Crsquoest sur la base de ces derniegraveres qursquoils pourront reacutealiser leurs deacuteductions sur le pheacutenomegravene en question et construire de nouvelles conceptions Dans lrsquoactiviteacute 2 ce type de deacutemarche est central pour la creacuteation de la premiegravere situation-shyproblegraveme Par la suite la deacutemarche permet de guider les eacutelegraveves dans le processus de deacuteduction du fonctionnement geacuteneacuteral des diffeacuterents pheacutenomegravenes Dans lrsquoactiviteacute 41 par exemple les pheacutenomegravenes agrave deacuteduire sont la synthegravese soustractive et le fonctionnement de la lumiegravere coloreacutee Lrsquoemploi drsquoobjets familiers permet un ancrage dans le quotidien

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Dans lrsquoactiviteacute 3 lrsquoeacutetude de lrsquoeffet des filtres constitue agrave son tour un deacutemarche expeacuterimentale En effet les eacutelegraveves doivent tout drsquoabord eacutemettre leurs hypothegraveses puis les veacuterifient par lrsquoexpeacuterimentation et ses reacutesultats provoquant probablement un conflit cognitif avant drsquoen conclure lrsquoeffet drsquoun filtre Dans lrsquoactiviteacute 42 nous retrouvons toujours le mecircme principe de deacutemarche expeacuterimentale Les eacutelegraveves formulent des hypothegraveses sur la couleur perccedilue de diffeacuterents mots coloreacutes eacuteclaireacutes par une lumiegravere coloreacutee puis les veacuterifient lors de la phase drsquoobservation La confrontation entre leurs attentes lieacutees agrave leurs conceptions et la reacutealiteacute creacutee le conflit cognitif rechercheacute

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5 Conclusion Pour seacutelectionner notre thegraveme et eacutelaborer notre seacutequence nous nous sommes fondeacutes sur les objectifs du PER et crsquoest sur lrsquooptique que notre choix srsquoest porteacute Le savoir savant auquel nous nous sommes reacutefeacutereacutes comprend principalement des concepts lieacutes agrave la lumiegravere tels que les photons les ondes eacutelectromagneacutetiques ainsi que les spectres drsquoeacutemission et drsquoabsorption Nous avons transposeacute ce savoir en un savoir enseignable par le biais drsquoun travail de contextualisation et de reacuteadaptation Nous avons eacuteteacute ameneacutes agrave remplacer des modegraveles scientifiques (par exemple les modegraveles de synthegraveses additive et soustractive) par des modegraveles accessibles agrave un niveau scolaire et agrave changer les conditions drsquoeacutemergence des problegravemes Ainsi notre travail de transposition consistait agrave montrer aux eacutelegraveves la partie eacutemergeacutee de lrsquoiceberg du concept de couleur le reacutesultat apparent plutocirct que lrsquoorigine eacutelectromagneacutetique Tout au long de la seacutequence et par le biais de situations-shyproblegravemes et de diffeacuterentes eacutetapes de reacutesolution des activiteacutes les eacutelegraveves ont eacuteteacute guideacutes dans le processus de construction de leur apprentissage En nous focalisant sur les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves nous avons eacutelaboreacute nos exercices de maniegravere agrave proposer des situations deacuteclenchantes afin de faciliter le transfert de la responsabiliteacute de la reacutesolution des problegravemes aux eacutelegraveves Cette derniegravere srsquoeffectue par des deacutemarches drsquoexpeacuterimentation mais surtout de modeacutelisation

Dans notre sceacutenario les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave deux types de donneacutees theacuteoriques et empiriques Drsquoune part ils ont agrave disposition deux theacuteories principales la premiegravere est que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs de lrsquoarc-shyen-shyciel tandis que la seconde deacutecrit l a maniegravere dont la couleur drsquoun objet deacutepend des couleurs qursquoil va absorber Drsquoautre part ils disposent de donneacutees empiriques qursquoils sont ameneacutes agrave reacutecolter en superposant des lumiegraveres de diffeacuterentes couleurs en meacutelangeant de la peinture et en projetant de la lumiegravere coloreacutee sur diffeacuterents objets coloreacutes Dans le cadre drsquoune deacutemarche drsquoexpeacuterimentation ils ont eacutemis des hypothegraveses observeacute manipuleacute du mateacuteriel utiliseacute des appliquettes en ligne et veacuterifieacute leurs reacutesultats Crsquoest ainsi les modegraveles que nous avons preacutesenteacutes et que les eacutelegraveves ont eacutelaboreacutes vont ecirctre des ponts qui vont relier le monde theacuteorique et le monde empirique Par ailleurs nous avons eacuteteacute attentifs agrave la seacutemiotique lors de nos choix des repreacutesentations utiliseacutees nous nous sommes reacutefeacutereacutes agrave la notion de registre seacutemiotique afin drsquoeacutelaborer des scheacutemas nrsquoengendrant pas de difficulteacutes de lecture chez les eacutelegraveves

Nous avons analyseacute lrsquoorigine des conceptions erroneacutees et avons remarqueacute qursquoelles eacutetaient principalement dues agrave des repreacutesentations concourantes engendreacutees par les diffeacuterents contextes et cadres de rationaliteacutes dans lesquelles les eacutelegraveves eacutevoluent Notre sceacutenario permet aux eacutelegraveves drsquoeacutetablir des liens entre ces diffeacuterents cadres et de construire une nouvelle repreacutesentation de la couleur celle drsquoun objet de la physique

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6 Bibliographie

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Meirieu P Avanzin Gi (1987) Apprendre oui mais comment Edition ESF Verret M (1975) Le temps des eacutetudes (Vols 1ndash2) Lille France Atelier Reproduction des thegraveses

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Page 12: Physique Optique Lescouleurs · Sciences naturelles Les couleurs 10 11 Harmos 1.Introduction Comme nous allons le détailler dans le chapitre 4, les conceptions erronées des élèves

Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

-shy expliquer la cause de la preacutesence des trois couleurs RVB dans les pixels en mobilisant les notions apprises preacuteceacutedemment

Mateacuteriel

Quelques ordinateurs avec un accegraves internet Quelques microscopes Logiciel disponible en ligne sur le portail PCCL (Physique chimie collegravege lyceacutee) 2

Deacuteroulement

a) Un problegraveme est poseacute par lrsquoenseignant si lrsquoon obtient du blanc (donc la totaliteacute des couleurs) en superposant les lumiegraveres R V et B comment obtient-shyon une couleur en particulier

b) Par groupe heacuteteacuterogegravenes de 3 ou 4 les eacutelegraveves eacutemettent des hypothegraveses c) Le test des hypothegraveses se fait toujours par groupes gracircce agrave un logiciel de

modeacutelisation de la synthegravese additive offrant la possibiliteacute de varier les intensiteacutes de chaque projecteur Par leurs manipulations les eacutelegraveves sont capables de deacuteduire que les diffeacuterentes couleurs sont obtenues par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

d) Mise en commun en projetant le logiciel sur grand eacutecran e) Les eacutelegraveves observent par groupe des eacutecrans de smartphones au microscope puis ils

mobilisent les notions deacutecouvertes preacuteceacutedemment pour expliquer leurs observations f) Institutionnalisation (cf ci-shydessous)

Indications pour lrsquoenseignant

Le logiciel eacutetant simple drsquoutilisation les eacutelegraveves peuvent faire leurs manipulations sans trop drsquoindications de la part de lrsquoenseignant En revanche selon lrsquoexpeacuterience des eacutelegraveves il sera neacutecessaire de les assister lors des reacuteglages pour lrsquoobservation au microscope Selon le mateacuteriel et le temps disponibles lrsquoenseignant peut eacutegalement preacuteparer lui-shymecircme le dispositif et les eacutelegraveves observent lrsquoeacutecran de smartphone lrsquoun apregraves lrsquoautre

Institutionnalisation activiteacute 2 (10 min)

Une premiegravere institutionnalisation se fait agrave la fin de lrsquoactiviteacute 2 de maniegravere frontale par lrsquoenseignant Partant de lrsquoobservation des eacutecrans de smartphone elle doit porter uniquement sur les objectifs viseacutes par lrsquoactiviteacute et doit introduire les notions de modegravele trichromique et de synthegravese additive Il est inteacuteressant de faire eacutegalement un lien avec les causes biologiques du modegravele trichromique (cocircnes et bacirctonnets de lrsquooeil daltonisme) Lrsquoinstitutionnalisation peut se faire agrave lrsquoaide drsquoune preacutesentation Powerpoint concise etou drsquoun documentaire videacuteo puis les fiches de synthegravese sont distribueacutees pour ecirctre lues agrave la maison et pour servir de support theacuteorique lors des reacutevisions en vue de lrsquoexamen

2 httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

22 Activiteacute 3 qursquoest-shyce qursquoun filtre Objectif geacuteneacuteral La lumiegravere coloreacutee projeteacutee est modifieacutee lorsqursquoelle travers un filtre coloreacute

Activiteacute 31 (20 min)

Objectifs speacutecifiques agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy Formuler une hypothegravese sur la couleur drsquoun faisceau lumineux vu agrave travers un ou plusieurs filtre(s) coloreacute(s)

-shy Modeacuteliser lrsquoaction drsquoun ou plusieurs filtre(s) coloreacute(s) sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee

-shy Eacutenoncer le rocircle drsquoun filtre coloreacute Mateacuteriel

1 eacutecran blanc

3 projecteurs de lumiegravere blanche

3 filtres rouge vert et bleu

Deacuteroulement

a) En pleacutenum lrsquoenseignant effectue un rappel du dernier cours (composition RVB de la lumiegravere blanche) et preacutesente la modeacutelisation utiliseacutee pour la synthegravese additive

b) Lrsquoenseignant preacutesente le dispositif agrave la classe (enlever un filtre montrer qursquoon a bien de la lumiegravere blanche avant le filtre remettre le filtre) puis demande aux eacutelegraveves individuellement drsquoeacutemettre leurs hypothegraveses puis discussion rapide par banc

c) Lrsquoenseignant allume un projecteur apregraves lrsquoautre (en eacuteteignant le preacuteceacutedent agrave chaque fois) et fait noter aux eacutelegraveves les observations et leur demande drsquoeacutemettre par deux une hypothegravese sur le rocircle du filtre

d) Mise en commun en choisissant des groupes donnant une explication contradictoire e) Apregraves avoir formeacute des groupes heacuteteacuterogegravenes de 3-shy4 eacutelegraveves lrsquoenseignant demande

aux eacutelegraveves de modeacuteliser lrsquoeffet du filtre (question 3) f) Mise en commun par projection de 3 travaux diffeacuterents et comportant de bons

eacuteleacutements Correction g) Lrsquoenseignant relance le travail de groupe pour effectuer le dernier exercice h) Lrsquoenseignant ouvre la discussion puis donne la solution experte

Indications pour lrsquoenseignant

Erreur possible un filtre coloreacute ne laisse pas passer sa couleur (peut-shyecirctre parce qursquoon le voit justement de cette couleur donc il absorberait) Lors de travaux de groupe passer dans les bancs pour observer le travail effectueacute ne pas reacutepondre aux questions (sauf incompreacutehension de la consigne) afin drsquoassurer la deacutevolution Avertir briegravevement les eacutelegraveves qui seront ameneacutes agrave preacutesenter leur travaux

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Activiteacute 32 (10 min)

Objectifs speacutecifiques agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy Deacuteduire par lrsquoexpeacuterimentation lrsquoeffet de la superposition de plusieurs filtres -shy Dessiner le diagramme de Venn de la synthegravese soustractive

Mateacuteriel

Une lampe diffusant de la lumiegravere blanche par groupe

Un set de 3 filtres (CMJ) par groupe Deacuteroulement

a) Lrsquoenseignant explique le deacuteroulement de lrsquoactiviteacute puis forme des groupes heacuteteacuterogegravenes de 3-shy4 eacutelegraveves puis leur distribue le mateacuteriel neacutecessaire et laisse aux eacutelegraveves un temps drsquoexpeacuterimentation

b) Mise en commun par un groupe choisi par lrsquoenseignant avec expeacuterimentation au tableau

Indications pour lrsquoenseignant

Plusieurs possibiliteacutes sont agrave preacutevoir selon lrsquoagencement de CMJ dans le diagramme de Venn

Activiteacute 33 (15 min)

Objectifs speacutecifiques agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy Comparer les synthegraveses additive et soustractive par lutilisation drsquoune application Mateacuteriel

1 ordinateur par groupe

(httpwwwostralonet3_animationsswfsynthese_couleursswf)

Deacuteroulement

a) Lrsquoenseignant preacutesente les manipulations agrave effectuer pour arriver sur lrsquoapplication b) Il distribue un ordinateur par banc et laisse les eacutelegraveves travailler et reacutepondre aux

questions c) La correction se fera directement par lrsquoenseignant en guise dinstitutionnalisation

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Indications pour lrsquoenseignant

Cette activiteacute fait office drsquoinstitutionnalisation Il est important de distinguer les deux synthegraveses en preacutesentant clairement leurs utilisations diffeacuterentes

23 Activiteacute 4 La couleur des objets Objectif geacuteneacuteral la couleur drsquoun objet peut ecirctre modifieacutee si on le voit sous une lumiegravere coloreacutee

Introduction (15 min)

1) Question de deacutepart pourquoi perccediloit-shyon des objets de diffeacuterentes couleurs ou Un objet a-shyt-shyil toujours la mecircme couleur Les eacutelegraveves formulent une hypothegravese Ensuite ils confrontent leurs ideacutees avec une videacuteo qui provoque un conflit par rapport agrave ce qursquoils pensaient

2) Lrsquoenseignant preacutesente la theacuteorie le principe dabsorption et de reacutefraction Que se passe-shyt-shyil lorsqursquoon regarde avec une lumiegravere coloreacutee

Activiteacute 41 (10 min)

Objectif speacutecifique agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

Formuler une hypothegravese sur les couleurs des objets vus sous une lumiegravere coloreacutee

Mateacuteriel

Objets de couleurs diffeacuterentes (rouge cyan et jaune)

3 lumiegraveres coloreacutees (magenta vert bleu) Deacuteroulement

a) Lrsquoactiviteacute 41 avec les objets a comme objectif la repreacutesentation de la couleur sous forme de scheacutema et de leur faire deacuteduire progressivement que les objets se comportent comme des filtres

b) Lrsquoenseignant entrepose des objets de couleurs rouge cyan et jaune et des dispositifs eacutemettant des lumiegraveres coloreacutees (magenta vert et bleu) sur une table Lrsquoassociation des objets et des lumiegraveres coloreacutees est rouge-shymagenta cyan-shyvert jaune-shybleu

c) Lrsquoenseignant forme des groupes heacuteteacuterogegravenes de 3 ou 4 personnes d) Puis les eacutelegraveves se rassemblent autour de la table ougrave sont entreposeacutes les objets et

remplissent les deux premiegraveres colonnes du tableau (couleur de lrsquoobjet et couleur de la lumiegravere coloreacutee) Les groupes retournent agrave leur place et commencent agrave formuler leurs hypothegraveses (troisiegraveme colonne)

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

e) Puis les eacutelegraveves sont autoriseacutes agrave reacutecupeacuterer les objets pour qursquoils procegravedent agrave leur manipulation Ils notent ce qursquoils ont observeacute dans la quatriegraveme colonne

f) Ce proceacutedeacute est reacutepeacuteteacute 3 fois

Indications pour lrsquoenseignant

Les objets de couleurs agrave utiliser ne sont pas deacutefinis la liberteacute est laisseacutee agrave lrsquoenseignant de prendre ce qursquoil a agrave disposition mais lrsquoassociation est preacutevue pour qursquoun reacutesultat soit observeacute

Difficulteacutes ne pas faire les liens pour arriver agrave poser une hypothegravese ne plus savoir ce que sont les synthegraveses additives et soustractives

Erreurs possibles poser une hypothegravese fausse mais cette erreur est voulue et provoquera le conflit

attendu ne pas faire le lien avec la synthegravese soustractive vue dans le preacuteceacutedent chapitre et

reacutepondre ldquola synthegravese additiverdquo ne pas deacuteduire que la reacuteflection de la lumiegravere coloreacutee sur un objet fonctionne comme

un filtre Relances

lrsquoenseignant fait le test devant la classe en modeacutelisant le pheacutenomegravene renvoie au scheacutema de reflection revu en theacuteorie au deacutebut du cours utilise la modeacutelisation avec lrsquoordinateur ougrave lrsquoon peut doser les filtres met en parallegravele le filtre et la lumiegravere coloreacutee pour que le lien entre les deux

pheacutenomegravenes soit fait

Activiteacute 42 (25 min)

Objectif speacutecifique agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy Formuler une hypothegravese sur les couleurs des objets vus sous une lumiegravere coloreacutee Mateacuteriel

Feuilles blanches et coloreacutees

Peinture de couleurs

Journaux de protection

2 pinceaux par groupe

Gobelet drsquoeau

Palettes assiettes ou berlingot deacutecoupeacute en 2 pour mettre la peinture

6 lumiegraveres coloreacutees (rouge verte bleue magenta cyan et jaune)

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Deacuteroulement amp Indication pour les enseignants

a) Ils scheacutematisent le pheacutenomegravene et remplissent le tableau Lrsquoideacutee est drsquoeacutecrire les mots avec la mecircme peinture utiliseacutee durant lrsquoactiviteacute 21 ce qui leur permettrait de faire un lien Les eacutelegraveves se rendront peu agrave peu compte que la peinture agit comme un filtre

b) Avant le cours lenseignant associe une lumiegravere coloreacutee agrave une couleur pour le mot et une couleur de feuille et preacutepare une table proteacutegeacutee pour la peinture

c) Lrsquoactiviteacute se fait par groupe heacuteteacuterogegravene de 3 personnes formeacutes par lrsquoenseignant Chaque groupe possegravede 6 dispositifs eacutemettant des lumiegraveres coloreacutees agrave la lumiegravere desquels ils observeront les deux mots coloreacutes sur leur feuille respective

d) Les eacutelegravevent commencent lrsquoactiviteacute en venant chercher sur la table pour la peinture les 2 couleurs voulues les disposent dans leur palette prennent la feuille correspondante et 2 pinceaux et se dirigent vers les tables preacutepareacutees pour la peinture

e) Ils eacutecrivent les 2 mots avec la peinture puis rejoignent leur place f) Ils remplissent la premiegravere ligne du tableau g) Puis ils inscrivent leur hypothegravese au crayon agrave papier et en petit dans les cases

correspondantes Ils ont la possibiliteacute de prendre une feuille de brouillon pour dessiner les modegraveles

h) Puis lrsquoenseignant distribue les dispositifs eacutemettant les lumiegraveres coloreacutees pour que les eacutelegraveves puissent eacuteclairer leurs mots et observer le reacutesultat qursquoils notent agrave la plumestylo

i) Les hypothegraveses mecircme erroneacutees sont laisseacutees inscrites dans le tableau pour que lrsquoeacutelegraveve puisse comparer les deux et comprendre le pheacutenomegravene (conflit)

Activiteacute 43 (20 min)

Objectifs speacutecifiques agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy Modeacuteliser agrave lrsquoaide drsquoun scheacutema et de codes la reacutefraction et labsorption de la lumiegravere sur un objet

-shy Retrouver agrave partir de la couleur refleacuteteacutee et la lumiegravere coloreacutee projeteacutee et le filtre utiliseacute Mateacuteriel

pas de mateacuteriel particulier mis agrave part le fichier de lrsquoeacutelegraveve

Deacuteroulement

a) Lrsquoactiviteacute 43 qui permet de voir si les eacutelegraveves ont compris leur demande de reacutefleacutechir en partant des observations pour trouver la situation initiale

b) Le travail est agrave reacutealiser individuellement les eacutelegraveves regardent les diffeacuterents drapeaux modeacutelisent les diffeacuterentes situations et notent leur deacuteductions

c) Lrsquoenseignant reste agrave disposition et passe dans les bancs

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Indications pour lrsquoenseignant

Obstacles ne pas faire le lien que crsquoest la deacutemarche vue preacuteceacutedemment mais agrave lrsquoenvers

Erreurs possibles ne pas trouver le bon filtre agrave cause du noir ne pas repreacutesenter juste le scheacutema de modeacutelisation

Relances faire reacutefeacuterence au tableau reacutecapitulatif de la fiche theacuteorique faire reacutefeacuterence au modegravele du scheacutema en couleur dans la fiche theacuteorique

Institutionnalisation activiteacute 4

Explication de la modeacutelisation de la reacuteflection de la lumiegravere coloreacutee par une marche agrave suivre lors de la correction de lrsquoexercice des drapeaux sous forme drsquoun ldquoje retiensrdquo

Un cours de reacutevision avec les fiches de synthegravese suivra ces seacuteances drsquoactiviteacutes

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

3 Documents Les diffeacuterents documents utiliseacutes dans cette seacutequence sont preacutesenteacutes ci-shydessous

Parmi eux

Fiches drsquoactiviteacutes pour eacutelegraveves et avec correction

Fiches theacuteoriques de synthegravese

Evaluation pour eacutelegraveves et avec correction

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Documents des eacutelegraveves Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs Chapitre 2 Couleurs peintures couleurs lumiegraveres Activiteacute 21 1) Tu as agrave disposition des pinceaux et de la peinture Tu te

souviens peut-shyecirctre de tes cours drsquoarts visuels qursquoil existe des

couleurs primaires qui permettent par leur meacutelange drsquoobtenir

drsquoautres couleurs Mais elles-shymecircmes ne srsquoobtiennent par aucun

meacutelange Te souviens-shytu des combinaisons de couleurs qursquoil faut

meacutelanger pour obtenir une couleur souhaiteacutee

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du vert

__________________________________________

Image httpsfrdreamstimecom Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du rouge

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du bleu

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du noir

__________________________________________

Activiteacute 22 Lrsquoenseignant a installeacute trois projecteurs de couleur un rouge un vert un bleu ainsi

qursquoun eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-shydessous

Image MER

Quelle couleur va-shyt-shyon observer sur lrsquoeacutecran si lrsquoon allume deux par deux les projecteurs

et que lrsquoon superpose leurs lumiegraveres Et si lrsquoon allume les trois projecteurs Remplis le

tableau ci-shydessous drsquoabord avec tes hypothegraveses concernant la couleur obtenue sur

lrsquoeacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Meacutelange de lumiegraveres Couleur obtenue ton hypothegravese

Couleur observeacutee

vert et bleu

vert et rouge

bleu et rouge

vert bleu et rouge

a) Quelles diffeacuterences constates-shytu entre les meacutelanges de lrsquoactiviteacute 1 et ceux de lrsquoactiviteacute

2

______________________________________________________________________

b) Qursquoa-shyt-shyon meacutelangeacute dans chaque cas

______________________________________________________________________

c) Le reacutesultat du meacutelange des lumiegraveres verte bleue et rouge te rappelle-shyt-shyil quelque

chose Que peux-shytu en deacuteduire

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

d) A lrsquoaide de couleurs scheacutematise ci-shydessous les superpositions observeacutees sur lrsquoeacutecran

blanc

Activiteacute 23 Et comment obtenir drsquo‛autres couleurs 1) Tu as vu lors de lrsquoactiviteacute preacuteceacutedente que si lrsquoon superpose trois lumiegraveres de couleurs

RVB on perccediloit du blanc Mais de quelle maniegravere peut-shyon percevoir nrsquoimporte quelle

autre couleur

Familiarise-shytoi avec le logiciel en ligne suivant

httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additive

htm

Puis reacuteponds aux questions suivantes

Par quelles manipulations obtiens-shytu du orange

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du rose

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du vert olive

______________________________________________________________________

Que constates-shytu

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

2) Chaque groupe a agrave sa disposition une loupe binoculaire Deacutepose un smartphone

allumeacute eacutecran vers le haut sous lrsquoobjectif Vise une zone blanche de lrsquoeacutecran puis regravegle la

netteteacute Qursquoobserves-shytu

Observations

Comment expliques-shytu ce pheacutenomegravene

Documents des eacutelegraveves Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs Chapitre 2 Couleurs peintures couleurs lumiegraveres (corrigeacute) Activiteacute 21 1) Tu as agrave disposition des pinceaux et de la peinture Tu te

souviens peut-shyecirctre de tes cours drsquoarts visuels qursquoil existe des

couleurs primaires qui permettent par leur meacutelange drsquoobtenir

drsquoautres couleurs Mais elles-shymecircmes ne srsquoobtiennent par aucun

meacutelange Te souviens-shytu des combinaisons de couleurs qursquoil faut

meacutelanger pour obtenir une couleur souhaiteacutee

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du vert

__________________________________________

Image httpsfrdreamstimecom Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du rouge

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du bleu

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du noir

__________________________________________

Activiteacute 22 Lrsquoenseignant a installeacute trois projecteurs de couleur un rouge un vert un bleu ainsi

qursquoun eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-shydessous

Image MER

Quelle couleur va-shyt-shyon observer sur lrsquoeacutecran si lrsquoon allume deux par deux les projecteurs

et que lrsquoon superpose leurs lumiegraveres Et si lrsquoon allume les trois projecteurs Remplis le

tableau ci-shydessous drsquoabord avec tes hypothegraveses concernant la couleur obtenue sur

lrsquoeacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Meacutelange de lumiegraveres Couleur obtenue ton hypothegravese

Couleur observeacutee

vert et bleu (cyan)

vert et rouge (jaune)

bleu et rouge (magenta)

vert bleu et rouge (blanc)

a) Quelles diffeacuterences constates-shytu entre les meacutelanges de lrsquoactiviteacute 1 et ceux de lrsquoactiviteacute

2

______________________________________________________________________

Les couleurs obtenues ne sont pas les mecircmes qursquoen peinture

b) Qursquoa-shyt-shyon meacutelangeacute dans chaque cas

______________________________________________________________________

Dans le premier cas on a de la matiegravere (de la peinture) dans le deuxiegraveme cas on a de la

lumiegravere

c) Le reacutesultat du meacutelange des lumiegraveres verte bleue et rouge te rappelle-shyt-shyil quelque

chose Que peux-shytu en deacuteduire

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

Le fait que la lumiegravere blanche est composeacutee de lrsquoensemble des couleurs (cf expeacuterience

du prisme) Ici lrsquoexpeacuterience concerne la superposition de lumiegraveres coloreacutees et on observe

que lrsquoaddition des lumiegraveres rouge verte et bleue donne du blanc Cela srsquoappelle le modegravele trichromique

d) A lrsquoaide de couleurs scheacutematise ci-shydessous les superpositions observeacutees sur lrsquoeacutecran

blanc

Activiteacute 23 Et comment obtenir drsquo‛autres couleurs 1) Tu as vu lors de lrsquoactiviteacute preacuteceacutedente que si lrsquoon superpose trois lumiegraveres de couleurs

RVB on perccediloit du blanc Mais de quelle maniegravere peut-shyon percevoir nrsquoimporte quelle

autre couleur

Familiarise-shytoi avec le logiciel en ligne suivant

httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additive

htm

Puis reacuteponds aux questions suivantes

Par quelles manipulations obtiens-shytu du orange (selon eacutelegraveves)

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du rose (selon eacutelegraveves)

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du vert olive (selon eacutelegraveves)

______________________________________________________________________

Que constates-shytu

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

Un jeu de dosage entre les trois couleurs RVB permet drsquoobtenir toutes les diffeacuterentes

couleurs imaginables Les trois lumiegraveres superposeacutees et en dosage eacutequivalent donnent

une lumiegravere blanche crsquoest agrave dire la totaliteacute des couleurs On appelle cela la synthegravese additive

2) Chaque groupe a agrave sa disposition un microscope Deacutepose un smartphone allumeacute

eacutecran vers le haut sous lrsquoobjectif Vise une zone blanche de lrsquoeacutecran puis regravegle la netteteacute

Qursquoobserves-shytu

Observations

(Preacutesences de pixels lumiegraveres RVB)

Comment expliques-shytu ce pheacutenomegravene

(synthegravese effectueacutee par le cerveau)

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 3 Que devient la lumiegravere lorsqursquo‛elle traverse un filtre

Activiteacute 31 les lumiegraveres et filtres coloreacutes

Tu as appris lors du dernier cours que lrsquo‛on pouvait ldquoadditionnerrdquo des lumiegraveres coloreacutees

pour obtenir de nouvelles couleurs Nous pouvons modeacuteliser la lumiegravere blanche ainsi

Nous allons deacutecouvrir aujourdrsquo‛hui comment on peut ldquosoustrairerdquo des lumiegraveres coloreacutees

1) Lrsquo‛enseignant a installeacute trois filtres de couleur un rouge un vert un bleu ainsi qursquo‛un

eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-dessous

Image MER

Quelle couleur va-t-on observer sur lrsquo‛eacutecran si lrsquo‛on allume un par un les projecteurs

Remplis le tableau ci-dessous premiegraverement avec tes hypothegraveses concernant la couleur

obtenue sur lrsquo‛eacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Filtre traverseacute par la

lumiegravere blanche

Couleur obtenue ton

hypothegravese

Couleur observeacutee

Filtre bleu

Filtre rouge

Filtre vert

2) Selon toi quel est le rocircle du filtre coloreacute

_______________________________________________________________

3) Repreacutesente par un scheacutema le passage drsquo‛une lumiegravere blanche agrave travers un filtre rouge

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

4) Et quelle couleur observera-t-on si la lumiegravere blanche passe agrave travers un filtre rouge

puis agrave travers un filtre bleu Formule une hypothegravese puis applique ton modegravele

Hypothegravese __________________________________

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

Activiteacute 32 Qursquo‛obtient-on avec drsquo‛autres filtres

a) Tu disposes maintenant drsquo‛une lampe diffusant de la lumiegravere blanche et de filtres

cyan magenta et jaune Manipule-les les uns apregraves les autres puis en les superposant

pour deacutecouvrir leurs effets sur la lumiegravere blanche

b) A lrsquo‛aide de couleurs et en trsquo‛appuyant sur tes observations scheacutematise ci-dessous

lrsquo‛action des filtres sur une lumiegravere blanche

Activiteacute 33 Deux synthegraveses Similitudes et diffeacuterences

a) Utilise ce logiciel pour comparer les synthegraveses additive et soustractive

httpwwwostralonet3_animationsswfsynthese_couleursswf

a) Quelles similitudes observes-tu entre les synthegraveses additive et soustractive

________________________________________________________________

d) Et quelles diffeacuterences

_______________________________________________________________

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 3 Que devient la lumiegravere lorsqursquo‛elle traverse un filtre

(corrigeacute)

Activiteacute 31 les lumiegraveres et filtres coloreacutes

Tu as appris lors du dernier cours que lrsquo‛on pouvait ldquoadditionnerrdquo des lumiegraveres coloreacutees

pour obtenir de nouvelles couleurs Nous pouvons modeacuteliser la lumiegravere blanche ainsi

Nous allons deacutecouvrir aujourdrsquo‛hui comment on peut ldquosoustrairerdquo des lumiegraveres coloreacutees

1) Lrsquo‛enseignant a installeacute trois filtres de couleur un rouge un vert un bleu ainsi qursquo‛un

eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-dessous

Image MER

Quelle couleur va-t-on observer sur lrsquo‛eacutecran si lrsquo‛on allume un par un les projecteurs

Remplis le tableau ci-dessous premiegraverement avec tes hypothegraveses concernant la couleur

obtenue sur lrsquo‛eacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Filtre traverseacute par la

lumiegravere blanche

Couleur obtenue ton

hypothegravese

Couleur observeacutee

Filtre bleu bleu

Filtre rouge rouge

Filtre vert vert

2) Selon toi quel est le rocircle du filtre coloreacute

_______________________________________________________________

Un filtre coloreacute ne transmet que les rayons de sa couleur et absorbe les autres

3) Repreacutesente par un scheacutema le passage drsquo‛une lumiegravere blanche agrave travers un filtre rouge

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

4) Et quelle couleur observera-t-on si la lumiegravere blanche passe agrave travers un filtre rouge

puis agrave travers un filtre bleu Formule une hypothegravese puis applique ton modegravele

Hypothegravese __________________________________

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

Activiteacute 32 Qursquo‛obtient-on avec drsquo‛autres filtres

a) Tu disposes maintenant drsquo‛une lampe diffusant de la lumiegravere blanche et de filtres

cyan magenta et jaune Manipule-les les uns apregraves les autres puis en les superposant

pour deacutecouvrir leurs effets sur la lumiegravere blanche

b) A lrsquo‛aide de couleurs et en trsquo‛appuyant sur tes observations scheacutematise ci-dessous

lrsquo‛action des filtres sur une lumiegravere blanche

Pex 1 Magenta 2 Jaune 3 Cyan 4 Rouge 5 Vert 6 Bleu 7 Noir

Activiteacute 33 Deux synthegraveses Similitudes et diffeacuterences

a) Utilise ce logiciel pour comparer les synthegraveses additive et soustractive

httpwwwostralonet3_animationsswfsynthese_couleursswf

a) Quelles similitudes observes-tu entre les synthegraveses additive et soustractive

________________________________________________________________

Les mecircmes triplets de couleurs sont preacutesents dans les deux synthegraveses (RVB - CMJ)

d) Et quelles diffeacuterences

________________________________________________________________

1 Les couleurs primaires de lrsquo‛un sont les couleurs compleacutementaires de lrsquo‛autre

2 Lrsquo‛addition des lumiegraveres coloreacutees rouge verte et bleue donne du blanc la

soustraction totale par des filtres cyan magenta et jaune donne du noir

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 4 Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Rappel

1 Nous pouvons reacutesumer la composition de la lumiegravere blanche aux 3 couleurs primaires le rouge le vert et le bleu Ce sont des couleurs qui ne peuvent pas ecirctre creacuteeacutees Ce sont elles qui composent les autres couleurs Crsquo‛est agrave dire qursquo‛en les meacutelangeant on peut obtenir les autres couleurs le cyan est composeacute du bleu et du vert le magenta est composeacute du bleu et du rouge et le jaune est composeacute du vert et du rouge

Theacuteorie

Le sujet que nous allons traiter aujourdrsquo‛hui concerne la couleur de lrsquo‛objet Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Formule une hypothegravese ____________________________________________

Observe la photo projeteacutee par lrsquo‛enseignant

Que retiens-tu de cette photo _______________________________________________________________ La lumiegravere coloreacutee qui est refleacuteteacutee par un objet correspond agrave la lumiegravere non absorbeacutee

Ici toutes les lumiegraveres coloreacutees sont absorbeacutees sauf le bleu qui lui est refleacuteteacute La couleur propre de lrsquo‛objet sera le bleu

En effet un objet absorbe ou reflegravete diffeacuterentes lumiegraveres coloreacutees Crsquo‛est cette lumiegravere coloreacutee refleacuteteacutee que nous verrons

Activiteacute 41

Reacuteponds agrave ces diffeacuterentes questions dans le tableau ci-dessous De quelle couleur verras-tu cet objet Confronte ton ideacutee avec ton voisin De quelle couleur le vois-tu reacuteellement

Couleur de lrsquo‛objet

Couleur de la lumiegravere

Hypothegravese formuleacutee

Observation

rouge Magenta

cyan Vert

jaune Bleu

Par quel pheacutenomegravene peut-on observer ce changement de couleur ___________________________________

Quelle deacuteductions peux-tu faire _________________________________________________________________

Activiteacute 42

Marche agrave suivre

1 Eacutecris sur une feuille blanche le nom des 2 couleurs que ton enseignant te donne avec la peinture qui y correspond

2 Pendant que ces mots segravechent remplis les colonnes ldquocouleur du mot 1rdquo et ldquocouleur du mot 2rdquo et ldquocouleur de la feuillerdquo agrave la lumiegravere blanche

3 Formule tes hypothegraveses note-les au crayon agrave papier en petit 4 Eacuteclaire tes mots agrave lrsquo‛aide de lumiegraveres coloreacutees 5 Note tes observations

Lumiegravere coloreacutee

Couleur du mot 1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur du mot 2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur de la feuille helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Blanche

Rouge

Verte

Bleue

Magenta

Cyan

Jaune

Activiteacute 43

Tu observes un drapeau eacuteclaireacute par une lumiegravere blanche Puis tu observes ce mecircme drapeau eacuteclaireacute par deux lumiegraveres coloreacutees diffeacuterentes Trouve la lumiegravere coloreacutee utiliseacutee dans chaque cas et justifie ta reacuteponse par la modeacutelisation vue preacuteceacutedemment

Lumiegravere blanche Lumiegravere coloreacutee 1 Lumiegravere coloreacutee 2

De quelle couleur est la premiegravere lumiegravere coloreacutee ___________________________

Modeacutelisation 1

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________

Modeacutelisation 2

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 4 Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur (corrigeacute) Rappel

2 Nous pouvons reacutesumer la composition de la lumiegravere blanche aux 3 couleurs primaires le rouge le vert et le bleu Ce sont des couleurs qui ne peuvent pas ecirctre creacuteeacutees Ce sont elles qui composent les autres couleurs Crsquo‛est agrave dire qursquo‛en les meacutelangeant on peut obtenir les autres couleurs le cyan est composeacute du bleu et du vert le magenta est composeacute du bleu et du rouge et le jaune est composeacute du vert et du rouge

Theacuteorie

Le sujet que nous allons traiter aujourdrsquo‛hui concerne la couleur de lrsquo‛objet Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Formule une hypothegravese ____________________________________________ Projeter cette image elle napparaicirct pas dans le cours de lrsquo‛eacutelegraveve

Que retiens-tu de cette photo _______________________________________________________________ La lumiegravere coloreacutee qui est refleacuteteacutee par un objet correspond agrave la lumiegravere non absorbeacutee

Ici toutes les lumiegraveres coloreacutees sont absorbeacutees sauf le bleu qui lui est refleacuteteacute La couleur propre de lrsquo‛objet sera le bleu

En effet un objet absorbe ou reflegravete diffeacuterentes lumiegraveres coloreacutees Crsquo‛est cette lumiegravere coloreacutee refleacuteteacutee que nous verrons

Activiteacute 41

Reacuteponds agrave ces diffeacuterentes questions dans le tableau ci-dessous De quelle couleur penses-tu que tu verras cet objet Confronte ton ideacutee avec ton voisin De quelle couleur le vois-tu reacuteellement

Couleur de lrsquo‛objet

Couleur de la lumiegravere

Hypothegravese formuleacutee

Observation

rouge Magenta (rouge)

cyan Vert (vert)

jaune Bleu (noir)

Par quel pheacutenomegravene peut-on observer ce changement de couleur ___________________________________ (synthegravese soustractive)

Quelle deacuteductions peux-tu faire (fonctionne comme un filtre) _________________________________________________________________

Activiteacute 42

Marche agrave suivre

6 Eacutecris sur une feuille blanche le nom des 2 couleurs que ton enseignant te donne avec la peinture qui y correspond

7 Pendant que ces mots segravechent remplis les colonnes ldquocouleur du mot 1rdquo et ldquocouleur du mot 2rdquo et ldquocouleur de la feuillerdquo agrave la lumiegravere blanche

8 Formule tes hypothegraveses note-les au crayon agrave papier en petit 9 Eacuteclaire tes mots agrave lrsquo‛aide de lumiegraveres coloreacutees 10 Note tes observations

Lumiegravere coloreacutee

Couleur du mot 1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur du mot 2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur de la feuille helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Blanche

Rouge

Verte

Bleue

Magenta

Cyan

Jaune

Activiteacute 43

Tu observes un drapeau eacuteclaireacute par une lumiegravere blanche Puis tu observes ce mecircme drapeau eacuteclaireacute par deux lumiegraveres coloreacutees diffeacuterentes Trouve la lumiegravere coloreacutee utiliseacutee dans chaque cas et justifie ta reacuteponse par la modeacutelisation vue preacuteceacutedemment

Lumiegravere blanche Lumiegravere coloreacutee 1 Lumiegravere coloreacutee 2

De quelle couleur est la premiegravere lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Bleu)

Modeacutelisation 1

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Vert)

Modeacutelisation 2

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Fiches de synthegravese Les couleurs Activiteacute 2 Reacutesumeacute theacuteorique pour les eacutelegraveves Le modegravele trichromique et la synthegravese additive des couleurs La couleur nrsquo‛existe pas sans lumiegravere et lrsquo‛on peut dire que lrsquo‛on perccediloit le monde gracircce aux meacutelanges de ces couleurs qui correspondent aux diffeacuterentes composantes de la lumiegravere Lorsque lrsquo‛on parle de la perception des couleurs on srsquo‛aperccediloit que seules trois lumiegraveres primaires de couleurs rouge vert et bleu sont neacutecessaires pour obtenir la sensation de toutes les autres couleurs Cette maniegravere de modeacuteliser la perception des couleurs est ce qursquo‛on appelle le modegravele trichromique (lsquorsquo‛trois couleursrsquo‛rsquo‛) Dans cette repreacutesentation toutes les autres lumiegraveres coloreacutees sont perccedilues par superposition des trois lumiegraveres rouge verte et bleue La superposition simultaneacutee et en dosage identique des trois couleurs donne de la lumiegravere blanche Le noir correspond agrave une absence de lumiegravere

Illustration du modegravele

Image MER

Lrsquo‛image montre trois projecteurs de lumiegraveres rouge verte et bleue eacuteclairant une table blanche Si les trois couleurs sont projeteacutees en intensiteacute identique nous obtenons par superposition trois autres couleurs le cyan le magenta et le jaune Les couleurs primaires et les couleurs obtenues sont codeacutees sur lrsquo‛image puis reacutecapituleacutees dans le tableau ci-dessous

Image MER

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Si nous modifions le dosage des couleurs eacuteleacutementaires il est possible drsquo‛obtenir toutes les couleurs imaginables Le pheacutenomegravene de perception des couleurs par superposition des trois couleurs primaires se nomme synthegravese additive les couleurs sont additionneacutees entre elles pour permettre la synthegravese drsquo‛autres couleurs

Drsquo‛ailleurs si lrsquo‛on observe au microscope un eacutecran blanc de smartphone ou drsquo‛ordinateur on remarque qursquo‛il est en fait constitueacute drsquo‛un grand nombre de minuscules rectangles de lumiegraveres rouge verte et bleue (voir image ci-contre) Crsquo‛est justement par un jeu de dosage de chacune de ces lumiegraveres que lrsquo‛on perccediloit les diffeacuterentes couleurs sur nos eacutecrans

Pourquoi un modegravele sur trois couleurs La raison pour laquelle les scientifiques ont construit ce modegravele sur trois couleurs est directement lieacutee agrave la structure de notre œil En effet ce dernier contient des cellules sensibles agrave la lumiegravere que lrsquo‛on appelle cocircnes et bacirctonnets Alors que les bacirctonnets perccediloivent les intensiteacutes de lumiegravere les cocircnes nous permettent de percevoir les couleurs Cependant ils ne sont sensibles qursquo‛agrave certaines composantes de la lumiegravere blanche celles correspondant justement aux couleurs rouge vert et bleu Lorsque lrsquo‛on regarde un objet notre cerveau analyse le dosage de chacune de ces composantes perccedilues par notre œil et en interpregravete ainsi la couleur de lrsquo‛objet

Qursquo‛est-ce que le daltonisme Certaines personnes preacutesentent une anomalie de la vision qui les empecircche de distinguer certaines couleurs Drsquo‛origine geacuteneacutetique ce trouble est ducirc agrave un dysfonctionnement des cocircnes preacutesents dans la reacutetine Bien que la plupart des personnes daltoniennes aient de la peine agrave distinguer le vert du rouge drsquo‛autres ne distinguent pas drsquo‛autres couleurs Dans certaines formes de daltonisme le monde est perccedilu par la personne atteinte en teintes de gris

Sciences naturelles Optique synthegravese soustractive et additive

La synthegravese additive est le proceacutedeacute gracircce

auquel en combinant les couleurs

___________ ___________ et ___________

on obtient du blanc

On la retrouve lorsque lrsquoon meacutelange des

lumiegraveres coloreacutees composeacutees de ces 3 couleurs

diffeacuterentes car les laquo additionner raquo donne la

lumiegravere blanche

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon exploite aujourdrsquohui

pour les teacuteleacuteviseurs ou tout eacutecran composeacute de

pixels

La synthegravese soustractive consiste agrave soustraire

les couleurs de la lumiegravere blanche (RVB) agrave

travers des filtres de couleurs ___________

___________ et ___________ qui absorbent la

totaliteacute des couleurs de la lumiegravere blanche pour

un rendu noir au final (absence de lumiegravere)

Lrsquo __________________ des 3 couleurs donne

le ____________

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon retrouve par exemple en

meacutelangeant de la peinture notamment en

imprimerie

Sciences naturelles Optique les filtres

Qursquoest-shyce qursquoun filtre coloreacute et comment fonctionne-shyt-shyil

Un filtre est un dispositif qui permet de filtrer la lumiegravere de laisser passer certains rayons

lumineux et drsquoen absorber drsquoautres

Pour savoir quelles lumiegravere coloreacutees le filtre laisse passer il faut lrsquoobserver agrave la lumiegravere

blanche

Le filtre laissera alors passer uniquement les rayons lumineux de sa couleur propre

Par exemple

Un filtre vert laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee verte

Un filtre magenta laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee magenta crsquoest agrave dire les rayons rouge et bleu

Pour connaicirctre la lumiegravere coloreacutee qui ldquosortrdquo du filtre il faut donc

deacutecomposer la lumiegravere qui arrive sur ce filtre et en soustraire les

rayons qui sont absorbeacutes par le filtre On se reacutefegravere alors au modegravele de

la synthegravese soustractive

Image httpswww123couleursfrboutique-shy1filtres-shycolorC3A9s

Tableau reacutecapitulatif

Sciences naturelles Optique les filtres

Modeacutelisation

Nous pouvons modeacuteliser lrsquoaction drsquoun filtre

1 Noter la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur le filtre

2 Deacutecomposer la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur filtre et la coder (en RVB)

3 Repreacutesenter le filtre et coder les rayons absorbeacutes par le filtre 4 Prolonger les rayons lumineux coloreacutes que le filtre laisse passer et les coder (en RVB)

5 Noter la lumiegravere coloreacutee qui sort du filtre

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre magenta sur la lumiegravere blanche

Lorsque plusieurs filtres sont superposeacutes ou aligneacutes il faut modeacuteliser lrsquoaction du premier filtre

sur la lumiegravere projeteacutee puis lrsquoaction du deuxiegraveme filtre sur la lumiegravere qui sort du premier filtre

etc

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre cyan puis drsquoun filtre vert sur la lumiegravere jaune

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

De quelle couleur apparaicirctra un objet de couleur eacuteclaireacute par une lumiegravere coloreacutee

Il y 3 cas

1) Un objet de couleur blanche renvoie toutes les couleurs il apparaicirctra de la couleur eacuteclaireacutee

2) Un objet de couleur noire absorbe toutes les couleurs Peu importe la couleur avec laquelle

lrsquoobjet est eacuteclaireacute lrsquoobjet apparaicirct de couleur noire

3) Pour un objet de couleur il suffit de deacutecomposer les couleurs secondaires par exemple

Jrsquoai un objet jaune

Je lui projette une lumiegravere magenta

Or jaune = rouge + vert

et magenta = bleu + rouge

Le rouge est commun au jaune et au magenta donc lrsquoobjet paraicirctra rouge

En revanche si la lumiegravere est bleue comme il nrsquoy a pas de bleu dans le jaune lrsquoobjet paraicirctra

noir

1

Tableau reacutecapitulatif

1 httpscommunitygoodgamestudioscombigfarmfrdiscussion51685langage-shy‐des-shy‐couleurs

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

Modegravele de reacuteponse

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

______

______

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

______

______

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation avec propositions

de reacuteponses)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

(rouge vert bleu Nous percevons les diffeacuterentes couleurs agrave partir de ces trois couleurs) ________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

(Explication relative aux cocircnes et bacirctonnets de lrsquo‛oeil)

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Corrigeacute vert bleu blanc cyan

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________ (vert)

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________ (bleu)

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________ (aucunenoir)

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

(selon modegravele eacutetudieacute)

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

(les deux selon que lrsquo‛on parle de synthegravese additive ou soustractive)

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

Bleu

______

Bleu

______

Noir

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________ (lumiegravere rouge)

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

Noir

______

Rouge

______

Rouge

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

(Bleu)

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

(selon modegravele eacutetudieacute)

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

(Explication citant la synthegravese soustractive et lrsquo‛effet des lumiegraveres coloreacutees

concerneacutees sur le haut du cambrioleur)

Evaluation - Analyse

Ce commentaire comprend les diffeacuterents objectifs eacutevalueacutes ainsi que ce qui est attendu

preacuteciseacutement des eacutelegraveves et les niveaux taxonomiques correspondants

Ce sont des pistes drsquo‛eacutevaluation qui sont ici proposeacutees non une eacutevaluation suivie

Exercice 1

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- Mettre en lien des notions theacuteoriques apprises en cours (cocircnes et

bacirctonnets de lrsquo‛oeil) avec drsquo‛autres (synthegravese additive)

Lrsquo‛eacutevaluation deacutebute par deux questions au niveau taxonomique peu eacuteleveacute La

premiegravere de lrsquo‛ordre de la compreacutehension demande aux eacutelegraveves de restituer une

connaissance de base agrave lrsquo‛aide de leurs propres mots La deuxiegraveme propose de

tester les connaissances theacuteoriques des eacutelegraveves en veacuterifiant que des liens entre

deux notions aient eacuteteacute faits

Exercice 2

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutedire la couleur perccedilue en fonction des meacutelanges de couleurs RVB

- deacutechiffrer un scheacutema et les codes de la repreacutesentation de la trajectoire

des lumiegraveres coloreacutees

Le deuxiegraveme exercice relegraveve du niveau taxonomique de lrsquo‛application car il

neacutecessite une compreacutehension de la maniegravere de repreacutesenter la lumiegravere (scheacutema de

la trajectoire rectiligne codes de couleurs RVB) et drsquo‛appliquer ce modegravele tout en

utilisant les connaissances des couleurs fondamentales et compleacutementaires de la

synthegravese additive

Exercice 3

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet drsquo‛un filtre sur une lumiegravere coloreacutee agrave lrsquo‛aide des codes

propres agrave lrsquo‛optique

Lrsquo‛exercice 3 relegraveve de lrsquo‛application car les eacutelegraveves se reacutefegraverent agrave la modeacutelisation

eacutetablie durant le cours et au diagramme de Venn de la synthegravese soustractive et

les adaptent aux items preacutesenteacutes

Exercice 4

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- mettre en perspective la distinction entre synthegravese additive et

soustractive en terme de lsquorsquo‛naturersquo‛rsquo‛ de la couleur (couleurs matiegraveres vs

couleurs lumiegraveres)

Cet exercice requiert des eacutelegraveves qursquo‛ils mobilisent leur faculteacute drsquo‛analyse (niveau

taxonomique plutocirct eacuteleveacute) pour expliquer les diffeacuterences entre les

repreacutesentations de la couleur en arts visuels et en physique Le but est qursquo‛ils

reconnaissent qursquo‛il srsquo‛agit dans le premier cas de la synthegravese soustractive et dans

le second cas de la synthegravese additive

Exercice 5

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutevoir la couleur perccedilue drsquo‛un objet en fonction des lumiegraveres coloreacutees

projeteacutees et coder le pheacutenomegravene

Les eacutelegraveves appliquent la modeacutelisation drsquo‛une lumiegravere coloreacutee sur un objet coloreacute

pour deacuteterminer la couleur perccedilue du drapeau franccedilais Cette question fait

reacutefeacuterence agrave un niveau taxonomique bas Puis ils trouvent la lumiegravere coloreacutee qui

permet de voir les deux drapeaux preacutesenteacutes de la mecircme couleur Ils trouveront

cette reacuteponse en modeacutelisant les lumiegraveres coloreacutees sur lrsquo‛objet de couleur

Plusieurs scheacutemas sont neacutecessaires pour trouver la reacuteponse Crsquo‛est une question

taxonomiquement haute qui demande aux eacutelegraveves de faire une synthegravese

Exercice 6

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet de la lumiegravere coloreacutee sur un objet et en deacuteduire la

couleur perccedilue

- justifier sa reacuteponse avec des mots en faisant la synthegravese des diffeacuterents

concepts vus dans la seacutequence de cours

Les eacutelegraveves doivent comprendre ce qursquo‛ils lisent et deacuteterminer la couleur propre du

haut du cambrioleur Cette question est taxonomiquement haute elle demande de

lrsquo‛analyse Puis ils justifient leur reacuteponse par le modegravele de lrsquo‛effet de la lumiegravere

coloreacutee sur un objet Cette question est drsquo‛un niveau taxonomique infeacuterieur

drsquo‛application Finalement ils deacuteterminent pourquoi la description de la jeune fille

ne correspond pas agrave la couleur propre en faisant le lien avec la synthegravese

soustractive demandant un niveau taxonomiquement tregraves eacuteleveacute la synthegravese

Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

4 Argumentation scientifique Nous avons choisi de construire notre seacutequence de cours de maniegravere agrave ce qursquoelle srsquoinscrive dans une deacutemarche constructiviste de type piageacutetienne Dans cette deacutemarche lrsquoenseignant anticipe les conceptions erroneacutees que les eacutelegraveves peuvent avoir puis eacutetablit une situation-shyproblegraveme permettant ideacutealement de deacuteconstruire ces repreacutesentations incomplegravetes puis finalement drsquoen construire de nouvelles plus justes Dans ce qui suit nous allons deacutefinir ces diffeacuterents concepts mis en eacutevidence puis expliciter la maniegravere dont nous les avons pris en compte dans notre planification

41 Les conceptions des eacutelegraveves et les situations-shyproblegravemes

411 Deacutefinitions Conception Selon Giordan et al (1994) une conception ou repreacutesentation peut ecirctre consideacutereacutee comme une ideacutee un objet ou un eacutevegravenement qui aide lrsquoeacutelegraveve agrave comprendre le monde qui lrsquoentoure Elle est le fruit de son expeacuterience personnelle dans laquelle il va puiser pour comprendre les nouveaux savoirs que lrsquoon va chercher agrave lui inculquer Elle peut ecirctre consideacutereacutee comme une connaissance ldquodeacutejagrave-shylagraverdquo acquise dans un certain contexte par lrsquoapprenant et qui peut ecirctre correcte ou erroneacutee Les mauvaises conceptions (ou misconception en anglais) peuvent donc ecirctre deacutecrites comme des ideacutees qui proviennent drsquoune mauvaise compreacutehension drsquoobjets ou eacutevegravenements Elles sont issues principalement de lrsquoenvironnement avec lequel lrsquoeacutelegraveve interagit et du contexte dans lequel il se situe mais elles deacutecoulent eacutegalement des systegravemes seacutemiotiques mis en oeuvre Ces derniers sont abordeacutes plus en deacutetail dans ce qui suit Seacutemiologie En seacutemiologie (lrsquoeacutetude des systegravemes de signes) une repreacutesentation (ou un signe) est double elle est doteacutee drsquoun signifiant et drsquoun signifieacute (de Saussure 1916) Le signifiant qui fait lrsquoobjet de la seacutemiologie deacutesigne la forme et laspect du signe tandis que le signifieacute eacutetudieacute dans le cadre de la seacutemantique deacutesigne le concept eacutevoqueacute par le signe A partir du moment ougrave le signe possegravede plusieurs signifieacutes il devient symbole et crsquoest ainsi que les incompreacutehensions peuvent survenir Selon R Duval (1995) le concept de laquo registre seacutemiotique raquo permet de distinguer les repreacutesentations qui relegravevent de diffeacuterents registres ou types visuels numeacuteriques graphiques symboliques formels scheacutematiques etc En didactique ce concept est fondamental car les diffeacuterences de registre au sein drsquoune mecircme repreacutesentation ou drsquoun

67

Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

modegravele peut induire des difficulteacutes de lecture Ils risquent drsquoajouter des difficulteacutes suppleacutementaires en empecircchant les eacutelegraveves de se focaliser sur le problegraveme poseacute par lrsquoactiviteacute et les menant agrave formuler des conclusions diffeacuterentes de celles attendues par lrsquoenseignant Crsquoest pour cela qursquoun choix pertinent de registre seacutemiotique facilite la compreacutehension du concept introduit Dans notre cours un exemple typique que nous pouvons donner est la forte ressemblance des diagrammes de Venn pour les synthegraveses additive et soustractive Dans les deux modegraveles les diagrammes sont communeacutement scheacutematiseacutes sous forme circulaire De plus bien que inverseacutees au niveau de leurs superpositions les mecircmes couleurs sont repreacutesenteacutees dans les deux diagrammes Ces similitudes peuvent rendre la diffeacuterenciation complexe pour les eacutelegraveves Crsquoest pourquoi nous avons estimeacute important drsquoapporter un changement agrave la repreacutesentation de ces diagrammes Ainsi dans lrsquoune de nos fiches de synthegravese nous avons preacutefeacutereacute utiliser des formes rectangulaires plutocirct que circulaires pour repreacutesenter la synthegravese soustractive car cette forme eacutevoque plus fortement le filtre et ainsi lrsquoabsorption de la lumiegravere Cadre de rationaliteacute origine des conceptions En srsquoappuyant sur les travaux de R Douady (1984) A Lerouge (1992) deacutefinit laquo un cadre de rationaliteacuteraquo comme laquoun ensemble coheacuterent de fonctionnement de la penseacuteeraquo caracteacuteriseacute principalement par les composantes suivantes

1 Les objets du cadre dans notre cas il peut srsquoagir de peinture de feuille de papier de lampes de poche de filtres etc

2 Le type de processus de conceptualisation Dans un cadre scientifique il peut srsquoagir drsquoun processus par modeacutelisation ou par expeacuterimentation par exemple

3 Les registres seacutemiotiques que nous avons traiteacutes plus haut Les conceptions des eacutelegraveves et les conflits de perceptions en reacutesultant sont issus des diffeacuterents cadres de rationaliteacute dans lesquels ils eacutevoluent Ce sont les cadres familiers (personnel) et culturels (eacutecole) qui sont responsable de ces conceptions et repreacutesentations mentales tantocirct concourantes tantocirct inexistantes voire erroneacutees Elles se manifestent principalement agrave travers la seacutemiotique Les eacutelegraveves eacuteprouvent de la difficulteacute agrave repreacutesenter des objets issus de registres seacutemiotiques diffeacuterents ou encore agrave simplement les reconnaicirctre Dans le contexte de notre seacutequence sur les couleurs ces cadres de rationaliteacute sont centraux En effet crsquoest dans son quotidien et donc dans son cadre familier que lrsquoeacutelegraveve va deacutecouvrir la notion de couleur notamment par le biais de la peinture ou drsquoobservation drsquoarc-shyen-shyciel Cette deacutecouverte qui a souvent lieu tregraves tocirct dans la vie de lrsquoenfant ne fera pourtant pas pour autant lrsquoobjet de questionnement sur le pheacutenomegravene de perception des couleurs La notion de cadre culturel ou scolaire quand agrave elle peut ecirctre eacutetendue dans notre cas agrave deux sous-shycateacutegories de cadres culturels diffeacuterents qui vont ecirctre agrave lrsquoorigine de conceptions erroneacutees ou incomplegravetes Premiegraverement il y a le cadre que nous appelons laquo arts visuelsraquo et qui a ses propres regravegles de rationaliteacutes Les cours de dessin ou drsquoactiviteacutes creacuteatrices en sont de parfaits exemples car crsquoest dans ce cadre que les eacutelegraveves vont premiegraverement aborder la

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theacutematique des couleurs primaires et de leurs meacutelanges Mais cette theacutematique est eacutegalement abordeacutee dans le cadre laquophysiqueraquo agrave travers les expeacuteriences de deacutecomposition de la lumiegravere ou de superposition de lumiegraveres coloreacutees Ainsi nous retrouvons trois cadres de rationaliteacute concourants (familier physique arts visuels) dans lesquels les eacutelegraveves eacutevoluent et qui engendrent indubitablement des conceptions erroneacutees sur la lumiegravere et les couleurs puisque les eacutelegraveves ne sont pas ameneacutes agrave les diffeacuterencier dans chacun des cadres Et comme la communication entre les diffeacuterents cadres nrsquoest pas eacutetablie le lien agrave faire entre les diffeacuterentes conceptions issues de ces cadres est agrave la charge de lrsquoeacutelegraveve ce qui repreacutesente une lourde responsabiliteacute dans son apprentissage Astolfi (2008) appelle eacutegalement ces conceptions issues de diffeacuterents cadres des ldquotrames conceptuelles rdquoqui peuvent ecirctre deacutefinies comme ldquoun ensemble de concepts-shycleacutes propres agrave un domaine et logiquement hieacuterarchiseacutes entre eux qui structurent les disciplines et engendrent des situations-shyproblegravemesrdquo Mais encore on verra eacutemerger des problegravemes de contrat didactique dans chacun des cadres lrsquoeacutelegraveve va tenter de donner une reacuteponse qui va satisfaire lrsquoenseignant sans pour autant ecirctre ameneacute agrave confronter ses conceptions

Situation-shyproblegraveme Pour de Vecchi (2006) une situation-shyproblegraveme est une activiteacute qui consiste agrave mettre lrsquoeacutelegraveve dans une situation ougrave il va ecirctre ameneacute agrave eacutelaborer des strateacutegies de reacutesolution de problegraveme Lrsquoun des points cleacutes des situations-shyproblegravemes est qursquoelles eacutetablissent un lien eacutetroit entre les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves En drsquoautres termes une situation-shyproblegraveme est construite de telle sorte que les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave remettre en question des repreacutesentations actuelles qui srsquoavegraverent erroneacutees agrave les deacuteconstruire pour en construire de nouvelles Ainsi dans une deacutemarche de type constructiviste lrsquoeacutelegraveve construit son savoir en renversant ses anciennes conceptions Une situation-shyproblegraveme nrsquoest donc pas une deacutemarche ponctuelle dans laquelle lrsquoeacutelegraveve devra reacutesoudre une liste drsquoexercices teacuteleacuteguideacutee par lrsquoenseignant Ce qui justifie lrsquoefficaciteacute des situations problegravemes est qursquo laquoapprendreraquo ne consiste pas agrave cumuler les savoirs mais agrave en construire et agrave en deacuteconstruire

Une situation-shyproblegraveme doit comprendre plusieurs eacuteleacutements

-shy Un objectif-shyobstacle Pour Meirieu (1987) un objectif-shyobstacle est ldquoun objectif dont lrsquoacquisition permet au sujet de franchir un palier deacutecisif de progression en modifiant son systegraveme de repreacutesentation et en le faisant acceacuteder un niveau supeacuterieur de formulation rdquo Dans notre cas lrsquoeacutelegraveve pense que tous les meacutelanges de 3 couleurs primaires (de peinture ou de lumiegravere) vont donner le mecircme reacutesultat La distinction entre synthegraveses additive et soustractive nrsquoest pas connue des eacutelegraveves De plus projeter de la lumiegravere monochromatique sur un objet drsquoune certaine couleur ne donne pas toujours la mecircme couleur Lrsquoexemple avec le drapeau (activiteacute 4) est parlant

-shy Une situation centreacutee sur cet obstacle prenant en compte une deacutemarche expeacuterimentale ou une deacutemarche de modeacutelisation Dans notre cours les deux deacutemarches sont mises en oeuvre mais notre deacutemarche principale est la modeacutelisation Les eacutelegraveves vont effectivement ecirctre ameneacutes agrave eacutemettre des hypothegraveses manipuler reacutecolter des reacutesultats et les confronter agrave

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leurs hypothegraveses mais il srsquoagit surtout drsquoune deacutemarche de modeacutelisation car les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave creacuteer des scheacutemas dans plusieurs exercices

-shy Une probleacutematisation et la deacutevolution on probleacutematise la conception erroneacutee en introduisant une situation-shyproblegraveme crsquoest-shyagrave-shydire qursquoon construit un problegraveme centreacute sur lrsquoobstacle La surprise face agrave une situation incoheacuterente va intriguer lrsquoeacutelegraveve exciter sa motivation et le pousser agrave vouloir srsquoimpliquer dans le problegraveme ce qui va aider sa deacutevolution Brousseau (1998) qualifie la notion de deacutevolution par le ldquo processus par lequel lenseignant parvient agrave placer leacutelegraveve comme simple actant dans une situation a-shydidactique (agrave modegravele non didactique) Il cherche par lagrave agrave ce que lrsquoaction de lrsquoeacutelegraveve ne soit produite et justifieacutee que par les neacutecessiteacutes du milieu et par ses connaissances et non par lrsquointerpreacutetation des proceacutedeacutes didactiques du professeurrdquo Pour enrocircler les eacutelegraveves et les aider agrave identifier la probleacutematique en met on place une situation deacuteclenchante Dans notre cas lrsquoexemple avec le meacutelange de peinture et de lumiegraveres coloreacutees est un parfait exemple de situation deacuteclenchante car les eacutelegraveves ne sattendent probablement pas par exemple agrave ce que le meacutelange de vert et bleu donne du cyan ou encore qursquoon perccediloive un citron noir lorsque lrsquoon projette de la lumiegravere bleue sur ce celui-shyci

412 La prise en compte des conceptions des eacutelegraveves dans notre seacutequence La theacutematique de la lumiegravere et des couleurs est complexe et comprend de nombreux concepts difficiles agrave assimiler En effet bon nombre de personnes ont des repreacutesentations erroneacutees qui peuvent rester profondeacutement ancreacutees Parmi les conceptions erroneacutees les plus communes on retrouve selon le site internet des MER

La lumiegravere blanche est sans couleur pure quand la lumiegravere blanche passe dans un prisme ou traverse un filtre de la couleur lui est ajouteacutee

La lumiegravere blanche nous permet de voir la vraie couleur des objets laquoMa feuille est blanche parce que je nai pas ajouteacute dautres couleurs agrave celle-shyciraquo

Les couleurs sont lieacutees agrave des proprieacuteteacutes de lrsquoobjet exclusivement sans reacutefeacuterence agrave la lumiegravere qui eacuteclaire lrsquoobjet Ne dit-shyon pas quun pull est rouge

Confusion entre les couleurs primaires en couleur peinture et en couleur lumiegravere

Dans notre planification nous avons anticipeacute ces conceptions et avons construit notre cours de maniegravere agrave ce qursquoelles soient mises en eacutevidence le plus tocirct possible afin de tenter de les deacuteconstruire agrave travers nos activiteacutes

Ainsi degraves deacutebut de lrsquoactiviteacute 2 les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave une situation-shyproblegraveme dans laquelle ils comprennent qursquoil existe une contradiction entre leur conception de deacutepart sur les meacutelanges de couleurs (issue de leurs cadres de rationaliteacute familier et scolaire lsquorsquoart visuelrsquorsquo) et leurs observations (nouveau cadre lsquorsquophysiquersquorsquo) Crsquoest sur la base de ce conflit cognitif que les diffeacuterentes notions de la seacutequence pourront ecirctre abordeacutees Les autres conceptions sont mises en eacutevidence puis deacuteconstruites agrave travers les diffeacuterentes activiteacutes Par exemple les

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activiteacutes du chapitre 3 permettent de montrer que la lumiegravere blanche nrsquoest pas pure mais qursquoelle est composeacutee de toutes les couleurs et ce gracircce agrave lrsquoobservation des objets agrave la lumiegravere blanche puis agrave travers un filtre

De plus lrsquoactiviteacute 3 srsquoarticule autour drsquoune conception erroneacutee repeacutereacutee dans certaines classes Bon nombre drsquoeacutelegraveves eacutetaient persuadeacutes qursquoun filtre ne laissait pas passer les lumiegraveres de sa couleur propre car crsquoest la couleur dont est perccedilue le filtre Un conflit cognitif est alors provoqueacute afin de deacuteconstruire cette conception les eacutelegraveves observent que la lumiegravere coloreacutee nrsquoest pas absorbeacutee par le filtre mais qursquoelle se propage bien jusqursquoagrave lrsquoeacutecran blanc

En introduction de lrsquoactiviteacute 4 une nouvelle situation-shyproblegraveme est preacutesenteacutee par le biais drsquoune image montrant que la couleur drsquoun objet peut varier en fonction de la lumiegravere coloreacutee par laquelle il est eacuteclaireacute Elle servira agrave provoquer un conflit cognitif chez les eacutelegraveves car cette situation intervient apregraves une phase drsquohypothegravese reacutepondant agrave la question suivante un objet peut-shyil avoir diffeacuterentes couleurs La reacuteponse donneacutee par lrsquoimage contredira probablement lrsquohypothegravese preacuteceacutedemment formuleacutee et devrait susciter de la curiositeacute chez lrsquoeacutelegraveve et lui donner lrsquoenvie de comprendre le pheacutenomegravene Nous deacutemontrons ensuite tout au long de lrsquoactiviteacute 4 sur les lumiegraveres coloreacutees que crsquoest le pheacutenomegravene drsquoabsorption et de reacuteflection de la lumiegravere qui nous permet de voir la couleur des objets et non pas la lumiegravere blanche Crsquoest donc par le biais de ces deacuteconstructions successives de conceptions que lrsquoenseignant peut guider les eacutelegraveves sur la voie de la reacutesolution du problegraveme de lrsquoorigine de ces contradictions dans le but drsquoeacutetablir le lien entre les diffeacuterents cadres de rationaliteacute

42 Modeacutelisation

421 Deacutefinition

Un modegravele est communeacutement deacutefini comme un objet ou un concept qui va permettre de repreacutesenter la reacutealiteacute de diffeacuterentes maniegraveres Bunge (1974) ou encore Martinand (1994) le deacutefinissent eacutegalement comme un moyen permettant de mettre en relation le monde theacuteorique avec le monde empirique Il peut ecirctre consideacutereacute en quelque sorte comme un monde intermeacutediaire ou une sorte de lunette conceptuelle (Halloun 2004) qui va permettre drsquoobserver des pheacutenomegravenes naturels Un modegravele ne constitue pas la reacutealiteacute mais la repreacutesente en simplifiant certains de ses aspects ce qui peut causer des conflits pour les repreacutesentations cognitives chez lrsquoeacutelegraveve

422 La modeacutelisation dans notre seacutequence Dans notre planification la modeacutelisation est centrale afin de conceptualiser des pheacutenomegravenes complexes comme la composition de la lumiegravere et la perception des couleurs Elle est lrsquooutil qui permet drsquoamener les eacutelegraveves agrave se faccedilonner une repreacutesentation de la deacutecomposition de la lumiegravere blanche de labsorption de la lumiegravere agrave travers les filtres et des synthegraveses additive et soustractive des couleurs

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De plus elle constitue un objectif de formation meacutethodologique qui va de pair avec toute formation scientifique Crsquoest pourquoi nous avons inclus la modeacutelisation dans les objectifs drsquoapprentissage Dans la terminologie du PER la modeacutelisation correspond agrave lrsquoobjectif geacuteneacuteral MSN37

bull MSN 1525 mdash Modeacuteliser des pheacutenomegravenes naturels techniques sociaux ou des situations matheacutematiques

bull en imaginant et en utilisant divers outils de repreacutesentation (codes scheacutemas graphiques tableauxhellip)

Lrsquoactiviteacute 2 propose aux eacutelegraveves de reporter les couleurs observeacutees sur trois cercles superposeacutes En les coloriant les eacutelegraveves reacutealisent en reacutealiteacute une forme simple de modeacutelisation par un diagramme de Venn de la synthegravese additive Il nous a sembleacute pertinent drsquointroduire ce scheacutema de cette maniegravere car ainsi les eacutelegraveves comprennent reacuteellement qursquoil correspond agrave la lumiegravere projeteacutee et superposeacutee sur un eacutecran En derniegravere partie drsquoactiviteacute les eacutelegraveves se familiarisent avec un logiciel de modeacutelisation de la synthegravese additive 3

Lrsquoutilisation drsquoun modegravele dans ce cas est indispensable pour des raisons pratiques Il serait en effet tregraves difficile de faire des observations similaires avec un dispositif reacuteel constitueacute de projecteurs et drsquoun eacutecran comme dans la premiegravere partie drsquoactiviteacute Nous avons veilleacute agrave choisir un logiciel simple drsquousage sur lequel seules deux manipulations sont possibles allumereacuteteindre les projecteurs et varier leurs intensiteacutes Ainsi il est possible pour les eacutelegraveves de faire rapidement et sans difficulteacutes de lrsquoordre du registre seacutemiotique la deacuteduction attendue les diffeacuterentes couleurs srsquoobtiennent par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

Dans lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves sont ameneacutes agrave modeacuteliser lrsquoeffet drsquoun filtre sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee Ils ancrent ainsi le fonctionnement drsquoun filtre dans leur apprentissage et deacuteveloppent une meacutethodologie systeacutematique dans la reacutesolution de problegravemes mettant en scegravene des filtres Gracircce au modegravele deacuteveloppeacute les eacutelegraveves deacuteconstruisent deacutefinitivement leur eacuteventuelle conception erroneacutee selon laquelle un filtre absorberait sa propre couleur Lrsquoactiviteacute 43 a pour but que les eacutelegraveves modeacutelisent les pheacutenomegravenes de reacutefraction et drsquoabsorption en justifiant leur reacuteponse par un modegravele de reacuteponse Ce dernier comprend les couleurs RVB qui se reflegravetent ou qui sont absorbeacutees par une surface Ainsi lrsquoeacutelegraveve peut trouver une meacutethode systeacutematique de reacuteponse en testant les diffeacuterentes couleurs Gracircce agrave cette modeacutelisation et agrave celle de lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves comprennent que les fonctionnements des filtres et des lumiegraveres coloreacutees sont fondeacutes sur le mecircme principe

3(httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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43 Deacutemarche expeacuterimentale

431 Deacutefinition Pour de Vecchi il est important de ne pas confondre les notions lieacutees agrave lrsquoexpeacuterimental qui sont les suivantes

-shy Une deacutemarche scientifique nrsquoest pas exclusive au domaine des sciences expeacuterimentales mais peut aussi ecirctre mobiliseacutee dans les sciences humaines socialeshellip Elle utilise drsquoautres outils que lrsquoexpeacuterimentale Toute recherche digne de ce nom est de nature scientifique

-shy La meacutethode expeacuterimentale eacutequivaut plutocirct agrave un plan agrave suivre un mode drsquoemploi ou agrave une marche agrave suivre qui suit un ordre strict que lrsquoon peut aussi appeler protocole Par exemple parmi les plus ceacutelegravebres protocoles nous retrouvons celui de Claude Bernard (1865) que lrsquoon abregravege par les initiales OHERIC qui correspondent agrave observation hypothegravese expeacuterience reacutesultats interpreacutetation et conclusion De maniegravere geacuteneacuterale il srsquoagit du protocole caricatural que lrsquoon emploie le plus souvent dans les salles de classes

-shy Une deacutemarche expeacuterimentale est une approche plus reacutealiste moins stricte et integravegre

une approche plus tacirctonnante Il nrsquoest pas constitueacute drsquoeacutetapes preacutedeacutetermineacutees et est donc moins affecteacutee par les directives de lrsquoenseignant Il peut donc laisser des liberteacutes dans la maniegravere de reacutesoudre le problegraveme

432 La deacutemarche expeacuterimentale dans notre seacutequence Dans notre seacutequence la meacutethode expeacuterimentale est preacutesente de maniegravere partielle du scheacutema caricatural OHERIC nous nous inteacuteressons en particulier aux phases drsquoobservation et drsquoeacutemission drsquohypothegraveses Crsquoest pourquoi nous parlons donc plutocirct de ldquodeacutemarche expeacuterimentalerdquo En effet tout au long des diffeacuterentes activiteacutes il est reacuteguliegraverement demandeacute aux eacutelegraveves de formuler une hypothegravese agrave partir de leurs connaissances au preacutealable puis de faire de nouvelles observations en contexte expeacuterimental Crsquoest sur la base de ces derniegraveres qursquoils pourront reacutealiser leurs deacuteductions sur le pheacutenomegravene en question et construire de nouvelles conceptions Dans lrsquoactiviteacute 2 ce type de deacutemarche est central pour la creacuteation de la premiegravere situation-shyproblegraveme Par la suite la deacutemarche permet de guider les eacutelegraveves dans le processus de deacuteduction du fonctionnement geacuteneacuteral des diffeacuterents pheacutenomegravenes Dans lrsquoactiviteacute 41 par exemple les pheacutenomegravenes agrave deacuteduire sont la synthegravese soustractive et le fonctionnement de la lumiegravere coloreacutee Lrsquoemploi drsquoobjets familiers permet un ancrage dans le quotidien

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Dans lrsquoactiviteacute 3 lrsquoeacutetude de lrsquoeffet des filtres constitue agrave son tour un deacutemarche expeacuterimentale En effet les eacutelegraveves doivent tout drsquoabord eacutemettre leurs hypothegraveses puis les veacuterifient par lrsquoexpeacuterimentation et ses reacutesultats provoquant probablement un conflit cognitif avant drsquoen conclure lrsquoeffet drsquoun filtre Dans lrsquoactiviteacute 42 nous retrouvons toujours le mecircme principe de deacutemarche expeacuterimentale Les eacutelegraveves formulent des hypothegraveses sur la couleur perccedilue de diffeacuterents mots coloreacutes eacuteclaireacutes par une lumiegravere coloreacutee puis les veacuterifient lors de la phase drsquoobservation La confrontation entre leurs attentes lieacutees agrave leurs conceptions et la reacutealiteacute creacutee le conflit cognitif rechercheacute

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5 Conclusion Pour seacutelectionner notre thegraveme et eacutelaborer notre seacutequence nous nous sommes fondeacutes sur les objectifs du PER et crsquoest sur lrsquooptique que notre choix srsquoest porteacute Le savoir savant auquel nous nous sommes reacutefeacutereacutes comprend principalement des concepts lieacutes agrave la lumiegravere tels que les photons les ondes eacutelectromagneacutetiques ainsi que les spectres drsquoeacutemission et drsquoabsorption Nous avons transposeacute ce savoir en un savoir enseignable par le biais drsquoun travail de contextualisation et de reacuteadaptation Nous avons eacuteteacute ameneacutes agrave remplacer des modegraveles scientifiques (par exemple les modegraveles de synthegraveses additive et soustractive) par des modegraveles accessibles agrave un niveau scolaire et agrave changer les conditions drsquoeacutemergence des problegravemes Ainsi notre travail de transposition consistait agrave montrer aux eacutelegraveves la partie eacutemergeacutee de lrsquoiceberg du concept de couleur le reacutesultat apparent plutocirct que lrsquoorigine eacutelectromagneacutetique Tout au long de la seacutequence et par le biais de situations-shyproblegravemes et de diffeacuterentes eacutetapes de reacutesolution des activiteacutes les eacutelegraveves ont eacuteteacute guideacutes dans le processus de construction de leur apprentissage En nous focalisant sur les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves nous avons eacutelaboreacute nos exercices de maniegravere agrave proposer des situations deacuteclenchantes afin de faciliter le transfert de la responsabiliteacute de la reacutesolution des problegravemes aux eacutelegraveves Cette derniegravere srsquoeffectue par des deacutemarches drsquoexpeacuterimentation mais surtout de modeacutelisation

Dans notre sceacutenario les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave deux types de donneacutees theacuteoriques et empiriques Drsquoune part ils ont agrave disposition deux theacuteories principales la premiegravere est que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs de lrsquoarc-shyen-shyciel tandis que la seconde deacutecrit l a maniegravere dont la couleur drsquoun objet deacutepend des couleurs qursquoil va absorber Drsquoautre part ils disposent de donneacutees empiriques qursquoils sont ameneacutes agrave reacutecolter en superposant des lumiegraveres de diffeacuterentes couleurs en meacutelangeant de la peinture et en projetant de la lumiegravere coloreacutee sur diffeacuterents objets coloreacutes Dans le cadre drsquoune deacutemarche drsquoexpeacuterimentation ils ont eacutemis des hypothegraveses observeacute manipuleacute du mateacuteriel utiliseacute des appliquettes en ligne et veacuterifieacute leurs reacutesultats Crsquoest ainsi les modegraveles que nous avons preacutesenteacutes et que les eacutelegraveves ont eacutelaboreacutes vont ecirctre des ponts qui vont relier le monde theacuteorique et le monde empirique Par ailleurs nous avons eacuteteacute attentifs agrave la seacutemiotique lors de nos choix des repreacutesentations utiliseacutees nous nous sommes reacutefeacutereacutes agrave la notion de registre seacutemiotique afin drsquoeacutelaborer des scheacutemas nrsquoengendrant pas de difficulteacutes de lecture chez les eacutelegraveves

Nous avons analyseacute lrsquoorigine des conceptions erroneacutees et avons remarqueacute qursquoelles eacutetaient principalement dues agrave des repreacutesentations concourantes engendreacutees par les diffeacuterents contextes et cadres de rationaliteacutes dans lesquelles les eacutelegraveves eacutevoluent Notre sceacutenario permet aux eacutelegraveves drsquoeacutetablir des liens entre ces diffeacuterents cadres et de construire une nouvelle repreacutesentation de la couleur celle drsquoun objet de la physique

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6 Bibliographie

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Meirieu P Avanzin Gi (1987) Apprendre oui mais comment Edition ESF Verret M (1975) Le temps des eacutetudes (Vols 1ndash2) Lille France Atelier Reproduction des thegraveses

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Page 13: Physique Optique Lescouleurs · Sciences naturelles Les couleurs 10 11 Harmos 1.Introduction Comme nous allons le détailler dans le chapitre 4, les conceptions erronées des élèves

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22 Activiteacute 3 qursquoest-shyce qursquoun filtre Objectif geacuteneacuteral La lumiegravere coloreacutee projeteacutee est modifieacutee lorsqursquoelle travers un filtre coloreacute

Activiteacute 31 (20 min)

Objectifs speacutecifiques agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy Formuler une hypothegravese sur la couleur drsquoun faisceau lumineux vu agrave travers un ou plusieurs filtre(s) coloreacute(s)

-shy Modeacuteliser lrsquoaction drsquoun ou plusieurs filtre(s) coloreacute(s) sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee

-shy Eacutenoncer le rocircle drsquoun filtre coloreacute Mateacuteriel

1 eacutecran blanc

3 projecteurs de lumiegravere blanche

3 filtres rouge vert et bleu

Deacuteroulement

a) En pleacutenum lrsquoenseignant effectue un rappel du dernier cours (composition RVB de la lumiegravere blanche) et preacutesente la modeacutelisation utiliseacutee pour la synthegravese additive

b) Lrsquoenseignant preacutesente le dispositif agrave la classe (enlever un filtre montrer qursquoon a bien de la lumiegravere blanche avant le filtre remettre le filtre) puis demande aux eacutelegraveves individuellement drsquoeacutemettre leurs hypothegraveses puis discussion rapide par banc

c) Lrsquoenseignant allume un projecteur apregraves lrsquoautre (en eacuteteignant le preacuteceacutedent agrave chaque fois) et fait noter aux eacutelegraveves les observations et leur demande drsquoeacutemettre par deux une hypothegravese sur le rocircle du filtre

d) Mise en commun en choisissant des groupes donnant une explication contradictoire e) Apregraves avoir formeacute des groupes heacuteteacuterogegravenes de 3-shy4 eacutelegraveves lrsquoenseignant demande

aux eacutelegraveves de modeacuteliser lrsquoeffet du filtre (question 3) f) Mise en commun par projection de 3 travaux diffeacuterents et comportant de bons

eacuteleacutements Correction g) Lrsquoenseignant relance le travail de groupe pour effectuer le dernier exercice h) Lrsquoenseignant ouvre la discussion puis donne la solution experte

Indications pour lrsquoenseignant

Erreur possible un filtre coloreacute ne laisse pas passer sa couleur (peut-shyecirctre parce qursquoon le voit justement de cette couleur donc il absorberait) Lors de travaux de groupe passer dans les bancs pour observer le travail effectueacute ne pas reacutepondre aux questions (sauf incompreacutehension de la consigne) afin drsquoassurer la deacutevolution Avertir briegravevement les eacutelegraveves qui seront ameneacutes agrave preacutesenter leur travaux

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Activiteacute 32 (10 min)

Objectifs speacutecifiques agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy Deacuteduire par lrsquoexpeacuterimentation lrsquoeffet de la superposition de plusieurs filtres -shy Dessiner le diagramme de Venn de la synthegravese soustractive

Mateacuteriel

Une lampe diffusant de la lumiegravere blanche par groupe

Un set de 3 filtres (CMJ) par groupe Deacuteroulement

a) Lrsquoenseignant explique le deacuteroulement de lrsquoactiviteacute puis forme des groupes heacuteteacuterogegravenes de 3-shy4 eacutelegraveves puis leur distribue le mateacuteriel neacutecessaire et laisse aux eacutelegraveves un temps drsquoexpeacuterimentation

b) Mise en commun par un groupe choisi par lrsquoenseignant avec expeacuterimentation au tableau

Indications pour lrsquoenseignant

Plusieurs possibiliteacutes sont agrave preacutevoir selon lrsquoagencement de CMJ dans le diagramme de Venn

Activiteacute 33 (15 min)

Objectifs speacutecifiques agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy Comparer les synthegraveses additive et soustractive par lutilisation drsquoune application Mateacuteriel

1 ordinateur par groupe

(httpwwwostralonet3_animationsswfsynthese_couleursswf)

Deacuteroulement

a) Lrsquoenseignant preacutesente les manipulations agrave effectuer pour arriver sur lrsquoapplication b) Il distribue un ordinateur par banc et laisse les eacutelegraveves travailler et reacutepondre aux

questions c) La correction se fera directement par lrsquoenseignant en guise dinstitutionnalisation

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Indications pour lrsquoenseignant

Cette activiteacute fait office drsquoinstitutionnalisation Il est important de distinguer les deux synthegraveses en preacutesentant clairement leurs utilisations diffeacuterentes

23 Activiteacute 4 La couleur des objets Objectif geacuteneacuteral la couleur drsquoun objet peut ecirctre modifieacutee si on le voit sous une lumiegravere coloreacutee

Introduction (15 min)

1) Question de deacutepart pourquoi perccediloit-shyon des objets de diffeacuterentes couleurs ou Un objet a-shyt-shyil toujours la mecircme couleur Les eacutelegraveves formulent une hypothegravese Ensuite ils confrontent leurs ideacutees avec une videacuteo qui provoque un conflit par rapport agrave ce qursquoils pensaient

2) Lrsquoenseignant preacutesente la theacuteorie le principe dabsorption et de reacutefraction Que se passe-shyt-shyil lorsqursquoon regarde avec une lumiegravere coloreacutee

Activiteacute 41 (10 min)

Objectif speacutecifique agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

Formuler une hypothegravese sur les couleurs des objets vus sous une lumiegravere coloreacutee

Mateacuteriel

Objets de couleurs diffeacuterentes (rouge cyan et jaune)

3 lumiegraveres coloreacutees (magenta vert bleu) Deacuteroulement

a) Lrsquoactiviteacute 41 avec les objets a comme objectif la repreacutesentation de la couleur sous forme de scheacutema et de leur faire deacuteduire progressivement que les objets se comportent comme des filtres

b) Lrsquoenseignant entrepose des objets de couleurs rouge cyan et jaune et des dispositifs eacutemettant des lumiegraveres coloreacutees (magenta vert et bleu) sur une table Lrsquoassociation des objets et des lumiegraveres coloreacutees est rouge-shymagenta cyan-shyvert jaune-shybleu

c) Lrsquoenseignant forme des groupes heacuteteacuterogegravenes de 3 ou 4 personnes d) Puis les eacutelegraveves se rassemblent autour de la table ougrave sont entreposeacutes les objets et

remplissent les deux premiegraveres colonnes du tableau (couleur de lrsquoobjet et couleur de la lumiegravere coloreacutee) Les groupes retournent agrave leur place et commencent agrave formuler leurs hypothegraveses (troisiegraveme colonne)

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

e) Puis les eacutelegraveves sont autoriseacutes agrave reacutecupeacuterer les objets pour qursquoils procegravedent agrave leur manipulation Ils notent ce qursquoils ont observeacute dans la quatriegraveme colonne

f) Ce proceacutedeacute est reacutepeacuteteacute 3 fois

Indications pour lrsquoenseignant

Les objets de couleurs agrave utiliser ne sont pas deacutefinis la liberteacute est laisseacutee agrave lrsquoenseignant de prendre ce qursquoil a agrave disposition mais lrsquoassociation est preacutevue pour qursquoun reacutesultat soit observeacute

Difficulteacutes ne pas faire les liens pour arriver agrave poser une hypothegravese ne plus savoir ce que sont les synthegraveses additives et soustractives

Erreurs possibles poser une hypothegravese fausse mais cette erreur est voulue et provoquera le conflit

attendu ne pas faire le lien avec la synthegravese soustractive vue dans le preacuteceacutedent chapitre et

reacutepondre ldquola synthegravese additiverdquo ne pas deacuteduire que la reacuteflection de la lumiegravere coloreacutee sur un objet fonctionne comme

un filtre Relances

lrsquoenseignant fait le test devant la classe en modeacutelisant le pheacutenomegravene renvoie au scheacutema de reflection revu en theacuteorie au deacutebut du cours utilise la modeacutelisation avec lrsquoordinateur ougrave lrsquoon peut doser les filtres met en parallegravele le filtre et la lumiegravere coloreacutee pour que le lien entre les deux

pheacutenomegravenes soit fait

Activiteacute 42 (25 min)

Objectif speacutecifique agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy Formuler une hypothegravese sur les couleurs des objets vus sous une lumiegravere coloreacutee Mateacuteriel

Feuilles blanches et coloreacutees

Peinture de couleurs

Journaux de protection

2 pinceaux par groupe

Gobelet drsquoeau

Palettes assiettes ou berlingot deacutecoupeacute en 2 pour mettre la peinture

6 lumiegraveres coloreacutees (rouge verte bleue magenta cyan et jaune)

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Deacuteroulement amp Indication pour les enseignants

a) Ils scheacutematisent le pheacutenomegravene et remplissent le tableau Lrsquoideacutee est drsquoeacutecrire les mots avec la mecircme peinture utiliseacutee durant lrsquoactiviteacute 21 ce qui leur permettrait de faire un lien Les eacutelegraveves se rendront peu agrave peu compte que la peinture agit comme un filtre

b) Avant le cours lenseignant associe une lumiegravere coloreacutee agrave une couleur pour le mot et une couleur de feuille et preacutepare une table proteacutegeacutee pour la peinture

c) Lrsquoactiviteacute se fait par groupe heacuteteacuterogegravene de 3 personnes formeacutes par lrsquoenseignant Chaque groupe possegravede 6 dispositifs eacutemettant des lumiegraveres coloreacutees agrave la lumiegravere desquels ils observeront les deux mots coloreacutes sur leur feuille respective

d) Les eacutelegravevent commencent lrsquoactiviteacute en venant chercher sur la table pour la peinture les 2 couleurs voulues les disposent dans leur palette prennent la feuille correspondante et 2 pinceaux et se dirigent vers les tables preacutepareacutees pour la peinture

e) Ils eacutecrivent les 2 mots avec la peinture puis rejoignent leur place f) Ils remplissent la premiegravere ligne du tableau g) Puis ils inscrivent leur hypothegravese au crayon agrave papier et en petit dans les cases

correspondantes Ils ont la possibiliteacute de prendre une feuille de brouillon pour dessiner les modegraveles

h) Puis lrsquoenseignant distribue les dispositifs eacutemettant les lumiegraveres coloreacutees pour que les eacutelegraveves puissent eacuteclairer leurs mots et observer le reacutesultat qursquoils notent agrave la plumestylo

i) Les hypothegraveses mecircme erroneacutees sont laisseacutees inscrites dans le tableau pour que lrsquoeacutelegraveve puisse comparer les deux et comprendre le pheacutenomegravene (conflit)

Activiteacute 43 (20 min)

Objectifs speacutecifiques agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy Modeacuteliser agrave lrsquoaide drsquoun scheacutema et de codes la reacutefraction et labsorption de la lumiegravere sur un objet

-shy Retrouver agrave partir de la couleur refleacuteteacutee et la lumiegravere coloreacutee projeteacutee et le filtre utiliseacute Mateacuteriel

pas de mateacuteriel particulier mis agrave part le fichier de lrsquoeacutelegraveve

Deacuteroulement

a) Lrsquoactiviteacute 43 qui permet de voir si les eacutelegraveves ont compris leur demande de reacutefleacutechir en partant des observations pour trouver la situation initiale

b) Le travail est agrave reacutealiser individuellement les eacutelegraveves regardent les diffeacuterents drapeaux modeacutelisent les diffeacuterentes situations et notent leur deacuteductions

c) Lrsquoenseignant reste agrave disposition et passe dans les bancs

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Indications pour lrsquoenseignant

Obstacles ne pas faire le lien que crsquoest la deacutemarche vue preacuteceacutedemment mais agrave lrsquoenvers

Erreurs possibles ne pas trouver le bon filtre agrave cause du noir ne pas repreacutesenter juste le scheacutema de modeacutelisation

Relances faire reacutefeacuterence au tableau reacutecapitulatif de la fiche theacuteorique faire reacutefeacuterence au modegravele du scheacutema en couleur dans la fiche theacuteorique

Institutionnalisation activiteacute 4

Explication de la modeacutelisation de la reacuteflection de la lumiegravere coloreacutee par une marche agrave suivre lors de la correction de lrsquoexercice des drapeaux sous forme drsquoun ldquoje retiensrdquo

Un cours de reacutevision avec les fiches de synthegravese suivra ces seacuteances drsquoactiviteacutes

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

3 Documents Les diffeacuterents documents utiliseacutes dans cette seacutequence sont preacutesenteacutes ci-shydessous

Parmi eux

Fiches drsquoactiviteacutes pour eacutelegraveves et avec correction

Fiches theacuteoriques de synthegravese

Evaluation pour eacutelegraveves et avec correction

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Documents des eacutelegraveves Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs Chapitre 2 Couleurs peintures couleurs lumiegraveres Activiteacute 21 1) Tu as agrave disposition des pinceaux et de la peinture Tu te

souviens peut-shyecirctre de tes cours drsquoarts visuels qursquoil existe des

couleurs primaires qui permettent par leur meacutelange drsquoobtenir

drsquoautres couleurs Mais elles-shymecircmes ne srsquoobtiennent par aucun

meacutelange Te souviens-shytu des combinaisons de couleurs qursquoil faut

meacutelanger pour obtenir une couleur souhaiteacutee

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du vert

__________________________________________

Image httpsfrdreamstimecom Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du rouge

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du bleu

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du noir

__________________________________________

Activiteacute 22 Lrsquoenseignant a installeacute trois projecteurs de couleur un rouge un vert un bleu ainsi

qursquoun eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-shydessous

Image MER

Quelle couleur va-shyt-shyon observer sur lrsquoeacutecran si lrsquoon allume deux par deux les projecteurs

et que lrsquoon superpose leurs lumiegraveres Et si lrsquoon allume les trois projecteurs Remplis le

tableau ci-shydessous drsquoabord avec tes hypothegraveses concernant la couleur obtenue sur

lrsquoeacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Meacutelange de lumiegraveres Couleur obtenue ton hypothegravese

Couleur observeacutee

vert et bleu

vert et rouge

bleu et rouge

vert bleu et rouge

a) Quelles diffeacuterences constates-shytu entre les meacutelanges de lrsquoactiviteacute 1 et ceux de lrsquoactiviteacute

2

______________________________________________________________________

b) Qursquoa-shyt-shyon meacutelangeacute dans chaque cas

______________________________________________________________________

c) Le reacutesultat du meacutelange des lumiegraveres verte bleue et rouge te rappelle-shyt-shyil quelque

chose Que peux-shytu en deacuteduire

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

d) A lrsquoaide de couleurs scheacutematise ci-shydessous les superpositions observeacutees sur lrsquoeacutecran

blanc

Activiteacute 23 Et comment obtenir drsquo‛autres couleurs 1) Tu as vu lors de lrsquoactiviteacute preacuteceacutedente que si lrsquoon superpose trois lumiegraveres de couleurs

RVB on perccediloit du blanc Mais de quelle maniegravere peut-shyon percevoir nrsquoimporte quelle

autre couleur

Familiarise-shytoi avec le logiciel en ligne suivant

httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additive

htm

Puis reacuteponds aux questions suivantes

Par quelles manipulations obtiens-shytu du orange

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du rose

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du vert olive

______________________________________________________________________

Que constates-shytu

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

2) Chaque groupe a agrave sa disposition une loupe binoculaire Deacutepose un smartphone

allumeacute eacutecran vers le haut sous lrsquoobjectif Vise une zone blanche de lrsquoeacutecran puis regravegle la

netteteacute Qursquoobserves-shytu

Observations

Comment expliques-shytu ce pheacutenomegravene

Documents des eacutelegraveves Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs Chapitre 2 Couleurs peintures couleurs lumiegraveres (corrigeacute) Activiteacute 21 1) Tu as agrave disposition des pinceaux et de la peinture Tu te

souviens peut-shyecirctre de tes cours drsquoarts visuels qursquoil existe des

couleurs primaires qui permettent par leur meacutelange drsquoobtenir

drsquoautres couleurs Mais elles-shymecircmes ne srsquoobtiennent par aucun

meacutelange Te souviens-shytu des combinaisons de couleurs qursquoil faut

meacutelanger pour obtenir une couleur souhaiteacutee

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du vert

__________________________________________

Image httpsfrdreamstimecom Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du rouge

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du bleu

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du noir

__________________________________________

Activiteacute 22 Lrsquoenseignant a installeacute trois projecteurs de couleur un rouge un vert un bleu ainsi

qursquoun eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-shydessous

Image MER

Quelle couleur va-shyt-shyon observer sur lrsquoeacutecran si lrsquoon allume deux par deux les projecteurs

et que lrsquoon superpose leurs lumiegraveres Et si lrsquoon allume les trois projecteurs Remplis le

tableau ci-shydessous drsquoabord avec tes hypothegraveses concernant la couleur obtenue sur

lrsquoeacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Meacutelange de lumiegraveres Couleur obtenue ton hypothegravese

Couleur observeacutee

vert et bleu (cyan)

vert et rouge (jaune)

bleu et rouge (magenta)

vert bleu et rouge (blanc)

a) Quelles diffeacuterences constates-shytu entre les meacutelanges de lrsquoactiviteacute 1 et ceux de lrsquoactiviteacute

2

______________________________________________________________________

Les couleurs obtenues ne sont pas les mecircmes qursquoen peinture

b) Qursquoa-shyt-shyon meacutelangeacute dans chaque cas

______________________________________________________________________

Dans le premier cas on a de la matiegravere (de la peinture) dans le deuxiegraveme cas on a de la

lumiegravere

c) Le reacutesultat du meacutelange des lumiegraveres verte bleue et rouge te rappelle-shyt-shyil quelque

chose Que peux-shytu en deacuteduire

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

Le fait que la lumiegravere blanche est composeacutee de lrsquoensemble des couleurs (cf expeacuterience

du prisme) Ici lrsquoexpeacuterience concerne la superposition de lumiegraveres coloreacutees et on observe

que lrsquoaddition des lumiegraveres rouge verte et bleue donne du blanc Cela srsquoappelle le modegravele trichromique

d) A lrsquoaide de couleurs scheacutematise ci-shydessous les superpositions observeacutees sur lrsquoeacutecran

blanc

Activiteacute 23 Et comment obtenir drsquo‛autres couleurs 1) Tu as vu lors de lrsquoactiviteacute preacuteceacutedente que si lrsquoon superpose trois lumiegraveres de couleurs

RVB on perccediloit du blanc Mais de quelle maniegravere peut-shyon percevoir nrsquoimporte quelle

autre couleur

Familiarise-shytoi avec le logiciel en ligne suivant

httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additive

htm

Puis reacuteponds aux questions suivantes

Par quelles manipulations obtiens-shytu du orange (selon eacutelegraveves)

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du rose (selon eacutelegraveves)

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du vert olive (selon eacutelegraveves)

______________________________________________________________________

Que constates-shytu

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

Un jeu de dosage entre les trois couleurs RVB permet drsquoobtenir toutes les diffeacuterentes

couleurs imaginables Les trois lumiegraveres superposeacutees et en dosage eacutequivalent donnent

une lumiegravere blanche crsquoest agrave dire la totaliteacute des couleurs On appelle cela la synthegravese additive

2) Chaque groupe a agrave sa disposition un microscope Deacutepose un smartphone allumeacute

eacutecran vers le haut sous lrsquoobjectif Vise une zone blanche de lrsquoeacutecran puis regravegle la netteteacute

Qursquoobserves-shytu

Observations

(Preacutesences de pixels lumiegraveres RVB)

Comment expliques-shytu ce pheacutenomegravene

(synthegravese effectueacutee par le cerveau)

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 3 Que devient la lumiegravere lorsqursquo‛elle traverse un filtre

Activiteacute 31 les lumiegraveres et filtres coloreacutes

Tu as appris lors du dernier cours que lrsquo‛on pouvait ldquoadditionnerrdquo des lumiegraveres coloreacutees

pour obtenir de nouvelles couleurs Nous pouvons modeacuteliser la lumiegravere blanche ainsi

Nous allons deacutecouvrir aujourdrsquo‛hui comment on peut ldquosoustrairerdquo des lumiegraveres coloreacutees

1) Lrsquo‛enseignant a installeacute trois filtres de couleur un rouge un vert un bleu ainsi qursquo‛un

eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-dessous

Image MER

Quelle couleur va-t-on observer sur lrsquo‛eacutecran si lrsquo‛on allume un par un les projecteurs

Remplis le tableau ci-dessous premiegraverement avec tes hypothegraveses concernant la couleur

obtenue sur lrsquo‛eacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Filtre traverseacute par la

lumiegravere blanche

Couleur obtenue ton

hypothegravese

Couleur observeacutee

Filtre bleu

Filtre rouge

Filtre vert

2) Selon toi quel est le rocircle du filtre coloreacute

_______________________________________________________________

3) Repreacutesente par un scheacutema le passage drsquo‛une lumiegravere blanche agrave travers un filtre rouge

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

4) Et quelle couleur observera-t-on si la lumiegravere blanche passe agrave travers un filtre rouge

puis agrave travers un filtre bleu Formule une hypothegravese puis applique ton modegravele

Hypothegravese __________________________________

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

Activiteacute 32 Qursquo‛obtient-on avec drsquo‛autres filtres

a) Tu disposes maintenant drsquo‛une lampe diffusant de la lumiegravere blanche et de filtres

cyan magenta et jaune Manipule-les les uns apregraves les autres puis en les superposant

pour deacutecouvrir leurs effets sur la lumiegravere blanche

b) A lrsquo‛aide de couleurs et en trsquo‛appuyant sur tes observations scheacutematise ci-dessous

lrsquo‛action des filtres sur une lumiegravere blanche

Activiteacute 33 Deux synthegraveses Similitudes et diffeacuterences

a) Utilise ce logiciel pour comparer les synthegraveses additive et soustractive

httpwwwostralonet3_animationsswfsynthese_couleursswf

a) Quelles similitudes observes-tu entre les synthegraveses additive et soustractive

________________________________________________________________

d) Et quelles diffeacuterences

_______________________________________________________________

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 3 Que devient la lumiegravere lorsqursquo‛elle traverse un filtre

(corrigeacute)

Activiteacute 31 les lumiegraveres et filtres coloreacutes

Tu as appris lors du dernier cours que lrsquo‛on pouvait ldquoadditionnerrdquo des lumiegraveres coloreacutees

pour obtenir de nouvelles couleurs Nous pouvons modeacuteliser la lumiegravere blanche ainsi

Nous allons deacutecouvrir aujourdrsquo‛hui comment on peut ldquosoustrairerdquo des lumiegraveres coloreacutees

1) Lrsquo‛enseignant a installeacute trois filtres de couleur un rouge un vert un bleu ainsi qursquo‛un

eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-dessous

Image MER

Quelle couleur va-t-on observer sur lrsquo‛eacutecran si lrsquo‛on allume un par un les projecteurs

Remplis le tableau ci-dessous premiegraverement avec tes hypothegraveses concernant la couleur

obtenue sur lrsquo‛eacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Filtre traverseacute par la

lumiegravere blanche

Couleur obtenue ton

hypothegravese

Couleur observeacutee

Filtre bleu bleu

Filtre rouge rouge

Filtre vert vert

2) Selon toi quel est le rocircle du filtre coloreacute

_______________________________________________________________

Un filtre coloreacute ne transmet que les rayons de sa couleur et absorbe les autres

3) Repreacutesente par un scheacutema le passage drsquo‛une lumiegravere blanche agrave travers un filtre rouge

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

4) Et quelle couleur observera-t-on si la lumiegravere blanche passe agrave travers un filtre rouge

puis agrave travers un filtre bleu Formule une hypothegravese puis applique ton modegravele

Hypothegravese __________________________________

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

Activiteacute 32 Qursquo‛obtient-on avec drsquo‛autres filtres

a) Tu disposes maintenant drsquo‛une lampe diffusant de la lumiegravere blanche et de filtres

cyan magenta et jaune Manipule-les les uns apregraves les autres puis en les superposant

pour deacutecouvrir leurs effets sur la lumiegravere blanche

b) A lrsquo‛aide de couleurs et en trsquo‛appuyant sur tes observations scheacutematise ci-dessous

lrsquo‛action des filtres sur une lumiegravere blanche

Pex 1 Magenta 2 Jaune 3 Cyan 4 Rouge 5 Vert 6 Bleu 7 Noir

Activiteacute 33 Deux synthegraveses Similitudes et diffeacuterences

a) Utilise ce logiciel pour comparer les synthegraveses additive et soustractive

httpwwwostralonet3_animationsswfsynthese_couleursswf

a) Quelles similitudes observes-tu entre les synthegraveses additive et soustractive

________________________________________________________________

Les mecircmes triplets de couleurs sont preacutesents dans les deux synthegraveses (RVB - CMJ)

d) Et quelles diffeacuterences

________________________________________________________________

1 Les couleurs primaires de lrsquo‛un sont les couleurs compleacutementaires de lrsquo‛autre

2 Lrsquo‛addition des lumiegraveres coloreacutees rouge verte et bleue donne du blanc la

soustraction totale par des filtres cyan magenta et jaune donne du noir

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 4 Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Rappel

1 Nous pouvons reacutesumer la composition de la lumiegravere blanche aux 3 couleurs primaires le rouge le vert et le bleu Ce sont des couleurs qui ne peuvent pas ecirctre creacuteeacutees Ce sont elles qui composent les autres couleurs Crsquo‛est agrave dire qursquo‛en les meacutelangeant on peut obtenir les autres couleurs le cyan est composeacute du bleu et du vert le magenta est composeacute du bleu et du rouge et le jaune est composeacute du vert et du rouge

Theacuteorie

Le sujet que nous allons traiter aujourdrsquo‛hui concerne la couleur de lrsquo‛objet Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Formule une hypothegravese ____________________________________________

Observe la photo projeteacutee par lrsquo‛enseignant

Que retiens-tu de cette photo _______________________________________________________________ La lumiegravere coloreacutee qui est refleacuteteacutee par un objet correspond agrave la lumiegravere non absorbeacutee

Ici toutes les lumiegraveres coloreacutees sont absorbeacutees sauf le bleu qui lui est refleacuteteacute La couleur propre de lrsquo‛objet sera le bleu

En effet un objet absorbe ou reflegravete diffeacuterentes lumiegraveres coloreacutees Crsquo‛est cette lumiegravere coloreacutee refleacuteteacutee que nous verrons

Activiteacute 41

Reacuteponds agrave ces diffeacuterentes questions dans le tableau ci-dessous De quelle couleur verras-tu cet objet Confronte ton ideacutee avec ton voisin De quelle couleur le vois-tu reacuteellement

Couleur de lrsquo‛objet

Couleur de la lumiegravere

Hypothegravese formuleacutee

Observation

rouge Magenta

cyan Vert

jaune Bleu

Par quel pheacutenomegravene peut-on observer ce changement de couleur ___________________________________

Quelle deacuteductions peux-tu faire _________________________________________________________________

Activiteacute 42

Marche agrave suivre

1 Eacutecris sur une feuille blanche le nom des 2 couleurs que ton enseignant te donne avec la peinture qui y correspond

2 Pendant que ces mots segravechent remplis les colonnes ldquocouleur du mot 1rdquo et ldquocouleur du mot 2rdquo et ldquocouleur de la feuillerdquo agrave la lumiegravere blanche

3 Formule tes hypothegraveses note-les au crayon agrave papier en petit 4 Eacuteclaire tes mots agrave lrsquo‛aide de lumiegraveres coloreacutees 5 Note tes observations

Lumiegravere coloreacutee

Couleur du mot 1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur du mot 2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur de la feuille helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Blanche

Rouge

Verte

Bleue

Magenta

Cyan

Jaune

Activiteacute 43

Tu observes un drapeau eacuteclaireacute par une lumiegravere blanche Puis tu observes ce mecircme drapeau eacuteclaireacute par deux lumiegraveres coloreacutees diffeacuterentes Trouve la lumiegravere coloreacutee utiliseacutee dans chaque cas et justifie ta reacuteponse par la modeacutelisation vue preacuteceacutedemment

Lumiegravere blanche Lumiegravere coloreacutee 1 Lumiegravere coloreacutee 2

De quelle couleur est la premiegravere lumiegravere coloreacutee ___________________________

Modeacutelisation 1

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________

Modeacutelisation 2

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 4 Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur (corrigeacute) Rappel

2 Nous pouvons reacutesumer la composition de la lumiegravere blanche aux 3 couleurs primaires le rouge le vert et le bleu Ce sont des couleurs qui ne peuvent pas ecirctre creacuteeacutees Ce sont elles qui composent les autres couleurs Crsquo‛est agrave dire qursquo‛en les meacutelangeant on peut obtenir les autres couleurs le cyan est composeacute du bleu et du vert le magenta est composeacute du bleu et du rouge et le jaune est composeacute du vert et du rouge

Theacuteorie

Le sujet que nous allons traiter aujourdrsquo‛hui concerne la couleur de lrsquo‛objet Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Formule une hypothegravese ____________________________________________ Projeter cette image elle napparaicirct pas dans le cours de lrsquo‛eacutelegraveve

Que retiens-tu de cette photo _______________________________________________________________ La lumiegravere coloreacutee qui est refleacuteteacutee par un objet correspond agrave la lumiegravere non absorbeacutee

Ici toutes les lumiegraveres coloreacutees sont absorbeacutees sauf le bleu qui lui est refleacuteteacute La couleur propre de lrsquo‛objet sera le bleu

En effet un objet absorbe ou reflegravete diffeacuterentes lumiegraveres coloreacutees Crsquo‛est cette lumiegravere coloreacutee refleacuteteacutee que nous verrons

Activiteacute 41

Reacuteponds agrave ces diffeacuterentes questions dans le tableau ci-dessous De quelle couleur penses-tu que tu verras cet objet Confronte ton ideacutee avec ton voisin De quelle couleur le vois-tu reacuteellement

Couleur de lrsquo‛objet

Couleur de la lumiegravere

Hypothegravese formuleacutee

Observation

rouge Magenta (rouge)

cyan Vert (vert)

jaune Bleu (noir)

Par quel pheacutenomegravene peut-on observer ce changement de couleur ___________________________________ (synthegravese soustractive)

Quelle deacuteductions peux-tu faire (fonctionne comme un filtre) _________________________________________________________________

Activiteacute 42

Marche agrave suivre

6 Eacutecris sur une feuille blanche le nom des 2 couleurs que ton enseignant te donne avec la peinture qui y correspond

7 Pendant que ces mots segravechent remplis les colonnes ldquocouleur du mot 1rdquo et ldquocouleur du mot 2rdquo et ldquocouleur de la feuillerdquo agrave la lumiegravere blanche

8 Formule tes hypothegraveses note-les au crayon agrave papier en petit 9 Eacuteclaire tes mots agrave lrsquo‛aide de lumiegraveres coloreacutees 10 Note tes observations

Lumiegravere coloreacutee

Couleur du mot 1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur du mot 2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur de la feuille helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Blanche

Rouge

Verte

Bleue

Magenta

Cyan

Jaune

Activiteacute 43

Tu observes un drapeau eacuteclaireacute par une lumiegravere blanche Puis tu observes ce mecircme drapeau eacuteclaireacute par deux lumiegraveres coloreacutees diffeacuterentes Trouve la lumiegravere coloreacutee utiliseacutee dans chaque cas et justifie ta reacuteponse par la modeacutelisation vue preacuteceacutedemment

Lumiegravere blanche Lumiegravere coloreacutee 1 Lumiegravere coloreacutee 2

De quelle couleur est la premiegravere lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Bleu)

Modeacutelisation 1

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Vert)

Modeacutelisation 2

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Fiches de synthegravese Les couleurs Activiteacute 2 Reacutesumeacute theacuteorique pour les eacutelegraveves Le modegravele trichromique et la synthegravese additive des couleurs La couleur nrsquo‛existe pas sans lumiegravere et lrsquo‛on peut dire que lrsquo‛on perccediloit le monde gracircce aux meacutelanges de ces couleurs qui correspondent aux diffeacuterentes composantes de la lumiegravere Lorsque lrsquo‛on parle de la perception des couleurs on srsquo‛aperccediloit que seules trois lumiegraveres primaires de couleurs rouge vert et bleu sont neacutecessaires pour obtenir la sensation de toutes les autres couleurs Cette maniegravere de modeacuteliser la perception des couleurs est ce qursquo‛on appelle le modegravele trichromique (lsquorsquo‛trois couleursrsquo‛rsquo‛) Dans cette repreacutesentation toutes les autres lumiegraveres coloreacutees sont perccedilues par superposition des trois lumiegraveres rouge verte et bleue La superposition simultaneacutee et en dosage identique des trois couleurs donne de la lumiegravere blanche Le noir correspond agrave une absence de lumiegravere

Illustration du modegravele

Image MER

Lrsquo‛image montre trois projecteurs de lumiegraveres rouge verte et bleue eacuteclairant une table blanche Si les trois couleurs sont projeteacutees en intensiteacute identique nous obtenons par superposition trois autres couleurs le cyan le magenta et le jaune Les couleurs primaires et les couleurs obtenues sont codeacutees sur lrsquo‛image puis reacutecapituleacutees dans le tableau ci-dessous

Image MER

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Si nous modifions le dosage des couleurs eacuteleacutementaires il est possible drsquo‛obtenir toutes les couleurs imaginables Le pheacutenomegravene de perception des couleurs par superposition des trois couleurs primaires se nomme synthegravese additive les couleurs sont additionneacutees entre elles pour permettre la synthegravese drsquo‛autres couleurs

Drsquo‛ailleurs si lrsquo‛on observe au microscope un eacutecran blanc de smartphone ou drsquo‛ordinateur on remarque qursquo‛il est en fait constitueacute drsquo‛un grand nombre de minuscules rectangles de lumiegraveres rouge verte et bleue (voir image ci-contre) Crsquo‛est justement par un jeu de dosage de chacune de ces lumiegraveres que lrsquo‛on perccediloit les diffeacuterentes couleurs sur nos eacutecrans

Pourquoi un modegravele sur trois couleurs La raison pour laquelle les scientifiques ont construit ce modegravele sur trois couleurs est directement lieacutee agrave la structure de notre œil En effet ce dernier contient des cellules sensibles agrave la lumiegravere que lrsquo‛on appelle cocircnes et bacirctonnets Alors que les bacirctonnets perccediloivent les intensiteacutes de lumiegravere les cocircnes nous permettent de percevoir les couleurs Cependant ils ne sont sensibles qursquo‛agrave certaines composantes de la lumiegravere blanche celles correspondant justement aux couleurs rouge vert et bleu Lorsque lrsquo‛on regarde un objet notre cerveau analyse le dosage de chacune de ces composantes perccedilues par notre œil et en interpregravete ainsi la couleur de lrsquo‛objet

Qursquo‛est-ce que le daltonisme Certaines personnes preacutesentent une anomalie de la vision qui les empecircche de distinguer certaines couleurs Drsquo‛origine geacuteneacutetique ce trouble est ducirc agrave un dysfonctionnement des cocircnes preacutesents dans la reacutetine Bien que la plupart des personnes daltoniennes aient de la peine agrave distinguer le vert du rouge drsquo‛autres ne distinguent pas drsquo‛autres couleurs Dans certaines formes de daltonisme le monde est perccedilu par la personne atteinte en teintes de gris

Sciences naturelles Optique synthegravese soustractive et additive

La synthegravese additive est le proceacutedeacute gracircce

auquel en combinant les couleurs

___________ ___________ et ___________

on obtient du blanc

On la retrouve lorsque lrsquoon meacutelange des

lumiegraveres coloreacutees composeacutees de ces 3 couleurs

diffeacuterentes car les laquo additionner raquo donne la

lumiegravere blanche

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon exploite aujourdrsquohui

pour les teacuteleacuteviseurs ou tout eacutecran composeacute de

pixels

La synthegravese soustractive consiste agrave soustraire

les couleurs de la lumiegravere blanche (RVB) agrave

travers des filtres de couleurs ___________

___________ et ___________ qui absorbent la

totaliteacute des couleurs de la lumiegravere blanche pour

un rendu noir au final (absence de lumiegravere)

Lrsquo __________________ des 3 couleurs donne

le ____________

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon retrouve par exemple en

meacutelangeant de la peinture notamment en

imprimerie

Sciences naturelles Optique les filtres

Qursquoest-shyce qursquoun filtre coloreacute et comment fonctionne-shyt-shyil

Un filtre est un dispositif qui permet de filtrer la lumiegravere de laisser passer certains rayons

lumineux et drsquoen absorber drsquoautres

Pour savoir quelles lumiegravere coloreacutees le filtre laisse passer il faut lrsquoobserver agrave la lumiegravere

blanche

Le filtre laissera alors passer uniquement les rayons lumineux de sa couleur propre

Par exemple

Un filtre vert laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee verte

Un filtre magenta laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee magenta crsquoest agrave dire les rayons rouge et bleu

Pour connaicirctre la lumiegravere coloreacutee qui ldquosortrdquo du filtre il faut donc

deacutecomposer la lumiegravere qui arrive sur ce filtre et en soustraire les

rayons qui sont absorbeacutes par le filtre On se reacutefegravere alors au modegravele de

la synthegravese soustractive

Image httpswww123couleursfrboutique-shy1filtres-shycolorC3A9s

Tableau reacutecapitulatif

Sciences naturelles Optique les filtres

Modeacutelisation

Nous pouvons modeacuteliser lrsquoaction drsquoun filtre

1 Noter la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur le filtre

2 Deacutecomposer la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur filtre et la coder (en RVB)

3 Repreacutesenter le filtre et coder les rayons absorbeacutes par le filtre 4 Prolonger les rayons lumineux coloreacutes que le filtre laisse passer et les coder (en RVB)

5 Noter la lumiegravere coloreacutee qui sort du filtre

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre magenta sur la lumiegravere blanche

Lorsque plusieurs filtres sont superposeacutes ou aligneacutes il faut modeacuteliser lrsquoaction du premier filtre

sur la lumiegravere projeteacutee puis lrsquoaction du deuxiegraveme filtre sur la lumiegravere qui sort du premier filtre

etc

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre cyan puis drsquoun filtre vert sur la lumiegravere jaune

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

De quelle couleur apparaicirctra un objet de couleur eacuteclaireacute par une lumiegravere coloreacutee

Il y 3 cas

1) Un objet de couleur blanche renvoie toutes les couleurs il apparaicirctra de la couleur eacuteclaireacutee

2) Un objet de couleur noire absorbe toutes les couleurs Peu importe la couleur avec laquelle

lrsquoobjet est eacuteclaireacute lrsquoobjet apparaicirct de couleur noire

3) Pour un objet de couleur il suffit de deacutecomposer les couleurs secondaires par exemple

Jrsquoai un objet jaune

Je lui projette une lumiegravere magenta

Or jaune = rouge + vert

et magenta = bleu + rouge

Le rouge est commun au jaune et au magenta donc lrsquoobjet paraicirctra rouge

En revanche si la lumiegravere est bleue comme il nrsquoy a pas de bleu dans le jaune lrsquoobjet paraicirctra

noir

1

Tableau reacutecapitulatif

1 httpscommunitygoodgamestudioscombigfarmfrdiscussion51685langage-shy‐des-shy‐couleurs

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

Modegravele de reacuteponse

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

______

______

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

______

______

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation avec propositions

de reacuteponses)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

(rouge vert bleu Nous percevons les diffeacuterentes couleurs agrave partir de ces trois couleurs) ________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

(Explication relative aux cocircnes et bacirctonnets de lrsquo‛oeil)

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Corrigeacute vert bleu blanc cyan

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________ (vert)

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________ (bleu)

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________ (aucunenoir)

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

(selon modegravele eacutetudieacute)

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

(les deux selon que lrsquo‛on parle de synthegravese additive ou soustractive)

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

Bleu

______

Bleu

______

Noir

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________ (lumiegravere rouge)

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

Noir

______

Rouge

______

Rouge

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

(Bleu)

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

(selon modegravele eacutetudieacute)

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

(Explication citant la synthegravese soustractive et lrsquo‛effet des lumiegraveres coloreacutees

concerneacutees sur le haut du cambrioleur)

Evaluation - Analyse

Ce commentaire comprend les diffeacuterents objectifs eacutevalueacutes ainsi que ce qui est attendu

preacuteciseacutement des eacutelegraveves et les niveaux taxonomiques correspondants

Ce sont des pistes drsquo‛eacutevaluation qui sont ici proposeacutees non une eacutevaluation suivie

Exercice 1

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- Mettre en lien des notions theacuteoriques apprises en cours (cocircnes et

bacirctonnets de lrsquo‛oeil) avec drsquo‛autres (synthegravese additive)

Lrsquo‛eacutevaluation deacutebute par deux questions au niveau taxonomique peu eacuteleveacute La

premiegravere de lrsquo‛ordre de la compreacutehension demande aux eacutelegraveves de restituer une

connaissance de base agrave lrsquo‛aide de leurs propres mots La deuxiegraveme propose de

tester les connaissances theacuteoriques des eacutelegraveves en veacuterifiant que des liens entre

deux notions aient eacuteteacute faits

Exercice 2

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutedire la couleur perccedilue en fonction des meacutelanges de couleurs RVB

- deacutechiffrer un scheacutema et les codes de la repreacutesentation de la trajectoire

des lumiegraveres coloreacutees

Le deuxiegraveme exercice relegraveve du niveau taxonomique de lrsquo‛application car il

neacutecessite une compreacutehension de la maniegravere de repreacutesenter la lumiegravere (scheacutema de

la trajectoire rectiligne codes de couleurs RVB) et drsquo‛appliquer ce modegravele tout en

utilisant les connaissances des couleurs fondamentales et compleacutementaires de la

synthegravese additive

Exercice 3

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet drsquo‛un filtre sur une lumiegravere coloreacutee agrave lrsquo‛aide des codes

propres agrave lrsquo‛optique

Lrsquo‛exercice 3 relegraveve de lrsquo‛application car les eacutelegraveves se reacutefegraverent agrave la modeacutelisation

eacutetablie durant le cours et au diagramme de Venn de la synthegravese soustractive et

les adaptent aux items preacutesenteacutes

Exercice 4

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- mettre en perspective la distinction entre synthegravese additive et

soustractive en terme de lsquorsquo‛naturersquo‛rsquo‛ de la couleur (couleurs matiegraveres vs

couleurs lumiegraveres)

Cet exercice requiert des eacutelegraveves qursquo‛ils mobilisent leur faculteacute drsquo‛analyse (niveau

taxonomique plutocirct eacuteleveacute) pour expliquer les diffeacuterences entre les

repreacutesentations de la couleur en arts visuels et en physique Le but est qursquo‛ils

reconnaissent qursquo‛il srsquo‛agit dans le premier cas de la synthegravese soustractive et dans

le second cas de la synthegravese additive

Exercice 5

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutevoir la couleur perccedilue drsquo‛un objet en fonction des lumiegraveres coloreacutees

projeteacutees et coder le pheacutenomegravene

Les eacutelegraveves appliquent la modeacutelisation drsquo‛une lumiegravere coloreacutee sur un objet coloreacute

pour deacuteterminer la couleur perccedilue du drapeau franccedilais Cette question fait

reacutefeacuterence agrave un niveau taxonomique bas Puis ils trouvent la lumiegravere coloreacutee qui

permet de voir les deux drapeaux preacutesenteacutes de la mecircme couleur Ils trouveront

cette reacuteponse en modeacutelisant les lumiegraveres coloreacutees sur lrsquo‛objet de couleur

Plusieurs scheacutemas sont neacutecessaires pour trouver la reacuteponse Crsquo‛est une question

taxonomiquement haute qui demande aux eacutelegraveves de faire une synthegravese

Exercice 6

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet de la lumiegravere coloreacutee sur un objet et en deacuteduire la

couleur perccedilue

- justifier sa reacuteponse avec des mots en faisant la synthegravese des diffeacuterents

concepts vus dans la seacutequence de cours

Les eacutelegraveves doivent comprendre ce qursquo‛ils lisent et deacuteterminer la couleur propre du

haut du cambrioleur Cette question est taxonomiquement haute elle demande de

lrsquo‛analyse Puis ils justifient leur reacuteponse par le modegravele de lrsquo‛effet de la lumiegravere

coloreacutee sur un objet Cette question est drsquo‛un niveau taxonomique infeacuterieur

drsquo‛application Finalement ils deacuteterminent pourquoi la description de la jeune fille

ne correspond pas agrave la couleur propre en faisant le lien avec la synthegravese

soustractive demandant un niveau taxonomiquement tregraves eacuteleveacute la synthegravese

Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

4 Argumentation scientifique Nous avons choisi de construire notre seacutequence de cours de maniegravere agrave ce qursquoelle srsquoinscrive dans une deacutemarche constructiviste de type piageacutetienne Dans cette deacutemarche lrsquoenseignant anticipe les conceptions erroneacutees que les eacutelegraveves peuvent avoir puis eacutetablit une situation-shyproblegraveme permettant ideacutealement de deacuteconstruire ces repreacutesentations incomplegravetes puis finalement drsquoen construire de nouvelles plus justes Dans ce qui suit nous allons deacutefinir ces diffeacuterents concepts mis en eacutevidence puis expliciter la maniegravere dont nous les avons pris en compte dans notre planification

41 Les conceptions des eacutelegraveves et les situations-shyproblegravemes

411 Deacutefinitions Conception Selon Giordan et al (1994) une conception ou repreacutesentation peut ecirctre consideacutereacutee comme une ideacutee un objet ou un eacutevegravenement qui aide lrsquoeacutelegraveve agrave comprendre le monde qui lrsquoentoure Elle est le fruit de son expeacuterience personnelle dans laquelle il va puiser pour comprendre les nouveaux savoirs que lrsquoon va chercher agrave lui inculquer Elle peut ecirctre consideacutereacutee comme une connaissance ldquodeacutejagrave-shylagraverdquo acquise dans un certain contexte par lrsquoapprenant et qui peut ecirctre correcte ou erroneacutee Les mauvaises conceptions (ou misconception en anglais) peuvent donc ecirctre deacutecrites comme des ideacutees qui proviennent drsquoune mauvaise compreacutehension drsquoobjets ou eacutevegravenements Elles sont issues principalement de lrsquoenvironnement avec lequel lrsquoeacutelegraveve interagit et du contexte dans lequel il se situe mais elles deacutecoulent eacutegalement des systegravemes seacutemiotiques mis en oeuvre Ces derniers sont abordeacutes plus en deacutetail dans ce qui suit Seacutemiologie En seacutemiologie (lrsquoeacutetude des systegravemes de signes) une repreacutesentation (ou un signe) est double elle est doteacutee drsquoun signifiant et drsquoun signifieacute (de Saussure 1916) Le signifiant qui fait lrsquoobjet de la seacutemiologie deacutesigne la forme et laspect du signe tandis que le signifieacute eacutetudieacute dans le cadre de la seacutemantique deacutesigne le concept eacutevoqueacute par le signe A partir du moment ougrave le signe possegravede plusieurs signifieacutes il devient symbole et crsquoest ainsi que les incompreacutehensions peuvent survenir Selon R Duval (1995) le concept de laquo registre seacutemiotique raquo permet de distinguer les repreacutesentations qui relegravevent de diffeacuterents registres ou types visuels numeacuteriques graphiques symboliques formels scheacutematiques etc En didactique ce concept est fondamental car les diffeacuterences de registre au sein drsquoune mecircme repreacutesentation ou drsquoun

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

modegravele peut induire des difficulteacutes de lecture Ils risquent drsquoajouter des difficulteacutes suppleacutementaires en empecircchant les eacutelegraveves de se focaliser sur le problegraveme poseacute par lrsquoactiviteacute et les menant agrave formuler des conclusions diffeacuterentes de celles attendues par lrsquoenseignant Crsquoest pour cela qursquoun choix pertinent de registre seacutemiotique facilite la compreacutehension du concept introduit Dans notre cours un exemple typique que nous pouvons donner est la forte ressemblance des diagrammes de Venn pour les synthegraveses additive et soustractive Dans les deux modegraveles les diagrammes sont communeacutement scheacutematiseacutes sous forme circulaire De plus bien que inverseacutees au niveau de leurs superpositions les mecircmes couleurs sont repreacutesenteacutees dans les deux diagrammes Ces similitudes peuvent rendre la diffeacuterenciation complexe pour les eacutelegraveves Crsquoest pourquoi nous avons estimeacute important drsquoapporter un changement agrave la repreacutesentation de ces diagrammes Ainsi dans lrsquoune de nos fiches de synthegravese nous avons preacutefeacutereacute utiliser des formes rectangulaires plutocirct que circulaires pour repreacutesenter la synthegravese soustractive car cette forme eacutevoque plus fortement le filtre et ainsi lrsquoabsorption de la lumiegravere Cadre de rationaliteacute origine des conceptions En srsquoappuyant sur les travaux de R Douady (1984) A Lerouge (1992) deacutefinit laquo un cadre de rationaliteacuteraquo comme laquoun ensemble coheacuterent de fonctionnement de la penseacuteeraquo caracteacuteriseacute principalement par les composantes suivantes

1 Les objets du cadre dans notre cas il peut srsquoagir de peinture de feuille de papier de lampes de poche de filtres etc

2 Le type de processus de conceptualisation Dans un cadre scientifique il peut srsquoagir drsquoun processus par modeacutelisation ou par expeacuterimentation par exemple

3 Les registres seacutemiotiques que nous avons traiteacutes plus haut Les conceptions des eacutelegraveves et les conflits de perceptions en reacutesultant sont issus des diffeacuterents cadres de rationaliteacute dans lesquels ils eacutevoluent Ce sont les cadres familiers (personnel) et culturels (eacutecole) qui sont responsable de ces conceptions et repreacutesentations mentales tantocirct concourantes tantocirct inexistantes voire erroneacutees Elles se manifestent principalement agrave travers la seacutemiotique Les eacutelegraveves eacuteprouvent de la difficulteacute agrave repreacutesenter des objets issus de registres seacutemiotiques diffeacuterents ou encore agrave simplement les reconnaicirctre Dans le contexte de notre seacutequence sur les couleurs ces cadres de rationaliteacute sont centraux En effet crsquoest dans son quotidien et donc dans son cadre familier que lrsquoeacutelegraveve va deacutecouvrir la notion de couleur notamment par le biais de la peinture ou drsquoobservation drsquoarc-shyen-shyciel Cette deacutecouverte qui a souvent lieu tregraves tocirct dans la vie de lrsquoenfant ne fera pourtant pas pour autant lrsquoobjet de questionnement sur le pheacutenomegravene de perception des couleurs La notion de cadre culturel ou scolaire quand agrave elle peut ecirctre eacutetendue dans notre cas agrave deux sous-shycateacutegories de cadres culturels diffeacuterents qui vont ecirctre agrave lrsquoorigine de conceptions erroneacutees ou incomplegravetes Premiegraverement il y a le cadre que nous appelons laquo arts visuelsraquo et qui a ses propres regravegles de rationaliteacutes Les cours de dessin ou drsquoactiviteacutes creacuteatrices en sont de parfaits exemples car crsquoest dans ce cadre que les eacutelegraveves vont premiegraverement aborder la

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

theacutematique des couleurs primaires et de leurs meacutelanges Mais cette theacutematique est eacutegalement abordeacutee dans le cadre laquophysiqueraquo agrave travers les expeacuteriences de deacutecomposition de la lumiegravere ou de superposition de lumiegraveres coloreacutees Ainsi nous retrouvons trois cadres de rationaliteacute concourants (familier physique arts visuels) dans lesquels les eacutelegraveves eacutevoluent et qui engendrent indubitablement des conceptions erroneacutees sur la lumiegravere et les couleurs puisque les eacutelegraveves ne sont pas ameneacutes agrave les diffeacuterencier dans chacun des cadres Et comme la communication entre les diffeacuterents cadres nrsquoest pas eacutetablie le lien agrave faire entre les diffeacuterentes conceptions issues de ces cadres est agrave la charge de lrsquoeacutelegraveve ce qui repreacutesente une lourde responsabiliteacute dans son apprentissage Astolfi (2008) appelle eacutegalement ces conceptions issues de diffeacuterents cadres des ldquotrames conceptuelles rdquoqui peuvent ecirctre deacutefinies comme ldquoun ensemble de concepts-shycleacutes propres agrave un domaine et logiquement hieacuterarchiseacutes entre eux qui structurent les disciplines et engendrent des situations-shyproblegravemesrdquo Mais encore on verra eacutemerger des problegravemes de contrat didactique dans chacun des cadres lrsquoeacutelegraveve va tenter de donner une reacuteponse qui va satisfaire lrsquoenseignant sans pour autant ecirctre ameneacute agrave confronter ses conceptions

Situation-shyproblegraveme Pour de Vecchi (2006) une situation-shyproblegraveme est une activiteacute qui consiste agrave mettre lrsquoeacutelegraveve dans une situation ougrave il va ecirctre ameneacute agrave eacutelaborer des strateacutegies de reacutesolution de problegraveme Lrsquoun des points cleacutes des situations-shyproblegravemes est qursquoelles eacutetablissent un lien eacutetroit entre les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves En drsquoautres termes une situation-shyproblegraveme est construite de telle sorte que les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave remettre en question des repreacutesentations actuelles qui srsquoavegraverent erroneacutees agrave les deacuteconstruire pour en construire de nouvelles Ainsi dans une deacutemarche de type constructiviste lrsquoeacutelegraveve construit son savoir en renversant ses anciennes conceptions Une situation-shyproblegraveme nrsquoest donc pas une deacutemarche ponctuelle dans laquelle lrsquoeacutelegraveve devra reacutesoudre une liste drsquoexercices teacuteleacuteguideacutee par lrsquoenseignant Ce qui justifie lrsquoefficaciteacute des situations problegravemes est qursquo laquoapprendreraquo ne consiste pas agrave cumuler les savoirs mais agrave en construire et agrave en deacuteconstruire

Une situation-shyproblegraveme doit comprendre plusieurs eacuteleacutements

-shy Un objectif-shyobstacle Pour Meirieu (1987) un objectif-shyobstacle est ldquoun objectif dont lrsquoacquisition permet au sujet de franchir un palier deacutecisif de progression en modifiant son systegraveme de repreacutesentation et en le faisant acceacuteder un niveau supeacuterieur de formulation rdquo Dans notre cas lrsquoeacutelegraveve pense que tous les meacutelanges de 3 couleurs primaires (de peinture ou de lumiegravere) vont donner le mecircme reacutesultat La distinction entre synthegraveses additive et soustractive nrsquoest pas connue des eacutelegraveves De plus projeter de la lumiegravere monochromatique sur un objet drsquoune certaine couleur ne donne pas toujours la mecircme couleur Lrsquoexemple avec le drapeau (activiteacute 4) est parlant

-shy Une situation centreacutee sur cet obstacle prenant en compte une deacutemarche expeacuterimentale ou une deacutemarche de modeacutelisation Dans notre cours les deux deacutemarches sont mises en oeuvre mais notre deacutemarche principale est la modeacutelisation Les eacutelegraveves vont effectivement ecirctre ameneacutes agrave eacutemettre des hypothegraveses manipuler reacutecolter des reacutesultats et les confronter agrave

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

leurs hypothegraveses mais il srsquoagit surtout drsquoune deacutemarche de modeacutelisation car les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave creacuteer des scheacutemas dans plusieurs exercices

-shy Une probleacutematisation et la deacutevolution on probleacutematise la conception erroneacutee en introduisant une situation-shyproblegraveme crsquoest-shyagrave-shydire qursquoon construit un problegraveme centreacute sur lrsquoobstacle La surprise face agrave une situation incoheacuterente va intriguer lrsquoeacutelegraveve exciter sa motivation et le pousser agrave vouloir srsquoimpliquer dans le problegraveme ce qui va aider sa deacutevolution Brousseau (1998) qualifie la notion de deacutevolution par le ldquo processus par lequel lenseignant parvient agrave placer leacutelegraveve comme simple actant dans une situation a-shydidactique (agrave modegravele non didactique) Il cherche par lagrave agrave ce que lrsquoaction de lrsquoeacutelegraveve ne soit produite et justifieacutee que par les neacutecessiteacutes du milieu et par ses connaissances et non par lrsquointerpreacutetation des proceacutedeacutes didactiques du professeurrdquo Pour enrocircler les eacutelegraveves et les aider agrave identifier la probleacutematique en met on place une situation deacuteclenchante Dans notre cas lrsquoexemple avec le meacutelange de peinture et de lumiegraveres coloreacutees est un parfait exemple de situation deacuteclenchante car les eacutelegraveves ne sattendent probablement pas par exemple agrave ce que le meacutelange de vert et bleu donne du cyan ou encore qursquoon perccediloive un citron noir lorsque lrsquoon projette de la lumiegravere bleue sur ce celui-shyci

412 La prise en compte des conceptions des eacutelegraveves dans notre seacutequence La theacutematique de la lumiegravere et des couleurs est complexe et comprend de nombreux concepts difficiles agrave assimiler En effet bon nombre de personnes ont des repreacutesentations erroneacutees qui peuvent rester profondeacutement ancreacutees Parmi les conceptions erroneacutees les plus communes on retrouve selon le site internet des MER

La lumiegravere blanche est sans couleur pure quand la lumiegravere blanche passe dans un prisme ou traverse un filtre de la couleur lui est ajouteacutee

La lumiegravere blanche nous permet de voir la vraie couleur des objets laquoMa feuille est blanche parce que je nai pas ajouteacute dautres couleurs agrave celle-shyciraquo

Les couleurs sont lieacutees agrave des proprieacuteteacutes de lrsquoobjet exclusivement sans reacutefeacuterence agrave la lumiegravere qui eacuteclaire lrsquoobjet Ne dit-shyon pas quun pull est rouge

Confusion entre les couleurs primaires en couleur peinture et en couleur lumiegravere

Dans notre planification nous avons anticipeacute ces conceptions et avons construit notre cours de maniegravere agrave ce qursquoelles soient mises en eacutevidence le plus tocirct possible afin de tenter de les deacuteconstruire agrave travers nos activiteacutes

Ainsi degraves deacutebut de lrsquoactiviteacute 2 les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave une situation-shyproblegraveme dans laquelle ils comprennent qursquoil existe une contradiction entre leur conception de deacutepart sur les meacutelanges de couleurs (issue de leurs cadres de rationaliteacute familier et scolaire lsquorsquoart visuelrsquorsquo) et leurs observations (nouveau cadre lsquorsquophysiquersquorsquo) Crsquoest sur la base de ce conflit cognitif que les diffeacuterentes notions de la seacutequence pourront ecirctre abordeacutees Les autres conceptions sont mises en eacutevidence puis deacuteconstruites agrave travers les diffeacuterentes activiteacutes Par exemple les

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activiteacutes du chapitre 3 permettent de montrer que la lumiegravere blanche nrsquoest pas pure mais qursquoelle est composeacutee de toutes les couleurs et ce gracircce agrave lrsquoobservation des objets agrave la lumiegravere blanche puis agrave travers un filtre

De plus lrsquoactiviteacute 3 srsquoarticule autour drsquoune conception erroneacutee repeacutereacutee dans certaines classes Bon nombre drsquoeacutelegraveves eacutetaient persuadeacutes qursquoun filtre ne laissait pas passer les lumiegraveres de sa couleur propre car crsquoest la couleur dont est perccedilue le filtre Un conflit cognitif est alors provoqueacute afin de deacuteconstruire cette conception les eacutelegraveves observent que la lumiegravere coloreacutee nrsquoest pas absorbeacutee par le filtre mais qursquoelle se propage bien jusqursquoagrave lrsquoeacutecran blanc

En introduction de lrsquoactiviteacute 4 une nouvelle situation-shyproblegraveme est preacutesenteacutee par le biais drsquoune image montrant que la couleur drsquoun objet peut varier en fonction de la lumiegravere coloreacutee par laquelle il est eacuteclaireacute Elle servira agrave provoquer un conflit cognitif chez les eacutelegraveves car cette situation intervient apregraves une phase drsquohypothegravese reacutepondant agrave la question suivante un objet peut-shyil avoir diffeacuterentes couleurs La reacuteponse donneacutee par lrsquoimage contredira probablement lrsquohypothegravese preacuteceacutedemment formuleacutee et devrait susciter de la curiositeacute chez lrsquoeacutelegraveve et lui donner lrsquoenvie de comprendre le pheacutenomegravene Nous deacutemontrons ensuite tout au long de lrsquoactiviteacute 4 sur les lumiegraveres coloreacutees que crsquoest le pheacutenomegravene drsquoabsorption et de reacuteflection de la lumiegravere qui nous permet de voir la couleur des objets et non pas la lumiegravere blanche Crsquoest donc par le biais de ces deacuteconstructions successives de conceptions que lrsquoenseignant peut guider les eacutelegraveves sur la voie de la reacutesolution du problegraveme de lrsquoorigine de ces contradictions dans le but drsquoeacutetablir le lien entre les diffeacuterents cadres de rationaliteacute

42 Modeacutelisation

421 Deacutefinition

Un modegravele est communeacutement deacutefini comme un objet ou un concept qui va permettre de repreacutesenter la reacutealiteacute de diffeacuterentes maniegraveres Bunge (1974) ou encore Martinand (1994) le deacutefinissent eacutegalement comme un moyen permettant de mettre en relation le monde theacuteorique avec le monde empirique Il peut ecirctre consideacutereacute en quelque sorte comme un monde intermeacutediaire ou une sorte de lunette conceptuelle (Halloun 2004) qui va permettre drsquoobserver des pheacutenomegravenes naturels Un modegravele ne constitue pas la reacutealiteacute mais la repreacutesente en simplifiant certains de ses aspects ce qui peut causer des conflits pour les repreacutesentations cognitives chez lrsquoeacutelegraveve

422 La modeacutelisation dans notre seacutequence Dans notre planification la modeacutelisation est centrale afin de conceptualiser des pheacutenomegravenes complexes comme la composition de la lumiegravere et la perception des couleurs Elle est lrsquooutil qui permet drsquoamener les eacutelegraveves agrave se faccedilonner une repreacutesentation de la deacutecomposition de la lumiegravere blanche de labsorption de la lumiegravere agrave travers les filtres et des synthegraveses additive et soustractive des couleurs

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De plus elle constitue un objectif de formation meacutethodologique qui va de pair avec toute formation scientifique Crsquoest pourquoi nous avons inclus la modeacutelisation dans les objectifs drsquoapprentissage Dans la terminologie du PER la modeacutelisation correspond agrave lrsquoobjectif geacuteneacuteral MSN37

bull MSN 1525 mdash Modeacuteliser des pheacutenomegravenes naturels techniques sociaux ou des situations matheacutematiques

bull en imaginant et en utilisant divers outils de repreacutesentation (codes scheacutemas graphiques tableauxhellip)

Lrsquoactiviteacute 2 propose aux eacutelegraveves de reporter les couleurs observeacutees sur trois cercles superposeacutes En les coloriant les eacutelegraveves reacutealisent en reacutealiteacute une forme simple de modeacutelisation par un diagramme de Venn de la synthegravese additive Il nous a sembleacute pertinent drsquointroduire ce scheacutema de cette maniegravere car ainsi les eacutelegraveves comprennent reacuteellement qursquoil correspond agrave la lumiegravere projeteacutee et superposeacutee sur un eacutecran En derniegravere partie drsquoactiviteacute les eacutelegraveves se familiarisent avec un logiciel de modeacutelisation de la synthegravese additive 3

Lrsquoutilisation drsquoun modegravele dans ce cas est indispensable pour des raisons pratiques Il serait en effet tregraves difficile de faire des observations similaires avec un dispositif reacuteel constitueacute de projecteurs et drsquoun eacutecran comme dans la premiegravere partie drsquoactiviteacute Nous avons veilleacute agrave choisir un logiciel simple drsquousage sur lequel seules deux manipulations sont possibles allumereacuteteindre les projecteurs et varier leurs intensiteacutes Ainsi il est possible pour les eacutelegraveves de faire rapidement et sans difficulteacutes de lrsquoordre du registre seacutemiotique la deacuteduction attendue les diffeacuterentes couleurs srsquoobtiennent par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

Dans lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves sont ameneacutes agrave modeacuteliser lrsquoeffet drsquoun filtre sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee Ils ancrent ainsi le fonctionnement drsquoun filtre dans leur apprentissage et deacuteveloppent une meacutethodologie systeacutematique dans la reacutesolution de problegravemes mettant en scegravene des filtres Gracircce au modegravele deacuteveloppeacute les eacutelegraveves deacuteconstruisent deacutefinitivement leur eacuteventuelle conception erroneacutee selon laquelle un filtre absorberait sa propre couleur Lrsquoactiviteacute 43 a pour but que les eacutelegraveves modeacutelisent les pheacutenomegravenes de reacutefraction et drsquoabsorption en justifiant leur reacuteponse par un modegravele de reacuteponse Ce dernier comprend les couleurs RVB qui se reflegravetent ou qui sont absorbeacutees par une surface Ainsi lrsquoeacutelegraveve peut trouver une meacutethode systeacutematique de reacuteponse en testant les diffeacuterentes couleurs Gracircce agrave cette modeacutelisation et agrave celle de lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves comprennent que les fonctionnements des filtres et des lumiegraveres coloreacutees sont fondeacutes sur le mecircme principe

3(httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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43 Deacutemarche expeacuterimentale

431 Deacutefinition Pour de Vecchi il est important de ne pas confondre les notions lieacutees agrave lrsquoexpeacuterimental qui sont les suivantes

-shy Une deacutemarche scientifique nrsquoest pas exclusive au domaine des sciences expeacuterimentales mais peut aussi ecirctre mobiliseacutee dans les sciences humaines socialeshellip Elle utilise drsquoautres outils que lrsquoexpeacuterimentale Toute recherche digne de ce nom est de nature scientifique

-shy La meacutethode expeacuterimentale eacutequivaut plutocirct agrave un plan agrave suivre un mode drsquoemploi ou agrave une marche agrave suivre qui suit un ordre strict que lrsquoon peut aussi appeler protocole Par exemple parmi les plus ceacutelegravebres protocoles nous retrouvons celui de Claude Bernard (1865) que lrsquoon abregravege par les initiales OHERIC qui correspondent agrave observation hypothegravese expeacuterience reacutesultats interpreacutetation et conclusion De maniegravere geacuteneacuterale il srsquoagit du protocole caricatural que lrsquoon emploie le plus souvent dans les salles de classes

-shy Une deacutemarche expeacuterimentale est une approche plus reacutealiste moins stricte et integravegre

une approche plus tacirctonnante Il nrsquoest pas constitueacute drsquoeacutetapes preacutedeacutetermineacutees et est donc moins affecteacutee par les directives de lrsquoenseignant Il peut donc laisser des liberteacutes dans la maniegravere de reacutesoudre le problegraveme

432 La deacutemarche expeacuterimentale dans notre seacutequence Dans notre seacutequence la meacutethode expeacuterimentale est preacutesente de maniegravere partielle du scheacutema caricatural OHERIC nous nous inteacuteressons en particulier aux phases drsquoobservation et drsquoeacutemission drsquohypothegraveses Crsquoest pourquoi nous parlons donc plutocirct de ldquodeacutemarche expeacuterimentalerdquo En effet tout au long des diffeacuterentes activiteacutes il est reacuteguliegraverement demandeacute aux eacutelegraveves de formuler une hypothegravese agrave partir de leurs connaissances au preacutealable puis de faire de nouvelles observations en contexte expeacuterimental Crsquoest sur la base de ces derniegraveres qursquoils pourront reacutealiser leurs deacuteductions sur le pheacutenomegravene en question et construire de nouvelles conceptions Dans lrsquoactiviteacute 2 ce type de deacutemarche est central pour la creacuteation de la premiegravere situation-shyproblegraveme Par la suite la deacutemarche permet de guider les eacutelegraveves dans le processus de deacuteduction du fonctionnement geacuteneacuteral des diffeacuterents pheacutenomegravenes Dans lrsquoactiviteacute 41 par exemple les pheacutenomegravenes agrave deacuteduire sont la synthegravese soustractive et le fonctionnement de la lumiegravere coloreacutee Lrsquoemploi drsquoobjets familiers permet un ancrage dans le quotidien

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Dans lrsquoactiviteacute 3 lrsquoeacutetude de lrsquoeffet des filtres constitue agrave son tour un deacutemarche expeacuterimentale En effet les eacutelegraveves doivent tout drsquoabord eacutemettre leurs hypothegraveses puis les veacuterifient par lrsquoexpeacuterimentation et ses reacutesultats provoquant probablement un conflit cognitif avant drsquoen conclure lrsquoeffet drsquoun filtre Dans lrsquoactiviteacute 42 nous retrouvons toujours le mecircme principe de deacutemarche expeacuterimentale Les eacutelegraveves formulent des hypothegraveses sur la couleur perccedilue de diffeacuterents mots coloreacutes eacuteclaireacutes par une lumiegravere coloreacutee puis les veacuterifient lors de la phase drsquoobservation La confrontation entre leurs attentes lieacutees agrave leurs conceptions et la reacutealiteacute creacutee le conflit cognitif rechercheacute

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5 Conclusion Pour seacutelectionner notre thegraveme et eacutelaborer notre seacutequence nous nous sommes fondeacutes sur les objectifs du PER et crsquoest sur lrsquooptique que notre choix srsquoest porteacute Le savoir savant auquel nous nous sommes reacutefeacutereacutes comprend principalement des concepts lieacutes agrave la lumiegravere tels que les photons les ondes eacutelectromagneacutetiques ainsi que les spectres drsquoeacutemission et drsquoabsorption Nous avons transposeacute ce savoir en un savoir enseignable par le biais drsquoun travail de contextualisation et de reacuteadaptation Nous avons eacuteteacute ameneacutes agrave remplacer des modegraveles scientifiques (par exemple les modegraveles de synthegraveses additive et soustractive) par des modegraveles accessibles agrave un niveau scolaire et agrave changer les conditions drsquoeacutemergence des problegravemes Ainsi notre travail de transposition consistait agrave montrer aux eacutelegraveves la partie eacutemergeacutee de lrsquoiceberg du concept de couleur le reacutesultat apparent plutocirct que lrsquoorigine eacutelectromagneacutetique Tout au long de la seacutequence et par le biais de situations-shyproblegravemes et de diffeacuterentes eacutetapes de reacutesolution des activiteacutes les eacutelegraveves ont eacuteteacute guideacutes dans le processus de construction de leur apprentissage En nous focalisant sur les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves nous avons eacutelaboreacute nos exercices de maniegravere agrave proposer des situations deacuteclenchantes afin de faciliter le transfert de la responsabiliteacute de la reacutesolution des problegravemes aux eacutelegraveves Cette derniegravere srsquoeffectue par des deacutemarches drsquoexpeacuterimentation mais surtout de modeacutelisation

Dans notre sceacutenario les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave deux types de donneacutees theacuteoriques et empiriques Drsquoune part ils ont agrave disposition deux theacuteories principales la premiegravere est que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs de lrsquoarc-shyen-shyciel tandis que la seconde deacutecrit l a maniegravere dont la couleur drsquoun objet deacutepend des couleurs qursquoil va absorber Drsquoautre part ils disposent de donneacutees empiriques qursquoils sont ameneacutes agrave reacutecolter en superposant des lumiegraveres de diffeacuterentes couleurs en meacutelangeant de la peinture et en projetant de la lumiegravere coloreacutee sur diffeacuterents objets coloreacutes Dans le cadre drsquoune deacutemarche drsquoexpeacuterimentation ils ont eacutemis des hypothegraveses observeacute manipuleacute du mateacuteriel utiliseacute des appliquettes en ligne et veacuterifieacute leurs reacutesultats Crsquoest ainsi les modegraveles que nous avons preacutesenteacutes et que les eacutelegraveves ont eacutelaboreacutes vont ecirctre des ponts qui vont relier le monde theacuteorique et le monde empirique Par ailleurs nous avons eacuteteacute attentifs agrave la seacutemiotique lors de nos choix des repreacutesentations utiliseacutees nous nous sommes reacutefeacutereacutes agrave la notion de registre seacutemiotique afin drsquoeacutelaborer des scheacutemas nrsquoengendrant pas de difficulteacutes de lecture chez les eacutelegraveves

Nous avons analyseacute lrsquoorigine des conceptions erroneacutees et avons remarqueacute qursquoelles eacutetaient principalement dues agrave des repreacutesentations concourantes engendreacutees par les diffeacuterents contextes et cadres de rationaliteacutes dans lesquelles les eacutelegraveves eacutevoluent Notre sceacutenario permet aux eacutelegraveves drsquoeacutetablir des liens entre ces diffeacuterents cadres et de construire une nouvelle repreacutesentation de la couleur celle drsquoun objet de la physique

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6 Bibliographie

Astolfi J Ginsburger-shyVogel Y amp Toussaint J (2008) Mots-shycleacutes de la didactique des sciences De Boeck Supeacuterieur Beaufils D Ramage M-shyJ DidaScO (2004) Simulation informatique et enseignement de la physique regards didactiques Universiteacute Paris-shySud Centre scientifique drsquoOrsay -shy 91405 Orsay Cedex Brahic A Grenier I ( 2008) Lumiegraveres deacutetoiles les couleurs invisibles Odile Jacob Brousseau G (1998) Glossaire de quelques concepts de la theacuteorie des situations didactiques en matheacutematiques DAEST-shy Faculteacute des Sciences de lHomme-shyUniversiteacute Victor Segalen Bordeaux 2 Bunge M (1975) Philosophie de la physique Paris France Editions du Seuil Chevallard Y amp Johsua M-shyA (1986) Transposition didactique  Du savoir savant au savoir enseigneacute -shy Un exemple drsquoanalyse de la transposition didactique Penseacutee sauvage Chevallard Y A du texte Chevallard Y A du texte Chevallard Y amp Johsua M-shyA A du texte (1991) La transposition didactique  du savoir savant au savoir enseigneacute Suivi de Un exemple de la transposition didactique ([2e eacuted revue et augm]) Yves Chevallard  Yves Chevallard et Marie-shyAlberte Johsua [texte imprimeacute] Retrieved October 19 2016 de Vecchi G (2006) Enseigner lrsquoexpeacuterimental en classe  Pour une veacuteritable eacuteducation scientifique Hachette Editions (p 221-shy229) de Vecchi G (2006) Enseigner lrsquoexpeacuterimental en classe  Pour une veacuteritable eacuteducation scientifique Hachette Editions (p 55 -shy65) de Saussure F (2005) Cours de linguistique geacuteneacuterale Arbres drsquoOr Develay M (1987) A propos de la transposition didactique en sciences biologiques Aster [ISSN 0297-shy9373] 1987 Ndeg 4 p 119 Duval R (1988) Eacutecarts seacutemantiques et coheacuterence matheacutematique introduction aux problegravemes de congruences in Annales de Didactique et de Sciences Cognitives de lIREM de Strasbourg Giordan A Girault Y et Clement P (1994) Conceptions et connaissance Peter Lang Halloun I A (2004) Modeling theory in science education Dordrecht Holland Kluwer Academic Publishers Kane J Sternheim M (1989) Cours QCM exemple et exercices corrigeacutes -shy 1er cycle Licence PCEM PCEP Physique 3egraveme eacutedition revue par Philipe Ghosez Maryse Hoebeke et Gabriel Llabreacutes DUNOD Lerouge A (1992) Repreacutesentation carteacutesienne rationaliteacute matheacutematique et rationaliteacute du quotidien chez des eacutelegraveves de collegravege Thegravese de doctorat Universiteacute Montpellier II Malafosse D Lerouge A Dusseau J-shyM (2000) Notions de registre et de cadre de rationaliteacute en inter-shydidactique des matheacutematiques et de la physiqu e Treacutema Martinand J-shyL (nd) Introduction agrave la modeacutelisation In Actes du seacuteminaire de didactique des disciplines technologiques Cachan (p 126ndash138)

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Meirieu P Avanzin Gi (1987) Apprendre oui mais comment Edition ESF Verret M (1975) Le temps des eacutetudes (Vols 1ndash2) Lille France Atelier Reproduction des thegraveses

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Page 14: Physique Optique Lescouleurs · Sciences naturelles Les couleurs 10 11 Harmos 1.Introduction Comme nous allons le détailler dans le chapitre 4, les conceptions erronées des élèves

Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Activiteacute 32 (10 min)

Objectifs speacutecifiques agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy Deacuteduire par lrsquoexpeacuterimentation lrsquoeffet de la superposition de plusieurs filtres -shy Dessiner le diagramme de Venn de la synthegravese soustractive

Mateacuteriel

Une lampe diffusant de la lumiegravere blanche par groupe

Un set de 3 filtres (CMJ) par groupe Deacuteroulement

a) Lrsquoenseignant explique le deacuteroulement de lrsquoactiviteacute puis forme des groupes heacuteteacuterogegravenes de 3-shy4 eacutelegraveves puis leur distribue le mateacuteriel neacutecessaire et laisse aux eacutelegraveves un temps drsquoexpeacuterimentation

b) Mise en commun par un groupe choisi par lrsquoenseignant avec expeacuterimentation au tableau

Indications pour lrsquoenseignant

Plusieurs possibiliteacutes sont agrave preacutevoir selon lrsquoagencement de CMJ dans le diagramme de Venn

Activiteacute 33 (15 min)

Objectifs speacutecifiques agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy Comparer les synthegraveses additive et soustractive par lutilisation drsquoune application Mateacuteriel

1 ordinateur par groupe

(httpwwwostralonet3_animationsswfsynthese_couleursswf)

Deacuteroulement

a) Lrsquoenseignant preacutesente les manipulations agrave effectuer pour arriver sur lrsquoapplication b) Il distribue un ordinateur par banc et laisse les eacutelegraveves travailler et reacutepondre aux

questions c) La correction se fera directement par lrsquoenseignant en guise dinstitutionnalisation

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Indications pour lrsquoenseignant

Cette activiteacute fait office drsquoinstitutionnalisation Il est important de distinguer les deux synthegraveses en preacutesentant clairement leurs utilisations diffeacuterentes

23 Activiteacute 4 La couleur des objets Objectif geacuteneacuteral la couleur drsquoun objet peut ecirctre modifieacutee si on le voit sous une lumiegravere coloreacutee

Introduction (15 min)

1) Question de deacutepart pourquoi perccediloit-shyon des objets de diffeacuterentes couleurs ou Un objet a-shyt-shyil toujours la mecircme couleur Les eacutelegraveves formulent une hypothegravese Ensuite ils confrontent leurs ideacutees avec une videacuteo qui provoque un conflit par rapport agrave ce qursquoils pensaient

2) Lrsquoenseignant preacutesente la theacuteorie le principe dabsorption et de reacutefraction Que se passe-shyt-shyil lorsqursquoon regarde avec une lumiegravere coloreacutee

Activiteacute 41 (10 min)

Objectif speacutecifique agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

Formuler une hypothegravese sur les couleurs des objets vus sous une lumiegravere coloreacutee

Mateacuteriel

Objets de couleurs diffeacuterentes (rouge cyan et jaune)

3 lumiegraveres coloreacutees (magenta vert bleu) Deacuteroulement

a) Lrsquoactiviteacute 41 avec les objets a comme objectif la repreacutesentation de la couleur sous forme de scheacutema et de leur faire deacuteduire progressivement que les objets se comportent comme des filtres

b) Lrsquoenseignant entrepose des objets de couleurs rouge cyan et jaune et des dispositifs eacutemettant des lumiegraveres coloreacutees (magenta vert et bleu) sur une table Lrsquoassociation des objets et des lumiegraveres coloreacutees est rouge-shymagenta cyan-shyvert jaune-shybleu

c) Lrsquoenseignant forme des groupes heacuteteacuterogegravenes de 3 ou 4 personnes d) Puis les eacutelegraveves se rassemblent autour de la table ougrave sont entreposeacutes les objets et

remplissent les deux premiegraveres colonnes du tableau (couleur de lrsquoobjet et couleur de la lumiegravere coloreacutee) Les groupes retournent agrave leur place et commencent agrave formuler leurs hypothegraveses (troisiegraveme colonne)

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

e) Puis les eacutelegraveves sont autoriseacutes agrave reacutecupeacuterer les objets pour qursquoils procegravedent agrave leur manipulation Ils notent ce qursquoils ont observeacute dans la quatriegraveme colonne

f) Ce proceacutedeacute est reacutepeacuteteacute 3 fois

Indications pour lrsquoenseignant

Les objets de couleurs agrave utiliser ne sont pas deacutefinis la liberteacute est laisseacutee agrave lrsquoenseignant de prendre ce qursquoil a agrave disposition mais lrsquoassociation est preacutevue pour qursquoun reacutesultat soit observeacute

Difficulteacutes ne pas faire les liens pour arriver agrave poser une hypothegravese ne plus savoir ce que sont les synthegraveses additives et soustractives

Erreurs possibles poser une hypothegravese fausse mais cette erreur est voulue et provoquera le conflit

attendu ne pas faire le lien avec la synthegravese soustractive vue dans le preacuteceacutedent chapitre et

reacutepondre ldquola synthegravese additiverdquo ne pas deacuteduire que la reacuteflection de la lumiegravere coloreacutee sur un objet fonctionne comme

un filtre Relances

lrsquoenseignant fait le test devant la classe en modeacutelisant le pheacutenomegravene renvoie au scheacutema de reflection revu en theacuteorie au deacutebut du cours utilise la modeacutelisation avec lrsquoordinateur ougrave lrsquoon peut doser les filtres met en parallegravele le filtre et la lumiegravere coloreacutee pour que le lien entre les deux

pheacutenomegravenes soit fait

Activiteacute 42 (25 min)

Objectif speacutecifique agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy Formuler une hypothegravese sur les couleurs des objets vus sous une lumiegravere coloreacutee Mateacuteriel

Feuilles blanches et coloreacutees

Peinture de couleurs

Journaux de protection

2 pinceaux par groupe

Gobelet drsquoeau

Palettes assiettes ou berlingot deacutecoupeacute en 2 pour mettre la peinture

6 lumiegraveres coloreacutees (rouge verte bleue magenta cyan et jaune)

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Deacuteroulement amp Indication pour les enseignants

a) Ils scheacutematisent le pheacutenomegravene et remplissent le tableau Lrsquoideacutee est drsquoeacutecrire les mots avec la mecircme peinture utiliseacutee durant lrsquoactiviteacute 21 ce qui leur permettrait de faire un lien Les eacutelegraveves se rendront peu agrave peu compte que la peinture agit comme un filtre

b) Avant le cours lenseignant associe une lumiegravere coloreacutee agrave une couleur pour le mot et une couleur de feuille et preacutepare une table proteacutegeacutee pour la peinture

c) Lrsquoactiviteacute se fait par groupe heacuteteacuterogegravene de 3 personnes formeacutes par lrsquoenseignant Chaque groupe possegravede 6 dispositifs eacutemettant des lumiegraveres coloreacutees agrave la lumiegravere desquels ils observeront les deux mots coloreacutes sur leur feuille respective

d) Les eacutelegravevent commencent lrsquoactiviteacute en venant chercher sur la table pour la peinture les 2 couleurs voulues les disposent dans leur palette prennent la feuille correspondante et 2 pinceaux et se dirigent vers les tables preacutepareacutees pour la peinture

e) Ils eacutecrivent les 2 mots avec la peinture puis rejoignent leur place f) Ils remplissent la premiegravere ligne du tableau g) Puis ils inscrivent leur hypothegravese au crayon agrave papier et en petit dans les cases

correspondantes Ils ont la possibiliteacute de prendre une feuille de brouillon pour dessiner les modegraveles

h) Puis lrsquoenseignant distribue les dispositifs eacutemettant les lumiegraveres coloreacutees pour que les eacutelegraveves puissent eacuteclairer leurs mots et observer le reacutesultat qursquoils notent agrave la plumestylo

i) Les hypothegraveses mecircme erroneacutees sont laisseacutees inscrites dans le tableau pour que lrsquoeacutelegraveve puisse comparer les deux et comprendre le pheacutenomegravene (conflit)

Activiteacute 43 (20 min)

Objectifs speacutecifiques agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy Modeacuteliser agrave lrsquoaide drsquoun scheacutema et de codes la reacutefraction et labsorption de la lumiegravere sur un objet

-shy Retrouver agrave partir de la couleur refleacuteteacutee et la lumiegravere coloreacutee projeteacutee et le filtre utiliseacute Mateacuteriel

pas de mateacuteriel particulier mis agrave part le fichier de lrsquoeacutelegraveve

Deacuteroulement

a) Lrsquoactiviteacute 43 qui permet de voir si les eacutelegraveves ont compris leur demande de reacutefleacutechir en partant des observations pour trouver la situation initiale

b) Le travail est agrave reacutealiser individuellement les eacutelegraveves regardent les diffeacuterents drapeaux modeacutelisent les diffeacuterentes situations et notent leur deacuteductions

c) Lrsquoenseignant reste agrave disposition et passe dans les bancs

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Indications pour lrsquoenseignant

Obstacles ne pas faire le lien que crsquoest la deacutemarche vue preacuteceacutedemment mais agrave lrsquoenvers

Erreurs possibles ne pas trouver le bon filtre agrave cause du noir ne pas repreacutesenter juste le scheacutema de modeacutelisation

Relances faire reacutefeacuterence au tableau reacutecapitulatif de la fiche theacuteorique faire reacutefeacuterence au modegravele du scheacutema en couleur dans la fiche theacuteorique

Institutionnalisation activiteacute 4

Explication de la modeacutelisation de la reacuteflection de la lumiegravere coloreacutee par une marche agrave suivre lors de la correction de lrsquoexercice des drapeaux sous forme drsquoun ldquoje retiensrdquo

Un cours de reacutevision avec les fiches de synthegravese suivra ces seacuteances drsquoactiviteacutes

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

3 Documents Les diffeacuterents documents utiliseacutes dans cette seacutequence sont preacutesenteacutes ci-shydessous

Parmi eux

Fiches drsquoactiviteacutes pour eacutelegraveves et avec correction

Fiches theacuteoriques de synthegravese

Evaluation pour eacutelegraveves et avec correction

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Documents des eacutelegraveves Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs Chapitre 2 Couleurs peintures couleurs lumiegraveres Activiteacute 21 1) Tu as agrave disposition des pinceaux et de la peinture Tu te

souviens peut-shyecirctre de tes cours drsquoarts visuels qursquoil existe des

couleurs primaires qui permettent par leur meacutelange drsquoobtenir

drsquoautres couleurs Mais elles-shymecircmes ne srsquoobtiennent par aucun

meacutelange Te souviens-shytu des combinaisons de couleurs qursquoil faut

meacutelanger pour obtenir une couleur souhaiteacutee

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du vert

__________________________________________

Image httpsfrdreamstimecom Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du rouge

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du bleu

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du noir

__________________________________________

Activiteacute 22 Lrsquoenseignant a installeacute trois projecteurs de couleur un rouge un vert un bleu ainsi

qursquoun eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-shydessous

Image MER

Quelle couleur va-shyt-shyon observer sur lrsquoeacutecran si lrsquoon allume deux par deux les projecteurs

et que lrsquoon superpose leurs lumiegraveres Et si lrsquoon allume les trois projecteurs Remplis le

tableau ci-shydessous drsquoabord avec tes hypothegraveses concernant la couleur obtenue sur

lrsquoeacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Meacutelange de lumiegraveres Couleur obtenue ton hypothegravese

Couleur observeacutee

vert et bleu

vert et rouge

bleu et rouge

vert bleu et rouge

a) Quelles diffeacuterences constates-shytu entre les meacutelanges de lrsquoactiviteacute 1 et ceux de lrsquoactiviteacute

2

______________________________________________________________________

b) Qursquoa-shyt-shyon meacutelangeacute dans chaque cas

______________________________________________________________________

c) Le reacutesultat du meacutelange des lumiegraveres verte bleue et rouge te rappelle-shyt-shyil quelque

chose Que peux-shytu en deacuteduire

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

d) A lrsquoaide de couleurs scheacutematise ci-shydessous les superpositions observeacutees sur lrsquoeacutecran

blanc

Activiteacute 23 Et comment obtenir drsquo‛autres couleurs 1) Tu as vu lors de lrsquoactiviteacute preacuteceacutedente que si lrsquoon superpose trois lumiegraveres de couleurs

RVB on perccediloit du blanc Mais de quelle maniegravere peut-shyon percevoir nrsquoimporte quelle

autre couleur

Familiarise-shytoi avec le logiciel en ligne suivant

httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additive

htm

Puis reacuteponds aux questions suivantes

Par quelles manipulations obtiens-shytu du orange

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du rose

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du vert olive

______________________________________________________________________

Que constates-shytu

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

2) Chaque groupe a agrave sa disposition une loupe binoculaire Deacutepose un smartphone

allumeacute eacutecran vers le haut sous lrsquoobjectif Vise une zone blanche de lrsquoeacutecran puis regravegle la

netteteacute Qursquoobserves-shytu

Observations

Comment expliques-shytu ce pheacutenomegravene

Documents des eacutelegraveves Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs Chapitre 2 Couleurs peintures couleurs lumiegraveres (corrigeacute) Activiteacute 21 1) Tu as agrave disposition des pinceaux et de la peinture Tu te

souviens peut-shyecirctre de tes cours drsquoarts visuels qursquoil existe des

couleurs primaires qui permettent par leur meacutelange drsquoobtenir

drsquoautres couleurs Mais elles-shymecircmes ne srsquoobtiennent par aucun

meacutelange Te souviens-shytu des combinaisons de couleurs qursquoil faut

meacutelanger pour obtenir une couleur souhaiteacutee

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du vert

__________________________________________

Image httpsfrdreamstimecom Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du rouge

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du bleu

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du noir

__________________________________________

Activiteacute 22 Lrsquoenseignant a installeacute trois projecteurs de couleur un rouge un vert un bleu ainsi

qursquoun eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-shydessous

Image MER

Quelle couleur va-shyt-shyon observer sur lrsquoeacutecran si lrsquoon allume deux par deux les projecteurs

et que lrsquoon superpose leurs lumiegraveres Et si lrsquoon allume les trois projecteurs Remplis le

tableau ci-shydessous drsquoabord avec tes hypothegraveses concernant la couleur obtenue sur

lrsquoeacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Meacutelange de lumiegraveres Couleur obtenue ton hypothegravese

Couleur observeacutee

vert et bleu (cyan)

vert et rouge (jaune)

bleu et rouge (magenta)

vert bleu et rouge (blanc)

a) Quelles diffeacuterences constates-shytu entre les meacutelanges de lrsquoactiviteacute 1 et ceux de lrsquoactiviteacute

2

______________________________________________________________________

Les couleurs obtenues ne sont pas les mecircmes qursquoen peinture

b) Qursquoa-shyt-shyon meacutelangeacute dans chaque cas

______________________________________________________________________

Dans le premier cas on a de la matiegravere (de la peinture) dans le deuxiegraveme cas on a de la

lumiegravere

c) Le reacutesultat du meacutelange des lumiegraveres verte bleue et rouge te rappelle-shyt-shyil quelque

chose Que peux-shytu en deacuteduire

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

Le fait que la lumiegravere blanche est composeacutee de lrsquoensemble des couleurs (cf expeacuterience

du prisme) Ici lrsquoexpeacuterience concerne la superposition de lumiegraveres coloreacutees et on observe

que lrsquoaddition des lumiegraveres rouge verte et bleue donne du blanc Cela srsquoappelle le modegravele trichromique

d) A lrsquoaide de couleurs scheacutematise ci-shydessous les superpositions observeacutees sur lrsquoeacutecran

blanc

Activiteacute 23 Et comment obtenir drsquo‛autres couleurs 1) Tu as vu lors de lrsquoactiviteacute preacuteceacutedente que si lrsquoon superpose trois lumiegraveres de couleurs

RVB on perccediloit du blanc Mais de quelle maniegravere peut-shyon percevoir nrsquoimporte quelle

autre couleur

Familiarise-shytoi avec le logiciel en ligne suivant

httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additive

htm

Puis reacuteponds aux questions suivantes

Par quelles manipulations obtiens-shytu du orange (selon eacutelegraveves)

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du rose (selon eacutelegraveves)

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du vert olive (selon eacutelegraveves)

______________________________________________________________________

Que constates-shytu

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

Un jeu de dosage entre les trois couleurs RVB permet drsquoobtenir toutes les diffeacuterentes

couleurs imaginables Les trois lumiegraveres superposeacutees et en dosage eacutequivalent donnent

une lumiegravere blanche crsquoest agrave dire la totaliteacute des couleurs On appelle cela la synthegravese additive

2) Chaque groupe a agrave sa disposition un microscope Deacutepose un smartphone allumeacute

eacutecran vers le haut sous lrsquoobjectif Vise une zone blanche de lrsquoeacutecran puis regravegle la netteteacute

Qursquoobserves-shytu

Observations

(Preacutesences de pixels lumiegraveres RVB)

Comment expliques-shytu ce pheacutenomegravene

(synthegravese effectueacutee par le cerveau)

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 3 Que devient la lumiegravere lorsqursquo‛elle traverse un filtre

Activiteacute 31 les lumiegraveres et filtres coloreacutes

Tu as appris lors du dernier cours que lrsquo‛on pouvait ldquoadditionnerrdquo des lumiegraveres coloreacutees

pour obtenir de nouvelles couleurs Nous pouvons modeacuteliser la lumiegravere blanche ainsi

Nous allons deacutecouvrir aujourdrsquo‛hui comment on peut ldquosoustrairerdquo des lumiegraveres coloreacutees

1) Lrsquo‛enseignant a installeacute trois filtres de couleur un rouge un vert un bleu ainsi qursquo‛un

eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-dessous

Image MER

Quelle couleur va-t-on observer sur lrsquo‛eacutecran si lrsquo‛on allume un par un les projecteurs

Remplis le tableau ci-dessous premiegraverement avec tes hypothegraveses concernant la couleur

obtenue sur lrsquo‛eacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Filtre traverseacute par la

lumiegravere blanche

Couleur obtenue ton

hypothegravese

Couleur observeacutee

Filtre bleu

Filtre rouge

Filtre vert

2) Selon toi quel est le rocircle du filtre coloreacute

_______________________________________________________________

3) Repreacutesente par un scheacutema le passage drsquo‛une lumiegravere blanche agrave travers un filtre rouge

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

4) Et quelle couleur observera-t-on si la lumiegravere blanche passe agrave travers un filtre rouge

puis agrave travers un filtre bleu Formule une hypothegravese puis applique ton modegravele

Hypothegravese __________________________________

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

Activiteacute 32 Qursquo‛obtient-on avec drsquo‛autres filtres

a) Tu disposes maintenant drsquo‛une lampe diffusant de la lumiegravere blanche et de filtres

cyan magenta et jaune Manipule-les les uns apregraves les autres puis en les superposant

pour deacutecouvrir leurs effets sur la lumiegravere blanche

b) A lrsquo‛aide de couleurs et en trsquo‛appuyant sur tes observations scheacutematise ci-dessous

lrsquo‛action des filtres sur une lumiegravere blanche

Activiteacute 33 Deux synthegraveses Similitudes et diffeacuterences

a) Utilise ce logiciel pour comparer les synthegraveses additive et soustractive

httpwwwostralonet3_animationsswfsynthese_couleursswf

a) Quelles similitudes observes-tu entre les synthegraveses additive et soustractive

________________________________________________________________

d) Et quelles diffeacuterences

_______________________________________________________________

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 3 Que devient la lumiegravere lorsqursquo‛elle traverse un filtre

(corrigeacute)

Activiteacute 31 les lumiegraveres et filtres coloreacutes

Tu as appris lors du dernier cours que lrsquo‛on pouvait ldquoadditionnerrdquo des lumiegraveres coloreacutees

pour obtenir de nouvelles couleurs Nous pouvons modeacuteliser la lumiegravere blanche ainsi

Nous allons deacutecouvrir aujourdrsquo‛hui comment on peut ldquosoustrairerdquo des lumiegraveres coloreacutees

1) Lrsquo‛enseignant a installeacute trois filtres de couleur un rouge un vert un bleu ainsi qursquo‛un

eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-dessous

Image MER

Quelle couleur va-t-on observer sur lrsquo‛eacutecran si lrsquo‛on allume un par un les projecteurs

Remplis le tableau ci-dessous premiegraverement avec tes hypothegraveses concernant la couleur

obtenue sur lrsquo‛eacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Filtre traverseacute par la

lumiegravere blanche

Couleur obtenue ton

hypothegravese

Couleur observeacutee

Filtre bleu bleu

Filtre rouge rouge

Filtre vert vert

2) Selon toi quel est le rocircle du filtre coloreacute

_______________________________________________________________

Un filtre coloreacute ne transmet que les rayons de sa couleur et absorbe les autres

3) Repreacutesente par un scheacutema le passage drsquo‛une lumiegravere blanche agrave travers un filtre rouge

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

4) Et quelle couleur observera-t-on si la lumiegravere blanche passe agrave travers un filtre rouge

puis agrave travers un filtre bleu Formule une hypothegravese puis applique ton modegravele

Hypothegravese __________________________________

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

Activiteacute 32 Qursquo‛obtient-on avec drsquo‛autres filtres

a) Tu disposes maintenant drsquo‛une lampe diffusant de la lumiegravere blanche et de filtres

cyan magenta et jaune Manipule-les les uns apregraves les autres puis en les superposant

pour deacutecouvrir leurs effets sur la lumiegravere blanche

b) A lrsquo‛aide de couleurs et en trsquo‛appuyant sur tes observations scheacutematise ci-dessous

lrsquo‛action des filtres sur une lumiegravere blanche

Pex 1 Magenta 2 Jaune 3 Cyan 4 Rouge 5 Vert 6 Bleu 7 Noir

Activiteacute 33 Deux synthegraveses Similitudes et diffeacuterences

a) Utilise ce logiciel pour comparer les synthegraveses additive et soustractive

httpwwwostralonet3_animationsswfsynthese_couleursswf

a) Quelles similitudes observes-tu entre les synthegraveses additive et soustractive

________________________________________________________________

Les mecircmes triplets de couleurs sont preacutesents dans les deux synthegraveses (RVB - CMJ)

d) Et quelles diffeacuterences

________________________________________________________________

1 Les couleurs primaires de lrsquo‛un sont les couleurs compleacutementaires de lrsquo‛autre

2 Lrsquo‛addition des lumiegraveres coloreacutees rouge verte et bleue donne du blanc la

soustraction totale par des filtres cyan magenta et jaune donne du noir

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 4 Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Rappel

1 Nous pouvons reacutesumer la composition de la lumiegravere blanche aux 3 couleurs primaires le rouge le vert et le bleu Ce sont des couleurs qui ne peuvent pas ecirctre creacuteeacutees Ce sont elles qui composent les autres couleurs Crsquo‛est agrave dire qursquo‛en les meacutelangeant on peut obtenir les autres couleurs le cyan est composeacute du bleu et du vert le magenta est composeacute du bleu et du rouge et le jaune est composeacute du vert et du rouge

Theacuteorie

Le sujet que nous allons traiter aujourdrsquo‛hui concerne la couleur de lrsquo‛objet Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Formule une hypothegravese ____________________________________________

Observe la photo projeteacutee par lrsquo‛enseignant

Que retiens-tu de cette photo _______________________________________________________________ La lumiegravere coloreacutee qui est refleacuteteacutee par un objet correspond agrave la lumiegravere non absorbeacutee

Ici toutes les lumiegraveres coloreacutees sont absorbeacutees sauf le bleu qui lui est refleacuteteacute La couleur propre de lrsquo‛objet sera le bleu

En effet un objet absorbe ou reflegravete diffeacuterentes lumiegraveres coloreacutees Crsquo‛est cette lumiegravere coloreacutee refleacuteteacutee que nous verrons

Activiteacute 41

Reacuteponds agrave ces diffeacuterentes questions dans le tableau ci-dessous De quelle couleur verras-tu cet objet Confronte ton ideacutee avec ton voisin De quelle couleur le vois-tu reacuteellement

Couleur de lrsquo‛objet

Couleur de la lumiegravere

Hypothegravese formuleacutee

Observation

rouge Magenta

cyan Vert

jaune Bleu

Par quel pheacutenomegravene peut-on observer ce changement de couleur ___________________________________

Quelle deacuteductions peux-tu faire _________________________________________________________________

Activiteacute 42

Marche agrave suivre

1 Eacutecris sur une feuille blanche le nom des 2 couleurs que ton enseignant te donne avec la peinture qui y correspond

2 Pendant que ces mots segravechent remplis les colonnes ldquocouleur du mot 1rdquo et ldquocouleur du mot 2rdquo et ldquocouleur de la feuillerdquo agrave la lumiegravere blanche

3 Formule tes hypothegraveses note-les au crayon agrave papier en petit 4 Eacuteclaire tes mots agrave lrsquo‛aide de lumiegraveres coloreacutees 5 Note tes observations

Lumiegravere coloreacutee

Couleur du mot 1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur du mot 2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur de la feuille helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Blanche

Rouge

Verte

Bleue

Magenta

Cyan

Jaune

Activiteacute 43

Tu observes un drapeau eacuteclaireacute par une lumiegravere blanche Puis tu observes ce mecircme drapeau eacuteclaireacute par deux lumiegraveres coloreacutees diffeacuterentes Trouve la lumiegravere coloreacutee utiliseacutee dans chaque cas et justifie ta reacuteponse par la modeacutelisation vue preacuteceacutedemment

Lumiegravere blanche Lumiegravere coloreacutee 1 Lumiegravere coloreacutee 2

De quelle couleur est la premiegravere lumiegravere coloreacutee ___________________________

Modeacutelisation 1

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________

Modeacutelisation 2

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 4 Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur (corrigeacute) Rappel

2 Nous pouvons reacutesumer la composition de la lumiegravere blanche aux 3 couleurs primaires le rouge le vert et le bleu Ce sont des couleurs qui ne peuvent pas ecirctre creacuteeacutees Ce sont elles qui composent les autres couleurs Crsquo‛est agrave dire qursquo‛en les meacutelangeant on peut obtenir les autres couleurs le cyan est composeacute du bleu et du vert le magenta est composeacute du bleu et du rouge et le jaune est composeacute du vert et du rouge

Theacuteorie

Le sujet que nous allons traiter aujourdrsquo‛hui concerne la couleur de lrsquo‛objet Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Formule une hypothegravese ____________________________________________ Projeter cette image elle napparaicirct pas dans le cours de lrsquo‛eacutelegraveve

Que retiens-tu de cette photo _______________________________________________________________ La lumiegravere coloreacutee qui est refleacuteteacutee par un objet correspond agrave la lumiegravere non absorbeacutee

Ici toutes les lumiegraveres coloreacutees sont absorbeacutees sauf le bleu qui lui est refleacuteteacute La couleur propre de lrsquo‛objet sera le bleu

En effet un objet absorbe ou reflegravete diffeacuterentes lumiegraveres coloreacutees Crsquo‛est cette lumiegravere coloreacutee refleacuteteacutee que nous verrons

Activiteacute 41

Reacuteponds agrave ces diffeacuterentes questions dans le tableau ci-dessous De quelle couleur penses-tu que tu verras cet objet Confronte ton ideacutee avec ton voisin De quelle couleur le vois-tu reacuteellement

Couleur de lrsquo‛objet

Couleur de la lumiegravere

Hypothegravese formuleacutee

Observation

rouge Magenta (rouge)

cyan Vert (vert)

jaune Bleu (noir)

Par quel pheacutenomegravene peut-on observer ce changement de couleur ___________________________________ (synthegravese soustractive)

Quelle deacuteductions peux-tu faire (fonctionne comme un filtre) _________________________________________________________________

Activiteacute 42

Marche agrave suivre

6 Eacutecris sur une feuille blanche le nom des 2 couleurs que ton enseignant te donne avec la peinture qui y correspond

7 Pendant que ces mots segravechent remplis les colonnes ldquocouleur du mot 1rdquo et ldquocouleur du mot 2rdquo et ldquocouleur de la feuillerdquo agrave la lumiegravere blanche

8 Formule tes hypothegraveses note-les au crayon agrave papier en petit 9 Eacuteclaire tes mots agrave lrsquo‛aide de lumiegraveres coloreacutees 10 Note tes observations

Lumiegravere coloreacutee

Couleur du mot 1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur du mot 2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur de la feuille helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Blanche

Rouge

Verte

Bleue

Magenta

Cyan

Jaune

Activiteacute 43

Tu observes un drapeau eacuteclaireacute par une lumiegravere blanche Puis tu observes ce mecircme drapeau eacuteclaireacute par deux lumiegraveres coloreacutees diffeacuterentes Trouve la lumiegravere coloreacutee utiliseacutee dans chaque cas et justifie ta reacuteponse par la modeacutelisation vue preacuteceacutedemment

Lumiegravere blanche Lumiegravere coloreacutee 1 Lumiegravere coloreacutee 2

De quelle couleur est la premiegravere lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Bleu)

Modeacutelisation 1

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Vert)

Modeacutelisation 2

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Fiches de synthegravese Les couleurs Activiteacute 2 Reacutesumeacute theacuteorique pour les eacutelegraveves Le modegravele trichromique et la synthegravese additive des couleurs La couleur nrsquo‛existe pas sans lumiegravere et lrsquo‛on peut dire que lrsquo‛on perccediloit le monde gracircce aux meacutelanges de ces couleurs qui correspondent aux diffeacuterentes composantes de la lumiegravere Lorsque lrsquo‛on parle de la perception des couleurs on srsquo‛aperccediloit que seules trois lumiegraveres primaires de couleurs rouge vert et bleu sont neacutecessaires pour obtenir la sensation de toutes les autres couleurs Cette maniegravere de modeacuteliser la perception des couleurs est ce qursquo‛on appelle le modegravele trichromique (lsquorsquo‛trois couleursrsquo‛rsquo‛) Dans cette repreacutesentation toutes les autres lumiegraveres coloreacutees sont perccedilues par superposition des trois lumiegraveres rouge verte et bleue La superposition simultaneacutee et en dosage identique des trois couleurs donne de la lumiegravere blanche Le noir correspond agrave une absence de lumiegravere

Illustration du modegravele

Image MER

Lrsquo‛image montre trois projecteurs de lumiegraveres rouge verte et bleue eacuteclairant une table blanche Si les trois couleurs sont projeteacutees en intensiteacute identique nous obtenons par superposition trois autres couleurs le cyan le magenta et le jaune Les couleurs primaires et les couleurs obtenues sont codeacutees sur lrsquo‛image puis reacutecapituleacutees dans le tableau ci-dessous

Image MER

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Si nous modifions le dosage des couleurs eacuteleacutementaires il est possible drsquo‛obtenir toutes les couleurs imaginables Le pheacutenomegravene de perception des couleurs par superposition des trois couleurs primaires se nomme synthegravese additive les couleurs sont additionneacutees entre elles pour permettre la synthegravese drsquo‛autres couleurs

Drsquo‛ailleurs si lrsquo‛on observe au microscope un eacutecran blanc de smartphone ou drsquo‛ordinateur on remarque qursquo‛il est en fait constitueacute drsquo‛un grand nombre de minuscules rectangles de lumiegraveres rouge verte et bleue (voir image ci-contre) Crsquo‛est justement par un jeu de dosage de chacune de ces lumiegraveres que lrsquo‛on perccediloit les diffeacuterentes couleurs sur nos eacutecrans

Pourquoi un modegravele sur trois couleurs La raison pour laquelle les scientifiques ont construit ce modegravele sur trois couleurs est directement lieacutee agrave la structure de notre œil En effet ce dernier contient des cellules sensibles agrave la lumiegravere que lrsquo‛on appelle cocircnes et bacirctonnets Alors que les bacirctonnets perccediloivent les intensiteacutes de lumiegravere les cocircnes nous permettent de percevoir les couleurs Cependant ils ne sont sensibles qursquo‛agrave certaines composantes de la lumiegravere blanche celles correspondant justement aux couleurs rouge vert et bleu Lorsque lrsquo‛on regarde un objet notre cerveau analyse le dosage de chacune de ces composantes perccedilues par notre œil et en interpregravete ainsi la couleur de lrsquo‛objet

Qursquo‛est-ce que le daltonisme Certaines personnes preacutesentent une anomalie de la vision qui les empecircche de distinguer certaines couleurs Drsquo‛origine geacuteneacutetique ce trouble est ducirc agrave un dysfonctionnement des cocircnes preacutesents dans la reacutetine Bien que la plupart des personnes daltoniennes aient de la peine agrave distinguer le vert du rouge drsquo‛autres ne distinguent pas drsquo‛autres couleurs Dans certaines formes de daltonisme le monde est perccedilu par la personne atteinte en teintes de gris

Sciences naturelles Optique synthegravese soustractive et additive

La synthegravese additive est le proceacutedeacute gracircce

auquel en combinant les couleurs

___________ ___________ et ___________

on obtient du blanc

On la retrouve lorsque lrsquoon meacutelange des

lumiegraveres coloreacutees composeacutees de ces 3 couleurs

diffeacuterentes car les laquo additionner raquo donne la

lumiegravere blanche

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon exploite aujourdrsquohui

pour les teacuteleacuteviseurs ou tout eacutecran composeacute de

pixels

La synthegravese soustractive consiste agrave soustraire

les couleurs de la lumiegravere blanche (RVB) agrave

travers des filtres de couleurs ___________

___________ et ___________ qui absorbent la

totaliteacute des couleurs de la lumiegravere blanche pour

un rendu noir au final (absence de lumiegravere)

Lrsquo __________________ des 3 couleurs donne

le ____________

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon retrouve par exemple en

meacutelangeant de la peinture notamment en

imprimerie

Sciences naturelles Optique les filtres

Qursquoest-shyce qursquoun filtre coloreacute et comment fonctionne-shyt-shyil

Un filtre est un dispositif qui permet de filtrer la lumiegravere de laisser passer certains rayons

lumineux et drsquoen absorber drsquoautres

Pour savoir quelles lumiegravere coloreacutees le filtre laisse passer il faut lrsquoobserver agrave la lumiegravere

blanche

Le filtre laissera alors passer uniquement les rayons lumineux de sa couleur propre

Par exemple

Un filtre vert laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee verte

Un filtre magenta laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee magenta crsquoest agrave dire les rayons rouge et bleu

Pour connaicirctre la lumiegravere coloreacutee qui ldquosortrdquo du filtre il faut donc

deacutecomposer la lumiegravere qui arrive sur ce filtre et en soustraire les

rayons qui sont absorbeacutes par le filtre On se reacutefegravere alors au modegravele de

la synthegravese soustractive

Image httpswww123couleursfrboutique-shy1filtres-shycolorC3A9s

Tableau reacutecapitulatif

Sciences naturelles Optique les filtres

Modeacutelisation

Nous pouvons modeacuteliser lrsquoaction drsquoun filtre

1 Noter la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur le filtre

2 Deacutecomposer la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur filtre et la coder (en RVB)

3 Repreacutesenter le filtre et coder les rayons absorbeacutes par le filtre 4 Prolonger les rayons lumineux coloreacutes que le filtre laisse passer et les coder (en RVB)

5 Noter la lumiegravere coloreacutee qui sort du filtre

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre magenta sur la lumiegravere blanche

Lorsque plusieurs filtres sont superposeacutes ou aligneacutes il faut modeacuteliser lrsquoaction du premier filtre

sur la lumiegravere projeteacutee puis lrsquoaction du deuxiegraveme filtre sur la lumiegravere qui sort du premier filtre

etc

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre cyan puis drsquoun filtre vert sur la lumiegravere jaune

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

De quelle couleur apparaicirctra un objet de couleur eacuteclaireacute par une lumiegravere coloreacutee

Il y 3 cas

1) Un objet de couleur blanche renvoie toutes les couleurs il apparaicirctra de la couleur eacuteclaireacutee

2) Un objet de couleur noire absorbe toutes les couleurs Peu importe la couleur avec laquelle

lrsquoobjet est eacuteclaireacute lrsquoobjet apparaicirct de couleur noire

3) Pour un objet de couleur il suffit de deacutecomposer les couleurs secondaires par exemple

Jrsquoai un objet jaune

Je lui projette une lumiegravere magenta

Or jaune = rouge + vert

et magenta = bleu + rouge

Le rouge est commun au jaune et au magenta donc lrsquoobjet paraicirctra rouge

En revanche si la lumiegravere est bleue comme il nrsquoy a pas de bleu dans le jaune lrsquoobjet paraicirctra

noir

1

Tableau reacutecapitulatif

1 httpscommunitygoodgamestudioscombigfarmfrdiscussion51685langage-shy‐des-shy‐couleurs

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

Modegravele de reacuteponse

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

______

______

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

______

______

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation avec propositions

de reacuteponses)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

(rouge vert bleu Nous percevons les diffeacuterentes couleurs agrave partir de ces trois couleurs) ________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

(Explication relative aux cocircnes et bacirctonnets de lrsquo‛oeil)

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Corrigeacute vert bleu blanc cyan

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________ (vert)

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________ (bleu)

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________ (aucunenoir)

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

(selon modegravele eacutetudieacute)

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

(les deux selon que lrsquo‛on parle de synthegravese additive ou soustractive)

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

Bleu

______

Bleu

______

Noir

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________ (lumiegravere rouge)

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

Noir

______

Rouge

______

Rouge

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

(Bleu)

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

(selon modegravele eacutetudieacute)

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

(Explication citant la synthegravese soustractive et lrsquo‛effet des lumiegraveres coloreacutees

concerneacutees sur le haut du cambrioleur)

Evaluation - Analyse

Ce commentaire comprend les diffeacuterents objectifs eacutevalueacutes ainsi que ce qui est attendu

preacuteciseacutement des eacutelegraveves et les niveaux taxonomiques correspondants

Ce sont des pistes drsquo‛eacutevaluation qui sont ici proposeacutees non une eacutevaluation suivie

Exercice 1

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- Mettre en lien des notions theacuteoriques apprises en cours (cocircnes et

bacirctonnets de lrsquo‛oeil) avec drsquo‛autres (synthegravese additive)

Lrsquo‛eacutevaluation deacutebute par deux questions au niveau taxonomique peu eacuteleveacute La

premiegravere de lrsquo‛ordre de la compreacutehension demande aux eacutelegraveves de restituer une

connaissance de base agrave lrsquo‛aide de leurs propres mots La deuxiegraveme propose de

tester les connaissances theacuteoriques des eacutelegraveves en veacuterifiant que des liens entre

deux notions aient eacuteteacute faits

Exercice 2

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutedire la couleur perccedilue en fonction des meacutelanges de couleurs RVB

- deacutechiffrer un scheacutema et les codes de la repreacutesentation de la trajectoire

des lumiegraveres coloreacutees

Le deuxiegraveme exercice relegraveve du niveau taxonomique de lrsquo‛application car il

neacutecessite une compreacutehension de la maniegravere de repreacutesenter la lumiegravere (scheacutema de

la trajectoire rectiligne codes de couleurs RVB) et drsquo‛appliquer ce modegravele tout en

utilisant les connaissances des couleurs fondamentales et compleacutementaires de la

synthegravese additive

Exercice 3

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet drsquo‛un filtre sur une lumiegravere coloreacutee agrave lrsquo‛aide des codes

propres agrave lrsquo‛optique

Lrsquo‛exercice 3 relegraveve de lrsquo‛application car les eacutelegraveves se reacutefegraverent agrave la modeacutelisation

eacutetablie durant le cours et au diagramme de Venn de la synthegravese soustractive et

les adaptent aux items preacutesenteacutes

Exercice 4

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- mettre en perspective la distinction entre synthegravese additive et

soustractive en terme de lsquorsquo‛naturersquo‛rsquo‛ de la couleur (couleurs matiegraveres vs

couleurs lumiegraveres)

Cet exercice requiert des eacutelegraveves qursquo‛ils mobilisent leur faculteacute drsquo‛analyse (niveau

taxonomique plutocirct eacuteleveacute) pour expliquer les diffeacuterences entre les

repreacutesentations de la couleur en arts visuels et en physique Le but est qursquo‛ils

reconnaissent qursquo‛il srsquo‛agit dans le premier cas de la synthegravese soustractive et dans

le second cas de la synthegravese additive

Exercice 5

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutevoir la couleur perccedilue drsquo‛un objet en fonction des lumiegraveres coloreacutees

projeteacutees et coder le pheacutenomegravene

Les eacutelegraveves appliquent la modeacutelisation drsquo‛une lumiegravere coloreacutee sur un objet coloreacute

pour deacuteterminer la couleur perccedilue du drapeau franccedilais Cette question fait

reacutefeacuterence agrave un niveau taxonomique bas Puis ils trouvent la lumiegravere coloreacutee qui

permet de voir les deux drapeaux preacutesenteacutes de la mecircme couleur Ils trouveront

cette reacuteponse en modeacutelisant les lumiegraveres coloreacutees sur lrsquo‛objet de couleur

Plusieurs scheacutemas sont neacutecessaires pour trouver la reacuteponse Crsquo‛est une question

taxonomiquement haute qui demande aux eacutelegraveves de faire une synthegravese

Exercice 6

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet de la lumiegravere coloreacutee sur un objet et en deacuteduire la

couleur perccedilue

- justifier sa reacuteponse avec des mots en faisant la synthegravese des diffeacuterents

concepts vus dans la seacutequence de cours

Les eacutelegraveves doivent comprendre ce qursquo‛ils lisent et deacuteterminer la couleur propre du

haut du cambrioleur Cette question est taxonomiquement haute elle demande de

lrsquo‛analyse Puis ils justifient leur reacuteponse par le modegravele de lrsquo‛effet de la lumiegravere

coloreacutee sur un objet Cette question est drsquo‛un niveau taxonomique infeacuterieur

drsquo‛application Finalement ils deacuteterminent pourquoi la description de la jeune fille

ne correspond pas agrave la couleur propre en faisant le lien avec la synthegravese

soustractive demandant un niveau taxonomiquement tregraves eacuteleveacute la synthegravese

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4 Argumentation scientifique Nous avons choisi de construire notre seacutequence de cours de maniegravere agrave ce qursquoelle srsquoinscrive dans une deacutemarche constructiviste de type piageacutetienne Dans cette deacutemarche lrsquoenseignant anticipe les conceptions erroneacutees que les eacutelegraveves peuvent avoir puis eacutetablit une situation-shyproblegraveme permettant ideacutealement de deacuteconstruire ces repreacutesentations incomplegravetes puis finalement drsquoen construire de nouvelles plus justes Dans ce qui suit nous allons deacutefinir ces diffeacuterents concepts mis en eacutevidence puis expliciter la maniegravere dont nous les avons pris en compte dans notre planification

41 Les conceptions des eacutelegraveves et les situations-shyproblegravemes

411 Deacutefinitions Conception Selon Giordan et al (1994) une conception ou repreacutesentation peut ecirctre consideacutereacutee comme une ideacutee un objet ou un eacutevegravenement qui aide lrsquoeacutelegraveve agrave comprendre le monde qui lrsquoentoure Elle est le fruit de son expeacuterience personnelle dans laquelle il va puiser pour comprendre les nouveaux savoirs que lrsquoon va chercher agrave lui inculquer Elle peut ecirctre consideacutereacutee comme une connaissance ldquodeacutejagrave-shylagraverdquo acquise dans un certain contexte par lrsquoapprenant et qui peut ecirctre correcte ou erroneacutee Les mauvaises conceptions (ou misconception en anglais) peuvent donc ecirctre deacutecrites comme des ideacutees qui proviennent drsquoune mauvaise compreacutehension drsquoobjets ou eacutevegravenements Elles sont issues principalement de lrsquoenvironnement avec lequel lrsquoeacutelegraveve interagit et du contexte dans lequel il se situe mais elles deacutecoulent eacutegalement des systegravemes seacutemiotiques mis en oeuvre Ces derniers sont abordeacutes plus en deacutetail dans ce qui suit Seacutemiologie En seacutemiologie (lrsquoeacutetude des systegravemes de signes) une repreacutesentation (ou un signe) est double elle est doteacutee drsquoun signifiant et drsquoun signifieacute (de Saussure 1916) Le signifiant qui fait lrsquoobjet de la seacutemiologie deacutesigne la forme et laspect du signe tandis que le signifieacute eacutetudieacute dans le cadre de la seacutemantique deacutesigne le concept eacutevoqueacute par le signe A partir du moment ougrave le signe possegravede plusieurs signifieacutes il devient symbole et crsquoest ainsi que les incompreacutehensions peuvent survenir Selon R Duval (1995) le concept de laquo registre seacutemiotique raquo permet de distinguer les repreacutesentations qui relegravevent de diffeacuterents registres ou types visuels numeacuteriques graphiques symboliques formels scheacutematiques etc En didactique ce concept est fondamental car les diffeacuterences de registre au sein drsquoune mecircme repreacutesentation ou drsquoun

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modegravele peut induire des difficulteacutes de lecture Ils risquent drsquoajouter des difficulteacutes suppleacutementaires en empecircchant les eacutelegraveves de se focaliser sur le problegraveme poseacute par lrsquoactiviteacute et les menant agrave formuler des conclusions diffeacuterentes de celles attendues par lrsquoenseignant Crsquoest pour cela qursquoun choix pertinent de registre seacutemiotique facilite la compreacutehension du concept introduit Dans notre cours un exemple typique que nous pouvons donner est la forte ressemblance des diagrammes de Venn pour les synthegraveses additive et soustractive Dans les deux modegraveles les diagrammes sont communeacutement scheacutematiseacutes sous forme circulaire De plus bien que inverseacutees au niveau de leurs superpositions les mecircmes couleurs sont repreacutesenteacutees dans les deux diagrammes Ces similitudes peuvent rendre la diffeacuterenciation complexe pour les eacutelegraveves Crsquoest pourquoi nous avons estimeacute important drsquoapporter un changement agrave la repreacutesentation de ces diagrammes Ainsi dans lrsquoune de nos fiches de synthegravese nous avons preacutefeacutereacute utiliser des formes rectangulaires plutocirct que circulaires pour repreacutesenter la synthegravese soustractive car cette forme eacutevoque plus fortement le filtre et ainsi lrsquoabsorption de la lumiegravere Cadre de rationaliteacute origine des conceptions En srsquoappuyant sur les travaux de R Douady (1984) A Lerouge (1992) deacutefinit laquo un cadre de rationaliteacuteraquo comme laquoun ensemble coheacuterent de fonctionnement de la penseacuteeraquo caracteacuteriseacute principalement par les composantes suivantes

1 Les objets du cadre dans notre cas il peut srsquoagir de peinture de feuille de papier de lampes de poche de filtres etc

2 Le type de processus de conceptualisation Dans un cadre scientifique il peut srsquoagir drsquoun processus par modeacutelisation ou par expeacuterimentation par exemple

3 Les registres seacutemiotiques que nous avons traiteacutes plus haut Les conceptions des eacutelegraveves et les conflits de perceptions en reacutesultant sont issus des diffeacuterents cadres de rationaliteacute dans lesquels ils eacutevoluent Ce sont les cadres familiers (personnel) et culturels (eacutecole) qui sont responsable de ces conceptions et repreacutesentations mentales tantocirct concourantes tantocirct inexistantes voire erroneacutees Elles se manifestent principalement agrave travers la seacutemiotique Les eacutelegraveves eacuteprouvent de la difficulteacute agrave repreacutesenter des objets issus de registres seacutemiotiques diffeacuterents ou encore agrave simplement les reconnaicirctre Dans le contexte de notre seacutequence sur les couleurs ces cadres de rationaliteacute sont centraux En effet crsquoest dans son quotidien et donc dans son cadre familier que lrsquoeacutelegraveve va deacutecouvrir la notion de couleur notamment par le biais de la peinture ou drsquoobservation drsquoarc-shyen-shyciel Cette deacutecouverte qui a souvent lieu tregraves tocirct dans la vie de lrsquoenfant ne fera pourtant pas pour autant lrsquoobjet de questionnement sur le pheacutenomegravene de perception des couleurs La notion de cadre culturel ou scolaire quand agrave elle peut ecirctre eacutetendue dans notre cas agrave deux sous-shycateacutegories de cadres culturels diffeacuterents qui vont ecirctre agrave lrsquoorigine de conceptions erroneacutees ou incomplegravetes Premiegraverement il y a le cadre que nous appelons laquo arts visuelsraquo et qui a ses propres regravegles de rationaliteacutes Les cours de dessin ou drsquoactiviteacutes creacuteatrices en sont de parfaits exemples car crsquoest dans ce cadre que les eacutelegraveves vont premiegraverement aborder la

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theacutematique des couleurs primaires et de leurs meacutelanges Mais cette theacutematique est eacutegalement abordeacutee dans le cadre laquophysiqueraquo agrave travers les expeacuteriences de deacutecomposition de la lumiegravere ou de superposition de lumiegraveres coloreacutees Ainsi nous retrouvons trois cadres de rationaliteacute concourants (familier physique arts visuels) dans lesquels les eacutelegraveves eacutevoluent et qui engendrent indubitablement des conceptions erroneacutees sur la lumiegravere et les couleurs puisque les eacutelegraveves ne sont pas ameneacutes agrave les diffeacuterencier dans chacun des cadres Et comme la communication entre les diffeacuterents cadres nrsquoest pas eacutetablie le lien agrave faire entre les diffeacuterentes conceptions issues de ces cadres est agrave la charge de lrsquoeacutelegraveve ce qui repreacutesente une lourde responsabiliteacute dans son apprentissage Astolfi (2008) appelle eacutegalement ces conceptions issues de diffeacuterents cadres des ldquotrames conceptuelles rdquoqui peuvent ecirctre deacutefinies comme ldquoun ensemble de concepts-shycleacutes propres agrave un domaine et logiquement hieacuterarchiseacutes entre eux qui structurent les disciplines et engendrent des situations-shyproblegravemesrdquo Mais encore on verra eacutemerger des problegravemes de contrat didactique dans chacun des cadres lrsquoeacutelegraveve va tenter de donner une reacuteponse qui va satisfaire lrsquoenseignant sans pour autant ecirctre ameneacute agrave confronter ses conceptions

Situation-shyproblegraveme Pour de Vecchi (2006) une situation-shyproblegraveme est une activiteacute qui consiste agrave mettre lrsquoeacutelegraveve dans une situation ougrave il va ecirctre ameneacute agrave eacutelaborer des strateacutegies de reacutesolution de problegraveme Lrsquoun des points cleacutes des situations-shyproblegravemes est qursquoelles eacutetablissent un lien eacutetroit entre les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves En drsquoautres termes une situation-shyproblegraveme est construite de telle sorte que les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave remettre en question des repreacutesentations actuelles qui srsquoavegraverent erroneacutees agrave les deacuteconstruire pour en construire de nouvelles Ainsi dans une deacutemarche de type constructiviste lrsquoeacutelegraveve construit son savoir en renversant ses anciennes conceptions Une situation-shyproblegraveme nrsquoest donc pas une deacutemarche ponctuelle dans laquelle lrsquoeacutelegraveve devra reacutesoudre une liste drsquoexercices teacuteleacuteguideacutee par lrsquoenseignant Ce qui justifie lrsquoefficaciteacute des situations problegravemes est qursquo laquoapprendreraquo ne consiste pas agrave cumuler les savoirs mais agrave en construire et agrave en deacuteconstruire

Une situation-shyproblegraveme doit comprendre plusieurs eacuteleacutements

-shy Un objectif-shyobstacle Pour Meirieu (1987) un objectif-shyobstacle est ldquoun objectif dont lrsquoacquisition permet au sujet de franchir un palier deacutecisif de progression en modifiant son systegraveme de repreacutesentation et en le faisant acceacuteder un niveau supeacuterieur de formulation rdquo Dans notre cas lrsquoeacutelegraveve pense que tous les meacutelanges de 3 couleurs primaires (de peinture ou de lumiegravere) vont donner le mecircme reacutesultat La distinction entre synthegraveses additive et soustractive nrsquoest pas connue des eacutelegraveves De plus projeter de la lumiegravere monochromatique sur un objet drsquoune certaine couleur ne donne pas toujours la mecircme couleur Lrsquoexemple avec le drapeau (activiteacute 4) est parlant

-shy Une situation centreacutee sur cet obstacle prenant en compte une deacutemarche expeacuterimentale ou une deacutemarche de modeacutelisation Dans notre cours les deux deacutemarches sont mises en oeuvre mais notre deacutemarche principale est la modeacutelisation Les eacutelegraveves vont effectivement ecirctre ameneacutes agrave eacutemettre des hypothegraveses manipuler reacutecolter des reacutesultats et les confronter agrave

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leurs hypothegraveses mais il srsquoagit surtout drsquoune deacutemarche de modeacutelisation car les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave creacuteer des scheacutemas dans plusieurs exercices

-shy Une probleacutematisation et la deacutevolution on probleacutematise la conception erroneacutee en introduisant une situation-shyproblegraveme crsquoest-shyagrave-shydire qursquoon construit un problegraveme centreacute sur lrsquoobstacle La surprise face agrave une situation incoheacuterente va intriguer lrsquoeacutelegraveve exciter sa motivation et le pousser agrave vouloir srsquoimpliquer dans le problegraveme ce qui va aider sa deacutevolution Brousseau (1998) qualifie la notion de deacutevolution par le ldquo processus par lequel lenseignant parvient agrave placer leacutelegraveve comme simple actant dans une situation a-shydidactique (agrave modegravele non didactique) Il cherche par lagrave agrave ce que lrsquoaction de lrsquoeacutelegraveve ne soit produite et justifieacutee que par les neacutecessiteacutes du milieu et par ses connaissances et non par lrsquointerpreacutetation des proceacutedeacutes didactiques du professeurrdquo Pour enrocircler les eacutelegraveves et les aider agrave identifier la probleacutematique en met on place une situation deacuteclenchante Dans notre cas lrsquoexemple avec le meacutelange de peinture et de lumiegraveres coloreacutees est un parfait exemple de situation deacuteclenchante car les eacutelegraveves ne sattendent probablement pas par exemple agrave ce que le meacutelange de vert et bleu donne du cyan ou encore qursquoon perccediloive un citron noir lorsque lrsquoon projette de la lumiegravere bleue sur ce celui-shyci

412 La prise en compte des conceptions des eacutelegraveves dans notre seacutequence La theacutematique de la lumiegravere et des couleurs est complexe et comprend de nombreux concepts difficiles agrave assimiler En effet bon nombre de personnes ont des repreacutesentations erroneacutees qui peuvent rester profondeacutement ancreacutees Parmi les conceptions erroneacutees les plus communes on retrouve selon le site internet des MER

La lumiegravere blanche est sans couleur pure quand la lumiegravere blanche passe dans un prisme ou traverse un filtre de la couleur lui est ajouteacutee

La lumiegravere blanche nous permet de voir la vraie couleur des objets laquoMa feuille est blanche parce que je nai pas ajouteacute dautres couleurs agrave celle-shyciraquo

Les couleurs sont lieacutees agrave des proprieacuteteacutes de lrsquoobjet exclusivement sans reacutefeacuterence agrave la lumiegravere qui eacuteclaire lrsquoobjet Ne dit-shyon pas quun pull est rouge

Confusion entre les couleurs primaires en couleur peinture et en couleur lumiegravere

Dans notre planification nous avons anticipeacute ces conceptions et avons construit notre cours de maniegravere agrave ce qursquoelles soient mises en eacutevidence le plus tocirct possible afin de tenter de les deacuteconstruire agrave travers nos activiteacutes

Ainsi degraves deacutebut de lrsquoactiviteacute 2 les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave une situation-shyproblegraveme dans laquelle ils comprennent qursquoil existe une contradiction entre leur conception de deacutepart sur les meacutelanges de couleurs (issue de leurs cadres de rationaliteacute familier et scolaire lsquorsquoart visuelrsquorsquo) et leurs observations (nouveau cadre lsquorsquophysiquersquorsquo) Crsquoest sur la base de ce conflit cognitif que les diffeacuterentes notions de la seacutequence pourront ecirctre abordeacutees Les autres conceptions sont mises en eacutevidence puis deacuteconstruites agrave travers les diffeacuterentes activiteacutes Par exemple les

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activiteacutes du chapitre 3 permettent de montrer que la lumiegravere blanche nrsquoest pas pure mais qursquoelle est composeacutee de toutes les couleurs et ce gracircce agrave lrsquoobservation des objets agrave la lumiegravere blanche puis agrave travers un filtre

De plus lrsquoactiviteacute 3 srsquoarticule autour drsquoune conception erroneacutee repeacutereacutee dans certaines classes Bon nombre drsquoeacutelegraveves eacutetaient persuadeacutes qursquoun filtre ne laissait pas passer les lumiegraveres de sa couleur propre car crsquoest la couleur dont est perccedilue le filtre Un conflit cognitif est alors provoqueacute afin de deacuteconstruire cette conception les eacutelegraveves observent que la lumiegravere coloreacutee nrsquoest pas absorbeacutee par le filtre mais qursquoelle se propage bien jusqursquoagrave lrsquoeacutecran blanc

En introduction de lrsquoactiviteacute 4 une nouvelle situation-shyproblegraveme est preacutesenteacutee par le biais drsquoune image montrant que la couleur drsquoun objet peut varier en fonction de la lumiegravere coloreacutee par laquelle il est eacuteclaireacute Elle servira agrave provoquer un conflit cognitif chez les eacutelegraveves car cette situation intervient apregraves une phase drsquohypothegravese reacutepondant agrave la question suivante un objet peut-shyil avoir diffeacuterentes couleurs La reacuteponse donneacutee par lrsquoimage contredira probablement lrsquohypothegravese preacuteceacutedemment formuleacutee et devrait susciter de la curiositeacute chez lrsquoeacutelegraveve et lui donner lrsquoenvie de comprendre le pheacutenomegravene Nous deacutemontrons ensuite tout au long de lrsquoactiviteacute 4 sur les lumiegraveres coloreacutees que crsquoest le pheacutenomegravene drsquoabsorption et de reacuteflection de la lumiegravere qui nous permet de voir la couleur des objets et non pas la lumiegravere blanche Crsquoest donc par le biais de ces deacuteconstructions successives de conceptions que lrsquoenseignant peut guider les eacutelegraveves sur la voie de la reacutesolution du problegraveme de lrsquoorigine de ces contradictions dans le but drsquoeacutetablir le lien entre les diffeacuterents cadres de rationaliteacute

42 Modeacutelisation

421 Deacutefinition

Un modegravele est communeacutement deacutefini comme un objet ou un concept qui va permettre de repreacutesenter la reacutealiteacute de diffeacuterentes maniegraveres Bunge (1974) ou encore Martinand (1994) le deacutefinissent eacutegalement comme un moyen permettant de mettre en relation le monde theacuteorique avec le monde empirique Il peut ecirctre consideacutereacute en quelque sorte comme un monde intermeacutediaire ou une sorte de lunette conceptuelle (Halloun 2004) qui va permettre drsquoobserver des pheacutenomegravenes naturels Un modegravele ne constitue pas la reacutealiteacute mais la repreacutesente en simplifiant certains de ses aspects ce qui peut causer des conflits pour les repreacutesentations cognitives chez lrsquoeacutelegraveve

422 La modeacutelisation dans notre seacutequence Dans notre planification la modeacutelisation est centrale afin de conceptualiser des pheacutenomegravenes complexes comme la composition de la lumiegravere et la perception des couleurs Elle est lrsquooutil qui permet drsquoamener les eacutelegraveves agrave se faccedilonner une repreacutesentation de la deacutecomposition de la lumiegravere blanche de labsorption de la lumiegravere agrave travers les filtres et des synthegraveses additive et soustractive des couleurs

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De plus elle constitue un objectif de formation meacutethodologique qui va de pair avec toute formation scientifique Crsquoest pourquoi nous avons inclus la modeacutelisation dans les objectifs drsquoapprentissage Dans la terminologie du PER la modeacutelisation correspond agrave lrsquoobjectif geacuteneacuteral MSN37

bull MSN 1525 mdash Modeacuteliser des pheacutenomegravenes naturels techniques sociaux ou des situations matheacutematiques

bull en imaginant et en utilisant divers outils de repreacutesentation (codes scheacutemas graphiques tableauxhellip)

Lrsquoactiviteacute 2 propose aux eacutelegraveves de reporter les couleurs observeacutees sur trois cercles superposeacutes En les coloriant les eacutelegraveves reacutealisent en reacutealiteacute une forme simple de modeacutelisation par un diagramme de Venn de la synthegravese additive Il nous a sembleacute pertinent drsquointroduire ce scheacutema de cette maniegravere car ainsi les eacutelegraveves comprennent reacuteellement qursquoil correspond agrave la lumiegravere projeteacutee et superposeacutee sur un eacutecran En derniegravere partie drsquoactiviteacute les eacutelegraveves se familiarisent avec un logiciel de modeacutelisation de la synthegravese additive 3

Lrsquoutilisation drsquoun modegravele dans ce cas est indispensable pour des raisons pratiques Il serait en effet tregraves difficile de faire des observations similaires avec un dispositif reacuteel constitueacute de projecteurs et drsquoun eacutecran comme dans la premiegravere partie drsquoactiviteacute Nous avons veilleacute agrave choisir un logiciel simple drsquousage sur lequel seules deux manipulations sont possibles allumereacuteteindre les projecteurs et varier leurs intensiteacutes Ainsi il est possible pour les eacutelegraveves de faire rapidement et sans difficulteacutes de lrsquoordre du registre seacutemiotique la deacuteduction attendue les diffeacuterentes couleurs srsquoobtiennent par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

Dans lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves sont ameneacutes agrave modeacuteliser lrsquoeffet drsquoun filtre sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee Ils ancrent ainsi le fonctionnement drsquoun filtre dans leur apprentissage et deacuteveloppent une meacutethodologie systeacutematique dans la reacutesolution de problegravemes mettant en scegravene des filtres Gracircce au modegravele deacuteveloppeacute les eacutelegraveves deacuteconstruisent deacutefinitivement leur eacuteventuelle conception erroneacutee selon laquelle un filtre absorberait sa propre couleur Lrsquoactiviteacute 43 a pour but que les eacutelegraveves modeacutelisent les pheacutenomegravenes de reacutefraction et drsquoabsorption en justifiant leur reacuteponse par un modegravele de reacuteponse Ce dernier comprend les couleurs RVB qui se reflegravetent ou qui sont absorbeacutees par une surface Ainsi lrsquoeacutelegraveve peut trouver une meacutethode systeacutematique de reacuteponse en testant les diffeacuterentes couleurs Gracircce agrave cette modeacutelisation et agrave celle de lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves comprennent que les fonctionnements des filtres et des lumiegraveres coloreacutees sont fondeacutes sur le mecircme principe

3(httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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43 Deacutemarche expeacuterimentale

431 Deacutefinition Pour de Vecchi il est important de ne pas confondre les notions lieacutees agrave lrsquoexpeacuterimental qui sont les suivantes

-shy Une deacutemarche scientifique nrsquoest pas exclusive au domaine des sciences expeacuterimentales mais peut aussi ecirctre mobiliseacutee dans les sciences humaines socialeshellip Elle utilise drsquoautres outils que lrsquoexpeacuterimentale Toute recherche digne de ce nom est de nature scientifique

-shy La meacutethode expeacuterimentale eacutequivaut plutocirct agrave un plan agrave suivre un mode drsquoemploi ou agrave une marche agrave suivre qui suit un ordre strict que lrsquoon peut aussi appeler protocole Par exemple parmi les plus ceacutelegravebres protocoles nous retrouvons celui de Claude Bernard (1865) que lrsquoon abregravege par les initiales OHERIC qui correspondent agrave observation hypothegravese expeacuterience reacutesultats interpreacutetation et conclusion De maniegravere geacuteneacuterale il srsquoagit du protocole caricatural que lrsquoon emploie le plus souvent dans les salles de classes

-shy Une deacutemarche expeacuterimentale est une approche plus reacutealiste moins stricte et integravegre

une approche plus tacirctonnante Il nrsquoest pas constitueacute drsquoeacutetapes preacutedeacutetermineacutees et est donc moins affecteacutee par les directives de lrsquoenseignant Il peut donc laisser des liberteacutes dans la maniegravere de reacutesoudre le problegraveme

432 La deacutemarche expeacuterimentale dans notre seacutequence Dans notre seacutequence la meacutethode expeacuterimentale est preacutesente de maniegravere partielle du scheacutema caricatural OHERIC nous nous inteacuteressons en particulier aux phases drsquoobservation et drsquoeacutemission drsquohypothegraveses Crsquoest pourquoi nous parlons donc plutocirct de ldquodeacutemarche expeacuterimentalerdquo En effet tout au long des diffeacuterentes activiteacutes il est reacuteguliegraverement demandeacute aux eacutelegraveves de formuler une hypothegravese agrave partir de leurs connaissances au preacutealable puis de faire de nouvelles observations en contexte expeacuterimental Crsquoest sur la base de ces derniegraveres qursquoils pourront reacutealiser leurs deacuteductions sur le pheacutenomegravene en question et construire de nouvelles conceptions Dans lrsquoactiviteacute 2 ce type de deacutemarche est central pour la creacuteation de la premiegravere situation-shyproblegraveme Par la suite la deacutemarche permet de guider les eacutelegraveves dans le processus de deacuteduction du fonctionnement geacuteneacuteral des diffeacuterents pheacutenomegravenes Dans lrsquoactiviteacute 41 par exemple les pheacutenomegravenes agrave deacuteduire sont la synthegravese soustractive et le fonctionnement de la lumiegravere coloreacutee Lrsquoemploi drsquoobjets familiers permet un ancrage dans le quotidien

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Dans lrsquoactiviteacute 3 lrsquoeacutetude de lrsquoeffet des filtres constitue agrave son tour un deacutemarche expeacuterimentale En effet les eacutelegraveves doivent tout drsquoabord eacutemettre leurs hypothegraveses puis les veacuterifient par lrsquoexpeacuterimentation et ses reacutesultats provoquant probablement un conflit cognitif avant drsquoen conclure lrsquoeffet drsquoun filtre Dans lrsquoactiviteacute 42 nous retrouvons toujours le mecircme principe de deacutemarche expeacuterimentale Les eacutelegraveves formulent des hypothegraveses sur la couleur perccedilue de diffeacuterents mots coloreacutes eacuteclaireacutes par une lumiegravere coloreacutee puis les veacuterifient lors de la phase drsquoobservation La confrontation entre leurs attentes lieacutees agrave leurs conceptions et la reacutealiteacute creacutee le conflit cognitif rechercheacute

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5 Conclusion Pour seacutelectionner notre thegraveme et eacutelaborer notre seacutequence nous nous sommes fondeacutes sur les objectifs du PER et crsquoest sur lrsquooptique que notre choix srsquoest porteacute Le savoir savant auquel nous nous sommes reacutefeacutereacutes comprend principalement des concepts lieacutes agrave la lumiegravere tels que les photons les ondes eacutelectromagneacutetiques ainsi que les spectres drsquoeacutemission et drsquoabsorption Nous avons transposeacute ce savoir en un savoir enseignable par le biais drsquoun travail de contextualisation et de reacuteadaptation Nous avons eacuteteacute ameneacutes agrave remplacer des modegraveles scientifiques (par exemple les modegraveles de synthegraveses additive et soustractive) par des modegraveles accessibles agrave un niveau scolaire et agrave changer les conditions drsquoeacutemergence des problegravemes Ainsi notre travail de transposition consistait agrave montrer aux eacutelegraveves la partie eacutemergeacutee de lrsquoiceberg du concept de couleur le reacutesultat apparent plutocirct que lrsquoorigine eacutelectromagneacutetique Tout au long de la seacutequence et par le biais de situations-shyproblegravemes et de diffeacuterentes eacutetapes de reacutesolution des activiteacutes les eacutelegraveves ont eacuteteacute guideacutes dans le processus de construction de leur apprentissage En nous focalisant sur les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves nous avons eacutelaboreacute nos exercices de maniegravere agrave proposer des situations deacuteclenchantes afin de faciliter le transfert de la responsabiliteacute de la reacutesolution des problegravemes aux eacutelegraveves Cette derniegravere srsquoeffectue par des deacutemarches drsquoexpeacuterimentation mais surtout de modeacutelisation

Dans notre sceacutenario les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave deux types de donneacutees theacuteoriques et empiriques Drsquoune part ils ont agrave disposition deux theacuteories principales la premiegravere est que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs de lrsquoarc-shyen-shyciel tandis que la seconde deacutecrit l a maniegravere dont la couleur drsquoun objet deacutepend des couleurs qursquoil va absorber Drsquoautre part ils disposent de donneacutees empiriques qursquoils sont ameneacutes agrave reacutecolter en superposant des lumiegraveres de diffeacuterentes couleurs en meacutelangeant de la peinture et en projetant de la lumiegravere coloreacutee sur diffeacuterents objets coloreacutes Dans le cadre drsquoune deacutemarche drsquoexpeacuterimentation ils ont eacutemis des hypothegraveses observeacute manipuleacute du mateacuteriel utiliseacute des appliquettes en ligne et veacuterifieacute leurs reacutesultats Crsquoest ainsi les modegraveles que nous avons preacutesenteacutes et que les eacutelegraveves ont eacutelaboreacutes vont ecirctre des ponts qui vont relier le monde theacuteorique et le monde empirique Par ailleurs nous avons eacuteteacute attentifs agrave la seacutemiotique lors de nos choix des repreacutesentations utiliseacutees nous nous sommes reacutefeacutereacutes agrave la notion de registre seacutemiotique afin drsquoeacutelaborer des scheacutemas nrsquoengendrant pas de difficulteacutes de lecture chez les eacutelegraveves

Nous avons analyseacute lrsquoorigine des conceptions erroneacutees et avons remarqueacute qursquoelles eacutetaient principalement dues agrave des repreacutesentations concourantes engendreacutees par les diffeacuterents contextes et cadres de rationaliteacutes dans lesquelles les eacutelegraveves eacutevoluent Notre sceacutenario permet aux eacutelegraveves drsquoeacutetablir des liens entre ces diffeacuterents cadres et de construire une nouvelle repreacutesentation de la couleur celle drsquoun objet de la physique

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

6 Bibliographie

Astolfi J Ginsburger-shyVogel Y amp Toussaint J (2008) Mots-shycleacutes de la didactique des sciences De Boeck Supeacuterieur Beaufils D Ramage M-shyJ DidaScO (2004) Simulation informatique et enseignement de la physique regards didactiques Universiteacute Paris-shySud Centre scientifique drsquoOrsay -shy 91405 Orsay Cedex Brahic A Grenier I ( 2008) Lumiegraveres deacutetoiles les couleurs invisibles Odile Jacob Brousseau G (1998) Glossaire de quelques concepts de la theacuteorie des situations didactiques en matheacutematiques DAEST-shy Faculteacute des Sciences de lHomme-shyUniversiteacute Victor Segalen Bordeaux 2 Bunge M (1975) Philosophie de la physique Paris France Editions du Seuil Chevallard Y amp Johsua M-shyA (1986) Transposition didactique  Du savoir savant au savoir enseigneacute -shy Un exemple drsquoanalyse de la transposition didactique Penseacutee sauvage Chevallard Y A du texte Chevallard Y A du texte Chevallard Y amp Johsua M-shyA A du texte (1991) La transposition didactique  du savoir savant au savoir enseigneacute Suivi de Un exemple de la transposition didactique ([2e eacuted revue et augm]) Yves Chevallard  Yves Chevallard et Marie-shyAlberte Johsua [texte imprimeacute] Retrieved October 19 2016 de Vecchi G (2006) Enseigner lrsquoexpeacuterimental en classe  Pour une veacuteritable eacuteducation scientifique Hachette Editions (p 221-shy229) de Vecchi G (2006) Enseigner lrsquoexpeacuterimental en classe  Pour une veacuteritable eacuteducation scientifique Hachette Editions (p 55 -shy65) de Saussure F (2005) Cours de linguistique geacuteneacuterale Arbres drsquoOr Develay M (1987) A propos de la transposition didactique en sciences biologiques Aster [ISSN 0297-shy9373] 1987 Ndeg 4 p 119 Duval R (1988) Eacutecarts seacutemantiques et coheacuterence matheacutematique introduction aux problegravemes de congruences in Annales de Didactique et de Sciences Cognitives de lIREM de Strasbourg Giordan A Girault Y et Clement P (1994) Conceptions et connaissance Peter Lang Halloun I A (2004) Modeling theory in science education Dordrecht Holland Kluwer Academic Publishers Kane J Sternheim M (1989) Cours QCM exemple et exercices corrigeacutes -shy 1er cycle Licence PCEM PCEP Physique 3egraveme eacutedition revue par Philipe Ghosez Maryse Hoebeke et Gabriel Llabreacutes DUNOD Lerouge A (1992) Repreacutesentation carteacutesienne rationaliteacute matheacutematique et rationaliteacute du quotidien chez des eacutelegraveves de collegravege Thegravese de doctorat Universiteacute Montpellier II Malafosse D Lerouge A Dusseau J-shyM (2000) Notions de registre et de cadre de rationaliteacute en inter-shydidactique des matheacutematiques et de la physiqu e Treacutema Martinand J-shyL (nd) Introduction agrave la modeacutelisation In Actes du seacuteminaire de didactique des disciplines technologiques Cachan (p 126ndash138)

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Meirieu P Avanzin Gi (1987) Apprendre oui mais comment Edition ESF Verret M (1975) Le temps des eacutetudes (Vols 1ndash2) Lille France Atelier Reproduction des thegraveses

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Page 15: Physique Optique Lescouleurs · Sciences naturelles Les couleurs 10 11 Harmos 1.Introduction Comme nous allons le détailler dans le chapitre 4, les conceptions erronées des élèves

Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Indications pour lrsquoenseignant

Cette activiteacute fait office drsquoinstitutionnalisation Il est important de distinguer les deux synthegraveses en preacutesentant clairement leurs utilisations diffeacuterentes

23 Activiteacute 4 La couleur des objets Objectif geacuteneacuteral la couleur drsquoun objet peut ecirctre modifieacutee si on le voit sous une lumiegravere coloreacutee

Introduction (15 min)

1) Question de deacutepart pourquoi perccediloit-shyon des objets de diffeacuterentes couleurs ou Un objet a-shyt-shyil toujours la mecircme couleur Les eacutelegraveves formulent une hypothegravese Ensuite ils confrontent leurs ideacutees avec une videacuteo qui provoque un conflit par rapport agrave ce qursquoils pensaient

2) Lrsquoenseignant preacutesente la theacuteorie le principe dabsorption et de reacutefraction Que se passe-shyt-shyil lorsqursquoon regarde avec une lumiegravere coloreacutee

Activiteacute 41 (10 min)

Objectif speacutecifique agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

Formuler une hypothegravese sur les couleurs des objets vus sous une lumiegravere coloreacutee

Mateacuteriel

Objets de couleurs diffeacuterentes (rouge cyan et jaune)

3 lumiegraveres coloreacutees (magenta vert bleu) Deacuteroulement

a) Lrsquoactiviteacute 41 avec les objets a comme objectif la repreacutesentation de la couleur sous forme de scheacutema et de leur faire deacuteduire progressivement que les objets se comportent comme des filtres

b) Lrsquoenseignant entrepose des objets de couleurs rouge cyan et jaune et des dispositifs eacutemettant des lumiegraveres coloreacutees (magenta vert et bleu) sur une table Lrsquoassociation des objets et des lumiegraveres coloreacutees est rouge-shymagenta cyan-shyvert jaune-shybleu

c) Lrsquoenseignant forme des groupes heacuteteacuterogegravenes de 3 ou 4 personnes d) Puis les eacutelegraveves se rassemblent autour de la table ougrave sont entreposeacutes les objets et

remplissent les deux premiegraveres colonnes du tableau (couleur de lrsquoobjet et couleur de la lumiegravere coloreacutee) Les groupes retournent agrave leur place et commencent agrave formuler leurs hypothegraveses (troisiegraveme colonne)

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

e) Puis les eacutelegraveves sont autoriseacutes agrave reacutecupeacuterer les objets pour qursquoils procegravedent agrave leur manipulation Ils notent ce qursquoils ont observeacute dans la quatriegraveme colonne

f) Ce proceacutedeacute est reacutepeacuteteacute 3 fois

Indications pour lrsquoenseignant

Les objets de couleurs agrave utiliser ne sont pas deacutefinis la liberteacute est laisseacutee agrave lrsquoenseignant de prendre ce qursquoil a agrave disposition mais lrsquoassociation est preacutevue pour qursquoun reacutesultat soit observeacute

Difficulteacutes ne pas faire les liens pour arriver agrave poser une hypothegravese ne plus savoir ce que sont les synthegraveses additives et soustractives

Erreurs possibles poser une hypothegravese fausse mais cette erreur est voulue et provoquera le conflit

attendu ne pas faire le lien avec la synthegravese soustractive vue dans le preacuteceacutedent chapitre et

reacutepondre ldquola synthegravese additiverdquo ne pas deacuteduire que la reacuteflection de la lumiegravere coloreacutee sur un objet fonctionne comme

un filtre Relances

lrsquoenseignant fait le test devant la classe en modeacutelisant le pheacutenomegravene renvoie au scheacutema de reflection revu en theacuteorie au deacutebut du cours utilise la modeacutelisation avec lrsquoordinateur ougrave lrsquoon peut doser les filtres met en parallegravele le filtre et la lumiegravere coloreacutee pour que le lien entre les deux

pheacutenomegravenes soit fait

Activiteacute 42 (25 min)

Objectif speacutecifique agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy Formuler une hypothegravese sur les couleurs des objets vus sous une lumiegravere coloreacutee Mateacuteriel

Feuilles blanches et coloreacutees

Peinture de couleurs

Journaux de protection

2 pinceaux par groupe

Gobelet drsquoeau

Palettes assiettes ou berlingot deacutecoupeacute en 2 pour mettre la peinture

6 lumiegraveres coloreacutees (rouge verte bleue magenta cyan et jaune)

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Deacuteroulement amp Indication pour les enseignants

a) Ils scheacutematisent le pheacutenomegravene et remplissent le tableau Lrsquoideacutee est drsquoeacutecrire les mots avec la mecircme peinture utiliseacutee durant lrsquoactiviteacute 21 ce qui leur permettrait de faire un lien Les eacutelegraveves se rendront peu agrave peu compte que la peinture agit comme un filtre

b) Avant le cours lenseignant associe une lumiegravere coloreacutee agrave une couleur pour le mot et une couleur de feuille et preacutepare une table proteacutegeacutee pour la peinture

c) Lrsquoactiviteacute se fait par groupe heacuteteacuterogegravene de 3 personnes formeacutes par lrsquoenseignant Chaque groupe possegravede 6 dispositifs eacutemettant des lumiegraveres coloreacutees agrave la lumiegravere desquels ils observeront les deux mots coloreacutes sur leur feuille respective

d) Les eacutelegravevent commencent lrsquoactiviteacute en venant chercher sur la table pour la peinture les 2 couleurs voulues les disposent dans leur palette prennent la feuille correspondante et 2 pinceaux et se dirigent vers les tables preacutepareacutees pour la peinture

e) Ils eacutecrivent les 2 mots avec la peinture puis rejoignent leur place f) Ils remplissent la premiegravere ligne du tableau g) Puis ils inscrivent leur hypothegravese au crayon agrave papier et en petit dans les cases

correspondantes Ils ont la possibiliteacute de prendre une feuille de brouillon pour dessiner les modegraveles

h) Puis lrsquoenseignant distribue les dispositifs eacutemettant les lumiegraveres coloreacutees pour que les eacutelegraveves puissent eacuteclairer leurs mots et observer le reacutesultat qursquoils notent agrave la plumestylo

i) Les hypothegraveses mecircme erroneacutees sont laisseacutees inscrites dans le tableau pour que lrsquoeacutelegraveve puisse comparer les deux et comprendre le pheacutenomegravene (conflit)

Activiteacute 43 (20 min)

Objectifs speacutecifiques agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy Modeacuteliser agrave lrsquoaide drsquoun scheacutema et de codes la reacutefraction et labsorption de la lumiegravere sur un objet

-shy Retrouver agrave partir de la couleur refleacuteteacutee et la lumiegravere coloreacutee projeteacutee et le filtre utiliseacute Mateacuteriel

pas de mateacuteriel particulier mis agrave part le fichier de lrsquoeacutelegraveve

Deacuteroulement

a) Lrsquoactiviteacute 43 qui permet de voir si les eacutelegraveves ont compris leur demande de reacutefleacutechir en partant des observations pour trouver la situation initiale

b) Le travail est agrave reacutealiser individuellement les eacutelegraveves regardent les diffeacuterents drapeaux modeacutelisent les diffeacuterentes situations et notent leur deacuteductions

c) Lrsquoenseignant reste agrave disposition et passe dans les bancs

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Indications pour lrsquoenseignant

Obstacles ne pas faire le lien que crsquoest la deacutemarche vue preacuteceacutedemment mais agrave lrsquoenvers

Erreurs possibles ne pas trouver le bon filtre agrave cause du noir ne pas repreacutesenter juste le scheacutema de modeacutelisation

Relances faire reacutefeacuterence au tableau reacutecapitulatif de la fiche theacuteorique faire reacutefeacuterence au modegravele du scheacutema en couleur dans la fiche theacuteorique

Institutionnalisation activiteacute 4

Explication de la modeacutelisation de la reacuteflection de la lumiegravere coloreacutee par une marche agrave suivre lors de la correction de lrsquoexercice des drapeaux sous forme drsquoun ldquoje retiensrdquo

Un cours de reacutevision avec les fiches de synthegravese suivra ces seacuteances drsquoactiviteacutes

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

3 Documents Les diffeacuterents documents utiliseacutes dans cette seacutequence sont preacutesenteacutes ci-shydessous

Parmi eux

Fiches drsquoactiviteacutes pour eacutelegraveves et avec correction

Fiches theacuteoriques de synthegravese

Evaluation pour eacutelegraveves et avec correction

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Documents des eacutelegraveves Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs Chapitre 2 Couleurs peintures couleurs lumiegraveres Activiteacute 21 1) Tu as agrave disposition des pinceaux et de la peinture Tu te

souviens peut-shyecirctre de tes cours drsquoarts visuels qursquoil existe des

couleurs primaires qui permettent par leur meacutelange drsquoobtenir

drsquoautres couleurs Mais elles-shymecircmes ne srsquoobtiennent par aucun

meacutelange Te souviens-shytu des combinaisons de couleurs qursquoil faut

meacutelanger pour obtenir une couleur souhaiteacutee

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du vert

__________________________________________

Image httpsfrdreamstimecom Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du rouge

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du bleu

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du noir

__________________________________________

Activiteacute 22 Lrsquoenseignant a installeacute trois projecteurs de couleur un rouge un vert un bleu ainsi

qursquoun eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-shydessous

Image MER

Quelle couleur va-shyt-shyon observer sur lrsquoeacutecran si lrsquoon allume deux par deux les projecteurs

et que lrsquoon superpose leurs lumiegraveres Et si lrsquoon allume les trois projecteurs Remplis le

tableau ci-shydessous drsquoabord avec tes hypothegraveses concernant la couleur obtenue sur

lrsquoeacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Meacutelange de lumiegraveres Couleur obtenue ton hypothegravese

Couleur observeacutee

vert et bleu

vert et rouge

bleu et rouge

vert bleu et rouge

a) Quelles diffeacuterences constates-shytu entre les meacutelanges de lrsquoactiviteacute 1 et ceux de lrsquoactiviteacute

2

______________________________________________________________________

b) Qursquoa-shyt-shyon meacutelangeacute dans chaque cas

______________________________________________________________________

c) Le reacutesultat du meacutelange des lumiegraveres verte bleue et rouge te rappelle-shyt-shyil quelque

chose Que peux-shytu en deacuteduire

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

d) A lrsquoaide de couleurs scheacutematise ci-shydessous les superpositions observeacutees sur lrsquoeacutecran

blanc

Activiteacute 23 Et comment obtenir drsquo‛autres couleurs 1) Tu as vu lors de lrsquoactiviteacute preacuteceacutedente que si lrsquoon superpose trois lumiegraveres de couleurs

RVB on perccediloit du blanc Mais de quelle maniegravere peut-shyon percevoir nrsquoimporte quelle

autre couleur

Familiarise-shytoi avec le logiciel en ligne suivant

httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additive

htm

Puis reacuteponds aux questions suivantes

Par quelles manipulations obtiens-shytu du orange

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du rose

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du vert olive

______________________________________________________________________

Que constates-shytu

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

2) Chaque groupe a agrave sa disposition une loupe binoculaire Deacutepose un smartphone

allumeacute eacutecran vers le haut sous lrsquoobjectif Vise une zone blanche de lrsquoeacutecran puis regravegle la

netteteacute Qursquoobserves-shytu

Observations

Comment expliques-shytu ce pheacutenomegravene

Documents des eacutelegraveves Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs Chapitre 2 Couleurs peintures couleurs lumiegraveres (corrigeacute) Activiteacute 21 1) Tu as agrave disposition des pinceaux et de la peinture Tu te

souviens peut-shyecirctre de tes cours drsquoarts visuels qursquoil existe des

couleurs primaires qui permettent par leur meacutelange drsquoobtenir

drsquoautres couleurs Mais elles-shymecircmes ne srsquoobtiennent par aucun

meacutelange Te souviens-shytu des combinaisons de couleurs qursquoil faut

meacutelanger pour obtenir une couleur souhaiteacutee

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du vert

__________________________________________

Image httpsfrdreamstimecom Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du rouge

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du bleu

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du noir

__________________________________________

Activiteacute 22 Lrsquoenseignant a installeacute trois projecteurs de couleur un rouge un vert un bleu ainsi

qursquoun eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-shydessous

Image MER

Quelle couleur va-shyt-shyon observer sur lrsquoeacutecran si lrsquoon allume deux par deux les projecteurs

et que lrsquoon superpose leurs lumiegraveres Et si lrsquoon allume les trois projecteurs Remplis le

tableau ci-shydessous drsquoabord avec tes hypothegraveses concernant la couleur obtenue sur

lrsquoeacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Meacutelange de lumiegraveres Couleur obtenue ton hypothegravese

Couleur observeacutee

vert et bleu (cyan)

vert et rouge (jaune)

bleu et rouge (magenta)

vert bleu et rouge (blanc)

a) Quelles diffeacuterences constates-shytu entre les meacutelanges de lrsquoactiviteacute 1 et ceux de lrsquoactiviteacute

2

______________________________________________________________________

Les couleurs obtenues ne sont pas les mecircmes qursquoen peinture

b) Qursquoa-shyt-shyon meacutelangeacute dans chaque cas

______________________________________________________________________

Dans le premier cas on a de la matiegravere (de la peinture) dans le deuxiegraveme cas on a de la

lumiegravere

c) Le reacutesultat du meacutelange des lumiegraveres verte bleue et rouge te rappelle-shyt-shyil quelque

chose Que peux-shytu en deacuteduire

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

Le fait que la lumiegravere blanche est composeacutee de lrsquoensemble des couleurs (cf expeacuterience

du prisme) Ici lrsquoexpeacuterience concerne la superposition de lumiegraveres coloreacutees et on observe

que lrsquoaddition des lumiegraveres rouge verte et bleue donne du blanc Cela srsquoappelle le modegravele trichromique

d) A lrsquoaide de couleurs scheacutematise ci-shydessous les superpositions observeacutees sur lrsquoeacutecran

blanc

Activiteacute 23 Et comment obtenir drsquo‛autres couleurs 1) Tu as vu lors de lrsquoactiviteacute preacuteceacutedente que si lrsquoon superpose trois lumiegraveres de couleurs

RVB on perccediloit du blanc Mais de quelle maniegravere peut-shyon percevoir nrsquoimporte quelle

autre couleur

Familiarise-shytoi avec le logiciel en ligne suivant

httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additive

htm

Puis reacuteponds aux questions suivantes

Par quelles manipulations obtiens-shytu du orange (selon eacutelegraveves)

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du rose (selon eacutelegraveves)

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du vert olive (selon eacutelegraveves)

______________________________________________________________________

Que constates-shytu

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

Un jeu de dosage entre les trois couleurs RVB permet drsquoobtenir toutes les diffeacuterentes

couleurs imaginables Les trois lumiegraveres superposeacutees et en dosage eacutequivalent donnent

une lumiegravere blanche crsquoest agrave dire la totaliteacute des couleurs On appelle cela la synthegravese additive

2) Chaque groupe a agrave sa disposition un microscope Deacutepose un smartphone allumeacute

eacutecran vers le haut sous lrsquoobjectif Vise une zone blanche de lrsquoeacutecran puis regravegle la netteteacute

Qursquoobserves-shytu

Observations

(Preacutesences de pixels lumiegraveres RVB)

Comment expliques-shytu ce pheacutenomegravene

(synthegravese effectueacutee par le cerveau)

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 3 Que devient la lumiegravere lorsqursquo‛elle traverse un filtre

Activiteacute 31 les lumiegraveres et filtres coloreacutes

Tu as appris lors du dernier cours que lrsquo‛on pouvait ldquoadditionnerrdquo des lumiegraveres coloreacutees

pour obtenir de nouvelles couleurs Nous pouvons modeacuteliser la lumiegravere blanche ainsi

Nous allons deacutecouvrir aujourdrsquo‛hui comment on peut ldquosoustrairerdquo des lumiegraveres coloreacutees

1) Lrsquo‛enseignant a installeacute trois filtres de couleur un rouge un vert un bleu ainsi qursquo‛un

eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-dessous

Image MER

Quelle couleur va-t-on observer sur lrsquo‛eacutecran si lrsquo‛on allume un par un les projecteurs

Remplis le tableau ci-dessous premiegraverement avec tes hypothegraveses concernant la couleur

obtenue sur lrsquo‛eacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Filtre traverseacute par la

lumiegravere blanche

Couleur obtenue ton

hypothegravese

Couleur observeacutee

Filtre bleu

Filtre rouge

Filtre vert

2) Selon toi quel est le rocircle du filtre coloreacute

_______________________________________________________________

3) Repreacutesente par un scheacutema le passage drsquo‛une lumiegravere blanche agrave travers un filtre rouge

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

4) Et quelle couleur observera-t-on si la lumiegravere blanche passe agrave travers un filtre rouge

puis agrave travers un filtre bleu Formule une hypothegravese puis applique ton modegravele

Hypothegravese __________________________________

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

Activiteacute 32 Qursquo‛obtient-on avec drsquo‛autres filtres

a) Tu disposes maintenant drsquo‛une lampe diffusant de la lumiegravere blanche et de filtres

cyan magenta et jaune Manipule-les les uns apregraves les autres puis en les superposant

pour deacutecouvrir leurs effets sur la lumiegravere blanche

b) A lrsquo‛aide de couleurs et en trsquo‛appuyant sur tes observations scheacutematise ci-dessous

lrsquo‛action des filtres sur une lumiegravere blanche

Activiteacute 33 Deux synthegraveses Similitudes et diffeacuterences

a) Utilise ce logiciel pour comparer les synthegraveses additive et soustractive

httpwwwostralonet3_animationsswfsynthese_couleursswf

a) Quelles similitudes observes-tu entre les synthegraveses additive et soustractive

________________________________________________________________

d) Et quelles diffeacuterences

_______________________________________________________________

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 3 Que devient la lumiegravere lorsqursquo‛elle traverse un filtre

(corrigeacute)

Activiteacute 31 les lumiegraveres et filtres coloreacutes

Tu as appris lors du dernier cours que lrsquo‛on pouvait ldquoadditionnerrdquo des lumiegraveres coloreacutees

pour obtenir de nouvelles couleurs Nous pouvons modeacuteliser la lumiegravere blanche ainsi

Nous allons deacutecouvrir aujourdrsquo‛hui comment on peut ldquosoustrairerdquo des lumiegraveres coloreacutees

1) Lrsquo‛enseignant a installeacute trois filtres de couleur un rouge un vert un bleu ainsi qursquo‛un

eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-dessous

Image MER

Quelle couleur va-t-on observer sur lrsquo‛eacutecran si lrsquo‛on allume un par un les projecteurs

Remplis le tableau ci-dessous premiegraverement avec tes hypothegraveses concernant la couleur

obtenue sur lrsquo‛eacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Filtre traverseacute par la

lumiegravere blanche

Couleur obtenue ton

hypothegravese

Couleur observeacutee

Filtre bleu bleu

Filtre rouge rouge

Filtre vert vert

2) Selon toi quel est le rocircle du filtre coloreacute

_______________________________________________________________

Un filtre coloreacute ne transmet que les rayons de sa couleur et absorbe les autres

3) Repreacutesente par un scheacutema le passage drsquo‛une lumiegravere blanche agrave travers un filtre rouge

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

4) Et quelle couleur observera-t-on si la lumiegravere blanche passe agrave travers un filtre rouge

puis agrave travers un filtre bleu Formule une hypothegravese puis applique ton modegravele

Hypothegravese __________________________________

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

Activiteacute 32 Qursquo‛obtient-on avec drsquo‛autres filtres

a) Tu disposes maintenant drsquo‛une lampe diffusant de la lumiegravere blanche et de filtres

cyan magenta et jaune Manipule-les les uns apregraves les autres puis en les superposant

pour deacutecouvrir leurs effets sur la lumiegravere blanche

b) A lrsquo‛aide de couleurs et en trsquo‛appuyant sur tes observations scheacutematise ci-dessous

lrsquo‛action des filtres sur une lumiegravere blanche

Pex 1 Magenta 2 Jaune 3 Cyan 4 Rouge 5 Vert 6 Bleu 7 Noir

Activiteacute 33 Deux synthegraveses Similitudes et diffeacuterences

a) Utilise ce logiciel pour comparer les synthegraveses additive et soustractive

httpwwwostralonet3_animationsswfsynthese_couleursswf

a) Quelles similitudes observes-tu entre les synthegraveses additive et soustractive

________________________________________________________________

Les mecircmes triplets de couleurs sont preacutesents dans les deux synthegraveses (RVB - CMJ)

d) Et quelles diffeacuterences

________________________________________________________________

1 Les couleurs primaires de lrsquo‛un sont les couleurs compleacutementaires de lrsquo‛autre

2 Lrsquo‛addition des lumiegraveres coloreacutees rouge verte et bleue donne du blanc la

soustraction totale par des filtres cyan magenta et jaune donne du noir

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 4 Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Rappel

1 Nous pouvons reacutesumer la composition de la lumiegravere blanche aux 3 couleurs primaires le rouge le vert et le bleu Ce sont des couleurs qui ne peuvent pas ecirctre creacuteeacutees Ce sont elles qui composent les autres couleurs Crsquo‛est agrave dire qursquo‛en les meacutelangeant on peut obtenir les autres couleurs le cyan est composeacute du bleu et du vert le magenta est composeacute du bleu et du rouge et le jaune est composeacute du vert et du rouge

Theacuteorie

Le sujet que nous allons traiter aujourdrsquo‛hui concerne la couleur de lrsquo‛objet Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Formule une hypothegravese ____________________________________________

Observe la photo projeteacutee par lrsquo‛enseignant

Que retiens-tu de cette photo _______________________________________________________________ La lumiegravere coloreacutee qui est refleacuteteacutee par un objet correspond agrave la lumiegravere non absorbeacutee

Ici toutes les lumiegraveres coloreacutees sont absorbeacutees sauf le bleu qui lui est refleacuteteacute La couleur propre de lrsquo‛objet sera le bleu

En effet un objet absorbe ou reflegravete diffeacuterentes lumiegraveres coloreacutees Crsquo‛est cette lumiegravere coloreacutee refleacuteteacutee que nous verrons

Activiteacute 41

Reacuteponds agrave ces diffeacuterentes questions dans le tableau ci-dessous De quelle couleur verras-tu cet objet Confronte ton ideacutee avec ton voisin De quelle couleur le vois-tu reacuteellement

Couleur de lrsquo‛objet

Couleur de la lumiegravere

Hypothegravese formuleacutee

Observation

rouge Magenta

cyan Vert

jaune Bleu

Par quel pheacutenomegravene peut-on observer ce changement de couleur ___________________________________

Quelle deacuteductions peux-tu faire _________________________________________________________________

Activiteacute 42

Marche agrave suivre

1 Eacutecris sur une feuille blanche le nom des 2 couleurs que ton enseignant te donne avec la peinture qui y correspond

2 Pendant que ces mots segravechent remplis les colonnes ldquocouleur du mot 1rdquo et ldquocouleur du mot 2rdquo et ldquocouleur de la feuillerdquo agrave la lumiegravere blanche

3 Formule tes hypothegraveses note-les au crayon agrave papier en petit 4 Eacuteclaire tes mots agrave lrsquo‛aide de lumiegraveres coloreacutees 5 Note tes observations

Lumiegravere coloreacutee

Couleur du mot 1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur du mot 2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur de la feuille helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Blanche

Rouge

Verte

Bleue

Magenta

Cyan

Jaune

Activiteacute 43

Tu observes un drapeau eacuteclaireacute par une lumiegravere blanche Puis tu observes ce mecircme drapeau eacuteclaireacute par deux lumiegraveres coloreacutees diffeacuterentes Trouve la lumiegravere coloreacutee utiliseacutee dans chaque cas et justifie ta reacuteponse par la modeacutelisation vue preacuteceacutedemment

Lumiegravere blanche Lumiegravere coloreacutee 1 Lumiegravere coloreacutee 2

De quelle couleur est la premiegravere lumiegravere coloreacutee ___________________________

Modeacutelisation 1

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________

Modeacutelisation 2

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 4 Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur (corrigeacute) Rappel

2 Nous pouvons reacutesumer la composition de la lumiegravere blanche aux 3 couleurs primaires le rouge le vert et le bleu Ce sont des couleurs qui ne peuvent pas ecirctre creacuteeacutees Ce sont elles qui composent les autres couleurs Crsquo‛est agrave dire qursquo‛en les meacutelangeant on peut obtenir les autres couleurs le cyan est composeacute du bleu et du vert le magenta est composeacute du bleu et du rouge et le jaune est composeacute du vert et du rouge

Theacuteorie

Le sujet que nous allons traiter aujourdrsquo‛hui concerne la couleur de lrsquo‛objet Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Formule une hypothegravese ____________________________________________ Projeter cette image elle napparaicirct pas dans le cours de lrsquo‛eacutelegraveve

Que retiens-tu de cette photo _______________________________________________________________ La lumiegravere coloreacutee qui est refleacuteteacutee par un objet correspond agrave la lumiegravere non absorbeacutee

Ici toutes les lumiegraveres coloreacutees sont absorbeacutees sauf le bleu qui lui est refleacuteteacute La couleur propre de lrsquo‛objet sera le bleu

En effet un objet absorbe ou reflegravete diffeacuterentes lumiegraveres coloreacutees Crsquo‛est cette lumiegravere coloreacutee refleacuteteacutee que nous verrons

Activiteacute 41

Reacuteponds agrave ces diffeacuterentes questions dans le tableau ci-dessous De quelle couleur penses-tu que tu verras cet objet Confronte ton ideacutee avec ton voisin De quelle couleur le vois-tu reacuteellement

Couleur de lrsquo‛objet

Couleur de la lumiegravere

Hypothegravese formuleacutee

Observation

rouge Magenta (rouge)

cyan Vert (vert)

jaune Bleu (noir)

Par quel pheacutenomegravene peut-on observer ce changement de couleur ___________________________________ (synthegravese soustractive)

Quelle deacuteductions peux-tu faire (fonctionne comme un filtre) _________________________________________________________________

Activiteacute 42

Marche agrave suivre

6 Eacutecris sur une feuille blanche le nom des 2 couleurs que ton enseignant te donne avec la peinture qui y correspond

7 Pendant que ces mots segravechent remplis les colonnes ldquocouleur du mot 1rdquo et ldquocouleur du mot 2rdquo et ldquocouleur de la feuillerdquo agrave la lumiegravere blanche

8 Formule tes hypothegraveses note-les au crayon agrave papier en petit 9 Eacuteclaire tes mots agrave lrsquo‛aide de lumiegraveres coloreacutees 10 Note tes observations

Lumiegravere coloreacutee

Couleur du mot 1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur du mot 2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur de la feuille helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Blanche

Rouge

Verte

Bleue

Magenta

Cyan

Jaune

Activiteacute 43

Tu observes un drapeau eacuteclaireacute par une lumiegravere blanche Puis tu observes ce mecircme drapeau eacuteclaireacute par deux lumiegraveres coloreacutees diffeacuterentes Trouve la lumiegravere coloreacutee utiliseacutee dans chaque cas et justifie ta reacuteponse par la modeacutelisation vue preacuteceacutedemment

Lumiegravere blanche Lumiegravere coloreacutee 1 Lumiegravere coloreacutee 2

De quelle couleur est la premiegravere lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Bleu)

Modeacutelisation 1

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Vert)

Modeacutelisation 2

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Fiches de synthegravese Les couleurs Activiteacute 2 Reacutesumeacute theacuteorique pour les eacutelegraveves Le modegravele trichromique et la synthegravese additive des couleurs La couleur nrsquo‛existe pas sans lumiegravere et lrsquo‛on peut dire que lrsquo‛on perccediloit le monde gracircce aux meacutelanges de ces couleurs qui correspondent aux diffeacuterentes composantes de la lumiegravere Lorsque lrsquo‛on parle de la perception des couleurs on srsquo‛aperccediloit que seules trois lumiegraveres primaires de couleurs rouge vert et bleu sont neacutecessaires pour obtenir la sensation de toutes les autres couleurs Cette maniegravere de modeacuteliser la perception des couleurs est ce qursquo‛on appelle le modegravele trichromique (lsquorsquo‛trois couleursrsquo‛rsquo‛) Dans cette repreacutesentation toutes les autres lumiegraveres coloreacutees sont perccedilues par superposition des trois lumiegraveres rouge verte et bleue La superposition simultaneacutee et en dosage identique des trois couleurs donne de la lumiegravere blanche Le noir correspond agrave une absence de lumiegravere

Illustration du modegravele

Image MER

Lrsquo‛image montre trois projecteurs de lumiegraveres rouge verte et bleue eacuteclairant une table blanche Si les trois couleurs sont projeteacutees en intensiteacute identique nous obtenons par superposition trois autres couleurs le cyan le magenta et le jaune Les couleurs primaires et les couleurs obtenues sont codeacutees sur lrsquo‛image puis reacutecapituleacutees dans le tableau ci-dessous

Image MER

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Si nous modifions le dosage des couleurs eacuteleacutementaires il est possible drsquo‛obtenir toutes les couleurs imaginables Le pheacutenomegravene de perception des couleurs par superposition des trois couleurs primaires se nomme synthegravese additive les couleurs sont additionneacutees entre elles pour permettre la synthegravese drsquo‛autres couleurs

Drsquo‛ailleurs si lrsquo‛on observe au microscope un eacutecran blanc de smartphone ou drsquo‛ordinateur on remarque qursquo‛il est en fait constitueacute drsquo‛un grand nombre de minuscules rectangles de lumiegraveres rouge verte et bleue (voir image ci-contre) Crsquo‛est justement par un jeu de dosage de chacune de ces lumiegraveres que lrsquo‛on perccediloit les diffeacuterentes couleurs sur nos eacutecrans

Pourquoi un modegravele sur trois couleurs La raison pour laquelle les scientifiques ont construit ce modegravele sur trois couleurs est directement lieacutee agrave la structure de notre œil En effet ce dernier contient des cellules sensibles agrave la lumiegravere que lrsquo‛on appelle cocircnes et bacirctonnets Alors que les bacirctonnets perccediloivent les intensiteacutes de lumiegravere les cocircnes nous permettent de percevoir les couleurs Cependant ils ne sont sensibles qursquo‛agrave certaines composantes de la lumiegravere blanche celles correspondant justement aux couleurs rouge vert et bleu Lorsque lrsquo‛on regarde un objet notre cerveau analyse le dosage de chacune de ces composantes perccedilues par notre œil et en interpregravete ainsi la couleur de lrsquo‛objet

Qursquo‛est-ce que le daltonisme Certaines personnes preacutesentent une anomalie de la vision qui les empecircche de distinguer certaines couleurs Drsquo‛origine geacuteneacutetique ce trouble est ducirc agrave un dysfonctionnement des cocircnes preacutesents dans la reacutetine Bien que la plupart des personnes daltoniennes aient de la peine agrave distinguer le vert du rouge drsquo‛autres ne distinguent pas drsquo‛autres couleurs Dans certaines formes de daltonisme le monde est perccedilu par la personne atteinte en teintes de gris

Sciences naturelles Optique synthegravese soustractive et additive

La synthegravese additive est le proceacutedeacute gracircce

auquel en combinant les couleurs

___________ ___________ et ___________

on obtient du blanc

On la retrouve lorsque lrsquoon meacutelange des

lumiegraveres coloreacutees composeacutees de ces 3 couleurs

diffeacuterentes car les laquo additionner raquo donne la

lumiegravere blanche

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon exploite aujourdrsquohui

pour les teacuteleacuteviseurs ou tout eacutecran composeacute de

pixels

La synthegravese soustractive consiste agrave soustraire

les couleurs de la lumiegravere blanche (RVB) agrave

travers des filtres de couleurs ___________

___________ et ___________ qui absorbent la

totaliteacute des couleurs de la lumiegravere blanche pour

un rendu noir au final (absence de lumiegravere)

Lrsquo __________________ des 3 couleurs donne

le ____________

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon retrouve par exemple en

meacutelangeant de la peinture notamment en

imprimerie

Sciences naturelles Optique les filtres

Qursquoest-shyce qursquoun filtre coloreacute et comment fonctionne-shyt-shyil

Un filtre est un dispositif qui permet de filtrer la lumiegravere de laisser passer certains rayons

lumineux et drsquoen absorber drsquoautres

Pour savoir quelles lumiegravere coloreacutees le filtre laisse passer il faut lrsquoobserver agrave la lumiegravere

blanche

Le filtre laissera alors passer uniquement les rayons lumineux de sa couleur propre

Par exemple

Un filtre vert laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee verte

Un filtre magenta laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee magenta crsquoest agrave dire les rayons rouge et bleu

Pour connaicirctre la lumiegravere coloreacutee qui ldquosortrdquo du filtre il faut donc

deacutecomposer la lumiegravere qui arrive sur ce filtre et en soustraire les

rayons qui sont absorbeacutes par le filtre On se reacutefegravere alors au modegravele de

la synthegravese soustractive

Image httpswww123couleursfrboutique-shy1filtres-shycolorC3A9s

Tableau reacutecapitulatif

Sciences naturelles Optique les filtres

Modeacutelisation

Nous pouvons modeacuteliser lrsquoaction drsquoun filtre

1 Noter la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur le filtre

2 Deacutecomposer la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur filtre et la coder (en RVB)

3 Repreacutesenter le filtre et coder les rayons absorbeacutes par le filtre 4 Prolonger les rayons lumineux coloreacutes que le filtre laisse passer et les coder (en RVB)

5 Noter la lumiegravere coloreacutee qui sort du filtre

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre magenta sur la lumiegravere blanche

Lorsque plusieurs filtres sont superposeacutes ou aligneacutes il faut modeacuteliser lrsquoaction du premier filtre

sur la lumiegravere projeteacutee puis lrsquoaction du deuxiegraveme filtre sur la lumiegravere qui sort du premier filtre

etc

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre cyan puis drsquoun filtre vert sur la lumiegravere jaune

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

De quelle couleur apparaicirctra un objet de couleur eacuteclaireacute par une lumiegravere coloreacutee

Il y 3 cas

1) Un objet de couleur blanche renvoie toutes les couleurs il apparaicirctra de la couleur eacuteclaireacutee

2) Un objet de couleur noire absorbe toutes les couleurs Peu importe la couleur avec laquelle

lrsquoobjet est eacuteclaireacute lrsquoobjet apparaicirct de couleur noire

3) Pour un objet de couleur il suffit de deacutecomposer les couleurs secondaires par exemple

Jrsquoai un objet jaune

Je lui projette une lumiegravere magenta

Or jaune = rouge + vert

et magenta = bleu + rouge

Le rouge est commun au jaune et au magenta donc lrsquoobjet paraicirctra rouge

En revanche si la lumiegravere est bleue comme il nrsquoy a pas de bleu dans le jaune lrsquoobjet paraicirctra

noir

1

Tableau reacutecapitulatif

1 httpscommunitygoodgamestudioscombigfarmfrdiscussion51685langage-shy‐des-shy‐couleurs

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

Modegravele de reacuteponse

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

______

______

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

______

______

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation avec propositions

de reacuteponses)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

(rouge vert bleu Nous percevons les diffeacuterentes couleurs agrave partir de ces trois couleurs) ________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

(Explication relative aux cocircnes et bacirctonnets de lrsquo‛oeil)

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Corrigeacute vert bleu blanc cyan

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________ (vert)

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________ (bleu)

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________ (aucunenoir)

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

(selon modegravele eacutetudieacute)

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

(les deux selon que lrsquo‛on parle de synthegravese additive ou soustractive)

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

Bleu

______

Bleu

______

Noir

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________ (lumiegravere rouge)

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

Noir

______

Rouge

______

Rouge

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

(Bleu)

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

(selon modegravele eacutetudieacute)

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

(Explication citant la synthegravese soustractive et lrsquo‛effet des lumiegraveres coloreacutees

concerneacutees sur le haut du cambrioleur)

Evaluation - Analyse

Ce commentaire comprend les diffeacuterents objectifs eacutevalueacutes ainsi que ce qui est attendu

preacuteciseacutement des eacutelegraveves et les niveaux taxonomiques correspondants

Ce sont des pistes drsquo‛eacutevaluation qui sont ici proposeacutees non une eacutevaluation suivie

Exercice 1

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- Mettre en lien des notions theacuteoriques apprises en cours (cocircnes et

bacirctonnets de lrsquo‛oeil) avec drsquo‛autres (synthegravese additive)

Lrsquo‛eacutevaluation deacutebute par deux questions au niveau taxonomique peu eacuteleveacute La

premiegravere de lrsquo‛ordre de la compreacutehension demande aux eacutelegraveves de restituer une

connaissance de base agrave lrsquo‛aide de leurs propres mots La deuxiegraveme propose de

tester les connaissances theacuteoriques des eacutelegraveves en veacuterifiant que des liens entre

deux notions aient eacuteteacute faits

Exercice 2

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutedire la couleur perccedilue en fonction des meacutelanges de couleurs RVB

- deacutechiffrer un scheacutema et les codes de la repreacutesentation de la trajectoire

des lumiegraveres coloreacutees

Le deuxiegraveme exercice relegraveve du niveau taxonomique de lrsquo‛application car il

neacutecessite une compreacutehension de la maniegravere de repreacutesenter la lumiegravere (scheacutema de

la trajectoire rectiligne codes de couleurs RVB) et drsquo‛appliquer ce modegravele tout en

utilisant les connaissances des couleurs fondamentales et compleacutementaires de la

synthegravese additive

Exercice 3

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet drsquo‛un filtre sur une lumiegravere coloreacutee agrave lrsquo‛aide des codes

propres agrave lrsquo‛optique

Lrsquo‛exercice 3 relegraveve de lrsquo‛application car les eacutelegraveves se reacutefegraverent agrave la modeacutelisation

eacutetablie durant le cours et au diagramme de Venn de la synthegravese soustractive et

les adaptent aux items preacutesenteacutes

Exercice 4

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- mettre en perspective la distinction entre synthegravese additive et

soustractive en terme de lsquorsquo‛naturersquo‛rsquo‛ de la couleur (couleurs matiegraveres vs

couleurs lumiegraveres)

Cet exercice requiert des eacutelegraveves qursquo‛ils mobilisent leur faculteacute drsquo‛analyse (niveau

taxonomique plutocirct eacuteleveacute) pour expliquer les diffeacuterences entre les

repreacutesentations de la couleur en arts visuels et en physique Le but est qursquo‛ils

reconnaissent qursquo‛il srsquo‛agit dans le premier cas de la synthegravese soustractive et dans

le second cas de la synthegravese additive

Exercice 5

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutevoir la couleur perccedilue drsquo‛un objet en fonction des lumiegraveres coloreacutees

projeteacutees et coder le pheacutenomegravene

Les eacutelegraveves appliquent la modeacutelisation drsquo‛une lumiegravere coloreacutee sur un objet coloreacute

pour deacuteterminer la couleur perccedilue du drapeau franccedilais Cette question fait

reacutefeacuterence agrave un niveau taxonomique bas Puis ils trouvent la lumiegravere coloreacutee qui

permet de voir les deux drapeaux preacutesenteacutes de la mecircme couleur Ils trouveront

cette reacuteponse en modeacutelisant les lumiegraveres coloreacutees sur lrsquo‛objet de couleur

Plusieurs scheacutemas sont neacutecessaires pour trouver la reacuteponse Crsquo‛est une question

taxonomiquement haute qui demande aux eacutelegraveves de faire une synthegravese

Exercice 6

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet de la lumiegravere coloreacutee sur un objet et en deacuteduire la

couleur perccedilue

- justifier sa reacuteponse avec des mots en faisant la synthegravese des diffeacuterents

concepts vus dans la seacutequence de cours

Les eacutelegraveves doivent comprendre ce qursquo‛ils lisent et deacuteterminer la couleur propre du

haut du cambrioleur Cette question est taxonomiquement haute elle demande de

lrsquo‛analyse Puis ils justifient leur reacuteponse par le modegravele de lrsquo‛effet de la lumiegravere

coloreacutee sur un objet Cette question est drsquo‛un niveau taxonomique infeacuterieur

drsquo‛application Finalement ils deacuteterminent pourquoi la description de la jeune fille

ne correspond pas agrave la couleur propre en faisant le lien avec la synthegravese

soustractive demandant un niveau taxonomiquement tregraves eacuteleveacute la synthegravese

Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

4 Argumentation scientifique Nous avons choisi de construire notre seacutequence de cours de maniegravere agrave ce qursquoelle srsquoinscrive dans une deacutemarche constructiviste de type piageacutetienne Dans cette deacutemarche lrsquoenseignant anticipe les conceptions erroneacutees que les eacutelegraveves peuvent avoir puis eacutetablit une situation-shyproblegraveme permettant ideacutealement de deacuteconstruire ces repreacutesentations incomplegravetes puis finalement drsquoen construire de nouvelles plus justes Dans ce qui suit nous allons deacutefinir ces diffeacuterents concepts mis en eacutevidence puis expliciter la maniegravere dont nous les avons pris en compte dans notre planification

41 Les conceptions des eacutelegraveves et les situations-shyproblegravemes

411 Deacutefinitions Conception Selon Giordan et al (1994) une conception ou repreacutesentation peut ecirctre consideacutereacutee comme une ideacutee un objet ou un eacutevegravenement qui aide lrsquoeacutelegraveve agrave comprendre le monde qui lrsquoentoure Elle est le fruit de son expeacuterience personnelle dans laquelle il va puiser pour comprendre les nouveaux savoirs que lrsquoon va chercher agrave lui inculquer Elle peut ecirctre consideacutereacutee comme une connaissance ldquodeacutejagrave-shylagraverdquo acquise dans un certain contexte par lrsquoapprenant et qui peut ecirctre correcte ou erroneacutee Les mauvaises conceptions (ou misconception en anglais) peuvent donc ecirctre deacutecrites comme des ideacutees qui proviennent drsquoune mauvaise compreacutehension drsquoobjets ou eacutevegravenements Elles sont issues principalement de lrsquoenvironnement avec lequel lrsquoeacutelegraveve interagit et du contexte dans lequel il se situe mais elles deacutecoulent eacutegalement des systegravemes seacutemiotiques mis en oeuvre Ces derniers sont abordeacutes plus en deacutetail dans ce qui suit Seacutemiologie En seacutemiologie (lrsquoeacutetude des systegravemes de signes) une repreacutesentation (ou un signe) est double elle est doteacutee drsquoun signifiant et drsquoun signifieacute (de Saussure 1916) Le signifiant qui fait lrsquoobjet de la seacutemiologie deacutesigne la forme et laspect du signe tandis que le signifieacute eacutetudieacute dans le cadre de la seacutemantique deacutesigne le concept eacutevoqueacute par le signe A partir du moment ougrave le signe possegravede plusieurs signifieacutes il devient symbole et crsquoest ainsi que les incompreacutehensions peuvent survenir Selon R Duval (1995) le concept de laquo registre seacutemiotique raquo permet de distinguer les repreacutesentations qui relegravevent de diffeacuterents registres ou types visuels numeacuteriques graphiques symboliques formels scheacutematiques etc En didactique ce concept est fondamental car les diffeacuterences de registre au sein drsquoune mecircme repreacutesentation ou drsquoun

67

Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

modegravele peut induire des difficulteacutes de lecture Ils risquent drsquoajouter des difficulteacutes suppleacutementaires en empecircchant les eacutelegraveves de se focaliser sur le problegraveme poseacute par lrsquoactiviteacute et les menant agrave formuler des conclusions diffeacuterentes de celles attendues par lrsquoenseignant Crsquoest pour cela qursquoun choix pertinent de registre seacutemiotique facilite la compreacutehension du concept introduit Dans notre cours un exemple typique que nous pouvons donner est la forte ressemblance des diagrammes de Venn pour les synthegraveses additive et soustractive Dans les deux modegraveles les diagrammes sont communeacutement scheacutematiseacutes sous forme circulaire De plus bien que inverseacutees au niveau de leurs superpositions les mecircmes couleurs sont repreacutesenteacutees dans les deux diagrammes Ces similitudes peuvent rendre la diffeacuterenciation complexe pour les eacutelegraveves Crsquoest pourquoi nous avons estimeacute important drsquoapporter un changement agrave la repreacutesentation de ces diagrammes Ainsi dans lrsquoune de nos fiches de synthegravese nous avons preacutefeacutereacute utiliser des formes rectangulaires plutocirct que circulaires pour repreacutesenter la synthegravese soustractive car cette forme eacutevoque plus fortement le filtre et ainsi lrsquoabsorption de la lumiegravere Cadre de rationaliteacute origine des conceptions En srsquoappuyant sur les travaux de R Douady (1984) A Lerouge (1992) deacutefinit laquo un cadre de rationaliteacuteraquo comme laquoun ensemble coheacuterent de fonctionnement de la penseacuteeraquo caracteacuteriseacute principalement par les composantes suivantes

1 Les objets du cadre dans notre cas il peut srsquoagir de peinture de feuille de papier de lampes de poche de filtres etc

2 Le type de processus de conceptualisation Dans un cadre scientifique il peut srsquoagir drsquoun processus par modeacutelisation ou par expeacuterimentation par exemple

3 Les registres seacutemiotiques que nous avons traiteacutes plus haut Les conceptions des eacutelegraveves et les conflits de perceptions en reacutesultant sont issus des diffeacuterents cadres de rationaliteacute dans lesquels ils eacutevoluent Ce sont les cadres familiers (personnel) et culturels (eacutecole) qui sont responsable de ces conceptions et repreacutesentations mentales tantocirct concourantes tantocirct inexistantes voire erroneacutees Elles se manifestent principalement agrave travers la seacutemiotique Les eacutelegraveves eacuteprouvent de la difficulteacute agrave repreacutesenter des objets issus de registres seacutemiotiques diffeacuterents ou encore agrave simplement les reconnaicirctre Dans le contexte de notre seacutequence sur les couleurs ces cadres de rationaliteacute sont centraux En effet crsquoest dans son quotidien et donc dans son cadre familier que lrsquoeacutelegraveve va deacutecouvrir la notion de couleur notamment par le biais de la peinture ou drsquoobservation drsquoarc-shyen-shyciel Cette deacutecouverte qui a souvent lieu tregraves tocirct dans la vie de lrsquoenfant ne fera pourtant pas pour autant lrsquoobjet de questionnement sur le pheacutenomegravene de perception des couleurs La notion de cadre culturel ou scolaire quand agrave elle peut ecirctre eacutetendue dans notre cas agrave deux sous-shycateacutegories de cadres culturels diffeacuterents qui vont ecirctre agrave lrsquoorigine de conceptions erroneacutees ou incomplegravetes Premiegraverement il y a le cadre que nous appelons laquo arts visuelsraquo et qui a ses propres regravegles de rationaliteacutes Les cours de dessin ou drsquoactiviteacutes creacuteatrices en sont de parfaits exemples car crsquoest dans ce cadre que les eacutelegraveves vont premiegraverement aborder la

68

Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

theacutematique des couleurs primaires et de leurs meacutelanges Mais cette theacutematique est eacutegalement abordeacutee dans le cadre laquophysiqueraquo agrave travers les expeacuteriences de deacutecomposition de la lumiegravere ou de superposition de lumiegraveres coloreacutees Ainsi nous retrouvons trois cadres de rationaliteacute concourants (familier physique arts visuels) dans lesquels les eacutelegraveves eacutevoluent et qui engendrent indubitablement des conceptions erroneacutees sur la lumiegravere et les couleurs puisque les eacutelegraveves ne sont pas ameneacutes agrave les diffeacuterencier dans chacun des cadres Et comme la communication entre les diffeacuterents cadres nrsquoest pas eacutetablie le lien agrave faire entre les diffeacuterentes conceptions issues de ces cadres est agrave la charge de lrsquoeacutelegraveve ce qui repreacutesente une lourde responsabiliteacute dans son apprentissage Astolfi (2008) appelle eacutegalement ces conceptions issues de diffeacuterents cadres des ldquotrames conceptuelles rdquoqui peuvent ecirctre deacutefinies comme ldquoun ensemble de concepts-shycleacutes propres agrave un domaine et logiquement hieacuterarchiseacutes entre eux qui structurent les disciplines et engendrent des situations-shyproblegravemesrdquo Mais encore on verra eacutemerger des problegravemes de contrat didactique dans chacun des cadres lrsquoeacutelegraveve va tenter de donner une reacuteponse qui va satisfaire lrsquoenseignant sans pour autant ecirctre ameneacute agrave confronter ses conceptions

Situation-shyproblegraveme Pour de Vecchi (2006) une situation-shyproblegraveme est une activiteacute qui consiste agrave mettre lrsquoeacutelegraveve dans une situation ougrave il va ecirctre ameneacute agrave eacutelaborer des strateacutegies de reacutesolution de problegraveme Lrsquoun des points cleacutes des situations-shyproblegravemes est qursquoelles eacutetablissent un lien eacutetroit entre les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves En drsquoautres termes une situation-shyproblegraveme est construite de telle sorte que les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave remettre en question des repreacutesentations actuelles qui srsquoavegraverent erroneacutees agrave les deacuteconstruire pour en construire de nouvelles Ainsi dans une deacutemarche de type constructiviste lrsquoeacutelegraveve construit son savoir en renversant ses anciennes conceptions Une situation-shyproblegraveme nrsquoest donc pas une deacutemarche ponctuelle dans laquelle lrsquoeacutelegraveve devra reacutesoudre une liste drsquoexercices teacuteleacuteguideacutee par lrsquoenseignant Ce qui justifie lrsquoefficaciteacute des situations problegravemes est qursquo laquoapprendreraquo ne consiste pas agrave cumuler les savoirs mais agrave en construire et agrave en deacuteconstruire

Une situation-shyproblegraveme doit comprendre plusieurs eacuteleacutements

-shy Un objectif-shyobstacle Pour Meirieu (1987) un objectif-shyobstacle est ldquoun objectif dont lrsquoacquisition permet au sujet de franchir un palier deacutecisif de progression en modifiant son systegraveme de repreacutesentation et en le faisant acceacuteder un niveau supeacuterieur de formulation rdquo Dans notre cas lrsquoeacutelegraveve pense que tous les meacutelanges de 3 couleurs primaires (de peinture ou de lumiegravere) vont donner le mecircme reacutesultat La distinction entre synthegraveses additive et soustractive nrsquoest pas connue des eacutelegraveves De plus projeter de la lumiegravere monochromatique sur un objet drsquoune certaine couleur ne donne pas toujours la mecircme couleur Lrsquoexemple avec le drapeau (activiteacute 4) est parlant

-shy Une situation centreacutee sur cet obstacle prenant en compte une deacutemarche expeacuterimentale ou une deacutemarche de modeacutelisation Dans notre cours les deux deacutemarches sont mises en oeuvre mais notre deacutemarche principale est la modeacutelisation Les eacutelegraveves vont effectivement ecirctre ameneacutes agrave eacutemettre des hypothegraveses manipuler reacutecolter des reacutesultats et les confronter agrave

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leurs hypothegraveses mais il srsquoagit surtout drsquoune deacutemarche de modeacutelisation car les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave creacuteer des scheacutemas dans plusieurs exercices

-shy Une probleacutematisation et la deacutevolution on probleacutematise la conception erroneacutee en introduisant une situation-shyproblegraveme crsquoest-shyagrave-shydire qursquoon construit un problegraveme centreacute sur lrsquoobstacle La surprise face agrave une situation incoheacuterente va intriguer lrsquoeacutelegraveve exciter sa motivation et le pousser agrave vouloir srsquoimpliquer dans le problegraveme ce qui va aider sa deacutevolution Brousseau (1998) qualifie la notion de deacutevolution par le ldquo processus par lequel lenseignant parvient agrave placer leacutelegraveve comme simple actant dans une situation a-shydidactique (agrave modegravele non didactique) Il cherche par lagrave agrave ce que lrsquoaction de lrsquoeacutelegraveve ne soit produite et justifieacutee que par les neacutecessiteacutes du milieu et par ses connaissances et non par lrsquointerpreacutetation des proceacutedeacutes didactiques du professeurrdquo Pour enrocircler les eacutelegraveves et les aider agrave identifier la probleacutematique en met on place une situation deacuteclenchante Dans notre cas lrsquoexemple avec le meacutelange de peinture et de lumiegraveres coloreacutees est un parfait exemple de situation deacuteclenchante car les eacutelegraveves ne sattendent probablement pas par exemple agrave ce que le meacutelange de vert et bleu donne du cyan ou encore qursquoon perccediloive un citron noir lorsque lrsquoon projette de la lumiegravere bleue sur ce celui-shyci

412 La prise en compte des conceptions des eacutelegraveves dans notre seacutequence La theacutematique de la lumiegravere et des couleurs est complexe et comprend de nombreux concepts difficiles agrave assimiler En effet bon nombre de personnes ont des repreacutesentations erroneacutees qui peuvent rester profondeacutement ancreacutees Parmi les conceptions erroneacutees les plus communes on retrouve selon le site internet des MER

La lumiegravere blanche est sans couleur pure quand la lumiegravere blanche passe dans un prisme ou traverse un filtre de la couleur lui est ajouteacutee

La lumiegravere blanche nous permet de voir la vraie couleur des objets laquoMa feuille est blanche parce que je nai pas ajouteacute dautres couleurs agrave celle-shyciraquo

Les couleurs sont lieacutees agrave des proprieacuteteacutes de lrsquoobjet exclusivement sans reacutefeacuterence agrave la lumiegravere qui eacuteclaire lrsquoobjet Ne dit-shyon pas quun pull est rouge

Confusion entre les couleurs primaires en couleur peinture et en couleur lumiegravere

Dans notre planification nous avons anticipeacute ces conceptions et avons construit notre cours de maniegravere agrave ce qursquoelles soient mises en eacutevidence le plus tocirct possible afin de tenter de les deacuteconstruire agrave travers nos activiteacutes

Ainsi degraves deacutebut de lrsquoactiviteacute 2 les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave une situation-shyproblegraveme dans laquelle ils comprennent qursquoil existe une contradiction entre leur conception de deacutepart sur les meacutelanges de couleurs (issue de leurs cadres de rationaliteacute familier et scolaire lsquorsquoart visuelrsquorsquo) et leurs observations (nouveau cadre lsquorsquophysiquersquorsquo) Crsquoest sur la base de ce conflit cognitif que les diffeacuterentes notions de la seacutequence pourront ecirctre abordeacutees Les autres conceptions sont mises en eacutevidence puis deacuteconstruites agrave travers les diffeacuterentes activiteacutes Par exemple les

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activiteacutes du chapitre 3 permettent de montrer que la lumiegravere blanche nrsquoest pas pure mais qursquoelle est composeacutee de toutes les couleurs et ce gracircce agrave lrsquoobservation des objets agrave la lumiegravere blanche puis agrave travers un filtre

De plus lrsquoactiviteacute 3 srsquoarticule autour drsquoune conception erroneacutee repeacutereacutee dans certaines classes Bon nombre drsquoeacutelegraveves eacutetaient persuadeacutes qursquoun filtre ne laissait pas passer les lumiegraveres de sa couleur propre car crsquoest la couleur dont est perccedilue le filtre Un conflit cognitif est alors provoqueacute afin de deacuteconstruire cette conception les eacutelegraveves observent que la lumiegravere coloreacutee nrsquoest pas absorbeacutee par le filtre mais qursquoelle se propage bien jusqursquoagrave lrsquoeacutecran blanc

En introduction de lrsquoactiviteacute 4 une nouvelle situation-shyproblegraveme est preacutesenteacutee par le biais drsquoune image montrant que la couleur drsquoun objet peut varier en fonction de la lumiegravere coloreacutee par laquelle il est eacuteclaireacute Elle servira agrave provoquer un conflit cognitif chez les eacutelegraveves car cette situation intervient apregraves une phase drsquohypothegravese reacutepondant agrave la question suivante un objet peut-shyil avoir diffeacuterentes couleurs La reacuteponse donneacutee par lrsquoimage contredira probablement lrsquohypothegravese preacuteceacutedemment formuleacutee et devrait susciter de la curiositeacute chez lrsquoeacutelegraveve et lui donner lrsquoenvie de comprendre le pheacutenomegravene Nous deacutemontrons ensuite tout au long de lrsquoactiviteacute 4 sur les lumiegraveres coloreacutees que crsquoest le pheacutenomegravene drsquoabsorption et de reacuteflection de la lumiegravere qui nous permet de voir la couleur des objets et non pas la lumiegravere blanche Crsquoest donc par le biais de ces deacuteconstructions successives de conceptions que lrsquoenseignant peut guider les eacutelegraveves sur la voie de la reacutesolution du problegraveme de lrsquoorigine de ces contradictions dans le but drsquoeacutetablir le lien entre les diffeacuterents cadres de rationaliteacute

42 Modeacutelisation

421 Deacutefinition

Un modegravele est communeacutement deacutefini comme un objet ou un concept qui va permettre de repreacutesenter la reacutealiteacute de diffeacuterentes maniegraveres Bunge (1974) ou encore Martinand (1994) le deacutefinissent eacutegalement comme un moyen permettant de mettre en relation le monde theacuteorique avec le monde empirique Il peut ecirctre consideacutereacute en quelque sorte comme un monde intermeacutediaire ou une sorte de lunette conceptuelle (Halloun 2004) qui va permettre drsquoobserver des pheacutenomegravenes naturels Un modegravele ne constitue pas la reacutealiteacute mais la repreacutesente en simplifiant certains de ses aspects ce qui peut causer des conflits pour les repreacutesentations cognitives chez lrsquoeacutelegraveve

422 La modeacutelisation dans notre seacutequence Dans notre planification la modeacutelisation est centrale afin de conceptualiser des pheacutenomegravenes complexes comme la composition de la lumiegravere et la perception des couleurs Elle est lrsquooutil qui permet drsquoamener les eacutelegraveves agrave se faccedilonner une repreacutesentation de la deacutecomposition de la lumiegravere blanche de labsorption de la lumiegravere agrave travers les filtres et des synthegraveses additive et soustractive des couleurs

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De plus elle constitue un objectif de formation meacutethodologique qui va de pair avec toute formation scientifique Crsquoest pourquoi nous avons inclus la modeacutelisation dans les objectifs drsquoapprentissage Dans la terminologie du PER la modeacutelisation correspond agrave lrsquoobjectif geacuteneacuteral MSN37

bull MSN 1525 mdash Modeacuteliser des pheacutenomegravenes naturels techniques sociaux ou des situations matheacutematiques

bull en imaginant et en utilisant divers outils de repreacutesentation (codes scheacutemas graphiques tableauxhellip)

Lrsquoactiviteacute 2 propose aux eacutelegraveves de reporter les couleurs observeacutees sur trois cercles superposeacutes En les coloriant les eacutelegraveves reacutealisent en reacutealiteacute une forme simple de modeacutelisation par un diagramme de Venn de la synthegravese additive Il nous a sembleacute pertinent drsquointroduire ce scheacutema de cette maniegravere car ainsi les eacutelegraveves comprennent reacuteellement qursquoil correspond agrave la lumiegravere projeteacutee et superposeacutee sur un eacutecran En derniegravere partie drsquoactiviteacute les eacutelegraveves se familiarisent avec un logiciel de modeacutelisation de la synthegravese additive 3

Lrsquoutilisation drsquoun modegravele dans ce cas est indispensable pour des raisons pratiques Il serait en effet tregraves difficile de faire des observations similaires avec un dispositif reacuteel constitueacute de projecteurs et drsquoun eacutecran comme dans la premiegravere partie drsquoactiviteacute Nous avons veilleacute agrave choisir un logiciel simple drsquousage sur lequel seules deux manipulations sont possibles allumereacuteteindre les projecteurs et varier leurs intensiteacutes Ainsi il est possible pour les eacutelegraveves de faire rapidement et sans difficulteacutes de lrsquoordre du registre seacutemiotique la deacuteduction attendue les diffeacuterentes couleurs srsquoobtiennent par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

Dans lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves sont ameneacutes agrave modeacuteliser lrsquoeffet drsquoun filtre sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee Ils ancrent ainsi le fonctionnement drsquoun filtre dans leur apprentissage et deacuteveloppent une meacutethodologie systeacutematique dans la reacutesolution de problegravemes mettant en scegravene des filtres Gracircce au modegravele deacuteveloppeacute les eacutelegraveves deacuteconstruisent deacutefinitivement leur eacuteventuelle conception erroneacutee selon laquelle un filtre absorberait sa propre couleur Lrsquoactiviteacute 43 a pour but que les eacutelegraveves modeacutelisent les pheacutenomegravenes de reacutefraction et drsquoabsorption en justifiant leur reacuteponse par un modegravele de reacuteponse Ce dernier comprend les couleurs RVB qui se reflegravetent ou qui sont absorbeacutees par une surface Ainsi lrsquoeacutelegraveve peut trouver une meacutethode systeacutematique de reacuteponse en testant les diffeacuterentes couleurs Gracircce agrave cette modeacutelisation et agrave celle de lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves comprennent que les fonctionnements des filtres et des lumiegraveres coloreacutees sont fondeacutes sur le mecircme principe

3(httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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43 Deacutemarche expeacuterimentale

431 Deacutefinition Pour de Vecchi il est important de ne pas confondre les notions lieacutees agrave lrsquoexpeacuterimental qui sont les suivantes

-shy Une deacutemarche scientifique nrsquoest pas exclusive au domaine des sciences expeacuterimentales mais peut aussi ecirctre mobiliseacutee dans les sciences humaines socialeshellip Elle utilise drsquoautres outils que lrsquoexpeacuterimentale Toute recherche digne de ce nom est de nature scientifique

-shy La meacutethode expeacuterimentale eacutequivaut plutocirct agrave un plan agrave suivre un mode drsquoemploi ou agrave une marche agrave suivre qui suit un ordre strict que lrsquoon peut aussi appeler protocole Par exemple parmi les plus ceacutelegravebres protocoles nous retrouvons celui de Claude Bernard (1865) que lrsquoon abregravege par les initiales OHERIC qui correspondent agrave observation hypothegravese expeacuterience reacutesultats interpreacutetation et conclusion De maniegravere geacuteneacuterale il srsquoagit du protocole caricatural que lrsquoon emploie le plus souvent dans les salles de classes

-shy Une deacutemarche expeacuterimentale est une approche plus reacutealiste moins stricte et integravegre

une approche plus tacirctonnante Il nrsquoest pas constitueacute drsquoeacutetapes preacutedeacutetermineacutees et est donc moins affecteacutee par les directives de lrsquoenseignant Il peut donc laisser des liberteacutes dans la maniegravere de reacutesoudre le problegraveme

432 La deacutemarche expeacuterimentale dans notre seacutequence Dans notre seacutequence la meacutethode expeacuterimentale est preacutesente de maniegravere partielle du scheacutema caricatural OHERIC nous nous inteacuteressons en particulier aux phases drsquoobservation et drsquoeacutemission drsquohypothegraveses Crsquoest pourquoi nous parlons donc plutocirct de ldquodeacutemarche expeacuterimentalerdquo En effet tout au long des diffeacuterentes activiteacutes il est reacuteguliegraverement demandeacute aux eacutelegraveves de formuler une hypothegravese agrave partir de leurs connaissances au preacutealable puis de faire de nouvelles observations en contexte expeacuterimental Crsquoest sur la base de ces derniegraveres qursquoils pourront reacutealiser leurs deacuteductions sur le pheacutenomegravene en question et construire de nouvelles conceptions Dans lrsquoactiviteacute 2 ce type de deacutemarche est central pour la creacuteation de la premiegravere situation-shyproblegraveme Par la suite la deacutemarche permet de guider les eacutelegraveves dans le processus de deacuteduction du fonctionnement geacuteneacuteral des diffeacuterents pheacutenomegravenes Dans lrsquoactiviteacute 41 par exemple les pheacutenomegravenes agrave deacuteduire sont la synthegravese soustractive et le fonctionnement de la lumiegravere coloreacutee Lrsquoemploi drsquoobjets familiers permet un ancrage dans le quotidien

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Dans lrsquoactiviteacute 3 lrsquoeacutetude de lrsquoeffet des filtres constitue agrave son tour un deacutemarche expeacuterimentale En effet les eacutelegraveves doivent tout drsquoabord eacutemettre leurs hypothegraveses puis les veacuterifient par lrsquoexpeacuterimentation et ses reacutesultats provoquant probablement un conflit cognitif avant drsquoen conclure lrsquoeffet drsquoun filtre Dans lrsquoactiviteacute 42 nous retrouvons toujours le mecircme principe de deacutemarche expeacuterimentale Les eacutelegraveves formulent des hypothegraveses sur la couleur perccedilue de diffeacuterents mots coloreacutes eacuteclaireacutes par une lumiegravere coloreacutee puis les veacuterifient lors de la phase drsquoobservation La confrontation entre leurs attentes lieacutees agrave leurs conceptions et la reacutealiteacute creacutee le conflit cognitif rechercheacute

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5 Conclusion Pour seacutelectionner notre thegraveme et eacutelaborer notre seacutequence nous nous sommes fondeacutes sur les objectifs du PER et crsquoest sur lrsquooptique que notre choix srsquoest porteacute Le savoir savant auquel nous nous sommes reacutefeacutereacutes comprend principalement des concepts lieacutes agrave la lumiegravere tels que les photons les ondes eacutelectromagneacutetiques ainsi que les spectres drsquoeacutemission et drsquoabsorption Nous avons transposeacute ce savoir en un savoir enseignable par le biais drsquoun travail de contextualisation et de reacuteadaptation Nous avons eacuteteacute ameneacutes agrave remplacer des modegraveles scientifiques (par exemple les modegraveles de synthegraveses additive et soustractive) par des modegraveles accessibles agrave un niveau scolaire et agrave changer les conditions drsquoeacutemergence des problegravemes Ainsi notre travail de transposition consistait agrave montrer aux eacutelegraveves la partie eacutemergeacutee de lrsquoiceberg du concept de couleur le reacutesultat apparent plutocirct que lrsquoorigine eacutelectromagneacutetique Tout au long de la seacutequence et par le biais de situations-shyproblegravemes et de diffeacuterentes eacutetapes de reacutesolution des activiteacutes les eacutelegraveves ont eacuteteacute guideacutes dans le processus de construction de leur apprentissage En nous focalisant sur les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves nous avons eacutelaboreacute nos exercices de maniegravere agrave proposer des situations deacuteclenchantes afin de faciliter le transfert de la responsabiliteacute de la reacutesolution des problegravemes aux eacutelegraveves Cette derniegravere srsquoeffectue par des deacutemarches drsquoexpeacuterimentation mais surtout de modeacutelisation

Dans notre sceacutenario les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave deux types de donneacutees theacuteoriques et empiriques Drsquoune part ils ont agrave disposition deux theacuteories principales la premiegravere est que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs de lrsquoarc-shyen-shyciel tandis que la seconde deacutecrit l a maniegravere dont la couleur drsquoun objet deacutepend des couleurs qursquoil va absorber Drsquoautre part ils disposent de donneacutees empiriques qursquoils sont ameneacutes agrave reacutecolter en superposant des lumiegraveres de diffeacuterentes couleurs en meacutelangeant de la peinture et en projetant de la lumiegravere coloreacutee sur diffeacuterents objets coloreacutes Dans le cadre drsquoune deacutemarche drsquoexpeacuterimentation ils ont eacutemis des hypothegraveses observeacute manipuleacute du mateacuteriel utiliseacute des appliquettes en ligne et veacuterifieacute leurs reacutesultats Crsquoest ainsi les modegraveles que nous avons preacutesenteacutes et que les eacutelegraveves ont eacutelaboreacutes vont ecirctre des ponts qui vont relier le monde theacuteorique et le monde empirique Par ailleurs nous avons eacuteteacute attentifs agrave la seacutemiotique lors de nos choix des repreacutesentations utiliseacutees nous nous sommes reacutefeacutereacutes agrave la notion de registre seacutemiotique afin drsquoeacutelaborer des scheacutemas nrsquoengendrant pas de difficulteacutes de lecture chez les eacutelegraveves

Nous avons analyseacute lrsquoorigine des conceptions erroneacutees et avons remarqueacute qursquoelles eacutetaient principalement dues agrave des repreacutesentations concourantes engendreacutees par les diffeacuterents contextes et cadres de rationaliteacutes dans lesquelles les eacutelegraveves eacutevoluent Notre sceacutenario permet aux eacutelegraveves drsquoeacutetablir des liens entre ces diffeacuterents cadres et de construire une nouvelle repreacutesentation de la couleur celle drsquoun objet de la physique

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6 Bibliographie

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Meirieu P Avanzin Gi (1987) Apprendre oui mais comment Edition ESF Verret M (1975) Le temps des eacutetudes (Vols 1ndash2) Lille France Atelier Reproduction des thegraveses

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Page 16: Physique Optique Lescouleurs · Sciences naturelles Les couleurs 10 11 Harmos 1.Introduction Comme nous allons le détailler dans le chapitre 4, les conceptions erronées des élèves

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e) Puis les eacutelegraveves sont autoriseacutes agrave reacutecupeacuterer les objets pour qursquoils procegravedent agrave leur manipulation Ils notent ce qursquoils ont observeacute dans la quatriegraveme colonne

f) Ce proceacutedeacute est reacutepeacuteteacute 3 fois

Indications pour lrsquoenseignant

Les objets de couleurs agrave utiliser ne sont pas deacutefinis la liberteacute est laisseacutee agrave lrsquoenseignant de prendre ce qursquoil a agrave disposition mais lrsquoassociation est preacutevue pour qursquoun reacutesultat soit observeacute

Difficulteacutes ne pas faire les liens pour arriver agrave poser une hypothegravese ne plus savoir ce que sont les synthegraveses additives et soustractives

Erreurs possibles poser une hypothegravese fausse mais cette erreur est voulue et provoquera le conflit

attendu ne pas faire le lien avec la synthegravese soustractive vue dans le preacuteceacutedent chapitre et

reacutepondre ldquola synthegravese additiverdquo ne pas deacuteduire que la reacuteflection de la lumiegravere coloreacutee sur un objet fonctionne comme

un filtre Relances

lrsquoenseignant fait le test devant la classe en modeacutelisant le pheacutenomegravene renvoie au scheacutema de reflection revu en theacuteorie au deacutebut du cours utilise la modeacutelisation avec lrsquoordinateur ougrave lrsquoon peut doser les filtres met en parallegravele le filtre et la lumiegravere coloreacutee pour que le lien entre les deux

pheacutenomegravenes soit fait

Activiteacute 42 (25 min)

Objectif speacutecifique agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy Formuler une hypothegravese sur les couleurs des objets vus sous une lumiegravere coloreacutee Mateacuteriel

Feuilles blanches et coloreacutees

Peinture de couleurs

Journaux de protection

2 pinceaux par groupe

Gobelet drsquoeau

Palettes assiettes ou berlingot deacutecoupeacute en 2 pour mettre la peinture

6 lumiegraveres coloreacutees (rouge verte bleue magenta cyan et jaune)

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Deacuteroulement amp Indication pour les enseignants

a) Ils scheacutematisent le pheacutenomegravene et remplissent le tableau Lrsquoideacutee est drsquoeacutecrire les mots avec la mecircme peinture utiliseacutee durant lrsquoactiviteacute 21 ce qui leur permettrait de faire un lien Les eacutelegraveves se rendront peu agrave peu compte que la peinture agit comme un filtre

b) Avant le cours lenseignant associe une lumiegravere coloreacutee agrave une couleur pour le mot et une couleur de feuille et preacutepare une table proteacutegeacutee pour la peinture

c) Lrsquoactiviteacute se fait par groupe heacuteteacuterogegravene de 3 personnes formeacutes par lrsquoenseignant Chaque groupe possegravede 6 dispositifs eacutemettant des lumiegraveres coloreacutees agrave la lumiegravere desquels ils observeront les deux mots coloreacutes sur leur feuille respective

d) Les eacutelegravevent commencent lrsquoactiviteacute en venant chercher sur la table pour la peinture les 2 couleurs voulues les disposent dans leur palette prennent la feuille correspondante et 2 pinceaux et se dirigent vers les tables preacutepareacutees pour la peinture

e) Ils eacutecrivent les 2 mots avec la peinture puis rejoignent leur place f) Ils remplissent la premiegravere ligne du tableau g) Puis ils inscrivent leur hypothegravese au crayon agrave papier et en petit dans les cases

correspondantes Ils ont la possibiliteacute de prendre une feuille de brouillon pour dessiner les modegraveles

h) Puis lrsquoenseignant distribue les dispositifs eacutemettant les lumiegraveres coloreacutees pour que les eacutelegraveves puissent eacuteclairer leurs mots et observer le reacutesultat qursquoils notent agrave la plumestylo

i) Les hypothegraveses mecircme erroneacutees sont laisseacutees inscrites dans le tableau pour que lrsquoeacutelegraveve puisse comparer les deux et comprendre le pheacutenomegravene (conflit)

Activiteacute 43 (20 min)

Objectifs speacutecifiques agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy Modeacuteliser agrave lrsquoaide drsquoun scheacutema et de codes la reacutefraction et labsorption de la lumiegravere sur un objet

-shy Retrouver agrave partir de la couleur refleacuteteacutee et la lumiegravere coloreacutee projeteacutee et le filtre utiliseacute Mateacuteriel

pas de mateacuteriel particulier mis agrave part le fichier de lrsquoeacutelegraveve

Deacuteroulement

a) Lrsquoactiviteacute 43 qui permet de voir si les eacutelegraveves ont compris leur demande de reacutefleacutechir en partant des observations pour trouver la situation initiale

b) Le travail est agrave reacutealiser individuellement les eacutelegraveves regardent les diffeacuterents drapeaux modeacutelisent les diffeacuterentes situations et notent leur deacuteductions

c) Lrsquoenseignant reste agrave disposition et passe dans les bancs

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Indications pour lrsquoenseignant

Obstacles ne pas faire le lien que crsquoest la deacutemarche vue preacuteceacutedemment mais agrave lrsquoenvers

Erreurs possibles ne pas trouver le bon filtre agrave cause du noir ne pas repreacutesenter juste le scheacutema de modeacutelisation

Relances faire reacutefeacuterence au tableau reacutecapitulatif de la fiche theacuteorique faire reacutefeacuterence au modegravele du scheacutema en couleur dans la fiche theacuteorique

Institutionnalisation activiteacute 4

Explication de la modeacutelisation de la reacuteflection de la lumiegravere coloreacutee par une marche agrave suivre lors de la correction de lrsquoexercice des drapeaux sous forme drsquoun ldquoje retiensrdquo

Un cours de reacutevision avec les fiches de synthegravese suivra ces seacuteances drsquoactiviteacutes

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3 Documents Les diffeacuterents documents utiliseacutes dans cette seacutequence sont preacutesenteacutes ci-shydessous

Parmi eux

Fiches drsquoactiviteacutes pour eacutelegraveves et avec correction

Fiches theacuteoriques de synthegravese

Evaluation pour eacutelegraveves et avec correction

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Documents des eacutelegraveves Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs Chapitre 2 Couleurs peintures couleurs lumiegraveres Activiteacute 21 1) Tu as agrave disposition des pinceaux et de la peinture Tu te

souviens peut-shyecirctre de tes cours drsquoarts visuels qursquoil existe des

couleurs primaires qui permettent par leur meacutelange drsquoobtenir

drsquoautres couleurs Mais elles-shymecircmes ne srsquoobtiennent par aucun

meacutelange Te souviens-shytu des combinaisons de couleurs qursquoil faut

meacutelanger pour obtenir une couleur souhaiteacutee

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du vert

__________________________________________

Image httpsfrdreamstimecom Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du rouge

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du bleu

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du noir

__________________________________________

Activiteacute 22 Lrsquoenseignant a installeacute trois projecteurs de couleur un rouge un vert un bleu ainsi

qursquoun eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-shydessous

Image MER

Quelle couleur va-shyt-shyon observer sur lrsquoeacutecran si lrsquoon allume deux par deux les projecteurs

et que lrsquoon superpose leurs lumiegraveres Et si lrsquoon allume les trois projecteurs Remplis le

tableau ci-shydessous drsquoabord avec tes hypothegraveses concernant la couleur obtenue sur

lrsquoeacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Meacutelange de lumiegraveres Couleur obtenue ton hypothegravese

Couleur observeacutee

vert et bleu

vert et rouge

bleu et rouge

vert bleu et rouge

a) Quelles diffeacuterences constates-shytu entre les meacutelanges de lrsquoactiviteacute 1 et ceux de lrsquoactiviteacute

2

______________________________________________________________________

b) Qursquoa-shyt-shyon meacutelangeacute dans chaque cas

______________________________________________________________________

c) Le reacutesultat du meacutelange des lumiegraveres verte bleue et rouge te rappelle-shyt-shyil quelque

chose Que peux-shytu en deacuteduire

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

d) A lrsquoaide de couleurs scheacutematise ci-shydessous les superpositions observeacutees sur lrsquoeacutecran

blanc

Activiteacute 23 Et comment obtenir drsquo‛autres couleurs 1) Tu as vu lors de lrsquoactiviteacute preacuteceacutedente que si lrsquoon superpose trois lumiegraveres de couleurs

RVB on perccediloit du blanc Mais de quelle maniegravere peut-shyon percevoir nrsquoimporte quelle

autre couleur

Familiarise-shytoi avec le logiciel en ligne suivant

httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additive

htm

Puis reacuteponds aux questions suivantes

Par quelles manipulations obtiens-shytu du orange

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du rose

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du vert olive

______________________________________________________________________

Que constates-shytu

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

2) Chaque groupe a agrave sa disposition une loupe binoculaire Deacutepose un smartphone

allumeacute eacutecran vers le haut sous lrsquoobjectif Vise une zone blanche de lrsquoeacutecran puis regravegle la

netteteacute Qursquoobserves-shytu

Observations

Comment expliques-shytu ce pheacutenomegravene

Documents des eacutelegraveves Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs Chapitre 2 Couleurs peintures couleurs lumiegraveres (corrigeacute) Activiteacute 21 1) Tu as agrave disposition des pinceaux et de la peinture Tu te

souviens peut-shyecirctre de tes cours drsquoarts visuels qursquoil existe des

couleurs primaires qui permettent par leur meacutelange drsquoobtenir

drsquoautres couleurs Mais elles-shymecircmes ne srsquoobtiennent par aucun

meacutelange Te souviens-shytu des combinaisons de couleurs qursquoil faut

meacutelanger pour obtenir une couleur souhaiteacutee

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du vert

__________________________________________

Image httpsfrdreamstimecom Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du rouge

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du bleu

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du noir

__________________________________________

Activiteacute 22 Lrsquoenseignant a installeacute trois projecteurs de couleur un rouge un vert un bleu ainsi

qursquoun eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-shydessous

Image MER

Quelle couleur va-shyt-shyon observer sur lrsquoeacutecran si lrsquoon allume deux par deux les projecteurs

et que lrsquoon superpose leurs lumiegraveres Et si lrsquoon allume les trois projecteurs Remplis le

tableau ci-shydessous drsquoabord avec tes hypothegraveses concernant la couleur obtenue sur

lrsquoeacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Meacutelange de lumiegraveres Couleur obtenue ton hypothegravese

Couleur observeacutee

vert et bleu (cyan)

vert et rouge (jaune)

bleu et rouge (magenta)

vert bleu et rouge (blanc)

a) Quelles diffeacuterences constates-shytu entre les meacutelanges de lrsquoactiviteacute 1 et ceux de lrsquoactiviteacute

2

______________________________________________________________________

Les couleurs obtenues ne sont pas les mecircmes qursquoen peinture

b) Qursquoa-shyt-shyon meacutelangeacute dans chaque cas

______________________________________________________________________

Dans le premier cas on a de la matiegravere (de la peinture) dans le deuxiegraveme cas on a de la

lumiegravere

c) Le reacutesultat du meacutelange des lumiegraveres verte bleue et rouge te rappelle-shyt-shyil quelque

chose Que peux-shytu en deacuteduire

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

Le fait que la lumiegravere blanche est composeacutee de lrsquoensemble des couleurs (cf expeacuterience

du prisme) Ici lrsquoexpeacuterience concerne la superposition de lumiegraveres coloreacutees et on observe

que lrsquoaddition des lumiegraveres rouge verte et bleue donne du blanc Cela srsquoappelle le modegravele trichromique

d) A lrsquoaide de couleurs scheacutematise ci-shydessous les superpositions observeacutees sur lrsquoeacutecran

blanc

Activiteacute 23 Et comment obtenir drsquo‛autres couleurs 1) Tu as vu lors de lrsquoactiviteacute preacuteceacutedente que si lrsquoon superpose trois lumiegraveres de couleurs

RVB on perccediloit du blanc Mais de quelle maniegravere peut-shyon percevoir nrsquoimporte quelle

autre couleur

Familiarise-shytoi avec le logiciel en ligne suivant

httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additive

htm

Puis reacuteponds aux questions suivantes

Par quelles manipulations obtiens-shytu du orange (selon eacutelegraveves)

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du rose (selon eacutelegraveves)

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du vert olive (selon eacutelegraveves)

______________________________________________________________________

Que constates-shytu

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

Un jeu de dosage entre les trois couleurs RVB permet drsquoobtenir toutes les diffeacuterentes

couleurs imaginables Les trois lumiegraveres superposeacutees et en dosage eacutequivalent donnent

une lumiegravere blanche crsquoest agrave dire la totaliteacute des couleurs On appelle cela la synthegravese additive

2) Chaque groupe a agrave sa disposition un microscope Deacutepose un smartphone allumeacute

eacutecran vers le haut sous lrsquoobjectif Vise une zone blanche de lrsquoeacutecran puis regravegle la netteteacute

Qursquoobserves-shytu

Observations

(Preacutesences de pixels lumiegraveres RVB)

Comment expliques-shytu ce pheacutenomegravene

(synthegravese effectueacutee par le cerveau)

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 3 Que devient la lumiegravere lorsqursquo‛elle traverse un filtre

Activiteacute 31 les lumiegraveres et filtres coloreacutes

Tu as appris lors du dernier cours que lrsquo‛on pouvait ldquoadditionnerrdquo des lumiegraveres coloreacutees

pour obtenir de nouvelles couleurs Nous pouvons modeacuteliser la lumiegravere blanche ainsi

Nous allons deacutecouvrir aujourdrsquo‛hui comment on peut ldquosoustrairerdquo des lumiegraveres coloreacutees

1) Lrsquo‛enseignant a installeacute trois filtres de couleur un rouge un vert un bleu ainsi qursquo‛un

eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-dessous

Image MER

Quelle couleur va-t-on observer sur lrsquo‛eacutecran si lrsquo‛on allume un par un les projecteurs

Remplis le tableau ci-dessous premiegraverement avec tes hypothegraveses concernant la couleur

obtenue sur lrsquo‛eacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Filtre traverseacute par la

lumiegravere blanche

Couleur obtenue ton

hypothegravese

Couleur observeacutee

Filtre bleu

Filtre rouge

Filtre vert

2) Selon toi quel est le rocircle du filtre coloreacute

_______________________________________________________________

3) Repreacutesente par un scheacutema le passage drsquo‛une lumiegravere blanche agrave travers un filtre rouge

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

4) Et quelle couleur observera-t-on si la lumiegravere blanche passe agrave travers un filtre rouge

puis agrave travers un filtre bleu Formule une hypothegravese puis applique ton modegravele

Hypothegravese __________________________________

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

Activiteacute 32 Qursquo‛obtient-on avec drsquo‛autres filtres

a) Tu disposes maintenant drsquo‛une lampe diffusant de la lumiegravere blanche et de filtres

cyan magenta et jaune Manipule-les les uns apregraves les autres puis en les superposant

pour deacutecouvrir leurs effets sur la lumiegravere blanche

b) A lrsquo‛aide de couleurs et en trsquo‛appuyant sur tes observations scheacutematise ci-dessous

lrsquo‛action des filtres sur une lumiegravere blanche

Activiteacute 33 Deux synthegraveses Similitudes et diffeacuterences

a) Utilise ce logiciel pour comparer les synthegraveses additive et soustractive

httpwwwostralonet3_animationsswfsynthese_couleursswf

a) Quelles similitudes observes-tu entre les synthegraveses additive et soustractive

________________________________________________________________

d) Et quelles diffeacuterences

_______________________________________________________________

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 3 Que devient la lumiegravere lorsqursquo‛elle traverse un filtre

(corrigeacute)

Activiteacute 31 les lumiegraveres et filtres coloreacutes

Tu as appris lors du dernier cours que lrsquo‛on pouvait ldquoadditionnerrdquo des lumiegraveres coloreacutees

pour obtenir de nouvelles couleurs Nous pouvons modeacuteliser la lumiegravere blanche ainsi

Nous allons deacutecouvrir aujourdrsquo‛hui comment on peut ldquosoustrairerdquo des lumiegraveres coloreacutees

1) Lrsquo‛enseignant a installeacute trois filtres de couleur un rouge un vert un bleu ainsi qursquo‛un

eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-dessous

Image MER

Quelle couleur va-t-on observer sur lrsquo‛eacutecran si lrsquo‛on allume un par un les projecteurs

Remplis le tableau ci-dessous premiegraverement avec tes hypothegraveses concernant la couleur

obtenue sur lrsquo‛eacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Filtre traverseacute par la

lumiegravere blanche

Couleur obtenue ton

hypothegravese

Couleur observeacutee

Filtre bleu bleu

Filtre rouge rouge

Filtre vert vert

2) Selon toi quel est le rocircle du filtre coloreacute

_______________________________________________________________

Un filtre coloreacute ne transmet que les rayons de sa couleur et absorbe les autres

3) Repreacutesente par un scheacutema le passage drsquo‛une lumiegravere blanche agrave travers un filtre rouge

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

4) Et quelle couleur observera-t-on si la lumiegravere blanche passe agrave travers un filtre rouge

puis agrave travers un filtre bleu Formule une hypothegravese puis applique ton modegravele

Hypothegravese __________________________________

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

Activiteacute 32 Qursquo‛obtient-on avec drsquo‛autres filtres

a) Tu disposes maintenant drsquo‛une lampe diffusant de la lumiegravere blanche et de filtres

cyan magenta et jaune Manipule-les les uns apregraves les autres puis en les superposant

pour deacutecouvrir leurs effets sur la lumiegravere blanche

b) A lrsquo‛aide de couleurs et en trsquo‛appuyant sur tes observations scheacutematise ci-dessous

lrsquo‛action des filtres sur une lumiegravere blanche

Pex 1 Magenta 2 Jaune 3 Cyan 4 Rouge 5 Vert 6 Bleu 7 Noir

Activiteacute 33 Deux synthegraveses Similitudes et diffeacuterences

a) Utilise ce logiciel pour comparer les synthegraveses additive et soustractive

httpwwwostralonet3_animationsswfsynthese_couleursswf

a) Quelles similitudes observes-tu entre les synthegraveses additive et soustractive

________________________________________________________________

Les mecircmes triplets de couleurs sont preacutesents dans les deux synthegraveses (RVB - CMJ)

d) Et quelles diffeacuterences

________________________________________________________________

1 Les couleurs primaires de lrsquo‛un sont les couleurs compleacutementaires de lrsquo‛autre

2 Lrsquo‛addition des lumiegraveres coloreacutees rouge verte et bleue donne du blanc la

soustraction totale par des filtres cyan magenta et jaune donne du noir

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 4 Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Rappel

1 Nous pouvons reacutesumer la composition de la lumiegravere blanche aux 3 couleurs primaires le rouge le vert et le bleu Ce sont des couleurs qui ne peuvent pas ecirctre creacuteeacutees Ce sont elles qui composent les autres couleurs Crsquo‛est agrave dire qursquo‛en les meacutelangeant on peut obtenir les autres couleurs le cyan est composeacute du bleu et du vert le magenta est composeacute du bleu et du rouge et le jaune est composeacute du vert et du rouge

Theacuteorie

Le sujet que nous allons traiter aujourdrsquo‛hui concerne la couleur de lrsquo‛objet Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Formule une hypothegravese ____________________________________________

Observe la photo projeteacutee par lrsquo‛enseignant

Que retiens-tu de cette photo _______________________________________________________________ La lumiegravere coloreacutee qui est refleacuteteacutee par un objet correspond agrave la lumiegravere non absorbeacutee

Ici toutes les lumiegraveres coloreacutees sont absorbeacutees sauf le bleu qui lui est refleacuteteacute La couleur propre de lrsquo‛objet sera le bleu

En effet un objet absorbe ou reflegravete diffeacuterentes lumiegraveres coloreacutees Crsquo‛est cette lumiegravere coloreacutee refleacuteteacutee que nous verrons

Activiteacute 41

Reacuteponds agrave ces diffeacuterentes questions dans le tableau ci-dessous De quelle couleur verras-tu cet objet Confronte ton ideacutee avec ton voisin De quelle couleur le vois-tu reacuteellement

Couleur de lrsquo‛objet

Couleur de la lumiegravere

Hypothegravese formuleacutee

Observation

rouge Magenta

cyan Vert

jaune Bleu

Par quel pheacutenomegravene peut-on observer ce changement de couleur ___________________________________

Quelle deacuteductions peux-tu faire _________________________________________________________________

Activiteacute 42

Marche agrave suivre

1 Eacutecris sur une feuille blanche le nom des 2 couleurs que ton enseignant te donne avec la peinture qui y correspond

2 Pendant que ces mots segravechent remplis les colonnes ldquocouleur du mot 1rdquo et ldquocouleur du mot 2rdquo et ldquocouleur de la feuillerdquo agrave la lumiegravere blanche

3 Formule tes hypothegraveses note-les au crayon agrave papier en petit 4 Eacuteclaire tes mots agrave lrsquo‛aide de lumiegraveres coloreacutees 5 Note tes observations

Lumiegravere coloreacutee

Couleur du mot 1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur du mot 2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur de la feuille helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Blanche

Rouge

Verte

Bleue

Magenta

Cyan

Jaune

Activiteacute 43

Tu observes un drapeau eacuteclaireacute par une lumiegravere blanche Puis tu observes ce mecircme drapeau eacuteclaireacute par deux lumiegraveres coloreacutees diffeacuterentes Trouve la lumiegravere coloreacutee utiliseacutee dans chaque cas et justifie ta reacuteponse par la modeacutelisation vue preacuteceacutedemment

Lumiegravere blanche Lumiegravere coloreacutee 1 Lumiegravere coloreacutee 2

De quelle couleur est la premiegravere lumiegravere coloreacutee ___________________________

Modeacutelisation 1

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________

Modeacutelisation 2

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 4 Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur (corrigeacute) Rappel

2 Nous pouvons reacutesumer la composition de la lumiegravere blanche aux 3 couleurs primaires le rouge le vert et le bleu Ce sont des couleurs qui ne peuvent pas ecirctre creacuteeacutees Ce sont elles qui composent les autres couleurs Crsquo‛est agrave dire qursquo‛en les meacutelangeant on peut obtenir les autres couleurs le cyan est composeacute du bleu et du vert le magenta est composeacute du bleu et du rouge et le jaune est composeacute du vert et du rouge

Theacuteorie

Le sujet que nous allons traiter aujourdrsquo‛hui concerne la couleur de lrsquo‛objet Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Formule une hypothegravese ____________________________________________ Projeter cette image elle napparaicirct pas dans le cours de lrsquo‛eacutelegraveve

Que retiens-tu de cette photo _______________________________________________________________ La lumiegravere coloreacutee qui est refleacuteteacutee par un objet correspond agrave la lumiegravere non absorbeacutee

Ici toutes les lumiegraveres coloreacutees sont absorbeacutees sauf le bleu qui lui est refleacuteteacute La couleur propre de lrsquo‛objet sera le bleu

En effet un objet absorbe ou reflegravete diffeacuterentes lumiegraveres coloreacutees Crsquo‛est cette lumiegravere coloreacutee refleacuteteacutee que nous verrons

Activiteacute 41

Reacuteponds agrave ces diffeacuterentes questions dans le tableau ci-dessous De quelle couleur penses-tu que tu verras cet objet Confronte ton ideacutee avec ton voisin De quelle couleur le vois-tu reacuteellement

Couleur de lrsquo‛objet

Couleur de la lumiegravere

Hypothegravese formuleacutee

Observation

rouge Magenta (rouge)

cyan Vert (vert)

jaune Bleu (noir)

Par quel pheacutenomegravene peut-on observer ce changement de couleur ___________________________________ (synthegravese soustractive)

Quelle deacuteductions peux-tu faire (fonctionne comme un filtre) _________________________________________________________________

Activiteacute 42

Marche agrave suivre

6 Eacutecris sur une feuille blanche le nom des 2 couleurs que ton enseignant te donne avec la peinture qui y correspond

7 Pendant que ces mots segravechent remplis les colonnes ldquocouleur du mot 1rdquo et ldquocouleur du mot 2rdquo et ldquocouleur de la feuillerdquo agrave la lumiegravere blanche

8 Formule tes hypothegraveses note-les au crayon agrave papier en petit 9 Eacuteclaire tes mots agrave lrsquo‛aide de lumiegraveres coloreacutees 10 Note tes observations

Lumiegravere coloreacutee

Couleur du mot 1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur du mot 2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur de la feuille helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Blanche

Rouge

Verte

Bleue

Magenta

Cyan

Jaune

Activiteacute 43

Tu observes un drapeau eacuteclaireacute par une lumiegravere blanche Puis tu observes ce mecircme drapeau eacuteclaireacute par deux lumiegraveres coloreacutees diffeacuterentes Trouve la lumiegravere coloreacutee utiliseacutee dans chaque cas et justifie ta reacuteponse par la modeacutelisation vue preacuteceacutedemment

Lumiegravere blanche Lumiegravere coloreacutee 1 Lumiegravere coloreacutee 2

De quelle couleur est la premiegravere lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Bleu)

Modeacutelisation 1

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Vert)

Modeacutelisation 2

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Fiches de synthegravese Les couleurs Activiteacute 2 Reacutesumeacute theacuteorique pour les eacutelegraveves Le modegravele trichromique et la synthegravese additive des couleurs La couleur nrsquo‛existe pas sans lumiegravere et lrsquo‛on peut dire que lrsquo‛on perccediloit le monde gracircce aux meacutelanges de ces couleurs qui correspondent aux diffeacuterentes composantes de la lumiegravere Lorsque lrsquo‛on parle de la perception des couleurs on srsquo‛aperccediloit que seules trois lumiegraveres primaires de couleurs rouge vert et bleu sont neacutecessaires pour obtenir la sensation de toutes les autres couleurs Cette maniegravere de modeacuteliser la perception des couleurs est ce qursquo‛on appelle le modegravele trichromique (lsquorsquo‛trois couleursrsquo‛rsquo‛) Dans cette repreacutesentation toutes les autres lumiegraveres coloreacutees sont perccedilues par superposition des trois lumiegraveres rouge verte et bleue La superposition simultaneacutee et en dosage identique des trois couleurs donne de la lumiegravere blanche Le noir correspond agrave une absence de lumiegravere

Illustration du modegravele

Image MER

Lrsquo‛image montre trois projecteurs de lumiegraveres rouge verte et bleue eacuteclairant une table blanche Si les trois couleurs sont projeteacutees en intensiteacute identique nous obtenons par superposition trois autres couleurs le cyan le magenta et le jaune Les couleurs primaires et les couleurs obtenues sont codeacutees sur lrsquo‛image puis reacutecapituleacutees dans le tableau ci-dessous

Image MER

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Si nous modifions le dosage des couleurs eacuteleacutementaires il est possible drsquo‛obtenir toutes les couleurs imaginables Le pheacutenomegravene de perception des couleurs par superposition des trois couleurs primaires se nomme synthegravese additive les couleurs sont additionneacutees entre elles pour permettre la synthegravese drsquo‛autres couleurs

Drsquo‛ailleurs si lrsquo‛on observe au microscope un eacutecran blanc de smartphone ou drsquo‛ordinateur on remarque qursquo‛il est en fait constitueacute drsquo‛un grand nombre de minuscules rectangles de lumiegraveres rouge verte et bleue (voir image ci-contre) Crsquo‛est justement par un jeu de dosage de chacune de ces lumiegraveres que lrsquo‛on perccediloit les diffeacuterentes couleurs sur nos eacutecrans

Pourquoi un modegravele sur trois couleurs La raison pour laquelle les scientifiques ont construit ce modegravele sur trois couleurs est directement lieacutee agrave la structure de notre œil En effet ce dernier contient des cellules sensibles agrave la lumiegravere que lrsquo‛on appelle cocircnes et bacirctonnets Alors que les bacirctonnets perccediloivent les intensiteacutes de lumiegravere les cocircnes nous permettent de percevoir les couleurs Cependant ils ne sont sensibles qursquo‛agrave certaines composantes de la lumiegravere blanche celles correspondant justement aux couleurs rouge vert et bleu Lorsque lrsquo‛on regarde un objet notre cerveau analyse le dosage de chacune de ces composantes perccedilues par notre œil et en interpregravete ainsi la couleur de lrsquo‛objet

Qursquo‛est-ce que le daltonisme Certaines personnes preacutesentent une anomalie de la vision qui les empecircche de distinguer certaines couleurs Drsquo‛origine geacuteneacutetique ce trouble est ducirc agrave un dysfonctionnement des cocircnes preacutesents dans la reacutetine Bien que la plupart des personnes daltoniennes aient de la peine agrave distinguer le vert du rouge drsquo‛autres ne distinguent pas drsquo‛autres couleurs Dans certaines formes de daltonisme le monde est perccedilu par la personne atteinte en teintes de gris

Sciences naturelles Optique synthegravese soustractive et additive

La synthegravese additive est le proceacutedeacute gracircce

auquel en combinant les couleurs

___________ ___________ et ___________

on obtient du blanc

On la retrouve lorsque lrsquoon meacutelange des

lumiegraveres coloreacutees composeacutees de ces 3 couleurs

diffeacuterentes car les laquo additionner raquo donne la

lumiegravere blanche

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon exploite aujourdrsquohui

pour les teacuteleacuteviseurs ou tout eacutecran composeacute de

pixels

La synthegravese soustractive consiste agrave soustraire

les couleurs de la lumiegravere blanche (RVB) agrave

travers des filtres de couleurs ___________

___________ et ___________ qui absorbent la

totaliteacute des couleurs de la lumiegravere blanche pour

un rendu noir au final (absence de lumiegravere)

Lrsquo __________________ des 3 couleurs donne

le ____________

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon retrouve par exemple en

meacutelangeant de la peinture notamment en

imprimerie

Sciences naturelles Optique les filtres

Qursquoest-shyce qursquoun filtre coloreacute et comment fonctionne-shyt-shyil

Un filtre est un dispositif qui permet de filtrer la lumiegravere de laisser passer certains rayons

lumineux et drsquoen absorber drsquoautres

Pour savoir quelles lumiegravere coloreacutees le filtre laisse passer il faut lrsquoobserver agrave la lumiegravere

blanche

Le filtre laissera alors passer uniquement les rayons lumineux de sa couleur propre

Par exemple

Un filtre vert laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee verte

Un filtre magenta laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee magenta crsquoest agrave dire les rayons rouge et bleu

Pour connaicirctre la lumiegravere coloreacutee qui ldquosortrdquo du filtre il faut donc

deacutecomposer la lumiegravere qui arrive sur ce filtre et en soustraire les

rayons qui sont absorbeacutes par le filtre On se reacutefegravere alors au modegravele de

la synthegravese soustractive

Image httpswww123couleursfrboutique-shy1filtres-shycolorC3A9s

Tableau reacutecapitulatif

Sciences naturelles Optique les filtres

Modeacutelisation

Nous pouvons modeacuteliser lrsquoaction drsquoun filtre

1 Noter la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur le filtre

2 Deacutecomposer la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur filtre et la coder (en RVB)

3 Repreacutesenter le filtre et coder les rayons absorbeacutes par le filtre 4 Prolonger les rayons lumineux coloreacutes que le filtre laisse passer et les coder (en RVB)

5 Noter la lumiegravere coloreacutee qui sort du filtre

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre magenta sur la lumiegravere blanche

Lorsque plusieurs filtres sont superposeacutes ou aligneacutes il faut modeacuteliser lrsquoaction du premier filtre

sur la lumiegravere projeteacutee puis lrsquoaction du deuxiegraveme filtre sur la lumiegravere qui sort du premier filtre

etc

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre cyan puis drsquoun filtre vert sur la lumiegravere jaune

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

De quelle couleur apparaicirctra un objet de couleur eacuteclaireacute par une lumiegravere coloreacutee

Il y 3 cas

1) Un objet de couleur blanche renvoie toutes les couleurs il apparaicirctra de la couleur eacuteclaireacutee

2) Un objet de couleur noire absorbe toutes les couleurs Peu importe la couleur avec laquelle

lrsquoobjet est eacuteclaireacute lrsquoobjet apparaicirct de couleur noire

3) Pour un objet de couleur il suffit de deacutecomposer les couleurs secondaires par exemple

Jrsquoai un objet jaune

Je lui projette une lumiegravere magenta

Or jaune = rouge + vert

et magenta = bleu + rouge

Le rouge est commun au jaune et au magenta donc lrsquoobjet paraicirctra rouge

En revanche si la lumiegravere est bleue comme il nrsquoy a pas de bleu dans le jaune lrsquoobjet paraicirctra

noir

1

Tableau reacutecapitulatif

1 httpscommunitygoodgamestudioscombigfarmfrdiscussion51685langage-shy‐des-shy‐couleurs

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

Modegravele de reacuteponse

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

______

______

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

______

______

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation avec propositions

de reacuteponses)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

(rouge vert bleu Nous percevons les diffeacuterentes couleurs agrave partir de ces trois couleurs) ________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

(Explication relative aux cocircnes et bacirctonnets de lrsquo‛oeil)

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Corrigeacute vert bleu blanc cyan

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________ (vert)

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________ (bleu)

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________ (aucunenoir)

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

(selon modegravele eacutetudieacute)

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

(les deux selon que lrsquo‛on parle de synthegravese additive ou soustractive)

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

Bleu

______

Bleu

______

Noir

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________ (lumiegravere rouge)

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

Noir

______

Rouge

______

Rouge

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

(Bleu)

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

(selon modegravele eacutetudieacute)

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

(Explication citant la synthegravese soustractive et lrsquo‛effet des lumiegraveres coloreacutees

concerneacutees sur le haut du cambrioleur)

Evaluation - Analyse

Ce commentaire comprend les diffeacuterents objectifs eacutevalueacutes ainsi que ce qui est attendu

preacuteciseacutement des eacutelegraveves et les niveaux taxonomiques correspondants

Ce sont des pistes drsquo‛eacutevaluation qui sont ici proposeacutees non une eacutevaluation suivie

Exercice 1

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- Mettre en lien des notions theacuteoriques apprises en cours (cocircnes et

bacirctonnets de lrsquo‛oeil) avec drsquo‛autres (synthegravese additive)

Lrsquo‛eacutevaluation deacutebute par deux questions au niveau taxonomique peu eacuteleveacute La

premiegravere de lrsquo‛ordre de la compreacutehension demande aux eacutelegraveves de restituer une

connaissance de base agrave lrsquo‛aide de leurs propres mots La deuxiegraveme propose de

tester les connaissances theacuteoriques des eacutelegraveves en veacuterifiant que des liens entre

deux notions aient eacuteteacute faits

Exercice 2

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutedire la couleur perccedilue en fonction des meacutelanges de couleurs RVB

- deacutechiffrer un scheacutema et les codes de la repreacutesentation de la trajectoire

des lumiegraveres coloreacutees

Le deuxiegraveme exercice relegraveve du niveau taxonomique de lrsquo‛application car il

neacutecessite une compreacutehension de la maniegravere de repreacutesenter la lumiegravere (scheacutema de

la trajectoire rectiligne codes de couleurs RVB) et drsquo‛appliquer ce modegravele tout en

utilisant les connaissances des couleurs fondamentales et compleacutementaires de la

synthegravese additive

Exercice 3

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet drsquo‛un filtre sur une lumiegravere coloreacutee agrave lrsquo‛aide des codes

propres agrave lrsquo‛optique

Lrsquo‛exercice 3 relegraveve de lrsquo‛application car les eacutelegraveves se reacutefegraverent agrave la modeacutelisation

eacutetablie durant le cours et au diagramme de Venn de la synthegravese soustractive et

les adaptent aux items preacutesenteacutes

Exercice 4

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- mettre en perspective la distinction entre synthegravese additive et

soustractive en terme de lsquorsquo‛naturersquo‛rsquo‛ de la couleur (couleurs matiegraveres vs

couleurs lumiegraveres)

Cet exercice requiert des eacutelegraveves qursquo‛ils mobilisent leur faculteacute drsquo‛analyse (niveau

taxonomique plutocirct eacuteleveacute) pour expliquer les diffeacuterences entre les

repreacutesentations de la couleur en arts visuels et en physique Le but est qursquo‛ils

reconnaissent qursquo‛il srsquo‛agit dans le premier cas de la synthegravese soustractive et dans

le second cas de la synthegravese additive

Exercice 5

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutevoir la couleur perccedilue drsquo‛un objet en fonction des lumiegraveres coloreacutees

projeteacutees et coder le pheacutenomegravene

Les eacutelegraveves appliquent la modeacutelisation drsquo‛une lumiegravere coloreacutee sur un objet coloreacute

pour deacuteterminer la couleur perccedilue du drapeau franccedilais Cette question fait

reacutefeacuterence agrave un niveau taxonomique bas Puis ils trouvent la lumiegravere coloreacutee qui

permet de voir les deux drapeaux preacutesenteacutes de la mecircme couleur Ils trouveront

cette reacuteponse en modeacutelisant les lumiegraveres coloreacutees sur lrsquo‛objet de couleur

Plusieurs scheacutemas sont neacutecessaires pour trouver la reacuteponse Crsquo‛est une question

taxonomiquement haute qui demande aux eacutelegraveves de faire une synthegravese

Exercice 6

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet de la lumiegravere coloreacutee sur un objet et en deacuteduire la

couleur perccedilue

- justifier sa reacuteponse avec des mots en faisant la synthegravese des diffeacuterents

concepts vus dans la seacutequence de cours

Les eacutelegraveves doivent comprendre ce qursquo‛ils lisent et deacuteterminer la couleur propre du

haut du cambrioleur Cette question est taxonomiquement haute elle demande de

lrsquo‛analyse Puis ils justifient leur reacuteponse par le modegravele de lrsquo‛effet de la lumiegravere

coloreacutee sur un objet Cette question est drsquo‛un niveau taxonomique infeacuterieur

drsquo‛application Finalement ils deacuteterminent pourquoi la description de la jeune fille

ne correspond pas agrave la couleur propre en faisant le lien avec la synthegravese

soustractive demandant un niveau taxonomiquement tregraves eacuteleveacute la synthegravese

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4 Argumentation scientifique Nous avons choisi de construire notre seacutequence de cours de maniegravere agrave ce qursquoelle srsquoinscrive dans une deacutemarche constructiviste de type piageacutetienne Dans cette deacutemarche lrsquoenseignant anticipe les conceptions erroneacutees que les eacutelegraveves peuvent avoir puis eacutetablit une situation-shyproblegraveme permettant ideacutealement de deacuteconstruire ces repreacutesentations incomplegravetes puis finalement drsquoen construire de nouvelles plus justes Dans ce qui suit nous allons deacutefinir ces diffeacuterents concepts mis en eacutevidence puis expliciter la maniegravere dont nous les avons pris en compte dans notre planification

41 Les conceptions des eacutelegraveves et les situations-shyproblegravemes

411 Deacutefinitions Conception Selon Giordan et al (1994) une conception ou repreacutesentation peut ecirctre consideacutereacutee comme une ideacutee un objet ou un eacutevegravenement qui aide lrsquoeacutelegraveve agrave comprendre le monde qui lrsquoentoure Elle est le fruit de son expeacuterience personnelle dans laquelle il va puiser pour comprendre les nouveaux savoirs que lrsquoon va chercher agrave lui inculquer Elle peut ecirctre consideacutereacutee comme une connaissance ldquodeacutejagrave-shylagraverdquo acquise dans un certain contexte par lrsquoapprenant et qui peut ecirctre correcte ou erroneacutee Les mauvaises conceptions (ou misconception en anglais) peuvent donc ecirctre deacutecrites comme des ideacutees qui proviennent drsquoune mauvaise compreacutehension drsquoobjets ou eacutevegravenements Elles sont issues principalement de lrsquoenvironnement avec lequel lrsquoeacutelegraveve interagit et du contexte dans lequel il se situe mais elles deacutecoulent eacutegalement des systegravemes seacutemiotiques mis en oeuvre Ces derniers sont abordeacutes plus en deacutetail dans ce qui suit Seacutemiologie En seacutemiologie (lrsquoeacutetude des systegravemes de signes) une repreacutesentation (ou un signe) est double elle est doteacutee drsquoun signifiant et drsquoun signifieacute (de Saussure 1916) Le signifiant qui fait lrsquoobjet de la seacutemiologie deacutesigne la forme et laspect du signe tandis que le signifieacute eacutetudieacute dans le cadre de la seacutemantique deacutesigne le concept eacutevoqueacute par le signe A partir du moment ougrave le signe possegravede plusieurs signifieacutes il devient symbole et crsquoest ainsi que les incompreacutehensions peuvent survenir Selon R Duval (1995) le concept de laquo registre seacutemiotique raquo permet de distinguer les repreacutesentations qui relegravevent de diffeacuterents registres ou types visuels numeacuteriques graphiques symboliques formels scheacutematiques etc En didactique ce concept est fondamental car les diffeacuterences de registre au sein drsquoune mecircme repreacutesentation ou drsquoun

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modegravele peut induire des difficulteacutes de lecture Ils risquent drsquoajouter des difficulteacutes suppleacutementaires en empecircchant les eacutelegraveves de se focaliser sur le problegraveme poseacute par lrsquoactiviteacute et les menant agrave formuler des conclusions diffeacuterentes de celles attendues par lrsquoenseignant Crsquoest pour cela qursquoun choix pertinent de registre seacutemiotique facilite la compreacutehension du concept introduit Dans notre cours un exemple typique que nous pouvons donner est la forte ressemblance des diagrammes de Venn pour les synthegraveses additive et soustractive Dans les deux modegraveles les diagrammes sont communeacutement scheacutematiseacutes sous forme circulaire De plus bien que inverseacutees au niveau de leurs superpositions les mecircmes couleurs sont repreacutesenteacutees dans les deux diagrammes Ces similitudes peuvent rendre la diffeacuterenciation complexe pour les eacutelegraveves Crsquoest pourquoi nous avons estimeacute important drsquoapporter un changement agrave la repreacutesentation de ces diagrammes Ainsi dans lrsquoune de nos fiches de synthegravese nous avons preacutefeacutereacute utiliser des formes rectangulaires plutocirct que circulaires pour repreacutesenter la synthegravese soustractive car cette forme eacutevoque plus fortement le filtre et ainsi lrsquoabsorption de la lumiegravere Cadre de rationaliteacute origine des conceptions En srsquoappuyant sur les travaux de R Douady (1984) A Lerouge (1992) deacutefinit laquo un cadre de rationaliteacuteraquo comme laquoun ensemble coheacuterent de fonctionnement de la penseacuteeraquo caracteacuteriseacute principalement par les composantes suivantes

1 Les objets du cadre dans notre cas il peut srsquoagir de peinture de feuille de papier de lampes de poche de filtres etc

2 Le type de processus de conceptualisation Dans un cadre scientifique il peut srsquoagir drsquoun processus par modeacutelisation ou par expeacuterimentation par exemple

3 Les registres seacutemiotiques que nous avons traiteacutes plus haut Les conceptions des eacutelegraveves et les conflits de perceptions en reacutesultant sont issus des diffeacuterents cadres de rationaliteacute dans lesquels ils eacutevoluent Ce sont les cadres familiers (personnel) et culturels (eacutecole) qui sont responsable de ces conceptions et repreacutesentations mentales tantocirct concourantes tantocirct inexistantes voire erroneacutees Elles se manifestent principalement agrave travers la seacutemiotique Les eacutelegraveves eacuteprouvent de la difficulteacute agrave repreacutesenter des objets issus de registres seacutemiotiques diffeacuterents ou encore agrave simplement les reconnaicirctre Dans le contexte de notre seacutequence sur les couleurs ces cadres de rationaliteacute sont centraux En effet crsquoest dans son quotidien et donc dans son cadre familier que lrsquoeacutelegraveve va deacutecouvrir la notion de couleur notamment par le biais de la peinture ou drsquoobservation drsquoarc-shyen-shyciel Cette deacutecouverte qui a souvent lieu tregraves tocirct dans la vie de lrsquoenfant ne fera pourtant pas pour autant lrsquoobjet de questionnement sur le pheacutenomegravene de perception des couleurs La notion de cadre culturel ou scolaire quand agrave elle peut ecirctre eacutetendue dans notre cas agrave deux sous-shycateacutegories de cadres culturels diffeacuterents qui vont ecirctre agrave lrsquoorigine de conceptions erroneacutees ou incomplegravetes Premiegraverement il y a le cadre que nous appelons laquo arts visuelsraquo et qui a ses propres regravegles de rationaliteacutes Les cours de dessin ou drsquoactiviteacutes creacuteatrices en sont de parfaits exemples car crsquoest dans ce cadre que les eacutelegraveves vont premiegraverement aborder la

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theacutematique des couleurs primaires et de leurs meacutelanges Mais cette theacutematique est eacutegalement abordeacutee dans le cadre laquophysiqueraquo agrave travers les expeacuteriences de deacutecomposition de la lumiegravere ou de superposition de lumiegraveres coloreacutees Ainsi nous retrouvons trois cadres de rationaliteacute concourants (familier physique arts visuels) dans lesquels les eacutelegraveves eacutevoluent et qui engendrent indubitablement des conceptions erroneacutees sur la lumiegravere et les couleurs puisque les eacutelegraveves ne sont pas ameneacutes agrave les diffeacuterencier dans chacun des cadres Et comme la communication entre les diffeacuterents cadres nrsquoest pas eacutetablie le lien agrave faire entre les diffeacuterentes conceptions issues de ces cadres est agrave la charge de lrsquoeacutelegraveve ce qui repreacutesente une lourde responsabiliteacute dans son apprentissage Astolfi (2008) appelle eacutegalement ces conceptions issues de diffeacuterents cadres des ldquotrames conceptuelles rdquoqui peuvent ecirctre deacutefinies comme ldquoun ensemble de concepts-shycleacutes propres agrave un domaine et logiquement hieacuterarchiseacutes entre eux qui structurent les disciplines et engendrent des situations-shyproblegravemesrdquo Mais encore on verra eacutemerger des problegravemes de contrat didactique dans chacun des cadres lrsquoeacutelegraveve va tenter de donner une reacuteponse qui va satisfaire lrsquoenseignant sans pour autant ecirctre ameneacute agrave confronter ses conceptions

Situation-shyproblegraveme Pour de Vecchi (2006) une situation-shyproblegraveme est une activiteacute qui consiste agrave mettre lrsquoeacutelegraveve dans une situation ougrave il va ecirctre ameneacute agrave eacutelaborer des strateacutegies de reacutesolution de problegraveme Lrsquoun des points cleacutes des situations-shyproblegravemes est qursquoelles eacutetablissent un lien eacutetroit entre les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves En drsquoautres termes une situation-shyproblegraveme est construite de telle sorte que les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave remettre en question des repreacutesentations actuelles qui srsquoavegraverent erroneacutees agrave les deacuteconstruire pour en construire de nouvelles Ainsi dans une deacutemarche de type constructiviste lrsquoeacutelegraveve construit son savoir en renversant ses anciennes conceptions Une situation-shyproblegraveme nrsquoest donc pas une deacutemarche ponctuelle dans laquelle lrsquoeacutelegraveve devra reacutesoudre une liste drsquoexercices teacuteleacuteguideacutee par lrsquoenseignant Ce qui justifie lrsquoefficaciteacute des situations problegravemes est qursquo laquoapprendreraquo ne consiste pas agrave cumuler les savoirs mais agrave en construire et agrave en deacuteconstruire

Une situation-shyproblegraveme doit comprendre plusieurs eacuteleacutements

-shy Un objectif-shyobstacle Pour Meirieu (1987) un objectif-shyobstacle est ldquoun objectif dont lrsquoacquisition permet au sujet de franchir un palier deacutecisif de progression en modifiant son systegraveme de repreacutesentation et en le faisant acceacuteder un niveau supeacuterieur de formulation rdquo Dans notre cas lrsquoeacutelegraveve pense que tous les meacutelanges de 3 couleurs primaires (de peinture ou de lumiegravere) vont donner le mecircme reacutesultat La distinction entre synthegraveses additive et soustractive nrsquoest pas connue des eacutelegraveves De plus projeter de la lumiegravere monochromatique sur un objet drsquoune certaine couleur ne donne pas toujours la mecircme couleur Lrsquoexemple avec le drapeau (activiteacute 4) est parlant

-shy Une situation centreacutee sur cet obstacle prenant en compte une deacutemarche expeacuterimentale ou une deacutemarche de modeacutelisation Dans notre cours les deux deacutemarches sont mises en oeuvre mais notre deacutemarche principale est la modeacutelisation Les eacutelegraveves vont effectivement ecirctre ameneacutes agrave eacutemettre des hypothegraveses manipuler reacutecolter des reacutesultats et les confronter agrave

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leurs hypothegraveses mais il srsquoagit surtout drsquoune deacutemarche de modeacutelisation car les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave creacuteer des scheacutemas dans plusieurs exercices

-shy Une probleacutematisation et la deacutevolution on probleacutematise la conception erroneacutee en introduisant une situation-shyproblegraveme crsquoest-shyagrave-shydire qursquoon construit un problegraveme centreacute sur lrsquoobstacle La surprise face agrave une situation incoheacuterente va intriguer lrsquoeacutelegraveve exciter sa motivation et le pousser agrave vouloir srsquoimpliquer dans le problegraveme ce qui va aider sa deacutevolution Brousseau (1998) qualifie la notion de deacutevolution par le ldquo processus par lequel lenseignant parvient agrave placer leacutelegraveve comme simple actant dans une situation a-shydidactique (agrave modegravele non didactique) Il cherche par lagrave agrave ce que lrsquoaction de lrsquoeacutelegraveve ne soit produite et justifieacutee que par les neacutecessiteacutes du milieu et par ses connaissances et non par lrsquointerpreacutetation des proceacutedeacutes didactiques du professeurrdquo Pour enrocircler les eacutelegraveves et les aider agrave identifier la probleacutematique en met on place une situation deacuteclenchante Dans notre cas lrsquoexemple avec le meacutelange de peinture et de lumiegraveres coloreacutees est un parfait exemple de situation deacuteclenchante car les eacutelegraveves ne sattendent probablement pas par exemple agrave ce que le meacutelange de vert et bleu donne du cyan ou encore qursquoon perccediloive un citron noir lorsque lrsquoon projette de la lumiegravere bleue sur ce celui-shyci

412 La prise en compte des conceptions des eacutelegraveves dans notre seacutequence La theacutematique de la lumiegravere et des couleurs est complexe et comprend de nombreux concepts difficiles agrave assimiler En effet bon nombre de personnes ont des repreacutesentations erroneacutees qui peuvent rester profondeacutement ancreacutees Parmi les conceptions erroneacutees les plus communes on retrouve selon le site internet des MER

La lumiegravere blanche est sans couleur pure quand la lumiegravere blanche passe dans un prisme ou traverse un filtre de la couleur lui est ajouteacutee

La lumiegravere blanche nous permet de voir la vraie couleur des objets laquoMa feuille est blanche parce que je nai pas ajouteacute dautres couleurs agrave celle-shyciraquo

Les couleurs sont lieacutees agrave des proprieacuteteacutes de lrsquoobjet exclusivement sans reacutefeacuterence agrave la lumiegravere qui eacuteclaire lrsquoobjet Ne dit-shyon pas quun pull est rouge

Confusion entre les couleurs primaires en couleur peinture et en couleur lumiegravere

Dans notre planification nous avons anticipeacute ces conceptions et avons construit notre cours de maniegravere agrave ce qursquoelles soient mises en eacutevidence le plus tocirct possible afin de tenter de les deacuteconstruire agrave travers nos activiteacutes

Ainsi degraves deacutebut de lrsquoactiviteacute 2 les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave une situation-shyproblegraveme dans laquelle ils comprennent qursquoil existe une contradiction entre leur conception de deacutepart sur les meacutelanges de couleurs (issue de leurs cadres de rationaliteacute familier et scolaire lsquorsquoart visuelrsquorsquo) et leurs observations (nouveau cadre lsquorsquophysiquersquorsquo) Crsquoest sur la base de ce conflit cognitif que les diffeacuterentes notions de la seacutequence pourront ecirctre abordeacutees Les autres conceptions sont mises en eacutevidence puis deacuteconstruites agrave travers les diffeacuterentes activiteacutes Par exemple les

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activiteacutes du chapitre 3 permettent de montrer que la lumiegravere blanche nrsquoest pas pure mais qursquoelle est composeacutee de toutes les couleurs et ce gracircce agrave lrsquoobservation des objets agrave la lumiegravere blanche puis agrave travers un filtre

De plus lrsquoactiviteacute 3 srsquoarticule autour drsquoune conception erroneacutee repeacutereacutee dans certaines classes Bon nombre drsquoeacutelegraveves eacutetaient persuadeacutes qursquoun filtre ne laissait pas passer les lumiegraveres de sa couleur propre car crsquoest la couleur dont est perccedilue le filtre Un conflit cognitif est alors provoqueacute afin de deacuteconstruire cette conception les eacutelegraveves observent que la lumiegravere coloreacutee nrsquoest pas absorbeacutee par le filtre mais qursquoelle se propage bien jusqursquoagrave lrsquoeacutecran blanc

En introduction de lrsquoactiviteacute 4 une nouvelle situation-shyproblegraveme est preacutesenteacutee par le biais drsquoune image montrant que la couleur drsquoun objet peut varier en fonction de la lumiegravere coloreacutee par laquelle il est eacuteclaireacute Elle servira agrave provoquer un conflit cognitif chez les eacutelegraveves car cette situation intervient apregraves une phase drsquohypothegravese reacutepondant agrave la question suivante un objet peut-shyil avoir diffeacuterentes couleurs La reacuteponse donneacutee par lrsquoimage contredira probablement lrsquohypothegravese preacuteceacutedemment formuleacutee et devrait susciter de la curiositeacute chez lrsquoeacutelegraveve et lui donner lrsquoenvie de comprendre le pheacutenomegravene Nous deacutemontrons ensuite tout au long de lrsquoactiviteacute 4 sur les lumiegraveres coloreacutees que crsquoest le pheacutenomegravene drsquoabsorption et de reacuteflection de la lumiegravere qui nous permet de voir la couleur des objets et non pas la lumiegravere blanche Crsquoest donc par le biais de ces deacuteconstructions successives de conceptions que lrsquoenseignant peut guider les eacutelegraveves sur la voie de la reacutesolution du problegraveme de lrsquoorigine de ces contradictions dans le but drsquoeacutetablir le lien entre les diffeacuterents cadres de rationaliteacute

42 Modeacutelisation

421 Deacutefinition

Un modegravele est communeacutement deacutefini comme un objet ou un concept qui va permettre de repreacutesenter la reacutealiteacute de diffeacuterentes maniegraveres Bunge (1974) ou encore Martinand (1994) le deacutefinissent eacutegalement comme un moyen permettant de mettre en relation le monde theacuteorique avec le monde empirique Il peut ecirctre consideacutereacute en quelque sorte comme un monde intermeacutediaire ou une sorte de lunette conceptuelle (Halloun 2004) qui va permettre drsquoobserver des pheacutenomegravenes naturels Un modegravele ne constitue pas la reacutealiteacute mais la repreacutesente en simplifiant certains de ses aspects ce qui peut causer des conflits pour les repreacutesentations cognitives chez lrsquoeacutelegraveve

422 La modeacutelisation dans notre seacutequence Dans notre planification la modeacutelisation est centrale afin de conceptualiser des pheacutenomegravenes complexes comme la composition de la lumiegravere et la perception des couleurs Elle est lrsquooutil qui permet drsquoamener les eacutelegraveves agrave se faccedilonner une repreacutesentation de la deacutecomposition de la lumiegravere blanche de labsorption de la lumiegravere agrave travers les filtres et des synthegraveses additive et soustractive des couleurs

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De plus elle constitue un objectif de formation meacutethodologique qui va de pair avec toute formation scientifique Crsquoest pourquoi nous avons inclus la modeacutelisation dans les objectifs drsquoapprentissage Dans la terminologie du PER la modeacutelisation correspond agrave lrsquoobjectif geacuteneacuteral MSN37

bull MSN 1525 mdash Modeacuteliser des pheacutenomegravenes naturels techniques sociaux ou des situations matheacutematiques

bull en imaginant et en utilisant divers outils de repreacutesentation (codes scheacutemas graphiques tableauxhellip)

Lrsquoactiviteacute 2 propose aux eacutelegraveves de reporter les couleurs observeacutees sur trois cercles superposeacutes En les coloriant les eacutelegraveves reacutealisent en reacutealiteacute une forme simple de modeacutelisation par un diagramme de Venn de la synthegravese additive Il nous a sembleacute pertinent drsquointroduire ce scheacutema de cette maniegravere car ainsi les eacutelegraveves comprennent reacuteellement qursquoil correspond agrave la lumiegravere projeteacutee et superposeacutee sur un eacutecran En derniegravere partie drsquoactiviteacute les eacutelegraveves se familiarisent avec un logiciel de modeacutelisation de la synthegravese additive 3

Lrsquoutilisation drsquoun modegravele dans ce cas est indispensable pour des raisons pratiques Il serait en effet tregraves difficile de faire des observations similaires avec un dispositif reacuteel constitueacute de projecteurs et drsquoun eacutecran comme dans la premiegravere partie drsquoactiviteacute Nous avons veilleacute agrave choisir un logiciel simple drsquousage sur lequel seules deux manipulations sont possibles allumereacuteteindre les projecteurs et varier leurs intensiteacutes Ainsi il est possible pour les eacutelegraveves de faire rapidement et sans difficulteacutes de lrsquoordre du registre seacutemiotique la deacuteduction attendue les diffeacuterentes couleurs srsquoobtiennent par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

Dans lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves sont ameneacutes agrave modeacuteliser lrsquoeffet drsquoun filtre sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee Ils ancrent ainsi le fonctionnement drsquoun filtre dans leur apprentissage et deacuteveloppent une meacutethodologie systeacutematique dans la reacutesolution de problegravemes mettant en scegravene des filtres Gracircce au modegravele deacuteveloppeacute les eacutelegraveves deacuteconstruisent deacutefinitivement leur eacuteventuelle conception erroneacutee selon laquelle un filtre absorberait sa propre couleur Lrsquoactiviteacute 43 a pour but que les eacutelegraveves modeacutelisent les pheacutenomegravenes de reacutefraction et drsquoabsorption en justifiant leur reacuteponse par un modegravele de reacuteponse Ce dernier comprend les couleurs RVB qui se reflegravetent ou qui sont absorbeacutees par une surface Ainsi lrsquoeacutelegraveve peut trouver une meacutethode systeacutematique de reacuteponse en testant les diffeacuterentes couleurs Gracircce agrave cette modeacutelisation et agrave celle de lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves comprennent que les fonctionnements des filtres et des lumiegraveres coloreacutees sont fondeacutes sur le mecircme principe

3(httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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43 Deacutemarche expeacuterimentale

431 Deacutefinition Pour de Vecchi il est important de ne pas confondre les notions lieacutees agrave lrsquoexpeacuterimental qui sont les suivantes

-shy Une deacutemarche scientifique nrsquoest pas exclusive au domaine des sciences expeacuterimentales mais peut aussi ecirctre mobiliseacutee dans les sciences humaines socialeshellip Elle utilise drsquoautres outils que lrsquoexpeacuterimentale Toute recherche digne de ce nom est de nature scientifique

-shy La meacutethode expeacuterimentale eacutequivaut plutocirct agrave un plan agrave suivre un mode drsquoemploi ou agrave une marche agrave suivre qui suit un ordre strict que lrsquoon peut aussi appeler protocole Par exemple parmi les plus ceacutelegravebres protocoles nous retrouvons celui de Claude Bernard (1865) que lrsquoon abregravege par les initiales OHERIC qui correspondent agrave observation hypothegravese expeacuterience reacutesultats interpreacutetation et conclusion De maniegravere geacuteneacuterale il srsquoagit du protocole caricatural que lrsquoon emploie le plus souvent dans les salles de classes

-shy Une deacutemarche expeacuterimentale est une approche plus reacutealiste moins stricte et integravegre

une approche plus tacirctonnante Il nrsquoest pas constitueacute drsquoeacutetapes preacutedeacutetermineacutees et est donc moins affecteacutee par les directives de lrsquoenseignant Il peut donc laisser des liberteacutes dans la maniegravere de reacutesoudre le problegraveme

432 La deacutemarche expeacuterimentale dans notre seacutequence Dans notre seacutequence la meacutethode expeacuterimentale est preacutesente de maniegravere partielle du scheacutema caricatural OHERIC nous nous inteacuteressons en particulier aux phases drsquoobservation et drsquoeacutemission drsquohypothegraveses Crsquoest pourquoi nous parlons donc plutocirct de ldquodeacutemarche expeacuterimentalerdquo En effet tout au long des diffeacuterentes activiteacutes il est reacuteguliegraverement demandeacute aux eacutelegraveves de formuler une hypothegravese agrave partir de leurs connaissances au preacutealable puis de faire de nouvelles observations en contexte expeacuterimental Crsquoest sur la base de ces derniegraveres qursquoils pourront reacutealiser leurs deacuteductions sur le pheacutenomegravene en question et construire de nouvelles conceptions Dans lrsquoactiviteacute 2 ce type de deacutemarche est central pour la creacuteation de la premiegravere situation-shyproblegraveme Par la suite la deacutemarche permet de guider les eacutelegraveves dans le processus de deacuteduction du fonctionnement geacuteneacuteral des diffeacuterents pheacutenomegravenes Dans lrsquoactiviteacute 41 par exemple les pheacutenomegravenes agrave deacuteduire sont la synthegravese soustractive et le fonctionnement de la lumiegravere coloreacutee Lrsquoemploi drsquoobjets familiers permet un ancrage dans le quotidien

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Dans lrsquoactiviteacute 3 lrsquoeacutetude de lrsquoeffet des filtres constitue agrave son tour un deacutemarche expeacuterimentale En effet les eacutelegraveves doivent tout drsquoabord eacutemettre leurs hypothegraveses puis les veacuterifient par lrsquoexpeacuterimentation et ses reacutesultats provoquant probablement un conflit cognitif avant drsquoen conclure lrsquoeffet drsquoun filtre Dans lrsquoactiviteacute 42 nous retrouvons toujours le mecircme principe de deacutemarche expeacuterimentale Les eacutelegraveves formulent des hypothegraveses sur la couleur perccedilue de diffeacuterents mots coloreacutes eacuteclaireacutes par une lumiegravere coloreacutee puis les veacuterifient lors de la phase drsquoobservation La confrontation entre leurs attentes lieacutees agrave leurs conceptions et la reacutealiteacute creacutee le conflit cognitif rechercheacute

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5 Conclusion Pour seacutelectionner notre thegraveme et eacutelaborer notre seacutequence nous nous sommes fondeacutes sur les objectifs du PER et crsquoest sur lrsquooptique que notre choix srsquoest porteacute Le savoir savant auquel nous nous sommes reacutefeacutereacutes comprend principalement des concepts lieacutes agrave la lumiegravere tels que les photons les ondes eacutelectromagneacutetiques ainsi que les spectres drsquoeacutemission et drsquoabsorption Nous avons transposeacute ce savoir en un savoir enseignable par le biais drsquoun travail de contextualisation et de reacuteadaptation Nous avons eacuteteacute ameneacutes agrave remplacer des modegraveles scientifiques (par exemple les modegraveles de synthegraveses additive et soustractive) par des modegraveles accessibles agrave un niveau scolaire et agrave changer les conditions drsquoeacutemergence des problegravemes Ainsi notre travail de transposition consistait agrave montrer aux eacutelegraveves la partie eacutemergeacutee de lrsquoiceberg du concept de couleur le reacutesultat apparent plutocirct que lrsquoorigine eacutelectromagneacutetique Tout au long de la seacutequence et par le biais de situations-shyproblegravemes et de diffeacuterentes eacutetapes de reacutesolution des activiteacutes les eacutelegraveves ont eacuteteacute guideacutes dans le processus de construction de leur apprentissage En nous focalisant sur les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves nous avons eacutelaboreacute nos exercices de maniegravere agrave proposer des situations deacuteclenchantes afin de faciliter le transfert de la responsabiliteacute de la reacutesolution des problegravemes aux eacutelegraveves Cette derniegravere srsquoeffectue par des deacutemarches drsquoexpeacuterimentation mais surtout de modeacutelisation

Dans notre sceacutenario les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave deux types de donneacutees theacuteoriques et empiriques Drsquoune part ils ont agrave disposition deux theacuteories principales la premiegravere est que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs de lrsquoarc-shyen-shyciel tandis que la seconde deacutecrit l a maniegravere dont la couleur drsquoun objet deacutepend des couleurs qursquoil va absorber Drsquoautre part ils disposent de donneacutees empiriques qursquoils sont ameneacutes agrave reacutecolter en superposant des lumiegraveres de diffeacuterentes couleurs en meacutelangeant de la peinture et en projetant de la lumiegravere coloreacutee sur diffeacuterents objets coloreacutes Dans le cadre drsquoune deacutemarche drsquoexpeacuterimentation ils ont eacutemis des hypothegraveses observeacute manipuleacute du mateacuteriel utiliseacute des appliquettes en ligne et veacuterifieacute leurs reacutesultats Crsquoest ainsi les modegraveles que nous avons preacutesenteacutes et que les eacutelegraveves ont eacutelaboreacutes vont ecirctre des ponts qui vont relier le monde theacuteorique et le monde empirique Par ailleurs nous avons eacuteteacute attentifs agrave la seacutemiotique lors de nos choix des repreacutesentations utiliseacutees nous nous sommes reacutefeacutereacutes agrave la notion de registre seacutemiotique afin drsquoeacutelaborer des scheacutemas nrsquoengendrant pas de difficulteacutes de lecture chez les eacutelegraveves

Nous avons analyseacute lrsquoorigine des conceptions erroneacutees et avons remarqueacute qursquoelles eacutetaient principalement dues agrave des repreacutesentations concourantes engendreacutees par les diffeacuterents contextes et cadres de rationaliteacutes dans lesquelles les eacutelegraveves eacutevoluent Notre sceacutenario permet aux eacutelegraveves drsquoeacutetablir des liens entre ces diffeacuterents cadres et de construire une nouvelle repreacutesentation de la couleur celle drsquoun objet de la physique

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

6 Bibliographie

Astolfi J Ginsburger-shyVogel Y amp Toussaint J (2008) Mots-shycleacutes de la didactique des sciences De Boeck Supeacuterieur Beaufils D Ramage M-shyJ DidaScO (2004) Simulation informatique et enseignement de la physique regards didactiques Universiteacute Paris-shySud Centre scientifique drsquoOrsay -shy 91405 Orsay Cedex Brahic A Grenier I ( 2008) Lumiegraveres deacutetoiles les couleurs invisibles Odile Jacob Brousseau G (1998) Glossaire de quelques concepts de la theacuteorie des situations didactiques en matheacutematiques DAEST-shy Faculteacute des Sciences de lHomme-shyUniversiteacute Victor Segalen Bordeaux 2 Bunge M (1975) Philosophie de la physique Paris France Editions du Seuil Chevallard Y amp Johsua M-shyA (1986) Transposition didactique  Du savoir savant au savoir enseigneacute -shy Un exemple drsquoanalyse de la transposition didactique Penseacutee sauvage Chevallard Y A du texte Chevallard Y A du texte Chevallard Y amp Johsua M-shyA A du texte (1991) La transposition didactique  du savoir savant au savoir enseigneacute Suivi de Un exemple de la transposition didactique ([2e eacuted revue et augm]) Yves Chevallard  Yves Chevallard et Marie-shyAlberte Johsua [texte imprimeacute] Retrieved October 19 2016 de Vecchi G (2006) Enseigner lrsquoexpeacuterimental en classe  Pour une veacuteritable eacuteducation scientifique Hachette Editions (p 221-shy229) de Vecchi G (2006) Enseigner lrsquoexpeacuterimental en classe  Pour une veacuteritable eacuteducation scientifique Hachette Editions (p 55 -shy65) de Saussure F (2005) Cours de linguistique geacuteneacuterale Arbres drsquoOr Develay M (1987) A propos de la transposition didactique en sciences biologiques Aster [ISSN 0297-shy9373] 1987 Ndeg 4 p 119 Duval R (1988) Eacutecarts seacutemantiques et coheacuterence matheacutematique introduction aux problegravemes de congruences in Annales de Didactique et de Sciences Cognitives de lIREM de Strasbourg Giordan A Girault Y et Clement P (1994) Conceptions et connaissance Peter Lang Halloun I A (2004) Modeling theory in science education Dordrecht Holland Kluwer Academic Publishers Kane J Sternheim M (1989) Cours QCM exemple et exercices corrigeacutes -shy 1er cycle Licence PCEM PCEP Physique 3egraveme eacutedition revue par Philipe Ghosez Maryse Hoebeke et Gabriel Llabreacutes DUNOD Lerouge A (1992) Repreacutesentation carteacutesienne rationaliteacute matheacutematique et rationaliteacute du quotidien chez des eacutelegraveves de collegravege Thegravese de doctorat Universiteacute Montpellier II Malafosse D Lerouge A Dusseau J-shyM (2000) Notions de registre et de cadre de rationaliteacute en inter-shydidactique des matheacutematiques et de la physiqu e Treacutema Martinand J-shyL (nd) Introduction agrave la modeacutelisation In Actes du seacuteminaire de didactique des disciplines technologiques Cachan (p 126ndash138)

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Meirieu P Avanzin Gi (1987) Apprendre oui mais comment Edition ESF Verret M (1975) Le temps des eacutetudes (Vols 1ndash2) Lille France Atelier Reproduction des thegraveses

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Page 17: Physique Optique Lescouleurs · Sciences naturelles Les couleurs 10 11 Harmos 1.Introduction Comme nous allons le détailler dans le chapitre 4, les conceptions erronées des élèves

Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Deacuteroulement amp Indication pour les enseignants

a) Ils scheacutematisent le pheacutenomegravene et remplissent le tableau Lrsquoideacutee est drsquoeacutecrire les mots avec la mecircme peinture utiliseacutee durant lrsquoactiviteacute 21 ce qui leur permettrait de faire un lien Les eacutelegraveves se rendront peu agrave peu compte que la peinture agit comme un filtre

b) Avant le cours lenseignant associe une lumiegravere coloreacutee agrave une couleur pour le mot et une couleur de feuille et preacutepare une table proteacutegeacutee pour la peinture

c) Lrsquoactiviteacute se fait par groupe heacuteteacuterogegravene de 3 personnes formeacutes par lrsquoenseignant Chaque groupe possegravede 6 dispositifs eacutemettant des lumiegraveres coloreacutees agrave la lumiegravere desquels ils observeront les deux mots coloreacutes sur leur feuille respective

d) Les eacutelegravevent commencent lrsquoactiviteacute en venant chercher sur la table pour la peinture les 2 couleurs voulues les disposent dans leur palette prennent la feuille correspondante et 2 pinceaux et se dirigent vers les tables preacutepareacutees pour la peinture

e) Ils eacutecrivent les 2 mots avec la peinture puis rejoignent leur place f) Ils remplissent la premiegravere ligne du tableau g) Puis ils inscrivent leur hypothegravese au crayon agrave papier et en petit dans les cases

correspondantes Ils ont la possibiliteacute de prendre une feuille de brouillon pour dessiner les modegraveles

h) Puis lrsquoenseignant distribue les dispositifs eacutemettant les lumiegraveres coloreacutees pour que les eacutelegraveves puissent eacuteclairer leurs mots et observer le reacutesultat qursquoils notent agrave la plumestylo

i) Les hypothegraveses mecircme erroneacutees sont laisseacutees inscrites dans le tableau pour que lrsquoeacutelegraveve puisse comparer les deux et comprendre le pheacutenomegravene (conflit)

Activiteacute 43 (20 min)

Objectifs speacutecifiques agrave lrsquoactiviteacute

Lrsquoeacutelegraveve est capable de

-shy Modeacuteliser agrave lrsquoaide drsquoun scheacutema et de codes la reacutefraction et labsorption de la lumiegravere sur un objet

-shy Retrouver agrave partir de la couleur refleacuteteacutee et la lumiegravere coloreacutee projeteacutee et le filtre utiliseacute Mateacuteriel

pas de mateacuteriel particulier mis agrave part le fichier de lrsquoeacutelegraveve

Deacuteroulement

a) Lrsquoactiviteacute 43 qui permet de voir si les eacutelegraveves ont compris leur demande de reacutefleacutechir en partant des observations pour trouver la situation initiale

b) Le travail est agrave reacutealiser individuellement les eacutelegraveves regardent les diffeacuterents drapeaux modeacutelisent les diffeacuterentes situations et notent leur deacuteductions

c) Lrsquoenseignant reste agrave disposition et passe dans les bancs

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Indications pour lrsquoenseignant

Obstacles ne pas faire le lien que crsquoest la deacutemarche vue preacuteceacutedemment mais agrave lrsquoenvers

Erreurs possibles ne pas trouver le bon filtre agrave cause du noir ne pas repreacutesenter juste le scheacutema de modeacutelisation

Relances faire reacutefeacuterence au tableau reacutecapitulatif de la fiche theacuteorique faire reacutefeacuterence au modegravele du scheacutema en couleur dans la fiche theacuteorique

Institutionnalisation activiteacute 4

Explication de la modeacutelisation de la reacuteflection de la lumiegravere coloreacutee par une marche agrave suivre lors de la correction de lrsquoexercice des drapeaux sous forme drsquoun ldquoje retiensrdquo

Un cours de reacutevision avec les fiches de synthegravese suivra ces seacuteances drsquoactiviteacutes

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

3 Documents Les diffeacuterents documents utiliseacutes dans cette seacutequence sont preacutesenteacutes ci-shydessous

Parmi eux

Fiches drsquoactiviteacutes pour eacutelegraveves et avec correction

Fiches theacuteoriques de synthegravese

Evaluation pour eacutelegraveves et avec correction

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Documents des eacutelegraveves Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs Chapitre 2 Couleurs peintures couleurs lumiegraveres Activiteacute 21 1) Tu as agrave disposition des pinceaux et de la peinture Tu te

souviens peut-shyecirctre de tes cours drsquoarts visuels qursquoil existe des

couleurs primaires qui permettent par leur meacutelange drsquoobtenir

drsquoautres couleurs Mais elles-shymecircmes ne srsquoobtiennent par aucun

meacutelange Te souviens-shytu des combinaisons de couleurs qursquoil faut

meacutelanger pour obtenir une couleur souhaiteacutee

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du vert

__________________________________________

Image httpsfrdreamstimecom Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du rouge

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du bleu

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du noir

__________________________________________

Activiteacute 22 Lrsquoenseignant a installeacute trois projecteurs de couleur un rouge un vert un bleu ainsi

qursquoun eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-shydessous

Image MER

Quelle couleur va-shyt-shyon observer sur lrsquoeacutecran si lrsquoon allume deux par deux les projecteurs

et que lrsquoon superpose leurs lumiegraveres Et si lrsquoon allume les trois projecteurs Remplis le

tableau ci-shydessous drsquoabord avec tes hypothegraveses concernant la couleur obtenue sur

lrsquoeacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Meacutelange de lumiegraveres Couleur obtenue ton hypothegravese

Couleur observeacutee

vert et bleu

vert et rouge

bleu et rouge

vert bleu et rouge

a) Quelles diffeacuterences constates-shytu entre les meacutelanges de lrsquoactiviteacute 1 et ceux de lrsquoactiviteacute

2

______________________________________________________________________

b) Qursquoa-shyt-shyon meacutelangeacute dans chaque cas

______________________________________________________________________

c) Le reacutesultat du meacutelange des lumiegraveres verte bleue et rouge te rappelle-shyt-shyil quelque

chose Que peux-shytu en deacuteduire

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

d) A lrsquoaide de couleurs scheacutematise ci-shydessous les superpositions observeacutees sur lrsquoeacutecran

blanc

Activiteacute 23 Et comment obtenir drsquo‛autres couleurs 1) Tu as vu lors de lrsquoactiviteacute preacuteceacutedente que si lrsquoon superpose trois lumiegraveres de couleurs

RVB on perccediloit du blanc Mais de quelle maniegravere peut-shyon percevoir nrsquoimporte quelle

autre couleur

Familiarise-shytoi avec le logiciel en ligne suivant

httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additive

htm

Puis reacuteponds aux questions suivantes

Par quelles manipulations obtiens-shytu du orange

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du rose

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du vert olive

______________________________________________________________________

Que constates-shytu

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

2) Chaque groupe a agrave sa disposition une loupe binoculaire Deacutepose un smartphone

allumeacute eacutecran vers le haut sous lrsquoobjectif Vise une zone blanche de lrsquoeacutecran puis regravegle la

netteteacute Qursquoobserves-shytu

Observations

Comment expliques-shytu ce pheacutenomegravene

Documents des eacutelegraveves Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs Chapitre 2 Couleurs peintures couleurs lumiegraveres (corrigeacute) Activiteacute 21 1) Tu as agrave disposition des pinceaux et de la peinture Tu te

souviens peut-shyecirctre de tes cours drsquoarts visuels qursquoil existe des

couleurs primaires qui permettent par leur meacutelange drsquoobtenir

drsquoautres couleurs Mais elles-shymecircmes ne srsquoobtiennent par aucun

meacutelange Te souviens-shytu des combinaisons de couleurs qursquoil faut

meacutelanger pour obtenir une couleur souhaiteacutee

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du vert

__________________________________________

Image httpsfrdreamstimecom Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du rouge

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du bleu

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du noir

__________________________________________

Activiteacute 22 Lrsquoenseignant a installeacute trois projecteurs de couleur un rouge un vert un bleu ainsi

qursquoun eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-shydessous

Image MER

Quelle couleur va-shyt-shyon observer sur lrsquoeacutecran si lrsquoon allume deux par deux les projecteurs

et que lrsquoon superpose leurs lumiegraveres Et si lrsquoon allume les trois projecteurs Remplis le

tableau ci-shydessous drsquoabord avec tes hypothegraveses concernant la couleur obtenue sur

lrsquoeacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Meacutelange de lumiegraveres Couleur obtenue ton hypothegravese

Couleur observeacutee

vert et bleu (cyan)

vert et rouge (jaune)

bleu et rouge (magenta)

vert bleu et rouge (blanc)

a) Quelles diffeacuterences constates-shytu entre les meacutelanges de lrsquoactiviteacute 1 et ceux de lrsquoactiviteacute

2

______________________________________________________________________

Les couleurs obtenues ne sont pas les mecircmes qursquoen peinture

b) Qursquoa-shyt-shyon meacutelangeacute dans chaque cas

______________________________________________________________________

Dans le premier cas on a de la matiegravere (de la peinture) dans le deuxiegraveme cas on a de la

lumiegravere

c) Le reacutesultat du meacutelange des lumiegraveres verte bleue et rouge te rappelle-shyt-shyil quelque

chose Que peux-shytu en deacuteduire

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

Le fait que la lumiegravere blanche est composeacutee de lrsquoensemble des couleurs (cf expeacuterience

du prisme) Ici lrsquoexpeacuterience concerne la superposition de lumiegraveres coloreacutees et on observe

que lrsquoaddition des lumiegraveres rouge verte et bleue donne du blanc Cela srsquoappelle le modegravele trichromique

d) A lrsquoaide de couleurs scheacutematise ci-shydessous les superpositions observeacutees sur lrsquoeacutecran

blanc

Activiteacute 23 Et comment obtenir drsquo‛autres couleurs 1) Tu as vu lors de lrsquoactiviteacute preacuteceacutedente que si lrsquoon superpose trois lumiegraveres de couleurs

RVB on perccediloit du blanc Mais de quelle maniegravere peut-shyon percevoir nrsquoimporte quelle

autre couleur

Familiarise-shytoi avec le logiciel en ligne suivant

httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additive

htm

Puis reacuteponds aux questions suivantes

Par quelles manipulations obtiens-shytu du orange (selon eacutelegraveves)

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du rose (selon eacutelegraveves)

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du vert olive (selon eacutelegraveves)

______________________________________________________________________

Que constates-shytu

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

Un jeu de dosage entre les trois couleurs RVB permet drsquoobtenir toutes les diffeacuterentes

couleurs imaginables Les trois lumiegraveres superposeacutees et en dosage eacutequivalent donnent

une lumiegravere blanche crsquoest agrave dire la totaliteacute des couleurs On appelle cela la synthegravese additive

2) Chaque groupe a agrave sa disposition un microscope Deacutepose un smartphone allumeacute

eacutecran vers le haut sous lrsquoobjectif Vise une zone blanche de lrsquoeacutecran puis regravegle la netteteacute

Qursquoobserves-shytu

Observations

(Preacutesences de pixels lumiegraveres RVB)

Comment expliques-shytu ce pheacutenomegravene

(synthegravese effectueacutee par le cerveau)

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 3 Que devient la lumiegravere lorsqursquo‛elle traverse un filtre

Activiteacute 31 les lumiegraveres et filtres coloreacutes

Tu as appris lors du dernier cours que lrsquo‛on pouvait ldquoadditionnerrdquo des lumiegraveres coloreacutees

pour obtenir de nouvelles couleurs Nous pouvons modeacuteliser la lumiegravere blanche ainsi

Nous allons deacutecouvrir aujourdrsquo‛hui comment on peut ldquosoustrairerdquo des lumiegraveres coloreacutees

1) Lrsquo‛enseignant a installeacute trois filtres de couleur un rouge un vert un bleu ainsi qursquo‛un

eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-dessous

Image MER

Quelle couleur va-t-on observer sur lrsquo‛eacutecran si lrsquo‛on allume un par un les projecteurs

Remplis le tableau ci-dessous premiegraverement avec tes hypothegraveses concernant la couleur

obtenue sur lrsquo‛eacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Filtre traverseacute par la

lumiegravere blanche

Couleur obtenue ton

hypothegravese

Couleur observeacutee

Filtre bleu

Filtre rouge

Filtre vert

2) Selon toi quel est le rocircle du filtre coloreacute

_______________________________________________________________

3) Repreacutesente par un scheacutema le passage drsquo‛une lumiegravere blanche agrave travers un filtre rouge

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

4) Et quelle couleur observera-t-on si la lumiegravere blanche passe agrave travers un filtre rouge

puis agrave travers un filtre bleu Formule une hypothegravese puis applique ton modegravele

Hypothegravese __________________________________

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

Activiteacute 32 Qursquo‛obtient-on avec drsquo‛autres filtres

a) Tu disposes maintenant drsquo‛une lampe diffusant de la lumiegravere blanche et de filtres

cyan magenta et jaune Manipule-les les uns apregraves les autres puis en les superposant

pour deacutecouvrir leurs effets sur la lumiegravere blanche

b) A lrsquo‛aide de couleurs et en trsquo‛appuyant sur tes observations scheacutematise ci-dessous

lrsquo‛action des filtres sur une lumiegravere blanche

Activiteacute 33 Deux synthegraveses Similitudes et diffeacuterences

a) Utilise ce logiciel pour comparer les synthegraveses additive et soustractive

httpwwwostralonet3_animationsswfsynthese_couleursswf

a) Quelles similitudes observes-tu entre les synthegraveses additive et soustractive

________________________________________________________________

d) Et quelles diffeacuterences

_______________________________________________________________

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 3 Que devient la lumiegravere lorsqursquo‛elle traverse un filtre

(corrigeacute)

Activiteacute 31 les lumiegraveres et filtres coloreacutes

Tu as appris lors du dernier cours que lrsquo‛on pouvait ldquoadditionnerrdquo des lumiegraveres coloreacutees

pour obtenir de nouvelles couleurs Nous pouvons modeacuteliser la lumiegravere blanche ainsi

Nous allons deacutecouvrir aujourdrsquo‛hui comment on peut ldquosoustrairerdquo des lumiegraveres coloreacutees

1) Lrsquo‛enseignant a installeacute trois filtres de couleur un rouge un vert un bleu ainsi qursquo‛un

eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-dessous

Image MER

Quelle couleur va-t-on observer sur lrsquo‛eacutecran si lrsquo‛on allume un par un les projecteurs

Remplis le tableau ci-dessous premiegraverement avec tes hypothegraveses concernant la couleur

obtenue sur lrsquo‛eacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Filtre traverseacute par la

lumiegravere blanche

Couleur obtenue ton

hypothegravese

Couleur observeacutee

Filtre bleu bleu

Filtre rouge rouge

Filtre vert vert

2) Selon toi quel est le rocircle du filtre coloreacute

_______________________________________________________________

Un filtre coloreacute ne transmet que les rayons de sa couleur et absorbe les autres

3) Repreacutesente par un scheacutema le passage drsquo‛une lumiegravere blanche agrave travers un filtre rouge

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

4) Et quelle couleur observera-t-on si la lumiegravere blanche passe agrave travers un filtre rouge

puis agrave travers un filtre bleu Formule une hypothegravese puis applique ton modegravele

Hypothegravese __________________________________

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

Activiteacute 32 Qursquo‛obtient-on avec drsquo‛autres filtres

a) Tu disposes maintenant drsquo‛une lampe diffusant de la lumiegravere blanche et de filtres

cyan magenta et jaune Manipule-les les uns apregraves les autres puis en les superposant

pour deacutecouvrir leurs effets sur la lumiegravere blanche

b) A lrsquo‛aide de couleurs et en trsquo‛appuyant sur tes observations scheacutematise ci-dessous

lrsquo‛action des filtres sur une lumiegravere blanche

Pex 1 Magenta 2 Jaune 3 Cyan 4 Rouge 5 Vert 6 Bleu 7 Noir

Activiteacute 33 Deux synthegraveses Similitudes et diffeacuterences

a) Utilise ce logiciel pour comparer les synthegraveses additive et soustractive

httpwwwostralonet3_animationsswfsynthese_couleursswf

a) Quelles similitudes observes-tu entre les synthegraveses additive et soustractive

________________________________________________________________

Les mecircmes triplets de couleurs sont preacutesents dans les deux synthegraveses (RVB - CMJ)

d) Et quelles diffeacuterences

________________________________________________________________

1 Les couleurs primaires de lrsquo‛un sont les couleurs compleacutementaires de lrsquo‛autre

2 Lrsquo‛addition des lumiegraveres coloreacutees rouge verte et bleue donne du blanc la

soustraction totale par des filtres cyan magenta et jaune donne du noir

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 4 Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Rappel

1 Nous pouvons reacutesumer la composition de la lumiegravere blanche aux 3 couleurs primaires le rouge le vert et le bleu Ce sont des couleurs qui ne peuvent pas ecirctre creacuteeacutees Ce sont elles qui composent les autres couleurs Crsquo‛est agrave dire qursquo‛en les meacutelangeant on peut obtenir les autres couleurs le cyan est composeacute du bleu et du vert le magenta est composeacute du bleu et du rouge et le jaune est composeacute du vert et du rouge

Theacuteorie

Le sujet que nous allons traiter aujourdrsquo‛hui concerne la couleur de lrsquo‛objet Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Formule une hypothegravese ____________________________________________

Observe la photo projeteacutee par lrsquo‛enseignant

Que retiens-tu de cette photo _______________________________________________________________ La lumiegravere coloreacutee qui est refleacuteteacutee par un objet correspond agrave la lumiegravere non absorbeacutee

Ici toutes les lumiegraveres coloreacutees sont absorbeacutees sauf le bleu qui lui est refleacuteteacute La couleur propre de lrsquo‛objet sera le bleu

En effet un objet absorbe ou reflegravete diffeacuterentes lumiegraveres coloreacutees Crsquo‛est cette lumiegravere coloreacutee refleacuteteacutee que nous verrons

Activiteacute 41

Reacuteponds agrave ces diffeacuterentes questions dans le tableau ci-dessous De quelle couleur verras-tu cet objet Confronte ton ideacutee avec ton voisin De quelle couleur le vois-tu reacuteellement

Couleur de lrsquo‛objet

Couleur de la lumiegravere

Hypothegravese formuleacutee

Observation

rouge Magenta

cyan Vert

jaune Bleu

Par quel pheacutenomegravene peut-on observer ce changement de couleur ___________________________________

Quelle deacuteductions peux-tu faire _________________________________________________________________

Activiteacute 42

Marche agrave suivre

1 Eacutecris sur une feuille blanche le nom des 2 couleurs que ton enseignant te donne avec la peinture qui y correspond

2 Pendant que ces mots segravechent remplis les colonnes ldquocouleur du mot 1rdquo et ldquocouleur du mot 2rdquo et ldquocouleur de la feuillerdquo agrave la lumiegravere blanche

3 Formule tes hypothegraveses note-les au crayon agrave papier en petit 4 Eacuteclaire tes mots agrave lrsquo‛aide de lumiegraveres coloreacutees 5 Note tes observations

Lumiegravere coloreacutee

Couleur du mot 1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur du mot 2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur de la feuille helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Blanche

Rouge

Verte

Bleue

Magenta

Cyan

Jaune

Activiteacute 43

Tu observes un drapeau eacuteclaireacute par une lumiegravere blanche Puis tu observes ce mecircme drapeau eacuteclaireacute par deux lumiegraveres coloreacutees diffeacuterentes Trouve la lumiegravere coloreacutee utiliseacutee dans chaque cas et justifie ta reacuteponse par la modeacutelisation vue preacuteceacutedemment

Lumiegravere blanche Lumiegravere coloreacutee 1 Lumiegravere coloreacutee 2

De quelle couleur est la premiegravere lumiegravere coloreacutee ___________________________

Modeacutelisation 1

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________

Modeacutelisation 2

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 4 Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur (corrigeacute) Rappel

2 Nous pouvons reacutesumer la composition de la lumiegravere blanche aux 3 couleurs primaires le rouge le vert et le bleu Ce sont des couleurs qui ne peuvent pas ecirctre creacuteeacutees Ce sont elles qui composent les autres couleurs Crsquo‛est agrave dire qursquo‛en les meacutelangeant on peut obtenir les autres couleurs le cyan est composeacute du bleu et du vert le magenta est composeacute du bleu et du rouge et le jaune est composeacute du vert et du rouge

Theacuteorie

Le sujet que nous allons traiter aujourdrsquo‛hui concerne la couleur de lrsquo‛objet Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Formule une hypothegravese ____________________________________________ Projeter cette image elle napparaicirct pas dans le cours de lrsquo‛eacutelegraveve

Que retiens-tu de cette photo _______________________________________________________________ La lumiegravere coloreacutee qui est refleacuteteacutee par un objet correspond agrave la lumiegravere non absorbeacutee

Ici toutes les lumiegraveres coloreacutees sont absorbeacutees sauf le bleu qui lui est refleacuteteacute La couleur propre de lrsquo‛objet sera le bleu

En effet un objet absorbe ou reflegravete diffeacuterentes lumiegraveres coloreacutees Crsquo‛est cette lumiegravere coloreacutee refleacuteteacutee que nous verrons

Activiteacute 41

Reacuteponds agrave ces diffeacuterentes questions dans le tableau ci-dessous De quelle couleur penses-tu que tu verras cet objet Confronte ton ideacutee avec ton voisin De quelle couleur le vois-tu reacuteellement

Couleur de lrsquo‛objet

Couleur de la lumiegravere

Hypothegravese formuleacutee

Observation

rouge Magenta (rouge)

cyan Vert (vert)

jaune Bleu (noir)

Par quel pheacutenomegravene peut-on observer ce changement de couleur ___________________________________ (synthegravese soustractive)

Quelle deacuteductions peux-tu faire (fonctionne comme un filtre) _________________________________________________________________

Activiteacute 42

Marche agrave suivre

6 Eacutecris sur une feuille blanche le nom des 2 couleurs que ton enseignant te donne avec la peinture qui y correspond

7 Pendant que ces mots segravechent remplis les colonnes ldquocouleur du mot 1rdquo et ldquocouleur du mot 2rdquo et ldquocouleur de la feuillerdquo agrave la lumiegravere blanche

8 Formule tes hypothegraveses note-les au crayon agrave papier en petit 9 Eacuteclaire tes mots agrave lrsquo‛aide de lumiegraveres coloreacutees 10 Note tes observations

Lumiegravere coloreacutee

Couleur du mot 1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur du mot 2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur de la feuille helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Blanche

Rouge

Verte

Bleue

Magenta

Cyan

Jaune

Activiteacute 43

Tu observes un drapeau eacuteclaireacute par une lumiegravere blanche Puis tu observes ce mecircme drapeau eacuteclaireacute par deux lumiegraveres coloreacutees diffeacuterentes Trouve la lumiegravere coloreacutee utiliseacutee dans chaque cas et justifie ta reacuteponse par la modeacutelisation vue preacuteceacutedemment

Lumiegravere blanche Lumiegravere coloreacutee 1 Lumiegravere coloreacutee 2

De quelle couleur est la premiegravere lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Bleu)

Modeacutelisation 1

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Vert)

Modeacutelisation 2

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Fiches de synthegravese Les couleurs Activiteacute 2 Reacutesumeacute theacuteorique pour les eacutelegraveves Le modegravele trichromique et la synthegravese additive des couleurs La couleur nrsquo‛existe pas sans lumiegravere et lrsquo‛on peut dire que lrsquo‛on perccediloit le monde gracircce aux meacutelanges de ces couleurs qui correspondent aux diffeacuterentes composantes de la lumiegravere Lorsque lrsquo‛on parle de la perception des couleurs on srsquo‛aperccediloit que seules trois lumiegraveres primaires de couleurs rouge vert et bleu sont neacutecessaires pour obtenir la sensation de toutes les autres couleurs Cette maniegravere de modeacuteliser la perception des couleurs est ce qursquo‛on appelle le modegravele trichromique (lsquorsquo‛trois couleursrsquo‛rsquo‛) Dans cette repreacutesentation toutes les autres lumiegraveres coloreacutees sont perccedilues par superposition des trois lumiegraveres rouge verte et bleue La superposition simultaneacutee et en dosage identique des trois couleurs donne de la lumiegravere blanche Le noir correspond agrave une absence de lumiegravere

Illustration du modegravele

Image MER

Lrsquo‛image montre trois projecteurs de lumiegraveres rouge verte et bleue eacuteclairant une table blanche Si les trois couleurs sont projeteacutees en intensiteacute identique nous obtenons par superposition trois autres couleurs le cyan le magenta et le jaune Les couleurs primaires et les couleurs obtenues sont codeacutees sur lrsquo‛image puis reacutecapituleacutees dans le tableau ci-dessous

Image MER

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Si nous modifions le dosage des couleurs eacuteleacutementaires il est possible drsquo‛obtenir toutes les couleurs imaginables Le pheacutenomegravene de perception des couleurs par superposition des trois couleurs primaires se nomme synthegravese additive les couleurs sont additionneacutees entre elles pour permettre la synthegravese drsquo‛autres couleurs

Drsquo‛ailleurs si lrsquo‛on observe au microscope un eacutecran blanc de smartphone ou drsquo‛ordinateur on remarque qursquo‛il est en fait constitueacute drsquo‛un grand nombre de minuscules rectangles de lumiegraveres rouge verte et bleue (voir image ci-contre) Crsquo‛est justement par un jeu de dosage de chacune de ces lumiegraveres que lrsquo‛on perccediloit les diffeacuterentes couleurs sur nos eacutecrans

Pourquoi un modegravele sur trois couleurs La raison pour laquelle les scientifiques ont construit ce modegravele sur trois couleurs est directement lieacutee agrave la structure de notre œil En effet ce dernier contient des cellules sensibles agrave la lumiegravere que lrsquo‛on appelle cocircnes et bacirctonnets Alors que les bacirctonnets perccediloivent les intensiteacutes de lumiegravere les cocircnes nous permettent de percevoir les couleurs Cependant ils ne sont sensibles qursquo‛agrave certaines composantes de la lumiegravere blanche celles correspondant justement aux couleurs rouge vert et bleu Lorsque lrsquo‛on regarde un objet notre cerveau analyse le dosage de chacune de ces composantes perccedilues par notre œil et en interpregravete ainsi la couleur de lrsquo‛objet

Qursquo‛est-ce que le daltonisme Certaines personnes preacutesentent une anomalie de la vision qui les empecircche de distinguer certaines couleurs Drsquo‛origine geacuteneacutetique ce trouble est ducirc agrave un dysfonctionnement des cocircnes preacutesents dans la reacutetine Bien que la plupart des personnes daltoniennes aient de la peine agrave distinguer le vert du rouge drsquo‛autres ne distinguent pas drsquo‛autres couleurs Dans certaines formes de daltonisme le monde est perccedilu par la personne atteinte en teintes de gris

Sciences naturelles Optique synthegravese soustractive et additive

La synthegravese additive est le proceacutedeacute gracircce

auquel en combinant les couleurs

___________ ___________ et ___________

on obtient du blanc

On la retrouve lorsque lrsquoon meacutelange des

lumiegraveres coloreacutees composeacutees de ces 3 couleurs

diffeacuterentes car les laquo additionner raquo donne la

lumiegravere blanche

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon exploite aujourdrsquohui

pour les teacuteleacuteviseurs ou tout eacutecran composeacute de

pixels

La synthegravese soustractive consiste agrave soustraire

les couleurs de la lumiegravere blanche (RVB) agrave

travers des filtres de couleurs ___________

___________ et ___________ qui absorbent la

totaliteacute des couleurs de la lumiegravere blanche pour

un rendu noir au final (absence de lumiegravere)

Lrsquo __________________ des 3 couleurs donne

le ____________

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon retrouve par exemple en

meacutelangeant de la peinture notamment en

imprimerie

Sciences naturelles Optique les filtres

Qursquoest-shyce qursquoun filtre coloreacute et comment fonctionne-shyt-shyil

Un filtre est un dispositif qui permet de filtrer la lumiegravere de laisser passer certains rayons

lumineux et drsquoen absorber drsquoautres

Pour savoir quelles lumiegravere coloreacutees le filtre laisse passer il faut lrsquoobserver agrave la lumiegravere

blanche

Le filtre laissera alors passer uniquement les rayons lumineux de sa couleur propre

Par exemple

Un filtre vert laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee verte

Un filtre magenta laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee magenta crsquoest agrave dire les rayons rouge et bleu

Pour connaicirctre la lumiegravere coloreacutee qui ldquosortrdquo du filtre il faut donc

deacutecomposer la lumiegravere qui arrive sur ce filtre et en soustraire les

rayons qui sont absorbeacutes par le filtre On se reacutefegravere alors au modegravele de

la synthegravese soustractive

Image httpswww123couleursfrboutique-shy1filtres-shycolorC3A9s

Tableau reacutecapitulatif

Sciences naturelles Optique les filtres

Modeacutelisation

Nous pouvons modeacuteliser lrsquoaction drsquoun filtre

1 Noter la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur le filtre

2 Deacutecomposer la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur filtre et la coder (en RVB)

3 Repreacutesenter le filtre et coder les rayons absorbeacutes par le filtre 4 Prolonger les rayons lumineux coloreacutes que le filtre laisse passer et les coder (en RVB)

5 Noter la lumiegravere coloreacutee qui sort du filtre

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre magenta sur la lumiegravere blanche

Lorsque plusieurs filtres sont superposeacutes ou aligneacutes il faut modeacuteliser lrsquoaction du premier filtre

sur la lumiegravere projeteacutee puis lrsquoaction du deuxiegraveme filtre sur la lumiegravere qui sort du premier filtre

etc

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre cyan puis drsquoun filtre vert sur la lumiegravere jaune

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

De quelle couleur apparaicirctra un objet de couleur eacuteclaireacute par une lumiegravere coloreacutee

Il y 3 cas

1) Un objet de couleur blanche renvoie toutes les couleurs il apparaicirctra de la couleur eacuteclaireacutee

2) Un objet de couleur noire absorbe toutes les couleurs Peu importe la couleur avec laquelle

lrsquoobjet est eacuteclaireacute lrsquoobjet apparaicirct de couleur noire

3) Pour un objet de couleur il suffit de deacutecomposer les couleurs secondaires par exemple

Jrsquoai un objet jaune

Je lui projette une lumiegravere magenta

Or jaune = rouge + vert

et magenta = bleu + rouge

Le rouge est commun au jaune et au magenta donc lrsquoobjet paraicirctra rouge

En revanche si la lumiegravere est bleue comme il nrsquoy a pas de bleu dans le jaune lrsquoobjet paraicirctra

noir

1

Tableau reacutecapitulatif

1 httpscommunitygoodgamestudioscombigfarmfrdiscussion51685langage-shy‐des-shy‐couleurs

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

Modegravele de reacuteponse

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

______

______

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

______

______

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation avec propositions

de reacuteponses)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

(rouge vert bleu Nous percevons les diffeacuterentes couleurs agrave partir de ces trois couleurs) ________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

(Explication relative aux cocircnes et bacirctonnets de lrsquo‛oeil)

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Corrigeacute vert bleu blanc cyan

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________ (vert)

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________ (bleu)

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________ (aucunenoir)

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

(selon modegravele eacutetudieacute)

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

(les deux selon que lrsquo‛on parle de synthegravese additive ou soustractive)

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

Bleu

______

Bleu

______

Noir

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________ (lumiegravere rouge)

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

Noir

______

Rouge

______

Rouge

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

(Bleu)

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

(selon modegravele eacutetudieacute)

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

(Explication citant la synthegravese soustractive et lrsquo‛effet des lumiegraveres coloreacutees

concerneacutees sur le haut du cambrioleur)

Evaluation - Analyse

Ce commentaire comprend les diffeacuterents objectifs eacutevalueacutes ainsi que ce qui est attendu

preacuteciseacutement des eacutelegraveves et les niveaux taxonomiques correspondants

Ce sont des pistes drsquo‛eacutevaluation qui sont ici proposeacutees non une eacutevaluation suivie

Exercice 1

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- Mettre en lien des notions theacuteoriques apprises en cours (cocircnes et

bacirctonnets de lrsquo‛oeil) avec drsquo‛autres (synthegravese additive)

Lrsquo‛eacutevaluation deacutebute par deux questions au niveau taxonomique peu eacuteleveacute La

premiegravere de lrsquo‛ordre de la compreacutehension demande aux eacutelegraveves de restituer une

connaissance de base agrave lrsquo‛aide de leurs propres mots La deuxiegraveme propose de

tester les connaissances theacuteoriques des eacutelegraveves en veacuterifiant que des liens entre

deux notions aient eacuteteacute faits

Exercice 2

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutedire la couleur perccedilue en fonction des meacutelanges de couleurs RVB

- deacutechiffrer un scheacutema et les codes de la repreacutesentation de la trajectoire

des lumiegraveres coloreacutees

Le deuxiegraveme exercice relegraveve du niveau taxonomique de lrsquo‛application car il

neacutecessite une compreacutehension de la maniegravere de repreacutesenter la lumiegravere (scheacutema de

la trajectoire rectiligne codes de couleurs RVB) et drsquo‛appliquer ce modegravele tout en

utilisant les connaissances des couleurs fondamentales et compleacutementaires de la

synthegravese additive

Exercice 3

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet drsquo‛un filtre sur une lumiegravere coloreacutee agrave lrsquo‛aide des codes

propres agrave lrsquo‛optique

Lrsquo‛exercice 3 relegraveve de lrsquo‛application car les eacutelegraveves se reacutefegraverent agrave la modeacutelisation

eacutetablie durant le cours et au diagramme de Venn de la synthegravese soustractive et

les adaptent aux items preacutesenteacutes

Exercice 4

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- mettre en perspective la distinction entre synthegravese additive et

soustractive en terme de lsquorsquo‛naturersquo‛rsquo‛ de la couleur (couleurs matiegraveres vs

couleurs lumiegraveres)

Cet exercice requiert des eacutelegraveves qursquo‛ils mobilisent leur faculteacute drsquo‛analyse (niveau

taxonomique plutocirct eacuteleveacute) pour expliquer les diffeacuterences entre les

repreacutesentations de la couleur en arts visuels et en physique Le but est qursquo‛ils

reconnaissent qursquo‛il srsquo‛agit dans le premier cas de la synthegravese soustractive et dans

le second cas de la synthegravese additive

Exercice 5

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutevoir la couleur perccedilue drsquo‛un objet en fonction des lumiegraveres coloreacutees

projeteacutees et coder le pheacutenomegravene

Les eacutelegraveves appliquent la modeacutelisation drsquo‛une lumiegravere coloreacutee sur un objet coloreacute

pour deacuteterminer la couleur perccedilue du drapeau franccedilais Cette question fait

reacutefeacuterence agrave un niveau taxonomique bas Puis ils trouvent la lumiegravere coloreacutee qui

permet de voir les deux drapeaux preacutesenteacutes de la mecircme couleur Ils trouveront

cette reacuteponse en modeacutelisant les lumiegraveres coloreacutees sur lrsquo‛objet de couleur

Plusieurs scheacutemas sont neacutecessaires pour trouver la reacuteponse Crsquo‛est une question

taxonomiquement haute qui demande aux eacutelegraveves de faire une synthegravese

Exercice 6

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet de la lumiegravere coloreacutee sur un objet et en deacuteduire la

couleur perccedilue

- justifier sa reacuteponse avec des mots en faisant la synthegravese des diffeacuterents

concepts vus dans la seacutequence de cours

Les eacutelegraveves doivent comprendre ce qursquo‛ils lisent et deacuteterminer la couleur propre du

haut du cambrioleur Cette question est taxonomiquement haute elle demande de

lrsquo‛analyse Puis ils justifient leur reacuteponse par le modegravele de lrsquo‛effet de la lumiegravere

coloreacutee sur un objet Cette question est drsquo‛un niveau taxonomique infeacuterieur

drsquo‛application Finalement ils deacuteterminent pourquoi la description de la jeune fille

ne correspond pas agrave la couleur propre en faisant le lien avec la synthegravese

soustractive demandant un niveau taxonomiquement tregraves eacuteleveacute la synthegravese

Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

4 Argumentation scientifique Nous avons choisi de construire notre seacutequence de cours de maniegravere agrave ce qursquoelle srsquoinscrive dans une deacutemarche constructiviste de type piageacutetienne Dans cette deacutemarche lrsquoenseignant anticipe les conceptions erroneacutees que les eacutelegraveves peuvent avoir puis eacutetablit une situation-shyproblegraveme permettant ideacutealement de deacuteconstruire ces repreacutesentations incomplegravetes puis finalement drsquoen construire de nouvelles plus justes Dans ce qui suit nous allons deacutefinir ces diffeacuterents concepts mis en eacutevidence puis expliciter la maniegravere dont nous les avons pris en compte dans notre planification

41 Les conceptions des eacutelegraveves et les situations-shyproblegravemes

411 Deacutefinitions Conception Selon Giordan et al (1994) une conception ou repreacutesentation peut ecirctre consideacutereacutee comme une ideacutee un objet ou un eacutevegravenement qui aide lrsquoeacutelegraveve agrave comprendre le monde qui lrsquoentoure Elle est le fruit de son expeacuterience personnelle dans laquelle il va puiser pour comprendre les nouveaux savoirs que lrsquoon va chercher agrave lui inculquer Elle peut ecirctre consideacutereacutee comme une connaissance ldquodeacutejagrave-shylagraverdquo acquise dans un certain contexte par lrsquoapprenant et qui peut ecirctre correcte ou erroneacutee Les mauvaises conceptions (ou misconception en anglais) peuvent donc ecirctre deacutecrites comme des ideacutees qui proviennent drsquoune mauvaise compreacutehension drsquoobjets ou eacutevegravenements Elles sont issues principalement de lrsquoenvironnement avec lequel lrsquoeacutelegraveve interagit et du contexte dans lequel il se situe mais elles deacutecoulent eacutegalement des systegravemes seacutemiotiques mis en oeuvre Ces derniers sont abordeacutes plus en deacutetail dans ce qui suit Seacutemiologie En seacutemiologie (lrsquoeacutetude des systegravemes de signes) une repreacutesentation (ou un signe) est double elle est doteacutee drsquoun signifiant et drsquoun signifieacute (de Saussure 1916) Le signifiant qui fait lrsquoobjet de la seacutemiologie deacutesigne la forme et laspect du signe tandis que le signifieacute eacutetudieacute dans le cadre de la seacutemantique deacutesigne le concept eacutevoqueacute par le signe A partir du moment ougrave le signe possegravede plusieurs signifieacutes il devient symbole et crsquoest ainsi que les incompreacutehensions peuvent survenir Selon R Duval (1995) le concept de laquo registre seacutemiotique raquo permet de distinguer les repreacutesentations qui relegravevent de diffeacuterents registres ou types visuels numeacuteriques graphiques symboliques formels scheacutematiques etc En didactique ce concept est fondamental car les diffeacuterences de registre au sein drsquoune mecircme repreacutesentation ou drsquoun

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

modegravele peut induire des difficulteacutes de lecture Ils risquent drsquoajouter des difficulteacutes suppleacutementaires en empecircchant les eacutelegraveves de se focaliser sur le problegraveme poseacute par lrsquoactiviteacute et les menant agrave formuler des conclusions diffeacuterentes de celles attendues par lrsquoenseignant Crsquoest pour cela qursquoun choix pertinent de registre seacutemiotique facilite la compreacutehension du concept introduit Dans notre cours un exemple typique que nous pouvons donner est la forte ressemblance des diagrammes de Venn pour les synthegraveses additive et soustractive Dans les deux modegraveles les diagrammes sont communeacutement scheacutematiseacutes sous forme circulaire De plus bien que inverseacutees au niveau de leurs superpositions les mecircmes couleurs sont repreacutesenteacutees dans les deux diagrammes Ces similitudes peuvent rendre la diffeacuterenciation complexe pour les eacutelegraveves Crsquoest pourquoi nous avons estimeacute important drsquoapporter un changement agrave la repreacutesentation de ces diagrammes Ainsi dans lrsquoune de nos fiches de synthegravese nous avons preacutefeacutereacute utiliser des formes rectangulaires plutocirct que circulaires pour repreacutesenter la synthegravese soustractive car cette forme eacutevoque plus fortement le filtre et ainsi lrsquoabsorption de la lumiegravere Cadre de rationaliteacute origine des conceptions En srsquoappuyant sur les travaux de R Douady (1984) A Lerouge (1992) deacutefinit laquo un cadre de rationaliteacuteraquo comme laquoun ensemble coheacuterent de fonctionnement de la penseacuteeraquo caracteacuteriseacute principalement par les composantes suivantes

1 Les objets du cadre dans notre cas il peut srsquoagir de peinture de feuille de papier de lampes de poche de filtres etc

2 Le type de processus de conceptualisation Dans un cadre scientifique il peut srsquoagir drsquoun processus par modeacutelisation ou par expeacuterimentation par exemple

3 Les registres seacutemiotiques que nous avons traiteacutes plus haut Les conceptions des eacutelegraveves et les conflits de perceptions en reacutesultant sont issus des diffeacuterents cadres de rationaliteacute dans lesquels ils eacutevoluent Ce sont les cadres familiers (personnel) et culturels (eacutecole) qui sont responsable de ces conceptions et repreacutesentations mentales tantocirct concourantes tantocirct inexistantes voire erroneacutees Elles se manifestent principalement agrave travers la seacutemiotique Les eacutelegraveves eacuteprouvent de la difficulteacute agrave repreacutesenter des objets issus de registres seacutemiotiques diffeacuterents ou encore agrave simplement les reconnaicirctre Dans le contexte de notre seacutequence sur les couleurs ces cadres de rationaliteacute sont centraux En effet crsquoest dans son quotidien et donc dans son cadre familier que lrsquoeacutelegraveve va deacutecouvrir la notion de couleur notamment par le biais de la peinture ou drsquoobservation drsquoarc-shyen-shyciel Cette deacutecouverte qui a souvent lieu tregraves tocirct dans la vie de lrsquoenfant ne fera pourtant pas pour autant lrsquoobjet de questionnement sur le pheacutenomegravene de perception des couleurs La notion de cadre culturel ou scolaire quand agrave elle peut ecirctre eacutetendue dans notre cas agrave deux sous-shycateacutegories de cadres culturels diffeacuterents qui vont ecirctre agrave lrsquoorigine de conceptions erroneacutees ou incomplegravetes Premiegraverement il y a le cadre que nous appelons laquo arts visuelsraquo et qui a ses propres regravegles de rationaliteacutes Les cours de dessin ou drsquoactiviteacutes creacuteatrices en sont de parfaits exemples car crsquoest dans ce cadre que les eacutelegraveves vont premiegraverement aborder la

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

theacutematique des couleurs primaires et de leurs meacutelanges Mais cette theacutematique est eacutegalement abordeacutee dans le cadre laquophysiqueraquo agrave travers les expeacuteriences de deacutecomposition de la lumiegravere ou de superposition de lumiegraveres coloreacutees Ainsi nous retrouvons trois cadres de rationaliteacute concourants (familier physique arts visuels) dans lesquels les eacutelegraveves eacutevoluent et qui engendrent indubitablement des conceptions erroneacutees sur la lumiegravere et les couleurs puisque les eacutelegraveves ne sont pas ameneacutes agrave les diffeacuterencier dans chacun des cadres Et comme la communication entre les diffeacuterents cadres nrsquoest pas eacutetablie le lien agrave faire entre les diffeacuterentes conceptions issues de ces cadres est agrave la charge de lrsquoeacutelegraveve ce qui repreacutesente une lourde responsabiliteacute dans son apprentissage Astolfi (2008) appelle eacutegalement ces conceptions issues de diffeacuterents cadres des ldquotrames conceptuelles rdquoqui peuvent ecirctre deacutefinies comme ldquoun ensemble de concepts-shycleacutes propres agrave un domaine et logiquement hieacuterarchiseacutes entre eux qui structurent les disciplines et engendrent des situations-shyproblegravemesrdquo Mais encore on verra eacutemerger des problegravemes de contrat didactique dans chacun des cadres lrsquoeacutelegraveve va tenter de donner une reacuteponse qui va satisfaire lrsquoenseignant sans pour autant ecirctre ameneacute agrave confronter ses conceptions

Situation-shyproblegraveme Pour de Vecchi (2006) une situation-shyproblegraveme est une activiteacute qui consiste agrave mettre lrsquoeacutelegraveve dans une situation ougrave il va ecirctre ameneacute agrave eacutelaborer des strateacutegies de reacutesolution de problegraveme Lrsquoun des points cleacutes des situations-shyproblegravemes est qursquoelles eacutetablissent un lien eacutetroit entre les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves En drsquoautres termes une situation-shyproblegraveme est construite de telle sorte que les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave remettre en question des repreacutesentations actuelles qui srsquoavegraverent erroneacutees agrave les deacuteconstruire pour en construire de nouvelles Ainsi dans une deacutemarche de type constructiviste lrsquoeacutelegraveve construit son savoir en renversant ses anciennes conceptions Une situation-shyproblegraveme nrsquoest donc pas une deacutemarche ponctuelle dans laquelle lrsquoeacutelegraveve devra reacutesoudre une liste drsquoexercices teacuteleacuteguideacutee par lrsquoenseignant Ce qui justifie lrsquoefficaciteacute des situations problegravemes est qursquo laquoapprendreraquo ne consiste pas agrave cumuler les savoirs mais agrave en construire et agrave en deacuteconstruire

Une situation-shyproblegraveme doit comprendre plusieurs eacuteleacutements

-shy Un objectif-shyobstacle Pour Meirieu (1987) un objectif-shyobstacle est ldquoun objectif dont lrsquoacquisition permet au sujet de franchir un palier deacutecisif de progression en modifiant son systegraveme de repreacutesentation et en le faisant acceacuteder un niveau supeacuterieur de formulation rdquo Dans notre cas lrsquoeacutelegraveve pense que tous les meacutelanges de 3 couleurs primaires (de peinture ou de lumiegravere) vont donner le mecircme reacutesultat La distinction entre synthegraveses additive et soustractive nrsquoest pas connue des eacutelegraveves De plus projeter de la lumiegravere monochromatique sur un objet drsquoune certaine couleur ne donne pas toujours la mecircme couleur Lrsquoexemple avec le drapeau (activiteacute 4) est parlant

-shy Une situation centreacutee sur cet obstacle prenant en compte une deacutemarche expeacuterimentale ou une deacutemarche de modeacutelisation Dans notre cours les deux deacutemarches sont mises en oeuvre mais notre deacutemarche principale est la modeacutelisation Les eacutelegraveves vont effectivement ecirctre ameneacutes agrave eacutemettre des hypothegraveses manipuler reacutecolter des reacutesultats et les confronter agrave

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

leurs hypothegraveses mais il srsquoagit surtout drsquoune deacutemarche de modeacutelisation car les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave creacuteer des scheacutemas dans plusieurs exercices

-shy Une probleacutematisation et la deacutevolution on probleacutematise la conception erroneacutee en introduisant une situation-shyproblegraveme crsquoest-shyagrave-shydire qursquoon construit un problegraveme centreacute sur lrsquoobstacle La surprise face agrave une situation incoheacuterente va intriguer lrsquoeacutelegraveve exciter sa motivation et le pousser agrave vouloir srsquoimpliquer dans le problegraveme ce qui va aider sa deacutevolution Brousseau (1998) qualifie la notion de deacutevolution par le ldquo processus par lequel lenseignant parvient agrave placer leacutelegraveve comme simple actant dans une situation a-shydidactique (agrave modegravele non didactique) Il cherche par lagrave agrave ce que lrsquoaction de lrsquoeacutelegraveve ne soit produite et justifieacutee que par les neacutecessiteacutes du milieu et par ses connaissances et non par lrsquointerpreacutetation des proceacutedeacutes didactiques du professeurrdquo Pour enrocircler les eacutelegraveves et les aider agrave identifier la probleacutematique en met on place une situation deacuteclenchante Dans notre cas lrsquoexemple avec le meacutelange de peinture et de lumiegraveres coloreacutees est un parfait exemple de situation deacuteclenchante car les eacutelegraveves ne sattendent probablement pas par exemple agrave ce que le meacutelange de vert et bleu donne du cyan ou encore qursquoon perccediloive un citron noir lorsque lrsquoon projette de la lumiegravere bleue sur ce celui-shyci

412 La prise en compte des conceptions des eacutelegraveves dans notre seacutequence La theacutematique de la lumiegravere et des couleurs est complexe et comprend de nombreux concepts difficiles agrave assimiler En effet bon nombre de personnes ont des repreacutesentations erroneacutees qui peuvent rester profondeacutement ancreacutees Parmi les conceptions erroneacutees les plus communes on retrouve selon le site internet des MER

La lumiegravere blanche est sans couleur pure quand la lumiegravere blanche passe dans un prisme ou traverse un filtre de la couleur lui est ajouteacutee

La lumiegravere blanche nous permet de voir la vraie couleur des objets laquoMa feuille est blanche parce que je nai pas ajouteacute dautres couleurs agrave celle-shyciraquo

Les couleurs sont lieacutees agrave des proprieacuteteacutes de lrsquoobjet exclusivement sans reacutefeacuterence agrave la lumiegravere qui eacuteclaire lrsquoobjet Ne dit-shyon pas quun pull est rouge

Confusion entre les couleurs primaires en couleur peinture et en couleur lumiegravere

Dans notre planification nous avons anticipeacute ces conceptions et avons construit notre cours de maniegravere agrave ce qursquoelles soient mises en eacutevidence le plus tocirct possible afin de tenter de les deacuteconstruire agrave travers nos activiteacutes

Ainsi degraves deacutebut de lrsquoactiviteacute 2 les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave une situation-shyproblegraveme dans laquelle ils comprennent qursquoil existe une contradiction entre leur conception de deacutepart sur les meacutelanges de couleurs (issue de leurs cadres de rationaliteacute familier et scolaire lsquorsquoart visuelrsquorsquo) et leurs observations (nouveau cadre lsquorsquophysiquersquorsquo) Crsquoest sur la base de ce conflit cognitif que les diffeacuterentes notions de la seacutequence pourront ecirctre abordeacutees Les autres conceptions sont mises en eacutevidence puis deacuteconstruites agrave travers les diffeacuterentes activiteacutes Par exemple les

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

activiteacutes du chapitre 3 permettent de montrer que la lumiegravere blanche nrsquoest pas pure mais qursquoelle est composeacutee de toutes les couleurs et ce gracircce agrave lrsquoobservation des objets agrave la lumiegravere blanche puis agrave travers un filtre

De plus lrsquoactiviteacute 3 srsquoarticule autour drsquoune conception erroneacutee repeacutereacutee dans certaines classes Bon nombre drsquoeacutelegraveves eacutetaient persuadeacutes qursquoun filtre ne laissait pas passer les lumiegraveres de sa couleur propre car crsquoest la couleur dont est perccedilue le filtre Un conflit cognitif est alors provoqueacute afin de deacuteconstruire cette conception les eacutelegraveves observent que la lumiegravere coloreacutee nrsquoest pas absorbeacutee par le filtre mais qursquoelle se propage bien jusqursquoagrave lrsquoeacutecran blanc

En introduction de lrsquoactiviteacute 4 une nouvelle situation-shyproblegraveme est preacutesenteacutee par le biais drsquoune image montrant que la couleur drsquoun objet peut varier en fonction de la lumiegravere coloreacutee par laquelle il est eacuteclaireacute Elle servira agrave provoquer un conflit cognitif chez les eacutelegraveves car cette situation intervient apregraves une phase drsquohypothegravese reacutepondant agrave la question suivante un objet peut-shyil avoir diffeacuterentes couleurs La reacuteponse donneacutee par lrsquoimage contredira probablement lrsquohypothegravese preacuteceacutedemment formuleacutee et devrait susciter de la curiositeacute chez lrsquoeacutelegraveve et lui donner lrsquoenvie de comprendre le pheacutenomegravene Nous deacutemontrons ensuite tout au long de lrsquoactiviteacute 4 sur les lumiegraveres coloreacutees que crsquoest le pheacutenomegravene drsquoabsorption et de reacuteflection de la lumiegravere qui nous permet de voir la couleur des objets et non pas la lumiegravere blanche Crsquoest donc par le biais de ces deacuteconstructions successives de conceptions que lrsquoenseignant peut guider les eacutelegraveves sur la voie de la reacutesolution du problegraveme de lrsquoorigine de ces contradictions dans le but drsquoeacutetablir le lien entre les diffeacuterents cadres de rationaliteacute

42 Modeacutelisation

421 Deacutefinition

Un modegravele est communeacutement deacutefini comme un objet ou un concept qui va permettre de repreacutesenter la reacutealiteacute de diffeacuterentes maniegraveres Bunge (1974) ou encore Martinand (1994) le deacutefinissent eacutegalement comme un moyen permettant de mettre en relation le monde theacuteorique avec le monde empirique Il peut ecirctre consideacutereacute en quelque sorte comme un monde intermeacutediaire ou une sorte de lunette conceptuelle (Halloun 2004) qui va permettre drsquoobserver des pheacutenomegravenes naturels Un modegravele ne constitue pas la reacutealiteacute mais la repreacutesente en simplifiant certains de ses aspects ce qui peut causer des conflits pour les repreacutesentations cognitives chez lrsquoeacutelegraveve

422 La modeacutelisation dans notre seacutequence Dans notre planification la modeacutelisation est centrale afin de conceptualiser des pheacutenomegravenes complexes comme la composition de la lumiegravere et la perception des couleurs Elle est lrsquooutil qui permet drsquoamener les eacutelegraveves agrave se faccedilonner une repreacutesentation de la deacutecomposition de la lumiegravere blanche de labsorption de la lumiegravere agrave travers les filtres et des synthegraveses additive et soustractive des couleurs

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

De plus elle constitue un objectif de formation meacutethodologique qui va de pair avec toute formation scientifique Crsquoest pourquoi nous avons inclus la modeacutelisation dans les objectifs drsquoapprentissage Dans la terminologie du PER la modeacutelisation correspond agrave lrsquoobjectif geacuteneacuteral MSN37

bull MSN 1525 mdash Modeacuteliser des pheacutenomegravenes naturels techniques sociaux ou des situations matheacutematiques

bull en imaginant et en utilisant divers outils de repreacutesentation (codes scheacutemas graphiques tableauxhellip)

Lrsquoactiviteacute 2 propose aux eacutelegraveves de reporter les couleurs observeacutees sur trois cercles superposeacutes En les coloriant les eacutelegraveves reacutealisent en reacutealiteacute une forme simple de modeacutelisation par un diagramme de Venn de la synthegravese additive Il nous a sembleacute pertinent drsquointroduire ce scheacutema de cette maniegravere car ainsi les eacutelegraveves comprennent reacuteellement qursquoil correspond agrave la lumiegravere projeteacutee et superposeacutee sur un eacutecran En derniegravere partie drsquoactiviteacute les eacutelegraveves se familiarisent avec un logiciel de modeacutelisation de la synthegravese additive 3

Lrsquoutilisation drsquoun modegravele dans ce cas est indispensable pour des raisons pratiques Il serait en effet tregraves difficile de faire des observations similaires avec un dispositif reacuteel constitueacute de projecteurs et drsquoun eacutecran comme dans la premiegravere partie drsquoactiviteacute Nous avons veilleacute agrave choisir un logiciel simple drsquousage sur lequel seules deux manipulations sont possibles allumereacuteteindre les projecteurs et varier leurs intensiteacutes Ainsi il est possible pour les eacutelegraveves de faire rapidement et sans difficulteacutes de lrsquoordre du registre seacutemiotique la deacuteduction attendue les diffeacuterentes couleurs srsquoobtiennent par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

Dans lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves sont ameneacutes agrave modeacuteliser lrsquoeffet drsquoun filtre sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee Ils ancrent ainsi le fonctionnement drsquoun filtre dans leur apprentissage et deacuteveloppent une meacutethodologie systeacutematique dans la reacutesolution de problegravemes mettant en scegravene des filtres Gracircce au modegravele deacuteveloppeacute les eacutelegraveves deacuteconstruisent deacutefinitivement leur eacuteventuelle conception erroneacutee selon laquelle un filtre absorberait sa propre couleur Lrsquoactiviteacute 43 a pour but que les eacutelegraveves modeacutelisent les pheacutenomegravenes de reacutefraction et drsquoabsorption en justifiant leur reacuteponse par un modegravele de reacuteponse Ce dernier comprend les couleurs RVB qui se reflegravetent ou qui sont absorbeacutees par une surface Ainsi lrsquoeacutelegraveve peut trouver une meacutethode systeacutematique de reacuteponse en testant les diffeacuterentes couleurs Gracircce agrave cette modeacutelisation et agrave celle de lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves comprennent que les fonctionnements des filtres et des lumiegraveres coloreacutees sont fondeacutes sur le mecircme principe

3(httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

43 Deacutemarche expeacuterimentale

431 Deacutefinition Pour de Vecchi il est important de ne pas confondre les notions lieacutees agrave lrsquoexpeacuterimental qui sont les suivantes

-shy Une deacutemarche scientifique nrsquoest pas exclusive au domaine des sciences expeacuterimentales mais peut aussi ecirctre mobiliseacutee dans les sciences humaines socialeshellip Elle utilise drsquoautres outils que lrsquoexpeacuterimentale Toute recherche digne de ce nom est de nature scientifique

-shy La meacutethode expeacuterimentale eacutequivaut plutocirct agrave un plan agrave suivre un mode drsquoemploi ou agrave une marche agrave suivre qui suit un ordre strict que lrsquoon peut aussi appeler protocole Par exemple parmi les plus ceacutelegravebres protocoles nous retrouvons celui de Claude Bernard (1865) que lrsquoon abregravege par les initiales OHERIC qui correspondent agrave observation hypothegravese expeacuterience reacutesultats interpreacutetation et conclusion De maniegravere geacuteneacuterale il srsquoagit du protocole caricatural que lrsquoon emploie le plus souvent dans les salles de classes

-shy Une deacutemarche expeacuterimentale est une approche plus reacutealiste moins stricte et integravegre

une approche plus tacirctonnante Il nrsquoest pas constitueacute drsquoeacutetapes preacutedeacutetermineacutees et est donc moins affecteacutee par les directives de lrsquoenseignant Il peut donc laisser des liberteacutes dans la maniegravere de reacutesoudre le problegraveme

432 La deacutemarche expeacuterimentale dans notre seacutequence Dans notre seacutequence la meacutethode expeacuterimentale est preacutesente de maniegravere partielle du scheacutema caricatural OHERIC nous nous inteacuteressons en particulier aux phases drsquoobservation et drsquoeacutemission drsquohypothegraveses Crsquoest pourquoi nous parlons donc plutocirct de ldquodeacutemarche expeacuterimentalerdquo En effet tout au long des diffeacuterentes activiteacutes il est reacuteguliegraverement demandeacute aux eacutelegraveves de formuler une hypothegravese agrave partir de leurs connaissances au preacutealable puis de faire de nouvelles observations en contexte expeacuterimental Crsquoest sur la base de ces derniegraveres qursquoils pourront reacutealiser leurs deacuteductions sur le pheacutenomegravene en question et construire de nouvelles conceptions Dans lrsquoactiviteacute 2 ce type de deacutemarche est central pour la creacuteation de la premiegravere situation-shyproblegraveme Par la suite la deacutemarche permet de guider les eacutelegraveves dans le processus de deacuteduction du fonctionnement geacuteneacuteral des diffeacuterents pheacutenomegravenes Dans lrsquoactiviteacute 41 par exemple les pheacutenomegravenes agrave deacuteduire sont la synthegravese soustractive et le fonctionnement de la lumiegravere coloreacutee Lrsquoemploi drsquoobjets familiers permet un ancrage dans le quotidien

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Dans lrsquoactiviteacute 3 lrsquoeacutetude de lrsquoeffet des filtres constitue agrave son tour un deacutemarche expeacuterimentale En effet les eacutelegraveves doivent tout drsquoabord eacutemettre leurs hypothegraveses puis les veacuterifient par lrsquoexpeacuterimentation et ses reacutesultats provoquant probablement un conflit cognitif avant drsquoen conclure lrsquoeffet drsquoun filtre Dans lrsquoactiviteacute 42 nous retrouvons toujours le mecircme principe de deacutemarche expeacuterimentale Les eacutelegraveves formulent des hypothegraveses sur la couleur perccedilue de diffeacuterents mots coloreacutes eacuteclaireacutes par une lumiegravere coloreacutee puis les veacuterifient lors de la phase drsquoobservation La confrontation entre leurs attentes lieacutees agrave leurs conceptions et la reacutealiteacute creacutee le conflit cognitif rechercheacute

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

5 Conclusion Pour seacutelectionner notre thegraveme et eacutelaborer notre seacutequence nous nous sommes fondeacutes sur les objectifs du PER et crsquoest sur lrsquooptique que notre choix srsquoest porteacute Le savoir savant auquel nous nous sommes reacutefeacutereacutes comprend principalement des concepts lieacutes agrave la lumiegravere tels que les photons les ondes eacutelectromagneacutetiques ainsi que les spectres drsquoeacutemission et drsquoabsorption Nous avons transposeacute ce savoir en un savoir enseignable par le biais drsquoun travail de contextualisation et de reacuteadaptation Nous avons eacuteteacute ameneacutes agrave remplacer des modegraveles scientifiques (par exemple les modegraveles de synthegraveses additive et soustractive) par des modegraveles accessibles agrave un niveau scolaire et agrave changer les conditions drsquoeacutemergence des problegravemes Ainsi notre travail de transposition consistait agrave montrer aux eacutelegraveves la partie eacutemergeacutee de lrsquoiceberg du concept de couleur le reacutesultat apparent plutocirct que lrsquoorigine eacutelectromagneacutetique Tout au long de la seacutequence et par le biais de situations-shyproblegravemes et de diffeacuterentes eacutetapes de reacutesolution des activiteacutes les eacutelegraveves ont eacuteteacute guideacutes dans le processus de construction de leur apprentissage En nous focalisant sur les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves nous avons eacutelaboreacute nos exercices de maniegravere agrave proposer des situations deacuteclenchantes afin de faciliter le transfert de la responsabiliteacute de la reacutesolution des problegravemes aux eacutelegraveves Cette derniegravere srsquoeffectue par des deacutemarches drsquoexpeacuterimentation mais surtout de modeacutelisation

Dans notre sceacutenario les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave deux types de donneacutees theacuteoriques et empiriques Drsquoune part ils ont agrave disposition deux theacuteories principales la premiegravere est que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs de lrsquoarc-shyen-shyciel tandis que la seconde deacutecrit l a maniegravere dont la couleur drsquoun objet deacutepend des couleurs qursquoil va absorber Drsquoautre part ils disposent de donneacutees empiriques qursquoils sont ameneacutes agrave reacutecolter en superposant des lumiegraveres de diffeacuterentes couleurs en meacutelangeant de la peinture et en projetant de la lumiegravere coloreacutee sur diffeacuterents objets coloreacutes Dans le cadre drsquoune deacutemarche drsquoexpeacuterimentation ils ont eacutemis des hypothegraveses observeacute manipuleacute du mateacuteriel utiliseacute des appliquettes en ligne et veacuterifieacute leurs reacutesultats Crsquoest ainsi les modegraveles que nous avons preacutesenteacutes et que les eacutelegraveves ont eacutelaboreacutes vont ecirctre des ponts qui vont relier le monde theacuteorique et le monde empirique Par ailleurs nous avons eacuteteacute attentifs agrave la seacutemiotique lors de nos choix des repreacutesentations utiliseacutees nous nous sommes reacutefeacutereacutes agrave la notion de registre seacutemiotique afin drsquoeacutelaborer des scheacutemas nrsquoengendrant pas de difficulteacutes de lecture chez les eacutelegraveves

Nous avons analyseacute lrsquoorigine des conceptions erroneacutees et avons remarqueacute qursquoelles eacutetaient principalement dues agrave des repreacutesentations concourantes engendreacutees par les diffeacuterents contextes et cadres de rationaliteacutes dans lesquelles les eacutelegraveves eacutevoluent Notre sceacutenario permet aux eacutelegraveves drsquoeacutetablir des liens entre ces diffeacuterents cadres et de construire une nouvelle repreacutesentation de la couleur celle drsquoun objet de la physique

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6 Bibliographie

Astolfi J Ginsburger-shyVogel Y amp Toussaint J (2008) Mots-shycleacutes de la didactique des sciences De Boeck Supeacuterieur Beaufils D Ramage M-shyJ DidaScO (2004) Simulation informatique et enseignement de la physique regards didactiques Universiteacute Paris-shySud Centre scientifique drsquoOrsay -shy 91405 Orsay Cedex Brahic A Grenier I ( 2008) Lumiegraveres deacutetoiles les couleurs invisibles Odile Jacob Brousseau G (1998) Glossaire de quelques concepts de la theacuteorie des situations didactiques en matheacutematiques DAEST-shy Faculteacute des Sciences de lHomme-shyUniversiteacute Victor Segalen Bordeaux 2 Bunge M (1975) Philosophie de la physique Paris France Editions du Seuil Chevallard Y amp Johsua M-shyA (1986) Transposition didactique  Du savoir savant au savoir enseigneacute -shy Un exemple drsquoanalyse de la transposition didactique Penseacutee sauvage Chevallard Y A du texte Chevallard Y A du texte Chevallard Y amp Johsua M-shyA A du texte (1991) La transposition didactique  du savoir savant au savoir enseigneacute Suivi de Un exemple de la transposition didactique ([2e eacuted revue et augm]) Yves Chevallard  Yves Chevallard et Marie-shyAlberte Johsua [texte imprimeacute] Retrieved October 19 2016 de Vecchi G (2006) Enseigner lrsquoexpeacuterimental en classe  Pour une veacuteritable eacuteducation scientifique Hachette Editions (p 221-shy229) de Vecchi G (2006) Enseigner lrsquoexpeacuterimental en classe  Pour une veacuteritable eacuteducation scientifique Hachette Editions (p 55 -shy65) de Saussure F (2005) Cours de linguistique geacuteneacuterale Arbres drsquoOr Develay M (1987) A propos de la transposition didactique en sciences biologiques Aster [ISSN 0297-shy9373] 1987 Ndeg 4 p 119 Duval R (1988) Eacutecarts seacutemantiques et coheacuterence matheacutematique introduction aux problegravemes de congruences in Annales de Didactique et de Sciences Cognitives de lIREM de Strasbourg Giordan A Girault Y et Clement P (1994) Conceptions et connaissance Peter Lang Halloun I A (2004) Modeling theory in science education Dordrecht Holland Kluwer Academic Publishers Kane J Sternheim M (1989) Cours QCM exemple et exercices corrigeacutes -shy 1er cycle Licence PCEM PCEP Physique 3egraveme eacutedition revue par Philipe Ghosez Maryse Hoebeke et Gabriel Llabreacutes DUNOD Lerouge A (1992) Repreacutesentation carteacutesienne rationaliteacute matheacutematique et rationaliteacute du quotidien chez des eacutelegraveves de collegravege Thegravese de doctorat Universiteacute Montpellier II Malafosse D Lerouge A Dusseau J-shyM (2000) Notions de registre et de cadre de rationaliteacute en inter-shydidactique des matheacutematiques et de la physiqu e Treacutema Martinand J-shyL (nd) Introduction agrave la modeacutelisation In Actes du seacuteminaire de didactique des disciplines technologiques Cachan (p 126ndash138)

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Meirieu P Avanzin Gi (1987) Apprendre oui mais comment Edition ESF Verret M (1975) Le temps des eacutetudes (Vols 1ndash2) Lille France Atelier Reproduction des thegraveses

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Page 18: Physique Optique Lescouleurs · Sciences naturelles Les couleurs 10 11 Harmos 1.Introduction Comme nous allons le détailler dans le chapitre 4, les conceptions erronées des élèves

Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Indications pour lrsquoenseignant

Obstacles ne pas faire le lien que crsquoest la deacutemarche vue preacuteceacutedemment mais agrave lrsquoenvers

Erreurs possibles ne pas trouver le bon filtre agrave cause du noir ne pas repreacutesenter juste le scheacutema de modeacutelisation

Relances faire reacutefeacuterence au tableau reacutecapitulatif de la fiche theacuteorique faire reacutefeacuterence au modegravele du scheacutema en couleur dans la fiche theacuteorique

Institutionnalisation activiteacute 4

Explication de la modeacutelisation de la reacuteflection de la lumiegravere coloreacutee par une marche agrave suivre lors de la correction de lrsquoexercice des drapeaux sous forme drsquoun ldquoje retiensrdquo

Un cours de reacutevision avec les fiches de synthegravese suivra ces seacuteances drsquoactiviteacutes

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

3 Documents Les diffeacuterents documents utiliseacutes dans cette seacutequence sont preacutesenteacutes ci-shydessous

Parmi eux

Fiches drsquoactiviteacutes pour eacutelegraveves et avec correction

Fiches theacuteoriques de synthegravese

Evaluation pour eacutelegraveves et avec correction

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Documents des eacutelegraveves Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs Chapitre 2 Couleurs peintures couleurs lumiegraveres Activiteacute 21 1) Tu as agrave disposition des pinceaux et de la peinture Tu te

souviens peut-shyecirctre de tes cours drsquoarts visuels qursquoil existe des

couleurs primaires qui permettent par leur meacutelange drsquoobtenir

drsquoautres couleurs Mais elles-shymecircmes ne srsquoobtiennent par aucun

meacutelange Te souviens-shytu des combinaisons de couleurs qursquoil faut

meacutelanger pour obtenir une couleur souhaiteacutee

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du vert

__________________________________________

Image httpsfrdreamstimecom Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du rouge

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du bleu

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du noir

__________________________________________

Activiteacute 22 Lrsquoenseignant a installeacute trois projecteurs de couleur un rouge un vert un bleu ainsi

qursquoun eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-shydessous

Image MER

Quelle couleur va-shyt-shyon observer sur lrsquoeacutecran si lrsquoon allume deux par deux les projecteurs

et que lrsquoon superpose leurs lumiegraveres Et si lrsquoon allume les trois projecteurs Remplis le

tableau ci-shydessous drsquoabord avec tes hypothegraveses concernant la couleur obtenue sur

lrsquoeacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Meacutelange de lumiegraveres Couleur obtenue ton hypothegravese

Couleur observeacutee

vert et bleu

vert et rouge

bleu et rouge

vert bleu et rouge

a) Quelles diffeacuterences constates-shytu entre les meacutelanges de lrsquoactiviteacute 1 et ceux de lrsquoactiviteacute

2

______________________________________________________________________

b) Qursquoa-shyt-shyon meacutelangeacute dans chaque cas

______________________________________________________________________

c) Le reacutesultat du meacutelange des lumiegraveres verte bleue et rouge te rappelle-shyt-shyil quelque

chose Que peux-shytu en deacuteduire

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

d) A lrsquoaide de couleurs scheacutematise ci-shydessous les superpositions observeacutees sur lrsquoeacutecran

blanc

Activiteacute 23 Et comment obtenir drsquo‛autres couleurs 1) Tu as vu lors de lrsquoactiviteacute preacuteceacutedente que si lrsquoon superpose trois lumiegraveres de couleurs

RVB on perccediloit du blanc Mais de quelle maniegravere peut-shyon percevoir nrsquoimporte quelle

autre couleur

Familiarise-shytoi avec le logiciel en ligne suivant

httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additive

htm

Puis reacuteponds aux questions suivantes

Par quelles manipulations obtiens-shytu du orange

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du rose

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du vert olive

______________________________________________________________________

Que constates-shytu

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

2) Chaque groupe a agrave sa disposition une loupe binoculaire Deacutepose un smartphone

allumeacute eacutecran vers le haut sous lrsquoobjectif Vise une zone blanche de lrsquoeacutecran puis regravegle la

netteteacute Qursquoobserves-shytu

Observations

Comment expliques-shytu ce pheacutenomegravene

Documents des eacutelegraveves Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs Chapitre 2 Couleurs peintures couleurs lumiegraveres (corrigeacute) Activiteacute 21 1) Tu as agrave disposition des pinceaux et de la peinture Tu te

souviens peut-shyecirctre de tes cours drsquoarts visuels qursquoil existe des

couleurs primaires qui permettent par leur meacutelange drsquoobtenir

drsquoautres couleurs Mais elles-shymecircmes ne srsquoobtiennent par aucun

meacutelange Te souviens-shytu des combinaisons de couleurs qursquoil faut

meacutelanger pour obtenir une couleur souhaiteacutee

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du vert

__________________________________________

Image httpsfrdreamstimecom Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du rouge

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du bleu

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du noir

__________________________________________

Activiteacute 22 Lrsquoenseignant a installeacute trois projecteurs de couleur un rouge un vert un bleu ainsi

qursquoun eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-shydessous

Image MER

Quelle couleur va-shyt-shyon observer sur lrsquoeacutecran si lrsquoon allume deux par deux les projecteurs

et que lrsquoon superpose leurs lumiegraveres Et si lrsquoon allume les trois projecteurs Remplis le

tableau ci-shydessous drsquoabord avec tes hypothegraveses concernant la couleur obtenue sur

lrsquoeacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Meacutelange de lumiegraveres Couleur obtenue ton hypothegravese

Couleur observeacutee

vert et bleu (cyan)

vert et rouge (jaune)

bleu et rouge (magenta)

vert bleu et rouge (blanc)

a) Quelles diffeacuterences constates-shytu entre les meacutelanges de lrsquoactiviteacute 1 et ceux de lrsquoactiviteacute

2

______________________________________________________________________

Les couleurs obtenues ne sont pas les mecircmes qursquoen peinture

b) Qursquoa-shyt-shyon meacutelangeacute dans chaque cas

______________________________________________________________________

Dans le premier cas on a de la matiegravere (de la peinture) dans le deuxiegraveme cas on a de la

lumiegravere

c) Le reacutesultat du meacutelange des lumiegraveres verte bleue et rouge te rappelle-shyt-shyil quelque

chose Que peux-shytu en deacuteduire

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

Le fait que la lumiegravere blanche est composeacutee de lrsquoensemble des couleurs (cf expeacuterience

du prisme) Ici lrsquoexpeacuterience concerne la superposition de lumiegraveres coloreacutees et on observe

que lrsquoaddition des lumiegraveres rouge verte et bleue donne du blanc Cela srsquoappelle le modegravele trichromique

d) A lrsquoaide de couleurs scheacutematise ci-shydessous les superpositions observeacutees sur lrsquoeacutecran

blanc

Activiteacute 23 Et comment obtenir drsquo‛autres couleurs 1) Tu as vu lors de lrsquoactiviteacute preacuteceacutedente que si lrsquoon superpose trois lumiegraveres de couleurs

RVB on perccediloit du blanc Mais de quelle maniegravere peut-shyon percevoir nrsquoimporte quelle

autre couleur

Familiarise-shytoi avec le logiciel en ligne suivant

httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additive

htm

Puis reacuteponds aux questions suivantes

Par quelles manipulations obtiens-shytu du orange (selon eacutelegraveves)

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du rose (selon eacutelegraveves)

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du vert olive (selon eacutelegraveves)

______________________________________________________________________

Que constates-shytu

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

Un jeu de dosage entre les trois couleurs RVB permet drsquoobtenir toutes les diffeacuterentes

couleurs imaginables Les trois lumiegraveres superposeacutees et en dosage eacutequivalent donnent

une lumiegravere blanche crsquoest agrave dire la totaliteacute des couleurs On appelle cela la synthegravese additive

2) Chaque groupe a agrave sa disposition un microscope Deacutepose un smartphone allumeacute

eacutecran vers le haut sous lrsquoobjectif Vise une zone blanche de lrsquoeacutecran puis regravegle la netteteacute

Qursquoobserves-shytu

Observations

(Preacutesences de pixels lumiegraveres RVB)

Comment expliques-shytu ce pheacutenomegravene

(synthegravese effectueacutee par le cerveau)

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 3 Que devient la lumiegravere lorsqursquo‛elle traverse un filtre

Activiteacute 31 les lumiegraveres et filtres coloreacutes

Tu as appris lors du dernier cours que lrsquo‛on pouvait ldquoadditionnerrdquo des lumiegraveres coloreacutees

pour obtenir de nouvelles couleurs Nous pouvons modeacuteliser la lumiegravere blanche ainsi

Nous allons deacutecouvrir aujourdrsquo‛hui comment on peut ldquosoustrairerdquo des lumiegraveres coloreacutees

1) Lrsquo‛enseignant a installeacute trois filtres de couleur un rouge un vert un bleu ainsi qursquo‛un

eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-dessous

Image MER

Quelle couleur va-t-on observer sur lrsquo‛eacutecran si lrsquo‛on allume un par un les projecteurs

Remplis le tableau ci-dessous premiegraverement avec tes hypothegraveses concernant la couleur

obtenue sur lrsquo‛eacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Filtre traverseacute par la

lumiegravere blanche

Couleur obtenue ton

hypothegravese

Couleur observeacutee

Filtre bleu

Filtre rouge

Filtre vert

2) Selon toi quel est le rocircle du filtre coloreacute

_______________________________________________________________

3) Repreacutesente par un scheacutema le passage drsquo‛une lumiegravere blanche agrave travers un filtre rouge

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

4) Et quelle couleur observera-t-on si la lumiegravere blanche passe agrave travers un filtre rouge

puis agrave travers un filtre bleu Formule une hypothegravese puis applique ton modegravele

Hypothegravese __________________________________

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

Activiteacute 32 Qursquo‛obtient-on avec drsquo‛autres filtres

a) Tu disposes maintenant drsquo‛une lampe diffusant de la lumiegravere blanche et de filtres

cyan magenta et jaune Manipule-les les uns apregraves les autres puis en les superposant

pour deacutecouvrir leurs effets sur la lumiegravere blanche

b) A lrsquo‛aide de couleurs et en trsquo‛appuyant sur tes observations scheacutematise ci-dessous

lrsquo‛action des filtres sur une lumiegravere blanche

Activiteacute 33 Deux synthegraveses Similitudes et diffeacuterences

a) Utilise ce logiciel pour comparer les synthegraveses additive et soustractive

httpwwwostralonet3_animationsswfsynthese_couleursswf

a) Quelles similitudes observes-tu entre les synthegraveses additive et soustractive

________________________________________________________________

d) Et quelles diffeacuterences

_______________________________________________________________

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 3 Que devient la lumiegravere lorsqursquo‛elle traverse un filtre

(corrigeacute)

Activiteacute 31 les lumiegraveres et filtres coloreacutes

Tu as appris lors du dernier cours que lrsquo‛on pouvait ldquoadditionnerrdquo des lumiegraveres coloreacutees

pour obtenir de nouvelles couleurs Nous pouvons modeacuteliser la lumiegravere blanche ainsi

Nous allons deacutecouvrir aujourdrsquo‛hui comment on peut ldquosoustrairerdquo des lumiegraveres coloreacutees

1) Lrsquo‛enseignant a installeacute trois filtres de couleur un rouge un vert un bleu ainsi qursquo‛un

eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-dessous

Image MER

Quelle couleur va-t-on observer sur lrsquo‛eacutecran si lrsquo‛on allume un par un les projecteurs

Remplis le tableau ci-dessous premiegraverement avec tes hypothegraveses concernant la couleur

obtenue sur lrsquo‛eacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Filtre traverseacute par la

lumiegravere blanche

Couleur obtenue ton

hypothegravese

Couleur observeacutee

Filtre bleu bleu

Filtre rouge rouge

Filtre vert vert

2) Selon toi quel est le rocircle du filtre coloreacute

_______________________________________________________________

Un filtre coloreacute ne transmet que les rayons de sa couleur et absorbe les autres

3) Repreacutesente par un scheacutema le passage drsquo‛une lumiegravere blanche agrave travers un filtre rouge

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

4) Et quelle couleur observera-t-on si la lumiegravere blanche passe agrave travers un filtre rouge

puis agrave travers un filtre bleu Formule une hypothegravese puis applique ton modegravele

Hypothegravese __________________________________

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

Activiteacute 32 Qursquo‛obtient-on avec drsquo‛autres filtres

a) Tu disposes maintenant drsquo‛une lampe diffusant de la lumiegravere blanche et de filtres

cyan magenta et jaune Manipule-les les uns apregraves les autres puis en les superposant

pour deacutecouvrir leurs effets sur la lumiegravere blanche

b) A lrsquo‛aide de couleurs et en trsquo‛appuyant sur tes observations scheacutematise ci-dessous

lrsquo‛action des filtres sur une lumiegravere blanche

Pex 1 Magenta 2 Jaune 3 Cyan 4 Rouge 5 Vert 6 Bleu 7 Noir

Activiteacute 33 Deux synthegraveses Similitudes et diffeacuterences

a) Utilise ce logiciel pour comparer les synthegraveses additive et soustractive

httpwwwostralonet3_animationsswfsynthese_couleursswf

a) Quelles similitudes observes-tu entre les synthegraveses additive et soustractive

________________________________________________________________

Les mecircmes triplets de couleurs sont preacutesents dans les deux synthegraveses (RVB - CMJ)

d) Et quelles diffeacuterences

________________________________________________________________

1 Les couleurs primaires de lrsquo‛un sont les couleurs compleacutementaires de lrsquo‛autre

2 Lrsquo‛addition des lumiegraveres coloreacutees rouge verte et bleue donne du blanc la

soustraction totale par des filtres cyan magenta et jaune donne du noir

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 4 Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Rappel

1 Nous pouvons reacutesumer la composition de la lumiegravere blanche aux 3 couleurs primaires le rouge le vert et le bleu Ce sont des couleurs qui ne peuvent pas ecirctre creacuteeacutees Ce sont elles qui composent les autres couleurs Crsquo‛est agrave dire qursquo‛en les meacutelangeant on peut obtenir les autres couleurs le cyan est composeacute du bleu et du vert le magenta est composeacute du bleu et du rouge et le jaune est composeacute du vert et du rouge

Theacuteorie

Le sujet que nous allons traiter aujourdrsquo‛hui concerne la couleur de lrsquo‛objet Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Formule une hypothegravese ____________________________________________

Observe la photo projeteacutee par lrsquo‛enseignant

Que retiens-tu de cette photo _______________________________________________________________ La lumiegravere coloreacutee qui est refleacuteteacutee par un objet correspond agrave la lumiegravere non absorbeacutee

Ici toutes les lumiegraveres coloreacutees sont absorbeacutees sauf le bleu qui lui est refleacuteteacute La couleur propre de lrsquo‛objet sera le bleu

En effet un objet absorbe ou reflegravete diffeacuterentes lumiegraveres coloreacutees Crsquo‛est cette lumiegravere coloreacutee refleacuteteacutee que nous verrons

Activiteacute 41

Reacuteponds agrave ces diffeacuterentes questions dans le tableau ci-dessous De quelle couleur verras-tu cet objet Confronte ton ideacutee avec ton voisin De quelle couleur le vois-tu reacuteellement

Couleur de lrsquo‛objet

Couleur de la lumiegravere

Hypothegravese formuleacutee

Observation

rouge Magenta

cyan Vert

jaune Bleu

Par quel pheacutenomegravene peut-on observer ce changement de couleur ___________________________________

Quelle deacuteductions peux-tu faire _________________________________________________________________

Activiteacute 42

Marche agrave suivre

1 Eacutecris sur une feuille blanche le nom des 2 couleurs que ton enseignant te donne avec la peinture qui y correspond

2 Pendant que ces mots segravechent remplis les colonnes ldquocouleur du mot 1rdquo et ldquocouleur du mot 2rdquo et ldquocouleur de la feuillerdquo agrave la lumiegravere blanche

3 Formule tes hypothegraveses note-les au crayon agrave papier en petit 4 Eacuteclaire tes mots agrave lrsquo‛aide de lumiegraveres coloreacutees 5 Note tes observations

Lumiegravere coloreacutee

Couleur du mot 1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur du mot 2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur de la feuille helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Blanche

Rouge

Verte

Bleue

Magenta

Cyan

Jaune

Activiteacute 43

Tu observes un drapeau eacuteclaireacute par une lumiegravere blanche Puis tu observes ce mecircme drapeau eacuteclaireacute par deux lumiegraveres coloreacutees diffeacuterentes Trouve la lumiegravere coloreacutee utiliseacutee dans chaque cas et justifie ta reacuteponse par la modeacutelisation vue preacuteceacutedemment

Lumiegravere blanche Lumiegravere coloreacutee 1 Lumiegravere coloreacutee 2

De quelle couleur est la premiegravere lumiegravere coloreacutee ___________________________

Modeacutelisation 1

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________

Modeacutelisation 2

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 4 Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur (corrigeacute) Rappel

2 Nous pouvons reacutesumer la composition de la lumiegravere blanche aux 3 couleurs primaires le rouge le vert et le bleu Ce sont des couleurs qui ne peuvent pas ecirctre creacuteeacutees Ce sont elles qui composent les autres couleurs Crsquo‛est agrave dire qursquo‛en les meacutelangeant on peut obtenir les autres couleurs le cyan est composeacute du bleu et du vert le magenta est composeacute du bleu et du rouge et le jaune est composeacute du vert et du rouge

Theacuteorie

Le sujet que nous allons traiter aujourdrsquo‛hui concerne la couleur de lrsquo‛objet Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Formule une hypothegravese ____________________________________________ Projeter cette image elle napparaicirct pas dans le cours de lrsquo‛eacutelegraveve

Que retiens-tu de cette photo _______________________________________________________________ La lumiegravere coloreacutee qui est refleacuteteacutee par un objet correspond agrave la lumiegravere non absorbeacutee

Ici toutes les lumiegraveres coloreacutees sont absorbeacutees sauf le bleu qui lui est refleacuteteacute La couleur propre de lrsquo‛objet sera le bleu

En effet un objet absorbe ou reflegravete diffeacuterentes lumiegraveres coloreacutees Crsquo‛est cette lumiegravere coloreacutee refleacuteteacutee que nous verrons

Activiteacute 41

Reacuteponds agrave ces diffeacuterentes questions dans le tableau ci-dessous De quelle couleur penses-tu que tu verras cet objet Confronte ton ideacutee avec ton voisin De quelle couleur le vois-tu reacuteellement

Couleur de lrsquo‛objet

Couleur de la lumiegravere

Hypothegravese formuleacutee

Observation

rouge Magenta (rouge)

cyan Vert (vert)

jaune Bleu (noir)

Par quel pheacutenomegravene peut-on observer ce changement de couleur ___________________________________ (synthegravese soustractive)

Quelle deacuteductions peux-tu faire (fonctionne comme un filtre) _________________________________________________________________

Activiteacute 42

Marche agrave suivre

6 Eacutecris sur une feuille blanche le nom des 2 couleurs que ton enseignant te donne avec la peinture qui y correspond

7 Pendant que ces mots segravechent remplis les colonnes ldquocouleur du mot 1rdquo et ldquocouleur du mot 2rdquo et ldquocouleur de la feuillerdquo agrave la lumiegravere blanche

8 Formule tes hypothegraveses note-les au crayon agrave papier en petit 9 Eacuteclaire tes mots agrave lrsquo‛aide de lumiegraveres coloreacutees 10 Note tes observations

Lumiegravere coloreacutee

Couleur du mot 1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur du mot 2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur de la feuille helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Blanche

Rouge

Verte

Bleue

Magenta

Cyan

Jaune

Activiteacute 43

Tu observes un drapeau eacuteclaireacute par une lumiegravere blanche Puis tu observes ce mecircme drapeau eacuteclaireacute par deux lumiegraveres coloreacutees diffeacuterentes Trouve la lumiegravere coloreacutee utiliseacutee dans chaque cas et justifie ta reacuteponse par la modeacutelisation vue preacuteceacutedemment

Lumiegravere blanche Lumiegravere coloreacutee 1 Lumiegravere coloreacutee 2

De quelle couleur est la premiegravere lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Bleu)

Modeacutelisation 1

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Vert)

Modeacutelisation 2

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Fiches de synthegravese Les couleurs Activiteacute 2 Reacutesumeacute theacuteorique pour les eacutelegraveves Le modegravele trichromique et la synthegravese additive des couleurs La couleur nrsquo‛existe pas sans lumiegravere et lrsquo‛on peut dire que lrsquo‛on perccediloit le monde gracircce aux meacutelanges de ces couleurs qui correspondent aux diffeacuterentes composantes de la lumiegravere Lorsque lrsquo‛on parle de la perception des couleurs on srsquo‛aperccediloit que seules trois lumiegraveres primaires de couleurs rouge vert et bleu sont neacutecessaires pour obtenir la sensation de toutes les autres couleurs Cette maniegravere de modeacuteliser la perception des couleurs est ce qursquo‛on appelle le modegravele trichromique (lsquorsquo‛trois couleursrsquo‛rsquo‛) Dans cette repreacutesentation toutes les autres lumiegraveres coloreacutees sont perccedilues par superposition des trois lumiegraveres rouge verte et bleue La superposition simultaneacutee et en dosage identique des trois couleurs donne de la lumiegravere blanche Le noir correspond agrave une absence de lumiegravere

Illustration du modegravele

Image MER

Lrsquo‛image montre trois projecteurs de lumiegraveres rouge verte et bleue eacuteclairant une table blanche Si les trois couleurs sont projeteacutees en intensiteacute identique nous obtenons par superposition trois autres couleurs le cyan le magenta et le jaune Les couleurs primaires et les couleurs obtenues sont codeacutees sur lrsquo‛image puis reacutecapituleacutees dans le tableau ci-dessous

Image MER

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Si nous modifions le dosage des couleurs eacuteleacutementaires il est possible drsquo‛obtenir toutes les couleurs imaginables Le pheacutenomegravene de perception des couleurs par superposition des trois couleurs primaires se nomme synthegravese additive les couleurs sont additionneacutees entre elles pour permettre la synthegravese drsquo‛autres couleurs

Drsquo‛ailleurs si lrsquo‛on observe au microscope un eacutecran blanc de smartphone ou drsquo‛ordinateur on remarque qursquo‛il est en fait constitueacute drsquo‛un grand nombre de minuscules rectangles de lumiegraveres rouge verte et bleue (voir image ci-contre) Crsquo‛est justement par un jeu de dosage de chacune de ces lumiegraveres que lrsquo‛on perccediloit les diffeacuterentes couleurs sur nos eacutecrans

Pourquoi un modegravele sur trois couleurs La raison pour laquelle les scientifiques ont construit ce modegravele sur trois couleurs est directement lieacutee agrave la structure de notre œil En effet ce dernier contient des cellules sensibles agrave la lumiegravere que lrsquo‛on appelle cocircnes et bacirctonnets Alors que les bacirctonnets perccediloivent les intensiteacutes de lumiegravere les cocircnes nous permettent de percevoir les couleurs Cependant ils ne sont sensibles qursquo‛agrave certaines composantes de la lumiegravere blanche celles correspondant justement aux couleurs rouge vert et bleu Lorsque lrsquo‛on regarde un objet notre cerveau analyse le dosage de chacune de ces composantes perccedilues par notre œil et en interpregravete ainsi la couleur de lrsquo‛objet

Qursquo‛est-ce que le daltonisme Certaines personnes preacutesentent une anomalie de la vision qui les empecircche de distinguer certaines couleurs Drsquo‛origine geacuteneacutetique ce trouble est ducirc agrave un dysfonctionnement des cocircnes preacutesents dans la reacutetine Bien que la plupart des personnes daltoniennes aient de la peine agrave distinguer le vert du rouge drsquo‛autres ne distinguent pas drsquo‛autres couleurs Dans certaines formes de daltonisme le monde est perccedilu par la personne atteinte en teintes de gris

Sciences naturelles Optique synthegravese soustractive et additive

La synthegravese additive est le proceacutedeacute gracircce

auquel en combinant les couleurs

___________ ___________ et ___________

on obtient du blanc

On la retrouve lorsque lrsquoon meacutelange des

lumiegraveres coloreacutees composeacutees de ces 3 couleurs

diffeacuterentes car les laquo additionner raquo donne la

lumiegravere blanche

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon exploite aujourdrsquohui

pour les teacuteleacuteviseurs ou tout eacutecran composeacute de

pixels

La synthegravese soustractive consiste agrave soustraire

les couleurs de la lumiegravere blanche (RVB) agrave

travers des filtres de couleurs ___________

___________ et ___________ qui absorbent la

totaliteacute des couleurs de la lumiegravere blanche pour

un rendu noir au final (absence de lumiegravere)

Lrsquo __________________ des 3 couleurs donne

le ____________

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon retrouve par exemple en

meacutelangeant de la peinture notamment en

imprimerie

Sciences naturelles Optique les filtres

Qursquoest-shyce qursquoun filtre coloreacute et comment fonctionne-shyt-shyil

Un filtre est un dispositif qui permet de filtrer la lumiegravere de laisser passer certains rayons

lumineux et drsquoen absorber drsquoautres

Pour savoir quelles lumiegravere coloreacutees le filtre laisse passer il faut lrsquoobserver agrave la lumiegravere

blanche

Le filtre laissera alors passer uniquement les rayons lumineux de sa couleur propre

Par exemple

Un filtre vert laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee verte

Un filtre magenta laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee magenta crsquoest agrave dire les rayons rouge et bleu

Pour connaicirctre la lumiegravere coloreacutee qui ldquosortrdquo du filtre il faut donc

deacutecomposer la lumiegravere qui arrive sur ce filtre et en soustraire les

rayons qui sont absorbeacutes par le filtre On se reacutefegravere alors au modegravele de

la synthegravese soustractive

Image httpswww123couleursfrboutique-shy1filtres-shycolorC3A9s

Tableau reacutecapitulatif

Sciences naturelles Optique les filtres

Modeacutelisation

Nous pouvons modeacuteliser lrsquoaction drsquoun filtre

1 Noter la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur le filtre

2 Deacutecomposer la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur filtre et la coder (en RVB)

3 Repreacutesenter le filtre et coder les rayons absorbeacutes par le filtre 4 Prolonger les rayons lumineux coloreacutes que le filtre laisse passer et les coder (en RVB)

5 Noter la lumiegravere coloreacutee qui sort du filtre

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre magenta sur la lumiegravere blanche

Lorsque plusieurs filtres sont superposeacutes ou aligneacutes il faut modeacuteliser lrsquoaction du premier filtre

sur la lumiegravere projeteacutee puis lrsquoaction du deuxiegraveme filtre sur la lumiegravere qui sort du premier filtre

etc

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre cyan puis drsquoun filtre vert sur la lumiegravere jaune

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

De quelle couleur apparaicirctra un objet de couleur eacuteclaireacute par une lumiegravere coloreacutee

Il y 3 cas

1) Un objet de couleur blanche renvoie toutes les couleurs il apparaicirctra de la couleur eacuteclaireacutee

2) Un objet de couleur noire absorbe toutes les couleurs Peu importe la couleur avec laquelle

lrsquoobjet est eacuteclaireacute lrsquoobjet apparaicirct de couleur noire

3) Pour un objet de couleur il suffit de deacutecomposer les couleurs secondaires par exemple

Jrsquoai un objet jaune

Je lui projette une lumiegravere magenta

Or jaune = rouge + vert

et magenta = bleu + rouge

Le rouge est commun au jaune et au magenta donc lrsquoobjet paraicirctra rouge

En revanche si la lumiegravere est bleue comme il nrsquoy a pas de bleu dans le jaune lrsquoobjet paraicirctra

noir

1

Tableau reacutecapitulatif

1 httpscommunitygoodgamestudioscombigfarmfrdiscussion51685langage-shy‐des-shy‐couleurs

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

Modegravele de reacuteponse

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

______

______

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

______

______

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation avec propositions

de reacuteponses)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

(rouge vert bleu Nous percevons les diffeacuterentes couleurs agrave partir de ces trois couleurs) ________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

(Explication relative aux cocircnes et bacirctonnets de lrsquo‛oeil)

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Corrigeacute vert bleu blanc cyan

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________ (vert)

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________ (bleu)

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________ (aucunenoir)

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

(selon modegravele eacutetudieacute)

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

(les deux selon que lrsquo‛on parle de synthegravese additive ou soustractive)

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

Bleu

______

Bleu

______

Noir

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________ (lumiegravere rouge)

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

Noir

______

Rouge

______

Rouge

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

(Bleu)

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

(selon modegravele eacutetudieacute)

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

(Explication citant la synthegravese soustractive et lrsquo‛effet des lumiegraveres coloreacutees

concerneacutees sur le haut du cambrioleur)

Evaluation - Analyse

Ce commentaire comprend les diffeacuterents objectifs eacutevalueacutes ainsi que ce qui est attendu

preacuteciseacutement des eacutelegraveves et les niveaux taxonomiques correspondants

Ce sont des pistes drsquo‛eacutevaluation qui sont ici proposeacutees non une eacutevaluation suivie

Exercice 1

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- Mettre en lien des notions theacuteoriques apprises en cours (cocircnes et

bacirctonnets de lrsquo‛oeil) avec drsquo‛autres (synthegravese additive)

Lrsquo‛eacutevaluation deacutebute par deux questions au niveau taxonomique peu eacuteleveacute La

premiegravere de lrsquo‛ordre de la compreacutehension demande aux eacutelegraveves de restituer une

connaissance de base agrave lrsquo‛aide de leurs propres mots La deuxiegraveme propose de

tester les connaissances theacuteoriques des eacutelegraveves en veacuterifiant que des liens entre

deux notions aient eacuteteacute faits

Exercice 2

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutedire la couleur perccedilue en fonction des meacutelanges de couleurs RVB

- deacutechiffrer un scheacutema et les codes de la repreacutesentation de la trajectoire

des lumiegraveres coloreacutees

Le deuxiegraveme exercice relegraveve du niveau taxonomique de lrsquo‛application car il

neacutecessite une compreacutehension de la maniegravere de repreacutesenter la lumiegravere (scheacutema de

la trajectoire rectiligne codes de couleurs RVB) et drsquo‛appliquer ce modegravele tout en

utilisant les connaissances des couleurs fondamentales et compleacutementaires de la

synthegravese additive

Exercice 3

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet drsquo‛un filtre sur une lumiegravere coloreacutee agrave lrsquo‛aide des codes

propres agrave lrsquo‛optique

Lrsquo‛exercice 3 relegraveve de lrsquo‛application car les eacutelegraveves se reacutefegraverent agrave la modeacutelisation

eacutetablie durant le cours et au diagramme de Venn de la synthegravese soustractive et

les adaptent aux items preacutesenteacutes

Exercice 4

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- mettre en perspective la distinction entre synthegravese additive et

soustractive en terme de lsquorsquo‛naturersquo‛rsquo‛ de la couleur (couleurs matiegraveres vs

couleurs lumiegraveres)

Cet exercice requiert des eacutelegraveves qursquo‛ils mobilisent leur faculteacute drsquo‛analyse (niveau

taxonomique plutocirct eacuteleveacute) pour expliquer les diffeacuterences entre les

repreacutesentations de la couleur en arts visuels et en physique Le but est qursquo‛ils

reconnaissent qursquo‛il srsquo‛agit dans le premier cas de la synthegravese soustractive et dans

le second cas de la synthegravese additive

Exercice 5

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutevoir la couleur perccedilue drsquo‛un objet en fonction des lumiegraveres coloreacutees

projeteacutees et coder le pheacutenomegravene

Les eacutelegraveves appliquent la modeacutelisation drsquo‛une lumiegravere coloreacutee sur un objet coloreacute

pour deacuteterminer la couleur perccedilue du drapeau franccedilais Cette question fait

reacutefeacuterence agrave un niveau taxonomique bas Puis ils trouvent la lumiegravere coloreacutee qui

permet de voir les deux drapeaux preacutesenteacutes de la mecircme couleur Ils trouveront

cette reacuteponse en modeacutelisant les lumiegraveres coloreacutees sur lrsquo‛objet de couleur

Plusieurs scheacutemas sont neacutecessaires pour trouver la reacuteponse Crsquo‛est une question

taxonomiquement haute qui demande aux eacutelegraveves de faire une synthegravese

Exercice 6

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet de la lumiegravere coloreacutee sur un objet et en deacuteduire la

couleur perccedilue

- justifier sa reacuteponse avec des mots en faisant la synthegravese des diffeacuterents

concepts vus dans la seacutequence de cours

Les eacutelegraveves doivent comprendre ce qursquo‛ils lisent et deacuteterminer la couleur propre du

haut du cambrioleur Cette question est taxonomiquement haute elle demande de

lrsquo‛analyse Puis ils justifient leur reacuteponse par le modegravele de lrsquo‛effet de la lumiegravere

coloreacutee sur un objet Cette question est drsquo‛un niveau taxonomique infeacuterieur

drsquo‛application Finalement ils deacuteterminent pourquoi la description de la jeune fille

ne correspond pas agrave la couleur propre en faisant le lien avec la synthegravese

soustractive demandant un niveau taxonomiquement tregraves eacuteleveacute la synthegravese

Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

4 Argumentation scientifique Nous avons choisi de construire notre seacutequence de cours de maniegravere agrave ce qursquoelle srsquoinscrive dans une deacutemarche constructiviste de type piageacutetienne Dans cette deacutemarche lrsquoenseignant anticipe les conceptions erroneacutees que les eacutelegraveves peuvent avoir puis eacutetablit une situation-shyproblegraveme permettant ideacutealement de deacuteconstruire ces repreacutesentations incomplegravetes puis finalement drsquoen construire de nouvelles plus justes Dans ce qui suit nous allons deacutefinir ces diffeacuterents concepts mis en eacutevidence puis expliciter la maniegravere dont nous les avons pris en compte dans notre planification

41 Les conceptions des eacutelegraveves et les situations-shyproblegravemes

411 Deacutefinitions Conception Selon Giordan et al (1994) une conception ou repreacutesentation peut ecirctre consideacutereacutee comme une ideacutee un objet ou un eacutevegravenement qui aide lrsquoeacutelegraveve agrave comprendre le monde qui lrsquoentoure Elle est le fruit de son expeacuterience personnelle dans laquelle il va puiser pour comprendre les nouveaux savoirs que lrsquoon va chercher agrave lui inculquer Elle peut ecirctre consideacutereacutee comme une connaissance ldquodeacutejagrave-shylagraverdquo acquise dans un certain contexte par lrsquoapprenant et qui peut ecirctre correcte ou erroneacutee Les mauvaises conceptions (ou misconception en anglais) peuvent donc ecirctre deacutecrites comme des ideacutees qui proviennent drsquoune mauvaise compreacutehension drsquoobjets ou eacutevegravenements Elles sont issues principalement de lrsquoenvironnement avec lequel lrsquoeacutelegraveve interagit et du contexte dans lequel il se situe mais elles deacutecoulent eacutegalement des systegravemes seacutemiotiques mis en oeuvre Ces derniers sont abordeacutes plus en deacutetail dans ce qui suit Seacutemiologie En seacutemiologie (lrsquoeacutetude des systegravemes de signes) une repreacutesentation (ou un signe) est double elle est doteacutee drsquoun signifiant et drsquoun signifieacute (de Saussure 1916) Le signifiant qui fait lrsquoobjet de la seacutemiologie deacutesigne la forme et laspect du signe tandis que le signifieacute eacutetudieacute dans le cadre de la seacutemantique deacutesigne le concept eacutevoqueacute par le signe A partir du moment ougrave le signe possegravede plusieurs signifieacutes il devient symbole et crsquoest ainsi que les incompreacutehensions peuvent survenir Selon R Duval (1995) le concept de laquo registre seacutemiotique raquo permet de distinguer les repreacutesentations qui relegravevent de diffeacuterents registres ou types visuels numeacuteriques graphiques symboliques formels scheacutematiques etc En didactique ce concept est fondamental car les diffeacuterences de registre au sein drsquoune mecircme repreacutesentation ou drsquoun

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modegravele peut induire des difficulteacutes de lecture Ils risquent drsquoajouter des difficulteacutes suppleacutementaires en empecircchant les eacutelegraveves de se focaliser sur le problegraveme poseacute par lrsquoactiviteacute et les menant agrave formuler des conclusions diffeacuterentes de celles attendues par lrsquoenseignant Crsquoest pour cela qursquoun choix pertinent de registre seacutemiotique facilite la compreacutehension du concept introduit Dans notre cours un exemple typique que nous pouvons donner est la forte ressemblance des diagrammes de Venn pour les synthegraveses additive et soustractive Dans les deux modegraveles les diagrammes sont communeacutement scheacutematiseacutes sous forme circulaire De plus bien que inverseacutees au niveau de leurs superpositions les mecircmes couleurs sont repreacutesenteacutees dans les deux diagrammes Ces similitudes peuvent rendre la diffeacuterenciation complexe pour les eacutelegraveves Crsquoest pourquoi nous avons estimeacute important drsquoapporter un changement agrave la repreacutesentation de ces diagrammes Ainsi dans lrsquoune de nos fiches de synthegravese nous avons preacutefeacutereacute utiliser des formes rectangulaires plutocirct que circulaires pour repreacutesenter la synthegravese soustractive car cette forme eacutevoque plus fortement le filtre et ainsi lrsquoabsorption de la lumiegravere Cadre de rationaliteacute origine des conceptions En srsquoappuyant sur les travaux de R Douady (1984) A Lerouge (1992) deacutefinit laquo un cadre de rationaliteacuteraquo comme laquoun ensemble coheacuterent de fonctionnement de la penseacuteeraquo caracteacuteriseacute principalement par les composantes suivantes

1 Les objets du cadre dans notre cas il peut srsquoagir de peinture de feuille de papier de lampes de poche de filtres etc

2 Le type de processus de conceptualisation Dans un cadre scientifique il peut srsquoagir drsquoun processus par modeacutelisation ou par expeacuterimentation par exemple

3 Les registres seacutemiotiques que nous avons traiteacutes plus haut Les conceptions des eacutelegraveves et les conflits de perceptions en reacutesultant sont issus des diffeacuterents cadres de rationaliteacute dans lesquels ils eacutevoluent Ce sont les cadres familiers (personnel) et culturels (eacutecole) qui sont responsable de ces conceptions et repreacutesentations mentales tantocirct concourantes tantocirct inexistantes voire erroneacutees Elles se manifestent principalement agrave travers la seacutemiotique Les eacutelegraveves eacuteprouvent de la difficulteacute agrave repreacutesenter des objets issus de registres seacutemiotiques diffeacuterents ou encore agrave simplement les reconnaicirctre Dans le contexte de notre seacutequence sur les couleurs ces cadres de rationaliteacute sont centraux En effet crsquoest dans son quotidien et donc dans son cadre familier que lrsquoeacutelegraveve va deacutecouvrir la notion de couleur notamment par le biais de la peinture ou drsquoobservation drsquoarc-shyen-shyciel Cette deacutecouverte qui a souvent lieu tregraves tocirct dans la vie de lrsquoenfant ne fera pourtant pas pour autant lrsquoobjet de questionnement sur le pheacutenomegravene de perception des couleurs La notion de cadre culturel ou scolaire quand agrave elle peut ecirctre eacutetendue dans notre cas agrave deux sous-shycateacutegories de cadres culturels diffeacuterents qui vont ecirctre agrave lrsquoorigine de conceptions erroneacutees ou incomplegravetes Premiegraverement il y a le cadre que nous appelons laquo arts visuelsraquo et qui a ses propres regravegles de rationaliteacutes Les cours de dessin ou drsquoactiviteacutes creacuteatrices en sont de parfaits exemples car crsquoest dans ce cadre que les eacutelegraveves vont premiegraverement aborder la

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theacutematique des couleurs primaires et de leurs meacutelanges Mais cette theacutematique est eacutegalement abordeacutee dans le cadre laquophysiqueraquo agrave travers les expeacuteriences de deacutecomposition de la lumiegravere ou de superposition de lumiegraveres coloreacutees Ainsi nous retrouvons trois cadres de rationaliteacute concourants (familier physique arts visuels) dans lesquels les eacutelegraveves eacutevoluent et qui engendrent indubitablement des conceptions erroneacutees sur la lumiegravere et les couleurs puisque les eacutelegraveves ne sont pas ameneacutes agrave les diffeacuterencier dans chacun des cadres Et comme la communication entre les diffeacuterents cadres nrsquoest pas eacutetablie le lien agrave faire entre les diffeacuterentes conceptions issues de ces cadres est agrave la charge de lrsquoeacutelegraveve ce qui repreacutesente une lourde responsabiliteacute dans son apprentissage Astolfi (2008) appelle eacutegalement ces conceptions issues de diffeacuterents cadres des ldquotrames conceptuelles rdquoqui peuvent ecirctre deacutefinies comme ldquoun ensemble de concepts-shycleacutes propres agrave un domaine et logiquement hieacuterarchiseacutes entre eux qui structurent les disciplines et engendrent des situations-shyproblegravemesrdquo Mais encore on verra eacutemerger des problegravemes de contrat didactique dans chacun des cadres lrsquoeacutelegraveve va tenter de donner une reacuteponse qui va satisfaire lrsquoenseignant sans pour autant ecirctre ameneacute agrave confronter ses conceptions

Situation-shyproblegraveme Pour de Vecchi (2006) une situation-shyproblegraveme est une activiteacute qui consiste agrave mettre lrsquoeacutelegraveve dans une situation ougrave il va ecirctre ameneacute agrave eacutelaborer des strateacutegies de reacutesolution de problegraveme Lrsquoun des points cleacutes des situations-shyproblegravemes est qursquoelles eacutetablissent un lien eacutetroit entre les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves En drsquoautres termes une situation-shyproblegraveme est construite de telle sorte que les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave remettre en question des repreacutesentations actuelles qui srsquoavegraverent erroneacutees agrave les deacuteconstruire pour en construire de nouvelles Ainsi dans une deacutemarche de type constructiviste lrsquoeacutelegraveve construit son savoir en renversant ses anciennes conceptions Une situation-shyproblegraveme nrsquoest donc pas une deacutemarche ponctuelle dans laquelle lrsquoeacutelegraveve devra reacutesoudre une liste drsquoexercices teacuteleacuteguideacutee par lrsquoenseignant Ce qui justifie lrsquoefficaciteacute des situations problegravemes est qursquo laquoapprendreraquo ne consiste pas agrave cumuler les savoirs mais agrave en construire et agrave en deacuteconstruire

Une situation-shyproblegraveme doit comprendre plusieurs eacuteleacutements

-shy Un objectif-shyobstacle Pour Meirieu (1987) un objectif-shyobstacle est ldquoun objectif dont lrsquoacquisition permet au sujet de franchir un palier deacutecisif de progression en modifiant son systegraveme de repreacutesentation et en le faisant acceacuteder un niveau supeacuterieur de formulation rdquo Dans notre cas lrsquoeacutelegraveve pense que tous les meacutelanges de 3 couleurs primaires (de peinture ou de lumiegravere) vont donner le mecircme reacutesultat La distinction entre synthegraveses additive et soustractive nrsquoest pas connue des eacutelegraveves De plus projeter de la lumiegravere monochromatique sur un objet drsquoune certaine couleur ne donne pas toujours la mecircme couleur Lrsquoexemple avec le drapeau (activiteacute 4) est parlant

-shy Une situation centreacutee sur cet obstacle prenant en compte une deacutemarche expeacuterimentale ou une deacutemarche de modeacutelisation Dans notre cours les deux deacutemarches sont mises en oeuvre mais notre deacutemarche principale est la modeacutelisation Les eacutelegraveves vont effectivement ecirctre ameneacutes agrave eacutemettre des hypothegraveses manipuler reacutecolter des reacutesultats et les confronter agrave

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leurs hypothegraveses mais il srsquoagit surtout drsquoune deacutemarche de modeacutelisation car les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave creacuteer des scheacutemas dans plusieurs exercices

-shy Une probleacutematisation et la deacutevolution on probleacutematise la conception erroneacutee en introduisant une situation-shyproblegraveme crsquoest-shyagrave-shydire qursquoon construit un problegraveme centreacute sur lrsquoobstacle La surprise face agrave une situation incoheacuterente va intriguer lrsquoeacutelegraveve exciter sa motivation et le pousser agrave vouloir srsquoimpliquer dans le problegraveme ce qui va aider sa deacutevolution Brousseau (1998) qualifie la notion de deacutevolution par le ldquo processus par lequel lenseignant parvient agrave placer leacutelegraveve comme simple actant dans une situation a-shydidactique (agrave modegravele non didactique) Il cherche par lagrave agrave ce que lrsquoaction de lrsquoeacutelegraveve ne soit produite et justifieacutee que par les neacutecessiteacutes du milieu et par ses connaissances et non par lrsquointerpreacutetation des proceacutedeacutes didactiques du professeurrdquo Pour enrocircler les eacutelegraveves et les aider agrave identifier la probleacutematique en met on place une situation deacuteclenchante Dans notre cas lrsquoexemple avec le meacutelange de peinture et de lumiegraveres coloreacutees est un parfait exemple de situation deacuteclenchante car les eacutelegraveves ne sattendent probablement pas par exemple agrave ce que le meacutelange de vert et bleu donne du cyan ou encore qursquoon perccediloive un citron noir lorsque lrsquoon projette de la lumiegravere bleue sur ce celui-shyci

412 La prise en compte des conceptions des eacutelegraveves dans notre seacutequence La theacutematique de la lumiegravere et des couleurs est complexe et comprend de nombreux concepts difficiles agrave assimiler En effet bon nombre de personnes ont des repreacutesentations erroneacutees qui peuvent rester profondeacutement ancreacutees Parmi les conceptions erroneacutees les plus communes on retrouve selon le site internet des MER

La lumiegravere blanche est sans couleur pure quand la lumiegravere blanche passe dans un prisme ou traverse un filtre de la couleur lui est ajouteacutee

La lumiegravere blanche nous permet de voir la vraie couleur des objets laquoMa feuille est blanche parce que je nai pas ajouteacute dautres couleurs agrave celle-shyciraquo

Les couleurs sont lieacutees agrave des proprieacuteteacutes de lrsquoobjet exclusivement sans reacutefeacuterence agrave la lumiegravere qui eacuteclaire lrsquoobjet Ne dit-shyon pas quun pull est rouge

Confusion entre les couleurs primaires en couleur peinture et en couleur lumiegravere

Dans notre planification nous avons anticipeacute ces conceptions et avons construit notre cours de maniegravere agrave ce qursquoelles soient mises en eacutevidence le plus tocirct possible afin de tenter de les deacuteconstruire agrave travers nos activiteacutes

Ainsi degraves deacutebut de lrsquoactiviteacute 2 les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave une situation-shyproblegraveme dans laquelle ils comprennent qursquoil existe une contradiction entre leur conception de deacutepart sur les meacutelanges de couleurs (issue de leurs cadres de rationaliteacute familier et scolaire lsquorsquoart visuelrsquorsquo) et leurs observations (nouveau cadre lsquorsquophysiquersquorsquo) Crsquoest sur la base de ce conflit cognitif que les diffeacuterentes notions de la seacutequence pourront ecirctre abordeacutees Les autres conceptions sont mises en eacutevidence puis deacuteconstruites agrave travers les diffeacuterentes activiteacutes Par exemple les

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activiteacutes du chapitre 3 permettent de montrer que la lumiegravere blanche nrsquoest pas pure mais qursquoelle est composeacutee de toutes les couleurs et ce gracircce agrave lrsquoobservation des objets agrave la lumiegravere blanche puis agrave travers un filtre

De plus lrsquoactiviteacute 3 srsquoarticule autour drsquoune conception erroneacutee repeacutereacutee dans certaines classes Bon nombre drsquoeacutelegraveves eacutetaient persuadeacutes qursquoun filtre ne laissait pas passer les lumiegraveres de sa couleur propre car crsquoest la couleur dont est perccedilue le filtre Un conflit cognitif est alors provoqueacute afin de deacuteconstruire cette conception les eacutelegraveves observent que la lumiegravere coloreacutee nrsquoest pas absorbeacutee par le filtre mais qursquoelle se propage bien jusqursquoagrave lrsquoeacutecran blanc

En introduction de lrsquoactiviteacute 4 une nouvelle situation-shyproblegraveme est preacutesenteacutee par le biais drsquoune image montrant que la couleur drsquoun objet peut varier en fonction de la lumiegravere coloreacutee par laquelle il est eacuteclaireacute Elle servira agrave provoquer un conflit cognitif chez les eacutelegraveves car cette situation intervient apregraves une phase drsquohypothegravese reacutepondant agrave la question suivante un objet peut-shyil avoir diffeacuterentes couleurs La reacuteponse donneacutee par lrsquoimage contredira probablement lrsquohypothegravese preacuteceacutedemment formuleacutee et devrait susciter de la curiositeacute chez lrsquoeacutelegraveve et lui donner lrsquoenvie de comprendre le pheacutenomegravene Nous deacutemontrons ensuite tout au long de lrsquoactiviteacute 4 sur les lumiegraveres coloreacutees que crsquoest le pheacutenomegravene drsquoabsorption et de reacuteflection de la lumiegravere qui nous permet de voir la couleur des objets et non pas la lumiegravere blanche Crsquoest donc par le biais de ces deacuteconstructions successives de conceptions que lrsquoenseignant peut guider les eacutelegraveves sur la voie de la reacutesolution du problegraveme de lrsquoorigine de ces contradictions dans le but drsquoeacutetablir le lien entre les diffeacuterents cadres de rationaliteacute

42 Modeacutelisation

421 Deacutefinition

Un modegravele est communeacutement deacutefini comme un objet ou un concept qui va permettre de repreacutesenter la reacutealiteacute de diffeacuterentes maniegraveres Bunge (1974) ou encore Martinand (1994) le deacutefinissent eacutegalement comme un moyen permettant de mettre en relation le monde theacuteorique avec le monde empirique Il peut ecirctre consideacutereacute en quelque sorte comme un monde intermeacutediaire ou une sorte de lunette conceptuelle (Halloun 2004) qui va permettre drsquoobserver des pheacutenomegravenes naturels Un modegravele ne constitue pas la reacutealiteacute mais la repreacutesente en simplifiant certains de ses aspects ce qui peut causer des conflits pour les repreacutesentations cognitives chez lrsquoeacutelegraveve

422 La modeacutelisation dans notre seacutequence Dans notre planification la modeacutelisation est centrale afin de conceptualiser des pheacutenomegravenes complexes comme la composition de la lumiegravere et la perception des couleurs Elle est lrsquooutil qui permet drsquoamener les eacutelegraveves agrave se faccedilonner une repreacutesentation de la deacutecomposition de la lumiegravere blanche de labsorption de la lumiegravere agrave travers les filtres et des synthegraveses additive et soustractive des couleurs

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De plus elle constitue un objectif de formation meacutethodologique qui va de pair avec toute formation scientifique Crsquoest pourquoi nous avons inclus la modeacutelisation dans les objectifs drsquoapprentissage Dans la terminologie du PER la modeacutelisation correspond agrave lrsquoobjectif geacuteneacuteral MSN37

bull MSN 1525 mdash Modeacuteliser des pheacutenomegravenes naturels techniques sociaux ou des situations matheacutematiques

bull en imaginant et en utilisant divers outils de repreacutesentation (codes scheacutemas graphiques tableauxhellip)

Lrsquoactiviteacute 2 propose aux eacutelegraveves de reporter les couleurs observeacutees sur trois cercles superposeacutes En les coloriant les eacutelegraveves reacutealisent en reacutealiteacute une forme simple de modeacutelisation par un diagramme de Venn de la synthegravese additive Il nous a sembleacute pertinent drsquointroduire ce scheacutema de cette maniegravere car ainsi les eacutelegraveves comprennent reacuteellement qursquoil correspond agrave la lumiegravere projeteacutee et superposeacutee sur un eacutecran En derniegravere partie drsquoactiviteacute les eacutelegraveves se familiarisent avec un logiciel de modeacutelisation de la synthegravese additive 3

Lrsquoutilisation drsquoun modegravele dans ce cas est indispensable pour des raisons pratiques Il serait en effet tregraves difficile de faire des observations similaires avec un dispositif reacuteel constitueacute de projecteurs et drsquoun eacutecran comme dans la premiegravere partie drsquoactiviteacute Nous avons veilleacute agrave choisir un logiciel simple drsquousage sur lequel seules deux manipulations sont possibles allumereacuteteindre les projecteurs et varier leurs intensiteacutes Ainsi il est possible pour les eacutelegraveves de faire rapidement et sans difficulteacutes de lrsquoordre du registre seacutemiotique la deacuteduction attendue les diffeacuterentes couleurs srsquoobtiennent par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

Dans lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves sont ameneacutes agrave modeacuteliser lrsquoeffet drsquoun filtre sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee Ils ancrent ainsi le fonctionnement drsquoun filtre dans leur apprentissage et deacuteveloppent une meacutethodologie systeacutematique dans la reacutesolution de problegravemes mettant en scegravene des filtres Gracircce au modegravele deacuteveloppeacute les eacutelegraveves deacuteconstruisent deacutefinitivement leur eacuteventuelle conception erroneacutee selon laquelle un filtre absorberait sa propre couleur Lrsquoactiviteacute 43 a pour but que les eacutelegraveves modeacutelisent les pheacutenomegravenes de reacutefraction et drsquoabsorption en justifiant leur reacuteponse par un modegravele de reacuteponse Ce dernier comprend les couleurs RVB qui se reflegravetent ou qui sont absorbeacutees par une surface Ainsi lrsquoeacutelegraveve peut trouver une meacutethode systeacutematique de reacuteponse en testant les diffeacuterentes couleurs Gracircce agrave cette modeacutelisation et agrave celle de lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves comprennent que les fonctionnements des filtres et des lumiegraveres coloreacutees sont fondeacutes sur le mecircme principe

3(httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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43 Deacutemarche expeacuterimentale

431 Deacutefinition Pour de Vecchi il est important de ne pas confondre les notions lieacutees agrave lrsquoexpeacuterimental qui sont les suivantes

-shy Une deacutemarche scientifique nrsquoest pas exclusive au domaine des sciences expeacuterimentales mais peut aussi ecirctre mobiliseacutee dans les sciences humaines socialeshellip Elle utilise drsquoautres outils que lrsquoexpeacuterimentale Toute recherche digne de ce nom est de nature scientifique

-shy La meacutethode expeacuterimentale eacutequivaut plutocirct agrave un plan agrave suivre un mode drsquoemploi ou agrave une marche agrave suivre qui suit un ordre strict que lrsquoon peut aussi appeler protocole Par exemple parmi les plus ceacutelegravebres protocoles nous retrouvons celui de Claude Bernard (1865) que lrsquoon abregravege par les initiales OHERIC qui correspondent agrave observation hypothegravese expeacuterience reacutesultats interpreacutetation et conclusion De maniegravere geacuteneacuterale il srsquoagit du protocole caricatural que lrsquoon emploie le plus souvent dans les salles de classes

-shy Une deacutemarche expeacuterimentale est une approche plus reacutealiste moins stricte et integravegre

une approche plus tacirctonnante Il nrsquoest pas constitueacute drsquoeacutetapes preacutedeacutetermineacutees et est donc moins affecteacutee par les directives de lrsquoenseignant Il peut donc laisser des liberteacutes dans la maniegravere de reacutesoudre le problegraveme

432 La deacutemarche expeacuterimentale dans notre seacutequence Dans notre seacutequence la meacutethode expeacuterimentale est preacutesente de maniegravere partielle du scheacutema caricatural OHERIC nous nous inteacuteressons en particulier aux phases drsquoobservation et drsquoeacutemission drsquohypothegraveses Crsquoest pourquoi nous parlons donc plutocirct de ldquodeacutemarche expeacuterimentalerdquo En effet tout au long des diffeacuterentes activiteacutes il est reacuteguliegraverement demandeacute aux eacutelegraveves de formuler une hypothegravese agrave partir de leurs connaissances au preacutealable puis de faire de nouvelles observations en contexte expeacuterimental Crsquoest sur la base de ces derniegraveres qursquoils pourront reacutealiser leurs deacuteductions sur le pheacutenomegravene en question et construire de nouvelles conceptions Dans lrsquoactiviteacute 2 ce type de deacutemarche est central pour la creacuteation de la premiegravere situation-shyproblegraveme Par la suite la deacutemarche permet de guider les eacutelegraveves dans le processus de deacuteduction du fonctionnement geacuteneacuteral des diffeacuterents pheacutenomegravenes Dans lrsquoactiviteacute 41 par exemple les pheacutenomegravenes agrave deacuteduire sont la synthegravese soustractive et le fonctionnement de la lumiegravere coloreacutee Lrsquoemploi drsquoobjets familiers permet un ancrage dans le quotidien

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Dans lrsquoactiviteacute 3 lrsquoeacutetude de lrsquoeffet des filtres constitue agrave son tour un deacutemarche expeacuterimentale En effet les eacutelegraveves doivent tout drsquoabord eacutemettre leurs hypothegraveses puis les veacuterifient par lrsquoexpeacuterimentation et ses reacutesultats provoquant probablement un conflit cognitif avant drsquoen conclure lrsquoeffet drsquoun filtre Dans lrsquoactiviteacute 42 nous retrouvons toujours le mecircme principe de deacutemarche expeacuterimentale Les eacutelegraveves formulent des hypothegraveses sur la couleur perccedilue de diffeacuterents mots coloreacutes eacuteclaireacutes par une lumiegravere coloreacutee puis les veacuterifient lors de la phase drsquoobservation La confrontation entre leurs attentes lieacutees agrave leurs conceptions et la reacutealiteacute creacutee le conflit cognitif rechercheacute

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5 Conclusion Pour seacutelectionner notre thegraveme et eacutelaborer notre seacutequence nous nous sommes fondeacutes sur les objectifs du PER et crsquoest sur lrsquooptique que notre choix srsquoest porteacute Le savoir savant auquel nous nous sommes reacutefeacutereacutes comprend principalement des concepts lieacutes agrave la lumiegravere tels que les photons les ondes eacutelectromagneacutetiques ainsi que les spectres drsquoeacutemission et drsquoabsorption Nous avons transposeacute ce savoir en un savoir enseignable par le biais drsquoun travail de contextualisation et de reacuteadaptation Nous avons eacuteteacute ameneacutes agrave remplacer des modegraveles scientifiques (par exemple les modegraveles de synthegraveses additive et soustractive) par des modegraveles accessibles agrave un niveau scolaire et agrave changer les conditions drsquoeacutemergence des problegravemes Ainsi notre travail de transposition consistait agrave montrer aux eacutelegraveves la partie eacutemergeacutee de lrsquoiceberg du concept de couleur le reacutesultat apparent plutocirct que lrsquoorigine eacutelectromagneacutetique Tout au long de la seacutequence et par le biais de situations-shyproblegravemes et de diffeacuterentes eacutetapes de reacutesolution des activiteacutes les eacutelegraveves ont eacuteteacute guideacutes dans le processus de construction de leur apprentissage En nous focalisant sur les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves nous avons eacutelaboreacute nos exercices de maniegravere agrave proposer des situations deacuteclenchantes afin de faciliter le transfert de la responsabiliteacute de la reacutesolution des problegravemes aux eacutelegraveves Cette derniegravere srsquoeffectue par des deacutemarches drsquoexpeacuterimentation mais surtout de modeacutelisation

Dans notre sceacutenario les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave deux types de donneacutees theacuteoriques et empiriques Drsquoune part ils ont agrave disposition deux theacuteories principales la premiegravere est que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs de lrsquoarc-shyen-shyciel tandis que la seconde deacutecrit l a maniegravere dont la couleur drsquoun objet deacutepend des couleurs qursquoil va absorber Drsquoautre part ils disposent de donneacutees empiriques qursquoils sont ameneacutes agrave reacutecolter en superposant des lumiegraveres de diffeacuterentes couleurs en meacutelangeant de la peinture et en projetant de la lumiegravere coloreacutee sur diffeacuterents objets coloreacutes Dans le cadre drsquoune deacutemarche drsquoexpeacuterimentation ils ont eacutemis des hypothegraveses observeacute manipuleacute du mateacuteriel utiliseacute des appliquettes en ligne et veacuterifieacute leurs reacutesultats Crsquoest ainsi les modegraveles que nous avons preacutesenteacutes et que les eacutelegraveves ont eacutelaboreacutes vont ecirctre des ponts qui vont relier le monde theacuteorique et le monde empirique Par ailleurs nous avons eacuteteacute attentifs agrave la seacutemiotique lors de nos choix des repreacutesentations utiliseacutees nous nous sommes reacutefeacutereacutes agrave la notion de registre seacutemiotique afin drsquoeacutelaborer des scheacutemas nrsquoengendrant pas de difficulteacutes de lecture chez les eacutelegraveves

Nous avons analyseacute lrsquoorigine des conceptions erroneacutees et avons remarqueacute qursquoelles eacutetaient principalement dues agrave des repreacutesentations concourantes engendreacutees par les diffeacuterents contextes et cadres de rationaliteacutes dans lesquelles les eacutelegraveves eacutevoluent Notre sceacutenario permet aux eacutelegraveves drsquoeacutetablir des liens entre ces diffeacuterents cadres et de construire une nouvelle repreacutesentation de la couleur celle drsquoun objet de la physique

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6 Bibliographie

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Meirieu P Avanzin Gi (1987) Apprendre oui mais comment Edition ESF Verret M (1975) Le temps des eacutetudes (Vols 1ndash2) Lille France Atelier Reproduction des thegraveses

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Page 19: Physique Optique Lescouleurs · Sciences naturelles Les couleurs 10 11 Harmos 1.Introduction Comme nous allons le détailler dans le chapitre 4, les conceptions erronées des élèves

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3 Documents Les diffeacuterents documents utiliseacutes dans cette seacutequence sont preacutesenteacutes ci-shydessous

Parmi eux

Fiches drsquoactiviteacutes pour eacutelegraveves et avec correction

Fiches theacuteoriques de synthegravese

Evaluation pour eacutelegraveves et avec correction

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Documents des eacutelegraveves Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs Chapitre 2 Couleurs peintures couleurs lumiegraveres Activiteacute 21 1) Tu as agrave disposition des pinceaux et de la peinture Tu te

souviens peut-shyecirctre de tes cours drsquoarts visuels qursquoil existe des

couleurs primaires qui permettent par leur meacutelange drsquoobtenir

drsquoautres couleurs Mais elles-shymecircmes ne srsquoobtiennent par aucun

meacutelange Te souviens-shytu des combinaisons de couleurs qursquoil faut

meacutelanger pour obtenir une couleur souhaiteacutee

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du vert

__________________________________________

Image httpsfrdreamstimecom Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du rouge

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du bleu

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du noir

__________________________________________

Activiteacute 22 Lrsquoenseignant a installeacute trois projecteurs de couleur un rouge un vert un bleu ainsi

qursquoun eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-shydessous

Image MER

Quelle couleur va-shyt-shyon observer sur lrsquoeacutecran si lrsquoon allume deux par deux les projecteurs

et que lrsquoon superpose leurs lumiegraveres Et si lrsquoon allume les trois projecteurs Remplis le

tableau ci-shydessous drsquoabord avec tes hypothegraveses concernant la couleur obtenue sur

lrsquoeacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Meacutelange de lumiegraveres Couleur obtenue ton hypothegravese

Couleur observeacutee

vert et bleu

vert et rouge

bleu et rouge

vert bleu et rouge

a) Quelles diffeacuterences constates-shytu entre les meacutelanges de lrsquoactiviteacute 1 et ceux de lrsquoactiviteacute

2

______________________________________________________________________

b) Qursquoa-shyt-shyon meacutelangeacute dans chaque cas

______________________________________________________________________

c) Le reacutesultat du meacutelange des lumiegraveres verte bleue et rouge te rappelle-shyt-shyil quelque

chose Que peux-shytu en deacuteduire

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

d) A lrsquoaide de couleurs scheacutematise ci-shydessous les superpositions observeacutees sur lrsquoeacutecran

blanc

Activiteacute 23 Et comment obtenir drsquo‛autres couleurs 1) Tu as vu lors de lrsquoactiviteacute preacuteceacutedente que si lrsquoon superpose trois lumiegraveres de couleurs

RVB on perccediloit du blanc Mais de quelle maniegravere peut-shyon percevoir nrsquoimporte quelle

autre couleur

Familiarise-shytoi avec le logiciel en ligne suivant

httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additive

htm

Puis reacuteponds aux questions suivantes

Par quelles manipulations obtiens-shytu du orange

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du rose

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du vert olive

______________________________________________________________________

Que constates-shytu

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

2) Chaque groupe a agrave sa disposition une loupe binoculaire Deacutepose un smartphone

allumeacute eacutecran vers le haut sous lrsquoobjectif Vise une zone blanche de lrsquoeacutecran puis regravegle la

netteteacute Qursquoobserves-shytu

Observations

Comment expliques-shytu ce pheacutenomegravene

Documents des eacutelegraveves Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs Chapitre 2 Couleurs peintures couleurs lumiegraveres (corrigeacute) Activiteacute 21 1) Tu as agrave disposition des pinceaux et de la peinture Tu te

souviens peut-shyecirctre de tes cours drsquoarts visuels qursquoil existe des

couleurs primaires qui permettent par leur meacutelange drsquoobtenir

drsquoautres couleurs Mais elles-shymecircmes ne srsquoobtiennent par aucun

meacutelange Te souviens-shytu des combinaisons de couleurs qursquoil faut

meacutelanger pour obtenir une couleur souhaiteacutee

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du vert

__________________________________________

Image httpsfrdreamstimecom Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du rouge

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du bleu

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du noir

__________________________________________

Activiteacute 22 Lrsquoenseignant a installeacute trois projecteurs de couleur un rouge un vert un bleu ainsi

qursquoun eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-shydessous

Image MER

Quelle couleur va-shyt-shyon observer sur lrsquoeacutecran si lrsquoon allume deux par deux les projecteurs

et que lrsquoon superpose leurs lumiegraveres Et si lrsquoon allume les trois projecteurs Remplis le

tableau ci-shydessous drsquoabord avec tes hypothegraveses concernant la couleur obtenue sur

lrsquoeacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Meacutelange de lumiegraveres Couleur obtenue ton hypothegravese

Couleur observeacutee

vert et bleu (cyan)

vert et rouge (jaune)

bleu et rouge (magenta)

vert bleu et rouge (blanc)

a) Quelles diffeacuterences constates-shytu entre les meacutelanges de lrsquoactiviteacute 1 et ceux de lrsquoactiviteacute

2

______________________________________________________________________

Les couleurs obtenues ne sont pas les mecircmes qursquoen peinture

b) Qursquoa-shyt-shyon meacutelangeacute dans chaque cas

______________________________________________________________________

Dans le premier cas on a de la matiegravere (de la peinture) dans le deuxiegraveme cas on a de la

lumiegravere

c) Le reacutesultat du meacutelange des lumiegraveres verte bleue et rouge te rappelle-shyt-shyil quelque

chose Que peux-shytu en deacuteduire

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

Le fait que la lumiegravere blanche est composeacutee de lrsquoensemble des couleurs (cf expeacuterience

du prisme) Ici lrsquoexpeacuterience concerne la superposition de lumiegraveres coloreacutees et on observe

que lrsquoaddition des lumiegraveres rouge verte et bleue donne du blanc Cela srsquoappelle le modegravele trichromique

d) A lrsquoaide de couleurs scheacutematise ci-shydessous les superpositions observeacutees sur lrsquoeacutecran

blanc

Activiteacute 23 Et comment obtenir drsquo‛autres couleurs 1) Tu as vu lors de lrsquoactiviteacute preacuteceacutedente que si lrsquoon superpose trois lumiegraveres de couleurs

RVB on perccediloit du blanc Mais de quelle maniegravere peut-shyon percevoir nrsquoimporte quelle

autre couleur

Familiarise-shytoi avec le logiciel en ligne suivant

httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additive

htm

Puis reacuteponds aux questions suivantes

Par quelles manipulations obtiens-shytu du orange (selon eacutelegraveves)

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du rose (selon eacutelegraveves)

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du vert olive (selon eacutelegraveves)

______________________________________________________________________

Que constates-shytu

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

Un jeu de dosage entre les trois couleurs RVB permet drsquoobtenir toutes les diffeacuterentes

couleurs imaginables Les trois lumiegraveres superposeacutees et en dosage eacutequivalent donnent

une lumiegravere blanche crsquoest agrave dire la totaliteacute des couleurs On appelle cela la synthegravese additive

2) Chaque groupe a agrave sa disposition un microscope Deacutepose un smartphone allumeacute

eacutecran vers le haut sous lrsquoobjectif Vise une zone blanche de lrsquoeacutecran puis regravegle la netteteacute

Qursquoobserves-shytu

Observations

(Preacutesences de pixels lumiegraveres RVB)

Comment expliques-shytu ce pheacutenomegravene

(synthegravese effectueacutee par le cerveau)

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 3 Que devient la lumiegravere lorsqursquo‛elle traverse un filtre

Activiteacute 31 les lumiegraveres et filtres coloreacutes

Tu as appris lors du dernier cours que lrsquo‛on pouvait ldquoadditionnerrdquo des lumiegraveres coloreacutees

pour obtenir de nouvelles couleurs Nous pouvons modeacuteliser la lumiegravere blanche ainsi

Nous allons deacutecouvrir aujourdrsquo‛hui comment on peut ldquosoustrairerdquo des lumiegraveres coloreacutees

1) Lrsquo‛enseignant a installeacute trois filtres de couleur un rouge un vert un bleu ainsi qursquo‛un

eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-dessous

Image MER

Quelle couleur va-t-on observer sur lrsquo‛eacutecran si lrsquo‛on allume un par un les projecteurs

Remplis le tableau ci-dessous premiegraverement avec tes hypothegraveses concernant la couleur

obtenue sur lrsquo‛eacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Filtre traverseacute par la

lumiegravere blanche

Couleur obtenue ton

hypothegravese

Couleur observeacutee

Filtre bleu

Filtre rouge

Filtre vert

2) Selon toi quel est le rocircle du filtre coloreacute

_______________________________________________________________

3) Repreacutesente par un scheacutema le passage drsquo‛une lumiegravere blanche agrave travers un filtre rouge

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

4) Et quelle couleur observera-t-on si la lumiegravere blanche passe agrave travers un filtre rouge

puis agrave travers un filtre bleu Formule une hypothegravese puis applique ton modegravele

Hypothegravese __________________________________

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

Activiteacute 32 Qursquo‛obtient-on avec drsquo‛autres filtres

a) Tu disposes maintenant drsquo‛une lampe diffusant de la lumiegravere blanche et de filtres

cyan magenta et jaune Manipule-les les uns apregraves les autres puis en les superposant

pour deacutecouvrir leurs effets sur la lumiegravere blanche

b) A lrsquo‛aide de couleurs et en trsquo‛appuyant sur tes observations scheacutematise ci-dessous

lrsquo‛action des filtres sur une lumiegravere blanche

Activiteacute 33 Deux synthegraveses Similitudes et diffeacuterences

a) Utilise ce logiciel pour comparer les synthegraveses additive et soustractive

httpwwwostralonet3_animationsswfsynthese_couleursswf

a) Quelles similitudes observes-tu entre les synthegraveses additive et soustractive

________________________________________________________________

d) Et quelles diffeacuterences

_______________________________________________________________

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 3 Que devient la lumiegravere lorsqursquo‛elle traverse un filtre

(corrigeacute)

Activiteacute 31 les lumiegraveres et filtres coloreacutes

Tu as appris lors du dernier cours que lrsquo‛on pouvait ldquoadditionnerrdquo des lumiegraveres coloreacutees

pour obtenir de nouvelles couleurs Nous pouvons modeacuteliser la lumiegravere blanche ainsi

Nous allons deacutecouvrir aujourdrsquo‛hui comment on peut ldquosoustrairerdquo des lumiegraveres coloreacutees

1) Lrsquo‛enseignant a installeacute trois filtres de couleur un rouge un vert un bleu ainsi qursquo‛un

eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-dessous

Image MER

Quelle couleur va-t-on observer sur lrsquo‛eacutecran si lrsquo‛on allume un par un les projecteurs

Remplis le tableau ci-dessous premiegraverement avec tes hypothegraveses concernant la couleur

obtenue sur lrsquo‛eacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Filtre traverseacute par la

lumiegravere blanche

Couleur obtenue ton

hypothegravese

Couleur observeacutee

Filtre bleu bleu

Filtre rouge rouge

Filtre vert vert

2) Selon toi quel est le rocircle du filtre coloreacute

_______________________________________________________________

Un filtre coloreacute ne transmet que les rayons de sa couleur et absorbe les autres

3) Repreacutesente par un scheacutema le passage drsquo‛une lumiegravere blanche agrave travers un filtre rouge

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

4) Et quelle couleur observera-t-on si la lumiegravere blanche passe agrave travers un filtre rouge

puis agrave travers un filtre bleu Formule une hypothegravese puis applique ton modegravele

Hypothegravese __________________________________

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

Activiteacute 32 Qursquo‛obtient-on avec drsquo‛autres filtres

a) Tu disposes maintenant drsquo‛une lampe diffusant de la lumiegravere blanche et de filtres

cyan magenta et jaune Manipule-les les uns apregraves les autres puis en les superposant

pour deacutecouvrir leurs effets sur la lumiegravere blanche

b) A lrsquo‛aide de couleurs et en trsquo‛appuyant sur tes observations scheacutematise ci-dessous

lrsquo‛action des filtres sur une lumiegravere blanche

Pex 1 Magenta 2 Jaune 3 Cyan 4 Rouge 5 Vert 6 Bleu 7 Noir

Activiteacute 33 Deux synthegraveses Similitudes et diffeacuterences

a) Utilise ce logiciel pour comparer les synthegraveses additive et soustractive

httpwwwostralonet3_animationsswfsynthese_couleursswf

a) Quelles similitudes observes-tu entre les synthegraveses additive et soustractive

________________________________________________________________

Les mecircmes triplets de couleurs sont preacutesents dans les deux synthegraveses (RVB - CMJ)

d) Et quelles diffeacuterences

________________________________________________________________

1 Les couleurs primaires de lrsquo‛un sont les couleurs compleacutementaires de lrsquo‛autre

2 Lrsquo‛addition des lumiegraveres coloreacutees rouge verte et bleue donne du blanc la

soustraction totale par des filtres cyan magenta et jaune donne du noir

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 4 Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Rappel

1 Nous pouvons reacutesumer la composition de la lumiegravere blanche aux 3 couleurs primaires le rouge le vert et le bleu Ce sont des couleurs qui ne peuvent pas ecirctre creacuteeacutees Ce sont elles qui composent les autres couleurs Crsquo‛est agrave dire qursquo‛en les meacutelangeant on peut obtenir les autres couleurs le cyan est composeacute du bleu et du vert le magenta est composeacute du bleu et du rouge et le jaune est composeacute du vert et du rouge

Theacuteorie

Le sujet que nous allons traiter aujourdrsquo‛hui concerne la couleur de lrsquo‛objet Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Formule une hypothegravese ____________________________________________

Observe la photo projeteacutee par lrsquo‛enseignant

Que retiens-tu de cette photo _______________________________________________________________ La lumiegravere coloreacutee qui est refleacuteteacutee par un objet correspond agrave la lumiegravere non absorbeacutee

Ici toutes les lumiegraveres coloreacutees sont absorbeacutees sauf le bleu qui lui est refleacuteteacute La couleur propre de lrsquo‛objet sera le bleu

En effet un objet absorbe ou reflegravete diffeacuterentes lumiegraveres coloreacutees Crsquo‛est cette lumiegravere coloreacutee refleacuteteacutee que nous verrons

Activiteacute 41

Reacuteponds agrave ces diffeacuterentes questions dans le tableau ci-dessous De quelle couleur verras-tu cet objet Confronte ton ideacutee avec ton voisin De quelle couleur le vois-tu reacuteellement

Couleur de lrsquo‛objet

Couleur de la lumiegravere

Hypothegravese formuleacutee

Observation

rouge Magenta

cyan Vert

jaune Bleu

Par quel pheacutenomegravene peut-on observer ce changement de couleur ___________________________________

Quelle deacuteductions peux-tu faire _________________________________________________________________

Activiteacute 42

Marche agrave suivre

1 Eacutecris sur une feuille blanche le nom des 2 couleurs que ton enseignant te donne avec la peinture qui y correspond

2 Pendant que ces mots segravechent remplis les colonnes ldquocouleur du mot 1rdquo et ldquocouleur du mot 2rdquo et ldquocouleur de la feuillerdquo agrave la lumiegravere blanche

3 Formule tes hypothegraveses note-les au crayon agrave papier en petit 4 Eacuteclaire tes mots agrave lrsquo‛aide de lumiegraveres coloreacutees 5 Note tes observations

Lumiegravere coloreacutee

Couleur du mot 1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur du mot 2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur de la feuille helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Blanche

Rouge

Verte

Bleue

Magenta

Cyan

Jaune

Activiteacute 43

Tu observes un drapeau eacuteclaireacute par une lumiegravere blanche Puis tu observes ce mecircme drapeau eacuteclaireacute par deux lumiegraveres coloreacutees diffeacuterentes Trouve la lumiegravere coloreacutee utiliseacutee dans chaque cas et justifie ta reacuteponse par la modeacutelisation vue preacuteceacutedemment

Lumiegravere blanche Lumiegravere coloreacutee 1 Lumiegravere coloreacutee 2

De quelle couleur est la premiegravere lumiegravere coloreacutee ___________________________

Modeacutelisation 1

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________

Modeacutelisation 2

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 4 Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur (corrigeacute) Rappel

2 Nous pouvons reacutesumer la composition de la lumiegravere blanche aux 3 couleurs primaires le rouge le vert et le bleu Ce sont des couleurs qui ne peuvent pas ecirctre creacuteeacutees Ce sont elles qui composent les autres couleurs Crsquo‛est agrave dire qursquo‛en les meacutelangeant on peut obtenir les autres couleurs le cyan est composeacute du bleu et du vert le magenta est composeacute du bleu et du rouge et le jaune est composeacute du vert et du rouge

Theacuteorie

Le sujet que nous allons traiter aujourdrsquo‛hui concerne la couleur de lrsquo‛objet Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Formule une hypothegravese ____________________________________________ Projeter cette image elle napparaicirct pas dans le cours de lrsquo‛eacutelegraveve

Que retiens-tu de cette photo _______________________________________________________________ La lumiegravere coloreacutee qui est refleacuteteacutee par un objet correspond agrave la lumiegravere non absorbeacutee

Ici toutes les lumiegraveres coloreacutees sont absorbeacutees sauf le bleu qui lui est refleacuteteacute La couleur propre de lrsquo‛objet sera le bleu

En effet un objet absorbe ou reflegravete diffeacuterentes lumiegraveres coloreacutees Crsquo‛est cette lumiegravere coloreacutee refleacuteteacutee que nous verrons

Activiteacute 41

Reacuteponds agrave ces diffeacuterentes questions dans le tableau ci-dessous De quelle couleur penses-tu que tu verras cet objet Confronte ton ideacutee avec ton voisin De quelle couleur le vois-tu reacuteellement

Couleur de lrsquo‛objet

Couleur de la lumiegravere

Hypothegravese formuleacutee

Observation

rouge Magenta (rouge)

cyan Vert (vert)

jaune Bleu (noir)

Par quel pheacutenomegravene peut-on observer ce changement de couleur ___________________________________ (synthegravese soustractive)

Quelle deacuteductions peux-tu faire (fonctionne comme un filtre) _________________________________________________________________

Activiteacute 42

Marche agrave suivre

6 Eacutecris sur une feuille blanche le nom des 2 couleurs que ton enseignant te donne avec la peinture qui y correspond

7 Pendant que ces mots segravechent remplis les colonnes ldquocouleur du mot 1rdquo et ldquocouleur du mot 2rdquo et ldquocouleur de la feuillerdquo agrave la lumiegravere blanche

8 Formule tes hypothegraveses note-les au crayon agrave papier en petit 9 Eacuteclaire tes mots agrave lrsquo‛aide de lumiegraveres coloreacutees 10 Note tes observations

Lumiegravere coloreacutee

Couleur du mot 1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur du mot 2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur de la feuille helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Blanche

Rouge

Verte

Bleue

Magenta

Cyan

Jaune

Activiteacute 43

Tu observes un drapeau eacuteclaireacute par une lumiegravere blanche Puis tu observes ce mecircme drapeau eacuteclaireacute par deux lumiegraveres coloreacutees diffeacuterentes Trouve la lumiegravere coloreacutee utiliseacutee dans chaque cas et justifie ta reacuteponse par la modeacutelisation vue preacuteceacutedemment

Lumiegravere blanche Lumiegravere coloreacutee 1 Lumiegravere coloreacutee 2

De quelle couleur est la premiegravere lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Bleu)

Modeacutelisation 1

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Vert)

Modeacutelisation 2

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Fiches de synthegravese Les couleurs Activiteacute 2 Reacutesumeacute theacuteorique pour les eacutelegraveves Le modegravele trichromique et la synthegravese additive des couleurs La couleur nrsquo‛existe pas sans lumiegravere et lrsquo‛on peut dire que lrsquo‛on perccediloit le monde gracircce aux meacutelanges de ces couleurs qui correspondent aux diffeacuterentes composantes de la lumiegravere Lorsque lrsquo‛on parle de la perception des couleurs on srsquo‛aperccediloit que seules trois lumiegraveres primaires de couleurs rouge vert et bleu sont neacutecessaires pour obtenir la sensation de toutes les autres couleurs Cette maniegravere de modeacuteliser la perception des couleurs est ce qursquo‛on appelle le modegravele trichromique (lsquorsquo‛trois couleursrsquo‛rsquo‛) Dans cette repreacutesentation toutes les autres lumiegraveres coloreacutees sont perccedilues par superposition des trois lumiegraveres rouge verte et bleue La superposition simultaneacutee et en dosage identique des trois couleurs donne de la lumiegravere blanche Le noir correspond agrave une absence de lumiegravere

Illustration du modegravele

Image MER

Lrsquo‛image montre trois projecteurs de lumiegraveres rouge verte et bleue eacuteclairant une table blanche Si les trois couleurs sont projeteacutees en intensiteacute identique nous obtenons par superposition trois autres couleurs le cyan le magenta et le jaune Les couleurs primaires et les couleurs obtenues sont codeacutees sur lrsquo‛image puis reacutecapituleacutees dans le tableau ci-dessous

Image MER

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Si nous modifions le dosage des couleurs eacuteleacutementaires il est possible drsquo‛obtenir toutes les couleurs imaginables Le pheacutenomegravene de perception des couleurs par superposition des trois couleurs primaires se nomme synthegravese additive les couleurs sont additionneacutees entre elles pour permettre la synthegravese drsquo‛autres couleurs

Drsquo‛ailleurs si lrsquo‛on observe au microscope un eacutecran blanc de smartphone ou drsquo‛ordinateur on remarque qursquo‛il est en fait constitueacute drsquo‛un grand nombre de minuscules rectangles de lumiegraveres rouge verte et bleue (voir image ci-contre) Crsquo‛est justement par un jeu de dosage de chacune de ces lumiegraveres que lrsquo‛on perccediloit les diffeacuterentes couleurs sur nos eacutecrans

Pourquoi un modegravele sur trois couleurs La raison pour laquelle les scientifiques ont construit ce modegravele sur trois couleurs est directement lieacutee agrave la structure de notre œil En effet ce dernier contient des cellules sensibles agrave la lumiegravere que lrsquo‛on appelle cocircnes et bacirctonnets Alors que les bacirctonnets perccediloivent les intensiteacutes de lumiegravere les cocircnes nous permettent de percevoir les couleurs Cependant ils ne sont sensibles qursquo‛agrave certaines composantes de la lumiegravere blanche celles correspondant justement aux couleurs rouge vert et bleu Lorsque lrsquo‛on regarde un objet notre cerveau analyse le dosage de chacune de ces composantes perccedilues par notre œil et en interpregravete ainsi la couleur de lrsquo‛objet

Qursquo‛est-ce que le daltonisme Certaines personnes preacutesentent une anomalie de la vision qui les empecircche de distinguer certaines couleurs Drsquo‛origine geacuteneacutetique ce trouble est ducirc agrave un dysfonctionnement des cocircnes preacutesents dans la reacutetine Bien que la plupart des personnes daltoniennes aient de la peine agrave distinguer le vert du rouge drsquo‛autres ne distinguent pas drsquo‛autres couleurs Dans certaines formes de daltonisme le monde est perccedilu par la personne atteinte en teintes de gris

Sciences naturelles Optique synthegravese soustractive et additive

La synthegravese additive est le proceacutedeacute gracircce

auquel en combinant les couleurs

___________ ___________ et ___________

on obtient du blanc

On la retrouve lorsque lrsquoon meacutelange des

lumiegraveres coloreacutees composeacutees de ces 3 couleurs

diffeacuterentes car les laquo additionner raquo donne la

lumiegravere blanche

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon exploite aujourdrsquohui

pour les teacuteleacuteviseurs ou tout eacutecran composeacute de

pixels

La synthegravese soustractive consiste agrave soustraire

les couleurs de la lumiegravere blanche (RVB) agrave

travers des filtres de couleurs ___________

___________ et ___________ qui absorbent la

totaliteacute des couleurs de la lumiegravere blanche pour

un rendu noir au final (absence de lumiegravere)

Lrsquo __________________ des 3 couleurs donne

le ____________

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon retrouve par exemple en

meacutelangeant de la peinture notamment en

imprimerie

Sciences naturelles Optique les filtres

Qursquoest-shyce qursquoun filtre coloreacute et comment fonctionne-shyt-shyil

Un filtre est un dispositif qui permet de filtrer la lumiegravere de laisser passer certains rayons

lumineux et drsquoen absorber drsquoautres

Pour savoir quelles lumiegravere coloreacutees le filtre laisse passer il faut lrsquoobserver agrave la lumiegravere

blanche

Le filtre laissera alors passer uniquement les rayons lumineux de sa couleur propre

Par exemple

Un filtre vert laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee verte

Un filtre magenta laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee magenta crsquoest agrave dire les rayons rouge et bleu

Pour connaicirctre la lumiegravere coloreacutee qui ldquosortrdquo du filtre il faut donc

deacutecomposer la lumiegravere qui arrive sur ce filtre et en soustraire les

rayons qui sont absorbeacutes par le filtre On se reacutefegravere alors au modegravele de

la synthegravese soustractive

Image httpswww123couleursfrboutique-shy1filtres-shycolorC3A9s

Tableau reacutecapitulatif

Sciences naturelles Optique les filtres

Modeacutelisation

Nous pouvons modeacuteliser lrsquoaction drsquoun filtre

1 Noter la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur le filtre

2 Deacutecomposer la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur filtre et la coder (en RVB)

3 Repreacutesenter le filtre et coder les rayons absorbeacutes par le filtre 4 Prolonger les rayons lumineux coloreacutes que le filtre laisse passer et les coder (en RVB)

5 Noter la lumiegravere coloreacutee qui sort du filtre

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre magenta sur la lumiegravere blanche

Lorsque plusieurs filtres sont superposeacutes ou aligneacutes il faut modeacuteliser lrsquoaction du premier filtre

sur la lumiegravere projeteacutee puis lrsquoaction du deuxiegraveme filtre sur la lumiegravere qui sort du premier filtre

etc

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre cyan puis drsquoun filtre vert sur la lumiegravere jaune

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

De quelle couleur apparaicirctra un objet de couleur eacuteclaireacute par une lumiegravere coloreacutee

Il y 3 cas

1) Un objet de couleur blanche renvoie toutes les couleurs il apparaicirctra de la couleur eacuteclaireacutee

2) Un objet de couleur noire absorbe toutes les couleurs Peu importe la couleur avec laquelle

lrsquoobjet est eacuteclaireacute lrsquoobjet apparaicirct de couleur noire

3) Pour un objet de couleur il suffit de deacutecomposer les couleurs secondaires par exemple

Jrsquoai un objet jaune

Je lui projette une lumiegravere magenta

Or jaune = rouge + vert

et magenta = bleu + rouge

Le rouge est commun au jaune et au magenta donc lrsquoobjet paraicirctra rouge

En revanche si la lumiegravere est bleue comme il nrsquoy a pas de bleu dans le jaune lrsquoobjet paraicirctra

noir

1

Tableau reacutecapitulatif

1 httpscommunitygoodgamestudioscombigfarmfrdiscussion51685langage-shy‐des-shy‐couleurs

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

Modegravele de reacuteponse

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

______

______

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

______

______

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation avec propositions

de reacuteponses)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

(rouge vert bleu Nous percevons les diffeacuterentes couleurs agrave partir de ces trois couleurs) ________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

(Explication relative aux cocircnes et bacirctonnets de lrsquo‛oeil)

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Corrigeacute vert bleu blanc cyan

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________ (vert)

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________ (bleu)

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________ (aucunenoir)

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

(selon modegravele eacutetudieacute)

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

(les deux selon que lrsquo‛on parle de synthegravese additive ou soustractive)

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

Bleu

______

Bleu

______

Noir

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________ (lumiegravere rouge)

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

Noir

______

Rouge

______

Rouge

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

(Bleu)

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

(selon modegravele eacutetudieacute)

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

(Explication citant la synthegravese soustractive et lrsquo‛effet des lumiegraveres coloreacutees

concerneacutees sur le haut du cambrioleur)

Evaluation - Analyse

Ce commentaire comprend les diffeacuterents objectifs eacutevalueacutes ainsi que ce qui est attendu

preacuteciseacutement des eacutelegraveves et les niveaux taxonomiques correspondants

Ce sont des pistes drsquo‛eacutevaluation qui sont ici proposeacutees non une eacutevaluation suivie

Exercice 1

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- Mettre en lien des notions theacuteoriques apprises en cours (cocircnes et

bacirctonnets de lrsquo‛oeil) avec drsquo‛autres (synthegravese additive)

Lrsquo‛eacutevaluation deacutebute par deux questions au niveau taxonomique peu eacuteleveacute La

premiegravere de lrsquo‛ordre de la compreacutehension demande aux eacutelegraveves de restituer une

connaissance de base agrave lrsquo‛aide de leurs propres mots La deuxiegraveme propose de

tester les connaissances theacuteoriques des eacutelegraveves en veacuterifiant que des liens entre

deux notions aient eacuteteacute faits

Exercice 2

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutedire la couleur perccedilue en fonction des meacutelanges de couleurs RVB

- deacutechiffrer un scheacutema et les codes de la repreacutesentation de la trajectoire

des lumiegraveres coloreacutees

Le deuxiegraveme exercice relegraveve du niveau taxonomique de lrsquo‛application car il

neacutecessite une compreacutehension de la maniegravere de repreacutesenter la lumiegravere (scheacutema de

la trajectoire rectiligne codes de couleurs RVB) et drsquo‛appliquer ce modegravele tout en

utilisant les connaissances des couleurs fondamentales et compleacutementaires de la

synthegravese additive

Exercice 3

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet drsquo‛un filtre sur une lumiegravere coloreacutee agrave lrsquo‛aide des codes

propres agrave lrsquo‛optique

Lrsquo‛exercice 3 relegraveve de lrsquo‛application car les eacutelegraveves se reacutefegraverent agrave la modeacutelisation

eacutetablie durant le cours et au diagramme de Venn de la synthegravese soustractive et

les adaptent aux items preacutesenteacutes

Exercice 4

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- mettre en perspective la distinction entre synthegravese additive et

soustractive en terme de lsquorsquo‛naturersquo‛rsquo‛ de la couleur (couleurs matiegraveres vs

couleurs lumiegraveres)

Cet exercice requiert des eacutelegraveves qursquo‛ils mobilisent leur faculteacute drsquo‛analyse (niveau

taxonomique plutocirct eacuteleveacute) pour expliquer les diffeacuterences entre les

repreacutesentations de la couleur en arts visuels et en physique Le but est qursquo‛ils

reconnaissent qursquo‛il srsquo‛agit dans le premier cas de la synthegravese soustractive et dans

le second cas de la synthegravese additive

Exercice 5

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutevoir la couleur perccedilue drsquo‛un objet en fonction des lumiegraveres coloreacutees

projeteacutees et coder le pheacutenomegravene

Les eacutelegraveves appliquent la modeacutelisation drsquo‛une lumiegravere coloreacutee sur un objet coloreacute

pour deacuteterminer la couleur perccedilue du drapeau franccedilais Cette question fait

reacutefeacuterence agrave un niveau taxonomique bas Puis ils trouvent la lumiegravere coloreacutee qui

permet de voir les deux drapeaux preacutesenteacutes de la mecircme couleur Ils trouveront

cette reacuteponse en modeacutelisant les lumiegraveres coloreacutees sur lrsquo‛objet de couleur

Plusieurs scheacutemas sont neacutecessaires pour trouver la reacuteponse Crsquo‛est une question

taxonomiquement haute qui demande aux eacutelegraveves de faire une synthegravese

Exercice 6

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet de la lumiegravere coloreacutee sur un objet et en deacuteduire la

couleur perccedilue

- justifier sa reacuteponse avec des mots en faisant la synthegravese des diffeacuterents

concepts vus dans la seacutequence de cours

Les eacutelegraveves doivent comprendre ce qursquo‛ils lisent et deacuteterminer la couleur propre du

haut du cambrioleur Cette question est taxonomiquement haute elle demande de

lrsquo‛analyse Puis ils justifient leur reacuteponse par le modegravele de lrsquo‛effet de la lumiegravere

coloreacutee sur un objet Cette question est drsquo‛un niveau taxonomique infeacuterieur

drsquo‛application Finalement ils deacuteterminent pourquoi la description de la jeune fille

ne correspond pas agrave la couleur propre en faisant le lien avec la synthegravese

soustractive demandant un niveau taxonomiquement tregraves eacuteleveacute la synthegravese

Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

4 Argumentation scientifique Nous avons choisi de construire notre seacutequence de cours de maniegravere agrave ce qursquoelle srsquoinscrive dans une deacutemarche constructiviste de type piageacutetienne Dans cette deacutemarche lrsquoenseignant anticipe les conceptions erroneacutees que les eacutelegraveves peuvent avoir puis eacutetablit une situation-shyproblegraveme permettant ideacutealement de deacuteconstruire ces repreacutesentations incomplegravetes puis finalement drsquoen construire de nouvelles plus justes Dans ce qui suit nous allons deacutefinir ces diffeacuterents concepts mis en eacutevidence puis expliciter la maniegravere dont nous les avons pris en compte dans notre planification

41 Les conceptions des eacutelegraveves et les situations-shyproblegravemes

411 Deacutefinitions Conception Selon Giordan et al (1994) une conception ou repreacutesentation peut ecirctre consideacutereacutee comme une ideacutee un objet ou un eacutevegravenement qui aide lrsquoeacutelegraveve agrave comprendre le monde qui lrsquoentoure Elle est le fruit de son expeacuterience personnelle dans laquelle il va puiser pour comprendre les nouveaux savoirs que lrsquoon va chercher agrave lui inculquer Elle peut ecirctre consideacutereacutee comme une connaissance ldquodeacutejagrave-shylagraverdquo acquise dans un certain contexte par lrsquoapprenant et qui peut ecirctre correcte ou erroneacutee Les mauvaises conceptions (ou misconception en anglais) peuvent donc ecirctre deacutecrites comme des ideacutees qui proviennent drsquoune mauvaise compreacutehension drsquoobjets ou eacutevegravenements Elles sont issues principalement de lrsquoenvironnement avec lequel lrsquoeacutelegraveve interagit et du contexte dans lequel il se situe mais elles deacutecoulent eacutegalement des systegravemes seacutemiotiques mis en oeuvre Ces derniers sont abordeacutes plus en deacutetail dans ce qui suit Seacutemiologie En seacutemiologie (lrsquoeacutetude des systegravemes de signes) une repreacutesentation (ou un signe) est double elle est doteacutee drsquoun signifiant et drsquoun signifieacute (de Saussure 1916) Le signifiant qui fait lrsquoobjet de la seacutemiologie deacutesigne la forme et laspect du signe tandis que le signifieacute eacutetudieacute dans le cadre de la seacutemantique deacutesigne le concept eacutevoqueacute par le signe A partir du moment ougrave le signe possegravede plusieurs signifieacutes il devient symbole et crsquoest ainsi que les incompreacutehensions peuvent survenir Selon R Duval (1995) le concept de laquo registre seacutemiotique raquo permet de distinguer les repreacutesentations qui relegravevent de diffeacuterents registres ou types visuels numeacuteriques graphiques symboliques formels scheacutematiques etc En didactique ce concept est fondamental car les diffeacuterences de registre au sein drsquoune mecircme repreacutesentation ou drsquoun

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modegravele peut induire des difficulteacutes de lecture Ils risquent drsquoajouter des difficulteacutes suppleacutementaires en empecircchant les eacutelegraveves de se focaliser sur le problegraveme poseacute par lrsquoactiviteacute et les menant agrave formuler des conclusions diffeacuterentes de celles attendues par lrsquoenseignant Crsquoest pour cela qursquoun choix pertinent de registre seacutemiotique facilite la compreacutehension du concept introduit Dans notre cours un exemple typique que nous pouvons donner est la forte ressemblance des diagrammes de Venn pour les synthegraveses additive et soustractive Dans les deux modegraveles les diagrammes sont communeacutement scheacutematiseacutes sous forme circulaire De plus bien que inverseacutees au niveau de leurs superpositions les mecircmes couleurs sont repreacutesenteacutees dans les deux diagrammes Ces similitudes peuvent rendre la diffeacuterenciation complexe pour les eacutelegraveves Crsquoest pourquoi nous avons estimeacute important drsquoapporter un changement agrave la repreacutesentation de ces diagrammes Ainsi dans lrsquoune de nos fiches de synthegravese nous avons preacutefeacutereacute utiliser des formes rectangulaires plutocirct que circulaires pour repreacutesenter la synthegravese soustractive car cette forme eacutevoque plus fortement le filtre et ainsi lrsquoabsorption de la lumiegravere Cadre de rationaliteacute origine des conceptions En srsquoappuyant sur les travaux de R Douady (1984) A Lerouge (1992) deacutefinit laquo un cadre de rationaliteacuteraquo comme laquoun ensemble coheacuterent de fonctionnement de la penseacuteeraquo caracteacuteriseacute principalement par les composantes suivantes

1 Les objets du cadre dans notre cas il peut srsquoagir de peinture de feuille de papier de lampes de poche de filtres etc

2 Le type de processus de conceptualisation Dans un cadre scientifique il peut srsquoagir drsquoun processus par modeacutelisation ou par expeacuterimentation par exemple

3 Les registres seacutemiotiques que nous avons traiteacutes plus haut Les conceptions des eacutelegraveves et les conflits de perceptions en reacutesultant sont issus des diffeacuterents cadres de rationaliteacute dans lesquels ils eacutevoluent Ce sont les cadres familiers (personnel) et culturels (eacutecole) qui sont responsable de ces conceptions et repreacutesentations mentales tantocirct concourantes tantocirct inexistantes voire erroneacutees Elles se manifestent principalement agrave travers la seacutemiotique Les eacutelegraveves eacuteprouvent de la difficulteacute agrave repreacutesenter des objets issus de registres seacutemiotiques diffeacuterents ou encore agrave simplement les reconnaicirctre Dans le contexte de notre seacutequence sur les couleurs ces cadres de rationaliteacute sont centraux En effet crsquoest dans son quotidien et donc dans son cadre familier que lrsquoeacutelegraveve va deacutecouvrir la notion de couleur notamment par le biais de la peinture ou drsquoobservation drsquoarc-shyen-shyciel Cette deacutecouverte qui a souvent lieu tregraves tocirct dans la vie de lrsquoenfant ne fera pourtant pas pour autant lrsquoobjet de questionnement sur le pheacutenomegravene de perception des couleurs La notion de cadre culturel ou scolaire quand agrave elle peut ecirctre eacutetendue dans notre cas agrave deux sous-shycateacutegories de cadres culturels diffeacuterents qui vont ecirctre agrave lrsquoorigine de conceptions erroneacutees ou incomplegravetes Premiegraverement il y a le cadre que nous appelons laquo arts visuelsraquo et qui a ses propres regravegles de rationaliteacutes Les cours de dessin ou drsquoactiviteacutes creacuteatrices en sont de parfaits exemples car crsquoest dans ce cadre que les eacutelegraveves vont premiegraverement aborder la

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theacutematique des couleurs primaires et de leurs meacutelanges Mais cette theacutematique est eacutegalement abordeacutee dans le cadre laquophysiqueraquo agrave travers les expeacuteriences de deacutecomposition de la lumiegravere ou de superposition de lumiegraveres coloreacutees Ainsi nous retrouvons trois cadres de rationaliteacute concourants (familier physique arts visuels) dans lesquels les eacutelegraveves eacutevoluent et qui engendrent indubitablement des conceptions erroneacutees sur la lumiegravere et les couleurs puisque les eacutelegraveves ne sont pas ameneacutes agrave les diffeacuterencier dans chacun des cadres Et comme la communication entre les diffeacuterents cadres nrsquoest pas eacutetablie le lien agrave faire entre les diffeacuterentes conceptions issues de ces cadres est agrave la charge de lrsquoeacutelegraveve ce qui repreacutesente une lourde responsabiliteacute dans son apprentissage Astolfi (2008) appelle eacutegalement ces conceptions issues de diffeacuterents cadres des ldquotrames conceptuelles rdquoqui peuvent ecirctre deacutefinies comme ldquoun ensemble de concepts-shycleacutes propres agrave un domaine et logiquement hieacuterarchiseacutes entre eux qui structurent les disciplines et engendrent des situations-shyproblegravemesrdquo Mais encore on verra eacutemerger des problegravemes de contrat didactique dans chacun des cadres lrsquoeacutelegraveve va tenter de donner une reacuteponse qui va satisfaire lrsquoenseignant sans pour autant ecirctre ameneacute agrave confronter ses conceptions

Situation-shyproblegraveme Pour de Vecchi (2006) une situation-shyproblegraveme est une activiteacute qui consiste agrave mettre lrsquoeacutelegraveve dans une situation ougrave il va ecirctre ameneacute agrave eacutelaborer des strateacutegies de reacutesolution de problegraveme Lrsquoun des points cleacutes des situations-shyproblegravemes est qursquoelles eacutetablissent un lien eacutetroit entre les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves En drsquoautres termes une situation-shyproblegraveme est construite de telle sorte que les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave remettre en question des repreacutesentations actuelles qui srsquoavegraverent erroneacutees agrave les deacuteconstruire pour en construire de nouvelles Ainsi dans une deacutemarche de type constructiviste lrsquoeacutelegraveve construit son savoir en renversant ses anciennes conceptions Une situation-shyproblegraveme nrsquoest donc pas une deacutemarche ponctuelle dans laquelle lrsquoeacutelegraveve devra reacutesoudre une liste drsquoexercices teacuteleacuteguideacutee par lrsquoenseignant Ce qui justifie lrsquoefficaciteacute des situations problegravemes est qursquo laquoapprendreraquo ne consiste pas agrave cumuler les savoirs mais agrave en construire et agrave en deacuteconstruire

Une situation-shyproblegraveme doit comprendre plusieurs eacuteleacutements

-shy Un objectif-shyobstacle Pour Meirieu (1987) un objectif-shyobstacle est ldquoun objectif dont lrsquoacquisition permet au sujet de franchir un palier deacutecisif de progression en modifiant son systegraveme de repreacutesentation et en le faisant acceacuteder un niveau supeacuterieur de formulation rdquo Dans notre cas lrsquoeacutelegraveve pense que tous les meacutelanges de 3 couleurs primaires (de peinture ou de lumiegravere) vont donner le mecircme reacutesultat La distinction entre synthegraveses additive et soustractive nrsquoest pas connue des eacutelegraveves De plus projeter de la lumiegravere monochromatique sur un objet drsquoune certaine couleur ne donne pas toujours la mecircme couleur Lrsquoexemple avec le drapeau (activiteacute 4) est parlant

-shy Une situation centreacutee sur cet obstacle prenant en compte une deacutemarche expeacuterimentale ou une deacutemarche de modeacutelisation Dans notre cours les deux deacutemarches sont mises en oeuvre mais notre deacutemarche principale est la modeacutelisation Les eacutelegraveves vont effectivement ecirctre ameneacutes agrave eacutemettre des hypothegraveses manipuler reacutecolter des reacutesultats et les confronter agrave

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leurs hypothegraveses mais il srsquoagit surtout drsquoune deacutemarche de modeacutelisation car les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave creacuteer des scheacutemas dans plusieurs exercices

-shy Une probleacutematisation et la deacutevolution on probleacutematise la conception erroneacutee en introduisant une situation-shyproblegraveme crsquoest-shyagrave-shydire qursquoon construit un problegraveme centreacute sur lrsquoobstacle La surprise face agrave une situation incoheacuterente va intriguer lrsquoeacutelegraveve exciter sa motivation et le pousser agrave vouloir srsquoimpliquer dans le problegraveme ce qui va aider sa deacutevolution Brousseau (1998) qualifie la notion de deacutevolution par le ldquo processus par lequel lenseignant parvient agrave placer leacutelegraveve comme simple actant dans une situation a-shydidactique (agrave modegravele non didactique) Il cherche par lagrave agrave ce que lrsquoaction de lrsquoeacutelegraveve ne soit produite et justifieacutee que par les neacutecessiteacutes du milieu et par ses connaissances et non par lrsquointerpreacutetation des proceacutedeacutes didactiques du professeurrdquo Pour enrocircler les eacutelegraveves et les aider agrave identifier la probleacutematique en met on place une situation deacuteclenchante Dans notre cas lrsquoexemple avec le meacutelange de peinture et de lumiegraveres coloreacutees est un parfait exemple de situation deacuteclenchante car les eacutelegraveves ne sattendent probablement pas par exemple agrave ce que le meacutelange de vert et bleu donne du cyan ou encore qursquoon perccediloive un citron noir lorsque lrsquoon projette de la lumiegravere bleue sur ce celui-shyci

412 La prise en compte des conceptions des eacutelegraveves dans notre seacutequence La theacutematique de la lumiegravere et des couleurs est complexe et comprend de nombreux concepts difficiles agrave assimiler En effet bon nombre de personnes ont des repreacutesentations erroneacutees qui peuvent rester profondeacutement ancreacutees Parmi les conceptions erroneacutees les plus communes on retrouve selon le site internet des MER

La lumiegravere blanche est sans couleur pure quand la lumiegravere blanche passe dans un prisme ou traverse un filtre de la couleur lui est ajouteacutee

La lumiegravere blanche nous permet de voir la vraie couleur des objets laquoMa feuille est blanche parce que je nai pas ajouteacute dautres couleurs agrave celle-shyciraquo

Les couleurs sont lieacutees agrave des proprieacuteteacutes de lrsquoobjet exclusivement sans reacutefeacuterence agrave la lumiegravere qui eacuteclaire lrsquoobjet Ne dit-shyon pas quun pull est rouge

Confusion entre les couleurs primaires en couleur peinture et en couleur lumiegravere

Dans notre planification nous avons anticipeacute ces conceptions et avons construit notre cours de maniegravere agrave ce qursquoelles soient mises en eacutevidence le plus tocirct possible afin de tenter de les deacuteconstruire agrave travers nos activiteacutes

Ainsi degraves deacutebut de lrsquoactiviteacute 2 les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave une situation-shyproblegraveme dans laquelle ils comprennent qursquoil existe une contradiction entre leur conception de deacutepart sur les meacutelanges de couleurs (issue de leurs cadres de rationaliteacute familier et scolaire lsquorsquoart visuelrsquorsquo) et leurs observations (nouveau cadre lsquorsquophysiquersquorsquo) Crsquoest sur la base de ce conflit cognitif que les diffeacuterentes notions de la seacutequence pourront ecirctre abordeacutees Les autres conceptions sont mises en eacutevidence puis deacuteconstruites agrave travers les diffeacuterentes activiteacutes Par exemple les

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

activiteacutes du chapitre 3 permettent de montrer que la lumiegravere blanche nrsquoest pas pure mais qursquoelle est composeacutee de toutes les couleurs et ce gracircce agrave lrsquoobservation des objets agrave la lumiegravere blanche puis agrave travers un filtre

De plus lrsquoactiviteacute 3 srsquoarticule autour drsquoune conception erroneacutee repeacutereacutee dans certaines classes Bon nombre drsquoeacutelegraveves eacutetaient persuadeacutes qursquoun filtre ne laissait pas passer les lumiegraveres de sa couleur propre car crsquoest la couleur dont est perccedilue le filtre Un conflit cognitif est alors provoqueacute afin de deacuteconstruire cette conception les eacutelegraveves observent que la lumiegravere coloreacutee nrsquoest pas absorbeacutee par le filtre mais qursquoelle se propage bien jusqursquoagrave lrsquoeacutecran blanc

En introduction de lrsquoactiviteacute 4 une nouvelle situation-shyproblegraveme est preacutesenteacutee par le biais drsquoune image montrant que la couleur drsquoun objet peut varier en fonction de la lumiegravere coloreacutee par laquelle il est eacuteclaireacute Elle servira agrave provoquer un conflit cognitif chez les eacutelegraveves car cette situation intervient apregraves une phase drsquohypothegravese reacutepondant agrave la question suivante un objet peut-shyil avoir diffeacuterentes couleurs La reacuteponse donneacutee par lrsquoimage contredira probablement lrsquohypothegravese preacuteceacutedemment formuleacutee et devrait susciter de la curiositeacute chez lrsquoeacutelegraveve et lui donner lrsquoenvie de comprendre le pheacutenomegravene Nous deacutemontrons ensuite tout au long de lrsquoactiviteacute 4 sur les lumiegraveres coloreacutees que crsquoest le pheacutenomegravene drsquoabsorption et de reacuteflection de la lumiegravere qui nous permet de voir la couleur des objets et non pas la lumiegravere blanche Crsquoest donc par le biais de ces deacuteconstructions successives de conceptions que lrsquoenseignant peut guider les eacutelegraveves sur la voie de la reacutesolution du problegraveme de lrsquoorigine de ces contradictions dans le but drsquoeacutetablir le lien entre les diffeacuterents cadres de rationaliteacute

42 Modeacutelisation

421 Deacutefinition

Un modegravele est communeacutement deacutefini comme un objet ou un concept qui va permettre de repreacutesenter la reacutealiteacute de diffeacuterentes maniegraveres Bunge (1974) ou encore Martinand (1994) le deacutefinissent eacutegalement comme un moyen permettant de mettre en relation le monde theacuteorique avec le monde empirique Il peut ecirctre consideacutereacute en quelque sorte comme un monde intermeacutediaire ou une sorte de lunette conceptuelle (Halloun 2004) qui va permettre drsquoobserver des pheacutenomegravenes naturels Un modegravele ne constitue pas la reacutealiteacute mais la repreacutesente en simplifiant certains de ses aspects ce qui peut causer des conflits pour les repreacutesentations cognitives chez lrsquoeacutelegraveve

422 La modeacutelisation dans notre seacutequence Dans notre planification la modeacutelisation est centrale afin de conceptualiser des pheacutenomegravenes complexes comme la composition de la lumiegravere et la perception des couleurs Elle est lrsquooutil qui permet drsquoamener les eacutelegraveves agrave se faccedilonner une repreacutesentation de la deacutecomposition de la lumiegravere blanche de labsorption de la lumiegravere agrave travers les filtres et des synthegraveses additive et soustractive des couleurs

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

De plus elle constitue un objectif de formation meacutethodologique qui va de pair avec toute formation scientifique Crsquoest pourquoi nous avons inclus la modeacutelisation dans les objectifs drsquoapprentissage Dans la terminologie du PER la modeacutelisation correspond agrave lrsquoobjectif geacuteneacuteral MSN37

bull MSN 1525 mdash Modeacuteliser des pheacutenomegravenes naturels techniques sociaux ou des situations matheacutematiques

bull en imaginant et en utilisant divers outils de repreacutesentation (codes scheacutemas graphiques tableauxhellip)

Lrsquoactiviteacute 2 propose aux eacutelegraveves de reporter les couleurs observeacutees sur trois cercles superposeacutes En les coloriant les eacutelegraveves reacutealisent en reacutealiteacute une forme simple de modeacutelisation par un diagramme de Venn de la synthegravese additive Il nous a sembleacute pertinent drsquointroduire ce scheacutema de cette maniegravere car ainsi les eacutelegraveves comprennent reacuteellement qursquoil correspond agrave la lumiegravere projeteacutee et superposeacutee sur un eacutecran En derniegravere partie drsquoactiviteacute les eacutelegraveves se familiarisent avec un logiciel de modeacutelisation de la synthegravese additive 3

Lrsquoutilisation drsquoun modegravele dans ce cas est indispensable pour des raisons pratiques Il serait en effet tregraves difficile de faire des observations similaires avec un dispositif reacuteel constitueacute de projecteurs et drsquoun eacutecran comme dans la premiegravere partie drsquoactiviteacute Nous avons veilleacute agrave choisir un logiciel simple drsquousage sur lequel seules deux manipulations sont possibles allumereacuteteindre les projecteurs et varier leurs intensiteacutes Ainsi il est possible pour les eacutelegraveves de faire rapidement et sans difficulteacutes de lrsquoordre du registre seacutemiotique la deacuteduction attendue les diffeacuterentes couleurs srsquoobtiennent par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

Dans lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves sont ameneacutes agrave modeacuteliser lrsquoeffet drsquoun filtre sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee Ils ancrent ainsi le fonctionnement drsquoun filtre dans leur apprentissage et deacuteveloppent une meacutethodologie systeacutematique dans la reacutesolution de problegravemes mettant en scegravene des filtres Gracircce au modegravele deacuteveloppeacute les eacutelegraveves deacuteconstruisent deacutefinitivement leur eacuteventuelle conception erroneacutee selon laquelle un filtre absorberait sa propre couleur Lrsquoactiviteacute 43 a pour but que les eacutelegraveves modeacutelisent les pheacutenomegravenes de reacutefraction et drsquoabsorption en justifiant leur reacuteponse par un modegravele de reacuteponse Ce dernier comprend les couleurs RVB qui se reflegravetent ou qui sont absorbeacutees par une surface Ainsi lrsquoeacutelegraveve peut trouver une meacutethode systeacutematique de reacuteponse en testant les diffeacuterentes couleurs Gracircce agrave cette modeacutelisation et agrave celle de lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves comprennent que les fonctionnements des filtres et des lumiegraveres coloreacutees sont fondeacutes sur le mecircme principe

3(httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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43 Deacutemarche expeacuterimentale

431 Deacutefinition Pour de Vecchi il est important de ne pas confondre les notions lieacutees agrave lrsquoexpeacuterimental qui sont les suivantes

-shy Une deacutemarche scientifique nrsquoest pas exclusive au domaine des sciences expeacuterimentales mais peut aussi ecirctre mobiliseacutee dans les sciences humaines socialeshellip Elle utilise drsquoautres outils que lrsquoexpeacuterimentale Toute recherche digne de ce nom est de nature scientifique

-shy La meacutethode expeacuterimentale eacutequivaut plutocirct agrave un plan agrave suivre un mode drsquoemploi ou agrave une marche agrave suivre qui suit un ordre strict que lrsquoon peut aussi appeler protocole Par exemple parmi les plus ceacutelegravebres protocoles nous retrouvons celui de Claude Bernard (1865) que lrsquoon abregravege par les initiales OHERIC qui correspondent agrave observation hypothegravese expeacuterience reacutesultats interpreacutetation et conclusion De maniegravere geacuteneacuterale il srsquoagit du protocole caricatural que lrsquoon emploie le plus souvent dans les salles de classes

-shy Une deacutemarche expeacuterimentale est une approche plus reacutealiste moins stricte et integravegre

une approche plus tacirctonnante Il nrsquoest pas constitueacute drsquoeacutetapes preacutedeacutetermineacutees et est donc moins affecteacutee par les directives de lrsquoenseignant Il peut donc laisser des liberteacutes dans la maniegravere de reacutesoudre le problegraveme

432 La deacutemarche expeacuterimentale dans notre seacutequence Dans notre seacutequence la meacutethode expeacuterimentale est preacutesente de maniegravere partielle du scheacutema caricatural OHERIC nous nous inteacuteressons en particulier aux phases drsquoobservation et drsquoeacutemission drsquohypothegraveses Crsquoest pourquoi nous parlons donc plutocirct de ldquodeacutemarche expeacuterimentalerdquo En effet tout au long des diffeacuterentes activiteacutes il est reacuteguliegraverement demandeacute aux eacutelegraveves de formuler une hypothegravese agrave partir de leurs connaissances au preacutealable puis de faire de nouvelles observations en contexte expeacuterimental Crsquoest sur la base de ces derniegraveres qursquoils pourront reacutealiser leurs deacuteductions sur le pheacutenomegravene en question et construire de nouvelles conceptions Dans lrsquoactiviteacute 2 ce type de deacutemarche est central pour la creacuteation de la premiegravere situation-shyproblegraveme Par la suite la deacutemarche permet de guider les eacutelegraveves dans le processus de deacuteduction du fonctionnement geacuteneacuteral des diffeacuterents pheacutenomegravenes Dans lrsquoactiviteacute 41 par exemple les pheacutenomegravenes agrave deacuteduire sont la synthegravese soustractive et le fonctionnement de la lumiegravere coloreacutee Lrsquoemploi drsquoobjets familiers permet un ancrage dans le quotidien

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Dans lrsquoactiviteacute 3 lrsquoeacutetude de lrsquoeffet des filtres constitue agrave son tour un deacutemarche expeacuterimentale En effet les eacutelegraveves doivent tout drsquoabord eacutemettre leurs hypothegraveses puis les veacuterifient par lrsquoexpeacuterimentation et ses reacutesultats provoquant probablement un conflit cognitif avant drsquoen conclure lrsquoeffet drsquoun filtre Dans lrsquoactiviteacute 42 nous retrouvons toujours le mecircme principe de deacutemarche expeacuterimentale Les eacutelegraveves formulent des hypothegraveses sur la couleur perccedilue de diffeacuterents mots coloreacutes eacuteclaireacutes par une lumiegravere coloreacutee puis les veacuterifient lors de la phase drsquoobservation La confrontation entre leurs attentes lieacutees agrave leurs conceptions et la reacutealiteacute creacutee le conflit cognitif rechercheacute

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

5 Conclusion Pour seacutelectionner notre thegraveme et eacutelaborer notre seacutequence nous nous sommes fondeacutes sur les objectifs du PER et crsquoest sur lrsquooptique que notre choix srsquoest porteacute Le savoir savant auquel nous nous sommes reacutefeacutereacutes comprend principalement des concepts lieacutes agrave la lumiegravere tels que les photons les ondes eacutelectromagneacutetiques ainsi que les spectres drsquoeacutemission et drsquoabsorption Nous avons transposeacute ce savoir en un savoir enseignable par le biais drsquoun travail de contextualisation et de reacuteadaptation Nous avons eacuteteacute ameneacutes agrave remplacer des modegraveles scientifiques (par exemple les modegraveles de synthegraveses additive et soustractive) par des modegraveles accessibles agrave un niveau scolaire et agrave changer les conditions drsquoeacutemergence des problegravemes Ainsi notre travail de transposition consistait agrave montrer aux eacutelegraveves la partie eacutemergeacutee de lrsquoiceberg du concept de couleur le reacutesultat apparent plutocirct que lrsquoorigine eacutelectromagneacutetique Tout au long de la seacutequence et par le biais de situations-shyproblegravemes et de diffeacuterentes eacutetapes de reacutesolution des activiteacutes les eacutelegraveves ont eacuteteacute guideacutes dans le processus de construction de leur apprentissage En nous focalisant sur les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves nous avons eacutelaboreacute nos exercices de maniegravere agrave proposer des situations deacuteclenchantes afin de faciliter le transfert de la responsabiliteacute de la reacutesolution des problegravemes aux eacutelegraveves Cette derniegravere srsquoeffectue par des deacutemarches drsquoexpeacuterimentation mais surtout de modeacutelisation

Dans notre sceacutenario les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave deux types de donneacutees theacuteoriques et empiriques Drsquoune part ils ont agrave disposition deux theacuteories principales la premiegravere est que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs de lrsquoarc-shyen-shyciel tandis que la seconde deacutecrit l a maniegravere dont la couleur drsquoun objet deacutepend des couleurs qursquoil va absorber Drsquoautre part ils disposent de donneacutees empiriques qursquoils sont ameneacutes agrave reacutecolter en superposant des lumiegraveres de diffeacuterentes couleurs en meacutelangeant de la peinture et en projetant de la lumiegravere coloreacutee sur diffeacuterents objets coloreacutes Dans le cadre drsquoune deacutemarche drsquoexpeacuterimentation ils ont eacutemis des hypothegraveses observeacute manipuleacute du mateacuteriel utiliseacute des appliquettes en ligne et veacuterifieacute leurs reacutesultats Crsquoest ainsi les modegraveles que nous avons preacutesenteacutes et que les eacutelegraveves ont eacutelaboreacutes vont ecirctre des ponts qui vont relier le monde theacuteorique et le monde empirique Par ailleurs nous avons eacuteteacute attentifs agrave la seacutemiotique lors de nos choix des repreacutesentations utiliseacutees nous nous sommes reacutefeacutereacutes agrave la notion de registre seacutemiotique afin drsquoeacutelaborer des scheacutemas nrsquoengendrant pas de difficulteacutes de lecture chez les eacutelegraveves

Nous avons analyseacute lrsquoorigine des conceptions erroneacutees et avons remarqueacute qursquoelles eacutetaient principalement dues agrave des repreacutesentations concourantes engendreacutees par les diffeacuterents contextes et cadres de rationaliteacutes dans lesquelles les eacutelegraveves eacutevoluent Notre sceacutenario permet aux eacutelegraveves drsquoeacutetablir des liens entre ces diffeacuterents cadres et de construire une nouvelle repreacutesentation de la couleur celle drsquoun objet de la physique

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

6 Bibliographie

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Meirieu P Avanzin Gi (1987) Apprendre oui mais comment Edition ESF Verret M (1975) Le temps des eacutetudes (Vols 1ndash2) Lille France Atelier Reproduction des thegraveses

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Page 20: Physique Optique Lescouleurs · Sciences naturelles Les couleurs 10 11 Harmos 1.Introduction Comme nous allons le détailler dans le chapitre 4, les conceptions erronées des élèves

Documents des eacutelegraveves Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs Chapitre 2 Couleurs peintures couleurs lumiegraveres Activiteacute 21 1) Tu as agrave disposition des pinceaux et de la peinture Tu te

souviens peut-shyecirctre de tes cours drsquoarts visuels qursquoil existe des

couleurs primaires qui permettent par leur meacutelange drsquoobtenir

drsquoautres couleurs Mais elles-shymecircmes ne srsquoobtiennent par aucun

meacutelange Te souviens-shytu des combinaisons de couleurs qursquoil faut

meacutelanger pour obtenir une couleur souhaiteacutee

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du vert

__________________________________________

Image httpsfrdreamstimecom Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du rouge

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du bleu

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du noir

__________________________________________

Activiteacute 22 Lrsquoenseignant a installeacute trois projecteurs de couleur un rouge un vert un bleu ainsi

qursquoun eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-shydessous

Image MER

Quelle couleur va-shyt-shyon observer sur lrsquoeacutecran si lrsquoon allume deux par deux les projecteurs

et que lrsquoon superpose leurs lumiegraveres Et si lrsquoon allume les trois projecteurs Remplis le

tableau ci-shydessous drsquoabord avec tes hypothegraveses concernant la couleur obtenue sur

lrsquoeacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Meacutelange de lumiegraveres Couleur obtenue ton hypothegravese

Couleur observeacutee

vert et bleu

vert et rouge

bleu et rouge

vert bleu et rouge

a) Quelles diffeacuterences constates-shytu entre les meacutelanges de lrsquoactiviteacute 1 et ceux de lrsquoactiviteacute

2

______________________________________________________________________

b) Qursquoa-shyt-shyon meacutelangeacute dans chaque cas

______________________________________________________________________

c) Le reacutesultat du meacutelange des lumiegraveres verte bleue et rouge te rappelle-shyt-shyil quelque

chose Que peux-shytu en deacuteduire

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

d) A lrsquoaide de couleurs scheacutematise ci-shydessous les superpositions observeacutees sur lrsquoeacutecran

blanc

Activiteacute 23 Et comment obtenir drsquo‛autres couleurs 1) Tu as vu lors de lrsquoactiviteacute preacuteceacutedente que si lrsquoon superpose trois lumiegraveres de couleurs

RVB on perccediloit du blanc Mais de quelle maniegravere peut-shyon percevoir nrsquoimporte quelle

autre couleur

Familiarise-shytoi avec le logiciel en ligne suivant

httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additive

htm

Puis reacuteponds aux questions suivantes

Par quelles manipulations obtiens-shytu du orange

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du rose

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du vert olive

______________________________________________________________________

Que constates-shytu

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

2) Chaque groupe a agrave sa disposition une loupe binoculaire Deacutepose un smartphone

allumeacute eacutecran vers le haut sous lrsquoobjectif Vise une zone blanche de lrsquoeacutecran puis regravegle la

netteteacute Qursquoobserves-shytu

Observations

Comment expliques-shytu ce pheacutenomegravene

Documents des eacutelegraveves Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs Chapitre 2 Couleurs peintures couleurs lumiegraveres (corrigeacute) Activiteacute 21 1) Tu as agrave disposition des pinceaux et de la peinture Tu te

souviens peut-shyecirctre de tes cours drsquoarts visuels qursquoil existe des

couleurs primaires qui permettent par leur meacutelange drsquoobtenir

drsquoautres couleurs Mais elles-shymecircmes ne srsquoobtiennent par aucun

meacutelange Te souviens-shytu des combinaisons de couleurs qursquoil faut

meacutelanger pour obtenir une couleur souhaiteacutee

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du vert

__________________________________________

Image httpsfrdreamstimecom Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du rouge

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du bleu

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du noir

__________________________________________

Activiteacute 22 Lrsquoenseignant a installeacute trois projecteurs de couleur un rouge un vert un bleu ainsi

qursquoun eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-shydessous

Image MER

Quelle couleur va-shyt-shyon observer sur lrsquoeacutecran si lrsquoon allume deux par deux les projecteurs

et que lrsquoon superpose leurs lumiegraveres Et si lrsquoon allume les trois projecteurs Remplis le

tableau ci-shydessous drsquoabord avec tes hypothegraveses concernant la couleur obtenue sur

lrsquoeacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Meacutelange de lumiegraveres Couleur obtenue ton hypothegravese

Couleur observeacutee

vert et bleu (cyan)

vert et rouge (jaune)

bleu et rouge (magenta)

vert bleu et rouge (blanc)

a) Quelles diffeacuterences constates-shytu entre les meacutelanges de lrsquoactiviteacute 1 et ceux de lrsquoactiviteacute

2

______________________________________________________________________

Les couleurs obtenues ne sont pas les mecircmes qursquoen peinture

b) Qursquoa-shyt-shyon meacutelangeacute dans chaque cas

______________________________________________________________________

Dans le premier cas on a de la matiegravere (de la peinture) dans le deuxiegraveme cas on a de la

lumiegravere

c) Le reacutesultat du meacutelange des lumiegraveres verte bleue et rouge te rappelle-shyt-shyil quelque

chose Que peux-shytu en deacuteduire

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

Le fait que la lumiegravere blanche est composeacutee de lrsquoensemble des couleurs (cf expeacuterience

du prisme) Ici lrsquoexpeacuterience concerne la superposition de lumiegraveres coloreacutees et on observe

que lrsquoaddition des lumiegraveres rouge verte et bleue donne du blanc Cela srsquoappelle le modegravele trichromique

d) A lrsquoaide de couleurs scheacutematise ci-shydessous les superpositions observeacutees sur lrsquoeacutecran

blanc

Activiteacute 23 Et comment obtenir drsquo‛autres couleurs 1) Tu as vu lors de lrsquoactiviteacute preacuteceacutedente que si lrsquoon superpose trois lumiegraveres de couleurs

RVB on perccediloit du blanc Mais de quelle maniegravere peut-shyon percevoir nrsquoimporte quelle

autre couleur

Familiarise-shytoi avec le logiciel en ligne suivant

httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additive

htm

Puis reacuteponds aux questions suivantes

Par quelles manipulations obtiens-shytu du orange (selon eacutelegraveves)

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du rose (selon eacutelegraveves)

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du vert olive (selon eacutelegraveves)

______________________________________________________________________

Que constates-shytu

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

Un jeu de dosage entre les trois couleurs RVB permet drsquoobtenir toutes les diffeacuterentes

couleurs imaginables Les trois lumiegraveres superposeacutees et en dosage eacutequivalent donnent

une lumiegravere blanche crsquoest agrave dire la totaliteacute des couleurs On appelle cela la synthegravese additive

2) Chaque groupe a agrave sa disposition un microscope Deacutepose un smartphone allumeacute

eacutecran vers le haut sous lrsquoobjectif Vise une zone blanche de lrsquoeacutecran puis regravegle la netteteacute

Qursquoobserves-shytu

Observations

(Preacutesences de pixels lumiegraveres RVB)

Comment expliques-shytu ce pheacutenomegravene

(synthegravese effectueacutee par le cerveau)

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 3 Que devient la lumiegravere lorsqursquo‛elle traverse un filtre

Activiteacute 31 les lumiegraveres et filtres coloreacutes

Tu as appris lors du dernier cours que lrsquo‛on pouvait ldquoadditionnerrdquo des lumiegraveres coloreacutees

pour obtenir de nouvelles couleurs Nous pouvons modeacuteliser la lumiegravere blanche ainsi

Nous allons deacutecouvrir aujourdrsquo‛hui comment on peut ldquosoustrairerdquo des lumiegraveres coloreacutees

1) Lrsquo‛enseignant a installeacute trois filtres de couleur un rouge un vert un bleu ainsi qursquo‛un

eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-dessous

Image MER

Quelle couleur va-t-on observer sur lrsquo‛eacutecran si lrsquo‛on allume un par un les projecteurs

Remplis le tableau ci-dessous premiegraverement avec tes hypothegraveses concernant la couleur

obtenue sur lrsquo‛eacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Filtre traverseacute par la

lumiegravere blanche

Couleur obtenue ton

hypothegravese

Couleur observeacutee

Filtre bleu

Filtre rouge

Filtre vert

2) Selon toi quel est le rocircle du filtre coloreacute

_______________________________________________________________

3) Repreacutesente par un scheacutema le passage drsquo‛une lumiegravere blanche agrave travers un filtre rouge

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

4) Et quelle couleur observera-t-on si la lumiegravere blanche passe agrave travers un filtre rouge

puis agrave travers un filtre bleu Formule une hypothegravese puis applique ton modegravele

Hypothegravese __________________________________

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

Activiteacute 32 Qursquo‛obtient-on avec drsquo‛autres filtres

a) Tu disposes maintenant drsquo‛une lampe diffusant de la lumiegravere blanche et de filtres

cyan magenta et jaune Manipule-les les uns apregraves les autres puis en les superposant

pour deacutecouvrir leurs effets sur la lumiegravere blanche

b) A lrsquo‛aide de couleurs et en trsquo‛appuyant sur tes observations scheacutematise ci-dessous

lrsquo‛action des filtres sur une lumiegravere blanche

Activiteacute 33 Deux synthegraveses Similitudes et diffeacuterences

a) Utilise ce logiciel pour comparer les synthegraveses additive et soustractive

httpwwwostralonet3_animationsswfsynthese_couleursswf

a) Quelles similitudes observes-tu entre les synthegraveses additive et soustractive

________________________________________________________________

d) Et quelles diffeacuterences

_______________________________________________________________

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 3 Que devient la lumiegravere lorsqursquo‛elle traverse un filtre

(corrigeacute)

Activiteacute 31 les lumiegraveres et filtres coloreacutes

Tu as appris lors du dernier cours que lrsquo‛on pouvait ldquoadditionnerrdquo des lumiegraveres coloreacutees

pour obtenir de nouvelles couleurs Nous pouvons modeacuteliser la lumiegravere blanche ainsi

Nous allons deacutecouvrir aujourdrsquo‛hui comment on peut ldquosoustrairerdquo des lumiegraveres coloreacutees

1) Lrsquo‛enseignant a installeacute trois filtres de couleur un rouge un vert un bleu ainsi qursquo‛un

eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-dessous

Image MER

Quelle couleur va-t-on observer sur lrsquo‛eacutecran si lrsquo‛on allume un par un les projecteurs

Remplis le tableau ci-dessous premiegraverement avec tes hypothegraveses concernant la couleur

obtenue sur lrsquo‛eacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Filtre traverseacute par la

lumiegravere blanche

Couleur obtenue ton

hypothegravese

Couleur observeacutee

Filtre bleu bleu

Filtre rouge rouge

Filtre vert vert

2) Selon toi quel est le rocircle du filtre coloreacute

_______________________________________________________________

Un filtre coloreacute ne transmet que les rayons de sa couleur et absorbe les autres

3) Repreacutesente par un scheacutema le passage drsquo‛une lumiegravere blanche agrave travers un filtre rouge

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

4) Et quelle couleur observera-t-on si la lumiegravere blanche passe agrave travers un filtre rouge

puis agrave travers un filtre bleu Formule une hypothegravese puis applique ton modegravele

Hypothegravese __________________________________

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

Activiteacute 32 Qursquo‛obtient-on avec drsquo‛autres filtres

a) Tu disposes maintenant drsquo‛une lampe diffusant de la lumiegravere blanche et de filtres

cyan magenta et jaune Manipule-les les uns apregraves les autres puis en les superposant

pour deacutecouvrir leurs effets sur la lumiegravere blanche

b) A lrsquo‛aide de couleurs et en trsquo‛appuyant sur tes observations scheacutematise ci-dessous

lrsquo‛action des filtres sur une lumiegravere blanche

Pex 1 Magenta 2 Jaune 3 Cyan 4 Rouge 5 Vert 6 Bleu 7 Noir

Activiteacute 33 Deux synthegraveses Similitudes et diffeacuterences

a) Utilise ce logiciel pour comparer les synthegraveses additive et soustractive

httpwwwostralonet3_animationsswfsynthese_couleursswf

a) Quelles similitudes observes-tu entre les synthegraveses additive et soustractive

________________________________________________________________

Les mecircmes triplets de couleurs sont preacutesents dans les deux synthegraveses (RVB - CMJ)

d) Et quelles diffeacuterences

________________________________________________________________

1 Les couleurs primaires de lrsquo‛un sont les couleurs compleacutementaires de lrsquo‛autre

2 Lrsquo‛addition des lumiegraveres coloreacutees rouge verte et bleue donne du blanc la

soustraction totale par des filtres cyan magenta et jaune donne du noir

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 4 Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Rappel

1 Nous pouvons reacutesumer la composition de la lumiegravere blanche aux 3 couleurs primaires le rouge le vert et le bleu Ce sont des couleurs qui ne peuvent pas ecirctre creacuteeacutees Ce sont elles qui composent les autres couleurs Crsquo‛est agrave dire qursquo‛en les meacutelangeant on peut obtenir les autres couleurs le cyan est composeacute du bleu et du vert le magenta est composeacute du bleu et du rouge et le jaune est composeacute du vert et du rouge

Theacuteorie

Le sujet que nous allons traiter aujourdrsquo‛hui concerne la couleur de lrsquo‛objet Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Formule une hypothegravese ____________________________________________

Observe la photo projeteacutee par lrsquo‛enseignant

Que retiens-tu de cette photo _______________________________________________________________ La lumiegravere coloreacutee qui est refleacuteteacutee par un objet correspond agrave la lumiegravere non absorbeacutee

Ici toutes les lumiegraveres coloreacutees sont absorbeacutees sauf le bleu qui lui est refleacuteteacute La couleur propre de lrsquo‛objet sera le bleu

En effet un objet absorbe ou reflegravete diffeacuterentes lumiegraveres coloreacutees Crsquo‛est cette lumiegravere coloreacutee refleacuteteacutee que nous verrons

Activiteacute 41

Reacuteponds agrave ces diffeacuterentes questions dans le tableau ci-dessous De quelle couleur verras-tu cet objet Confronte ton ideacutee avec ton voisin De quelle couleur le vois-tu reacuteellement

Couleur de lrsquo‛objet

Couleur de la lumiegravere

Hypothegravese formuleacutee

Observation

rouge Magenta

cyan Vert

jaune Bleu

Par quel pheacutenomegravene peut-on observer ce changement de couleur ___________________________________

Quelle deacuteductions peux-tu faire _________________________________________________________________

Activiteacute 42

Marche agrave suivre

1 Eacutecris sur une feuille blanche le nom des 2 couleurs que ton enseignant te donne avec la peinture qui y correspond

2 Pendant que ces mots segravechent remplis les colonnes ldquocouleur du mot 1rdquo et ldquocouleur du mot 2rdquo et ldquocouleur de la feuillerdquo agrave la lumiegravere blanche

3 Formule tes hypothegraveses note-les au crayon agrave papier en petit 4 Eacuteclaire tes mots agrave lrsquo‛aide de lumiegraveres coloreacutees 5 Note tes observations

Lumiegravere coloreacutee

Couleur du mot 1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur du mot 2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur de la feuille helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Blanche

Rouge

Verte

Bleue

Magenta

Cyan

Jaune

Activiteacute 43

Tu observes un drapeau eacuteclaireacute par une lumiegravere blanche Puis tu observes ce mecircme drapeau eacuteclaireacute par deux lumiegraveres coloreacutees diffeacuterentes Trouve la lumiegravere coloreacutee utiliseacutee dans chaque cas et justifie ta reacuteponse par la modeacutelisation vue preacuteceacutedemment

Lumiegravere blanche Lumiegravere coloreacutee 1 Lumiegravere coloreacutee 2

De quelle couleur est la premiegravere lumiegravere coloreacutee ___________________________

Modeacutelisation 1

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________

Modeacutelisation 2

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 4 Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur (corrigeacute) Rappel

2 Nous pouvons reacutesumer la composition de la lumiegravere blanche aux 3 couleurs primaires le rouge le vert et le bleu Ce sont des couleurs qui ne peuvent pas ecirctre creacuteeacutees Ce sont elles qui composent les autres couleurs Crsquo‛est agrave dire qursquo‛en les meacutelangeant on peut obtenir les autres couleurs le cyan est composeacute du bleu et du vert le magenta est composeacute du bleu et du rouge et le jaune est composeacute du vert et du rouge

Theacuteorie

Le sujet que nous allons traiter aujourdrsquo‛hui concerne la couleur de lrsquo‛objet Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Formule une hypothegravese ____________________________________________ Projeter cette image elle napparaicirct pas dans le cours de lrsquo‛eacutelegraveve

Que retiens-tu de cette photo _______________________________________________________________ La lumiegravere coloreacutee qui est refleacuteteacutee par un objet correspond agrave la lumiegravere non absorbeacutee

Ici toutes les lumiegraveres coloreacutees sont absorbeacutees sauf le bleu qui lui est refleacuteteacute La couleur propre de lrsquo‛objet sera le bleu

En effet un objet absorbe ou reflegravete diffeacuterentes lumiegraveres coloreacutees Crsquo‛est cette lumiegravere coloreacutee refleacuteteacutee que nous verrons

Activiteacute 41

Reacuteponds agrave ces diffeacuterentes questions dans le tableau ci-dessous De quelle couleur penses-tu que tu verras cet objet Confronte ton ideacutee avec ton voisin De quelle couleur le vois-tu reacuteellement

Couleur de lrsquo‛objet

Couleur de la lumiegravere

Hypothegravese formuleacutee

Observation

rouge Magenta (rouge)

cyan Vert (vert)

jaune Bleu (noir)

Par quel pheacutenomegravene peut-on observer ce changement de couleur ___________________________________ (synthegravese soustractive)

Quelle deacuteductions peux-tu faire (fonctionne comme un filtre) _________________________________________________________________

Activiteacute 42

Marche agrave suivre

6 Eacutecris sur une feuille blanche le nom des 2 couleurs que ton enseignant te donne avec la peinture qui y correspond

7 Pendant que ces mots segravechent remplis les colonnes ldquocouleur du mot 1rdquo et ldquocouleur du mot 2rdquo et ldquocouleur de la feuillerdquo agrave la lumiegravere blanche

8 Formule tes hypothegraveses note-les au crayon agrave papier en petit 9 Eacuteclaire tes mots agrave lrsquo‛aide de lumiegraveres coloreacutees 10 Note tes observations

Lumiegravere coloreacutee

Couleur du mot 1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur du mot 2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur de la feuille helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Blanche

Rouge

Verte

Bleue

Magenta

Cyan

Jaune

Activiteacute 43

Tu observes un drapeau eacuteclaireacute par une lumiegravere blanche Puis tu observes ce mecircme drapeau eacuteclaireacute par deux lumiegraveres coloreacutees diffeacuterentes Trouve la lumiegravere coloreacutee utiliseacutee dans chaque cas et justifie ta reacuteponse par la modeacutelisation vue preacuteceacutedemment

Lumiegravere blanche Lumiegravere coloreacutee 1 Lumiegravere coloreacutee 2

De quelle couleur est la premiegravere lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Bleu)

Modeacutelisation 1

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Vert)

Modeacutelisation 2

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Fiches de synthegravese Les couleurs Activiteacute 2 Reacutesumeacute theacuteorique pour les eacutelegraveves Le modegravele trichromique et la synthegravese additive des couleurs La couleur nrsquo‛existe pas sans lumiegravere et lrsquo‛on peut dire que lrsquo‛on perccediloit le monde gracircce aux meacutelanges de ces couleurs qui correspondent aux diffeacuterentes composantes de la lumiegravere Lorsque lrsquo‛on parle de la perception des couleurs on srsquo‛aperccediloit que seules trois lumiegraveres primaires de couleurs rouge vert et bleu sont neacutecessaires pour obtenir la sensation de toutes les autres couleurs Cette maniegravere de modeacuteliser la perception des couleurs est ce qursquo‛on appelle le modegravele trichromique (lsquorsquo‛trois couleursrsquo‛rsquo‛) Dans cette repreacutesentation toutes les autres lumiegraveres coloreacutees sont perccedilues par superposition des trois lumiegraveres rouge verte et bleue La superposition simultaneacutee et en dosage identique des trois couleurs donne de la lumiegravere blanche Le noir correspond agrave une absence de lumiegravere

Illustration du modegravele

Image MER

Lrsquo‛image montre trois projecteurs de lumiegraveres rouge verte et bleue eacuteclairant une table blanche Si les trois couleurs sont projeteacutees en intensiteacute identique nous obtenons par superposition trois autres couleurs le cyan le magenta et le jaune Les couleurs primaires et les couleurs obtenues sont codeacutees sur lrsquo‛image puis reacutecapituleacutees dans le tableau ci-dessous

Image MER

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Si nous modifions le dosage des couleurs eacuteleacutementaires il est possible drsquo‛obtenir toutes les couleurs imaginables Le pheacutenomegravene de perception des couleurs par superposition des trois couleurs primaires se nomme synthegravese additive les couleurs sont additionneacutees entre elles pour permettre la synthegravese drsquo‛autres couleurs

Drsquo‛ailleurs si lrsquo‛on observe au microscope un eacutecran blanc de smartphone ou drsquo‛ordinateur on remarque qursquo‛il est en fait constitueacute drsquo‛un grand nombre de minuscules rectangles de lumiegraveres rouge verte et bleue (voir image ci-contre) Crsquo‛est justement par un jeu de dosage de chacune de ces lumiegraveres que lrsquo‛on perccediloit les diffeacuterentes couleurs sur nos eacutecrans

Pourquoi un modegravele sur trois couleurs La raison pour laquelle les scientifiques ont construit ce modegravele sur trois couleurs est directement lieacutee agrave la structure de notre œil En effet ce dernier contient des cellules sensibles agrave la lumiegravere que lrsquo‛on appelle cocircnes et bacirctonnets Alors que les bacirctonnets perccediloivent les intensiteacutes de lumiegravere les cocircnes nous permettent de percevoir les couleurs Cependant ils ne sont sensibles qursquo‛agrave certaines composantes de la lumiegravere blanche celles correspondant justement aux couleurs rouge vert et bleu Lorsque lrsquo‛on regarde un objet notre cerveau analyse le dosage de chacune de ces composantes perccedilues par notre œil et en interpregravete ainsi la couleur de lrsquo‛objet

Qursquo‛est-ce que le daltonisme Certaines personnes preacutesentent une anomalie de la vision qui les empecircche de distinguer certaines couleurs Drsquo‛origine geacuteneacutetique ce trouble est ducirc agrave un dysfonctionnement des cocircnes preacutesents dans la reacutetine Bien que la plupart des personnes daltoniennes aient de la peine agrave distinguer le vert du rouge drsquo‛autres ne distinguent pas drsquo‛autres couleurs Dans certaines formes de daltonisme le monde est perccedilu par la personne atteinte en teintes de gris

Sciences naturelles Optique synthegravese soustractive et additive

La synthegravese additive est le proceacutedeacute gracircce

auquel en combinant les couleurs

___________ ___________ et ___________

on obtient du blanc

On la retrouve lorsque lrsquoon meacutelange des

lumiegraveres coloreacutees composeacutees de ces 3 couleurs

diffeacuterentes car les laquo additionner raquo donne la

lumiegravere blanche

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon exploite aujourdrsquohui

pour les teacuteleacuteviseurs ou tout eacutecran composeacute de

pixels

La synthegravese soustractive consiste agrave soustraire

les couleurs de la lumiegravere blanche (RVB) agrave

travers des filtres de couleurs ___________

___________ et ___________ qui absorbent la

totaliteacute des couleurs de la lumiegravere blanche pour

un rendu noir au final (absence de lumiegravere)

Lrsquo __________________ des 3 couleurs donne

le ____________

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon retrouve par exemple en

meacutelangeant de la peinture notamment en

imprimerie

Sciences naturelles Optique les filtres

Qursquoest-shyce qursquoun filtre coloreacute et comment fonctionne-shyt-shyil

Un filtre est un dispositif qui permet de filtrer la lumiegravere de laisser passer certains rayons

lumineux et drsquoen absorber drsquoautres

Pour savoir quelles lumiegravere coloreacutees le filtre laisse passer il faut lrsquoobserver agrave la lumiegravere

blanche

Le filtre laissera alors passer uniquement les rayons lumineux de sa couleur propre

Par exemple

Un filtre vert laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee verte

Un filtre magenta laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee magenta crsquoest agrave dire les rayons rouge et bleu

Pour connaicirctre la lumiegravere coloreacutee qui ldquosortrdquo du filtre il faut donc

deacutecomposer la lumiegravere qui arrive sur ce filtre et en soustraire les

rayons qui sont absorbeacutes par le filtre On se reacutefegravere alors au modegravele de

la synthegravese soustractive

Image httpswww123couleursfrboutique-shy1filtres-shycolorC3A9s

Tableau reacutecapitulatif

Sciences naturelles Optique les filtres

Modeacutelisation

Nous pouvons modeacuteliser lrsquoaction drsquoun filtre

1 Noter la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur le filtre

2 Deacutecomposer la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur filtre et la coder (en RVB)

3 Repreacutesenter le filtre et coder les rayons absorbeacutes par le filtre 4 Prolonger les rayons lumineux coloreacutes que le filtre laisse passer et les coder (en RVB)

5 Noter la lumiegravere coloreacutee qui sort du filtre

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre magenta sur la lumiegravere blanche

Lorsque plusieurs filtres sont superposeacutes ou aligneacutes il faut modeacuteliser lrsquoaction du premier filtre

sur la lumiegravere projeteacutee puis lrsquoaction du deuxiegraveme filtre sur la lumiegravere qui sort du premier filtre

etc

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre cyan puis drsquoun filtre vert sur la lumiegravere jaune

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

De quelle couleur apparaicirctra un objet de couleur eacuteclaireacute par une lumiegravere coloreacutee

Il y 3 cas

1) Un objet de couleur blanche renvoie toutes les couleurs il apparaicirctra de la couleur eacuteclaireacutee

2) Un objet de couleur noire absorbe toutes les couleurs Peu importe la couleur avec laquelle

lrsquoobjet est eacuteclaireacute lrsquoobjet apparaicirct de couleur noire

3) Pour un objet de couleur il suffit de deacutecomposer les couleurs secondaires par exemple

Jrsquoai un objet jaune

Je lui projette une lumiegravere magenta

Or jaune = rouge + vert

et magenta = bleu + rouge

Le rouge est commun au jaune et au magenta donc lrsquoobjet paraicirctra rouge

En revanche si la lumiegravere est bleue comme il nrsquoy a pas de bleu dans le jaune lrsquoobjet paraicirctra

noir

1

Tableau reacutecapitulatif

1 httpscommunitygoodgamestudioscombigfarmfrdiscussion51685langage-shy‐des-shy‐couleurs

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

Modegravele de reacuteponse

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

______

______

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

______

______

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation avec propositions

de reacuteponses)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

(rouge vert bleu Nous percevons les diffeacuterentes couleurs agrave partir de ces trois couleurs) ________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

(Explication relative aux cocircnes et bacirctonnets de lrsquo‛oeil)

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Corrigeacute vert bleu blanc cyan

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________ (vert)

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________ (bleu)

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________ (aucunenoir)

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

(selon modegravele eacutetudieacute)

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

(les deux selon que lrsquo‛on parle de synthegravese additive ou soustractive)

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

Bleu

______

Bleu

______

Noir

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________ (lumiegravere rouge)

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

Noir

______

Rouge

______

Rouge

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

(Bleu)

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

(selon modegravele eacutetudieacute)

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

(Explication citant la synthegravese soustractive et lrsquo‛effet des lumiegraveres coloreacutees

concerneacutees sur le haut du cambrioleur)

Evaluation - Analyse

Ce commentaire comprend les diffeacuterents objectifs eacutevalueacutes ainsi que ce qui est attendu

preacuteciseacutement des eacutelegraveves et les niveaux taxonomiques correspondants

Ce sont des pistes drsquo‛eacutevaluation qui sont ici proposeacutees non une eacutevaluation suivie

Exercice 1

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- Mettre en lien des notions theacuteoriques apprises en cours (cocircnes et

bacirctonnets de lrsquo‛oeil) avec drsquo‛autres (synthegravese additive)

Lrsquo‛eacutevaluation deacutebute par deux questions au niveau taxonomique peu eacuteleveacute La

premiegravere de lrsquo‛ordre de la compreacutehension demande aux eacutelegraveves de restituer une

connaissance de base agrave lrsquo‛aide de leurs propres mots La deuxiegraveme propose de

tester les connaissances theacuteoriques des eacutelegraveves en veacuterifiant que des liens entre

deux notions aient eacuteteacute faits

Exercice 2

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutedire la couleur perccedilue en fonction des meacutelanges de couleurs RVB

- deacutechiffrer un scheacutema et les codes de la repreacutesentation de la trajectoire

des lumiegraveres coloreacutees

Le deuxiegraveme exercice relegraveve du niveau taxonomique de lrsquo‛application car il

neacutecessite une compreacutehension de la maniegravere de repreacutesenter la lumiegravere (scheacutema de

la trajectoire rectiligne codes de couleurs RVB) et drsquo‛appliquer ce modegravele tout en

utilisant les connaissances des couleurs fondamentales et compleacutementaires de la

synthegravese additive

Exercice 3

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet drsquo‛un filtre sur une lumiegravere coloreacutee agrave lrsquo‛aide des codes

propres agrave lrsquo‛optique

Lrsquo‛exercice 3 relegraveve de lrsquo‛application car les eacutelegraveves se reacutefegraverent agrave la modeacutelisation

eacutetablie durant le cours et au diagramme de Venn de la synthegravese soustractive et

les adaptent aux items preacutesenteacutes

Exercice 4

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- mettre en perspective la distinction entre synthegravese additive et

soustractive en terme de lsquorsquo‛naturersquo‛rsquo‛ de la couleur (couleurs matiegraveres vs

couleurs lumiegraveres)

Cet exercice requiert des eacutelegraveves qursquo‛ils mobilisent leur faculteacute drsquo‛analyse (niveau

taxonomique plutocirct eacuteleveacute) pour expliquer les diffeacuterences entre les

repreacutesentations de la couleur en arts visuels et en physique Le but est qursquo‛ils

reconnaissent qursquo‛il srsquo‛agit dans le premier cas de la synthegravese soustractive et dans

le second cas de la synthegravese additive

Exercice 5

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutevoir la couleur perccedilue drsquo‛un objet en fonction des lumiegraveres coloreacutees

projeteacutees et coder le pheacutenomegravene

Les eacutelegraveves appliquent la modeacutelisation drsquo‛une lumiegravere coloreacutee sur un objet coloreacute

pour deacuteterminer la couleur perccedilue du drapeau franccedilais Cette question fait

reacutefeacuterence agrave un niveau taxonomique bas Puis ils trouvent la lumiegravere coloreacutee qui

permet de voir les deux drapeaux preacutesenteacutes de la mecircme couleur Ils trouveront

cette reacuteponse en modeacutelisant les lumiegraveres coloreacutees sur lrsquo‛objet de couleur

Plusieurs scheacutemas sont neacutecessaires pour trouver la reacuteponse Crsquo‛est une question

taxonomiquement haute qui demande aux eacutelegraveves de faire une synthegravese

Exercice 6

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet de la lumiegravere coloreacutee sur un objet et en deacuteduire la

couleur perccedilue

- justifier sa reacuteponse avec des mots en faisant la synthegravese des diffeacuterents

concepts vus dans la seacutequence de cours

Les eacutelegraveves doivent comprendre ce qursquo‛ils lisent et deacuteterminer la couleur propre du

haut du cambrioleur Cette question est taxonomiquement haute elle demande de

lrsquo‛analyse Puis ils justifient leur reacuteponse par le modegravele de lrsquo‛effet de la lumiegravere

coloreacutee sur un objet Cette question est drsquo‛un niveau taxonomique infeacuterieur

drsquo‛application Finalement ils deacuteterminent pourquoi la description de la jeune fille

ne correspond pas agrave la couleur propre en faisant le lien avec la synthegravese

soustractive demandant un niveau taxonomiquement tregraves eacuteleveacute la synthegravese

Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

4 Argumentation scientifique Nous avons choisi de construire notre seacutequence de cours de maniegravere agrave ce qursquoelle srsquoinscrive dans une deacutemarche constructiviste de type piageacutetienne Dans cette deacutemarche lrsquoenseignant anticipe les conceptions erroneacutees que les eacutelegraveves peuvent avoir puis eacutetablit une situation-shyproblegraveme permettant ideacutealement de deacuteconstruire ces repreacutesentations incomplegravetes puis finalement drsquoen construire de nouvelles plus justes Dans ce qui suit nous allons deacutefinir ces diffeacuterents concepts mis en eacutevidence puis expliciter la maniegravere dont nous les avons pris en compte dans notre planification

41 Les conceptions des eacutelegraveves et les situations-shyproblegravemes

411 Deacutefinitions Conception Selon Giordan et al (1994) une conception ou repreacutesentation peut ecirctre consideacutereacutee comme une ideacutee un objet ou un eacutevegravenement qui aide lrsquoeacutelegraveve agrave comprendre le monde qui lrsquoentoure Elle est le fruit de son expeacuterience personnelle dans laquelle il va puiser pour comprendre les nouveaux savoirs que lrsquoon va chercher agrave lui inculquer Elle peut ecirctre consideacutereacutee comme une connaissance ldquodeacutejagrave-shylagraverdquo acquise dans un certain contexte par lrsquoapprenant et qui peut ecirctre correcte ou erroneacutee Les mauvaises conceptions (ou misconception en anglais) peuvent donc ecirctre deacutecrites comme des ideacutees qui proviennent drsquoune mauvaise compreacutehension drsquoobjets ou eacutevegravenements Elles sont issues principalement de lrsquoenvironnement avec lequel lrsquoeacutelegraveve interagit et du contexte dans lequel il se situe mais elles deacutecoulent eacutegalement des systegravemes seacutemiotiques mis en oeuvre Ces derniers sont abordeacutes plus en deacutetail dans ce qui suit Seacutemiologie En seacutemiologie (lrsquoeacutetude des systegravemes de signes) une repreacutesentation (ou un signe) est double elle est doteacutee drsquoun signifiant et drsquoun signifieacute (de Saussure 1916) Le signifiant qui fait lrsquoobjet de la seacutemiologie deacutesigne la forme et laspect du signe tandis que le signifieacute eacutetudieacute dans le cadre de la seacutemantique deacutesigne le concept eacutevoqueacute par le signe A partir du moment ougrave le signe possegravede plusieurs signifieacutes il devient symbole et crsquoest ainsi que les incompreacutehensions peuvent survenir Selon R Duval (1995) le concept de laquo registre seacutemiotique raquo permet de distinguer les repreacutesentations qui relegravevent de diffeacuterents registres ou types visuels numeacuteriques graphiques symboliques formels scheacutematiques etc En didactique ce concept est fondamental car les diffeacuterences de registre au sein drsquoune mecircme repreacutesentation ou drsquoun

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

modegravele peut induire des difficulteacutes de lecture Ils risquent drsquoajouter des difficulteacutes suppleacutementaires en empecircchant les eacutelegraveves de se focaliser sur le problegraveme poseacute par lrsquoactiviteacute et les menant agrave formuler des conclusions diffeacuterentes de celles attendues par lrsquoenseignant Crsquoest pour cela qursquoun choix pertinent de registre seacutemiotique facilite la compreacutehension du concept introduit Dans notre cours un exemple typique que nous pouvons donner est la forte ressemblance des diagrammes de Venn pour les synthegraveses additive et soustractive Dans les deux modegraveles les diagrammes sont communeacutement scheacutematiseacutes sous forme circulaire De plus bien que inverseacutees au niveau de leurs superpositions les mecircmes couleurs sont repreacutesenteacutees dans les deux diagrammes Ces similitudes peuvent rendre la diffeacuterenciation complexe pour les eacutelegraveves Crsquoest pourquoi nous avons estimeacute important drsquoapporter un changement agrave la repreacutesentation de ces diagrammes Ainsi dans lrsquoune de nos fiches de synthegravese nous avons preacutefeacutereacute utiliser des formes rectangulaires plutocirct que circulaires pour repreacutesenter la synthegravese soustractive car cette forme eacutevoque plus fortement le filtre et ainsi lrsquoabsorption de la lumiegravere Cadre de rationaliteacute origine des conceptions En srsquoappuyant sur les travaux de R Douady (1984) A Lerouge (1992) deacutefinit laquo un cadre de rationaliteacuteraquo comme laquoun ensemble coheacuterent de fonctionnement de la penseacuteeraquo caracteacuteriseacute principalement par les composantes suivantes

1 Les objets du cadre dans notre cas il peut srsquoagir de peinture de feuille de papier de lampes de poche de filtres etc

2 Le type de processus de conceptualisation Dans un cadre scientifique il peut srsquoagir drsquoun processus par modeacutelisation ou par expeacuterimentation par exemple

3 Les registres seacutemiotiques que nous avons traiteacutes plus haut Les conceptions des eacutelegraveves et les conflits de perceptions en reacutesultant sont issus des diffeacuterents cadres de rationaliteacute dans lesquels ils eacutevoluent Ce sont les cadres familiers (personnel) et culturels (eacutecole) qui sont responsable de ces conceptions et repreacutesentations mentales tantocirct concourantes tantocirct inexistantes voire erroneacutees Elles se manifestent principalement agrave travers la seacutemiotique Les eacutelegraveves eacuteprouvent de la difficulteacute agrave repreacutesenter des objets issus de registres seacutemiotiques diffeacuterents ou encore agrave simplement les reconnaicirctre Dans le contexte de notre seacutequence sur les couleurs ces cadres de rationaliteacute sont centraux En effet crsquoest dans son quotidien et donc dans son cadre familier que lrsquoeacutelegraveve va deacutecouvrir la notion de couleur notamment par le biais de la peinture ou drsquoobservation drsquoarc-shyen-shyciel Cette deacutecouverte qui a souvent lieu tregraves tocirct dans la vie de lrsquoenfant ne fera pourtant pas pour autant lrsquoobjet de questionnement sur le pheacutenomegravene de perception des couleurs La notion de cadre culturel ou scolaire quand agrave elle peut ecirctre eacutetendue dans notre cas agrave deux sous-shycateacutegories de cadres culturels diffeacuterents qui vont ecirctre agrave lrsquoorigine de conceptions erroneacutees ou incomplegravetes Premiegraverement il y a le cadre que nous appelons laquo arts visuelsraquo et qui a ses propres regravegles de rationaliteacutes Les cours de dessin ou drsquoactiviteacutes creacuteatrices en sont de parfaits exemples car crsquoest dans ce cadre que les eacutelegraveves vont premiegraverement aborder la

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

theacutematique des couleurs primaires et de leurs meacutelanges Mais cette theacutematique est eacutegalement abordeacutee dans le cadre laquophysiqueraquo agrave travers les expeacuteriences de deacutecomposition de la lumiegravere ou de superposition de lumiegraveres coloreacutees Ainsi nous retrouvons trois cadres de rationaliteacute concourants (familier physique arts visuels) dans lesquels les eacutelegraveves eacutevoluent et qui engendrent indubitablement des conceptions erroneacutees sur la lumiegravere et les couleurs puisque les eacutelegraveves ne sont pas ameneacutes agrave les diffeacuterencier dans chacun des cadres Et comme la communication entre les diffeacuterents cadres nrsquoest pas eacutetablie le lien agrave faire entre les diffeacuterentes conceptions issues de ces cadres est agrave la charge de lrsquoeacutelegraveve ce qui repreacutesente une lourde responsabiliteacute dans son apprentissage Astolfi (2008) appelle eacutegalement ces conceptions issues de diffeacuterents cadres des ldquotrames conceptuelles rdquoqui peuvent ecirctre deacutefinies comme ldquoun ensemble de concepts-shycleacutes propres agrave un domaine et logiquement hieacuterarchiseacutes entre eux qui structurent les disciplines et engendrent des situations-shyproblegravemesrdquo Mais encore on verra eacutemerger des problegravemes de contrat didactique dans chacun des cadres lrsquoeacutelegraveve va tenter de donner une reacuteponse qui va satisfaire lrsquoenseignant sans pour autant ecirctre ameneacute agrave confronter ses conceptions

Situation-shyproblegraveme Pour de Vecchi (2006) une situation-shyproblegraveme est une activiteacute qui consiste agrave mettre lrsquoeacutelegraveve dans une situation ougrave il va ecirctre ameneacute agrave eacutelaborer des strateacutegies de reacutesolution de problegraveme Lrsquoun des points cleacutes des situations-shyproblegravemes est qursquoelles eacutetablissent un lien eacutetroit entre les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves En drsquoautres termes une situation-shyproblegraveme est construite de telle sorte que les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave remettre en question des repreacutesentations actuelles qui srsquoavegraverent erroneacutees agrave les deacuteconstruire pour en construire de nouvelles Ainsi dans une deacutemarche de type constructiviste lrsquoeacutelegraveve construit son savoir en renversant ses anciennes conceptions Une situation-shyproblegraveme nrsquoest donc pas une deacutemarche ponctuelle dans laquelle lrsquoeacutelegraveve devra reacutesoudre une liste drsquoexercices teacuteleacuteguideacutee par lrsquoenseignant Ce qui justifie lrsquoefficaciteacute des situations problegravemes est qursquo laquoapprendreraquo ne consiste pas agrave cumuler les savoirs mais agrave en construire et agrave en deacuteconstruire

Une situation-shyproblegraveme doit comprendre plusieurs eacuteleacutements

-shy Un objectif-shyobstacle Pour Meirieu (1987) un objectif-shyobstacle est ldquoun objectif dont lrsquoacquisition permet au sujet de franchir un palier deacutecisif de progression en modifiant son systegraveme de repreacutesentation et en le faisant acceacuteder un niveau supeacuterieur de formulation rdquo Dans notre cas lrsquoeacutelegraveve pense que tous les meacutelanges de 3 couleurs primaires (de peinture ou de lumiegravere) vont donner le mecircme reacutesultat La distinction entre synthegraveses additive et soustractive nrsquoest pas connue des eacutelegraveves De plus projeter de la lumiegravere monochromatique sur un objet drsquoune certaine couleur ne donne pas toujours la mecircme couleur Lrsquoexemple avec le drapeau (activiteacute 4) est parlant

-shy Une situation centreacutee sur cet obstacle prenant en compte une deacutemarche expeacuterimentale ou une deacutemarche de modeacutelisation Dans notre cours les deux deacutemarches sont mises en oeuvre mais notre deacutemarche principale est la modeacutelisation Les eacutelegraveves vont effectivement ecirctre ameneacutes agrave eacutemettre des hypothegraveses manipuler reacutecolter des reacutesultats et les confronter agrave

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

leurs hypothegraveses mais il srsquoagit surtout drsquoune deacutemarche de modeacutelisation car les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave creacuteer des scheacutemas dans plusieurs exercices

-shy Une probleacutematisation et la deacutevolution on probleacutematise la conception erroneacutee en introduisant une situation-shyproblegraveme crsquoest-shyagrave-shydire qursquoon construit un problegraveme centreacute sur lrsquoobstacle La surprise face agrave une situation incoheacuterente va intriguer lrsquoeacutelegraveve exciter sa motivation et le pousser agrave vouloir srsquoimpliquer dans le problegraveme ce qui va aider sa deacutevolution Brousseau (1998) qualifie la notion de deacutevolution par le ldquo processus par lequel lenseignant parvient agrave placer leacutelegraveve comme simple actant dans une situation a-shydidactique (agrave modegravele non didactique) Il cherche par lagrave agrave ce que lrsquoaction de lrsquoeacutelegraveve ne soit produite et justifieacutee que par les neacutecessiteacutes du milieu et par ses connaissances et non par lrsquointerpreacutetation des proceacutedeacutes didactiques du professeurrdquo Pour enrocircler les eacutelegraveves et les aider agrave identifier la probleacutematique en met on place une situation deacuteclenchante Dans notre cas lrsquoexemple avec le meacutelange de peinture et de lumiegraveres coloreacutees est un parfait exemple de situation deacuteclenchante car les eacutelegraveves ne sattendent probablement pas par exemple agrave ce que le meacutelange de vert et bleu donne du cyan ou encore qursquoon perccediloive un citron noir lorsque lrsquoon projette de la lumiegravere bleue sur ce celui-shyci

412 La prise en compte des conceptions des eacutelegraveves dans notre seacutequence La theacutematique de la lumiegravere et des couleurs est complexe et comprend de nombreux concepts difficiles agrave assimiler En effet bon nombre de personnes ont des repreacutesentations erroneacutees qui peuvent rester profondeacutement ancreacutees Parmi les conceptions erroneacutees les plus communes on retrouve selon le site internet des MER

La lumiegravere blanche est sans couleur pure quand la lumiegravere blanche passe dans un prisme ou traverse un filtre de la couleur lui est ajouteacutee

La lumiegravere blanche nous permet de voir la vraie couleur des objets laquoMa feuille est blanche parce que je nai pas ajouteacute dautres couleurs agrave celle-shyciraquo

Les couleurs sont lieacutees agrave des proprieacuteteacutes de lrsquoobjet exclusivement sans reacutefeacuterence agrave la lumiegravere qui eacuteclaire lrsquoobjet Ne dit-shyon pas quun pull est rouge

Confusion entre les couleurs primaires en couleur peinture et en couleur lumiegravere

Dans notre planification nous avons anticipeacute ces conceptions et avons construit notre cours de maniegravere agrave ce qursquoelles soient mises en eacutevidence le plus tocirct possible afin de tenter de les deacuteconstruire agrave travers nos activiteacutes

Ainsi degraves deacutebut de lrsquoactiviteacute 2 les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave une situation-shyproblegraveme dans laquelle ils comprennent qursquoil existe une contradiction entre leur conception de deacutepart sur les meacutelanges de couleurs (issue de leurs cadres de rationaliteacute familier et scolaire lsquorsquoart visuelrsquorsquo) et leurs observations (nouveau cadre lsquorsquophysiquersquorsquo) Crsquoest sur la base de ce conflit cognitif que les diffeacuterentes notions de la seacutequence pourront ecirctre abordeacutees Les autres conceptions sont mises en eacutevidence puis deacuteconstruites agrave travers les diffeacuterentes activiteacutes Par exemple les

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

activiteacutes du chapitre 3 permettent de montrer que la lumiegravere blanche nrsquoest pas pure mais qursquoelle est composeacutee de toutes les couleurs et ce gracircce agrave lrsquoobservation des objets agrave la lumiegravere blanche puis agrave travers un filtre

De plus lrsquoactiviteacute 3 srsquoarticule autour drsquoune conception erroneacutee repeacutereacutee dans certaines classes Bon nombre drsquoeacutelegraveves eacutetaient persuadeacutes qursquoun filtre ne laissait pas passer les lumiegraveres de sa couleur propre car crsquoest la couleur dont est perccedilue le filtre Un conflit cognitif est alors provoqueacute afin de deacuteconstruire cette conception les eacutelegraveves observent que la lumiegravere coloreacutee nrsquoest pas absorbeacutee par le filtre mais qursquoelle se propage bien jusqursquoagrave lrsquoeacutecran blanc

En introduction de lrsquoactiviteacute 4 une nouvelle situation-shyproblegraveme est preacutesenteacutee par le biais drsquoune image montrant que la couleur drsquoun objet peut varier en fonction de la lumiegravere coloreacutee par laquelle il est eacuteclaireacute Elle servira agrave provoquer un conflit cognitif chez les eacutelegraveves car cette situation intervient apregraves une phase drsquohypothegravese reacutepondant agrave la question suivante un objet peut-shyil avoir diffeacuterentes couleurs La reacuteponse donneacutee par lrsquoimage contredira probablement lrsquohypothegravese preacuteceacutedemment formuleacutee et devrait susciter de la curiositeacute chez lrsquoeacutelegraveve et lui donner lrsquoenvie de comprendre le pheacutenomegravene Nous deacutemontrons ensuite tout au long de lrsquoactiviteacute 4 sur les lumiegraveres coloreacutees que crsquoest le pheacutenomegravene drsquoabsorption et de reacuteflection de la lumiegravere qui nous permet de voir la couleur des objets et non pas la lumiegravere blanche Crsquoest donc par le biais de ces deacuteconstructions successives de conceptions que lrsquoenseignant peut guider les eacutelegraveves sur la voie de la reacutesolution du problegraveme de lrsquoorigine de ces contradictions dans le but drsquoeacutetablir le lien entre les diffeacuterents cadres de rationaliteacute

42 Modeacutelisation

421 Deacutefinition

Un modegravele est communeacutement deacutefini comme un objet ou un concept qui va permettre de repreacutesenter la reacutealiteacute de diffeacuterentes maniegraveres Bunge (1974) ou encore Martinand (1994) le deacutefinissent eacutegalement comme un moyen permettant de mettre en relation le monde theacuteorique avec le monde empirique Il peut ecirctre consideacutereacute en quelque sorte comme un monde intermeacutediaire ou une sorte de lunette conceptuelle (Halloun 2004) qui va permettre drsquoobserver des pheacutenomegravenes naturels Un modegravele ne constitue pas la reacutealiteacute mais la repreacutesente en simplifiant certains de ses aspects ce qui peut causer des conflits pour les repreacutesentations cognitives chez lrsquoeacutelegraveve

422 La modeacutelisation dans notre seacutequence Dans notre planification la modeacutelisation est centrale afin de conceptualiser des pheacutenomegravenes complexes comme la composition de la lumiegravere et la perception des couleurs Elle est lrsquooutil qui permet drsquoamener les eacutelegraveves agrave se faccedilonner une repreacutesentation de la deacutecomposition de la lumiegravere blanche de labsorption de la lumiegravere agrave travers les filtres et des synthegraveses additive et soustractive des couleurs

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

De plus elle constitue un objectif de formation meacutethodologique qui va de pair avec toute formation scientifique Crsquoest pourquoi nous avons inclus la modeacutelisation dans les objectifs drsquoapprentissage Dans la terminologie du PER la modeacutelisation correspond agrave lrsquoobjectif geacuteneacuteral MSN37

bull MSN 1525 mdash Modeacuteliser des pheacutenomegravenes naturels techniques sociaux ou des situations matheacutematiques

bull en imaginant et en utilisant divers outils de repreacutesentation (codes scheacutemas graphiques tableauxhellip)

Lrsquoactiviteacute 2 propose aux eacutelegraveves de reporter les couleurs observeacutees sur trois cercles superposeacutes En les coloriant les eacutelegraveves reacutealisent en reacutealiteacute une forme simple de modeacutelisation par un diagramme de Venn de la synthegravese additive Il nous a sembleacute pertinent drsquointroduire ce scheacutema de cette maniegravere car ainsi les eacutelegraveves comprennent reacuteellement qursquoil correspond agrave la lumiegravere projeteacutee et superposeacutee sur un eacutecran En derniegravere partie drsquoactiviteacute les eacutelegraveves se familiarisent avec un logiciel de modeacutelisation de la synthegravese additive 3

Lrsquoutilisation drsquoun modegravele dans ce cas est indispensable pour des raisons pratiques Il serait en effet tregraves difficile de faire des observations similaires avec un dispositif reacuteel constitueacute de projecteurs et drsquoun eacutecran comme dans la premiegravere partie drsquoactiviteacute Nous avons veilleacute agrave choisir un logiciel simple drsquousage sur lequel seules deux manipulations sont possibles allumereacuteteindre les projecteurs et varier leurs intensiteacutes Ainsi il est possible pour les eacutelegraveves de faire rapidement et sans difficulteacutes de lrsquoordre du registre seacutemiotique la deacuteduction attendue les diffeacuterentes couleurs srsquoobtiennent par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

Dans lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves sont ameneacutes agrave modeacuteliser lrsquoeffet drsquoun filtre sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee Ils ancrent ainsi le fonctionnement drsquoun filtre dans leur apprentissage et deacuteveloppent une meacutethodologie systeacutematique dans la reacutesolution de problegravemes mettant en scegravene des filtres Gracircce au modegravele deacuteveloppeacute les eacutelegraveves deacuteconstruisent deacutefinitivement leur eacuteventuelle conception erroneacutee selon laquelle un filtre absorberait sa propre couleur Lrsquoactiviteacute 43 a pour but que les eacutelegraveves modeacutelisent les pheacutenomegravenes de reacutefraction et drsquoabsorption en justifiant leur reacuteponse par un modegravele de reacuteponse Ce dernier comprend les couleurs RVB qui se reflegravetent ou qui sont absorbeacutees par une surface Ainsi lrsquoeacutelegraveve peut trouver une meacutethode systeacutematique de reacuteponse en testant les diffeacuterentes couleurs Gracircce agrave cette modeacutelisation et agrave celle de lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves comprennent que les fonctionnements des filtres et des lumiegraveres coloreacutees sont fondeacutes sur le mecircme principe

3(httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

43 Deacutemarche expeacuterimentale

431 Deacutefinition Pour de Vecchi il est important de ne pas confondre les notions lieacutees agrave lrsquoexpeacuterimental qui sont les suivantes

-shy Une deacutemarche scientifique nrsquoest pas exclusive au domaine des sciences expeacuterimentales mais peut aussi ecirctre mobiliseacutee dans les sciences humaines socialeshellip Elle utilise drsquoautres outils que lrsquoexpeacuterimentale Toute recherche digne de ce nom est de nature scientifique

-shy La meacutethode expeacuterimentale eacutequivaut plutocirct agrave un plan agrave suivre un mode drsquoemploi ou agrave une marche agrave suivre qui suit un ordre strict que lrsquoon peut aussi appeler protocole Par exemple parmi les plus ceacutelegravebres protocoles nous retrouvons celui de Claude Bernard (1865) que lrsquoon abregravege par les initiales OHERIC qui correspondent agrave observation hypothegravese expeacuterience reacutesultats interpreacutetation et conclusion De maniegravere geacuteneacuterale il srsquoagit du protocole caricatural que lrsquoon emploie le plus souvent dans les salles de classes

-shy Une deacutemarche expeacuterimentale est une approche plus reacutealiste moins stricte et integravegre

une approche plus tacirctonnante Il nrsquoest pas constitueacute drsquoeacutetapes preacutedeacutetermineacutees et est donc moins affecteacutee par les directives de lrsquoenseignant Il peut donc laisser des liberteacutes dans la maniegravere de reacutesoudre le problegraveme

432 La deacutemarche expeacuterimentale dans notre seacutequence Dans notre seacutequence la meacutethode expeacuterimentale est preacutesente de maniegravere partielle du scheacutema caricatural OHERIC nous nous inteacuteressons en particulier aux phases drsquoobservation et drsquoeacutemission drsquohypothegraveses Crsquoest pourquoi nous parlons donc plutocirct de ldquodeacutemarche expeacuterimentalerdquo En effet tout au long des diffeacuterentes activiteacutes il est reacuteguliegraverement demandeacute aux eacutelegraveves de formuler une hypothegravese agrave partir de leurs connaissances au preacutealable puis de faire de nouvelles observations en contexte expeacuterimental Crsquoest sur la base de ces derniegraveres qursquoils pourront reacutealiser leurs deacuteductions sur le pheacutenomegravene en question et construire de nouvelles conceptions Dans lrsquoactiviteacute 2 ce type de deacutemarche est central pour la creacuteation de la premiegravere situation-shyproblegraveme Par la suite la deacutemarche permet de guider les eacutelegraveves dans le processus de deacuteduction du fonctionnement geacuteneacuteral des diffeacuterents pheacutenomegravenes Dans lrsquoactiviteacute 41 par exemple les pheacutenomegravenes agrave deacuteduire sont la synthegravese soustractive et le fonctionnement de la lumiegravere coloreacutee Lrsquoemploi drsquoobjets familiers permet un ancrage dans le quotidien

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Dans lrsquoactiviteacute 3 lrsquoeacutetude de lrsquoeffet des filtres constitue agrave son tour un deacutemarche expeacuterimentale En effet les eacutelegraveves doivent tout drsquoabord eacutemettre leurs hypothegraveses puis les veacuterifient par lrsquoexpeacuterimentation et ses reacutesultats provoquant probablement un conflit cognitif avant drsquoen conclure lrsquoeffet drsquoun filtre Dans lrsquoactiviteacute 42 nous retrouvons toujours le mecircme principe de deacutemarche expeacuterimentale Les eacutelegraveves formulent des hypothegraveses sur la couleur perccedilue de diffeacuterents mots coloreacutes eacuteclaireacutes par une lumiegravere coloreacutee puis les veacuterifient lors de la phase drsquoobservation La confrontation entre leurs attentes lieacutees agrave leurs conceptions et la reacutealiteacute creacutee le conflit cognitif rechercheacute

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

5 Conclusion Pour seacutelectionner notre thegraveme et eacutelaborer notre seacutequence nous nous sommes fondeacutes sur les objectifs du PER et crsquoest sur lrsquooptique que notre choix srsquoest porteacute Le savoir savant auquel nous nous sommes reacutefeacutereacutes comprend principalement des concepts lieacutes agrave la lumiegravere tels que les photons les ondes eacutelectromagneacutetiques ainsi que les spectres drsquoeacutemission et drsquoabsorption Nous avons transposeacute ce savoir en un savoir enseignable par le biais drsquoun travail de contextualisation et de reacuteadaptation Nous avons eacuteteacute ameneacutes agrave remplacer des modegraveles scientifiques (par exemple les modegraveles de synthegraveses additive et soustractive) par des modegraveles accessibles agrave un niveau scolaire et agrave changer les conditions drsquoeacutemergence des problegravemes Ainsi notre travail de transposition consistait agrave montrer aux eacutelegraveves la partie eacutemergeacutee de lrsquoiceberg du concept de couleur le reacutesultat apparent plutocirct que lrsquoorigine eacutelectromagneacutetique Tout au long de la seacutequence et par le biais de situations-shyproblegravemes et de diffeacuterentes eacutetapes de reacutesolution des activiteacutes les eacutelegraveves ont eacuteteacute guideacutes dans le processus de construction de leur apprentissage En nous focalisant sur les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves nous avons eacutelaboreacute nos exercices de maniegravere agrave proposer des situations deacuteclenchantes afin de faciliter le transfert de la responsabiliteacute de la reacutesolution des problegravemes aux eacutelegraveves Cette derniegravere srsquoeffectue par des deacutemarches drsquoexpeacuterimentation mais surtout de modeacutelisation

Dans notre sceacutenario les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave deux types de donneacutees theacuteoriques et empiriques Drsquoune part ils ont agrave disposition deux theacuteories principales la premiegravere est que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs de lrsquoarc-shyen-shyciel tandis que la seconde deacutecrit l a maniegravere dont la couleur drsquoun objet deacutepend des couleurs qursquoil va absorber Drsquoautre part ils disposent de donneacutees empiriques qursquoils sont ameneacutes agrave reacutecolter en superposant des lumiegraveres de diffeacuterentes couleurs en meacutelangeant de la peinture et en projetant de la lumiegravere coloreacutee sur diffeacuterents objets coloreacutes Dans le cadre drsquoune deacutemarche drsquoexpeacuterimentation ils ont eacutemis des hypothegraveses observeacute manipuleacute du mateacuteriel utiliseacute des appliquettes en ligne et veacuterifieacute leurs reacutesultats Crsquoest ainsi les modegraveles que nous avons preacutesenteacutes et que les eacutelegraveves ont eacutelaboreacutes vont ecirctre des ponts qui vont relier le monde theacuteorique et le monde empirique Par ailleurs nous avons eacuteteacute attentifs agrave la seacutemiotique lors de nos choix des repreacutesentations utiliseacutees nous nous sommes reacutefeacutereacutes agrave la notion de registre seacutemiotique afin drsquoeacutelaborer des scheacutemas nrsquoengendrant pas de difficulteacutes de lecture chez les eacutelegraveves

Nous avons analyseacute lrsquoorigine des conceptions erroneacutees et avons remarqueacute qursquoelles eacutetaient principalement dues agrave des repreacutesentations concourantes engendreacutees par les diffeacuterents contextes et cadres de rationaliteacutes dans lesquelles les eacutelegraveves eacutevoluent Notre sceacutenario permet aux eacutelegraveves drsquoeacutetablir des liens entre ces diffeacuterents cadres et de construire une nouvelle repreacutesentation de la couleur celle drsquoun objet de la physique

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

6 Bibliographie

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Meirieu P Avanzin Gi (1987) Apprendre oui mais comment Edition ESF Verret M (1975) Le temps des eacutetudes (Vols 1ndash2) Lille France Atelier Reproduction des thegraveses

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Page 21: Physique Optique Lescouleurs · Sciences naturelles Les couleurs 10 11 Harmos 1.Introduction Comme nous allons le détailler dans le chapitre 4, les conceptions erronées des élèves

Quelle couleur va-shyt-shyon observer sur lrsquoeacutecran si lrsquoon allume deux par deux les projecteurs

et que lrsquoon superpose leurs lumiegraveres Et si lrsquoon allume les trois projecteurs Remplis le

tableau ci-shydessous drsquoabord avec tes hypothegraveses concernant la couleur obtenue sur

lrsquoeacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Meacutelange de lumiegraveres Couleur obtenue ton hypothegravese

Couleur observeacutee

vert et bleu

vert et rouge

bleu et rouge

vert bleu et rouge

a) Quelles diffeacuterences constates-shytu entre les meacutelanges de lrsquoactiviteacute 1 et ceux de lrsquoactiviteacute

2

______________________________________________________________________

b) Qursquoa-shyt-shyon meacutelangeacute dans chaque cas

______________________________________________________________________

c) Le reacutesultat du meacutelange des lumiegraveres verte bleue et rouge te rappelle-shyt-shyil quelque

chose Que peux-shytu en deacuteduire

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

d) A lrsquoaide de couleurs scheacutematise ci-shydessous les superpositions observeacutees sur lrsquoeacutecran

blanc

Activiteacute 23 Et comment obtenir drsquo‛autres couleurs 1) Tu as vu lors de lrsquoactiviteacute preacuteceacutedente que si lrsquoon superpose trois lumiegraveres de couleurs

RVB on perccediloit du blanc Mais de quelle maniegravere peut-shyon percevoir nrsquoimporte quelle

autre couleur

Familiarise-shytoi avec le logiciel en ligne suivant

httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additive

htm

Puis reacuteponds aux questions suivantes

Par quelles manipulations obtiens-shytu du orange

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du rose

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du vert olive

______________________________________________________________________

Que constates-shytu

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

2) Chaque groupe a agrave sa disposition une loupe binoculaire Deacutepose un smartphone

allumeacute eacutecran vers le haut sous lrsquoobjectif Vise une zone blanche de lrsquoeacutecran puis regravegle la

netteteacute Qursquoobserves-shytu

Observations

Comment expliques-shytu ce pheacutenomegravene

Documents des eacutelegraveves Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs Chapitre 2 Couleurs peintures couleurs lumiegraveres (corrigeacute) Activiteacute 21 1) Tu as agrave disposition des pinceaux et de la peinture Tu te

souviens peut-shyecirctre de tes cours drsquoarts visuels qursquoil existe des

couleurs primaires qui permettent par leur meacutelange drsquoobtenir

drsquoautres couleurs Mais elles-shymecircmes ne srsquoobtiennent par aucun

meacutelange Te souviens-shytu des combinaisons de couleurs qursquoil faut

meacutelanger pour obtenir une couleur souhaiteacutee

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du vert

__________________________________________

Image httpsfrdreamstimecom Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du rouge

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du bleu

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du noir

__________________________________________

Activiteacute 22 Lrsquoenseignant a installeacute trois projecteurs de couleur un rouge un vert un bleu ainsi

qursquoun eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-shydessous

Image MER

Quelle couleur va-shyt-shyon observer sur lrsquoeacutecran si lrsquoon allume deux par deux les projecteurs

et que lrsquoon superpose leurs lumiegraveres Et si lrsquoon allume les trois projecteurs Remplis le

tableau ci-shydessous drsquoabord avec tes hypothegraveses concernant la couleur obtenue sur

lrsquoeacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Meacutelange de lumiegraveres Couleur obtenue ton hypothegravese

Couleur observeacutee

vert et bleu (cyan)

vert et rouge (jaune)

bleu et rouge (magenta)

vert bleu et rouge (blanc)

a) Quelles diffeacuterences constates-shytu entre les meacutelanges de lrsquoactiviteacute 1 et ceux de lrsquoactiviteacute

2

______________________________________________________________________

Les couleurs obtenues ne sont pas les mecircmes qursquoen peinture

b) Qursquoa-shyt-shyon meacutelangeacute dans chaque cas

______________________________________________________________________

Dans le premier cas on a de la matiegravere (de la peinture) dans le deuxiegraveme cas on a de la

lumiegravere

c) Le reacutesultat du meacutelange des lumiegraveres verte bleue et rouge te rappelle-shyt-shyil quelque

chose Que peux-shytu en deacuteduire

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

Le fait que la lumiegravere blanche est composeacutee de lrsquoensemble des couleurs (cf expeacuterience

du prisme) Ici lrsquoexpeacuterience concerne la superposition de lumiegraveres coloreacutees et on observe

que lrsquoaddition des lumiegraveres rouge verte et bleue donne du blanc Cela srsquoappelle le modegravele trichromique

d) A lrsquoaide de couleurs scheacutematise ci-shydessous les superpositions observeacutees sur lrsquoeacutecran

blanc

Activiteacute 23 Et comment obtenir drsquo‛autres couleurs 1) Tu as vu lors de lrsquoactiviteacute preacuteceacutedente que si lrsquoon superpose trois lumiegraveres de couleurs

RVB on perccediloit du blanc Mais de quelle maniegravere peut-shyon percevoir nrsquoimporte quelle

autre couleur

Familiarise-shytoi avec le logiciel en ligne suivant

httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additive

htm

Puis reacuteponds aux questions suivantes

Par quelles manipulations obtiens-shytu du orange (selon eacutelegraveves)

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du rose (selon eacutelegraveves)

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du vert olive (selon eacutelegraveves)

______________________________________________________________________

Que constates-shytu

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

Un jeu de dosage entre les trois couleurs RVB permet drsquoobtenir toutes les diffeacuterentes

couleurs imaginables Les trois lumiegraveres superposeacutees et en dosage eacutequivalent donnent

une lumiegravere blanche crsquoest agrave dire la totaliteacute des couleurs On appelle cela la synthegravese additive

2) Chaque groupe a agrave sa disposition un microscope Deacutepose un smartphone allumeacute

eacutecran vers le haut sous lrsquoobjectif Vise une zone blanche de lrsquoeacutecran puis regravegle la netteteacute

Qursquoobserves-shytu

Observations

(Preacutesences de pixels lumiegraveres RVB)

Comment expliques-shytu ce pheacutenomegravene

(synthegravese effectueacutee par le cerveau)

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 3 Que devient la lumiegravere lorsqursquo‛elle traverse un filtre

Activiteacute 31 les lumiegraveres et filtres coloreacutes

Tu as appris lors du dernier cours que lrsquo‛on pouvait ldquoadditionnerrdquo des lumiegraveres coloreacutees

pour obtenir de nouvelles couleurs Nous pouvons modeacuteliser la lumiegravere blanche ainsi

Nous allons deacutecouvrir aujourdrsquo‛hui comment on peut ldquosoustrairerdquo des lumiegraveres coloreacutees

1) Lrsquo‛enseignant a installeacute trois filtres de couleur un rouge un vert un bleu ainsi qursquo‛un

eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-dessous

Image MER

Quelle couleur va-t-on observer sur lrsquo‛eacutecran si lrsquo‛on allume un par un les projecteurs

Remplis le tableau ci-dessous premiegraverement avec tes hypothegraveses concernant la couleur

obtenue sur lrsquo‛eacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Filtre traverseacute par la

lumiegravere blanche

Couleur obtenue ton

hypothegravese

Couleur observeacutee

Filtre bleu

Filtre rouge

Filtre vert

2) Selon toi quel est le rocircle du filtre coloreacute

_______________________________________________________________

3) Repreacutesente par un scheacutema le passage drsquo‛une lumiegravere blanche agrave travers un filtre rouge

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

4) Et quelle couleur observera-t-on si la lumiegravere blanche passe agrave travers un filtre rouge

puis agrave travers un filtre bleu Formule une hypothegravese puis applique ton modegravele

Hypothegravese __________________________________

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

Activiteacute 32 Qursquo‛obtient-on avec drsquo‛autres filtres

a) Tu disposes maintenant drsquo‛une lampe diffusant de la lumiegravere blanche et de filtres

cyan magenta et jaune Manipule-les les uns apregraves les autres puis en les superposant

pour deacutecouvrir leurs effets sur la lumiegravere blanche

b) A lrsquo‛aide de couleurs et en trsquo‛appuyant sur tes observations scheacutematise ci-dessous

lrsquo‛action des filtres sur une lumiegravere blanche

Activiteacute 33 Deux synthegraveses Similitudes et diffeacuterences

a) Utilise ce logiciel pour comparer les synthegraveses additive et soustractive

httpwwwostralonet3_animationsswfsynthese_couleursswf

a) Quelles similitudes observes-tu entre les synthegraveses additive et soustractive

________________________________________________________________

d) Et quelles diffeacuterences

_______________________________________________________________

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 3 Que devient la lumiegravere lorsqursquo‛elle traverse un filtre

(corrigeacute)

Activiteacute 31 les lumiegraveres et filtres coloreacutes

Tu as appris lors du dernier cours que lrsquo‛on pouvait ldquoadditionnerrdquo des lumiegraveres coloreacutees

pour obtenir de nouvelles couleurs Nous pouvons modeacuteliser la lumiegravere blanche ainsi

Nous allons deacutecouvrir aujourdrsquo‛hui comment on peut ldquosoustrairerdquo des lumiegraveres coloreacutees

1) Lrsquo‛enseignant a installeacute trois filtres de couleur un rouge un vert un bleu ainsi qursquo‛un

eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-dessous

Image MER

Quelle couleur va-t-on observer sur lrsquo‛eacutecran si lrsquo‛on allume un par un les projecteurs

Remplis le tableau ci-dessous premiegraverement avec tes hypothegraveses concernant la couleur

obtenue sur lrsquo‛eacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Filtre traverseacute par la

lumiegravere blanche

Couleur obtenue ton

hypothegravese

Couleur observeacutee

Filtre bleu bleu

Filtre rouge rouge

Filtre vert vert

2) Selon toi quel est le rocircle du filtre coloreacute

_______________________________________________________________

Un filtre coloreacute ne transmet que les rayons de sa couleur et absorbe les autres

3) Repreacutesente par un scheacutema le passage drsquo‛une lumiegravere blanche agrave travers un filtre rouge

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

4) Et quelle couleur observera-t-on si la lumiegravere blanche passe agrave travers un filtre rouge

puis agrave travers un filtre bleu Formule une hypothegravese puis applique ton modegravele

Hypothegravese __________________________________

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

Activiteacute 32 Qursquo‛obtient-on avec drsquo‛autres filtres

a) Tu disposes maintenant drsquo‛une lampe diffusant de la lumiegravere blanche et de filtres

cyan magenta et jaune Manipule-les les uns apregraves les autres puis en les superposant

pour deacutecouvrir leurs effets sur la lumiegravere blanche

b) A lrsquo‛aide de couleurs et en trsquo‛appuyant sur tes observations scheacutematise ci-dessous

lrsquo‛action des filtres sur une lumiegravere blanche

Pex 1 Magenta 2 Jaune 3 Cyan 4 Rouge 5 Vert 6 Bleu 7 Noir

Activiteacute 33 Deux synthegraveses Similitudes et diffeacuterences

a) Utilise ce logiciel pour comparer les synthegraveses additive et soustractive

httpwwwostralonet3_animationsswfsynthese_couleursswf

a) Quelles similitudes observes-tu entre les synthegraveses additive et soustractive

________________________________________________________________

Les mecircmes triplets de couleurs sont preacutesents dans les deux synthegraveses (RVB - CMJ)

d) Et quelles diffeacuterences

________________________________________________________________

1 Les couleurs primaires de lrsquo‛un sont les couleurs compleacutementaires de lrsquo‛autre

2 Lrsquo‛addition des lumiegraveres coloreacutees rouge verte et bleue donne du blanc la

soustraction totale par des filtres cyan magenta et jaune donne du noir

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 4 Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Rappel

1 Nous pouvons reacutesumer la composition de la lumiegravere blanche aux 3 couleurs primaires le rouge le vert et le bleu Ce sont des couleurs qui ne peuvent pas ecirctre creacuteeacutees Ce sont elles qui composent les autres couleurs Crsquo‛est agrave dire qursquo‛en les meacutelangeant on peut obtenir les autres couleurs le cyan est composeacute du bleu et du vert le magenta est composeacute du bleu et du rouge et le jaune est composeacute du vert et du rouge

Theacuteorie

Le sujet que nous allons traiter aujourdrsquo‛hui concerne la couleur de lrsquo‛objet Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Formule une hypothegravese ____________________________________________

Observe la photo projeteacutee par lrsquo‛enseignant

Que retiens-tu de cette photo _______________________________________________________________ La lumiegravere coloreacutee qui est refleacuteteacutee par un objet correspond agrave la lumiegravere non absorbeacutee

Ici toutes les lumiegraveres coloreacutees sont absorbeacutees sauf le bleu qui lui est refleacuteteacute La couleur propre de lrsquo‛objet sera le bleu

En effet un objet absorbe ou reflegravete diffeacuterentes lumiegraveres coloreacutees Crsquo‛est cette lumiegravere coloreacutee refleacuteteacutee que nous verrons

Activiteacute 41

Reacuteponds agrave ces diffeacuterentes questions dans le tableau ci-dessous De quelle couleur verras-tu cet objet Confronte ton ideacutee avec ton voisin De quelle couleur le vois-tu reacuteellement

Couleur de lrsquo‛objet

Couleur de la lumiegravere

Hypothegravese formuleacutee

Observation

rouge Magenta

cyan Vert

jaune Bleu

Par quel pheacutenomegravene peut-on observer ce changement de couleur ___________________________________

Quelle deacuteductions peux-tu faire _________________________________________________________________

Activiteacute 42

Marche agrave suivre

1 Eacutecris sur une feuille blanche le nom des 2 couleurs que ton enseignant te donne avec la peinture qui y correspond

2 Pendant que ces mots segravechent remplis les colonnes ldquocouleur du mot 1rdquo et ldquocouleur du mot 2rdquo et ldquocouleur de la feuillerdquo agrave la lumiegravere blanche

3 Formule tes hypothegraveses note-les au crayon agrave papier en petit 4 Eacuteclaire tes mots agrave lrsquo‛aide de lumiegraveres coloreacutees 5 Note tes observations

Lumiegravere coloreacutee

Couleur du mot 1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur du mot 2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur de la feuille helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Blanche

Rouge

Verte

Bleue

Magenta

Cyan

Jaune

Activiteacute 43

Tu observes un drapeau eacuteclaireacute par une lumiegravere blanche Puis tu observes ce mecircme drapeau eacuteclaireacute par deux lumiegraveres coloreacutees diffeacuterentes Trouve la lumiegravere coloreacutee utiliseacutee dans chaque cas et justifie ta reacuteponse par la modeacutelisation vue preacuteceacutedemment

Lumiegravere blanche Lumiegravere coloreacutee 1 Lumiegravere coloreacutee 2

De quelle couleur est la premiegravere lumiegravere coloreacutee ___________________________

Modeacutelisation 1

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________

Modeacutelisation 2

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 4 Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur (corrigeacute) Rappel

2 Nous pouvons reacutesumer la composition de la lumiegravere blanche aux 3 couleurs primaires le rouge le vert et le bleu Ce sont des couleurs qui ne peuvent pas ecirctre creacuteeacutees Ce sont elles qui composent les autres couleurs Crsquo‛est agrave dire qursquo‛en les meacutelangeant on peut obtenir les autres couleurs le cyan est composeacute du bleu et du vert le magenta est composeacute du bleu et du rouge et le jaune est composeacute du vert et du rouge

Theacuteorie

Le sujet que nous allons traiter aujourdrsquo‛hui concerne la couleur de lrsquo‛objet Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Formule une hypothegravese ____________________________________________ Projeter cette image elle napparaicirct pas dans le cours de lrsquo‛eacutelegraveve

Que retiens-tu de cette photo _______________________________________________________________ La lumiegravere coloreacutee qui est refleacuteteacutee par un objet correspond agrave la lumiegravere non absorbeacutee

Ici toutes les lumiegraveres coloreacutees sont absorbeacutees sauf le bleu qui lui est refleacuteteacute La couleur propre de lrsquo‛objet sera le bleu

En effet un objet absorbe ou reflegravete diffeacuterentes lumiegraveres coloreacutees Crsquo‛est cette lumiegravere coloreacutee refleacuteteacutee que nous verrons

Activiteacute 41

Reacuteponds agrave ces diffeacuterentes questions dans le tableau ci-dessous De quelle couleur penses-tu que tu verras cet objet Confronte ton ideacutee avec ton voisin De quelle couleur le vois-tu reacuteellement

Couleur de lrsquo‛objet

Couleur de la lumiegravere

Hypothegravese formuleacutee

Observation

rouge Magenta (rouge)

cyan Vert (vert)

jaune Bleu (noir)

Par quel pheacutenomegravene peut-on observer ce changement de couleur ___________________________________ (synthegravese soustractive)

Quelle deacuteductions peux-tu faire (fonctionne comme un filtre) _________________________________________________________________

Activiteacute 42

Marche agrave suivre

6 Eacutecris sur une feuille blanche le nom des 2 couleurs que ton enseignant te donne avec la peinture qui y correspond

7 Pendant que ces mots segravechent remplis les colonnes ldquocouleur du mot 1rdquo et ldquocouleur du mot 2rdquo et ldquocouleur de la feuillerdquo agrave la lumiegravere blanche

8 Formule tes hypothegraveses note-les au crayon agrave papier en petit 9 Eacuteclaire tes mots agrave lrsquo‛aide de lumiegraveres coloreacutees 10 Note tes observations

Lumiegravere coloreacutee

Couleur du mot 1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur du mot 2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur de la feuille helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Blanche

Rouge

Verte

Bleue

Magenta

Cyan

Jaune

Activiteacute 43

Tu observes un drapeau eacuteclaireacute par une lumiegravere blanche Puis tu observes ce mecircme drapeau eacuteclaireacute par deux lumiegraveres coloreacutees diffeacuterentes Trouve la lumiegravere coloreacutee utiliseacutee dans chaque cas et justifie ta reacuteponse par la modeacutelisation vue preacuteceacutedemment

Lumiegravere blanche Lumiegravere coloreacutee 1 Lumiegravere coloreacutee 2

De quelle couleur est la premiegravere lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Bleu)

Modeacutelisation 1

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Vert)

Modeacutelisation 2

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Fiches de synthegravese Les couleurs Activiteacute 2 Reacutesumeacute theacuteorique pour les eacutelegraveves Le modegravele trichromique et la synthegravese additive des couleurs La couleur nrsquo‛existe pas sans lumiegravere et lrsquo‛on peut dire que lrsquo‛on perccediloit le monde gracircce aux meacutelanges de ces couleurs qui correspondent aux diffeacuterentes composantes de la lumiegravere Lorsque lrsquo‛on parle de la perception des couleurs on srsquo‛aperccediloit que seules trois lumiegraveres primaires de couleurs rouge vert et bleu sont neacutecessaires pour obtenir la sensation de toutes les autres couleurs Cette maniegravere de modeacuteliser la perception des couleurs est ce qursquo‛on appelle le modegravele trichromique (lsquorsquo‛trois couleursrsquo‛rsquo‛) Dans cette repreacutesentation toutes les autres lumiegraveres coloreacutees sont perccedilues par superposition des trois lumiegraveres rouge verte et bleue La superposition simultaneacutee et en dosage identique des trois couleurs donne de la lumiegravere blanche Le noir correspond agrave une absence de lumiegravere

Illustration du modegravele

Image MER

Lrsquo‛image montre trois projecteurs de lumiegraveres rouge verte et bleue eacuteclairant une table blanche Si les trois couleurs sont projeteacutees en intensiteacute identique nous obtenons par superposition trois autres couleurs le cyan le magenta et le jaune Les couleurs primaires et les couleurs obtenues sont codeacutees sur lrsquo‛image puis reacutecapituleacutees dans le tableau ci-dessous

Image MER

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Si nous modifions le dosage des couleurs eacuteleacutementaires il est possible drsquo‛obtenir toutes les couleurs imaginables Le pheacutenomegravene de perception des couleurs par superposition des trois couleurs primaires se nomme synthegravese additive les couleurs sont additionneacutees entre elles pour permettre la synthegravese drsquo‛autres couleurs

Drsquo‛ailleurs si lrsquo‛on observe au microscope un eacutecran blanc de smartphone ou drsquo‛ordinateur on remarque qursquo‛il est en fait constitueacute drsquo‛un grand nombre de minuscules rectangles de lumiegraveres rouge verte et bleue (voir image ci-contre) Crsquo‛est justement par un jeu de dosage de chacune de ces lumiegraveres que lrsquo‛on perccediloit les diffeacuterentes couleurs sur nos eacutecrans

Pourquoi un modegravele sur trois couleurs La raison pour laquelle les scientifiques ont construit ce modegravele sur trois couleurs est directement lieacutee agrave la structure de notre œil En effet ce dernier contient des cellules sensibles agrave la lumiegravere que lrsquo‛on appelle cocircnes et bacirctonnets Alors que les bacirctonnets perccediloivent les intensiteacutes de lumiegravere les cocircnes nous permettent de percevoir les couleurs Cependant ils ne sont sensibles qursquo‛agrave certaines composantes de la lumiegravere blanche celles correspondant justement aux couleurs rouge vert et bleu Lorsque lrsquo‛on regarde un objet notre cerveau analyse le dosage de chacune de ces composantes perccedilues par notre œil et en interpregravete ainsi la couleur de lrsquo‛objet

Qursquo‛est-ce que le daltonisme Certaines personnes preacutesentent une anomalie de la vision qui les empecircche de distinguer certaines couleurs Drsquo‛origine geacuteneacutetique ce trouble est ducirc agrave un dysfonctionnement des cocircnes preacutesents dans la reacutetine Bien que la plupart des personnes daltoniennes aient de la peine agrave distinguer le vert du rouge drsquo‛autres ne distinguent pas drsquo‛autres couleurs Dans certaines formes de daltonisme le monde est perccedilu par la personne atteinte en teintes de gris

Sciences naturelles Optique synthegravese soustractive et additive

La synthegravese additive est le proceacutedeacute gracircce

auquel en combinant les couleurs

___________ ___________ et ___________

on obtient du blanc

On la retrouve lorsque lrsquoon meacutelange des

lumiegraveres coloreacutees composeacutees de ces 3 couleurs

diffeacuterentes car les laquo additionner raquo donne la

lumiegravere blanche

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon exploite aujourdrsquohui

pour les teacuteleacuteviseurs ou tout eacutecran composeacute de

pixels

La synthegravese soustractive consiste agrave soustraire

les couleurs de la lumiegravere blanche (RVB) agrave

travers des filtres de couleurs ___________

___________ et ___________ qui absorbent la

totaliteacute des couleurs de la lumiegravere blanche pour

un rendu noir au final (absence de lumiegravere)

Lrsquo __________________ des 3 couleurs donne

le ____________

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon retrouve par exemple en

meacutelangeant de la peinture notamment en

imprimerie

Sciences naturelles Optique les filtres

Qursquoest-shyce qursquoun filtre coloreacute et comment fonctionne-shyt-shyil

Un filtre est un dispositif qui permet de filtrer la lumiegravere de laisser passer certains rayons

lumineux et drsquoen absorber drsquoautres

Pour savoir quelles lumiegravere coloreacutees le filtre laisse passer il faut lrsquoobserver agrave la lumiegravere

blanche

Le filtre laissera alors passer uniquement les rayons lumineux de sa couleur propre

Par exemple

Un filtre vert laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee verte

Un filtre magenta laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee magenta crsquoest agrave dire les rayons rouge et bleu

Pour connaicirctre la lumiegravere coloreacutee qui ldquosortrdquo du filtre il faut donc

deacutecomposer la lumiegravere qui arrive sur ce filtre et en soustraire les

rayons qui sont absorbeacutes par le filtre On se reacutefegravere alors au modegravele de

la synthegravese soustractive

Image httpswww123couleursfrboutique-shy1filtres-shycolorC3A9s

Tableau reacutecapitulatif

Sciences naturelles Optique les filtres

Modeacutelisation

Nous pouvons modeacuteliser lrsquoaction drsquoun filtre

1 Noter la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur le filtre

2 Deacutecomposer la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur filtre et la coder (en RVB)

3 Repreacutesenter le filtre et coder les rayons absorbeacutes par le filtre 4 Prolonger les rayons lumineux coloreacutes que le filtre laisse passer et les coder (en RVB)

5 Noter la lumiegravere coloreacutee qui sort du filtre

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre magenta sur la lumiegravere blanche

Lorsque plusieurs filtres sont superposeacutes ou aligneacutes il faut modeacuteliser lrsquoaction du premier filtre

sur la lumiegravere projeteacutee puis lrsquoaction du deuxiegraveme filtre sur la lumiegravere qui sort du premier filtre

etc

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre cyan puis drsquoun filtre vert sur la lumiegravere jaune

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

De quelle couleur apparaicirctra un objet de couleur eacuteclaireacute par une lumiegravere coloreacutee

Il y 3 cas

1) Un objet de couleur blanche renvoie toutes les couleurs il apparaicirctra de la couleur eacuteclaireacutee

2) Un objet de couleur noire absorbe toutes les couleurs Peu importe la couleur avec laquelle

lrsquoobjet est eacuteclaireacute lrsquoobjet apparaicirct de couleur noire

3) Pour un objet de couleur il suffit de deacutecomposer les couleurs secondaires par exemple

Jrsquoai un objet jaune

Je lui projette une lumiegravere magenta

Or jaune = rouge + vert

et magenta = bleu + rouge

Le rouge est commun au jaune et au magenta donc lrsquoobjet paraicirctra rouge

En revanche si la lumiegravere est bleue comme il nrsquoy a pas de bleu dans le jaune lrsquoobjet paraicirctra

noir

1

Tableau reacutecapitulatif

1 httpscommunitygoodgamestudioscombigfarmfrdiscussion51685langage-shy‐des-shy‐couleurs

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

Modegravele de reacuteponse

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

______

______

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

______

______

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation avec propositions

de reacuteponses)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

(rouge vert bleu Nous percevons les diffeacuterentes couleurs agrave partir de ces trois couleurs) ________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

(Explication relative aux cocircnes et bacirctonnets de lrsquo‛oeil)

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Corrigeacute vert bleu blanc cyan

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________ (vert)

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________ (bleu)

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________ (aucunenoir)

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

(selon modegravele eacutetudieacute)

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

(les deux selon que lrsquo‛on parle de synthegravese additive ou soustractive)

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

Bleu

______

Bleu

______

Noir

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________ (lumiegravere rouge)

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

Noir

______

Rouge

______

Rouge

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

(Bleu)

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

(selon modegravele eacutetudieacute)

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

(Explication citant la synthegravese soustractive et lrsquo‛effet des lumiegraveres coloreacutees

concerneacutees sur le haut du cambrioleur)

Evaluation - Analyse

Ce commentaire comprend les diffeacuterents objectifs eacutevalueacutes ainsi que ce qui est attendu

preacuteciseacutement des eacutelegraveves et les niveaux taxonomiques correspondants

Ce sont des pistes drsquo‛eacutevaluation qui sont ici proposeacutees non une eacutevaluation suivie

Exercice 1

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- Mettre en lien des notions theacuteoriques apprises en cours (cocircnes et

bacirctonnets de lrsquo‛oeil) avec drsquo‛autres (synthegravese additive)

Lrsquo‛eacutevaluation deacutebute par deux questions au niveau taxonomique peu eacuteleveacute La

premiegravere de lrsquo‛ordre de la compreacutehension demande aux eacutelegraveves de restituer une

connaissance de base agrave lrsquo‛aide de leurs propres mots La deuxiegraveme propose de

tester les connaissances theacuteoriques des eacutelegraveves en veacuterifiant que des liens entre

deux notions aient eacuteteacute faits

Exercice 2

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutedire la couleur perccedilue en fonction des meacutelanges de couleurs RVB

- deacutechiffrer un scheacutema et les codes de la repreacutesentation de la trajectoire

des lumiegraveres coloreacutees

Le deuxiegraveme exercice relegraveve du niveau taxonomique de lrsquo‛application car il

neacutecessite une compreacutehension de la maniegravere de repreacutesenter la lumiegravere (scheacutema de

la trajectoire rectiligne codes de couleurs RVB) et drsquo‛appliquer ce modegravele tout en

utilisant les connaissances des couleurs fondamentales et compleacutementaires de la

synthegravese additive

Exercice 3

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet drsquo‛un filtre sur une lumiegravere coloreacutee agrave lrsquo‛aide des codes

propres agrave lrsquo‛optique

Lrsquo‛exercice 3 relegraveve de lrsquo‛application car les eacutelegraveves se reacutefegraverent agrave la modeacutelisation

eacutetablie durant le cours et au diagramme de Venn de la synthegravese soustractive et

les adaptent aux items preacutesenteacutes

Exercice 4

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- mettre en perspective la distinction entre synthegravese additive et

soustractive en terme de lsquorsquo‛naturersquo‛rsquo‛ de la couleur (couleurs matiegraveres vs

couleurs lumiegraveres)

Cet exercice requiert des eacutelegraveves qursquo‛ils mobilisent leur faculteacute drsquo‛analyse (niveau

taxonomique plutocirct eacuteleveacute) pour expliquer les diffeacuterences entre les

repreacutesentations de la couleur en arts visuels et en physique Le but est qursquo‛ils

reconnaissent qursquo‛il srsquo‛agit dans le premier cas de la synthegravese soustractive et dans

le second cas de la synthegravese additive

Exercice 5

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutevoir la couleur perccedilue drsquo‛un objet en fonction des lumiegraveres coloreacutees

projeteacutees et coder le pheacutenomegravene

Les eacutelegraveves appliquent la modeacutelisation drsquo‛une lumiegravere coloreacutee sur un objet coloreacute

pour deacuteterminer la couleur perccedilue du drapeau franccedilais Cette question fait

reacutefeacuterence agrave un niveau taxonomique bas Puis ils trouvent la lumiegravere coloreacutee qui

permet de voir les deux drapeaux preacutesenteacutes de la mecircme couleur Ils trouveront

cette reacuteponse en modeacutelisant les lumiegraveres coloreacutees sur lrsquo‛objet de couleur

Plusieurs scheacutemas sont neacutecessaires pour trouver la reacuteponse Crsquo‛est une question

taxonomiquement haute qui demande aux eacutelegraveves de faire une synthegravese

Exercice 6

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet de la lumiegravere coloreacutee sur un objet et en deacuteduire la

couleur perccedilue

- justifier sa reacuteponse avec des mots en faisant la synthegravese des diffeacuterents

concepts vus dans la seacutequence de cours

Les eacutelegraveves doivent comprendre ce qursquo‛ils lisent et deacuteterminer la couleur propre du

haut du cambrioleur Cette question est taxonomiquement haute elle demande de

lrsquo‛analyse Puis ils justifient leur reacuteponse par le modegravele de lrsquo‛effet de la lumiegravere

coloreacutee sur un objet Cette question est drsquo‛un niveau taxonomique infeacuterieur

drsquo‛application Finalement ils deacuteterminent pourquoi la description de la jeune fille

ne correspond pas agrave la couleur propre en faisant le lien avec la synthegravese

soustractive demandant un niveau taxonomiquement tregraves eacuteleveacute la synthegravese

Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

4 Argumentation scientifique Nous avons choisi de construire notre seacutequence de cours de maniegravere agrave ce qursquoelle srsquoinscrive dans une deacutemarche constructiviste de type piageacutetienne Dans cette deacutemarche lrsquoenseignant anticipe les conceptions erroneacutees que les eacutelegraveves peuvent avoir puis eacutetablit une situation-shyproblegraveme permettant ideacutealement de deacuteconstruire ces repreacutesentations incomplegravetes puis finalement drsquoen construire de nouvelles plus justes Dans ce qui suit nous allons deacutefinir ces diffeacuterents concepts mis en eacutevidence puis expliciter la maniegravere dont nous les avons pris en compte dans notre planification

41 Les conceptions des eacutelegraveves et les situations-shyproblegravemes

411 Deacutefinitions Conception Selon Giordan et al (1994) une conception ou repreacutesentation peut ecirctre consideacutereacutee comme une ideacutee un objet ou un eacutevegravenement qui aide lrsquoeacutelegraveve agrave comprendre le monde qui lrsquoentoure Elle est le fruit de son expeacuterience personnelle dans laquelle il va puiser pour comprendre les nouveaux savoirs que lrsquoon va chercher agrave lui inculquer Elle peut ecirctre consideacutereacutee comme une connaissance ldquodeacutejagrave-shylagraverdquo acquise dans un certain contexte par lrsquoapprenant et qui peut ecirctre correcte ou erroneacutee Les mauvaises conceptions (ou misconception en anglais) peuvent donc ecirctre deacutecrites comme des ideacutees qui proviennent drsquoune mauvaise compreacutehension drsquoobjets ou eacutevegravenements Elles sont issues principalement de lrsquoenvironnement avec lequel lrsquoeacutelegraveve interagit et du contexte dans lequel il se situe mais elles deacutecoulent eacutegalement des systegravemes seacutemiotiques mis en oeuvre Ces derniers sont abordeacutes plus en deacutetail dans ce qui suit Seacutemiologie En seacutemiologie (lrsquoeacutetude des systegravemes de signes) une repreacutesentation (ou un signe) est double elle est doteacutee drsquoun signifiant et drsquoun signifieacute (de Saussure 1916) Le signifiant qui fait lrsquoobjet de la seacutemiologie deacutesigne la forme et laspect du signe tandis que le signifieacute eacutetudieacute dans le cadre de la seacutemantique deacutesigne le concept eacutevoqueacute par le signe A partir du moment ougrave le signe possegravede plusieurs signifieacutes il devient symbole et crsquoest ainsi que les incompreacutehensions peuvent survenir Selon R Duval (1995) le concept de laquo registre seacutemiotique raquo permet de distinguer les repreacutesentations qui relegravevent de diffeacuterents registres ou types visuels numeacuteriques graphiques symboliques formels scheacutematiques etc En didactique ce concept est fondamental car les diffeacuterences de registre au sein drsquoune mecircme repreacutesentation ou drsquoun

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

modegravele peut induire des difficulteacutes de lecture Ils risquent drsquoajouter des difficulteacutes suppleacutementaires en empecircchant les eacutelegraveves de se focaliser sur le problegraveme poseacute par lrsquoactiviteacute et les menant agrave formuler des conclusions diffeacuterentes de celles attendues par lrsquoenseignant Crsquoest pour cela qursquoun choix pertinent de registre seacutemiotique facilite la compreacutehension du concept introduit Dans notre cours un exemple typique que nous pouvons donner est la forte ressemblance des diagrammes de Venn pour les synthegraveses additive et soustractive Dans les deux modegraveles les diagrammes sont communeacutement scheacutematiseacutes sous forme circulaire De plus bien que inverseacutees au niveau de leurs superpositions les mecircmes couleurs sont repreacutesenteacutees dans les deux diagrammes Ces similitudes peuvent rendre la diffeacuterenciation complexe pour les eacutelegraveves Crsquoest pourquoi nous avons estimeacute important drsquoapporter un changement agrave la repreacutesentation de ces diagrammes Ainsi dans lrsquoune de nos fiches de synthegravese nous avons preacutefeacutereacute utiliser des formes rectangulaires plutocirct que circulaires pour repreacutesenter la synthegravese soustractive car cette forme eacutevoque plus fortement le filtre et ainsi lrsquoabsorption de la lumiegravere Cadre de rationaliteacute origine des conceptions En srsquoappuyant sur les travaux de R Douady (1984) A Lerouge (1992) deacutefinit laquo un cadre de rationaliteacuteraquo comme laquoun ensemble coheacuterent de fonctionnement de la penseacuteeraquo caracteacuteriseacute principalement par les composantes suivantes

1 Les objets du cadre dans notre cas il peut srsquoagir de peinture de feuille de papier de lampes de poche de filtres etc

2 Le type de processus de conceptualisation Dans un cadre scientifique il peut srsquoagir drsquoun processus par modeacutelisation ou par expeacuterimentation par exemple

3 Les registres seacutemiotiques que nous avons traiteacutes plus haut Les conceptions des eacutelegraveves et les conflits de perceptions en reacutesultant sont issus des diffeacuterents cadres de rationaliteacute dans lesquels ils eacutevoluent Ce sont les cadres familiers (personnel) et culturels (eacutecole) qui sont responsable de ces conceptions et repreacutesentations mentales tantocirct concourantes tantocirct inexistantes voire erroneacutees Elles se manifestent principalement agrave travers la seacutemiotique Les eacutelegraveves eacuteprouvent de la difficulteacute agrave repreacutesenter des objets issus de registres seacutemiotiques diffeacuterents ou encore agrave simplement les reconnaicirctre Dans le contexte de notre seacutequence sur les couleurs ces cadres de rationaliteacute sont centraux En effet crsquoest dans son quotidien et donc dans son cadre familier que lrsquoeacutelegraveve va deacutecouvrir la notion de couleur notamment par le biais de la peinture ou drsquoobservation drsquoarc-shyen-shyciel Cette deacutecouverte qui a souvent lieu tregraves tocirct dans la vie de lrsquoenfant ne fera pourtant pas pour autant lrsquoobjet de questionnement sur le pheacutenomegravene de perception des couleurs La notion de cadre culturel ou scolaire quand agrave elle peut ecirctre eacutetendue dans notre cas agrave deux sous-shycateacutegories de cadres culturels diffeacuterents qui vont ecirctre agrave lrsquoorigine de conceptions erroneacutees ou incomplegravetes Premiegraverement il y a le cadre que nous appelons laquo arts visuelsraquo et qui a ses propres regravegles de rationaliteacutes Les cours de dessin ou drsquoactiviteacutes creacuteatrices en sont de parfaits exemples car crsquoest dans ce cadre que les eacutelegraveves vont premiegraverement aborder la

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

theacutematique des couleurs primaires et de leurs meacutelanges Mais cette theacutematique est eacutegalement abordeacutee dans le cadre laquophysiqueraquo agrave travers les expeacuteriences de deacutecomposition de la lumiegravere ou de superposition de lumiegraveres coloreacutees Ainsi nous retrouvons trois cadres de rationaliteacute concourants (familier physique arts visuels) dans lesquels les eacutelegraveves eacutevoluent et qui engendrent indubitablement des conceptions erroneacutees sur la lumiegravere et les couleurs puisque les eacutelegraveves ne sont pas ameneacutes agrave les diffeacuterencier dans chacun des cadres Et comme la communication entre les diffeacuterents cadres nrsquoest pas eacutetablie le lien agrave faire entre les diffeacuterentes conceptions issues de ces cadres est agrave la charge de lrsquoeacutelegraveve ce qui repreacutesente une lourde responsabiliteacute dans son apprentissage Astolfi (2008) appelle eacutegalement ces conceptions issues de diffeacuterents cadres des ldquotrames conceptuelles rdquoqui peuvent ecirctre deacutefinies comme ldquoun ensemble de concepts-shycleacutes propres agrave un domaine et logiquement hieacuterarchiseacutes entre eux qui structurent les disciplines et engendrent des situations-shyproblegravemesrdquo Mais encore on verra eacutemerger des problegravemes de contrat didactique dans chacun des cadres lrsquoeacutelegraveve va tenter de donner une reacuteponse qui va satisfaire lrsquoenseignant sans pour autant ecirctre ameneacute agrave confronter ses conceptions

Situation-shyproblegraveme Pour de Vecchi (2006) une situation-shyproblegraveme est une activiteacute qui consiste agrave mettre lrsquoeacutelegraveve dans une situation ougrave il va ecirctre ameneacute agrave eacutelaborer des strateacutegies de reacutesolution de problegraveme Lrsquoun des points cleacutes des situations-shyproblegravemes est qursquoelles eacutetablissent un lien eacutetroit entre les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves En drsquoautres termes une situation-shyproblegraveme est construite de telle sorte que les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave remettre en question des repreacutesentations actuelles qui srsquoavegraverent erroneacutees agrave les deacuteconstruire pour en construire de nouvelles Ainsi dans une deacutemarche de type constructiviste lrsquoeacutelegraveve construit son savoir en renversant ses anciennes conceptions Une situation-shyproblegraveme nrsquoest donc pas une deacutemarche ponctuelle dans laquelle lrsquoeacutelegraveve devra reacutesoudre une liste drsquoexercices teacuteleacuteguideacutee par lrsquoenseignant Ce qui justifie lrsquoefficaciteacute des situations problegravemes est qursquo laquoapprendreraquo ne consiste pas agrave cumuler les savoirs mais agrave en construire et agrave en deacuteconstruire

Une situation-shyproblegraveme doit comprendre plusieurs eacuteleacutements

-shy Un objectif-shyobstacle Pour Meirieu (1987) un objectif-shyobstacle est ldquoun objectif dont lrsquoacquisition permet au sujet de franchir un palier deacutecisif de progression en modifiant son systegraveme de repreacutesentation et en le faisant acceacuteder un niveau supeacuterieur de formulation rdquo Dans notre cas lrsquoeacutelegraveve pense que tous les meacutelanges de 3 couleurs primaires (de peinture ou de lumiegravere) vont donner le mecircme reacutesultat La distinction entre synthegraveses additive et soustractive nrsquoest pas connue des eacutelegraveves De plus projeter de la lumiegravere monochromatique sur un objet drsquoune certaine couleur ne donne pas toujours la mecircme couleur Lrsquoexemple avec le drapeau (activiteacute 4) est parlant

-shy Une situation centreacutee sur cet obstacle prenant en compte une deacutemarche expeacuterimentale ou une deacutemarche de modeacutelisation Dans notre cours les deux deacutemarches sont mises en oeuvre mais notre deacutemarche principale est la modeacutelisation Les eacutelegraveves vont effectivement ecirctre ameneacutes agrave eacutemettre des hypothegraveses manipuler reacutecolter des reacutesultats et les confronter agrave

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leurs hypothegraveses mais il srsquoagit surtout drsquoune deacutemarche de modeacutelisation car les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave creacuteer des scheacutemas dans plusieurs exercices

-shy Une probleacutematisation et la deacutevolution on probleacutematise la conception erroneacutee en introduisant une situation-shyproblegraveme crsquoest-shyagrave-shydire qursquoon construit un problegraveme centreacute sur lrsquoobstacle La surprise face agrave une situation incoheacuterente va intriguer lrsquoeacutelegraveve exciter sa motivation et le pousser agrave vouloir srsquoimpliquer dans le problegraveme ce qui va aider sa deacutevolution Brousseau (1998) qualifie la notion de deacutevolution par le ldquo processus par lequel lenseignant parvient agrave placer leacutelegraveve comme simple actant dans une situation a-shydidactique (agrave modegravele non didactique) Il cherche par lagrave agrave ce que lrsquoaction de lrsquoeacutelegraveve ne soit produite et justifieacutee que par les neacutecessiteacutes du milieu et par ses connaissances et non par lrsquointerpreacutetation des proceacutedeacutes didactiques du professeurrdquo Pour enrocircler les eacutelegraveves et les aider agrave identifier la probleacutematique en met on place une situation deacuteclenchante Dans notre cas lrsquoexemple avec le meacutelange de peinture et de lumiegraveres coloreacutees est un parfait exemple de situation deacuteclenchante car les eacutelegraveves ne sattendent probablement pas par exemple agrave ce que le meacutelange de vert et bleu donne du cyan ou encore qursquoon perccediloive un citron noir lorsque lrsquoon projette de la lumiegravere bleue sur ce celui-shyci

412 La prise en compte des conceptions des eacutelegraveves dans notre seacutequence La theacutematique de la lumiegravere et des couleurs est complexe et comprend de nombreux concepts difficiles agrave assimiler En effet bon nombre de personnes ont des repreacutesentations erroneacutees qui peuvent rester profondeacutement ancreacutees Parmi les conceptions erroneacutees les plus communes on retrouve selon le site internet des MER

La lumiegravere blanche est sans couleur pure quand la lumiegravere blanche passe dans un prisme ou traverse un filtre de la couleur lui est ajouteacutee

La lumiegravere blanche nous permet de voir la vraie couleur des objets laquoMa feuille est blanche parce que je nai pas ajouteacute dautres couleurs agrave celle-shyciraquo

Les couleurs sont lieacutees agrave des proprieacuteteacutes de lrsquoobjet exclusivement sans reacutefeacuterence agrave la lumiegravere qui eacuteclaire lrsquoobjet Ne dit-shyon pas quun pull est rouge

Confusion entre les couleurs primaires en couleur peinture et en couleur lumiegravere

Dans notre planification nous avons anticipeacute ces conceptions et avons construit notre cours de maniegravere agrave ce qursquoelles soient mises en eacutevidence le plus tocirct possible afin de tenter de les deacuteconstruire agrave travers nos activiteacutes

Ainsi degraves deacutebut de lrsquoactiviteacute 2 les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave une situation-shyproblegraveme dans laquelle ils comprennent qursquoil existe une contradiction entre leur conception de deacutepart sur les meacutelanges de couleurs (issue de leurs cadres de rationaliteacute familier et scolaire lsquorsquoart visuelrsquorsquo) et leurs observations (nouveau cadre lsquorsquophysiquersquorsquo) Crsquoest sur la base de ce conflit cognitif que les diffeacuterentes notions de la seacutequence pourront ecirctre abordeacutees Les autres conceptions sont mises en eacutevidence puis deacuteconstruites agrave travers les diffeacuterentes activiteacutes Par exemple les

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activiteacutes du chapitre 3 permettent de montrer que la lumiegravere blanche nrsquoest pas pure mais qursquoelle est composeacutee de toutes les couleurs et ce gracircce agrave lrsquoobservation des objets agrave la lumiegravere blanche puis agrave travers un filtre

De plus lrsquoactiviteacute 3 srsquoarticule autour drsquoune conception erroneacutee repeacutereacutee dans certaines classes Bon nombre drsquoeacutelegraveves eacutetaient persuadeacutes qursquoun filtre ne laissait pas passer les lumiegraveres de sa couleur propre car crsquoest la couleur dont est perccedilue le filtre Un conflit cognitif est alors provoqueacute afin de deacuteconstruire cette conception les eacutelegraveves observent que la lumiegravere coloreacutee nrsquoest pas absorbeacutee par le filtre mais qursquoelle se propage bien jusqursquoagrave lrsquoeacutecran blanc

En introduction de lrsquoactiviteacute 4 une nouvelle situation-shyproblegraveme est preacutesenteacutee par le biais drsquoune image montrant que la couleur drsquoun objet peut varier en fonction de la lumiegravere coloreacutee par laquelle il est eacuteclaireacute Elle servira agrave provoquer un conflit cognitif chez les eacutelegraveves car cette situation intervient apregraves une phase drsquohypothegravese reacutepondant agrave la question suivante un objet peut-shyil avoir diffeacuterentes couleurs La reacuteponse donneacutee par lrsquoimage contredira probablement lrsquohypothegravese preacuteceacutedemment formuleacutee et devrait susciter de la curiositeacute chez lrsquoeacutelegraveve et lui donner lrsquoenvie de comprendre le pheacutenomegravene Nous deacutemontrons ensuite tout au long de lrsquoactiviteacute 4 sur les lumiegraveres coloreacutees que crsquoest le pheacutenomegravene drsquoabsorption et de reacuteflection de la lumiegravere qui nous permet de voir la couleur des objets et non pas la lumiegravere blanche Crsquoest donc par le biais de ces deacuteconstructions successives de conceptions que lrsquoenseignant peut guider les eacutelegraveves sur la voie de la reacutesolution du problegraveme de lrsquoorigine de ces contradictions dans le but drsquoeacutetablir le lien entre les diffeacuterents cadres de rationaliteacute

42 Modeacutelisation

421 Deacutefinition

Un modegravele est communeacutement deacutefini comme un objet ou un concept qui va permettre de repreacutesenter la reacutealiteacute de diffeacuterentes maniegraveres Bunge (1974) ou encore Martinand (1994) le deacutefinissent eacutegalement comme un moyen permettant de mettre en relation le monde theacuteorique avec le monde empirique Il peut ecirctre consideacutereacute en quelque sorte comme un monde intermeacutediaire ou une sorte de lunette conceptuelle (Halloun 2004) qui va permettre drsquoobserver des pheacutenomegravenes naturels Un modegravele ne constitue pas la reacutealiteacute mais la repreacutesente en simplifiant certains de ses aspects ce qui peut causer des conflits pour les repreacutesentations cognitives chez lrsquoeacutelegraveve

422 La modeacutelisation dans notre seacutequence Dans notre planification la modeacutelisation est centrale afin de conceptualiser des pheacutenomegravenes complexes comme la composition de la lumiegravere et la perception des couleurs Elle est lrsquooutil qui permet drsquoamener les eacutelegraveves agrave se faccedilonner une repreacutesentation de la deacutecomposition de la lumiegravere blanche de labsorption de la lumiegravere agrave travers les filtres et des synthegraveses additive et soustractive des couleurs

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De plus elle constitue un objectif de formation meacutethodologique qui va de pair avec toute formation scientifique Crsquoest pourquoi nous avons inclus la modeacutelisation dans les objectifs drsquoapprentissage Dans la terminologie du PER la modeacutelisation correspond agrave lrsquoobjectif geacuteneacuteral MSN37

bull MSN 1525 mdash Modeacuteliser des pheacutenomegravenes naturels techniques sociaux ou des situations matheacutematiques

bull en imaginant et en utilisant divers outils de repreacutesentation (codes scheacutemas graphiques tableauxhellip)

Lrsquoactiviteacute 2 propose aux eacutelegraveves de reporter les couleurs observeacutees sur trois cercles superposeacutes En les coloriant les eacutelegraveves reacutealisent en reacutealiteacute une forme simple de modeacutelisation par un diagramme de Venn de la synthegravese additive Il nous a sembleacute pertinent drsquointroduire ce scheacutema de cette maniegravere car ainsi les eacutelegraveves comprennent reacuteellement qursquoil correspond agrave la lumiegravere projeteacutee et superposeacutee sur un eacutecran En derniegravere partie drsquoactiviteacute les eacutelegraveves se familiarisent avec un logiciel de modeacutelisation de la synthegravese additive 3

Lrsquoutilisation drsquoun modegravele dans ce cas est indispensable pour des raisons pratiques Il serait en effet tregraves difficile de faire des observations similaires avec un dispositif reacuteel constitueacute de projecteurs et drsquoun eacutecran comme dans la premiegravere partie drsquoactiviteacute Nous avons veilleacute agrave choisir un logiciel simple drsquousage sur lequel seules deux manipulations sont possibles allumereacuteteindre les projecteurs et varier leurs intensiteacutes Ainsi il est possible pour les eacutelegraveves de faire rapidement et sans difficulteacutes de lrsquoordre du registre seacutemiotique la deacuteduction attendue les diffeacuterentes couleurs srsquoobtiennent par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

Dans lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves sont ameneacutes agrave modeacuteliser lrsquoeffet drsquoun filtre sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee Ils ancrent ainsi le fonctionnement drsquoun filtre dans leur apprentissage et deacuteveloppent une meacutethodologie systeacutematique dans la reacutesolution de problegravemes mettant en scegravene des filtres Gracircce au modegravele deacuteveloppeacute les eacutelegraveves deacuteconstruisent deacutefinitivement leur eacuteventuelle conception erroneacutee selon laquelle un filtre absorberait sa propre couleur Lrsquoactiviteacute 43 a pour but que les eacutelegraveves modeacutelisent les pheacutenomegravenes de reacutefraction et drsquoabsorption en justifiant leur reacuteponse par un modegravele de reacuteponse Ce dernier comprend les couleurs RVB qui se reflegravetent ou qui sont absorbeacutees par une surface Ainsi lrsquoeacutelegraveve peut trouver une meacutethode systeacutematique de reacuteponse en testant les diffeacuterentes couleurs Gracircce agrave cette modeacutelisation et agrave celle de lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves comprennent que les fonctionnements des filtres et des lumiegraveres coloreacutees sont fondeacutes sur le mecircme principe

3(httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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43 Deacutemarche expeacuterimentale

431 Deacutefinition Pour de Vecchi il est important de ne pas confondre les notions lieacutees agrave lrsquoexpeacuterimental qui sont les suivantes

-shy Une deacutemarche scientifique nrsquoest pas exclusive au domaine des sciences expeacuterimentales mais peut aussi ecirctre mobiliseacutee dans les sciences humaines socialeshellip Elle utilise drsquoautres outils que lrsquoexpeacuterimentale Toute recherche digne de ce nom est de nature scientifique

-shy La meacutethode expeacuterimentale eacutequivaut plutocirct agrave un plan agrave suivre un mode drsquoemploi ou agrave une marche agrave suivre qui suit un ordre strict que lrsquoon peut aussi appeler protocole Par exemple parmi les plus ceacutelegravebres protocoles nous retrouvons celui de Claude Bernard (1865) que lrsquoon abregravege par les initiales OHERIC qui correspondent agrave observation hypothegravese expeacuterience reacutesultats interpreacutetation et conclusion De maniegravere geacuteneacuterale il srsquoagit du protocole caricatural que lrsquoon emploie le plus souvent dans les salles de classes

-shy Une deacutemarche expeacuterimentale est une approche plus reacutealiste moins stricte et integravegre

une approche plus tacirctonnante Il nrsquoest pas constitueacute drsquoeacutetapes preacutedeacutetermineacutees et est donc moins affecteacutee par les directives de lrsquoenseignant Il peut donc laisser des liberteacutes dans la maniegravere de reacutesoudre le problegraveme

432 La deacutemarche expeacuterimentale dans notre seacutequence Dans notre seacutequence la meacutethode expeacuterimentale est preacutesente de maniegravere partielle du scheacutema caricatural OHERIC nous nous inteacuteressons en particulier aux phases drsquoobservation et drsquoeacutemission drsquohypothegraveses Crsquoest pourquoi nous parlons donc plutocirct de ldquodeacutemarche expeacuterimentalerdquo En effet tout au long des diffeacuterentes activiteacutes il est reacuteguliegraverement demandeacute aux eacutelegraveves de formuler une hypothegravese agrave partir de leurs connaissances au preacutealable puis de faire de nouvelles observations en contexte expeacuterimental Crsquoest sur la base de ces derniegraveres qursquoils pourront reacutealiser leurs deacuteductions sur le pheacutenomegravene en question et construire de nouvelles conceptions Dans lrsquoactiviteacute 2 ce type de deacutemarche est central pour la creacuteation de la premiegravere situation-shyproblegraveme Par la suite la deacutemarche permet de guider les eacutelegraveves dans le processus de deacuteduction du fonctionnement geacuteneacuteral des diffeacuterents pheacutenomegravenes Dans lrsquoactiviteacute 41 par exemple les pheacutenomegravenes agrave deacuteduire sont la synthegravese soustractive et le fonctionnement de la lumiegravere coloreacutee Lrsquoemploi drsquoobjets familiers permet un ancrage dans le quotidien

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Dans lrsquoactiviteacute 3 lrsquoeacutetude de lrsquoeffet des filtres constitue agrave son tour un deacutemarche expeacuterimentale En effet les eacutelegraveves doivent tout drsquoabord eacutemettre leurs hypothegraveses puis les veacuterifient par lrsquoexpeacuterimentation et ses reacutesultats provoquant probablement un conflit cognitif avant drsquoen conclure lrsquoeffet drsquoun filtre Dans lrsquoactiviteacute 42 nous retrouvons toujours le mecircme principe de deacutemarche expeacuterimentale Les eacutelegraveves formulent des hypothegraveses sur la couleur perccedilue de diffeacuterents mots coloreacutes eacuteclaireacutes par une lumiegravere coloreacutee puis les veacuterifient lors de la phase drsquoobservation La confrontation entre leurs attentes lieacutees agrave leurs conceptions et la reacutealiteacute creacutee le conflit cognitif rechercheacute

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5 Conclusion Pour seacutelectionner notre thegraveme et eacutelaborer notre seacutequence nous nous sommes fondeacutes sur les objectifs du PER et crsquoest sur lrsquooptique que notre choix srsquoest porteacute Le savoir savant auquel nous nous sommes reacutefeacutereacutes comprend principalement des concepts lieacutes agrave la lumiegravere tels que les photons les ondes eacutelectromagneacutetiques ainsi que les spectres drsquoeacutemission et drsquoabsorption Nous avons transposeacute ce savoir en un savoir enseignable par le biais drsquoun travail de contextualisation et de reacuteadaptation Nous avons eacuteteacute ameneacutes agrave remplacer des modegraveles scientifiques (par exemple les modegraveles de synthegraveses additive et soustractive) par des modegraveles accessibles agrave un niveau scolaire et agrave changer les conditions drsquoeacutemergence des problegravemes Ainsi notre travail de transposition consistait agrave montrer aux eacutelegraveves la partie eacutemergeacutee de lrsquoiceberg du concept de couleur le reacutesultat apparent plutocirct que lrsquoorigine eacutelectromagneacutetique Tout au long de la seacutequence et par le biais de situations-shyproblegravemes et de diffeacuterentes eacutetapes de reacutesolution des activiteacutes les eacutelegraveves ont eacuteteacute guideacutes dans le processus de construction de leur apprentissage En nous focalisant sur les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves nous avons eacutelaboreacute nos exercices de maniegravere agrave proposer des situations deacuteclenchantes afin de faciliter le transfert de la responsabiliteacute de la reacutesolution des problegravemes aux eacutelegraveves Cette derniegravere srsquoeffectue par des deacutemarches drsquoexpeacuterimentation mais surtout de modeacutelisation

Dans notre sceacutenario les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave deux types de donneacutees theacuteoriques et empiriques Drsquoune part ils ont agrave disposition deux theacuteories principales la premiegravere est que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs de lrsquoarc-shyen-shyciel tandis que la seconde deacutecrit l a maniegravere dont la couleur drsquoun objet deacutepend des couleurs qursquoil va absorber Drsquoautre part ils disposent de donneacutees empiriques qursquoils sont ameneacutes agrave reacutecolter en superposant des lumiegraveres de diffeacuterentes couleurs en meacutelangeant de la peinture et en projetant de la lumiegravere coloreacutee sur diffeacuterents objets coloreacutes Dans le cadre drsquoune deacutemarche drsquoexpeacuterimentation ils ont eacutemis des hypothegraveses observeacute manipuleacute du mateacuteriel utiliseacute des appliquettes en ligne et veacuterifieacute leurs reacutesultats Crsquoest ainsi les modegraveles que nous avons preacutesenteacutes et que les eacutelegraveves ont eacutelaboreacutes vont ecirctre des ponts qui vont relier le monde theacuteorique et le monde empirique Par ailleurs nous avons eacuteteacute attentifs agrave la seacutemiotique lors de nos choix des repreacutesentations utiliseacutees nous nous sommes reacutefeacutereacutes agrave la notion de registre seacutemiotique afin drsquoeacutelaborer des scheacutemas nrsquoengendrant pas de difficulteacutes de lecture chez les eacutelegraveves

Nous avons analyseacute lrsquoorigine des conceptions erroneacutees et avons remarqueacute qursquoelles eacutetaient principalement dues agrave des repreacutesentations concourantes engendreacutees par les diffeacuterents contextes et cadres de rationaliteacutes dans lesquelles les eacutelegraveves eacutevoluent Notre sceacutenario permet aux eacutelegraveves drsquoeacutetablir des liens entre ces diffeacuterents cadres et de construire une nouvelle repreacutesentation de la couleur celle drsquoun objet de la physique

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6 Bibliographie

Astolfi J Ginsburger-shyVogel Y amp Toussaint J (2008) Mots-shycleacutes de la didactique des sciences De Boeck Supeacuterieur Beaufils D Ramage M-shyJ DidaScO (2004) Simulation informatique et enseignement de la physique regards didactiques Universiteacute Paris-shySud Centre scientifique drsquoOrsay -shy 91405 Orsay Cedex Brahic A Grenier I ( 2008) Lumiegraveres deacutetoiles les couleurs invisibles Odile Jacob Brousseau G (1998) Glossaire de quelques concepts de la theacuteorie des situations didactiques en matheacutematiques DAEST-shy Faculteacute des Sciences de lHomme-shyUniversiteacute Victor Segalen Bordeaux 2 Bunge M (1975) Philosophie de la physique Paris France Editions du Seuil Chevallard Y amp Johsua M-shyA (1986) Transposition didactique  Du savoir savant au savoir enseigneacute -shy Un exemple drsquoanalyse de la transposition didactique Penseacutee sauvage Chevallard Y A du texte Chevallard Y A du texte Chevallard Y amp Johsua M-shyA A du texte (1991) La transposition didactique  du savoir savant au savoir enseigneacute Suivi de Un exemple de la transposition didactique ([2e eacuted revue et augm]) Yves Chevallard  Yves Chevallard et Marie-shyAlberte Johsua [texte imprimeacute] Retrieved October 19 2016 de Vecchi G (2006) Enseigner lrsquoexpeacuterimental en classe  Pour une veacuteritable eacuteducation scientifique Hachette Editions (p 221-shy229) de Vecchi G (2006) Enseigner lrsquoexpeacuterimental en classe  Pour une veacuteritable eacuteducation scientifique Hachette Editions (p 55 -shy65) de Saussure F (2005) Cours de linguistique geacuteneacuterale Arbres drsquoOr Develay M (1987) A propos de la transposition didactique en sciences biologiques Aster [ISSN 0297-shy9373] 1987 Ndeg 4 p 119 Duval R (1988) Eacutecarts seacutemantiques et coheacuterence matheacutematique introduction aux problegravemes de congruences in Annales de Didactique et de Sciences Cognitives de lIREM de Strasbourg Giordan A Girault Y et Clement P (1994) Conceptions et connaissance Peter Lang Halloun I A (2004) Modeling theory in science education Dordrecht Holland Kluwer Academic Publishers Kane J Sternheim M (1989) Cours QCM exemple et exercices corrigeacutes -shy 1er cycle Licence PCEM PCEP Physique 3egraveme eacutedition revue par Philipe Ghosez Maryse Hoebeke et Gabriel Llabreacutes DUNOD Lerouge A (1992) Repreacutesentation carteacutesienne rationaliteacute matheacutematique et rationaliteacute du quotidien chez des eacutelegraveves de collegravege Thegravese de doctorat Universiteacute Montpellier II Malafosse D Lerouge A Dusseau J-shyM (2000) Notions de registre et de cadre de rationaliteacute en inter-shydidactique des matheacutematiques et de la physiqu e Treacutema Martinand J-shyL (nd) Introduction agrave la modeacutelisation In Actes du seacuteminaire de didactique des disciplines technologiques Cachan (p 126ndash138)

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Meirieu P Avanzin Gi (1987) Apprendre oui mais comment Edition ESF Verret M (1975) Le temps des eacutetudes (Vols 1ndash2) Lille France Atelier Reproduction des thegraveses

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Page 22: Physique Optique Lescouleurs · Sciences naturelles Les couleurs 10 11 Harmos 1.Introduction Comme nous allons le détailler dans le chapitre 4, les conceptions erronées des élèves

d) A lrsquoaide de couleurs scheacutematise ci-shydessous les superpositions observeacutees sur lrsquoeacutecran

blanc

Activiteacute 23 Et comment obtenir drsquo‛autres couleurs 1) Tu as vu lors de lrsquoactiviteacute preacuteceacutedente que si lrsquoon superpose trois lumiegraveres de couleurs

RVB on perccediloit du blanc Mais de quelle maniegravere peut-shyon percevoir nrsquoimporte quelle

autre couleur

Familiarise-shytoi avec le logiciel en ligne suivant

httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additive

htm

Puis reacuteponds aux questions suivantes

Par quelles manipulations obtiens-shytu du orange

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du rose

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du vert olive

______________________________________________________________________

Que constates-shytu

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

2) Chaque groupe a agrave sa disposition une loupe binoculaire Deacutepose un smartphone

allumeacute eacutecran vers le haut sous lrsquoobjectif Vise une zone blanche de lrsquoeacutecran puis regravegle la

netteteacute Qursquoobserves-shytu

Observations

Comment expliques-shytu ce pheacutenomegravene

Documents des eacutelegraveves Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs Chapitre 2 Couleurs peintures couleurs lumiegraveres (corrigeacute) Activiteacute 21 1) Tu as agrave disposition des pinceaux et de la peinture Tu te

souviens peut-shyecirctre de tes cours drsquoarts visuels qursquoil existe des

couleurs primaires qui permettent par leur meacutelange drsquoobtenir

drsquoautres couleurs Mais elles-shymecircmes ne srsquoobtiennent par aucun

meacutelange Te souviens-shytu des combinaisons de couleurs qursquoil faut

meacutelanger pour obtenir une couleur souhaiteacutee

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du vert

__________________________________________

Image httpsfrdreamstimecom Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du rouge

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du bleu

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du noir

__________________________________________

Activiteacute 22 Lrsquoenseignant a installeacute trois projecteurs de couleur un rouge un vert un bleu ainsi

qursquoun eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-shydessous

Image MER

Quelle couleur va-shyt-shyon observer sur lrsquoeacutecran si lrsquoon allume deux par deux les projecteurs

et que lrsquoon superpose leurs lumiegraveres Et si lrsquoon allume les trois projecteurs Remplis le

tableau ci-shydessous drsquoabord avec tes hypothegraveses concernant la couleur obtenue sur

lrsquoeacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Meacutelange de lumiegraveres Couleur obtenue ton hypothegravese

Couleur observeacutee

vert et bleu (cyan)

vert et rouge (jaune)

bleu et rouge (magenta)

vert bleu et rouge (blanc)

a) Quelles diffeacuterences constates-shytu entre les meacutelanges de lrsquoactiviteacute 1 et ceux de lrsquoactiviteacute

2

______________________________________________________________________

Les couleurs obtenues ne sont pas les mecircmes qursquoen peinture

b) Qursquoa-shyt-shyon meacutelangeacute dans chaque cas

______________________________________________________________________

Dans le premier cas on a de la matiegravere (de la peinture) dans le deuxiegraveme cas on a de la

lumiegravere

c) Le reacutesultat du meacutelange des lumiegraveres verte bleue et rouge te rappelle-shyt-shyil quelque

chose Que peux-shytu en deacuteduire

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

Le fait que la lumiegravere blanche est composeacutee de lrsquoensemble des couleurs (cf expeacuterience

du prisme) Ici lrsquoexpeacuterience concerne la superposition de lumiegraveres coloreacutees et on observe

que lrsquoaddition des lumiegraveres rouge verte et bleue donne du blanc Cela srsquoappelle le modegravele trichromique

d) A lrsquoaide de couleurs scheacutematise ci-shydessous les superpositions observeacutees sur lrsquoeacutecran

blanc

Activiteacute 23 Et comment obtenir drsquo‛autres couleurs 1) Tu as vu lors de lrsquoactiviteacute preacuteceacutedente que si lrsquoon superpose trois lumiegraveres de couleurs

RVB on perccediloit du blanc Mais de quelle maniegravere peut-shyon percevoir nrsquoimporte quelle

autre couleur

Familiarise-shytoi avec le logiciel en ligne suivant

httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additive

htm

Puis reacuteponds aux questions suivantes

Par quelles manipulations obtiens-shytu du orange (selon eacutelegraveves)

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du rose (selon eacutelegraveves)

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du vert olive (selon eacutelegraveves)

______________________________________________________________________

Que constates-shytu

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

Un jeu de dosage entre les trois couleurs RVB permet drsquoobtenir toutes les diffeacuterentes

couleurs imaginables Les trois lumiegraveres superposeacutees et en dosage eacutequivalent donnent

une lumiegravere blanche crsquoest agrave dire la totaliteacute des couleurs On appelle cela la synthegravese additive

2) Chaque groupe a agrave sa disposition un microscope Deacutepose un smartphone allumeacute

eacutecran vers le haut sous lrsquoobjectif Vise une zone blanche de lrsquoeacutecran puis regravegle la netteteacute

Qursquoobserves-shytu

Observations

(Preacutesences de pixels lumiegraveres RVB)

Comment expliques-shytu ce pheacutenomegravene

(synthegravese effectueacutee par le cerveau)

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 3 Que devient la lumiegravere lorsqursquo‛elle traverse un filtre

Activiteacute 31 les lumiegraveres et filtres coloreacutes

Tu as appris lors du dernier cours que lrsquo‛on pouvait ldquoadditionnerrdquo des lumiegraveres coloreacutees

pour obtenir de nouvelles couleurs Nous pouvons modeacuteliser la lumiegravere blanche ainsi

Nous allons deacutecouvrir aujourdrsquo‛hui comment on peut ldquosoustrairerdquo des lumiegraveres coloreacutees

1) Lrsquo‛enseignant a installeacute trois filtres de couleur un rouge un vert un bleu ainsi qursquo‛un

eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-dessous

Image MER

Quelle couleur va-t-on observer sur lrsquo‛eacutecran si lrsquo‛on allume un par un les projecteurs

Remplis le tableau ci-dessous premiegraverement avec tes hypothegraveses concernant la couleur

obtenue sur lrsquo‛eacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Filtre traverseacute par la

lumiegravere blanche

Couleur obtenue ton

hypothegravese

Couleur observeacutee

Filtre bleu

Filtre rouge

Filtre vert

2) Selon toi quel est le rocircle du filtre coloreacute

_______________________________________________________________

3) Repreacutesente par un scheacutema le passage drsquo‛une lumiegravere blanche agrave travers un filtre rouge

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

4) Et quelle couleur observera-t-on si la lumiegravere blanche passe agrave travers un filtre rouge

puis agrave travers un filtre bleu Formule une hypothegravese puis applique ton modegravele

Hypothegravese __________________________________

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

Activiteacute 32 Qursquo‛obtient-on avec drsquo‛autres filtres

a) Tu disposes maintenant drsquo‛une lampe diffusant de la lumiegravere blanche et de filtres

cyan magenta et jaune Manipule-les les uns apregraves les autres puis en les superposant

pour deacutecouvrir leurs effets sur la lumiegravere blanche

b) A lrsquo‛aide de couleurs et en trsquo‛appuyant sur tes observations scheacutematise ci-dessous

lrsquo‛action des filtres sur une lumiegravere blanche

Activiteacute 33 Deux synthegraveses Similitudes et diffeacuterences

a) Utilise ce logiciel pour comparer les synthegraveses additive et soustractive

httpwwwostralonet3_animationsswfsynthese_couleursswf

a) Quelles similitudes observes-tu entre les synthegraveses additive et soustractive

________________________________________________________________

d) Et quelles diffeacuterences

_______________________________________________________________

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 3 Que devient la lumiegravere lorsqursquo‛elle traverse un filtre

(corrigeacute)

Activiteacute 31 les lumiegraveres et filtres coloreacutes

Tu as appris lors du dernier cours que lrsquo‛on pouvait ldquoadditionnerrdquo des lumiegraveres coloreacutees

pour obtenir de nouvelles couleurs Nous pouvons modeacuteliser la lumiegravere blanche ainsi

Nous allons deacutecouvrir aujourdrsquo‛hui comment on peut ldquosoustrairerdquo des lumiegraveres coloreacutees

1) Lrsquo‛enseignant a installeacute trois filtres de couleur un rouge un vert un bleu ainsi qursquo‛un

eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-dessous

Image MER

Quelle couleur va-t-on observer sur lrsquo‛eacutecran si lrsquo‛on allume un par un les projecteurs

Remplis le tableau ci-dessous premiegraverement avec tes hypothegraveses concernant la couleur

obtenue sur lrsquo‛eacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Filtre traverseacute par la

lumiegravere blanche

Couleur obtenue ton

hypothegravese

Couleur observeacutee

Filtre bleu bleu

Filtre rouge rouge

Filtre vert vert

2) Selon toi quel est le rocircle du filtre coloreacute

_______________________________________________________________

Un filtre coloreacute ne transmet que les rayons de sa couleur et absorbe les autres

3) Repreacutesente par un scheacutema le passage drsquo‛une lumiegravere blanche agrave travers un filtre rouge

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

4) Et quelle couleur observera-t-on si la lumiegravere blanche passe agrave travers un filtre rouge

puis agrave travers un filtre bleu Formule une hypothegravese puis applique ton modegravele

Hypothegravese __________________________________

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

Activiteacute 32 Qursquo‛obtient-on avec drsquo‛autres filtres

a) Tu disposes maintenant drsquo‛une lampe diffusant de la lumiegravere blanche et de filtres

cyan magenta et jaune Manipule-les les uns apregraves les autres puis en les superposant

pour deacutecouvrir leurs effets sur la lumiegravere blanche

b) A lrsquo‛aide de couleurs et en trsquo‛appuyant sur tes observations scheacutematise ci-dessous

lrsquo‛action des filtres sur une lumiegravere blanche

Pex 1 Magenta 2 Jaune 3 Cyan 4 Rouge 5 Vert 6 Bleu 7 Noir

Activiteacute 33 Deux synthegraveses Similitudes et diffeacuterences

a) Utilise ce logiciel pour comparer les synthegraveses additive et soustractive

httpwwwostralonet3_animationsswfsynthese_couleursswf

a) Quelles similitudes observes-tu entre les synthegraveses additive et soustractive

________________________________________________________________

Les mecircmes triplets de couleurs sont preacutesents dans les deux synthegraveses (RVB - CMJ)

d) Et quelles diffeacuterences

________________________________________________________________

1 Les couleurs primaires de lrsquo‛un sont les couleurs compleacutementaires de lrsquo‛autre

2 Lrsquo‛addition des lumiegraveres coloreacutees rouge verte et bleue donne du blanc la

soustraction totale par des filtres cyan magenta et jaune donne du noir

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 4 Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Rappel

1 Nous pouvons reacutesumer la composition de la lumiegravere blanche aux 3 couleurs primaires le rouge le vert et le bleu Ce sont des couleurs qui ne peuvent pas ecirctre creacuteeacutees Ce sont elles qui composent les autres couleurs Crsquo‛est agrave dire qursquo‛en les meacutelangeant on peut obtenir les autres couleurs le cyan est composeacute du bleu et du vert le magenta est composeacute du bleu et du rouge et le jaune est composeacute du vert et du rouge

Theacuteorie

Le sujet que nous allons traiter aujourdrsquo‛hui concerne la couleur de lrsquo‛objet Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Formule une hypothegravese ____________________________________________

Observe la photo projeteacutee par lrsquo‛enseignant

Que retiens-tu de cette photo _______________________________________________________________ La lumiegravere coloreacutee qui est refleacuteteacutee par un objet correspond agrave la lumiegravere non absorbeacutee

Ici toutes les lumiegraveres coloreacutees sont absorbeacutees sauf le bleu qui lui est refleacuteteacute La couleur propre de lrsquo‛objet sera le bleu

En effet un objet absorbe ou reflegravete diffeacuterentes lumiegraveres coloreacutees Crsquo‛est cette lumiegravere coloreacutee refleacuteteacutee que nous verrons

Activiteacute 41

Reacuteponds agrave ces diffeacuterentes questions dans le tableau ci-dessous De quelle couleur verras-tu cet objet Confronte ton ideacutee avec ton voisin De quelle couleur le vois-tu reacuteellement

Couleur de lrsquo‛objet

Couleur de la lumiegravere

Hypothegravese formuleacutee

Observation

rouge Magenta

cyan Vert

jaune Bleu

Par quel pheacutenomegravene peut-on observer ce changement de couleur ___________________________________

Quelle deacuteductions peux-tu faire _________________________________________________________________

Activiteacute 42

Marche agrave suivre

1 Eacutecris sur une feuille blanche le nom des 2 couleurs que ton enseignant te donne avec la peinture qui y correspond

2 Pendant que ces mots segravechent remplis les colonnes ldquocouleur du mot 1rdquo et ldquocouleur du mot 2rdquo et ldquocouleur de la feuillerdquo agrave la lumiegravere blanche

3 Formule tes hypothegraveses note-les au crayon agrave papier en petit 4 Eacuteclaire tes mots agrave lrsquo‛aide de lumiegraveres coloreacutees 5 Note tes observations

Lumiegravere coloreacutee

Couleur du mot 1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur du mot 2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur de la feuille helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Blanche

Rouge

Verte

Bleue

Magenta

Cyan

Jaune

Activiteacute 43

Tu observes un drapeau eacuteclaireacute par une lumiegravere blanche Puis tu observes ce mecircme drapeau eacuteclaireacute par deux lumiegraveres coloreacutees diffeacuterentes Trouve la lumiegravere coloreacutee utiliseacutee dans chaque cas et justifie ta reacuteponse par la modeacutelisation vue preacuteceacutedemment

Lumiegravere blanche Lumiegravere coloreacutee 1 Lumiegravere coloreacutee 2

De quelle couleur est la premiegravere lumiegravere coloreacutee ___________________________

Modeacutelisation 1

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________

Modeacutelisation 2

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 4 Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur (corrigeacute) Rappel

2 Nous pouvons reacutesumer la composition de la lumiegravere blanche aux 3 couleurs primaires le rouge le vert et le bleu Ce sont des couleurs qui ne peuvent pas ecirctre creacuteeacutees Ce sont elles qui composent les autres couleurs Crsquo‛est agrave dire qursquo‛en les meacutelangeant on peut obtenir les autres couleurs le cyan est composeacute du bleu et du vert le magenta est composeacute du bleu et du rouge et le jaune est composeacute du vert et du rouge

Theacuteorie

Le sujet que nous allons traiter aujourdrsquo‛hui concerne la couleur de lrsquo‛objet Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Formule une hypothegravese ____________________________________________ Projeter cette image elle napparaicirct pas dans le cours de lrsquo‛eacutelegraveve

Que retiens-tu de cette photo _______________________________________________________________ La lumiegravere coloreacutee qui est refleacuteteacutee par un objet correspond agrave la lumiegravere non absorbeacutee

Ici toutes les lumiegraveres coloreacutees sont absorbeacutees sauf le bleu qui lui est refleacuteteacute La couleur propre de lrsquo‛objet sera le bleu

En effet un objet absorbe ou reflegravete diffeacuterentes lumiegraveres coloreacutees Crsquo‛est cette lumiegravere coloreacutee refleacuteteacutee que nous verrons

Activiteacute 41

Reacuteponds agrave ces diffeacuterentes questions dans le tableau ci-dessous De quelle couleur penses-tu que tu verras cet objet Confronte ton ideacutee avec ton voisin De quelle couleur le vois-tu reacuteellement

Couleur de lrsquo‛objet

Couleur de la lumiegravere

Hypothegravese formuleacutee

Observation

rouge Magenta (rouge)

cyan Vert (vert)

jaune Bleu (noir)

Par quel pheacutenomegravene peut-on observer ce changement de couleur ___________________________________ (synthegravese soustractive)

Quelle deacuteductions peux-tu faire (fonctionne comme un filtre) _________________________________________________________________

Activiteacute 42

Marche agrave suivre

6 Eacutecris sur une feuille blanche le nom des 2 couleurs que ton enseignant te donne avec la peinture qui y correspond

7 Pendant que ces mots segravechent remplis les colonnes ldquocouleur du mot 1rdquo et ldquocouleur du mot 2rdquo et ldquocouleur de la feuillerdquo agrave la lumiegravere blanche

8 Formule tes hypothegraveses note-les au crayon agrave papier en petit 9 Eacuteclaire tes mots agrave lrsquo‛aide de lumiegraveres coloreacutees 10 Note tes observations

Lumiegravere coloreacutee

Couleur du mot 1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur du mot 2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur de la feuille helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Blanche

Rouge

Verte

Bleue

Magenta

Cyan

Jaune

Activiteacute 43

Tu observes un drapeau eacuteclaireacute par une lumiegravere blanche Puis tu observes ce mecircme drapeau eacuteclaireacute par deux lumiegraveres coloreacutees diffeacuterentes Trouve la lumiegravere coloreacutee utiliseacutee dans chaque cas et justifie ta reacuteponse par la modeacutelisation vue preacuteceacutedemment

Lumiegravere blanche Lumiegravere coloreacutee 1 Lumiegravere coloreacutee 2

De quelle couleur est la premiegravere lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Bleu)

Modeacutelisation 1

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Vert)

Modeacutelisation 2

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Fiches de synthegravese Les couleurs Activiteacute 2 Reacutesumeacute theacuteorique pour les eacutelegraveves Le modegravele trichromique et la synthegravese additive des couleurs La couleur nrsquo‛existe pas sans lumiegravere et lrsquo‛on peut dire que lrsquo‛on perccediloit le monde gracircce aux meacutelanges de ces couleurs qui correspondent aux diffeacuterentes composantes de la lumiegravere Lorsque lrsquo‛on parle de la perception des couleurs on srsquo‛aperccediloit que seules trois lumiegraveres primaires de couleurs rouge vert et bleu sont neacutecessaires pour obtenir la sensation de toutes les autres couleurs Cette maniegravere de modeacuteliser la perception des couleurs est ce qursquo‛on appelle le modegravele trichromique (lsquorsquo‛trois couleursrsquo‛rsquo‛) Dans cette repreacutesentation toutes les autres lumiegraveres coloreacutees sont perccedilues par superposition des trois lumiegraveres rouge verte et bleue La superposition simultaneacutee et en dosage identique des trois couleurs donne de la lumiegravere blanche Le noir correspond agrave une absence de lumiegravere

Illustration du modegravele

Image MER

Lrsquo‛image montre trois projecteurs de lumiegraveres rouge verte et bleue eacuteclairant une table blanche Si les trois couleurs sont projeteacutees en intensiteacute identique nous obtenons par superposition trois autres couleurs le cyan le magenta et le jaune Les couleurs primaires et les couleurs obtenues sont codeacutees sur lrsquo‛image puis reacutecapituleacutees dans le tableau ci-dessous

Image MER

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Si nous modifions le dosage des couleurs eacuteleacutementaires il est possible drsquo‛obtenir toutes les couleurs imaginables Le pheacutenomegravene de perception des couleurs par superposition des trois couleurs primaires se nomme synthegravese additive les couleurs sont additionneacutees entre elles pour permettre la synthegravese drsquo‛autres couleurs

Drsquo‛ailleurs si lrsquo‛on observe au microscope un eacutecran blanc de smartphone ou drsquo‛ordinateur on remarque qursquo‛il est en fait constitueacute drsquo‛un grand nombre de minuscules rectangles de lumiegraveres rouge verte et bleue (voir image ci-contre) Crsquo‛est justement par un jeu de dosage de chacune de ces lumiegraveres que lrsquo‛on perccediloit les diffeacuterentes couleurs sur nos eacutecrans

Pourquoi un modegravele sur trois couleurs La raison pour laquelle les scientifiques ont construit ce modegravele sur trois couleurs est directement lieacutee agrave la structure de notre œil En effet ce dernier contient des cellules sensibles agrave la lumiegravere que lrsquo‛on appelle cocircnes et bacirctonnets Alors que les bacirctonnets perccediloivent les intensiteacutes de lumiegravere les cocircnes nous permettent de percevoir les couleurs Cependant ils ne sont sensibles qursquo‛agrave certaines composantes de la lumiegravere blanche celles correspondant justement aux couleurs rouge vert et bleu Lorsque lrsquo‛on regarde un objet notre cerveau analyse le dosage de chacune de ces composantes perccedilues par notre œil et en interpregravete ainsi la couleur de lrsquo‛objet

Qursquo‛est-ce que le daltonisme Certaines personnes preacutesentent une anomalie de la vision qui les empecircche de distinguer certaines couleurs Drsquo‛origine geacuteneacutetique ce trouble est ducirc agrave un dysfonctionnement des cocircnes preacutesents dans la reacutetine Bien que la plupart des personnes daltoniennes aient de la peine agrave distinguer le vert du rouge drsquo‛autres ne distinguent pas drsquo‛autres couleurs Dans certaines formes de daltonisme le monde est perccedilu par la personne atteinte en teintes de gris

Sciences naturelles Optique synthegravese soustractive et additive

La synthegravese additive est le proceacutedeacute gracircce

auquel en combinant les couleurs

___________ ___________ et ___________

on obtient du blanc

On la retrouve lorsque lrsquoon meacutelange des

lumiegraveres coloreacutees composeacutees de ces 3 couleurs

diffeacuterentes car les laquo additionner raquo donne la

lumiegravere blanche

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon exploite aujourdrsquohui

pour les teacuteleacuteviseurs ou tout eacutecran composeacute de

pixels

La synthegravese soustractive consiste agrave soustraire

les couleurs de la lumiegravere blanche (RVB) agrave

travers des filtres de couleurs ___________

___________ et ___________ qui absorbent la

totaliteacute des couleurs de la lumiegravere blanche pour

un rendu noir au final (absence de lumiegravere)

Lrsquo __________________ des 3 couleurs donne

le ____________

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon retrouve par exemple en

meacutelangeant de la peinture notamment en

imprimerie

Sciences naturelles Optique les filtres

Qursquoest-shyce qursquoun filtre coloreacute et comment fonctionne-shyt-shyil

Un filtre est un dispositif qui permet de filtrer la lumiegravere de laisser passer certains rayons

lumineux et drsquoen absorber drsquoautres

Pour savoir quelles lumiegravere coloreacutees le filtre laisse passer il faut lrsquoobserver agrave la lumiegravere

blanche

Le filtre laissera alors passer uniquement les rayons lumineux de sa couleur propre

Par exemple

Un filtre vert laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee verte

Un filtre magenta laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee magenta crsquoest agrave dire les rayons rouge et bleu

Pour connaicirctre la lumiegravere coloreacutee qui ldquosortrdquo du filtre il faut donc

deacutecomposer la lumiegravere qui arrive sur ce filtre et en soustraire les

rayons qui sont absorbeacutes par le filtre On se reacutefegravere alors au modegravele de

la synthegravese soustractive

Image httpswww123couleursfrboutique-shy1filtres-shycolorC3A9s

Tableau reacutecapitulatif

Sciences naturelles Optique les filtres

Modeacutelisation

Nous pouvons modeacuteliser lrsquoaction drsquoun filtre

1 Noter la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur le filtre

2 Deacutecomposer la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur filtre et la coder (en RVB)

3 Repreacutesenter le filtre et coder les rayons absorbeacutes par le filtre 4 Prolonger les rayons lumineux coloreacutes que le filtre laisse passer et les coder (en RVB)

5 Noter la lumiegravere coloreacutee qui sort du filtre

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre magenta sur la lumiegravere blanche

Lorsque plusieurs filtres sont superposeacutes ou aligneacutes il faut modeacuteliser lrsquoaction du premier filtre

sur la lumiegravere projeteacutee puis lrsquoaction du deuxiegraveme filtre sur la lumiegravere qui sort du premier filtre

etc

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre cyan puis drsquoun filtre vert sur la lumiegravere jaune

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

De quelle couleur apparaicirctra un objet de couleur eacuteclaireacute par une lumiegravere coloreacutee

Il y 3 cas

1) Un objet de couleur blanche renvoie toutes les couleurs il apparaicirctra de la couleur eacuteclaireacutee

2) Un objet de couleur noire absorbe toutes les couleurs Peu importe la couleur avec laquelle

lrsquoobjet est eacuteclaireacute lrsquoobjet apparaicirct de couleur noire

3) Pour un objet de couleur il suffit de deacutecomposer les couleurs secondaires par exemple

Jrsquoai un objet jaune

Je lui projette une lumiegravere magenta

Or jaune = rouge + vert

et magenta = bleu + rouge

Le rouge est commun au jaune et au magenta donc lrsquoobjet paraicirctra rouge

En revanche si la lumiegravere est bleue comme il nrsquoy a pas de bleu dans le jaune lrsquoobjet paraicirctra

noir

1

Tableau reacutecapitulatif

1 httpscommunitygoodgamestudioscombigfarmfrdiscussion51685langage-shy‐des-shy‐couleurs

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

Modegravele de reacuteponse

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

______

______

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

______

______

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation avec propositions

de reacuteponses)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

(rouge vert bleu Nous percevons les diffeacuterentes couleurs agrave partir de ces trois couleurs) ________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

(Explication relative aux cocircnes et bacirctonnets de lrsquo‛oeil)

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Corrigeacute vert bleu blanc cyan

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________ (vert)

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________ (bleu)

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________ (aucunenoir)

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

(selon modegravele eacutetudieacute)

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

(les deux selon que lrsquo‛on parle de synthegravese additive ou soustractive)

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

Bleu

______

Bleu

______

Noir

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________ (lumiegravere rouge)

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

Noir

______

Rouge

______

Rouge

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

(Bleu)

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

(selon modegravele eacutetudieacute)

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

(Explication citant la synthegravese soustractive et lrsquo‛effet des lumiegraveres coloreacutees

concerneacutees sur le haut du cambrioleur)

Evaluation - Analyse

Ce commentaire comprend les diffeacuterents objectifs eacutevalueacutes ainsi que ce qui est attendu

preacuteciseacutement des eacutelegraveves et les niveaux taxonomiques correspondants

Ce sont des pistes drsquo‛eacutevaluation qui sont ici proposeacutees non une eacutevaluation suivie

Exercice 1

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- Mettre en lien des notions theacuteoriques apprises en cours (cocircnes et

bacirctonnets de lrsquo‛oeil) avec drsquo‛autres (synthegravese additive)

Lrsquo‛eacutevaluation deacutebute par deux questions au niveau taxonomique peu eacuteleveacute La

premiegravere de lrsquo‛ordre de la compreacutehension demande aux eacutelegraveves de restituer une

connaissance de base agrave lrsquo‛aide de leurs propres mots La deuxiegraveme propose de

tester les connaissances theacuteoriques des eacutelegraveves en veacuterifiant que des liens entre

deux notions aient eacuteteacute faits

Exercice 2

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutedire la couleur perccedilue en fonction des meacutelanges de couleurs RVB

- deacutechiffrer un scheacutema et les codes de la repreacutesentation de la trajectoire

des lumiegraveres coloreacutees

Le deuxiegraveme exercice relegraveve du niveau taxonomique de lrsquo‛application car il

neacutecessite une compreacutehension de la maniegravere de repreacutesenter la lumiegravere (scheacutema de

la trajectoire rectiligne codes de couleurs RVB) et drsquo‛appliquer ce modegravele tout en

utilisant les connaissances des couleurs fondamentales et compleacutementaires de la

synthegravese additive

Exercice 3

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet drsquo‛un filtre sur une lumiegravere coloreacutee agrave lrsquo‛aide des codes

propres agrave lrsquo‛optique

Lrsquo‛exercice 3 relegraveve de lrsquo‛application car les eacutelegraveves se reacutefegraverent agrave la modeacutelisation

eacutetablie durant le cours et au diagramme de Venn de la synthegravese soustractive et

les adaptent aux items preacutesenteacutes

Exercice 4

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- mettre en perspective la distinction entre synthegravese additive et

soustractive en terme de lsquorsquo‛naturersquo‛rsquo‛ de la couleur (couleurs matiegraveres vs

couleurs lumiegraveres)

Cet exercice requiert des eacutelegraveves qursquo‛ils mobilisent leur faculteacute drsquo‛analyse (niveau

taxonomique plutocirct eacuteleveacute) pour expliquer les diffeacuterences entre les

repreacutesentations de la couleur en arts visuels et en physique Le but est qursquo‛ils

reconnaissent qursquo‛il srsquo‛agit dans le premier cas de la synthegravese soustractive et dans

le second cas de la synthegravese additive

Exercice 5

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutevoir la couleur perccedilue drsquo‛un objet en fonction des lumiegraveres coloreacutees

projeteacutees et coder le pheacutenomegravene

Les eacutelegraveves appliquent la modeacutelisation drsquo‛une lumiegravere coloreacutee sur un objet coloreacute

pour deacuteterminer la couleur perccedilue du drapeau franccedilais Cette question fait

reacutefeacuterence agrave un niveau taxonomique bas Puis ils trouvent la lumiegravere coloreacutee qui

permet de voir les deux drapeaux preacutesenteacutes de la mecircme couleur Ils trouveront

cette reacuteponse en modeacutelisant les lumiegraveres coloreacutees sur lrsquo‛objet de couleur

Plusieurs scheacutemas sont neacutecessaires pour trouver la reacuteponse Crsquo‛est une question

taxonomiquement haute qui demande aux eacutelegraveves de faire une synthegravese

Exercice 6

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet de la lumiegravere coloreacutee sur un objet et en deacuteduire la

couleur perccedilue

- justifier sa reacuteponse avec des mots en faisant la synthegravese des diffeacuterents

concepts vus dans la seacutequence de cours

Les eacutelegraveves doivent comprendre ce qursquo‛ils lisent et deacuteterminer la couleur propre du

haut du cambrioleur Cette question est taxonomiquement haute elle demande de

lrsquo‛analyse Puis ils justifient leur reacuteponse par le modegravele de lrsquo‛effet de la lumiegravere

coloreacutee sur un objet Cette question est drsquo‛un niveau taxonomique infeacuterieur

drsquo‛application Finalement ils deacuteterminent pourquoi la description de la jeune fille

ne correspond pas agrave la couleur propre en faisant le lien avec la synthegravese

soustractive demandant un niveau taxonomiquement tregraves eacuteleveacute la synthegravese

Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

4 Argumentation scientifique Nous avons choisi de construire notre seacutequence de cours de maniegravere agrave ce qursquoelle srsquoinscrive dans une deacutemarche constructiviste de type piageacutetienne Dans cette deacutemarche lrsquoenseignant anticipe les conceptions erroneacutees que les eacutelegraveves peuvent avoir puis eacutetablit une situation-shyproblegraveme permettant ideacutealement de deacuteconstruire ces repreacutesentations incomplegravetes puis finalement drsquoen construire de nouvelles plus justes Dans ce qui suit nous allons deacutefinir ces diffeacuterents concepts mis en eacutevidence puis expliciter la maniegravere dont nous les avons pris en compte dans notre planification

41 Les conceptions des eacutelegraveves et les situations-shyproblegravemes

411 Deacutefinitions Conception Selon Giordan et al (1994) une conception ou repreacutesentation peut ecirctre consideacutereacutee comme une ideacutee un objet ou un eacutevegravenement qui aide lrsquoeacutelegraveve agrave comprendre le monde qui lrsquoentoure Elle est le fruit de son expeacuterience personnelle dans laquelle il va puiser pour comprendre les nouveaux savoirs que lrsquoon va chercher agrave lui inculquer Elle peut ecirctre consideacutereacutee comme une connaissance ldquodeacutejagrave-shylagraverdquo acquise dans un certain contexte par lrsquoapprenant et qui peut ecirctre correcte ou erroneacutee Les mauvaises conceptions (ou misconception en anglais) peuvent donc ecirctre deacutecrites comme des ideacutees qui proviennent drsquoune mauvaise compreacutehension drsquoobjets ou eacutevegravenements Elles sont issues principalement de lrsquoenvironnement avec lequel lrsquoeacutelegraveve interagit et du contexte dans lequel il se situe mais elles deacutecoulent eacutegalement des systegravemes seacutemiotiques mis en oeuvre Ces derniers sont abordeacutes plus en deacutetail dans ce qui suit Seacutemiologie En seacutemiologie (lrsquoeacutetude des systegravemes de signes) une repreacutesentation (ou un signe) est double elle est doteacutee drsquoun signifiant et drsquoun signifieacute (de Saussure 1916) Le signifiant qui fait lrsquoobjet de la seacutemiologie deacutesigne la forme et laspect du signe tandis que le signifieacute eacutetudieacute dans le cadre de la seacutemantique deacutesigne le concept eacutevoqueacute par le signe A partir du moment ougrave le signe possegravede plusieurs signifieacutes il devient symbole et crsquoest ainsi que les incompreacutehensions peuvent survenir Selon R Duval (1995) le concept de laquo registre seacutemiotique raquo permet de distinguer les repreacutesentations qui relegravevent de diffeacuterents registres ou types visuels numeacuteriques graphiques symboliques formels scheacutematiques etc En didactique ce concept est fondamental car les diffeacuterences de registre au sein drsquoune mecircme repreacutesentation ou drsquoun

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modegravele peut induire des difficulteacutes de lecture Ils risquent drsquoajouter des difficulteacutes suppleacutementaires en empecircchant les eacutelegraveves de se focaliser sur le problegraveme poseacute par lrsquoactiviteacute et les menant agrave formuler des conclusions diffeacuterentes de celles attendues par lrsquoenseignant Crsquoest pour cela qursquoun choix pertinent de registre seacutemiotique facilite la compreacutehension du concept introduit Dans notre cours un exemple typique que nous pouvons donner est la forte ressemblance des diagrammes de Venn pour les synthegraveses additive et soustractive Dans les deux modegraveles les diagrammes sont communeacutement scheacutematiseacutes sous forme circulaire De plus bien que inverseacutees au niveau de leurs superpositions les mecircmes couleurs sont repreacutesenteacutees dans les deux diagrammes Ces similitudes peuvent rendre la diffeacuterenciation complexe pour les eacutelegraveves Crsquoest pourquoi nous avons estimeacute important drsquoapporter un changement agrave la repreacutesentation de ces diagrammes Ainsi dans lrsquoune de nos fiches de synthegravese nous avons preacutefeacutereacute utiliser des formes rectangulaires plutocirct que circulaires pour repreacutesenter la synthegravese soustractive car cette forme eacutevoque plus fortement le filtre et ainsi lrsquoabsorption de la lumiegravere Cadre de rationaliteacute origine des conceptions En srsquoappuyant sur les travaux de R Douady (1984) A Lerouge (1992) deacutefinit laquo un cadre de rationaliteacuteraquo comme laquoun ensemble coheacuterent de fonctionnement de la penseacuteeraquo caracteacuteriseacute principalement par les composantes suivantes

1 Les objets du cadre dans notre cas il peut srsquoagir de peinture de feuille de papier de lampes de poche de filtres etc

2 Le type de processus de conceptualisation Dans un cadre scientifique il peut srsquoagir drsquoun processus par modeacutelisation ou par expeacuterimentation par exemple

3 Les registres seacutemiotiques que nous avons traiteacutes plus haut Les conceptions des eacutelegraveves et les conflits de perceptions en reacutesultant sont issus des diffeacuterents cadres de rationaliteacute dans lesquels ils eacutevoluent Ce sont les cadres familiers (personnel) et culturels (eacutecole) qui sont responsable de ces conceptions et repreacutesentations mentales tantocirct concourantes tantocirct inexistantes voire erroneacutees Elles se manifestent principalement agrave travers la seacutemiotique Les eacutelegraveves eacuteprouvent de la difficulteacute agrave repreacutesenter des objets issus de registres seacutemiotiques diffeacuterents ou encore agrave simplement les reconnaicirctre Dans le contexte de notre seacutequence sur les couleurs ces cadres de rationaliteacute sont centraux En effet crsquoest dans son quotidien et donc dans son cadre familier que lrsquoeacutelegraveve va deacutecouvrir la notion de couleur notamment par le biais de la peinture ou drsquoobservation drsquoarc-shyen-shyciel Cette deacutecouverte qui a souvent lieu tregraves tocirct dans la vie de lrsquoenfant ne fera pourtant pas pour autant lrsquoobjet de questionnement sur le pheacutenomegravene de perception des couleurs La notion de cadre culturel ou scolaire quand agrave elle peut ecirctre eacutetendue dans notre cas agrave deux sous-shycateacutegories de cadres culturels diffeacuterents qui vont ecirctre agrave lrsquoorigine de conceptions erroneacutees ou incomplegravetes Premiegraverement il y a le cadre que nous appelons laquo arts visuelsraquo et qui a ses propres regravegles de rationaliteacutes Les cours de dessin ou drsquoactiviteacutes creacuteatrices en sont de parfaits exemples car crsquoest dans ce cadre que les eacutelegraveves vont premiegraverement aborder la

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theacutematique des couleurs primaires et de leurs meacutelanges Mais cette theacutematique est eacutegalement abordeacutee dans le cadre laquophysiqueraquo agrave travers les expeacuteriences de deacutecomposition de la lumiegravere ou de superposition de lumiegraveres coloreacutees Ainsi nous retrouvons trois cadres de rationaliteacute concourants (familier physique arts visuels) dans lesquels les eacutelegraveves eacutevoluent et qui engendrent indubitablement des conceptions erroneacutees sur la lumiegravere et les couleurs puisque les eacutelegraveves ne sont pas ameneacutes agrave les diffeacuterencier dans chacun des cadres Et comme la communication entre les diffeacuterents cadres nrsquoest pas eacutetablie le lien agrave faire entre les diffeacuterentes conceptions issues de ces cadres est agrave la charge de lrsquoeacutelegraveve ce qui repreacutesente une lourde responsabiliteacute dans son apprentissage Astolfi (2008) appelle eacutegalement ces conceptions issues de diffeacuterents cadres des ldquotrames conceptuelles rdquoqui peuvent ecirctre deacutefinies comme ldquoun ensemble de concepts-shycleacutes propres agrave un domaine et logiquement hieacuterarchiseacutes entre eux qui structurent les disciplines et engendrent des situations-shyproblegravemesrdquo Mais encore on verra eacutemerger des problegravemes de contrat didactique dans chacun des cadres lrsquoeacutelegraveve va tenter de donner une reacuteponse qui va satisfaire lrsquoenseignant sans pour autant ecirctre ameneacute agrave confronter ses conceptions

Situation-shyproblegraveme Pour de Vecchi (2006) une situation-shyproblegraveme est une activiteacute qui consiste agrave mettre lrsquoeacutelegraveve dans une situation ougrave il va ecirctre ameneacute agrave eacutelaborer des strateacutegies de reacutesolution de problegraveme Lrsquoun des points cleacutes des situations-shyproblegravemes est qursquoelles eacutetablissent un lien eacutetroit entre les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves En drsquoautres termes une situation-shyproblegraveme est construite de telle sorte que les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave remettre en question des repreacutesentations actuelles qui srsquoavegraverent erroneacutees agrave les deacuteconstruire pour en construire de nouvelles Ainsi dans une deacutemarche de type constructiviste lrsquoeacutelegraveve construit son savoir en renversant ses anciennes conceptions Une situation-shyproblegraveme nrsquoest donc pas une deacutemarche ponctuelle dans laquelle lrsquoeacutelegraveve devra reacutesoudre une liste drsquoexercices teacuteleacuteguideacutee par lrsquoenseignant Ce qui justifie lrsquoefficaciteacute des situations problegravemes est qursquo laquoapprendreraquo ne consiste pas agrave cumuler les savoirs mais agrave en construire et agrave en deacuteconstruire

Une situation-shyproblegraveme doit comprendre plusieurs eacuteleacutements

-shy Un objectif-shyobstacle Pour Meirieu (1987) un objectif-shyobstacle est ldquoun objectif dont lrsquoacquisition permet au sujet de franchir un palier deacutecisif de progression en modifiant son systegraveme de repreacutesentation et en le faisant acceacuteder un niveau supeacuterieur de formulation rdquo Dans notre cas lrsquoeacutelegraveve pense que tous les meacutelanges de 3 couleurs primaires (de peinture ou de lumiegravere) vont donner le mecircme reacutesultat La distinction entre synthegraveses additive et soustractive nrsquoest pas connue des eacutelegraveves De plus projeter de la lumiegravere monochromatique sur un objet drsquoune certaine couleur ne donne pas toujours la mecircme couleur Lrsquoexemple avec le drapeau (activiteacute 4) est parlant

-shy Une situation centreacutee sur cet obstacle prenant en compte une deacutemarche expeacuterimentale ou une deacutemarche de modeacutelisation Dans notre cours les deux deacutemarches sont mises en oeuvre mais notre deacutemarche principale est la modeacutelisation Les eacutelegraveves vont effectivement ecirctre ameneacutes agrave eacutemettre des hypothegraveses manipuler reacutecolter des reacutesultats et les confronter agrave

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leurs hypothegraveses mais il srsquoagit surtout drsquoune deacutemarche de modeacutelisation car les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave creacuteer des scheacutemas dans plusieurs exercices

-shy Une probleacutematisation et la deacutevolution on probleacutematise la conception erroneacutee en introduisant une situation-shyproblegraveme crsquoest-shyagrave-shydire qursquoon construit un problegraveme centreacute sur lrsquoobstacle La surprise face agrave une situation incoheacuterente va intriguer lrsquoeacutelegraveve exciter sa motivation et le pousser agrave vouloir srsquoimpliquer dans le problegraveme ce qui va aider sa deacutevolution Brousseau (1998) qualifie la notion de deacutevolution par le ldquo processus par lequel lenseignant parvient agrave placer leacutelegraveve comme simple actant dans une situation a-shydidactique (agrave modegravele non didactique) Il cherche par lagrave agrave ce que lrsquoaction de lrsquoeacutelegraveve ne soit produite et justifieacutee que par les neacutecessiteacutes du milieu et par ses connaissances et non par lrsquointerpreacutetation des proceacutedeacutes didactiques du professeurrdquo Pour enrocircler les eacutelegraveves et les aider agrave identifier la probleacutematique en met on place une situation deacuteclenchante Dans notre cas lrsquoexemple avec le meacutelange de peinture et de lumiegraveres coloreacutees est un parfait exemple de situation deacuteclenchante car les eacutelegraveves ne sattendent probablement pas par exemple agrave ce que le meacutelange de vert et bleu donne du cyan ou encore qursquoon perccediloive un citron noir lorsque lrsquoon projette de la lumiegravere bleue sur ce celui-shyci

412 La prise en compte des conceptions des eacutelegraveves dans notre seacutequence La theacutematique de la lumiegravere et des couleurs est complexe et comprend de nombreux concepts difficiles agrave assimiler En effet bon nombre de personnes ont des repreacutesentations erroneacutees qui peuvent rester profondeacutement ancreacutees Parmi les conceptions erroneacutees les plus communes on retrouve selon le site internet des MER

La lumiegravere blanche est sans couleur pure quand la lumiegravere blanche passe dans un prisme ou traverse un filtre de la couleur lui est ajouteacutee

La lumiegravere blanche nous permet de voir la vraie couleur des objets laquoMa feuille est blanche parce que je nai pas ajouteacute dautres couleurs agrave celle-shyciraquo

Les couleurs sont lieacutees agrave des proprieacuteteacutes de lrsquoobjet exclusivement sans reacutefeacuterence agrave la lumiegravere qui eacuteclaire lrsquoobjet Ne dit-shyon pas quun pull est rouge

Confusion entre les couleurs primaires en couleur peinture et en couleur lumiegravere

Dans notre planification nous avons anticipeacute ces conceptions et avons construit notre cours de maniegravere agrave ce qursquoelles soient mises en eacutevidence le plus tocirct possible afin de tenter de les deacuteconstruire agrave travers nos activiteacutes

Ainsi degraves deacutebut de lrsquoactiviteacute 2 les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave une situation-shyproblegraveme dans laquelle ils comprennent qursquoil existe une contradiction entre leur conception de deacutepart sur les meacutelanges de couleurs (issue de leurs cadres de rationaliteacute familier et scolaire lsquorsquoart visuelrsquorsquo) et leurs observations (nouveau cadre lsquorsquophysiquersquorsquo) Crsquoest sur la base de ce conflit cognitif que les diffeacuterentes notions de la seacutequence pourront ecirctre abordeacutees Les autres conceptions sont mises en eacutevidence puis deacuteconstruites agrave travers les diffeacuterentes activiteacutes Par exemple les

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activiteacutes du chapitre 3 permettent de montrer que la lumiegravere blanche nrsquoest pas pure mais qursquoelle est composeacutee de toutes les couleurs et ce gracircce agrave lrsquoobservation des objets agrave la lumiegravere blanche puis agrave travers un filtre

De plus lrsquoactiviteacute 3 srsquoarticule autour drsquoune conception erroneacutee repeacutereacutee dans certaines classes Bon nombre drsquoeacutelegraveves eacutetaient persuadeacutes qursquoun filtre ne laissait pas passer les lumiegraveres de sa couleur propre car crsquoest la couleur dont est perccedilue le filtre Un conflit cognitif est alors provoqueacute afin de deacuteconstruire cette conception les eacutelegraveves observent que la lumiegravere coloreacutee nrsquoest pas absorbeacutee par le filtre mais qursquoelle se propage bien jusqursquoagrave lrsquoeacutecran blanc

En introduction de lrsquoactiviteacute 4 une nouvelle situation-shyproblegraveme est preacutesenteacutee par le biais drsquoune image montrant que la couleur drsquoun objet peut varier en fonction de la lumiegravere coloreacutee par laquelle il est eacuteclaireacute Elle servira agrave provoquer un conflit cognitif chez les eacutelegraveves car cette situation intervient apregraves une phase drsquohypothegravese reacutepondant agrave la question suivante un objet peut-shyil avoir diffeacuterentes couleurs La reacuteponse donneacutee par lrsquoimage contredira probablement lrsquohypothegravese preacuteceacutedemment formuleacutee et devrait susciter de la curiositeacute chez lrsquoeacutelegraveve et lui donner lrsquoenvie de comprendre le pheacutenomegravene Nous deacutemontrons ensuite tout au long de lrsquoactiviteacute 4 sur les lumiegraveres coloreacutees que crsquoest le pheacutenomegravene drsquoabsorption et de reacuteflection de la lumiegravere qui nous permet de voir la couleur des objets et non pas la lumiegravere blanche Crsquoest donc par le biais de ces deacuteconstructions successives de conceptions que lrsquoenseignant peut guider les eacutelegraveves sur la voie de la reacutesolution du problegraveme de lrsquoorigine de ces contradictions dans le but drsquoeacutetablir le lien entre les diffeacuterents cadres de rationaliteacute

42 Modeacutelisation

421 Deacutefinition

Un modegravele est communeacutement deacutefini comme un objet ou un concept qui va permettre de repreacutesenter la reacutealiteacute de diffeacuterentes maniegraveres Bunge (1974) ou encore Martinand (1994) le deacutefinissent eacutegalement comme un moyen permettant de mettre en relation le monde theacuteorique avec le monde empirique Il peut ecirctre consideacutereacute en quelque sorte comme un monde intermeacutediaire ou une sorte de lunette conceptuelle (Halloun 2004) qui va permettre drsquoobserver des pheacutenomegravenes naturels Un modegravele ne constitue pas la reacutealiteacute mais la repreacutesente en simplifiant certains de ses aspects ce qui peut causer des conflits pour les repreacutesentations cognitives chez lrsquoeacutelegraveve

422 La modeacutelisation dans notre seacutequence Dans notre planification la modeacutelisation est centrale afin de conceptualiser des pheacutenomegravenes complexes comme la composition de la lumiegravere et la perception des couleurs Elle est lrsquooutil qui permet drsquoamener les eacutelegraveves agrave se faccedilonner une repreacutesentation de la deacutecomposition de la lumiegravere blanche de labsorption de la lumiegravere agrave travers les filtres et des synthegraveses additive et soustractive des couleurs

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De plus elle constitue un objectif de formation meacutethodologique qui va de pair avec toute formation scientifique Crsquoest pourquoi nous avons inclus la modeacutelisation dans les objectifs drsquoapprentissage Dans la terminologie du PER la modeacutelisation correspond agrave lrsquoobjectif geacuteneacuteral MSN37

bull MSN 1525 mdash Modeacuteliser des pheacutenomegravenes naturels techniques sociaux ou des situations matheacutematiques

bull en imaginant et en utilisant divers outils de repreacutesentation (codes scheacutemas graphiques tableauxhellip)

Lrsquoactiviteacute 2 propose aux eacutelegraveves de reporter les couleurs observeacutees sur trois cercles superposeacutes En les coloriant les eacutelegraveves reacutealisent en reacutealiteacute une forme simple de modeacutelisation par un diagramme de Venn de la synthegravese additive Il nous a sembleacute pertinent drsquointroduire ce scheacutema de cette maniegravere car ainsi les eacutelegraveves comprennent reacuteellement qursquoil correspond agrave la lumiegravere projeteacutee et superposeacutee sur un eacutecran En derniegravere partie drsquoactiviteacute les eacutelegraveves se familiarisent avec un logiciel de modeacutelisation de la synthegravese additive 3

Lrsquoutilisation drsquoun modegravele dans ce cas est indispensable pour des raisons pratiques Il serait en effet tregraves difficile de faire des observations similaires avec un dispositif reacuteel constitueacute de projecteurs et drsquoun eacutecran comme dans la premiegravere partie drsquoactiviteacute Nous avons veilleacute agrave choisir un logiciel simple drsquousage sur lequel seules deux manipulations sont possibles allumereacuteteindre les projecteurs et varier leurs intensiteacutes Ainsi il est possible pour les eacutelegraveves de faire rapidement et sans difficulteacutes de lrsquoordre du registre seacutemiotique la deacuteduction attendue les diffeacuterentes couleurs srsquoobtiennent par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

Dans lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves sont ameneacutes agrave modeacuteliser lrsquoeffet drsquoun filtre sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee Ils ancrent ainsi le fonctionnement drsquoun filtre dans leur apprentissage et deacuteveloppent une meacutethodologie systeacutematique dans la reacutesolution de problegravemes mettant en scegravene des filtres Gracircce au modegravele deacuteveloppeacute les eacutelegraveves deacuteconstruisent deacutefinitivement leur eacuteventuelle conception erroneacutee selon laquelle un filtre absorberait sa propre couleur Lrsquoactiviteacute 43 a pour but que les eacutelegraveves modeacutelisent les pheacutenomegravenes de reacutefraction et drsquoabsorption en justifiant leur reacuteponse par un modegravele de reacuteponse Ce dernier comprend les couleurs RVB qui se reflegravetent ou qui sont absorbeacutees par une surface Ainsi lrsquoeacutelegraveve peut trouver une meacutethode systeacutematique de reacuteponse en testant les diffeacuterentes couleurs Gracircce agrave cette modeacutelisation et agrave celle de lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves comprennent que les fonctionnements des filtres et des lumiegraveres coloreacutees sont fondeacutes sur le mecircme principe

3(httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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43 Deacutemarche expeacuterimentale

431 Deacutefinition Pour de Vecchi il est important de ne pas confondre les notions lieacutees agrave lrsquoexpeacuterimental qui sont les suivantes

-shy Une deacutemarche scientifique nrsquoest pas exclusive au domaine des sciences expeacuterimentales mais peut aussi ecirctre mobiliseacutee dans les sciences humaines socialeshellip Elle utilise drsquoautres outils que lrsquoexpeacuterimentale Toute recherche digne de ce nom est de nature scientifique

-shy La meacutethode expeacuterimentale eacutequivaut plutocirct agrave un plan agrave suivre un mode drsquoemploi ou agrave une marche agrave suivre qui suit un ordre strict que lrsquoon peut aussi appeler protocole Par exemple parmi les plus ceacutelegravebres protocoles nous retrouvons celui de Claude Bernard (1865) que lrsquoon abregravege par les initiales OHERIC qui correspondent agrave observation hypothegravese expeacuterience reacutesultats interpreacutetation et conclusion De maniegravere geacuteneacuterale il srsquoagit du protocole caricatural que lrsquoon emploie le plus souvent dans les salles de classes

-shy Une deacutemarche expeacuterimentale est une approche plus reacutealiste moins stricte et integravegre

une approche plus tacirctonnante Il nrsquoest pas constitueacute drsquoeacutetapes preacutedeacutetermineacutees et est donc moins affecteacutee par les directives de lrsquoenseignant Il peut donc laisser des liberteacutes dans la maniegravere de reacutesoudre le problegraveme

432 La deacutemarche expeacuterimentale dans notre seacutequence Dans notre seacutequence la meacutethode expeacuterimentale est preacutesente de maniegravere partielle du scheacutema caricatural OHERIC nous nous inteacuteressons en particulier aux phases drsquoobservation et drsquoeacutemission drsquohypothegraveses Crsquoest pourquoi nous parlons donc plutocirct de ldquodeacutemarche expeacuterimentalerdquo En effet tout au long des diffeacuterentes activiteacutes il est reacuteguliegraverement demandeacute aux eacutelegraveves de formuler une hypothegravese agrave partir de leurs connaissances au preacutealable puis de faire de nouvelles observations en contexte expeacuterimental Crsquoest sur la base de ces derniegraveres qursquoils pourront reacutealiser leurs deacuteductions sur le pheacutenomegravene en question et construire de nouvelles conceptions Dans lrsquoactiviteacute 2 ce type de deacutemarche est central pour la creacuteation de la premiegravere situation-shyproblegraveme Par la suite la deacutemarche permet de guider les eacutelegraveves dans le processus de deacuteduction du fonctionnement geacuteneacuteral des diffeacuterents pheacutenomegravenes Dans lrsquoactiviteacute 41 par exemple les pheacutenomegravenes agrave deacuteduire sont la synthegravese soustractive et le fonctionnement de la lumiegravere coloreacutee Lrsquoemploi drsquoobjets familiers permet un ancrage dans le quotidien

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Dans lrsquoactiviteacute 3 lrsquoeacutetude de lrsquoeffet des filtres constitue agrave son tour un deacutemarche expeacuterimentale En effet les eacutelegraveves doivent tout drsquoabord eacutemettre leurs hypothegraveses puis les veacuterifient par lrsquoexpeacuterimentation et ses reacutesultats provoquant probablement un conflit cognitif avant drsquoen conclure lrsquoeffet drsquoun filtre Dans lrsquoactiviteacute 42 nous retrouvons toujours le mecircme principe de deacutemarche expeacuterimentale Les eacutelegraveves formulent des hypothegraveses sur la couleur perccedilue de diffeacuterents mots coloreacutes eacuteclaireacutes par une lumiegravere coloreacutee puis les veacuterifient lors de la phase drsquoobservation La confrontation entre leurs attentes lieacutees agrave leurs conceptions et la reacutealiteacute creacutee le conflit cognitif rechercheacute

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5 Conclusion Pour seacutelectionner notre thegraveme et eacutelaborer notre seacutequence nous nous sommes fondeacutes sur les objectifs du PER et crsquoest sur lrsquooptique que notre choix srsquoest porteacute Le savoir savant auquel nous nous sommes reacutefeacutereacutes comprend principalement des concepts lieacutes agrave la lumiegravere tels que les photons les ondes eacutelectromagneacutetiques ainsi que les spectres drsquoeacutemission et drsquoabsorption Nous avons transposeacute ce savoir en un savoir enseignable par le biais drsquoun travail de contextualisation et de reacuteadaptation Nous avons eacuteteacute ameneacutes agrave remplacer des modegraveles scientifiques (par exemple les modegraveles de synthegraveses additive et soustractive) par des modegraveles accessibles agrave un niveau scolaire et agrave changer les conditions drsquoeacutemergence des problegravemes Ainsi notre travail de transposition consistait agrave montrer aux eacutelegraveves la partie eacutemergeacutee de lrsquoiceberg du concept de couleur le reacutesultat apparent plutocirct que lrsquoorigine eacutelectromagneacutetique Tout au long de la seacutequence et par le biais de situations-shyproblegravemes et de diffeacuterentes eacutetapes de reacutesolution des activiteacutes les eacutelegraveves ont eacuteteacute guideacutes dans le processus de construction de leur apprentissage En nous focalisant sur les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves nous avons eacutelaboreacute nos exercices de maniegravere agrave proposer des situations deacuteclenchantes afin de faciliter le transfert de la responsabiliteacute de la reacutesolution des problegravemes aux eacutelegraveves Cette derniegravere srsquoeffectue par des deacutemarches drsquoexpeacuterimentation mais surtout de modeacutelisation

Dans notre sceacutenario les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave deux types de donneacutees theacuteoriques et empiriques Drsquoune part ils ont agrave disposition deux theacuteories principales la premiegravere est que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs de lrsquoarc-shyen-shyciel tandis que la seconde deacutecrit l a maniegravere dont la couleur drsquoun objet deacutepend des couleurs qursquoil va absorber Drsquoautre part ils disposent de donneacutees empiriques qursquoils sont ameneacutes agrave reacutecolter en superposant des lumiegraveres de diffeacuterentes couleurs en meacutelangeant de la peinture et en projetant de la lumiegravere coloreacutee sur diffeacuterents objets coloreacutes Dans le cadre drsquoune deacutemarche drsquoexpeacuterimentation ils ont eacutemis des hypothegraveses observeacute manipuleacute du mateacuteriel utiliseacute des appliquettes en ligne et veacuterifieacute leurs reacutesultats Crsquoest ainsi les modegraveles que nous avons preacutesenteacutes et que les eacutelegraveves ont eacutelaboreacutes vont ecirctre des ponts qui vont relier le monde theacuteorique et le monde empirique Par ailleurs nous avons eacuteteacute attentifs agrave la seacutemiotique lors de nos choix des repreacutesentations utiliseacutees nous nous sommes reacutefeacutereacutes agrave la notion de registre seacutemiotique afin drsquoeacutelaborer des scheacutemas nrsquoengendrant pas de difficulteacutes de lecture chez les eacutelegraveves

Nous avons analyseacute lrsquoorigine des conceptions erroneacutees et avons remarqueacute qursquoelles eacutetaient principalement dues agrave des repreacutesentations concourantes engendreacutees par les diffeacuterents contextes et cadres de rationaliteacutes dans lesquelles les eacutelegraveves eacutevoluent Notre sceacutenario permet aux eacutelegraveves drsquoeacutetablir des liens entre ces diffeacuterents cadres et de construire une nouvelle repreacutesentation de la couleur celle drsquoun objet de la physique

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6 Bibliographie

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Meirieu P Avanzin Gi (1987) Apprendre oui mais comment Edition ESF Verret M (1975) Le temps des eacutetudes (Vols 1ndash2) Lille France Atelier Reproduction des thegraveses

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Page 23: Physique Optique Lescouleurs · Sciences naturelles Les couleurs 10 11 Harmos 1.Introduction Comme nous allons le détailler dans le chapitre 4, les conceptions erronées des élèves

Que constates-shytu

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2) Chaque groupe a agrave sa disposition une loupe binoculaire Deacutepose un smartphone

allumeacute eacutecran vers le haut sous lrsquoobjectif Vise une zone blanche de lrsquoeacutecran puis regravegle la

netteteacute Qursquoobserves-shytu

Observations

Comment expliques-shytu ce pheacutenomegravene

Documents des eacutelegraveves Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs Chapitre 2 Couleurs peintures couleurs lumiegraveres (corrigeacute) Activiteacute 21 1) Tu as agrave disposition des pinceaux et de la peinture Tu te

souviens peut-shyecirctre de tes cours drsquoarts visuels qursquoil existe des

couleurs primaires qui permettent par leur meacutelange drsquoobtenir

drsquoautres couleurs Mais elles-shymecircmes ne srsquoobtiennent par aucun

meacutelange Te souviens-shytu des combinaisons de couleurs qursquoil faut

meacutelanger pour obtenir une couleur souhaiteacutee

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du vert

__________________________________________

Image httpsfrdreamstimecom Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du rouge

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du bleu

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du noir

__________________________________________

Activiteacute 22 Lrsquoenseignant a installeacute trois projecteurs de couleur un rouge un vert un bleu ainsi

qursquoun eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-shydessous

Image MER

Quelle couleur va-shyt-shyon observer sur lrsquoeacutecran si lrsquoon allume deux par deux les projecteurs

et que lrsquoon superpose leurs lumiegraveres Et si lrsquoon allume les trois projecteurs Remplis le

tableau ci-shydessous drsquoabord avec tes hypothegraveses concernant la couleur obtenue sur

lrsquoeacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Meacutelange de lumiegraveres Couleur obtenue ton hypothegravese

Couleur observeacutee

vert et bleu (cyan)

vert et rouge (jaune)

bleu et rouge (magenta)

vert bleu et rouge (blanc)

a) Quelles diffeacuterences constates-shytu entre les meacutelanges de lrsquoactiviteacute 1 et ceux de lrsquoactiviteacute

2

______________________________________________________________________

Les couleurs obtenues ne sont pas les mecircmes qursquoen peinture

b) Qursquoa-shyt-shyon meacutelangeacute dans chaque cas

______________________________________________________________________

Dans le premier cas on a de la matiegravere (de la peinture) dans le deuxiegraveme cas on a de la

lumiegravere

c) Le reacutesultat du meacutelange des lumiegraveres verte bleue et rouge te rappelle-shyt-shyil quelque

chose Que peux-shytu en deacuteduire

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

Le fait que la lumiegravere blanche est composeacutee de lrsquoensemble des couleurs (cf expeacuterience

du prisme) Ici lrsquoexpeacuterience concerne la superposition de lumiegraveres coloreacutees et on observe

que lrsquoaddition des lumiegraveres rouge verte et bleue donne du blanc Cela srsquoappelle le modegravele trichromique

d) A lrsquoaide de couleurs scheacutematise ci-shydessous les superpositions observeacutees sur lrsquoeacutecran

blanc

Activiteacute 23 Et comment obtenir drsquo‛autres couleurs 1) Tu as vu lors de lrsquoactiviteacute preacuteceacutedente que si lrsquoon superpose trois lumiegraveres de couleurs

RVB on perccediloit du blanc Mais de quelle maniegravere peut-shyon percevoir nrsquoimporte quelle

autre couleur

Familiarise-shytoi avec le logiciel en ligne suivant

httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additive

htm

Puis reacuteponds aux questions suivantes

Par quelles manipulations obtiens-shytu du orange (selon eacutelegraveves)

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du rose (selon eacutelegraveves)

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du vert olive (selon eacutelegraveves)

______________________________________________________________________

Que constates-shytu

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

Un jeu de dosage entre les trois couleurs RVB permet drsquoobtenir toutes les diffeacuterentes

couleurs imaginables Les trois lumiegraveres superposeacutees et en dosage eacutequivalent donnent

une lumiegravere blanche crsquoest agrave dire la totaliteacute des couleurs On appelle cela la synthegravese additive

2) Chaque groupe a agrave sa disposition un microscope Deacutepose un smartphone allumeacute

eacutecran vers le haut sous lrsquoobjectif Vise une zone blanche de lrsquoeacutecran puis regravegle la netteteacute

Qursquoobserves-shytu

Observations

(Preacutesences de pixels lumiegraveres RVB)

Comment expliques-shytu ce pheacutenomegravene

(synthegravese effectueacutee par le cerveau)

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 3 Que devient la lumiegravere lorsqursquo‛elle traverse un filtre

Activiteacute 31 les lumiegraveres et filtres coloreacutes

Tu as appris lors du dernier cours que lrsquo‛on pouvait ldquoadditionnerrdquo des lumiegraveres coloreacutees

pour obtenir de nouvelles couleurs Nous pouvons modeacuteliser la lumiegravere blanche ainsi

Nous allons deacutecouvrir aujourdrsquo‛hui comment on peut ldquosoustrairerdquo des lumiegraveres coloreacutees

1) Lrsquo‛enseignant a installeacute trois filtres de couleur un rouge un vert un bleu ainsi qursquo‛un

eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-dessous

Image MER

Quelle couleur va-t-on observer sur lrsquo‛eacutecran si lrsquo‛on allume un par un les projecteurs

Remplis le tableau ci-dessous premiegraverement avec tes hypothegraveses concernant la couleur

obtenue sur lrsquo‛eacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Filtre traverseacute par la

lumiegravere blanche

Couleur obtenue ton

hypothegravese

Couleur observeacutee

Filtre bleu

Filtre rouge

Filtre vert

2) Selon toi quel est le rocircle du filtre coloreacute

_______________________________________________________________

3) Repreacutesente par un scheacutema le passage drsquo‛une lumiegravere blanche agrave travers un filtre rouge

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

4) Et quelle couleur observera-t-on si la lumiegravere blanche passe agrave travers un filtre rouge

puis agrave travers un filtre bleu Formule une hypothegravese puis applique ton modegravele

Hypothegravese __________________________________

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

Activiteacute 32 Qursquo‛obtient-on avec drsquo‛autres filtres

a) Tu disposes maintenant drsquo‛une lampe diffusant de la lumiegravere blanche et de filtres

cyan magenta et jaune Manipule-les les uns apregraves les autres puis en les superposant

pour deacutecouvrir leurs effets sur la lumiegravere blanche

b) A lrsquo‛aide de couleurs et en trsquo‛appuyant sur tes observations scheacutematise ci-dessous

lrsquo‛action des filtres sur une lumiegravere blanche

Activiteacute 33 Deux synthegraveses Similitudes et diffeacuterences

a) Utilise ce logiciel pour comparer les synthegraveses additive et soustractive

httpwwwostralonet3_animationsswfsynthese_couleursswf

a) Quelles similitudes observes-tu entre les synthegraveses additive et soustractive

________________________________________________________________

d) Et quelles diffeacuterences

_______________________________________________________________

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 3 Que devient la lumiegravere lorsqursquo‛elle traverse un filtre

(corrigeacute)

Activiteacute 31 les lumiegraveres et filtres coloreacutes

Tu as appris lors du dernier cours que lrsquo‛on pouvait ldquoadditionnerrdquo des lumiegraveres coloreacutees

pour obtenir de nouvelles couleurs Nous pouvons modeacuteliser la lumiegravere blanche ainsi

Nous allons deacutecouvrir aujourdrsquo‛hui comment on peut ldquosoustrairerdquo des lumiegraveres coloreacutees

1) Lrsquo‛enseignant a installeacute trois filtres de couleur un rouge un vert un bleu ainsi qursquo‛un

eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-dessous

Image MER

Quelle couleur va-t-on observer sur lrsquo‛eacutecran si lrsquo‛on allume un par un les projecteurs

Remplis le tableau ci-dessous premiegraverement avec tes hypothegraveses concernant la couleur

obtenue sur lrsquo‛eacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Filtre traverseacute par la

lumiegravere blanche

Couleur obtenue ton

hypothegravese

Couleur observeacutee

Filtre bleu bleu

Filtre rouge rouge

Filtre vert vert

2) Selon toi quel est le rocircle du filtre coloreacute

_______________________________________________________________

Un filtre coloreacute ne transmet que les rayons de sa couleur et absorbe les autres

3) Repreacutesente par un scheacutema le passage drsquo‛une lumiegravere blanche agrave travers un filtre rouge

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

4) Et quelle couleur observera-t-on si la lumiegravere blanche passe agrave travers un filtre rouge

puis agrave travers un filtre bleu Formule une hypothegravese puis applique ton modegravele

Hypothegravese __________________________________

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

Activiteacute 32 Qursquo‛obtient-on avec drsquo‛autres filtres

a) Tu disposes maintenant drsquo‛une lampe diffusant de la lumiegravere blanche et de filtres

cyan magenta et jaune Manipule-les les uns apregraves les autres puis en les superposant

pour deacutecouvrir leurs effets sur la lumiegravere blanche

b) A lrsquo‛aide de couleurs et en trsquo‛appuyant sur tes observations scheacutematise ci-dessous

lrsquo‛action des filtres sur une lumiegravere blanche

Pex 1 Magenta 2 Jaune 3 Cyan 4 Rouge 5 Vert 6 Bleu 7 Noir

Activiteacute 33 Deux synthegraveses Similitudes et diffeacuterences

a) Utilise ce logiciel pour comparer les synthegraveses additive et soustractive

httpwwwostralonet3_animationsswfsynthese_couleursswf

a) Quelles similitudes observes-tu entre les synthegraveses additive et soustractive

________________________________________________________________

Les mecircmes triplets de couleurs sont preacutesents dans les deux synthegraveses (RVB - CMJ)

d) Et quelles diffeacuterences

________________________________________________________________

1 Les couleurs primaires de lrsquo‛un sont les couleurs compleacutementaires de lrsquo‛autre

2 Lrsquo‛addition des lumiegraveres coloreacutees rouge verte et bleue donne du blanc la

soustraction totale par des filtres cyan magenta et jaune donne du noir

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 4 Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Rappel

1 Nous pouvons reacutesumer la composition de la lumiegravere blanche aux 3 couleurs primaires le rouge le vert et le bleu Ce sont des couleurs qui ne peuvent pas ecirctre creacuteeacutees Ce sont elles qui composent les autres couleurs Crsquo‛est agrave dire qursquo‛en les meacutelangeant on peut obtenir les autres couleurs le cyan est composeacute du bleu et du vert le magenta est composeacute du bleu et du rouge et le jaune est composeacute du vert et du rouge

Theacuteorie

Le sujet que nous allons traiter aujourdrsquo‛hui concerne la couleur de lrsquo‛objet Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Formule une hypothegravese ____________________________________________

Observe la photo projeteacutee par lrsquo‛enseignant

Que retiens-tu de cette photo _______________________________________________________________ La lumiegravere coloreacutee qui est refleacuteteacutee par un objet correspond agrave la lumiegravere non absorbeacutee

Ici toutes les lumiegraveres coloreacutees sont absorbeacutees sauf le bleu qui lui est refleacuteteacute La couleur propre de lrsquo‛objet sera le bleu

En effet un objet absorbe ou reflegravete diffeacuterentes lumiegraveres coloreacutees Crsquo‛est cette lumiegravere coloreacutee refleacuteteacutee que nous verrons

Activiteacute 41

Reacuteponds agrave ces diffeacuterentes questions dans le tableau ci-dessous De quelle couleur verras-tu cet objet Confronte ton ideacutee avec ton voisin De quelle couleur le vois-tu reacuteellement

Couleur de lrsquo‛objet

Couleur de la lumiegravere

Hypothegravese formuleacutee

Observation

rouge Magenta

cyan Vert

jaune Bleu

Par quel pheacutenomegravene peut-on observer ce changement de couleur ___________________________________

Quelle deacuteductions peux-tu faire _________________________________________________________________

Activiteacute 42

Marche agrave suivre

1 Eacutecris sur une feuille blanche le nom des 2 couleurs que ton enseignant te donne avec la peinture qui y correspond

2 Pendant que ces mots segravechent remplis les colonnes ldquocouleur du mot 1rdquo et ldquocouleur du mot 2rdquo et ldquocouleur de la feuillerdquo agrave la lumiegravere blanche

3 Formule tes hypothegraveses note-les au crayon agrave papier en petit 4 Eacuteclaire tes mots agrave lrsquo‛aide de lumiegraveres coloreacutees 5 Note tes observations

Lumiegravere coloreacutee

Couleur du mot 1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur du mot 2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur de la feuille helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Blanche

Rouge

Verte

Bleue

Magenta

Cyan

Jaune

Activiteacute 43

Tu observes un drapeau eacuteclaireacute par une lumiegravere blanche Puis tu observes ce mecircme drapeau eacuteclaireacute par deux lumiegraveres coloreacutees diffeacuterentes Trouve la lumiegravere coloreacutee utiliseacutee dans chaque cas et justifie ta reacuteponse par la modeacutelisation vue preacuteceacutedemment

Lumiegravere blanche Lumiegravere coloreacutee 1 Lumiegravere coloreacutee 2

De quelle couleur est la premiegravere lumiegravere coloreacutee ___________________________

Modeacutelisation 1

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________

Modeacutelisation 2

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 4 Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur (corrigeacute) Rappel

2 Nous pouvons reacutesumer la composition de la lumiegravere blanche aux 3 couleurs primaires le rouge le vert et le bleu Ce sont des couleurs qui ne peuvent pas ecirctre creacuteeacutees Ce sont elles qui composent les autres couleurs Crsquo‛est agrave dire qursquo‛en les meacutelangeant on peut obtenir les autres couleurs le cyan est composeacute du bleu et du vert le magenta est composeacute du bleu et du rouge et le jaune est composeacute du vert et du rouge

Theacuteorie

Le sujet que nous allons traiter aujourdrsquo‛hui concerne la couleur de lrsquo‛objet Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Formule une hypothegravese ____________________________________________ Projeter cette image elle napparaicirct pas dans le cours de lrsquo‛eacutelegraveve

Que retiens-tu de cette photo _______________________________________________________________ La lumiegravere coloreacutee qui est refleacuteteacutee par un objet correspond agrave la lumiegravere non absorbeacutee

Ici toutes les lumiegraveres coloreacutees sont absorbeacutees sauf le bleu qui lui est refleacuteteacute La couleur propre de lrsquo‛objet sera le bleu

En effet un objet absorbe ou reflegravete diffeacuterentes lumiegraveres coloreacutees Crsquo‛est cette lumiegravere coloreacutee refleacuteteacutee que nous verrons

Activiteacute 41

Reacuteponds agrave ces diffeacuterentes questions dans le tableau ci-dessous De quelle couleur penses-tu que tu verras cet objet Confronte ton ideacutee avec ton voisin De quelle couleur le vois-tu reacuteellement

Couleur de lrsquo‛objet

Couleur de la lumiegravere

Hypothegravese formuleacutee

Observation

rouge Magenta (rouge)

cyan Vert (vert)

jaune Bleu (noir)

Par quel pheacutenomegravene peut-on observer ce changement de couleur ___________________________________ (synthegravese soustractive)

Quelle deacuteductions peux-tu faire (fonctionne comme un filtre) _________________________________________________________________

Activiteacute 42

Marche agrave suivre

6 Eacutecris sur une feuille blanche le nom des 2 couleurs que ton enseignant te donne avec la peinture qui y correspond

7 Pendant que ces mots segravechent remplis les colonnes ldquocouleur du mot 1rdquo et ldquocouleur du mot 2rdquo et ldquocouleur de la feuillerdquo agrave la lumiegravere blanche

8 Formule tes hypothegraveses note-les au crayon agrave papier en petit 9 Eacuteclaire tes mots agrave lrsquo‛aide de lumiegraveres coloreacutees 10 Note tes observations

Lumiegravere coloreacutee

Couleur du mot 1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur du mot 2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur de la feuille helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Blanche

Rouge

Verte

Bleue

Magenta

Cyan

Jaune

Activiteacute 43

Tu observes un drapeau eacuteclaireacute par une lumiegravere blanche Puis tu observes ce mecircme drapeau eacuteclaireacute par deux lumiegraveres coloreacutees diffeacuterentes Trouve la lumiegravere coloreacutee utiliseacutee dans chaque cas et justifie ta reacuteponse par la modeacutelisation vue preacuteceacutedemment

Lumiegravere blanche Lumiegravere coloreacutee 1 Lumiegravere coloreacutee 2

De quelle couleur est la premiegravere lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Bleu)

Modeacutelisation 1

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Vert)

Modeacutelisation 2

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Fiches de synthegravese Les couleurs Activiteacute 2 Reacutesumeacute theacuteorique pour les eacutelegraveves Le modegravele trichromique et la synthegravese additive des couleurs La couleur nrsquo‛existe pas sans lumiegravere et lrsquo‛on peut dire que lrsquo‛on perccediloit le monde gracircce aux meacutelanges de ces couleurs qui correspondent aux diffeacuterentes composantes de la lumiegravere Lorsque lrsquo‛on parle de la perception des couleurs on srsquo‛aperccediloit que seules trois lumiegraveres primaires de couleurs rouge vert et bleu sont neacutecessaires pour obtenir la sensation de toutes les autres couleurs Cette maniegravere de modeacuteliser la perception des couleurs est ce qursquo‛on appelle le modegravele trichromique (lsquorsquo‛trois couleursrsquo‛rsquo‛) Dans cette repreacutesentation toutes les autres lumiegraveres coloreacutees sont perccedilues par superposition des trois lumiegraveres rouge verte et bleue La superposition simultaneacutee et en dosage identique des trois couleurs donne de la lumiegravere blanche Le noir correspond agrave une absence de lumiegravere

Illustration du modegravele

Image MER

Lrsquo‛image montre trois projecteurs de lumiegraveres rouge verte et bleue eacuteclairant une table blanche Si les trois couleurs sont projeteacutees en intensiteacute identique nous obtenons par superposition trois autres couleurs le cyan le magenta et le jaune Les couleurs primaires et les couleurs obtenues sont codeacutees sur lrsquo‛image puis reacutecapituleacutees dans le tableau ci-dessous

Image MER

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Si nous modifions le dosage des couleurs eacuteleacutementaires il est possible drsquo‛obtenir toutes les couleurs imaginables Le pheacutenomegravene de perception des couleurs par superposition des trois couleurs primaires se nomme synthegravese additive les couleurs sont additionneacutees entre elles pour permettre la synthegravese drsquo‛autres couleurs

Drsquo‛ailleurs si lrsquo‛on observe au microscope un eacutecran blanc de smartphone ou drsquo‛ordinateur on remarque qursquo‛il est en fait constitueacute drsquo‛un grand nombre de minuscules rectangles de lumiegraveres rouge verte et bleue (voir image ci-contre) Crsquo‛est justement par un jeu de dosage de chacune de ces lumiegraveres que lrsquo‛on perccediloit les diffeacuterentes couleurs sur nos eacutecrans

Pourquoi un modegravele sur trois couleurs La raison pour laquelle les scientifiques ont construit ce modegravele sur trois couleurs est directement lieacutee agrave la structure de notre œil En effet ce dernier contient des cellules sensibles agrave la lumiegravere que lrsquo‛on appelle cocircnes et bacirctonnets Alors que les bacirctonnets perccediloivent les intensiteacutes de lumiegravere les cocircnes nous permettent de percevoir les couleurs Cependant ils ne sont sensibles qursquo‛agrave certaines composantes de la lumiegravere blanche celles correspondant justement aux couleurs rouge vert et bleu Lorsque lrsquo‛on regarde un objet notre cerveau analyse le dosage de chacune de ces composantes perccedilues par notre œil et en interpregravete ainsi la couleur de lrsquo‛objet

Qursquo‛est-ce que le daltonisme Certaines personnes preacutesentent une anomalie de la vision qui les empecircche de distinguer certaines couleurs Drsquo‛origine geacuteneacutetique ce trouble est ducirc agrave un dysfonctionnement des cocircnes preacutesents dans la reacutetine Bien que la plupart des personnes daltoniennes aient de la peine agrave distinguer le vert du rouge drsquo‛autres ne distinguent pas drsquo‛autres couleurs Dans certaines formes de daltonisme le monde est perccedilu par la personne atteinte en teintes de gris

Sciences naturelles Optique synthegravese soustractive et additive

La synthegravese additive est le proceacutedeacute gracircce

auquel en combinant les couleurs

___________ ___________ et ___________

on obtient du blanc

On la retrouve lorsque lrsquoon meacutelange des

lumiegraveres coloreacutees composeacutees de ces 3 couleurs

diffeacuterentes car les laquo additionner raquo donne la

lumiegravere blanche

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon exploite aujourdrsquohui

pour les teacuteleacuteviseurs ou tout eacutecran composeacute de

pixels

La synthegravese soustractive consiste agrave soustraire

les couleurs de la lumiegravere blanche (RVB) agrave

travers des filtres de couleurs ___________

___________ et ___________ qui absorbent la

totaliteacute des couleurs de la lumiegravere blanche pour

un rendu noir au final (absence de lumiegravere)

Lrsquo __________________ des 3 couleurs donne

le ____________

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon retrouve par exemple en

meacutelangeant de la peinture notamment en

imprimerie

Sciences naturelles Optique les filtres

Qursquoest-shyce qursquoun filtre coloreacute et comment fonctionne-shyt-shyil

Un filtre est un dispositif qui permet de filtrer la lumiegravere de laisser passer certains rayons

lumineux et drsquoen absorber drsquoautres

Pour savoir quelles lumiegravere coloreacutees le filtre laisse passer il faut lrsquoobserver agrave la lumiegravere

blanche

Le filtre laissera alors passer uniquement les rayons lumineux de sa couleur propre

Par exemple

Un filtre vert laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee verte

Un filtre magenta laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee magenta crsquoest agrave dire les rayons rouge et bleu

Pour connaicirctre la lumiegravere coloreacutee qui ldquosortrdquo du filtre il faut donc

deacutecomposer la lumiegravere qui arrive sur ce filtre et en soustraire les

rayons qui sont absorbeacutes par le filtre On se reacutefegravere alors au modegravele de

la synthegravese soustractive

Image httpswww123couleursfrboutique-shy1filtres-shycolorC3A9s

Tableau reacutecapitulatif

Sciences naturelles Optique les filtres

Modeacutelisation

Nous pouvons modeacuteliser lrsquoaction drsquoun filtre

1 Noter la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur le filtre

2 Deacutecomposer la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur filtre et la coder (en RVB)

3 Repreacutesenter le filtre et coder les rayons absorbeacutes par le filtre 4 Prolonger les rayons lumineux coloreacutes que le filtre laisse passer et les coder (en RVB)

5 Noter la lumiegravere coloreacutee qui sort du filtre

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre magenta sur la lumiegravere blanche

Lorsque plusieurs filtres sont superposeacutes ou aligneacutes il faut modeacuteliser lrsquoaction du premier filtre

sur la lumiegravere projeteacutee puis lrsquoaction du deuxiegraveme filtre sur la lumiegravere qui sort du premier filtre

etc

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre cyan puis drsquoun filtre vert sur la lumiegravere jaune

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

De quelle couleur apparaicirctra un objet de couleur eacuteclaireacute par une lumiegravere coloreacutee

Il y 3 cas

1) Un objet de couleur blanche renvoie toutes les couleurs il apparaicirctra de la couleur eacuteclaireacutee

2) Un objet de couleur noire absorbe toutes les couleurs Peu importe la couleur avec laquelle

lrsquoobjet est eacuteclaireacute lrsquoobjet apparaicirct de couleur noire

3) Pour un objet de couleur il suffit de deacutecomposer les couleurs secondaires par exemple

Jrsquoai un objet jaune

Je lui projette une lumiegravere magenta

Or jaune = rouge + vert

et magenta = bleu + rouge

Le rouge est commun au jaune et au magenta donc lrsquoobjet paraicirctra rouge

En revanche si la lumiegravere est bleue comme il nrsquoy a pas de bleu dans le jaune lrsquoobjet paraicirctra

noir

1

Tableau reacutecapitulatif

1 httpscommunitygoodgamestudioscombigfarmfrdiscussion51685langage-shy‐des-shy‐couleurs

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

Modegravele de reacuteponse

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

______

______

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

______

______

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation avec propositions

de reacuteponses)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

(rouge vert bleu Nous percevons les diffeacuterentes couleurs agrave partir de ces trois couleurs) ________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

(Explication relative aux cocircnes et bacirctonnets de lrsquo‛oeil)

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Corrigeacute vert bleu blanc cyan

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________ (vert)

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________ (bleu)

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________ (aucunenoir)

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

(selon modegravele eacutetudieacute)

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

(les deux selon que lrsquo‛on parle de synthegravese additive ou soustractive)

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

Bleu

______

Bleu

______

Noir

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________ (lumiegravere rouge)

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

Noir

______

Rouge

______

Rouge

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

(Bleu)

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

(selon modegravele eacutetudieacute)

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

(Explication citant la synthegravese soustractive et lrsquo‛effet des lumiegraveres coloreacutees

concerneacutees sur le haut du cambrioleur)

Evaluation - Analyse

Ce commentaire comprend les diffeacuterents objectifs eacutevalueacutes ainsi que ce qui est attendu

preacuteciseacutement des eacutelegraveves et les niveaux taxonomiques correspondants

Ce sont des pistes drsquo‛eacutevaluation qui sont ici proposeacutees non une eacutevaluation suivie

Exercice 1

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- Mettre en lien des notions theacuteoriques apprises en cours (cocircnes et

bacirctonnets de lrsquo‛oeil) avec drsquo‛autres (synthegravese additive)

Lrsquo‛eacutevaluation deacutebute par deux questions au niveau taxonomique peu eacuteleveacute La

premiegravere de lrsquo‛ordre de la compreacutehension demande aux eacutelegraveves de restituer une

connaissance de base agrave lrsquo‛aide de leurs propres mots La deuxiegraveme propose de

tester les connaissances theacuteoriques des eacutelegraveves en veacuterifiant que des liens entre

deux notions aient eacuteteacute faits

Exercice 2

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutedire la couleur perccedilue en fonction des meacutelanges de couleurs RVB

- deacutechiffrer un scheacutema et les codes de la repreacutesentation de la trajectoire

des lumiegraveres coloreacutees

Le deuxiegraveme exercice relegraveve du niveau taxonomique de lrsquo‛application car il

neacutecessite une compreacutehension de la maniegravere de repreacutesenter la lumiegravere (scheacutema de

la trajectoire rectiligne codes de couleurs RVB) et drsquo‛appliquer ce modegravele tout en

utilisant les connaissances des couleurs fondamentales et compleacutementaires de la

synthegravese additive

Exercice 3

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet drsquo‛un filtre sur une lumiegravere coloreacutee agrave lrsquo‛aide des codes

propres agrave lrsquo‛optique

Lrsquo‛exercice 3 relegraveve de lrsquo‛application car les eacutelegraveves se reacutefegraverent agrave la modeacutelisation

eacutetablie durant le cours et au diagramme de Venn de la synthegravese soustractive et

les adaptent aux items preacutesenteacutes

Exercice 4

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- mettre en perspective la distinction entre synthegravese additive et

soustractive en terme de lsquorsquo‛naturersquo‛rsquo‛ de la couleur (couleurs matiegraveres vs

couleurs lumiegraveres)

Cet exercice requiert des eacutelegraveves qursquo‛ils mobilisent leur faculteacute drsquo‛analyse (niveau

taxonomique plutocirct eacuteleveacute) pour expliquer les diffeacuterences entre les

repreacutesentations de la couleur en arts visuels et en physique Le but est qursquo‛ils

reconnaissent qursquo‛il srsquo‛agit dans le premier cas de la synthegravese soustractive et dans

le second cas de la synthegravese additive

Exercice 5

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutevoir la couleur perccedilue drsquo‛un objet en fonction des lumiegraveres coloreacutees

projeteacutees et coder le pheacutenomegravene

Les eacutelegraveves appliquent la modeacutelisation drsquo‛une lumiegravere coloreacutee sur un objet coloreacute

pour deacuteterminer la couleur perccedilue du drapeau franccedilais Cette question fait

reacutefeacuterence agrave un niveau taxonomique bas Puis ils trouvent la lumiegravere coloreacutee qui

permet de voir les deux drapeaux preacutesenteacutes de la mecircme couleur Ils trouveront

cette reacuteponse en modeacutelisant les lumiegraveres coloreacutees sur lrsquo‛objet de couleur

Plusieurs scheacutemas sont neacutecessaires pour trouver la reacuteponse Crsquo‛est une question

taxonomiquement haute qui demande aux eacutelegraveves de faire une synthegravese

Exercice 6

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet de la lumiegravere coloreacutee sur un objet et en deacuteduire la

couleur perccedilue

- justifier sa reacuteponse avec des mots en faisant la synthegravese des diffeacuterents

concepts vus dans la seacutequence de cours

Les eacutelegraveves doivent comprendre ce qursquo‛ils lisent et deacuteterminer la couleur propre du

haut du cambrioleur Cette question est taxonomiquement haute elle demande de

lrsquo‛analyse Puis ils justifient leur reacuteponse par le modegravele de lrsquo‛effet de la lumiegravere

coloreacutee sur un objet Cette question est drsquo‛un niveau taxonomique infeacuterieur

drsquo‛application Finalement ils deacuteterminent pourquoi la description de la jeune fille

ne correspond pas agrave la couleur propre en faisant le lien avec la synthegravese

soustractive demandant un niveau taxonomiquement tregraves eacuteleveacute la synthegravese

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4 Argumentation scientifique Nous avons choisi de construire notre seacutequence de cours de maniegravere agrave ce qursquoelle srsquoinscrive dans une deacutemarche constructiviste de type piageacutetienne Dans cette deacutemarche lrsquoenseignant anticipe les conceptions erroneacutees que les eacutelegraveves peuvent avoir puis eacutetablit une situation-shyproblegraveme permettant ideacutealement de deacuteconstruire ces repreacutesentations incomplegravetes puis finalement drsquoen construire de nouvelles plus justes Dans ce qui suit nous allons deacutefinir ces diffeacuterents concepts mis en eacutevidence puis expliciter la maniegravere dont nous les avons pris en compte dans notre planification

41 Les conceptions des eacutelegraveves et les situations-shyproblegravemes

411 Deacutefinitions Conception Selon Giordan et al (1994) une conception ou repreacutesentation peut ecirctre consideacutereacutee comme une ideacutee un objet ou un eacutevegravenement qui aide lrsquoeacutelegraveve agrave comprendre le monde qui lrsquoentoure Elle est le fruit de son expeacuterience personnelle dans laquelle il va puiser pour comprendre les nouveaux savoirs que lrsquoon va chercher agrave lui inculquer Elle peut ecirctre consideacutereacutee comme une connaissance ldquodeacutejagrave-shylagraverdquo acquise dans un certain contexte par lrsquoapprenant et qui peut ecirctre correcte ou erroneacutee Les mauvaises conceptions (ou misconception en anglais) peuvent donc ecirctre deacutecrites comme des ideacutees qui proviennent drsquoune mauvaise compreacutehension drsquoobjets ou eacutevegravenements Elles sont issues principalement de lrsquoenvironnement avec lequel lrsquoeacutelegraveve interagit et du contexte dans lequel il se situe mais elles deacutecoulent eacutegalement des systegravemes seacutemiotiques mis en oeuvre Ces derniers sont abordeacutes plus en deacutetail dans ce qui suit Seacutemiologie En seacutemiologie (lrsquoeacutetude des systegravemes de signes) une repreacutesentation (ou un signe) est double elle est doteacutee drsquoun signifiant et drsquoun signifieacute (de Saussure 1916) Le signifiant qui fait lrsquoobjet de la seacutemiologie deacutesigne la forme et laspect du signe tandis que le signifieacute eacutetudieacute dans le cadre de la seacutemantique deacutesigne le concept eacutevoqueacute par le signe A partir du moment ougrave le signe possegravede plusieurs signifieacutes il devient symbole et crsquoest ainsi que les incompreacutehensions peuvent survenir Selon R Duval (1995) le concept de laquo registre seacutemiotique raquo permet de distinguer les repreacutesentations qui relegravevent de diffeacuterents registres ou types visuels numeacuteriques graphiques symboliques formels scheacutematiques etc En didactique ce concept est fondamental car les diffeacuterences de registre au sein drsquoune mecircme repreacutesentation ou drsquoun

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modegravele peut induire des difficulteacutes de lecture Ils risquent drsquoajouter des difficulteacutes suppleacutementaires en empecircchant les eacutelegraveves de se focaliser sur le problegraveme poseacute par lrsquoactiviteacute et les menant agrave formuler des conclusions diffeacuterentes de celles attendues par lrsquoenseignant Crsquoest pour cela qursquoun choix pertinent de registre seacutemiotique facilite la compreacutehension du concept introduit Dans notre cours un exemple typique que nous pouvons donner est la forte ressemblance des diagrammes de Venn pour les synthegraveses additive et soustractive Dans les deux modegraveles les diagrammes sont communeacutement scheacutematiseacutes sous forme circulaire De plus bien que inverseacutees au niveau de leurs superpositions les mecircmes couleurs sont repreacutesenteacutees dans les deux diagrammes Ces similitudes peuvent rendre la diffeacuterenciation complexe pour les eacutelegraveves Crsquoest pourquoi nous avons estimeacute important drsquoapporter un changement agrave la repreacutesentation de ces diagrammes Ainsi dans lrsquoune de nos fiches de synthegravese nous avons preacutefeacutereacute utiliser des formes rectangulaires plutocirct que circulaires pour repreacutesenter la synthegravese soustractive car cette forme eacutevoque plus fortement le filtre et ainsi lrsquoabsorption de la lumiegravere Cadre de rationaliteacute origine des conceptions En srsquoappuyant sur les travaux de R Douady (1984) A Lerouge (1992) deacutefinit laquo un cadre de rationaliteacuteraquo comme laquoun ensemble coheacuterent de fonctionnement de la penseacuteeraquo caracteacuteriseacute principalement par les composantes suivantes

1 Les objets du cadre dans notre cas il peut srsquoagir de peinture de feuille de papier de lampes de poche de filtres etc

2 Le type de processus de conceptualisation Dans un cadre scientifique il peut srsquoagir drsquoun processus par modeacutelisation ou par expeacuterimentation par exemple

3 Les registres seacutemiotiques que nous avons traiteacutes plus haut Les conceptions des eacutelegraveves et les conflits de perceptions en reacutesultant sont issus des diffeacuterents cadres de rationaliteacute dans lesquels ils eacutevoluent Ce sont les cadres familiers (personnel) et culturels (eacutecole) qui sont responsable de ces conceptions et repreacutesentations mentales tantocirct concourantes tantocirct inexistantes voire erroneacutees Elles se manifestent principalement agrave travers la seacutemiotique Les eacutelegraveves eacuteprouvent de la difficulteacute agrave repreacutesenter des objets issus de registres seacutemiotiques diffeacuterents ou encore agrave simplement les reconnaicirctre Dans le contexte de notre seacutequence sur les couleurs ces cadres de rationaliteacute sont centraux En effet crsquoest dans son quotidien et donc dans son cadre familier que lrsquoeacutelegraveve va deacutecouvrir la notion de couleur notamment par le biais de la peinture ou drsquoobservation drsquoarc-shyen-shyciel Cette deacutecouverte qui a souvent lieu tregraves tocirct dans la vie de lrsquoenfant ne fera pourtant pas pour autant lrsquoobjet de questionnement sur le pheacutenomegravene de perception des couleurs La notion de cadre culturel ou scolaire quand agrave elle peut ecirctre eacutetendue dans notre cas agrave deux sous-shycateacutegories de cadres culturels diffeacuterents qui vont ecirctre agrave lrsquoorigine de conceptions erroneacutees ou incomplegravetes Premiegraverement il y a le cadre que nous appelons laquo arts visuelsraquo et qui a ses propres regravegles de rationaliteacutes Les cours de dessin ou drsquoactiviteacutes creacuteatrices en sont de parfaits exemples car crsquoest dans ce cadre que les eacutelegraveves vont premiegraverement aborder la

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theacutematique des couleurs primaires et de leurs meacutelanges Mais cette theacutematique est eacutegalement abordeacutee dans le cadre laquophysiqueraquo agrave travers les expeacuteriences de deacutecomposition de la lumiegravere ou de superposition de lumiegraveres coloreacutees Ainsi nous retrouvons trois cadres de rationaliteacute concourants (familier physique arts visuels) dans lesquels les eacutelegraveves eacutevoluent et qui engendrent indubitablement des conceptions erroneacutees sur la lumiegravere et les couleurs puisque les eacutelegraveves ne sont pas ameneacutes agrave les diffeacuterencier dans chacun des cadres Et comme la communication entre les diffeacuterents cadres nrsquoest pas eacutetablie le lien agrave faire entre les diffeacuterentes conceptions issues de ces cadres est agrave la charge de lrsquoeacutelegraveve ce qui repreacutesente une lourde responsabiliteacute dans son apprentissage Astolfi (2008) appelle eacutegalement ces conceptions issues de diffeacuterents cadres des ldquotrames conceptuelles rdquoqui peuvent ecirctre deacutefinies comme ldquoun ensemble de concepts-shycleacutes propres agrave un domaine et logiquement hieacuterarchiseacutes entre eux qui structurent les disciplines et engendrent des situations-shyproblegravemesrdquo Mais encore on verra eacutemerger des problegravemes de contrat didactique dans chacun des cadres lrsquoeacutelegraveve va tenter de donner une reacuteponse qui va satisfaire lrsquoenseignant sans pour autant ecirctre ameneacute agrave confronter ses conceptions

Situation-shyproblegraveme Pour de Vecchi (2006) une situation-shyproblegraveme est une activiteacute qui consiste agrave mettre lrsquoeacutelegraveve dans une situation ougrave il va ecirctre ameneacute agrave eacutelaborer des strateacutegies de reacutesolution de problegraveme Lrsquoun des points cleacutes des situations-shyproblegravemes est qursquoelles eacutetablissent un lien eacutetroit entre les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves En drsquoautres termes une situation-shyproblegraveme est construite de telle sorte que les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave remettre en question des repreacutesentations actuelles qui srsquoavegraverent erroneacutees agrave les deacuteconstruire pour en construire de nouvelles Ainsi dans une deacutemarche de type constructiviste lrsquoeacutelegraveve construit son savoir en renversant ses anciennes conceptions Une situation-shyproblegraveme nrsquoest donc pas une deacutemarche ponctuelle dans laquelle lrsquoeacutelegraveve devra reacutesoudre une liste drsquoexercices teacuteleacuteguideacutee par lrsquoenseignant Ce qui justifie lrsquoefficaciteacute des situations problegravemes est qursquo laquoapprendreraquo ne consiste pas agrave cumuler les savoirs mais agrave en construire et agrave en deacuteconstruire

Une situation-shyproblegraveme doit comprendre plusieurs eacuteleacutements

-shy Un objectif-shyobstacle Pour Meirieu (1987) un objectif-shyobstacle est ldquoun objectif dont lrsquoacquisition permet au sujet de franchir un palier deacutecisif de progression en modifiant son systegraveme de repreacutesentation et en le faisant acceacuteder un niveau supeacuterieur de formulation rdquo Dans notre cas lrsquoeacutelegraveve pense que tous les meacutelanges de 3 couleurs primaires (de peinture ou de lumiegravere) vont donner le mecircme reacutesultat La distinction entre synthegraveses additive et soustractive nrsquoest pas connue des eacutelegraveves De plus projeter de la lumiegravere monochromatique sur un objet drsquoune certaine couleur ne donne pas toujours la mecircme couleur Lrsquoexemple avec le drapeau (activiteacute 4) est parlant

-shy Une situation centreacutee sur cet obstacle prenant en compte une deacutemarche expeacuterimentale ou une deacutemarche de modeacutelisation Dans notre cours les deux deacutemarches sont mises en oeuvre mais notre deacutemarche principale est la modeacutelisation Les eacutelegraveves vont effectivement ecirctre ameneacutes agrave eacutemettre des hypothegraveses manipuler reacutecolter des reacutesultats et les confronter agrave

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leurs hypothegraveses mais il srsquoagit surtout drsquoune deacutemarche de modeacutelisation car les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave creacuteer des scheacutemas dans plusieurs exercices

-shy Une probleacutematisation et la deacutevolution on probleacutematise la conception erroneacutee en introduisant une situation-shyproblegraveme crsquoest-shyagrave-shydire qursquoon construit un problegraveme centreacute sur lrsquoobstacle La surprise face agrave une situation incoheacuterente va intriguer lrsquoeacutelegraveve exciter sa motivation et le pousser agrave vouloir srsquoimpliquer dans le problegraveme ce qui va aider sa deacutevolution Brousseau (1998) qualifie la notion de deacutevolution par le ldquo processus par lequel lenseignant parvient agrave placer leacutelegraveve comme simple actant dans une situation a-shydidactique (agrave modegravele non didactique) Il cherche par lagrave agrave ce que lrsquoaction de lrsquoeacutelegraveve ne soit produite et justifieacutee que par les neacutecessiteacutes du milieu et par ses connaissances et non par lrsquointerpreacutetation des proceacutedeacutes didactiques du professeurrdquo Pour enrocircler les eacutelegraveves et les aider agrave identifier la probleacutematique en met on place une situation deacuteclenchante Dans notre cas lrsquoexemple avec le meacutelange de peinture et de lumiegraveres coloreacutees est un parfait exemple de situation deacuteclenchante car les eacutelegraveves ne sattendent probablement pas par exemple agrave ce que le meacutelange de vert et bleu donne du cyan ou encore qursquoon perccediloive un citron noir lorsque lrsquoon projette de la lumiegravere bleue sur ce celui-shyci

412 La prise en compte des conceptions des eacutelegraveves dans notre seacutequence La theacutematique de la lumiegravere et des couleurs est complexe et comprend de nombreux concepts difficiles agrave assimiler En effet bon nombre de personnes ont des repreacutesentations erroneacutees qui peuvent rester profondeacutement ancreacutees Parmi les conceptions erroneacutees les plus communes on retrouve selon le site internet des MER

La lumiegravere blanche est sans couleur pure quand la lumiegravere blanche passe dans un prisme ou traverse un filtre de la couleur lui est ajouteacutee

La lumiegravere blanche nous permet de voir la vraie couleur des objets laquoMa feuille est blanche parce que je nai pas ajouteacute dautres couleurs agrave celle-shyciraquo

Les couleurs sont lieacutees agrave des proprieacuteteacutes de lrsquoobjet exclusivement sans reacutefeacuterence agrave la lumiegravere qui eacuteclaire lrsquoobjet Ne dit-shyon pas quun pull est rouge

Confusion entre les couleurs primaires en couleur peinture et en couleur lumiegravere

Dans notre planification nous avons anticipeacute ces conceptions et avons construit notre cours de maniegravere agrave ce qursquoelles soient mises en eacutevidence le plus tocirct possible afin de tenter de les deacuteconstruire agrave travers nos activiteacutes

Ainsi degraves deacutebut de lrsquoactiviteacute 2 les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave une situation-shyproblegraveme dans laquelle ils comprennent qursquoil existe une contradiction entre leur conception de deacutepart sur les meacutelanges de couleurs (issue de leurs cadres de rationaliteacute familier et scolaire lsquorsquoart visuelrsquorsquo) et leurs observations (nouveau cadre lsquorsquophysiquersquorsquo) Crsquoest sur la base de ce conflit cognitif que les diffeacuterentes notions de la seacutequence pourront ecirctre abordeacutees Les autres conceptions sont mises en eacutevidence puis deacuteconstruites agrave travers les diffeacuterentes activiteacutes Par exemple les

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activiteacutes du chapitre 3 permettent de montrer que la lumiegravere blanche nrsquoest pas pure mais qursquoelle est composeacutee de toutes les couleurs et ce gracircce agrave lrsquoobservation des objets agrave la lumiegravere blanche puis agrave travers un filtre

De plus lrsquoactiviteacute 3 srsquoarticule autour drsquoune conception erroneacutee repeacutereacutee dans certaines classes Bon nombre drsquoeacutelegraveves eacutetaient persuadeacutes qursquoun filtre ne laissait pas passer les lumiegraveres de sa couleur propre car crsquoest la couleur dont est perccedilue le filtre Un conflit cognitif est alors provoqueacute afin de deacuteconstruire cette conception les eacutelegraveves observent que la lumiegravere coloreacutee nrsquoest pas absorbeacutee par le filtre mais qursquoelle se propage bien jusqursquoagrave lrsquoeacutecran blanc

En introduction de lrsquoactiviteacute 4 une nouvelle situation-shyproblegraveme est preacutesenteacutee par le biais drsquoune image montrant que la couleur drsquoun objet peut varier en fonction de la lumiegravere coloreacutee par laquelle il est eacuteclaireacute Elle servira agrave provoquer un conflit cognitif chez les eacutelegraveves car cette situation intervient apregraves une phase drsquohypothegravese reacutepondant agrave la question suivante un objet peut-shyil avoir diffeacuterentes couleurs La reacuteponse donneacutee par lrsquoimage contredira probablement lrsquohypothegravese preacuteceacutedemment formuleacutee et devrait susciter de la curiositeacute chez lrsquoeacutelegraveve et lui donner lrsquoenvie de comprendre le pheacutenomegravene Nous deacutemontrons ensuite tout au long de lrsquoactiviteacute 4 sur les lumiegraveres coloreacutees que crsquoest le pheacutenomegravene drsquoabsorption et de reacuteflection de la lumiegravere qui nous permet de voir la couleur des objets et non pas la lumiegravere blanche Crsquoest donc par le biais de ces deacuteconstructions successives de conceptions que lrsquoenseignant peut guider les eacutelegraveves sur la voie de la reacutesolution du problegraveme de lrsquoorigine de ces contradictions dans le but drsquoeacutetablir le lien entre les diffeacuterents cadres de rationaliteacute

42 Modeacutelisation

421 Deacutefinition

Un modegravele est communeacutement deacutefini comme un objet ou un concept qui va permettre de repreacutesenter la reacutealiteacute de diffeacuterentes maniegraveres Bunge (1974) ou encore Martinand (1994) le deacutefinissent eacutegalement comme un moyen permettant de mettre en relation le monde theacuteorique avec le monde empirique Il peut ecirctre consideacutereacute en quelque sorte comme un monde intermeacutediaire ou une sorte de lunette conceptuelle (Halloun 2004) qui va permettre drsquoobserver des pheacutenomegravenes naturels Un modegravele ne constitue pas la reacutealiteacute mais la repreacutesente en simplifiant certains de ses aspects ce qui peut causer des conflits pour les repreacutesentations cognitives chez lrsquoeacutelegraveve

422 La modeacutelisation dans notre seacutequence Dans notre planification la modeacutelisation est centrale afin de conceptualiser des pheacutenomegravenes complexes comme la composition de la lumiegravere et la perception des couleurs Elle est lrsquooutil qui permet drsquoamener les eacutelegraveves agrave se faccedilonner une repreacutesentation de la deacutecomposition de la lumiegravere blanche de labsorption de la lumiegravere agrave travers les filtres et des synthegraveses additive et soustractive des couleurs

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De plus elle constitue un objectif de formation meacutethodologique qui va de pair avec toute formation scientifique Crsquoest pourquoi nous avons inclus la modeacutelisation dans les objectifs drsquoapprentissage Dans la terminologie du PER la modeacutelisation correspond agrave lrsquoobjectif geacuteneacuteral MSN37

bull MSN 1525 mdash Modeacuteliser des pheacutenomegravenes naturels techniques sociaux ou des situations matheacutematiques

bull en imaginant et en utilisant divers outils de repreacutesentation (codes scheacutemas graphiques tableauxhellip)

Lrsquoactiviteacute 2 propose aux eacutelegraveves de reporter les couleurs observeacutees sur trois cercles superposeacutes En les coloriant les eacutelegraveves reacutealisent en reacutealiteacute une forme simple de modeacutelisation par un diagramme de Venn de la synthegravese additive Il nous a sembleacute pertinent drsquointroduire ce scheacutema de cette maniegravere car ainsi les eacutelegraveves comprennent reacuteellement qursquoil correspond agrave la lumiegravere projeteacutee et superposeacutee sur un eacutecran En derniegravere partie drsquoactiviteacute les eacutelegraveves se familiarisent avec un logiciel de modeacutelisation de la synthegravese additive 3

Lrsquoutilisation drsquoun modegravele dans ce cas est indispensable pour des raisons pratiques Il serait en effet tregraves difficile de faire des observations similaires avec un dispositif reacuteel constitueacute de projecteurs et drsquoun eacutecran comme dans la premiegravere partie drsquoactiviteacute Nous avons veilleacute agrave choisir un logiciel simple drsquousage sur lequel seules deux manipulations sont possibles allumereacuteteindre les projecteurs et varier leurs intensiteacutes Ainsi il est possible pour les eacutelegraveves de faire rapidement et sans difficulteacutes de lrsquoordre du registre seacutemiotique la deacuteduction attendue les diffeacuterentes couleurs srsquoobtiennent par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

Dans lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves sont ameneacutes agrave modeacuteliser lrsquoeffet drsquoun filtre sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee Ils ancrent ainsi le fonctionnement drsquoun filtre dans leur apprentissage et deacuteveloppent une meacutethodologie systeacutematique dans la reacutesolution de problegravemes mettant en scegravene des filtres Gracircce au modegravele deacuteveloppeacute les eacutelegraveves deacuteconstruisent deacutefinitivement leur eacuteventuelle conception erroneacutee selon laquelle un filtre absorberait sa propre couleur Lrsquoactiviteacute 43 a pour but que les eacutelegraveves modeacutelisent les pheacutenomegravenes de reacutefraction et drsquoabsorption en justifiant leur reacuteponse par un modegravele de reacuteponse Ce dernier comprend les couleurs RVB qui se reflegravetent ou qui sont absorbeacutees par une surface Ainsi lrsquoeacutelegraveve peut trouver une meacutethode systeacutematique de reacuteponse en testant les diffeacuterentes couleurs Gracircce agrave cette modeacutelisation et agrave celle de lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves comprennent que les fonctionnements des filtres et des lumiegraveres coloreacutees sont fondeacutes sur le mecircme principe

3(httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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43 Deacutemarche expeacuterimentale

431 Deacutefinition Pour de Vecchi il est important de ne pas confondre les notions lieacutees agrave lrsquoexpeacuterimental qui sont les suivantes

-shy Une deacutemarche scientifique nrsquoest pas exclusive au domaine des sciences expeacuterimentales mais peut aussi ecirctre mobiliseacutee dans les sciences humaines socialeshellip Elle utilise drsquoautres outils que lrsquoexpeacuterimentale Toute recherche digne de ce nom est de nature scientifique

-shy La meacutethode expeacuterimentale eacutequivaut plutocirct agrave un plan agrave suivre un mode drsquoemploi ou agrave une marche agrave suivre qui suit un ordre strict que lrsquoon peut aussi appeler protocole Par exemple parmi les plus ceacutelegravebres protocoles nous retrouvons celui de Claude Bernard (1865) que lrsquoon abregravege par les initiales OHERIC qui correspondent agrave observation hypothegravese expeacuterience reacutesultats interpreacutetation et conclusion De maniegravere geacuteneacuterale il srsquoagit du protocole caricatural que lrsquoon emploie le plus souvent dans les salles de classes

-shy Une deacutemarche expeacuterimentale est une approche plus reacutealiste moins stricte et integravegre

une approche plus tacirctonnante Il nrsquoest pas constitueacute drsquoeacutetapes preacutedeacutetermineacutees et est donc moins affecteacutee par les directives de lrsquoenseignant Il peut donc laisser des liberteacutes dans la maniegravere de reacutesoudre le problegraveme

432 La deacutemarche expeacuterimentale dans notre seacutequence Dans notre seacutequence la meacutethode expeacuterimentale est preacutesente de maniegravere partielle du scheacutema caricatural OHERIC nous nous inteacuteressons en particulier aux phases drsquoobservation et drsquoeacutemission drsquohypothegraveses Crsquoest pourquoi nous parlons donc plutocirct de ldquodeacutemarche expeacuterimentalerdquo En effet tout au long des diffeacuterentes activiteacutes il est reacuteguliegraverement demandeacute aux eacutelegraveves de formuler une hypothegravese agrave partir de leurs connaissances au preacutealable puis de faire de nouvelles observations en contexte expeacuterimental Crsquoest sur la base de ces derniegraveres qursquoils pourront reacutealiser leurs deacuteductions sur le pheacutenomegravene en question et construire de nouvelles conceptions Dans lrsquoactiviteacute 2 ce type de deacutemarche est central pour la creacuteation de la premiegravere situation-shyproblegraveme Par la suite la deacutemarche permet de guider les eacutelegraveves dans le processus de deacuteduction du fonctionnement geacuteneacuteral des diffeacuterents pheacutenomegravenes Dans lrsquoactiviteacute 41 par exemple les pheacutenomegravenes agrave deacuteduire sont la synthegravese soustractive et le fonctionnement de la lumiegravere coloreacutee Lrsquoemploi drsquoobjets familiers permet un ancrage dans le quotidien

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Dans lrsquoactiviteacute 3 lrsquoeacutetude de lrsquoeffet des filtres constitue agrave son tour un deacutemarche expeacuterimentale En effet les eacutelegraveves doivent tout drsquoabord eacutemettre leurs hypothegraveses puis les veacuterifient par lrsquoexpeacuterimentation et ses reacutesultats provoquant probablement un conflit cognitif avant drsquoen conclure lrsquoeffet drsquoun filtre Dans lrsquoactiviteacute 42 nous retrouvons toujours le mecircme principe de deacutemarche expeacuterimentale Les eacutelegraveves formulent des hypothegraveses sur la couleur perccedilue de diffeacuterents mots coloreacutes eacuteclaireacutes par une lumiegravere coloreacutee puis les veacuterifient lors de la phase drsquoobservation La confrontation entre leurs attentes lieacutees agrave leurs conceptions et la reacutealiteacute creacutee le conflit cognitif rechercheacute

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5 Conclusion Pour seacutelectionner notre thegraveme et eacutelaborer notre seacutequence nous nous sommes fondeacutes sur les objectifs du PER et crsquoest sur lrsquooptique que notre choix srsquoest porteacute Le savoir savant auquel nous nous sommes reacutefeacutereacutes comprend principalement des concepts lieacutes agrave la lumiegravere tels que les photons les ondes eacutelectromagneacutetiques ainsi que les spectres drsquoeacutemission et drsquoabsorption Nous avons transposeacute ce savoir en un savoir enseignable par le biais drsquoun travail de contextualisation et de reacuteadaptation Nous avons eacuteteacute ameneacutes agrave remplacer des modegraveles scientifiques (par exemple les modegraveles de synthegraveses additive et soustractive) par des modegraveles accessibles agrave un niveau scolaire et agrave changer les conditions drsquoeacutemergence des problegravemes Ainsi notre travail de transposition consistait agrave montrer aux eacutelegraveves la partie eacutemergeacutee de lrsquoiceberg du concept de couleur le reacutesultat apparent plutocirct que lrsquoorigine eacutelectromagneacutetique Tout au long de la seacutequence et par le biais de situations-shyproblegravemes et de diffeacuterentes eacutetapes de reacutesolution des activiteacutes les eacutelegraveves ont eacuteteacute guideacutes dans le processus de construction de leur apprentissage En nous focalisant sur les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves nous avons eacutelaboreacute nos exercices de maniegravere agrave proposer des situations deacuteclenchantes afin de faciliter le transfert de la responsabiliteacute de la reacutesolution des problegravemes aux eacutelegraveves Cette derniegravere srsquoeffectue par des deacutemarches drsquoexpeacuterimentation mais surtout de modeacutelisation

Dans notre sceacutenario les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave deux types de donneacutees theacuteoriques et empiriques Drsquoune part ils ont agrave disposition deux theacuteories principales la premiegravere est que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs de lrsquoarc-shyen-shyciel tandis que la seconde deacutecrit l a maniegravere dont la couleur drsquoun objet deacutepend des couleurs qursquoil va absorber Drsquoautre part ils disposent de donneacutees empiriques qursquoils sont ameneacutes agrave reacutecolter en superposant des lumiegraveres de diffeacuterentes couleurs en meacutelangeant de la peinture et en projetant de la lumiegravere coloreacutee sur diffeacuterents objets coloreacutes Dans le cadre drsquoune deacutemarche drsquoexpeacuterimentation ils ont eacutemis des hypothegraveses observeacute manipuleacute du mateacuteriel utiliseacute des appliquettes en ligne et veacuterifieacute leurs reacutesultats Crsquoest ainsi les modegraveles que nous avons preacutesenteacutes et que les eacutelegraveves ont eacutelaboreacutes vont ecirctre des ponts qui vont relier le monde theacuteorique et le monde empirique Par ailleurs nous avons eacuteteacute attentifs agrave la seacutemiotique lors de nos choix des repreacutesentations utiliseacutees nous nous sommes reacutefeacutereacutes agrave la notion de registre seacutemiotique afin drsquoeacutelaborer des scheacutemas nrsquoengendrant pas de difficulteacutes de lecture chez les eacutelegraveves

Nous avons analyseacute lrsquoorigine des conceptions erroneacutees et avons remarqueacute qursquoelles eacutetaient principalement dues agrave des repreacutesentations concourantes engendreacutees par les diffeacuterents contextes et cadres de rationaliteacutes dans lesquelles les eacutelegraveves eacutevoluent Notre sceacutenario permet aux eacutelegraveves drsquoeacutetablir des liens entre ces diffeacuterents cadres et de construire une nouvelle repreacutesentation de la couleur celle drsquoun objet de la physique

75

Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

6 Bibliographie

Astolfi J Ginsburger-shyVogel Y amp Toussaint J (2008) Mots-shycleacutes de la didactique des sciences De Boeck Supeacuterieur Beaufils D Ramage M-shyJ DidaScO (2004) Simulation informatique et enseignement de la physique regards didactiques Universiteacute Paris-shySud Centre scientifique drsquoOrsay -shy 91405 Orsay Cedex Brahic A Grenier I ( 2008) Lumiegraveres deacutetoiles les couleurs invisibles Odile Jacob Brousseau G (1998) Glossaire de quelques concepts de la theacuteorie des situations didactiques en matheacutematiques DAEST-shy Faculteacute des Sciences de lHomme-shyUniversiteacute Victor Segalen Bordeaux 2 Bunge M (1975) Philosophie de la physique Paris France Editions du Seuil Chevallard Y amp Johsua M-shyA (1986) Transposition didactique  Du savoir savant au savoir enseigneacute -shy Un exemple drsquoanalyse de la transposition didactique Penseacutee sauvage Chevallard Y A du texte Chevallard Y A du texte Chevallard Y amp Johsua M-shyA A du texte (1991) La transposition didactique  du savoir savant au savoir enseigneacute Suivi de Un exemple de la transposition didactique ([2e eacuted revue et augm]) Yves Chevallard  Yves Chevallard et Marie-shyAlberte Johsua [texte imprimeacute] Retrieved October 19 2016 de Vecchi G (2006) Enseigner lrsquoexpeacuterimental en classe  Pour une veacuteritable eacuteducation scientifique Hachette Editions (p 221-shy229) de Vecchi G (2006) Enseigner lrsquoexpeacuterimental en classe  Pour une veacuteritable eacuteducation scientifique Hachette Editions (p 55 -shy65) de Saussure F (2005) Cours de linguistique geacuteneacuterale Arbres drsquoOr Develay M (1987) A propos de la transposition didactique en sciences biologiques Aster [ISSN 0297-shy9373] 1987 Ndeg 4 p 119 Duval R (1988) Eacutecarts seacutemantiques et coheacuterence matheacutematique introduction aux problegravemes de congruences in Annales de Didactique et de Sciences Cognitives de lIREM de Strasbourg Giordan A Girault Y et Clement P (1994) Conceptions et connaissance Peter Lang Halloun I A (2004) Modeling theory in science education Dordrecht Holland Kluwer Academic Publishers Kane J Sternheim M (1989) Cours QCM exemple et exercices corrigeacutes -shy 1er cycle Licence PCEM PCEP Physique 3egraveme eacutedition revue par Philipe Ghosez Maryse Hoebeke et Gabriel Llabreacutes DUNOD Lerouge A (1992) Repreacutesentation carteacutesienne rationaliteacute matheacutematique et rationaliteacute du quotidien chez des eacutelegraveves de collegravege Thegravese de doctorat Universiteacute Montpellier II Malafosse D Lerouge A Dusseau J-shyM (2000) Notions de registre et de cadre de rationaliteacute en inter-shydidactique des matheacutematiques et de la physiqu e Treacutema Martinand J-shyL (nd) Introduction agrave la modeacutelisation In Actes du seacuteminaire de didactique des disciplines technologiques Cachan (p 126ndash138)

76

Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Meirieu P Avanzin Gi (1987) Apprendre oui mais comment Edition ESF Verret M (1975) Le temps des eacutetudes (Vols 1ndash2) Lille France Atelier Reproduction des thegraveses

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Page 24: Physique Optique Lescouleurs · Sciences naturelles Les couleurs 10 11 Harmos 1.Introduction Comme nous allons le détailler dans le chapitre 4, les conceptions erronées des élèves

Documents des eacutelegraveves Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs Chapitre 2 Couleurs peintures couleurs lumiegraveres (corrigeacute) Activiteacute 21 1) Tu as agrave disposition des pinceaux et de la peinture Tu te

souviens peut-shyecirctre de tes cours drsquoarts visuels qursquoil existe des

couleurs primaires qui permettent par leur meacutelange drsquoobtenir

drsquoautres couleurs Mais elles-shymecircmes ne srsquoobtiennent par aucun

meacutelange Te souviens-shytu des combinaisons de couleurs qursquoil faut

meacutelanger pour obtenir une couleur souhaiteacutee

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du vert

__________________________________________

Image httpsfrdreamstimecom Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du rouge

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du bleu

__________________________________________

Quelles couleurs meacutelanges-shytu pour obtenir du noir

__________________________________________

Activiteacute 22 Lrsquoenseignant a installeacute trois projecteurs de couleur un rouge un vert un bleu ainsi

qursquoun eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-shydessous

Image MER

Quelle couleur va-shyt-shyon observer sur lrsquoeacutecran si lrsquoon allume deux par deux les projecteurs

et que lrsquoon superpose leurs lumiegraveres Et si lrsquoon allume les trois projecteurs Remplis le

tableau ci-shydessous drsquoabord avec tes hypothegraveses concernant la couleur obtenue sur

lrsquoeacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Meacutelange de lumiegraveres Couleur obtenue ton hypothegravese

Couleur observeacutee

vert et bleu (cyan)

vert et rouge (jaune)

bleu et rouge (magenta)

vert bleu et rouge (blanc)

a) Quelles diffeacuterences constates-shytu entre les meacutelanges de lrsquoactiviteacute 1 et ceux de lrsquoactiviteacute

2

______________________________________________________________________

Les couleurs obtenues ne sont pas les mecircmes qursquoen peinture

b) Qursquoa-shyt-shyon meacutelangeacute dans chaque cas

______________________________________________________________________

Dans le premier cas on a de la matiegravere (de la peinture) dans le deuxiegraveme cas on a de la

lumiegravere

c) Le reacutesultat du meacutelange des lumiegraveres verte bleue et rouge te rappelle-shyt-shyil quelque

chose Que peux-shytu en deacuteduire

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

Le fait que la lumiegravere blanche est composeacutee de lrsquoensemble des couleurs (cf expeacuterience

du prisme) Ici lrsquoexpeacuterience concerne la superposition de lumiegraveres coloreacutees et on observe

que lrsquoaddition des lumiegraveres rouge verte et bleue donne du blanc Cela srsquoappelle le modegravele trichromique

d) A lrsquoaide de couleurs scheacutematise ci-shydessous les superpositions observeacutees sur lrsquoeacutecran

blanc

Activiteacute 23 Et comment obtenir drsquo‛autres couleurs 1) Tu as vu lors de lrsquoactiviteacute preacuteceacutedente que si lrsquoon superpose trois lumiegraveres de couleurs

RVB on perccediloit du blanc Mais de quelle maniegravere peut-shyon percevoir nrsquoimporte quelle

autre couleur

Familiarise-shytoi avec le logiciel en ligne suivant

httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additive

htm

Puis reacuteponds aux questions suivantes

Par quelles manipulations obtiens-shytu du orange (selon eacutelegraveves)

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du rose (selon eacutelegraveves)

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du vert olive (selon eacutelegraveves)

______________________________________________________________________

Que constates-shytu

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

Un jeu de dosage entre les trois couleurs RVB permet drsquoobtenir toutes les diffeacuterentes

couleurs imaginables Les trois lumiegraveres superposeacutees et en dosage eacutequivalent donnent

une lumiegravere blanche crsquoest agrave dire la totaliteacute des couleurs On appelle cela la synthegravese additive

2) Chaque groupe a agrave sa disposition un microscope Deacutepose un smartphone allumeacute

eacutecran vers le haut sous lrsquoobjectif Vise une zone blanche de lrsquoeacutecran puis regravegle la netteteacute

Qursquoobserves-shytu

Observations

(Preacutesences de pixels lumiegraveres RVB)

Comment expliques-shytu ce pheacutenomegravene

(synthegravese effectueacutee par le cerveau)

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 3 Que devient la lumiegravere lorsqursquo‛elle traverse un filtre

Activiteacute 31 les lumiegraveres et filtres coloreacutes

Tu as appris lors du dernier cours que lrsquo‛on pouvait ldquoadditionnerrdquo des lumiegraveres coloreacutees

pour obtenir de nouvelles couleurs Nous pouvons modeacuteliser la lumiegravere blanche ainsi

Nous allons deacutecouvrir aujourdrsquo‛hui comment on peut ldquosoustrairerdquo des lumiegraveres coloreacutees

1) Lrsquo‛enseignant a installeacute trois filtres de couleur un rouge un vert un bleu ainsi qursquo‛un

eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-dessous

Image MER

Quelle couleur va-t-on observer sur lrsquo‛eacutecran si lrsquo‛on allume un par un les projecteurs

Remplis le tableau ci-dessous premiegraverement avec tes hypothegraveses concernant la couleur

obtenue sur lrsquo‛eacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Filtre traverseacute par la

lumiegravere blanche

Couleur obtenue ton

hypothegravese

Couleur observeacutee

Filtre bleu

Filtre rouge

Filtre vert

2) Selon toi quel est le rocircle du filtre coloreacute

_______________________________________________________________

3) Repreacutesente par un scheacutema le passage drsquo‛une lumiegravere blanche agrave travers un filtre rouge

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

4) Et quelle couleur observera-t-on si la lumiegravere blanche passe agrave travers un filtre rouge

puis agrave travers un filtre bleu Formule une hypothegravese puis applique ton modegravele

Hypothegravese __________________________________

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

Activiteacute 32 Qursquo‛obtient-on avec drsquo‛autres filtres

a) Tu disposes maintenant drsquo‛une lampe diffusant de la lumiegravere blanche et de filtres

cyan magenta et jaune Manipule-les les uns apregraves les autres puis en les superposant

pour deacutecouvrir leurs effets sur la lumiegravere blanche

b) A lrsquo‛aide de couleurs et en trsquo‛appuyant sur tes observations scheacutematise ci-dessous

lrsquo‛action des filtres sur une lumiegravere blanche

Activiteacute 33 Deux synthegraveses Similitudes et diffeacuterences

a) Utilise ce logiciel pour comparer les synthegraveses additive et soustractive

httpwwwostralonet3_animationsswfsynthese_couleursswf

a) Quelles similitudes observes-tu entre les synthegraveses additive et soustractive

________________________________________________________________

d) Et quelles diffeacuterences

_______________________________________________________________

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 3 Que devient la lumiegravere lorsqursquo‛elle traverse un filtre

(corrigeacute)

Activiteacute 31 les lumiegraveres et filtres coloreacutes

Tu as appris lors du dernier cours que lrsquo‛on pouvait ldquoadditionnerrdquo des lumiegraveres coloreacutees

pour obtenir de nouvelles couleurs Nous pouvons modeacuteliser la lumiegravere blanche ainsi

Nous allons deacutecouvrir aujourdrsquo‛hui comment on peut ldquosoustrairerdquo des lumiegraveres coloreacutees

1) Lrsquo‛enseignant a installeacute trois filtres de couleur un rouge un vert un bleu ainsi qursquo‛un

eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-dessous

Image MER

Quelle couleur va-t-on observer sur lrsquo‛eacutecran si lrsquo‛on allume un par un les projecteurs

Remplis le tableau ci-dessous premiegraverement avec tes hypothegraveses concernant la couleur

obtenue sur lrsquo‛eacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Filtre traverseacute par la

lumiegravere blanche

Couleur obtenue ton

hypothegravese

Couleur observeacutee

Filtre bleu bleu

Filtre rouge rouge

Filtre vert vert

2) Selon toi quel est le rocircle du filtre coloreacute

_______________________________________________________________

Un filtre coloreacute ne transmet que les rayons de sa couleur et absorbe les autres

3) Repreacutesente par un scheacutema le passage drsquo‛une lumiegravere blanche agrave travers un filtre rouge

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

4) Et quelle couleur observera-t-on si la lumiegravere blanche passe agrave travers un filtre rouge

puis agrave travers un filtre bleu Formule une hypothegravese puis applique ton modegravele

Hypothegravese __________________________________

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

Activiteacute 32 Qursquo‛obtient-on avec drsquo‛autres filtres

a) Tu disposes maintenant drsquo‛une lampe diffusant de la lumiegravere blanche et de filtres

cyan magenta et jaune Manipule-les les uns apregraves les autres puis en les superposant

pour deacutecouvrir leurs effets sur la lumiegravere blanche

b) A lrsquo‛aide de couleurs et en trsquo‛appuyant sur tes observations scheacutematise ci-dessous

lrsquo‛action des filtres sur une lumiegravere blanche

Pex 1 Magenta 2 Jaune 3 Cyan 4 Rouge 5 Vert 6 Bleu 7 Noir

Activiteacute 33 Deux synthegraveses Similitudes et diffeacuterences

a) Utilise ce logiciel pour comparer les synthegraveses additive et soustractive

httpwwwostralonet3_animationsswfsynthese_couleursswf

a) Quelles similitudes observes-tu entre les synthegraveses additive et soustractive

________________________________________________________________

Les mecircmes triplets de couleurs sont preacutesents dans les deux synthegraveses (RVB - CMJ)

d) Et quelles diffeacuterences

________________________________________________________________

1 Les couleurs primaires de lrsquo‛un sont les couleurs compleacutementaires de lrsquo‛autre

2 Lrsquo‛addition des lumiegraveres coloreacutees rouge verte et bleue donne du blanc la

soustraction totale par des filtres cyan magenta et jaune donne du noir

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 4 Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Rappel

1 Nous pouvons reacutesumer la composition de la lumiegravere blanche aux 3 couleurs primaires le rouge le vert et le bleu Ce sont des couleurs qui ne peuvent pas ecirctre creacuteeacutees Ce sont elles qui composent les autres couleurs Crsquo‛est agrave dire qursquo‛en les meacutelangeant on peut obtenir les autres couleurs le cyan est composeacute du bleu et du vert le magenta est composeacute du bleu et du rouge et le jaune est composeacute du vert et du rouge

Theacuteorie

Le sujet que nous allons traiter aujourdrsquo‛hui concerne la couleur de lrsquo‛objet Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Formule une hypothegravese ____________________________________________

Observe la photo projeteacutee par lrsquo‛enseignant

Que retiens-tu de cette photo _______________________________________________________________ La lumiegravere coloreacutee qui est refleacuteteacutee par un objet correspond agrave la lumiegravere non absorbeacutee

Ici toutes les lumiegraveres coloreacutees sont absorbeacutees sauf le bleu qui lui est refleacuteteacute La couleur propre de lrsquo‛objet sera le bleu

En effet un objet absorbe ou reflegravete diffeacuterentes lumiegraveres coloreacutees Crsquo‛est cette lumiegravere coloreacutee refleacuteteacutee que nous verrons

Activiteacute 41

Reacuteponds agrave ces diffeacuterentes questions dans le tableau ci-dessous De quelle couleur verras-tu cet objet Confronte ton ideacutee avec ton voisin De quelle couleur le vois-tu reacuteellement

Couleur de lrsquo‛objet

Couleur de la lumiegravere

Hypothegravese formuleacutee

Observation

rouge Magenta

cyan Vert

jaune Bleu

Par quel pheacutenomegravene peut-on observer ce changement de couleur ___________________________________

Quelle deacuteductions peux-tu faire _________________________________________________________________

Activiteacute 42

Marche agrave suivre

1 Eacutecris sur une feuille blanche le nom des 2 couleurs que ton enseignant te donne avec la peinture qui y correspond

2 Pendant que ces mots segravechent remplis les colonnes ldquocouleur du mot 1rdquo et ldquocouleur du mot 2rdquo et ldquocouleur de la feuillerdquo agrave la lumiegravere blanche

3 Formule tes hypothegraveses note-les au crayon agrave papier en petit 4 Eacuteclaire tes mots agrave lrsquo‛aide de lumiegraveres coloreacutees 5 Note tes observations

Lumiegravere coloreacutee

Couleur du mot 1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur du mot 2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur de la feuille helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Blanche

Rouge

Verte

Bleue

Magenta

Cyan

Jaune

Activiteacute 43

Tu observes un drapeau eacuteclaireacute par une lumiegravere blanche Puis tu observes ce mecircme drapeau eacuteclaireacute par deux lumiegraveres coloreacutees diffeacuterentes Trouve la lumiegravere coloreacutee utiliseacutee dans chaque cas et justifie ta reacuteponse par la modeacutelisation vue preacuteceacutedemment

Lumiegravere blanche Lumiegravere coloreacutee 1 Lumiegravere coloreacutee 2

De quelle couleur est la premiegravere lumiegravere coloreacutee ___________________________

Modeacutelisation 1

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________

Modeacutelisation 2

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 4 Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur (corrigeacute) Rappel

2 Nous pouvons reacutesumer la composition de la lumiegravere blanche aux 3 couleurs primaires le rouge le vert et le bleu Ce sont des couleurs qui ne peuvent pas ecirctre creacuteeacutees Ce sont elles qui composent les autres couleurs Crsquo‛est agrave dire qursquo‛en les meacutelangeant on peut obtenir les autres couleurs le cyan est composeacute du bleu et du vert le magenta est composeacute du bleu et du rouge et le jaune est composeacute du vert et du rouge

Theacuteorie

Le sujet que nous allons traiter aujourdrsquo‛hui concerne la couleur de lrsquo‛objet Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Formule une hypothegravese ____________________________________________ Projeter cette image elle napparaicirct pas dans le cours de lrsquo‛eacutelegraveve

Que retiens-tu de cette photo _______________________________________________________________ La lumiegravere coloreacutee qui est refleacuteteacutee par un objet correspond agrave la lumiegravere non absorbeacutee

Ici toutes les lumiegraveres coloreacutees sont absorbeacutees sauf le bleu qui lui est refleacuteteacute La couleur propre de lrsquo‛objet sera le bleu

En effet un objet absorbe ou reflegravete diffeacuterentes lumiegraveres coloreacutees Crsquo‛est cette lumiegravere coloreacutee refleacuteteacutee que nous verrons

Activiteacute 41

Reacuteponds agrave ces diffeacuterentes questions dans le tableau ci-dessous De quelle couleur penses-tu que tu verras cet objet Confronte ton ideacutee avec ton voisin De quelle couleur le vois-tu reacuteellement

Couleur de lrsquo‛objet

Couleur de la lumiegravere

Hypothegravese formuleacutee

Observation

rouge Magenta (rouge)

cyan Vert (vert)

jaune Bleu (noir)

Par quel pheacutenomegravene peut-on observer ce changement de couleur ___________________________________ (synthegravese soustractive)

Quelle deacuteductions peux-tu faire (fonctionne comme un filtre) _________________________________________________________________

Activiteacute 42

Marche agrave suivre

6 Eacutecris sur une feuille blanche le nom des 2 couleurs que ton enseignant te donne avec la peinture qui y correspond

7 Pendant que ces mots segravechent remplis les colonnes ldquocouleur du mot 1rdquo et ldquocouleur du mot 2rdquo et ldquocouleur de la feuillerdquo agrave la lumiegravere blanche

8 Formule tes hypothegraveses note-les au crayon agrave papier en petit 9 Eacuteclaire tes mots agrave lrsquo‛aide de lumiegraveres coloreacutees 10 Note tes observations

Lumiegravere coloreacutee

Couleur du mot 1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur du mot 2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur de la feuille helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Blanche

Rouge

Verte

Bleue

Magenta

Cyan

Jaune

Activiteacute 43

Tu observes un drapeau eacuteclaireacute par une lumiegravere blanche Puis tu observes ce mecircme drapeau eacuteclaireacute par deux lumiegraveres coloreacutees diffeacuterentes Trouve la lumiegravere coloreacutee utiliseacutee dans chaque cas et justifie ta reacuteponse par la modeacutelisation vue preacuteceacutedemment

Lumiegravere blanche Lumiegravere coloreacutee 1 Lumiegravere coloreacutee 2

De quelle couleur est la premiegravere lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Bleu)

Modeacutelisation 1

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Vert)

Modeacutelisation 2

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Fiches de synthegravese Les couleurs Activiteacute 2 Reacutesumeacute theacuteorique pour les eacutelegraveves Le modegravele trichromique et la synthegravese additive des couleurs La couleur nrsquo‛existe pas sans lumiegravere et lrsquo‛on peut dire que lrsquo‛on perccediloit le monde gracircce aux meacutelanges de ces couleurs qui correspondent aux diffeacuterentes composantes de la lumiegravere Lorsque lrsquo‛on parle de la perception des couleurs on srsquo‛aperccediloit que seules trois lumiegraveres primaires de couleurs rouge vert et bleu sont neacutecessaires pour obtenir la sensation de toutes les autres couleurs Cette maniegravere de modeacuteliser la perception des couleurs est ce qursquo‛on appelle le modegravele trichromique (lsquorsquo‛trois couleursrsquo‛rsquo‛) Dans cette repreacutesentation toutes les autres lumiegraveres coloreacutees sont perccedilues par superposition des trois lumiegraveres rouge verte et bleue La superposition simultaneacutee et en dosage identique des trois couleurs donne de la lumiegravere blanche Le noir correspond agrave une absence de lumiegravere

Illustration du modegravele

Image MER

Lrsquo‛image montre trois projecteurs de lumiegraveres rouge verte et bleue eacuteclairant une table blanche Si les trois couleurs sont projeteacutees en intensiteacute identique nous obtenons par superposition trois autres couleurs le cyan le magenta et le jaune Les couleurs primaires et les couleurs obtenues sont codeacutees sur lrsquo‛image puis reacutecapituleacutees dans le tableau ci-dessous

Image MER

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Si nous modifions le dosage des couleurs eacuteleacutementaires il est possible drsquo‛obtenir toutes les couleurs imaginables Le pheacutenomegravene de perception des couleurs par superposition des trois couleurs primaires se nomme synthegravese additive les couleurs sont additionneacutees entre elles pour permettre la synthegravese drsquo‛autres couleurs

Drsquo‛ailleurs si lrsquo‛on observe au microscope un eacutecran blanc de smartphone ou drsquo‛ordinateur on remarque qursquo‛il est en fait constitueacute drsquo‛un grand nombre de minuscules rectangles de lumiegraveres rouge verte et bleue (voir image ci-contre) Crsquo‛est justement par un jeu de dosage de chacune de ces lumiegraveres que lrsquo‛on perccediloit les diffeacuterentes couleurs sur nos eacutecrans

Pourquoi un modegravele sur trois couleurs La raison pour laquelle les scientifiques ont construit ce modegravele sur trois couleurs est directement lieacutee agrave la structure de notre œil En effet ce dernier contient des cellules sensibles agrave la lumiegravere que lrsquo‛on appelle cocircnes et bacirctonnets Alors que les bacirctonnets perccediloivent les intensiteacutes de lumiegravere les cocircnes nous permettent de percevoir les couleurs Cependant ils ne sont sensibles qursquo‛agrave certaines composantes de la lumiegravere blanche celles correspondant justement aux couleurs rouge vert et bleu Lorsque lrsquo‛on regarde un objet notre cerveau analyse le dosage de chacune de ces composantes perccedilues par notre œil et en interpregravete ainsi la couleur de lrsquo‛objet

Qursquo‛est-ce que le daltonisme Certaines personnes preacutesentent une anomalie de la vision qui les empecircche de distinguer certaines couleurs Drsquo‛origine geacuteneacutetique ce trouble est ducirc agrave un dysfonctionnement des cocircnes preacutesents dans la reacutetine Bien que la plupart des personnes daltoniennes aient de la peine agrave distinguer le vert du rouge drsquo‛autres ne distinguent pas drsquo‛autres couleurs Dans certaines formes de daltonisme le monde est perccedilu par la personne atteinte en teintes de gris

Sciences naturelles Optique synthegravese soustractive et additive

La synthegravese additive est le proceacutedeacute gracircce

auquel en combinant les couleurs

___________ ___________ et ___________

on obtient du blanc

On la retrouve lorsque lrsquoon meacutelange des

lumiegraveres coloreacutees composeacutees de ces 3 couleurs

diffeacuterentes car les laquo additionner raquo donne la

lumiegravere blanche

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon exploite aujourdrsquohui

pour les teacuteleacuteviseurs ou tout eacutecran composeacute de

pixels

La synthegravese soustractive consiste agrave soustraire

les couleurs de la lumiegravere blanche (RVB) agrave

travers des filtres de couleurs ___________

___________ et ___________ qui absorbent la

totaliteacute des couleurs de la lumiegravere blanche pour

un rendu noir au final (absence de lumiegravere)

Lrsquo __________________ des 3 couleurs donne

le ____________

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon retrouve par exemple en

meacutelangeant de la peinture notamment en

imprimerie

Sciences naturelles Optique les filtres

Qursquoest-shyce qursquoun filtre coloreacute et comment fonctionne-shyt-shyil

Un filtre est un dispositif qui permet de filtrer la lumiegravere de laisser passer certains rayons

lumineux et drsquoen absorber drsquoautres

Pour savoir quelles lumiegravere coloreacutees le filtre laisse passer il faut lrsquoobserver agrave la lumiegravere

blanche

Le filtre laissera alors passer uniquement les rayons lumineux de sa couleur propre

Par exemple

Un filtre vert laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee verte

Un filtre magenta laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee magenta crsquoest agrave dire les rayons rouge et bleu

Pour connaicirctre la lumiegravere coloreacutee qui ldquosortrdquo du filtre il faut donc

deacutecomposer la lumiegravere qui arrive sur ce filtre et en soustraire les

rayons qui sont absorbeacutes par le filtre On se reacutefegravere alors au modegravele de

la synthegravese soustractive

Image httpswww123couleursfrboutique-shy1filtres-shycolorC3A9s

Tableau reacutecapitulatif

Sciences naturelles Optique les filtres

Modeacutelisation

Nous pouvons modeacuteliser lrsquoaction drsquoun filtre

1 Noter la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur le filtre

2 Deacutecomposer la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur filtre et la coder (en RVB)

3 Repreacutesenter le filtre et coder les rayons absorbeacutes par le filtre 4 Prolonger les rayons lumineux coloreacutes que le filtre laisse passer et les coder (en RVB)

5 Noter la lumiegravere coloreacutee qui sort du filtre

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre magenta sur la lumiegravere blanche

Lorsque plusieurs filtres sont superposeacutes ou aligneacutes il faut modeacuteliser lrsquoaction du premier filtre

sur la lumiegravere projeteacutee puis lrsquoaction du deuxiegraveme filtre sur la lumiegravere qui sort du premier filtre

etc

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre cyan puis drsquoun filtre vert sur la lumiegravere jaune

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

De quelle couleur apparaicirctra un objet de couleur eacuteclaireacute par une lumiegravere coloreacutee

Il y 3 cas

1) Un objet de couleur blanche renvoie toutes les couleurs il apparaicirctra de la couleur eacuteclaireacutee

2) Un objet de couleur noire absorbe toutes les couleurs Peu importe la couleur avec laquelle

lrsquoobjet est eacuteclaireacute lrsquoobjet apparaicirct de couleur noire

3) Pour un objet de couleur il suffit de deacutecomposer les couleurs secondaires par exemple

Jrsquoai un objet jaune

Je lui projette une lumiegravere magenta

Or jaune = rouge + vert

et magenta = bleu + rouge

Le rouge est commun au jaune et au magenta donc lrsquoobjet paraicirctra rouge

En revanche si la lumiegravere est bleue comme il nrsquoy a pas de bleu dans le jaune lrsquoobjet paraicirctra

noir

1

Tableau reacutecapitulatif

1 httpscommunitygoodgamestudioscombigfarmfrdiscussion51685langage-shy‐des-shy‐couleurs

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

Modegravele de reacuteponse

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

______

______

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

______

______

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation avec propositions

de reacuteponses)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

(rouge vert bleu Nous percevons les diffeacuterentes couleurs agrave partir de ces trois couleurs) ________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

(Explication relative aux cocircnes et bacirctonnets de lrsquo‛oeil)

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Corrigeacute vert bleu blanc cyan

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________ (vert)

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________ (bleu)

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________ (aucunenoir)

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

(selon modegravele eacutetudieacute)

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

(les deux selon que lrsquo‛on parle de synthegravese additive ou soustractive)

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

Bleu

______

Bleu

______

Noir

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________ (lumiegravere rouge)

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

Noir

______

Rouge

______

Rouge

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

(Bleu)

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

(selon modegravele eacutetudieacute)

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

(Explication citant la synthegravese soustractive et lrsquo‛effet des lumiegraveres coloreacutees

concerneacutees sur le haut du cambrioleur)

Evaluation - Analyse

Ce commentaire comprend les diffeacuterents objectifs eacutevalueacutes ainsi que ce qui est attendu

preacuteciseacutement des eacutelegraveves et les niveaux taxonomiques correspondants

Ce sont des pistes drsquo‛eacutevaluation qui sont ici proposeacutees non une eacutevaluation suivie

Exercice 1

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- Mettre en lien des notions theacuteoriques apprises en cours (cocircnes et

bacirctonnets de lrsquo‛oeil) avec drsquo‛autres (synthegravese additive)

Lrsquo‛eacutevaluation deacutebute par deux questions au niveau taxonomique peu eacuteleveacute La

premiegravere de lrsquo‛ordre de la compreacutehension demande aux eacutelegraveves de restituer une

connaissance de base agrave lrsquo‛aide de leurs propres mots La deuxiegraveme propose de

tester les connaissances theacuteoriques des eacutelegraveves en veacuterifiant que des liens entre

deux notions aient eacuteteacute faits

Exercice 2

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutedire la couleur perccedilue en fonction des meacutelanges de couleurs RVB

- deacutechiffrer un scheacutema et les codes de la repreacutesentation de la trajectoire

des lumiegraveres coloreacutees

Le deuxiegraveme exercice relegraveve du niveau taxonomique de lrsquo‛application car il

neacutecessite une compreacutehension de la maniegravere de repreacutesenter la lumiegravere (scheacutema de

la trajectoire rectiligne codes de couleurs RVB) et drsquo‛appliquer ce modegravele tout en

utilisant les connaissances des couleurs fondamentales et compleacutementaires de la

synthegravese additive

Exercice 3

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet drsquo‛un filtre sur une lumiegravere coloreacutee agrave lrsquo‛aide des codes

propres agrave lrsquo‛optique

Lrsquo‛exercice 3 relegraveve de lrsquo‛application car les eacutelegraveves se reacutefegraverent agrave la modeacutelisation

eacutetablie durant le cours et au diagramme de Venn de la synthegravese soustractive et

les adaptent aux items preacutesenteacutes

Exercice 4

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- mettre en perspective la distinction entre synthegravese additive et

soustractive en terme de lsquorsquo‛naturersquo‛rsquo‛ de la couleur (couleurs matiegraveres vs

couleurs lumiegraveres)

Cet exercice requiert des eacutelegraveves qursquo‛ils mobilisent leur faculteacute drsquo‛analyse (niveau

taxonomique plutocirct eacuteleveacute) pour expliquer les diffeacuterences entre les

repreacutesentations de la couleur en arts visuels et en physique Le but est qursquo‛ils

reconnaissent qursquo‛il srsquo‛agit dans le premier cas de la synthegravese soustractive et dans

le second cas de la synthegravese additive

Exercice 5

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutevoir la couleur perccedilue drsquo‛un objet en fonction des lumiegraveres coloreacutees

projeteacutees et coder le pheacutenomegravene

Les eacutelegraveves appliquent la modeacutelisation drsquo‛une lumiegravere coloreacutee sur un objet coloreacute

pour deacuteterminer la couleur perccedilue du drapeau franccedilais Cette question fait

reacutefeacuterence agrave un niveau taxonomique bas Puis ils trouvent la lumiegravere coloreacutee qui

permet de voir les deux drapeaux preacutesenteacutes de la mecircme couleur Ils trouveront

cette reacuteponse en modeacutelisant les lumiegraveres coloreacutees sur lrsquo‛objet de couleur

Plusieurs scheacutemas sont neacutecessaires pour trouver la reacuteponse Crsquo‛est une question

taxonomiquement haute qui demande aux eacutelegraveves de faire une synthegravese

Exercice 6

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet de la lumiegravere coloreacutee sur un objet et en deacuteduire la

couleur perccedilue

- justifier sa reacuteponse avec des mots en faisant la synthegravese des diffeacuterents

concepts vus dans la seacutequence de cours

Les eacutelegraveves doivent comprendre ce qursquo‛ils lisent et deacuteterminer la couleur propre du

haut du cambrioleur Cette question est taxonomiquement haute elle demande de

lrsquo‛analyse Puis ils justifient leur reacuteponse par le modegravele de lrsquo‛effet de la lumiegravere

coloreacutee sur un objet Cette question est drsquo‛un niveau taxonomique infeacuterieur

drsquo‛application Finalement ils deacuteterminent pourquoi la description de la jeune fille

ne correspond pas agrave la couleur propre en faisant le lien avec la synthegravese

soustractive demandant un niveau taxonomiquement tregraves eacuteleveacute la synthegravese

Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

4 Argumentation scientifique Nous avons choisi de construire notre seacutequence de cours de maniegravere agrave ce qursquoelle srsquoinscrive dans une deacutemarche constructiviste de type piageacutetienne Dans cette deacutemarche lrsquoenseignant anticipe les conceptions erroneacutees que les eacutelegraveves peuvent avoir puis eacutetablit une situation-shyproblegraveme permettant ideacutealement de deacuteconstruire ces repreacutesentations incomplegravetes puis finalement drsquoen construire de nouvelles plus justes Dans ce qui suit nous allons deacutefinir ces diffeacuterents concepts mis en eacutevidence puis expliciter la maniegravere dont nous les avons pris en compte dans notre planification

41 Les conceptions des eacutelegraveves et les situations-shyproblegravemes

411 Deacutefinitions Conception Selon Giordan et al (1994) une conception ou repreacutesentation peut ecirctre consideacutereacutee comme une ideacutee un objet ou un eacutevegravenement qui aide lrsquoeacutelegraveve agrave comprendre le monde qui lrsquoentoure Elle est le fruit de son expeacuterience personnelle dans laquelle il va puiser pour comprendre les nouveaux savoirs que lrsquoon va chercher agrave lui inculquer Elle peut ecirctre consideacutereacutee comme une connaissance ldquodeacutejagrave-shylagraverdquo acquise dans un certain contexte par lrsquoapprenant et qui peut ecirctre correcte ou erroneacutee Les mauvaises conceptions (ou misconception en anglais) peuvent donc ecirctre deacutecrites comme des ideacutees qui proviennent drsquoune mauvaise compreacutehension drsquoobjets ou eacutevegravenements Elles sont issues principalement de lrsquoenvironnement avec lequel lrsquoeacutelegraveve interagit et du contexte dans lequel il se situe mais elles deacutecoulent eacutegalement des systegravemes seacutemiotiques mis en oeuvre Ces derniers sont abordeacutes plus en deacutetail dans ce qui suit Seacutemiologie En seacutemiologie (lrsquoeacutetude des systegravemes de signes) une repreacutesentation (ou un signe) est double elle est doteacutee drsquoun signifiant et drsquoun signifieacute (de Saussure 1916) Le signifiant qui fait lrsquoobjet de la seacutemiologie deacutesigne la forme et laspect du signe tandis que le signifieacute eacutetudieacute dans le cadre de la seacutemantique deacutesigne le concept eacutevoqueacute par le signe A partir du moment ougrave le signe possegravede plusieurs signifieacutes il devient symbole et crsquoest ainsi que les incompreacutehensions peuvent survenir Selon R Duval (1995) le concept de laquo registre seacutemiotique raquo permet de distinguer les repreacutesentations qui relegravevent de diffeacuterents registres ou types visuels numeacuteriques graphiques symboliques formels scheacutematiques etc En didactique ce concept est fondamental car les diffeacuterences de registre au sein drsquoune mecircme repreacutesentation ou drsquoun

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

modegravele peut induire des difficulteacutes de lecture Ils risquent drsquoajouter des difficulteacutes suppleacutementaires en empecircchant les eacutelegraveves de se focaliser sur le problegraveme poseacute par lrsquoactiviteacute et les menant agrave formuler des conclusions diffeacuterentes de celles attendues par lrsquoenseignant Crsquoest pour cela qursquoun choix pertinent de registre seacutemiotique facilite la compreacutehension du concept introduit Dans notre cours un exemple typique que nous pouvons donner est la forte ressemblance des diagrammes de Venn pour les synthegraveses additive et soustractive Dans les deux modegraveles les diagrammes sont communeacutement scheacutematiseacutes sous forme circulaire De plus bien que inverseacutees au niveau de leurs superpositions les mecircmes couleurs sont repreacutesenteacutees dans les deux diagrammes Ces similitudes peuvent rendre la diffeacuterenciation complexe pour les eacutelegraveves Crsquoest pourquoi nous avons estimeacute important drsquoapporter un changement agrave la repreacutesentation de ces diagrammes Ainsi dans lrsquoune de nos fiches de synthegravese nous avons preacutefeacutereacute utiliser des formes rectangulaires plutocirct que circulaires pour repreacutesenter la synthegravese soustractive car cette forme eacutevoque plus fortement le filtre et ainsi lrsquoabsorption de la lumiegravere Cadre de rationaliteacute origine des conceptions En srsquoappuyant sur les travaux de R Douady (1984) A Lerouge (1992) deacutefinit laquo un cadre de rationaliteacuteraquo comme laquoun ensemble coheacuterent de fonctionnement de la penseacuteeraquo caracteacuteriseacute principalement par les composantes suivantes

1 Les objets du cadre dans notre cas il peut srsquoagir de peinture de feuille de papier de lampes de poche de filtres etc

2 Le type de processus de conceptualisation Dans un cadre scientifique il peut srsquoagir drsquoun processus par modeacutelisation ou par expeacuterimentation par exemple

3 Les registres seacutemiotiques que nous avons traiteacutes plus haut Les conceptions des eacutelegraveves et les conflits de perceptions en reacutesultant sont issus des diffeacuterents cadres de rationaliteacute dans lesquels ils eacutevoluent Ce sont les cadres familiers (personnel) et culturels (eacutecole) qui sont responsable de ces conceptions et repreacutesentations mentales tantocirct concourantes tantocirct inexistantes voire erroneacutees Elles se manifestent principalement agrave travers la seacutemiotique Les eacutelegraveves eacuteprouvent de la difficulteacute agrave repreacutesenter des objets issus de registres seacutemiotiques diffeacuterents ou encore agrave simplement les reconnaicirctre Dans le contexte de notre seacutequence sur les couleurs ces cadres de rationaliteacute sont centraux En effet crsquoest dans son quotidien et donc dans son cadre familier que lrsquoeacutelegraveve va deacutecouvrir la notion de couleur notamment par le biais de la peinture ou drsquoobservation drsquoarc-shyen-shyciel Cette deacutecouverte qui a souvent lieu tregraves tocirct dans la vie de lrsquoenfant ne fera pourtant pas pour autant lrsquoobjet de questionnement sur le pheacutenomegravene de perception des couleurs La notion de cadre culturel ou scolaire quand agrave elle peut ecirctre eacutetendue dans notre cas agrave deux sous-shycateacutegories de cadres culturels diffeacuterents qui vont ecirctre agrave lrsquoorigine de conceptions erroneacutees ou incomplegravetes Premiegraverement il y a le cadre que nous appelons laquo arts visuelsraquo et qui a ses propres regravegles de rationaliteacutes Les cours de dessin ou drsquoactiviteacutes creacuteatrices en sont de parfaits exemples car crsquoest dans ce cadre que les eacutelegraveves vont premiegraverement aborder la

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

theacutematique des couleurs primaires et de leurs meacutelanges Mais cette theacutematique est eacutegalement abordeacutee dans le cadre laquophysiqueraquo agrave travers les expeacuteriences de deacutecomposition de la lumiegravere ou de superposition de lumiegraveres coloreacutees Ainsi nous retrouvons trois cadres de rationaliteacute concourants (familier physique arts visuels) dans lesquels les eacutelegraveves eacutevoluent et qui engendrent indubitablement des conceptions erroneacutees sur la lumiegravere et les couleurs puisque les eacutelegraveves ne sont pas ameneacutes agrave les diffeacuterencier dans chacun des cadres Et comme la communication entre les diffeacuterents cadres nrsquoest pas eacutetablie le lien agrave faire entre les diffeacuterentes conceptions issues de ces cadres est agrave la charge de lrsquoeacutelegraveve ce qui repreacutesente une lourde responsabiliteacute dans son apprentissage Astolfi (2008) appelle eacutegalement ces conceptions issues de diffeacuterents cadres des ldquotrames conceptuelles rdquoqui peuvent ecirctre deacutefinies comme ldquoun ensemble de concepts-shycleacutes propres agrave un domaine et logiquement hieacuterarchiseacutes entre eux qui structurent les disciplines et engendrent des situations-shyproblegravemesrdquo Mais encore on verra eacutemerger des problegravemes de contrat didactique dans chacun des cadres lrsquoeacutelegraveve va tenter de donner une reacuteponse qui va satisfaire lrsquoenseignant sans pour autant ecirctre ameneacute agrave confronter ses conceptions

Situation-shyproblegraveme Pour de Vecchi (2006) une situation-shyproblegraveme est une activiteacute qui consiste agrave mettre lrsquoeacutelegraveve dans une situation ougrave il va ecirctre ameneacute agrave eacutelaborer des strateacutegies de reacutesolution de problegraveme Lrsquoun des points cleacutes des situations-shyproblegravemes est qursquoelles eacutetablissent un lien eacutetroit entre les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves En drsquoautres termes une situation-shyproblegraveme est construite de telle sorte que les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave remettre en question des repreacutesentations actuelles qui srsquoavegraverent erroneacutees agrave les deacuteconstruire pour en construire de nouvelles Ainsi dans une deacutemarche de type constructiviste lrsquoeacutelegraveve construit son savoir en renversant ses anciennes conceptions Une situation-shyproblegraveme nrsquoest donc pas une deacutemarche ponctuelle dans laquelle lrsquoeacutelegraveve devra reacutesoudre une liste drsquoexercices teacuteleacuteguideacutee par lrsquoenseignant Ce qui justifie lrsquoefficaciteacute des situations problegravemes est qursquo laquoapprendreraquo ne consiste pas agrave cumuler les savoirs mais agrave en construire et agrave en deacuteconstruire

Une situation-shyproblegraveme doit comprendre plusieurs eacuteleacutements

-shy Un objectif-shyobstacle Pour Meirieu (1987) un objectif-shyobstacle est ldquoun objectif dont lrsquoacquisition permet au sujet de franchir un palier deacutecisif de progression en modifiant son systegraveme de repreacutesentation et en le faisant acceacuteder un niveau supeacuterieur de formulation rdquo Dans notre cas lrsquoeacutelegraveve pense que tous les meacutelanges de 3 couleurs primaires (de peinture ou de lumiegravere) vont donner le mecircme reacutesultat La distinction entre synthegraveses additive et soustractive nrsquoest pas connue des eacutelegraveves De plus projeter de la lumiegravere monochromatique sur un objet drsquoune certaine couleur ne donne pas toujours la mecircme couleur Lrsquoexemple avec le drapeau (activiteacute 4) est parlant

-shy Une situation centreacutee sur cet obstacle prenant en compte une deacutemarche expeacuterimentale ou une deacutemarche de modeacutelisation Dans notre cours les deux deacutemarches sont mises en oeuvre mais notre deacutemarche principale est la modeacutelisation Les eacutelegraveves vont effectivement ecirctre ameneacutes agrave eacutemettre des hypothegraveses manipuler reacutecolter des reacutesultats et les confronter agrave

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

leurs hypothegraveses mais il srsquoagit surtout drsquoune deacutemarche de modeacutelisation car les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave creacuteer des scheacutemas dans plusieurs exercices

-shy Une probleacutematisation et la deacutevolution on probleacutematise la conception erroneacutee en introduisant une situation-shyproblegraveme crsquoest-shyagrave-shydire qursquoon construit un problegraveme centreacute sur lrsquoobstacle La surprise face agrave une situation incoheacuterente va intriguer lrsquoeacutelegraveve exciter sa motivation et le pousser agrave vouloir srsquoimpliquer dans le problegraveme ce qui va aider sa deacutevolution Brousseau (1998) qualifie la notion de deacutevolution par le ldquo processus par lequel lenseignant parvient agrave placer leacutelegraveve comme simple actant dans une situation a-shydidactique (agrave modegravele non didactique) Il cherche par lagrave agrave ce que lrsquoaction de lrsquoeacutelegraveve ne soit produite et justifieacutee que par les neacutecessiteacutes du milieu et par ses connaissances et non par lrsquointerpreacutetation des proceacutedeacutes didactiques du professeurrdquo Pour enrocircler les eacutelegraveves et les aider agrave identifier la probleacutematique en met on place une situation deacuteclenchante Dans notre cas lrsquoexemple avec le meacutelange de peinture et de lumiegraveres coloreacutees est un parfait exemple de situation deacuteclenchante car les eacutelegraveves ne sattendent probablement pas par exemple agrave ce que le meacutelange de vert et bleu donne du cyan ou encore qursquoon perccediloive un citron noir lorsque lrsquoon projette de la lumiegravere bleue sur ce celui-shyci

412 La prise en compte des conceptions des eacutelegraveves dans notre seacutequence La theacutematique de la lumiegravere et des couleurs est complexe et comprend de nombreux concepts difficiles agrave assimiler En effet bon nombre de personnes ont des repreacutesentations erroneacutees qui peuvent rester profondeacutement ancreacutees Parmi les conceptions erroneacutees les plus communes on retrouve selon le site internet des MER

La lumiegravere blanche est sans couleur pure quand la lumiegravere blanche passe dans un prisme ou traverse un filtre de la couleur lui est ajouteacutee

La lumiegravere blanche nous permet de voir la vraie couleur des objets laquoMa feuille est blanche parce que je nai pas ajouteacute dautres couleurs agrave celle-shyciraquo

Les couleurs sont lieacutees agrave des proprieacuteteacutes de lrsquoobjet exclusivement sans reacutefeacuterence agrave la lumiegravere qui eacuteclaire lrsquoobjet Ne dit-shyon pas quun pull est rouge

Confusion entre les couleurs primaires en couleur peinture et en couleur lumiegravere

Dans notre planification nous avons anticipeacute ces conceptions et avons construit notre cours de maniegravere agrave ce qursquoelles soient mises en eacutevidence le plus tocirct possible afin de tenter de les deacuteconstruire agrave travers nos activiteacutes

Ainsi degraves deacutebut de lrsquoactiviteacute 2 les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave une situation-shyproblegraveme dans laquelle ils comprennent qursquoil existe une contradiction entre leur conception de deacutepart sur les meacutelanges de couleurs (issue de leurs cadres de rationaliteacute familier et scolaire lsquorsquoart visuelrsquorsquo) et leurs observations (nouveau cadre lsquorsquophysiquersquorsquo) Crsquoest sur la base de ce conflit cognitif que les diffeacuterentes notions de la seacutequence pourront ecirctre abordeacutees Les autres conceptions sont mises en eacutevidence puis deacuteconstruites agrave travers les diffeacuterentes activiteacutes Par exemple les

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

activiteacutes du chapitre 3 permettent de montrer que la lumiegravere blanche nrsquoest pas pure mais qursquoelle est composeacutee de toutes les couleurs et ce gracircce agrave lrsquoobservation des objets agrave la lumiegravere blanche puis agrave travers un filtre

De plus lrsquoactiviteacute 3 srsquoarticule autour drsquoune conception erroneacutee repeacutereacutee dans certaines classes Bon nombre drsquoeacutelegraveves eacutetaient persuadeacutes qursquoun filtre ne laissait pas passer les lumiegraveres de sa couleur propre car crsquoest la couleur dont est perccedilue le filtre Un conflit cognitif est alors provoqueacute afin de deacuteconstruire cette conception les eacutelegraveves observent que la lumiegravere coloreacutee nrsquoest pas absorbeacutee par le filtre mais qursquoelle se propage bien jusqursquoagrave lrsquoeacutecran blanc

En introduction de lrsquoactiviteacute 4 une nouvelle situation-shyproblegraveme est preacutesenteacutee par le biais drsquoune image montrant que la couleur drsquoun objet peut varier en fonction de la lumiegravere coloreacutee par laquelle il est eacuteclaireacute Elle servira agrave provoquer un conflit cognitif chez les eacutelegraveves car cette situation intervient apregraves une phase drsquohypothegravese reacutepondant agrave la question suivante un objet peut-shyil avoir diffeacuterentes couleurs La reacuteponse donneacutee par lrsquoimage contredira probablement lrsquohypothegravese preacuteceacutedemment formuleacutee et devrait susciter de la curiositeacute chez lrsquoeacutelegraveve et lui donner lrsquoenvie de comprendre le pheacutenomegravene Nous deacutemontrons ensuite tout au long de lrsquoactiviteacute 4 sur les lumiegraveres coloreacutees que crsquoest le pheacutenomegravene drsquoabsorption et de reacuteflection de la lumiegravere qui nous permet de voir la couleur des objets et non pas la lumiegravere blanche Crsquoest donc par le biais de ces deacuteconstructions successives de conceptions que lrsquoenseignant peut guider les eacutelegraveves sur la voie de la reacutesolution du problegraveme de lrsquoorigine de ces contradictions dans le but drsquoeacutetablir le lien entre les diffeacuterents cadres de rationaliteacute

42 Modeacutelisation

421 Deacutefinition

Un modegravele est communeacutement deacutefini comme un objet ou un concept qui va permettre de repreacutesenter la reacutealiteacute de diffeacuterentes maniegraveres Bunge (1974) ou encore Martinand (1994) le deacutefinissent eacutegalement comme un moyen permettant de mettre en relation le monde theacuteorique avec le monde empirique Il peut ecirctre consideacutereacute en quelque sorte comme un monde intermeacutediaire ou une sorte de lunette conceptuelle (Halloun 2004) qui va permettre drsquoobserver des pheacutenomegravenes naturels Un modegravele ne constitue pas la reacutealiteacute mais la repreacutesente en simplifiant certains de ses aspects ce qui peut causer des conflits pour les repreacutesentations cognitives chez lrsquoeacutelegraveve

422 La modeacutelisation dans notre seacutequence Dans notre planification la modeacutelisation est centrale afin de conceptualiser des pheacutenomegravenes complexes comme la composition de la lumiegravere et la perception des couleurs Elle est lrsquooutil qui permet drsquoamener les eacutelegraveves agrave se faccedilonner une repreacutesentation de la deacutecomposition de la lumiegravere blanche de labsorption de la lumiegravere agrave travers les filtres et des synthegraveses additive et soustractive des couleurs

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

De plus elle constitue un objectif de formation meacutethodologique qui va de pair avec toute formation scientifique Crsquoest pourquoi nous avons inclus la modeacutelisation dans les objectifs drsquoapprentissage Dans la terminologie du PER la modeacutelisation correspond agrave lrsquoobjectif geacuteneacuteral MSN37

bull MSN 1525 mdash Modeacuteliser des pheacutenomegravenes naturels techniques sociaux ou des situations matheacutematiques

bull en imaginant et en utilisant divers outils de repreacutesentation (codes scheacutemas graphiques tableauxhellip)

Lrsquoactiviteacute 2 propose aux eacutelegraveves de reporter les couleurs observeacutees sur trois cercles superposeacutes En les coloriant les eacutelegraveves reacutealisent en reacutealiteacute une forme simple de modeacutelisation par un diagramme de Venn de la synthegravese additive Il nous a sembleacute pertinent drsquointroduire ce scheacutema de cette maniegravere car ainsi les eacutelegraveves comprennent reacuteellement qursquoil correspond agrave la lumiegravere projeteacutee et superposeacutee sur un eacutecran En derniegravere partie drsquoactiviteacute les eacutelegraveves se familiarisent avec un logiciel de modeacutelisation de la synthegravese additive 3

Lrsquoutilisation drsquoun modegravele dans ce cas est indispensable pour des raisons pratiques Il serait en effet tregraves difficile de faire des observations similaires avec un dispositif reacuteel constitueacute de projecteurs et drsquoun eacutecran comme dans la premiegravere partie drsquoactiviteacute Nous avons veilleacute agrave choisir un logiciel simple drsquousage sur lequel seules deux manipulations sont possibles allumereacuteteindre les projecteurs et varier leurs intensiteacutes Ainsi il est possible pour les eacutelegraveves de faire rapidement et sans difficulteacutes de lrsquoordre du registre seacutemiotique la deacuteduction attendue les diffeacuterentes couleurs srsquoobtiennent par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

Dans lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves sont ameneacutes agrave modeacuteliser lrsquoeffet drsquoun filtre sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee Ils ancrent ainsi le fonctionnement drsquoun filtre dans leur apprentissage et deacuteveloppent une meacutethodologie systeacutematique dans la reacutesolution de problegravemes mettant en scegravene des filtres Gracircce au modegravele deacuteveloppeacute les eacutelegraveves deacuteconstruisent deacutefinitivement leur eacuteventuelle conception erroneacutee selon laquelle un filtre absorberait sa propre couleur Lrsquoactiviteacute 43 a pour but que les eacutelegraveves modeacutelisent les pheacutenomegravenes de reacutefraction et drsquoabsorption en justifiant leur reacuteponse par un modegravele de reacuteponse Ce dernier comprend les couleurs RVB qui se reflegravetent ou qui sont absorbeacutees par une surface Ainsi lrsquoeacutelegraveve peut trouver une meacutethode systeacutematique de reacuteponse en testant les diffeacuterentes couleurs Gracircce agrave cette modeacutelisation et agrave celle de lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves comprennent que les fonctionnements des filtres et des lumiegraveres coloreacutees sont fondeacutes sur le mecircme principe

3(httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

43 Deacutemarche expeacuterimentale

431 Deacutefinition Pour de Vecchi il est important de ne pas confondre les notions lieacutees agrave lrsquoexpeacuterimental qui sont les suivantes

-shy Une deacutemarche scientifique nrsquoest pas exclusive au domaine des sciences expeacuterimentales mais peut aussi ecirctre mobiliseacutee dans les sciences humaines socialeshellip Elle utilise drsquoautres outils que lrsquoexpeacuterimentale Toute recherche digne de ce nom est de nature scientifique

-shy La meacutethode expeacuterimentale eacutequivaut plutocirct agrave un plan agrave suivre un mode drsquoemploi ou agrave une marche agrave suivre qui suit un ordre strict que lrsquoon peut aussi appeler protocole Par exemple parmi les plus ceacutelegravebres protocoles nous retrouvons celui de Claude Bernard (1865) que lrsquoon abregravege par les initiales OHERIC qui correspondent agrave observation hypothegravese expeacuterience reacutesultats interpreacutetation et conclusion De maniegravere geacuteneacuterale il srsquoagit du protocole caricatural que lrsquoon emploie le plus souvent dans les salles de classes

-shy Une deacutemarche expeacuterimentale est une approche plus reacutealiste moins stricte et integravegre

une approche plus tacirctonnante Il nrsquoest pas constitueacute drsquoeacutetapes preacutedeacutetermineacutees et est donc moins affecteacutee par les directives de lrsquoenseignant Il peut donc laisser des liberteacutes dans la maniegravere de reacutesoudre le problegraveme

432 La deacutemarche expeacuterimentale dans notre seacutequence Dans notre seacutequence la meacutethode expeacuterimentale est preacutesente de maniegravere partielle du scheacutema caricatural OHERIC nous nous inteacuteressons en particulier aux phases drsquoobservation et drsquoeacutemission drsquohypothegraveses Crsquoest pourquoi nous parlons donc plutocirct de ldquodeacutemarche expeacuterimentalerdquo En effet tout au long des diffeacuterentes activiteacutes il est reacuteguliegraverement demandeacute aux eacutelegraveves de formuler une hypothegravese agrave partir de leurs connaissances au preacutealable puis de faire de nouvelles observations en contexte expeacuterimental Crsquoest sur la base de ces derniegraveres qursquoils pourront reacutealiser leurs deacuteductions sur le pheacutenomegravene en question et construire de nouvelles conceptions Dans lrsquoactiviteacute 2 ce type de deacutemarche est central pour la creacuteation de la premiegravere situation-shyproblegraveme Par la suite la deacutemarche permet de guider les eacutelegraveves dans le processus de deacuteduction du fonctionnement geacuteneacuteral des diffeacuterents pheacutenomegravenes Dans lrsquoactiviteacute 41 par exemple les pheacutenomegravenes agrave deacuteduire sont la synthegravese soustractive et le fonctionnement de la lumiegravere coloreacutee Lrsquoemploi drsquoobjets familiers permet un ancrage dans le quotidien

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Dans lrsquoactiviteacute 3 lrsquoeacutetude de lrsquoeffet des filtres constitue agrave son tour un deacutemarche expeacuterimentale En effet les eacutelegraveves doivent tout drsquoabord eacutemettre leurs hypothegraveses puis les veacuterifient par lrsquoexpeacuterimentation et ses reacutesultats provoquant probablement un conflit cognitif avant drsquoen conclure lrsquoeffet drsquoun filtre Dans lrsquoactiviteacute 42 nous retrouvons toujours le mecircme principe de deacutemarche expeacuterimentale Les eacutelegraveves formulent des hypothegraveses sur la couleur perccedilue de diffeacuterents mots coloreacutes eacuteclaireacutes par une lumiegravere coloreacutee puis les veacuterifient lors de la phase drsquoobservation La confrontation entre leurs attentes lieacutees agrave leurs conceptions et la reacutealiteacute creacutee le conflit cognitif rechercheacute

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

5 Conclusion Pour seacutelectionner notre thegraveme et eacutelaborer notre seacutequence nous nous sommes fondeacutes sur les objectifs du PER et crsquoest sur lrsquooptique que notre choix srsquoest porteacute Le savoir savant auquel nous nous sommes reacutefeacutereacutes comprend principalement des concepts lieacutes agrave la lumiegravere tels que les photons les ondes eacutelectromagneacutetiques ainsi que les spectres drsquoeacutemission et drsquoabsorption Nous avons transposeacute ce savoir en un savoir enseignable par le biais drsquoun travail de contextualisation et de reacuteadaptation Nous avons eacuteteacute ameneacutes agrave remplacer des modegraveles scientifiques (par exemple les modegraveles de synthegraveses additive et soustractive) par des modegraveles accessibles agrave un niveau scolaire et agrave changer les conditions drsquoeacutemergence des problegravemes Ainsi notre travail de transposition consistait agrave montrer aux eacutelegraveves la partie eacutemergeacutee de lrsquoiceberg du concept de couleur le reacutesultat apparent plutocirct que lrsquoorigine eacutelectromagneacutetique Tout au long de la seacutequence et par le biais de situations-shyproblegravemes et de diffeacuterentes eacutetapes de reacutesolution des activiteacutes les eacutelegraveves ont eacuteteacute guideacutes dans le processus de construction de leur apprentissage En nous focalisant sur les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves nous avons eacutelaboreacute nos exercices de maniegravere agrave proposer des situations deacuteclenchantes afin de faciliter le transfert de la responsabiliteacute de la reacutesolution des problegravemes aux eacutelegraveves Cette derniegravere srsquoeffectue par des deacutemarches drsquoexpeacuterimentation mais surtout de modeacutelisation

Dans notre sceacutenario les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave deux types de donneacutees theacuteoriques et empiriques Drsquoune part ils ont agrave disposition deux theacuteories principales la premiegravere est que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs de lrsquoarc-shyen-shyciel tandis que la seconde deacutecrit l a maniegravere dont la couleur drsquoun objet deacutepend des couleurs qursquoil va absorber Drsquoautre part ils disposent de donneacutees empiriques qursquoils sont ameneacutes agrave reacutecolter en superposant des lumiegraveres de diffeacuterentes couleurs en meacutelangeant de la peinture et en projetant de la lumiegravere coloreacutee sur diffeacuterents objets coloreacutes Dans le cadre drsquoune deacutemarche drsquoexpeacuterimentation ils ont eacutemis des hypothegraveses observeacute manipuleacute du mateacuteriel utiliseacute des appliquettes en ligne et veacuterifieacute leurs reacutesultats Crsquoest ainsi les modegraveles que nous avons preacutesenteacutes et que les eacutelegraveves ont eacutelaboreacutes vont ecirctre des ponts qui vont relier le monde theacuteorique et le monde empirique Par ailleurs nous avons eacuteteacute attentifs agrave la seacutemiotique lors de nos choix des repreacutesentations utiliseacutees nous nous sommes reacutefeacutereacutes agrave la notion de registre seacutemiotique afin drsquoeacutelaborer des scheacutemas nrsquoengendrant pas de difficulteacutes de lecture chez les eacutelegraveves

Nous avons analyseacute lrsquoorigine des conceptions erroneacutees et avons remarqueacute qursquoelles eacutetaient principalement dues agrave des repreacutesentations concourantes engendreacutees par les diffeacuterents contextes et cadres de rationaliteacutes dans lesquelles les eacutelegraveves eacutevoluent Notre sceacutenario permet aux eacutelegraveves drsquoeacutetablir des liens entre ces diffeacuterents cadres et de construire une nouvelle repreacutesentation de la couleur celle drsquoun objet de la physique

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

6 Bibliographie

Astolfi J Ginsburger-shyVogel Y amp Toussaint J (2008) Mots-shycleacutes de la didactique des sciences De Boeck Supeacuterieur Beaufils D Ramage M-shyJ DidaScO (2004) Simulation informatique et enseignement de la physique regards didactiques Universiteacute Paris-shySud Centre scientifique drsquoOrsay -shy 91405 Orsay Cedex Brahic A Grenier I ( 2008) Lumiegraveres deacutetoiles les couleurs invisibles Odile Jacob Brousseau G (1998) Glossaire de quelques concepts de la theacuteorie des situations didactiques en matheacutematiques DAEST-shy Faculteacute des Sciences de lHomme-shyUniversiteacute Victor Segalen Bordeaux 2 Bunge M (1975) Philosophie de la physique Paris France Editions du Seuil Chevallard Y amp Johsua M-shyA (1986) Transposition didactique  Du savoir savant au savoir enseigneacute -shy Un exemple drsquoanalyse de la transposition didactique Penseacutee sauvage Chevallard Y A du texte Chevallard Y A du texte Chevallard Y amp Johsua M-shyA A du texte (1991) La transposition didactique  du savoir savant au savoir enseigneacute Suivi de Un exemple de la transposition didactique ([2e eacuted revue et augm]) Yves Chevallard  Yves Chevallard et Marie-shyAlberte Johsua [texte imprimeacute] Retrieved October 19 2016 de Vecchi G (2006) Enseigner lrsquoexpeacuterimental en classe  Pour une veacuteritable eacuteducation scientifique Hachette Editions (p 221-shy229) de Vecchi G (2006) Enseigner lrsquoexpeacuterimental en classe  Pour une veacuteritable eacuteducation scientifique Hachette Editions (p 55 -shy65) de Saussure F (2005) Cours de linguistique geacuteneacuterale Arbres drsquoOr Develay M (1987) A propos de la transposition didactique en sciences biologiques Aster [ISSN 0297-shy9373] 1987 Ndeg 4 p 119 Duval R (1988) Eacutecarts seacutemantiques et coheacuterence matheacutematique introduction aux problegravemes de congruences in Annales de Didactique et de Sciences Cognitives de lIREM de Strasbourg Giordan A Girault Y et Clement P (1994) Conceptions et connaissance Peter Lang Halloun I A (2004) Modeling theory in science education Dordrecht Holland Kluwer Academic Publishers Kane J Sternheim M (1989) Cours QCM exemple et exercices corrigeacutes -shy 1er cycle Licence PCEM PCEP Physique 3egraveme eacutedition revue par Philipe Ghosez Maryse Hoebeke et Gabriel Llabreacutes DUNOD Lerouge A (1992) Repreacutesentation carteacutesienne rationaliteacute matheacutematique et rationaliteacute du quotidien chez des eacutelegraveves de collegravege Thegravese de doctorat Universiteacute Montpellier II Malafosse D Lerouge A Dusseau J-shyM (2000) Notions de registre et de cadre de rationaliteacute en inter-shydidactique des matheacutematiques et de la physiqu e Treacutema Martinand J-shyL (nd) Introduction agrave la modeacutelisation In Actes du seacuteminaire de didactique des disciplines technologiques Cachan (p 126ndash138)

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Meirieu P Avanzin Gi (1987) Apprendre oui mais comment Edition ESF Verret M (1975) Le temps des eacutetudes (Vols 1ndash2) Lille France Atelier Reproduction des thegraveses

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Page 25: Physique Optique Lescouleurs · Sciences naturelles Les couleurs 10 11 Harmos 1.Introduction Comme nous allons le détailler dans le chapitre 4, les conceptions erronées des élèves

Quelle couleur va-shyt-shyon observer sur lrsquoeacutecran si lrsquoon allume deux par deux les projecteurs

et que lrsquoon superpose leurs lumiegraveres Et si lrsquoon allume les trois projecteurs Remplis le

tableau ci-shydessous drsquoabord avec tes hypothegraveses concernant la couleur obtenue sur

lrsquoeacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Meacutelange de lumiegraveres Couleur obtenue ton hypothegravese

Couleur observeacutee

vert et bleu (cyan)

vert et rouge (jaune)

bleu et rouge (magenta)

vert bleu et rouge (blanc)

a) Quelles diffeacuterences constates-shytu entre les meacutelanges de lrsquoactiviteacute 1 et ceux de lrsquoactiviteacute

2

______________________________________________________________________

Les couleurs obtenues ne sont pas les mecircmes qursquoen peinture

b) Qursquoa-shyt-shyon meacutelangeacute dans chaque cas

______________________________________________________________________

Dans le premier cas on a de la matiegravere (de la peinture) dans le deuxiegraveme cas on a de la

lumiegravere

c) Le reacutesultat du meacutelange des lumiegraveres verte bleue et rouge te rappelle-shyt-shyil quelque

chose Que peux-shytu en deacuteduire

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

Le fait que la lumiegravere blanche est composeacutee de lrsquoensemble des couleurs (cf expeacuterience

du prisme) Ici lrsquoexpeacuterience concerne la superposition de lumiegraveres coloreacutees et on observe

que lrsquoaddition des lumiegraveres rouge verte et bleue donne du blanc Cela srsquoappelle le modegravele trichromique

d) A lrsquoaide de couleurs scheacutematise ci-shydessous les superpositions observeacutees sur lrsquoeacutecran

blanc

Activiteacute 23 Et comment obtenir drsquo‛autres couleurs 1) Tu as vu lors de lrsquoactiviteacute preacuteceacutedente que si lrsquoon superpose trois lumiegraveres de couleurs

RVB on perccediloit du blanc Mais de quelle maniegravere peut-shyon percevoir nrsquoimporte quelle

autre couleur

Familiarise-shytoi avec le logiciel en ligne suivant

httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additive

htm

Puis reacuteponds aux questions suivantes

Par quelles manipulations obtiens-shytu du orange (selon eacutelegraveves)

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du rose (selon eacutelegraveves)

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du vert olive (selon eacutelegraveves)

______________________________________________________________________

Que constates-shytu

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

Un jeu de dosage entre les trois couleurs RVB permet drsquoobtenir toutes les diffeacuterentes

couleurs imaginables Les trois lumiegraveres superposeacutees et en dosage eacutequivalent donnent

une lumiegravere blanche crsquoest agrave dire la totaliteacute des couleurs On appelle cela la synthegravese additive

2) Chaque groupe a agrave sa disposition un microscope Deacutepose un smartphone allumeacute

eacutecran vers le haut sous lrsquoobjectif Vise une zone blanche de lrsquoeacutecran puis regravegle la netteteacute

Qursquoobserves-shytu

Observations

(Preacutesences de pixels lumiegraveres RVB)

Comment expliques-shytu ce pheacutenomegravene

(synthegravese effectueacutee par le cerveau)

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 3 Que devient la lumiegravere lorsqursquo‛elle traverse un filtre

Activiteacute 31 les lumiegraveres et filtres coloreacutes

Tu as appris lors du dernier cours que lrsquo‛on pouvait ldquoadditionnerrdquo des lumiegraveres coloreacutees

pour obtenir de nouvelles couleurs Nous pouvons modeacuteliser la lumiegravere blanche ainsi

Nous allons deacutecouvrir aujourdrsquo‛hui comment on peut ldquosoustrairerdquo des lumiegraveres coloreacutees

1) Lrsquo‛enseignant a installeacute trois filtres de couleur un rouge un vert un bleu ainsi qursquo‛un

eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-dessous

Image MER

Quelle couleur va-t-on observer sur lrsquo‛eacutecran si lrsquo‛on allume un par un les projecteurs

Remplis le tableau ci-dessous premiegraverement avec tes hypothegraveses concernant la couleur

obtenue sur lrsquo‛eacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Filtre traverseacute par la

lumiegravere blanche

Couleur obtenue ton

hypothegravese

Couleur observeacutee

Filtre bleu

Filtre rouge

Filtre vert

2) Selon toi quel est le rocircle du filtre coloreacute

_______________________________________________________________

3) Repreacutesente par un scheacutema le passage drsquo‛une lumiegravere blanche agrave travers un filtre rouge

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

4) Et quelle couleur observera-t-on si la lumiegravere blanche passe agrave travers un filtre rouge

puis agrave travers un filtre bleu Formule une hypothegravese puis applique ton modegravele

Hypothegravese __________________________________

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

Activiteacute 32 Qursquo‛obtient-on avec drsquo‛autres filtres

a) Tu disposes maintenant drsquo‛une lampe diffusant de la lumiegravere blanche et de filtres

cyan magenta et jaune Manipule-les les uns apregraves les autres puis en les superposant

pour deacutecouvrir leurs effets sur la lumiegravere blanche

b) A lrsquo‛aide de couleurs et en trsquo‛appuyant sur tes observations scheacutematise ci-dessous

lrsquo‛action des filtres sur une lumiegravere blanche

Activiteacute 33 Deux synthegraveses Similitudes et diffeacuterences

a) Utilise ce logiciel pour comparer les synthegraveses additive et soustractive

httpwwwostralonet3_animationsswfsynthese_couleursswf

a) Quelles similitudes observes-tu entre les synthegraveses additive et soustractive

________________________________________________________________

d) Et quelles diffeacuterences

_______________________________________________________________

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 3 Que devient la lumiegravere lorsqursquo‛elle traverse un filtre

(corrigeacute)

Activiteacute 31 les lumiegraveres et filtres coloreacutes

Tu as appris lors du dernier cours que lrsquo‛on pouvait ldquoadditionnerrdquo des lumiegraveres coloreacutees

pour obtenir de nouvelles couleurs Nous pouvons modeacuteliser la lumiegravere blanche ainsi

Nous allons deacutecouvrir aujourdrsquo‛hui comment on peut ldquosoustrairerdquo des lumiegraveres coloreacutees

1) Lrsquo‛enseignant a installeacute trois filtres de couleur un rouge un vert un bleu ainsi qursquo‛un

eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-dessous

Image MER

Quelle couleur va-t-on observer sur lrsquo‛eacutecran si lrsquo‛on allume un par un les projecteurs

Remplis le tableau ci-dessous premiegraverement avec tes hypothegraveses concernant la couleur

obtenue sur lrsquo‛eacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Filtre traverseacute par la

lumiegravere blanche

Couleur obtenue ton

hypothegravese

Couleur observeacutee

Filtre bleu bleu

Filtre rouge rouge

Filtre vert vert

2) Selon toi quel est le rocircle du filtre coloreacute

_______________________________________________________________

Un filtre coloreacute ne transmet que les rayons de sa couleur et absorbe les autres

3) Repreacutesente par un scheacutema le passage drsquo‛une lumiegravere blanche agrave travers un filtre rouge

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

4) Et quelle couleur observera-t-on si la lumiegravere blanche passe agrave travers un filtre rouge

puis agrave travers un filtre bleu Formule une hypothegravese puis applique ton modegravele

Hypothegravese __________________________________

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

Activiteacute 32 Qursquo‛obtient-on avec drsquo‛autres filtres

a) Tu disposes maintenant drsquo‛une lampe diffusant de la lumiegravere blanche et de filtres

cyan magenta et jaune Manipule-les les uns apregraves les autres puis en les superposant

pour deacutecouvrir leurs effets sur la lumiegravere blanche

b) A lrsquo‛aide de couleurs et en trsquo‛appuyant sur tes observations scheacutematise ci-dessous

lrsquo‛action des filtres sur une lumiegravere blanche

Pex 1 Magenta 2 Jaune 3 Cyan 4 Rouge 5 Vert 6 Bleu 7 Noir

Activiteacute 33 Deux synthegraveses Similitudes et diffeacuterences

a) Utilise ce logiciel pour comparer les synthegraveses additive et soustractive

httpwwwostralonet3_animationsswfsynthese_couleursswf

a) Quelles similitudes observes-tu entre les synthegraveses additive et soustractive

________________________________________________________________

Les mecircmes triplets de couleurs sont preacutesents dans les deux synthegraveses (RVB - CMJ)

d) Et quelles diffeacuterences

________________________________________________________________

1 Les couleurs primaires de lrsquo‛un sont les couleurs compleacutementaires de lrsquo‛autre

2 Lrsquo‛addition des lumiegraveres coloreacutees rouge verte et bleue donne du blanc la

soustraction totale par des filtres cyan magenta et jaune donne du noir

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 4 Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Rappel

1 Nous pouvons reacutesumer la composition de la lumiegravere blanche aux 3 couleurs primaires le rouge le vert et le bleu Ce sont des couleurs qui ne peuvent pas ecirctre creacuteeacutees Ce sont elles qui composent les autres couleurs Crsquo‛est agrave dire qursquo‛en les meacutelangeant on peut obtenir les autres couleurs le cyan est composeacute du bleu et du vert le magenta est composeacute du bleu et du rouge et le jaune est composeacute du vert et du rouge

Theacuteorie

Le sujet que nous allons traiter aujourdrsquo‛hui concerne la couleur de lrsquo‛objet Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Formule une hypothegravese ____________________________________________

Observe la photo projeteacutee par lrsquo‛enseignant

Que retiens-tu de cette photo _______________________________________________________________ La lumiegravere coloreacutee qui est refleacuteteacutee par un objet correspond agrave la lumiegravere non absorbeacutee

Ici toutes les lumiegraveres coloreacutees sont absorbeacutees sauf le bleu qui lui est refleacuteteacute La couleur propre de lrsquo‛objet sera le bleu

En effet un objet absorbe ou reflegravete diffeacuterentes lumiegraveres coloreacutees Crsquo‛est cette lumiegravere coloreacutee refleacuteteacutee que nous verrons

Activiteacute 41

Reacuteponds agrave ces diffeacuterentes questions dans le tableau ci-dessous De quelle couleur verras-tu cet objet Confronte ton ideacutee avec ton voisin De quelle couleur le vois-tu reacuteellement

Couleur de lrsquo‛objet

Couleur de la lumiegravere

Hypothegravese formuleacutee

Observation

rouge Magenta

cyan Vert

jaune Bleu

Par quel pheacutenomegravene peut-on observer ce changement de couleur ___________________________________

Quelle deacuteductions peux-tu faire _________________________________________________________________

Activiteacute 42

Marche agrave suivre

1 Eacutecris sur une feuille blanche le nom des 2 couleurs que ton enseignant te donne avec la peinture qui y correspond

2 Pendant que ces mots segravechent remplis les colonnes ldquocouleur du mot 1rdquo et ldquocouleur du mot 2rdquo et ldquocouleur de la feuillerdquo agrave la lumiegravere blanche

3 Formule tes hypothegraveses note-les au crayon agrave papier en petit 4 Eacuteclaire tes mots agrave lrsquo‛aide de lumiegraveres coloreacutees 5 Note tes observations

Lumiegravere coloreacutee

Couleur du mot 1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur du mot 2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur de la feuille helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Blanche

Rouge

Verte

Bleue

Magenta

Cyan

Jaune

Activiteacute 43

Tu observes un drapeau eacuteclaireacute par une lumiegravere blanche Puis tu observes ce mecircme drapeau eacuteclaireacute par deux lumiegraveres coloreacutees diffeacuterentes Trouve la lumiegravere coloreacutee utiliseacutee dans chaque cas et justifie ta reacuteponse par la modeacutelisation vue preacuteceacutedemment

Lumiegravere blanche Lumiegravere coloreacutee 1 Lumiegravere coloreacutee 2

De quelle couleur est la premiegravere lumiegravere coloreacutee ___________________________

Modeacutelisation 1

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________

Modeacutelisation 2

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 4 Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur (corrigeacute) Rappel

2 Nous pouvons reacutesumer la composition de la lumiegravere blanche aux 3 couleurs primaires le rouge le vert et le bleu Ce sont des couleurs qui ne peuvent pas ecirctre creacuteeacutees Ce sont elles qui composent les autres couleurs Crsquo‛est agrave dire qursquo‛en les meacutelangeant on peut obtenir les autres couleurs le cyan est composeacute du bleu et du vert le magenta est composeacute du bleu et du rouge et le jaune est composeacute du vert et du rouge

Theacuteorie

Le sujet que nous allons traiter aujourdrsquo‛hui concerne la couleur de lrsquo‛objet Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Formule une hypothegravese ____________________________________________ Projeter cette image elle napparaicirct pas dans le cours de lrsquo‛eacutelegraveve

Que retiens-tu de cette photo _______________________________________________________________ La lumiegravere coloreacutee qui est refleacuteteacutee par un objet correspond agrave la lumiegravere non absorbeacutee

Ici toutes les lumiegraveres coloreacutees sont absorbeacutees sauf le bleu qui lui est refleacuteteacute La couleur propre de lrsquo‛objet sera le bleu

En effet un objet absorbe ou reflegravete diffeacuterentes lumiegraveres coloreacutees Crsquo‛est cette lumiegravere coloreacutee refleacuteteacutee que nous verrons

Activiteacute 41

Reacuteponds agrave ces diffeacuterentes questions dans le tableau ci-dessous De quelle couleur penses-tu que tu verras cet objet Confronte ton ideacutee avec ton voisin De quelle couleur le vois-tu reacuteellement

Couleur de lrsquo‛objet

Couleur de la lumiegravere

Hypothegravese formuleacutee

Observation

rouge Magenta (rouge)

cyan Vert (vert)

jaune Bleu (noir)

Par quel pheacutenomegravene peut-on observer ce changement de couleur ___________________________________ (synthegravese soustractive)

Quelle deacuteductions peux-tu faire (fonctionne comme un filtre) _________________________________________________________________

Activiteacute 42

Marche agrave suivre

6 Eacutecris sur une feuille blanche le nom des 2 couleurs que ton enseignant te donne avec la peinture qui y correspond

7 Pendant que ces mots segravechent remplis les colonnes ldquocouleur du mot 1rdquo et ldquocouleur du mot 2rdquo et ldquocouleur de la feuillerdquo agrave la lumiegravere blanche

8 Formule tes hypothegraveses note-les au crayon agrave papier en petit 9 Eacuteclaire tes mots agrave lrsquo‛aide de lumiegraveres coloreacutees 10 Note tes observations

Lumiegravere coloreacutee

Couleur du mot 1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur du mot 2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur de la feuille helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Blanche

Rouge

Verte

Bleue

Magenta

Cyan

Jaune

Activiteacute 43

Tu observes un drapeau eacuteclaireacute par une lumiegravere blanche Puis tu observes ce mecircme drapeau eacuteclaireacute par deux lumiegraveres coloreacutees diffeacuterentes Trouve la lumiegravere coloreacutee utiliseacutee dans chaque cas et justifie ta reacuteponse par la modeacutelisation vue preacuteceacutedemment

Lumiegravere blanche Lumiegravere coloreacutee 1 Lumiegravere coloreacutee 2

De quelle couleur est la premiegravere lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Bleu)

Modeacutelisation 1

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Vert)

Modeacutelisation 2

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Fiches de synthegravese Les couleurs Activiteacute 2 Reacutesumeacute theacuteorique pour les eacutelegraveves Le modegravele trichromique et la synthegravese additive des couleurs La couleur nrsquo‛existe pas sans lumiegravere et lrsquo‛on peut dire que lrsquo‛on perccediloit le monde gracircce aux meacutelanges de ces couleurs qui correspondent aux diffeacuterentes composantes de la lumiegravere Lorsque lrsquo‛on parle de la perception des couleurs on srsquo‛aperccediloit que seules trois lumiegraveres primaires de couleurs rouge vert et bleu sont neacutecessaires pour obtenir la sensation de toutes les autres couleurs Cette maniegravere de modeacuteliser la perception des couleurs est ce qursquo‛on appelle le modegravele trichromique (lsquorsquo‛trois couleursrsquo‛rsquo‛) Dans cette repreacutesentation toutes les autres lumiegraveres coloreacutees sont perccedilues par superposition des trois lumiegraveres rouge verte et bleue La superposition simultaneacutee et en dosage identique des trois couleurs donne de la lumiegravere blanche Le noir correspond agrave une absence de lumiegravere

Illustration du modegravele

Image MER

Lrsquo‛image montre trois projecteurs de lumiegraveres rouge verte et bleue eacuteclairant une table blanche Si les trois couleurs sont projeteacutees en intensiteacute identique nous obtenons par superposition trois autres couleurs le cyan le magenta et le jaune Les couleurs primaires et les couleurs obtenues sont codeacutees sur lrsquo‛image puis reacutecapituleacutees dans le tableau ci-dessous

Image MER

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Si nous modifions le dosage des couleurs eacuteleacutementaires il est possible drsquo‛obtenir toutes les couleurs imaginables Le pheacutenomegravene de perception des couleurs par superposition des trois couleurs primaires se nomme synthegravese additive les couleurs sont additionneacutees entre elles pour permettre la synthegravese drsquo‛autres couleurs

Drsquo‛ailleurs si lrsquo‛on observe au microscope un eacutecran blanc de smartphone ou drsquo‛ordinateur on remarque qursquo‛il est en fait constitueacute drsquo‛un grand nombre de minuscules rectangles de lumiegraveres rouge verte et bleue (voir image ci-contre) Crsquo‛est justement par un jeu de dosage de chacune de ces lumiegraveres que lrsquo‛on perccediloit les diffeacuterentes couleurs sur nos eacutecrans

Pourquoi un modegravele sur trois couleurs La raison pour laquelle les scientifiques ont construit ce modegravele sur trois couleurs est directement lieacutee agrave la structure de notre œil En effet ce dernier contient des cellules sensibles agrave la lumiegravere que lrsquo‛on appelle cocircnes et bacirctonnets Alors que les bacirctonnets perccediloivent les intensiteacutes de lumiegravere les cocircnes nous permettent de percevoir les couleurs Cependant ils ne sont sensibles qursquo‛agrave certaines composantes de la lumiegravere blanche celles correspondant justement aux couleurs rouge vert et bleu Lorsque lrsquo‛on regarde un objet notre cerveau analyse le dosage de chacune de ces composantes perccedilues par notre œil et en interpregravete ainsi la couleur de lrsquo‛objet

Qursquo‛est-ce que le daltonisme Certaines personnes preacutesentent une anomalie de la vision qui les empecircche de distinguer certaines couleurs Drsquo‛origine geacuteneacutetique ce trouble est ducirc agrave un dysfonctionnement des cocircnes preacutesents dans la reacutetine Bien que la plupart des personnes daltoniennes aient de la peine agrave distinguer le vert du rouge drsquo‛autres ne distinguent pas drsquo‛autres couleurs Dans certaines formes de daltonisme le monde est perccedilu par la personne atteinte en teintes de gris

Sciences naturelles Optique synthegravese soustractive et additive

La synthegravese additive est le proceacutedeacute gracircce

auquel en combinant les couleurs

___________ ___________ et ___________

on obtient du blanc

On la retrouve lorsque lrsquoon meacutelange des

lumiegraveres coloreacutees composeacutees de ces 3 couleurs

diffeacuterentes car les laquo additionner raquo donne la

lumiegravere blanche

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon exploite aujourdrsquohui

pour les teacuteleacuteviseurs ou tout eacutecran composeacute de

pixels

La synthegravese soustractive consiste agrave soustraire

les couleurs de la lumiegravere blanche (RVB) agrave

travers des filtres de couleurs ___________

___________ et ___________ qui absorbent la

totaliteacute des couleurs de la lumiegravere blanche pour

un rendu noir au final (absence de lumiegravere)

Lrsquo __________________ des 3 couleurs donne

le ____________

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon retrouve par exemple en

meacutelangeant de la peinture notamment en

imprimerie

Sciences naturelles Optique les filtres

Qursquoest-shyce qursquoun filtre coloreacute et comment fonctionne-shyt-shyil

Un filtre est un dispositif qui permet de filtrer la lumiegravere de laisser passer certains rayons

lumineux et drsquoen absorber drsquoautres

Pour savoir quelles lumiegravere coloreacutees le filtre laisse passer il faut lrsquoobserver agrave la lumiegravere

blanche

Le filtre laissera alors passer uniquement les rayons lumineux de sa couleur propre

Par exemple

Un filtre vert laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee verte

Un filtre magenta laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee magenta crsquoest agrave dire les rayons rouge et bleu

Pour connaicirctre la lumiegravere coloreacutee qui ldquosortrdquo du filtre il faut donc

deacutecomposer la lumiegravere qui arrive sur ce filtre et en soustraire les

rayons qui sont absorbeacutes par le filtre On se reacutefegravere alors au modegravele de

la synthegravese soustractive

Image httpswww123couleursfrboutique-shy1filtres-shycolorC3A9s

Tableau reacutecapitulatif

Sciences naturelles Optique les filtres

Modeacutelisation

Nous pouvons modeacuteliser lrsquoaction drsquoun filtre

1 Noter la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur le filtre

2 Deacutecomposer la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur filtre et la coder (en RVB)

3 Repreacutesenter le filtre et coder les rayons absorbeacutes par le filtre 4 Prolonger les rayons lumineux coloreacutes que le filtre laisse passer et les coder (en RVB)

5 Noter la lumiegravere coloreacutee qui sort du filtre

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre magenta sur la lumiegravere blanche

Lorsque plusieurs filtres sont superposeacutes ou aligneacutes il faut modeacuteliser lrsquoaction du premier filtre

sur la lumiegravere projeteacutee puis lrsquoaction du deuxiegraveme filtre sur la lumiegravere qui sort du premier filtre

etc

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre cyan puis drsquoun filtre vert sur la lumiegravere jaune

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

De quelle couleur apparaicirctra un objet de couleur eacuteclaireacute par une lumiegravere coloreacutee

Il y 3 cas

1) Un objet de couleur blanche renvoie toutes les couleurs il apparaicirctra de la couleur eacuteclaireacutee

2) Un objet de couleur noire absorbe toutes les couleurs Peu importe la couleur avec laquelle

lrsquoobjet est eacuteclaireacute lrsquoobjet apparaicirct de couleur noire

3) Pour un objet de couleur il suffit de deacutecomposer les couleurs secondaires par exemple

Jrsquoai un objet jaune

Je lui projette une lumiegravere magenta

Or jaune = rouge + vert

et magenta = bleu + rouge

Le rouge est commun au jaune et au magenta donc lrsquoobjet paraicirctra rouge

En revanche si la lumiegravere est bleue comme il nrsquoy a pas de bleu dans le jaune lrsquoobjet paraicirctra

noir

1

Tableau reacutecapitulatif

1 httpscommunitygoodgamestudioscombigfarmfrdiscussion51685langage-shy‐des-shy‐couleurs

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

Modegravele de reacuteponse

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

______

______

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

______

______

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation avec propositions

de reacuteponses)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

(rouge vert bleu Nous percevons les diffeacuterentes couleurs agrave partir de ces trois couleurs) ________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

(Explication relative aux cocircnes et bacirctonnets de lrsquo‛oeil)

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Corrigeacute vert bleu blanc cyan

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________ (vert)

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________ (bleu)

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________ (aucunenoir)

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

(selon modegravele eacutetudieacute)

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

(les deux selon que lrsquo‛on parle de synthegravese additive ou soustractive)

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

Bleu

______

Bleu

______

Noir

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________ (lumiegravere rouge)

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

Noir

______

Rouge

______

Rouge

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

(Bleu)

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

(selon modegravele eacutetudieacute)

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

(Explication citant la synthegravese soustractive et lrsquo‛effet des lumiegraveres coloreacutees

concerneacutees sur le haut du cambrioleur)

Evaluation - Analyse

Ce commentaire comprend les diffeacuterents objectifs eacutevalueacutes ainsi que ce qui est attendu

preacuteciseacutement des eacutelegraveves et les niveaux taxonomiques correspondants

Ce sont des pistes drsquo‛eacutevaluation qui sont ici proposeacutees non une eacutevaluation suivie

Exercice 1

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- Mettre en lien des notions theacuteoriques apprises en cours (cocircnes et

bacirctonnets de lrsquo‛oeil) avec drsquo‛autres (synthegravese additive)

Lrsquo‛eacutevaluation deacutebute par deux questions au niveau taxonomique peu eacuteleveacute La

premiegravere de lrsquo‛ordre de la compreacutehension demande aux eacutelegraveves de restituer une

connaissance de base agrave lrsquo‛aide de leurs propres mots La deuxiegraveme propose de

tester les connaissances theacuteoriques des eacutelegraveves en veacuterifiant que des liens entre

deux notions aient eacuteteacute faits

Exercice 2

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutedire la couleur perccedilue en fonction des meacutelanges de couleurs RVB

- deacutechiffrer un scheacutema et les codes de la repreacutesentation de la trajectoire

des lumiegraveres coloreacutees

Le deuxiegraveme exercice relegraveve du niveau taxonomique de lrsquo‛application car il

neacutecessite une compreacutehension de la maniegravere de repreacutesenter la lumiegravere (scheacutema de

la trajectoire rectiligne codes de couleurs RVB) et drsquo‛appliquer ce modegravele tout en

utilisant les connaissances des couleurs fondamentales et compleacutementaires de la

synthegravese additive

Exercice 3

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet drsquo‛un filtre sur une lumiegravere coloreacutee agrave lrsquo‛aide des codes

propres agrave lrsquo‛optique

Lrsquo‛exercice 3 relegraveve de lrsquo‛application car les eacutelegraveves se reacutefegraverent agrave la modeacutelisation

eacutetablie durant le cours et au diagramme de Venn de la synthegravese soustractive et

les adaptent aux items preacutesenteacutes

Exercice 4

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- mettre en perspective la distinction entre synthegravese additive et

soustractive en terme de lsquorsquo‛naturersquo‛rsquo‛ de la couleur (couleurs matiegraveres vs

couleurs lumiegraveres)

Cet exercice requiert des eacutelegraveves qursquo‛ils mobilisent leur faculteacute drsquo‛analyse (niveau

taxonomique plutocirct eacuteleveacute) pour expliquer les diffeacuterences entre les

repreacutesentations de la couleur en arts visuels et en physique Le but est qursquo‛ils

reconnaissent qursquo‛il srsquo‛agit dans le premier cas de la synthegravese soustractive et dans

le second cas de la synthegravese additive

Exercice 5

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutevoir la couleur perccedilue drsquo‛un objet en fonction des lumiegraveres coloreacutees

projeteacutees et coder le pheacutenomegravene

Les eacutelegraveves appliquent la modeacutelisation drsquo‛une lumiegravere coloreacutee sur un objet coloreacute

pour deacuteterminer la couleur perccedilue du drapeau franccedilais Cette question fait

reacutefeacuterence agrave un niveau taxonomique bas Puis ils trouvent la lumiegravere coloreacutee qui

permet de voir les deux drapeaux preacutesenteacutes de la mecircme couleur Ils trouveront

cette reacuteponse en modeacutelisant les lumiegraveres coloreacutees sur lrsquo‛objet de couleur

Plusieurs scheacutemas sont neacutecessaires pour trouver la reacuteponse Crsquo‛est une question

taxonomiquement haute qui demande aux eacutelegraveves de faire une synthegravese

Exercice 6

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet de la lumiegravere coloreacutee sur un objet et en deacuteduire la

couleur perccedilue

- justifier sa reacuteponse avec des mots en faisant la synthegravese des diffeacuterents

concepts vus dans la seacutequence de cours

Les eacutelegraveves doivent comprendre ce qursquo‛ils lisent et deacuteterminer la couleur propre du

haut du cambrioleur Cette question est taxonomiquement haute elle demande de

lrsquo‛analyse Puis ils justifient leur reacuteponse par le modegravele de lrsquo‛effet de la lumiegravere

coloreacutee sur un objet Cette question est drsquo‛un niveau taxonomique infeacuterieur

drsquo‛application Finalement ils deacuteterminent pourquoi la description de la jeune fille

ne correspond pas agrave la couleur propre en faisant le lien avec la synthegravese

soustractive demandant un niveau taxonomiquement tregraves eacuteleveacute la synthegravese

Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

4 Argumentation scientifique Nous avons choisi de construire notre seacutequence de cours de maniegravere agrave ce qursquoelle srsquoinscrive dans une deacutemarche constructiviste de type piageacutetienne Dans cette deacutemarche lrsquoenseignant anticipe les conceptions erroneacutees que les eacutelegraveves peuvent avoir puis eacutetablit une situation-shyproblegraveme permettant ideacutealement de deacuteconstruire ces repreacutesentations incomplegravetes puis finalement drsquoen construire de nouvelles plus justes Dans ce qui suit nous allons deacutefinir ces diffeacuterents concepts mis en eacutevidence puis expliciter la maniegravere dont nous les avons pris en compte dans notre planification

41 Les conceptions des eacutelegraveves et les situations-shyproblegravemes

411 Deacutefinitions Conception Selon Giordan et al (1994) une conception ou repreacutesentation peut ecirctre consideacutereacutee comme une ideacutee un objet ou un eacutevegravenement qui aide lrsquoeacutelegraveve agrave comprendre le monde qui lrsquoentoure Elle est le fruit de son expeacuterience personnelle dans laquelle il va puiser pour comprendre les nouveaux savoirs que lrsquoon va chercher agrave lui inculquer Elle peut ecirctre consideacutereacutee comme une connaissance ldquodeacutejagrave-shylagraverdquo acquise dans un certain contexte par lrsquoapprenant et qui peut ecirctre correcte ou erroneacutee Les mauvaises conceptions (ou misconception en anglais) peuvent donc ecirctre deacutecrites comme des ideacutees qui proviennent drsquoune mauvaise compreacutehension drsquoobjets ou eacutevegravenements Elles sont issues principalement de lrsquoenvironnement avec lequel lrsquoeacutelegraveve interagit et du contexte dans lequel il se situe mais elles deacutecoulent eacutegalement des systegravemes seacutemiotiques mis en oeuvre Ces derniers sont abordeacutes plus en deacutetail dans ce qui suit Seacutemiologie En seacutemiologie (lrsquoeacutetude des systegravemes de signes) une repreacutesentation (ou un signe) est double elle est doteacutee drsquoun signifiant et drsquoun signifieacute (de Saussure 1916) Le signifiant qui fait lrsquoobjet de la seacutemiologie deacutesigne la forme et laspect du signe tandis que le signifieacute eacutetudieacute dans le cadre de la seacutemantique deacutesigne le concept eacutevoqueacute par le signe A partir du moment ougrave le signe possegravede plusieurs signifieacutes il devient symbole et crsquoest ainsi que les incompreacutehensions peuvent survenir Selon R Duval (1995) le concept de laquo registre seacutemiotique raquo permet de distinguer les repreacutesentations qui relegravevent de diffeacuterents registres ou types visuels numeacuteriques graphiques symboliques formels scheacutematiques etc En didactique ce concept est fondamental car les diffeacuterences de registre au sein drsquoune mecircme repreacutesentation ou drsquoun

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

modegravele peut induire des difficulteacutes de lecture Ils risquent drsquoajouter des difficulteacutes suppleacutementaires en empecircchant les eacutelegraveves de se focaliser sur le problegraveme poseacute par lrsquoactiviteacute et les menant agrave formuler des conclusions diffeacuterentes de celles attendues par lrsquoenseignant Crsquoest pour cela qursquoun choix pertinent de registre seacutemiotique facilite la compreacutehension du concept introduit Dans notre cours un exemple typique que nous pouvons donner est la forte ressemblance des diagrammes de Venn pour les synthegraveses additive et soustractive Dans les deux modegraveles les diagrammes sont communeacutement scheacutematiseacutes sous forme circulaire De plus bien que inverseacutees au niveau de leurs superpositions les mecircmes couleurs sont repreacutesenteacutees dans les deux diagrammes Ces similitudes peuvent rendre la diffeacuterenciation complexe pour les eacutelegraveves Crsquoest pourquoi nous avons estimeacute important drsquoapporter un changement agrave la repreacutesentation de ces diagrammes Ainsi dans lrsquoune de nos fiches de synthegravese nous avons preacutefeacutereacute utiliser des formes rectangulaires plutocirct que circulaires pour repreacutesenter la synthegravese soustractive car cette forme eacutevoque plus fortement le filtre et ainsi lrsquoabsorption de la lumiegravere Cadre de rationaliteacute origine des conceptions En srsquoappuyant sur les travaux de R Douady (1984) A Lerouge (1992) deacutefinit laquo un cadre de rationaliteacuteraquo comme laquoun ensemble coheacuterent de fonctionnement de la penseacuteeraquo caracteacuteriseacute principalement par les composantes suivantes

1 Les objets du cadre dans notre cas il peut srsquoagir de peinture de feuille de papier de lampes de poche de filtres etc

2 Le type de processus de conceptualisation Dans un cadre scientifique il peut srsquoagir drsquoun processus par modeacutelisation ou par expeacuterimentation par exemple

3 Les registres seacutemiotiques que nous avons traiteacutes plus haut Les conceptions des eacutelegraveves et les conflits de perceptions en reacutesultant sont issus des diffeacuterents cadres de rationaliteacute dans lesquels ils eacutevoluent Ce sont les cadres familiers (personnel) et culturels (eacutecole) qui sont responsable de ces conceptions et repreacutesentations mentales tantocirct concourantes tantocirct inexistantes voire erroneacutees Elles se manifestent principalement agrave travers la seacutemiotique Les eacutelegraveves eacuteprouvent de la difficulteacute agrave repreacutesenter des objets issus de registres seacutemiotiques diffeacuterents ou encore agrave simplement les reconnaicirctre Dans le contexte de notre seacutequence sur les couleurs ces cadres de rationaliteacute sont centraux En effet crsquoest dans son quotidien et donc dans son cadre familier que lrsquoeacutelegraveve va deacutecouvrir la notion de couleur notamment par le biais de la peinture ou drsquoobservation drsquoarc-shyen-shyciel Cette deacutecouverte qui a souvent lieu tregraves tocirct dans la vie de lrsquoenfant ne fera pourtant pas pour autant lrsquoobjet de questionnement sur le pheacutenomegravene de perception des couleurs La notion de cadre culturel ou scolaire quand agrave elle peut ecirctre eacutetendue dans notre cas agrave deux sous-shycateacutegories de cadres culturels diffeacuterents qui vont ecirctre agrave lrsquoorigine de conceptions erroneacutees ou incomplegravetes Premiegraverement il y a le cadre que nous appelons laquo arts visuelsraquo et qui a ses propres regravegles de rationaliteacutes Les cours de dessin ou drsquoactiviteacutes creacuteatrices en sont de parfaits exemples car crsquoest dans ce cadre que les eacutelegraveves vont premiegraverement aborder la

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

theacutematique des couleurs primaires et de leurs meacutelanges Mais cette theacutematique est eacutegalement abordeacutee dans le cadre laquophysiqueraquo agrave travers les expeacuteriences de deacutecomposition de la lumiegravere ou de superposition de lumiegraveres coloreacutees Ainsi nous retrouvons trois cadres de rationaliteacute concourants (familier physique arts visuels) dans lesquels les eacutelegraveves eacutevoluent et qui engendrent indubitablement des conceptions erroneacutees sur la lumiegravere et les couleurs puisque les eacutelegraveves ne sont pas ameneacutes agrave les diffeacuterencier dans chacun des cadres Et comme la communication entre les diffeacuterents cadres nrsquoest pas eacutetablie le lien agrave faire entre les diffeacuterentes conceptions issues de ces cadres est agrave la charge de lrsquoeacutelegraveve ce qui repreacutesente une lourde responsabiliteacute dans son apprentissage Astolfi (2008) appelle eacutegalement ces conceptions issues de diffeacuterents cadres des ldquotrames conceptuelles rdquoqui peuvent ecirctre deacutefinies comme ldquoun ensemble de concepts-shycleacutes propres agrave un domaine et logiquement hieacuterarchiseacutes entre eux qui structurent les disciplines et engendrent des situations-shyproblegravemesrdquo Mais encore on verra eacutemerger des problegravemes de contrat didactique dans chacun des cadres lrsquoeacutelegraveve va tenter de donner une reacuteponse qui va satisfaire lrsquoenseignant sans pour autant ecirctre ameneacute agrave confronter ses conceptions

Situation-shyproblegraveme Pour de Vecchi (2006) une situation-shyproblegraveme est une activiteacute qui consiste agrave mettre lrsquoeacutelegraveve dans une situation ougrave il va ecirctre ameneacute agrave eacutelaborer des strateacutegies de reacutesolution de problegraveme Lrsquoun des points cleacutes des situations-shyproblegravemes est qursquoelles eacutetablissent un lien eacutetroit entre les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves En drsquoautres termes une situation-shyproblegraveme est construite de telle sorte que les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave remettre en question des repreacutesentations actuelles qui srsquoavegraverent erroneacutees agrave les deacuteconstruire pour en construire de nouvelles Ainsi dans une deacutemarche de type constructiviste lrsquoeacutelegraveve construit son savoir en renversant ses anciennes conceptions Une situation-shyproblegraveme nrsquoest donc pas une deacutemarche ponctuelle dans laquelle lrsquoeacutelegraveve devra reacutesoudre une liste drsquoexercices teacuteleacuteguideacutee par lrsquoenseignant Ce qui justifie lrsquoefficaciteacute des situations problegravemes est qursquo laquoapprendreraquo ne consiste pas agrave cumuler les savoirs mais agrave en construire et agrave en deacuteconstruire

Une situation-shyproblegraveme doit comprendre plusieurs eacuteleacutements

-shy Un objectif-shyobstacle Pour Meirieu (1987) un objectif-shyobstacle est ldquoun objectif dont lrsquoacquisition permet au sujet de franchir un palier deacutecisif de progression en modifiant son systegraveme de repreacutesentation et en le faisant acceacuteder un niveau supeacuterieur de formulation rdquo Dans notre cas lrsquoeacutelegraveve pense que tous les meacutelanges de 3 couleurs primaires (de peinture ou de lumiegravere) vont donner le mecircme reacutesultat La distinction entre synthegraveses additive et soustractive nrsquoest pas connue des eacutelegraveves De plus projeter de la lumiegravere monochromatique sur un objet drsquoune certaine couleur ne donne pas toujours la mecircme couleur Lrsquoexemple avec le drapeau (activiteacute 4) est parlant

-shy Une situation centreacutee sur cet obstacle prenant en compte une deacutemarche expeacuterimentale ou une deacutemarche de modeacutelisation Dans notre cours les deux deacutemarches sont mises en oeuvre mais notre deacutemarche principale est la modeacutelisation Les eacutelegraveves vont effectivement ecirctre ameneacutes agrave eacutemettre des hypothegraveses manipuler reacutecolter des reacutesultats et les confronter agrave

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

leurs hypothegraveses mais il srsquoagit surtout drsquoune deacutemarche de modeacutelisation car les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave creacuteer des scheacutemas dans plusieurs exercices

-shy Une probleacutematisation et la deacutevolution on probleacutematise la conception erroneacutee en introduisant une situation-shyproblegraveme crsquoest-shyagrave-shydire qursquoon construit un problegraveme centreacute sur lrsquoobstacle La surprise face agrave une situation incoheacuterente va intriguer lrsquoeacutelegraveve exciter sa motivation et le pousser agrave vouloir srsquoimpliquer dans le problegraveme ce qui va aider sa deacutevolution Brousseau (1998) qualifie la notion de deacutevolution par le ldquo processus par lequel lenseignant parvient agrave placer leacutelegraveve comme simple actant dans une situation a-shydidactique (agrave modegravele non didactique) Il cherche par lagrave agrave ce que lrsquoaction de lrsquoeacutelegraveve ne soit produite et justifieacutee que par les neacutecessiteacutes du milieu et par ses connaissances et non par lrsquointerpreacutetation des proceacutedeacutes didactiques du professeurrdquo Pour enrocircler les eacutelegraveves et les aider agrave identifier la probleacutematique en met on place une situation deacuteclenchante Dans notre cas lrsquoexemple avec le meacutelange de peinture et de lumiegraveres coloreacutees est un parfait exemple de situation deacuteclenchante car les eacutelegraveves ne sattendent probablement pas par exemple agrave ce que le meacutelange de vert et bleu donne du cyan ou encore qursquoon perccediloive un citron noir lorsque lrsquoon projette de la lumiegravere bleue sur ce celui-shyci

412 La prise en compte des conceptions des eacutelegraveves dans notre seacutequence La theacutematique de la lumiegravere et des couleurs est complexe et comprend de nombreux concepts difficiles agrave assimiler En effet bon nombre de personnes ont des repreacutesentations erroneacutees qui peuvent rester profondeacutement ancreacutees Parmi les conceptions erroneacutees les plus communes on retrouve selon le site internet des MER

La lumiegravere blanche est sans couleur pure quand la lumiegravere blanche passe dans un prisme ou traverse un filtre de la couleur lui est ajouteacutee

La lumiegravere blanche nous permet de voir la vraie couleur des objets laquoMa feuille est blanche parce que je nai pas ajouteacute dautres couleurs agrave celle-shyciraquo

Les couleurs sont lieacutees agrave des proprieacuteteacutes de lrsquoobjet exclusivement sans reacutefeacuterence agrave la lumiegravere qui eacuteclaire lrsquoobjet Ne dit-shyon pas quun pull est rouge

Confusion entre les couleurs primaires en couleur peinture et en couleur lumiegravere

Dans notre planification nous avons anticipeacute ces conceptions et avons construit notre cours de maniegravere agrave ce qursquoelles soient mises en eacutevidence le plus tocirct possible afin de tenter de les deacuteconstruire agrave travers nos activiteacutes

Ainsi degraves deacutebut de lrsquoactiviteacute 2 les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave une situation-shyproblegraveme dans laquelle ils comprennent qursquoil existe une contradiction entre leur conception de deacutepart sur les meacutelanges de couleurs (issue de leurs cadres de rationaliteacute familier et scolaire lsquorsquoart visuelrsquorsquo) et leurs observations (nouveau cadre lsquorsquophysiquersquorsquo) Crsquoest sur la base de ce conflit cognitif que les diffeacuterentes notions de la seacutequence pourront ecirctre abordeacutees Les autres conceptions sont mises en eacutevidence puis deacuteconstruites agrave travers les diffeacuterentes activiteacutes Par exemple les

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

activiteacutes du chapitre 3 permettent de montrer que la lumiegravere blanche nrsquoest pas pure mais qursquoelle est composeacutee de toutes les couleurs et ce gracircce agrave lrsquoobservation des objets agrave la lumiegravere blanche puis agrave travers un filtre

De plus lrsquoactiviteacute 3 srsquoarticule autour drsquoune conception erroneacutee repeacutereacutee dans certaines classes Bon nombre drsquoeacutelegraveves eacutetaient persuadeacutes qursquoun filtre ne laissait pas passer les lumiegraveres de sa couleur propre car crsquoest la couleur dont est perccedilue le filtre Un conflit cognitif est alors provoqueacute afin de deacuteconstruire cette conception les eacutelegraveves observent que la lumiegravere coloreacutee nrsquoest pas absorbeacutee par le filtre mais qursquoelle se propage bien jusqursquoagrave lrsquoeacutecran blanc

En introduction de lrsquoactiviteacute 4 une nouvelle situation-shyproblegraveme est preacutesenteacutee par le biais drsquoune image montrant que la couleur drsquoun objet peut varier en fonction de la lumiegravere coloreacutee par laquelle il est eacuteclaireacute Elle servira agrave provoquer un conflit cognitif chez les eacutelegraveves car cette situation intervient apregraves une phase drsquohypothegravese reacutepondant agrave la question suivante un objet peut-shyil avoir diffeacuterentes couleurs La reacuteponse donneacutee par lrsquoimage contredira probablement lrsquohypothegravese preacuteceacutedemment formuleacutee et devrait susciter de la curiositeacute chez lrsquoeacutelegraveve et lui donner lrsquoenvie de comprendre le pheacutenomegravene Nous deacutemontrons ensuite tout au long de lrsquoactiviteacute 4 sur les lumiegraveres coloreacutees que crsquoest le pheacutenomegravene drsquoabsorption et de reacuteflection de la lumiegravere qui nous permet de voir la couleur des objets et non pas la lumiegravere blanche Crsquoest donc par le biais de ces deacuteconstructions successives de conceptions que lrsquoenseignant peut guider les eacutelegraveves sur la voie de la reacutesolution du problegraveme de lrsquoorigine de ces contradictions dans le but drsquoeacutetablir le lien entre les diffeacuterents cadres de rationaliteacute

42 Modeacutelisation

421 Deacutefinition

Un modegravele est communeacutement deacutefini comme un objet ou un concept qui va permettre de repreacutesenter la reacutealiteacute de diffeacuterentes maniegraveres Bunge (1974) ou encore Martinand (1994) le deacutefinissent eacutegalement comme un moyen permettant de mettre en relation le monde theacuteorique avec le monde empirique Il peut ecirctre consideacutereacute en quelque sorte comme un monde intermeacutediaire ou une sorte de lunette conceptuelle (Halloun 2004) qui va permettre drsquoobserver des pheacutenomegravenes naturels Un modegravele ne constitue pas la reacutealiteacute mais la repreacutesente en simplifiant certains de ses aspects ce qui peut causer des conflits pour les repreacutesentations cognitives chez lrsquoeacutelegraveve

422 La modeacutelisation dans notre seacutequence Dans notre planification la modeacutelisation est centrale afin de conceptualiser des pheacutenomegravenes complexes comme la composition de la lumiegravere et la perception des couleurs Elle est lrsquooutil qui permet drsquoamener les eacutelegraveves agrave se faccedilonner une repreacutesentation de la deacutecomposition de la lumiegravere blanche de labsorption de la lumiegravere agrave travers les filtres et des synthegraveses additive et soustractive des couleurs

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

De plus elle constitue un objectif de formation meacutethodologique qui va de pair avec toute formation scientifique Crsquoest pourquoi nous avons inclus la modeacutelisation dans les objectifs drsquoapprentissage Dans la terminologie du PER la modeacutelisation correspond agrave lrsquoobjectif geacuteneacuteral MSN37

bull MSN 1525 mdash Modeacuteliser des pheacutenomegravenes naturels techniques sociaux ou des situations matheacutematiques

bull en imaginant et en utilisant divers outils de repreacutesentation (codes scheacutemas graphiques tableauxhellip)

Lrsquoactiviteacute 2 propose aux eacutelegraveves de reporter les couleurs observeacutees sur trois cercles superposeacutes En les coloriant les eacutelegraveves reacutealisent en reacutealiteacute une forme simple de modeacutelisation par un diagramme de Venn de la synthegravese additive Il nous a sembleacute pertinent drsquointroduire ce scheacutema de cette maniegravere car ainsi les eacutelegraveves comprennent reacuteellement qursquoil correspond agrave la lumiegravere projeteacutee et superposeacutee sur un eacutecran En derniegravere partie drsquoactiviteacute les eacutelegraveves se familiarisent avec un logiciel de modeacutelisation de la synthegravese additive 3

Lrsquoutilisation drsquoun modegravele dans ce cas est indispensable pour des raisons pratiques Il serait en effet tregraves difficile de faire des observations similaires avec un dispositif reacuteel constitueacute de projecteurs et drsquoun eacutecran comme dans la premiegravere partie drsquoactiviteacute Nous avons veilleacute agrave choisir un logiciel simple drsquousage sur lequel seules deux manipulations sont possibles allumereacuteteindre les projecteurs et varier leurs intensiteacutes Ainsi il est possible pour les eacutelegraveves de faire rapidement et sans difficulteacutes de lrsquoordre du registre seacutemiotique la deacuteduction attendue les diffeacuterentes couleurs srsquoobtiennent par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

Dans lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves sont ameneacutes agrave modeacuteliser lrsquoeffet drsquoun filtre sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee Ils ancrent ainsi le fonctionnement drsquoun filtre dans leur apprentissage et deacuteveloppent une meacutethodologie systeacutematique dans la reacutesolution de problegravemes mettant en scegravene des filtres Gracircce au modegravele deacuteveloppeacute les eacutelegraveves deacuteconstruisent deacutefinitivement leur eacuteventuelle conception erroneacutee selon laquelle un filtre absorberait sa propre couleur Lrsquoactiviteacute 43 a pour but que les eacutelegraveves modeacutelisent les pheacutenomegravenes de reacutefraction et drsquoabsorption en justifiant leur reacuteponse par un modegravele de reacuteponse Ce dernier comprend les couleurs RVB qui se reflegravetent ou qui sont absorbeacutees par une surface Ainsi lrsquoeacutelegraveve peut trouver une meacutethode systeacutematique de reacuteponse en testant les diffeacuterentes couleurs Gracircce agrave cette modeacutelisation et agrave celle de lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves comprennent que les fonctionnements des filtres et des lumiegraveres coloreacutees sont fondeacutes sur le mecircme principe

3(httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

43 Deacutemarche expeacuterimentale

431 Deacutefinition Pour de Vecchi il est important de ne pas confondre les notions lieacutees agrave lrsquoexpeacuterimental qui sont les suivantes

-shy Une deacutemarche scientifique nrsquoest pas exclusive au domaine des sciences expeacuterimentales mais peut aussi ecirctre mobiliseacutee dans les sciences humaines socialeshellip Elle utilise drsquoautres outils que lrsquoexpeacuterimentale Toute recherche digne de ce nom est de nature scientifique

-shy La meacutethode expeacuterimentale eacutequivaut plutocirct agrave un plan agrave suivre un mode drsquoemploi ou agrave une marche agrave suivre qui suit un ordre strict que lrsquoon peut aussi appeler protocole Par exemple parmi les plus ceacutelegravebres protocoles nous retrouvons celui de Claude Bernard (1865) que lrsquoon abregravege par les initiales OHERIC qui correspondent agrave observation hypothegravese expeacuterience reacutesultats interpreacutetation et conclusion De maniegravere geacuteneacuterale il srsquoagit du protocole caricatural que lrsquoon emploie le plus souvent dans les salles de classes

-shy Une deacutemarche expeacuterimentale est une approche plus reacutealiste moins stricte et integravegre

une approche plus tacirctonnante Il nrsquoest pas constitueacute drsquoeacutetapes preacutedeacutetermineacutees et est donc moins affecteacutee par les directives de lrsquoenseignant Il peut donc laisser des liberteacutes dans la maniegravere de reacutesoudre le problegraveme

432 La deacutemarche expeacuterimentale dans notre seacutequence Dans notre seacutequence la meacutethode expeacuterimentale est preacutesente de maniegravere partielle du scheacutema caricatural OHERIC nous nous inteacuteressons en particulier aux phases drsquoobservation et drsquoeacutemission drsquohypothegraveses Crsquoest pourquoi nous parlons donc plutocirct de ldquodeacutemarche expeacuterimentalerdquo En effet tout au long des diffeacuterentes activiteacutes il est reacuteguliegraverement demandeacute aux eacutelegraveves de formuler une hypothegravese agrave partir de leurs connaissances au preacutealable puis de faire de nouvelles observations en contexte expeacuterimental Crsquoest sur la base de ces derniegraveres qursquoils pourront reacutealiser leurs deacuteductions sur le pheacutenomegravene en question et construire de nouvelles conceptions Dans lrsquoactiviteacute 2 ce type de deacutemarche est central pour la creacuteation de la premiegravere situation-shyproblegraveme Par la suite la deacutemarche permet de guider les eacutelegraveves dans le processus de deacuteduction du fonctionnement geacuteneacuteral des diffeacuterents pheacutenomegravenes Dans lrsquoactiviteacute 41 par exemple les pheacutenomegravenes agrave deacuteduire sont la synthegravese soustractive et le fonctionnement de la lumiegravere coloreacutee Lrsquoemploi drsquoobjets familiers permet un ancrage dans le quotidien

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Dans lrsquoactiviteacute 3 lrsquoeacutetude de lrsquoeffet des filtres constitue agrave son tour un deacutemarche expeacuterimentale En effet les eacutelegraveves doivent tout drsquoabord eacutemettre leurs hypothegraveses puis les veacuterifient par lrsquoexpeacuterimentation et ses reacutesultats provoquant probablement un conflit cognitif avant drsquoen conclure lrsquoeffet drsquoun filtre Dans lrsquoactiviteacute 42 nous retrouvons toujours le mecircme principe de deacutemarche expeacuterimentale Les eacutelegraveves formulent des hypothegraveses sur la couleur perccedilue de diffeacuterents mots coloreacutes eacuteclaireacutes par une lumiegravere coloreacutee puis les veacuterifient lors de la phase drsquoobservation La confrontation entre leurs attentes lieacutees agrave leurs conceptions et la reacutealiteacute creacutee le conflit cognitif rechercheacute

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

5 Conclusion Pour seacutelectionner notre thegraveme et eacutelaborer notre seacutequence nous nous sommes fondeacutes sur les objectifs du PER et crsquoest sur lrsquooptique que notre choix srsquoest porteacute Le savoir savant auquel nous nous sommes reacutefeacutereacutes comprend principalement des concepts lieacutes agrave la lumiegravere tels que les photons les ondes eacutelectromagneacutetiques ainsi que les spectres drsquoeacutemission et drsquoabsorption Nous avons transposeacute ce savoir en un savoir enseignable par le biais drsquoun travail de contextualisation et de reacuteadaptation Nous avons eacuteteacute ameneacutes agrave remplacer des modegraveles scientifiques (par exemple les modegraveles de synthegraveses additive et soustractive) par des modegraveles accessibles agrave un niveau scolaire et agrave changer les conditions drsquoeacutemergence des problegravemes Ainsi notre travail de transposition consistait agrave montrer aux eacutelegraveves la partie eacutemergeacutee de lrsquoiceberg du concept de couleur le reacutesultat apparent plutocirct que lrsquoorigine eacutelectromagneacutetique Tout au long de la seacutequence et par le biais de situations-shyproblegravemes et de diffeacuterentes eacutetapes de reacutesolution des activiteacutes les eacutelegraveves ont eacuteteacute guideacutes dans le processus de construction de leur apprentissage En nous focalisant sur les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves nous avons eacutelaboreacute nos exercices de maniegravere agrave proposer des situations deacuteclenchantes afin de faciliter le transfert de la responsabiliteacute de la reacutesolution des problegravemes aux eacutelegraveves Cette derniegravere srsquoeffectue par des deacutemarches drsquoexpeacuterimentation mais surtout de modeacutelisation

Dans notre sceacutenario les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave deux types de donneacutees theacuteoriques et empiriques Drsquoune part ils ont agrave disposition deux theacuteories principales la premiegravere est que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs de lrsquoarc-shyen-shyciel tandis que la seconde deacutecrit l a maniegravere dont la couleur drsquoun objet deacutepend des couleurs qursquoil va absorber Drsquoautre part ils disposent de donneacutees empiriques qursquoils sont ameneacutes agrave reacutecolter en superposant des lumiegraveres de diffeacuterentes couleurs en meacutelangeant de la peinture et en projetant de la lumiegravere coloreacutee sur diffeacuterents objets coloreacutes Dans le cadre drsquoune deacutemarche drsquoexpeacuterimentation ils ont eacutemis des hypothegraveses observeacute manipuleacute du mateacuteriel utiliseacute des appliquettes en ligne et veacuterifieacute leurs reacutesultats Crsquoest ainsi les modegraveles que nous avons preacutesenteacutes et que les eacutelegraveves ont eacutelaboreacutes vont ecirctre des ponts qui vont relier le monde theacuteorique et le monde empirique Par ailleurs nous avons eacuteteacute attentifs agrave la seacutemiotique lors de nos choix des repreacutesentations utiliseacutees nous nous sommes reacutefeacutereacutes agrave la notion de registre seacutemiotique afin drsquoeacutelaborer des scheacutemas nrsquoengendrant pas de difficulteacutes de lecture chez les eacutelegraveves

Nous avons analyseacute lrsquoorigine des conceptions erroneacutees et avons remarqueacute qursquoelles eacutetaient principalement dues agrave des repreacutesentations concourantes engendreacutees par les diffeacuterents contextes et cadres de rationaliteacutes dans lesquelles les eacutelegraveves eacutevoluent Notre sceacutenario permet aux eacutelegraveves drsquoeacutetablir des liens entre ces diffeacuterents cadres et de construire une nouvelle repreacutesentation de la couleur celle drsquoun objet de la physique

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

6 Bibliographie

Astolfi J Ginsburger-shyVogel Y amp Toussaint J (2008) Mots-shycleacutes de la didactique des sciences De Boeck Supeacuterieur Beaufils D Ramage M-shyJ DidaScO (2004) Simulation informatique et enseignement de la physique regards didactiques Universiteacute Paris-shySud Centre scientifique drsquoOrsay -shy 91405 Orsay Cedex Brahic A Grenier I ( 2008) Lumiegraveres deacutetoiles les couleurs invisibles Odile Jacob Brousseau G (1998) Glossaire de quelques concepts de la theacuteorie des situations didactiques en matheacutematiques DAEST-shy Faculteacute des Sciences de lHomme-shyUniversiteacute Victor Segalen Bordeaux 2 Bunge M (1975) Philosophie de la physique Paris France Editions du Seuil Chevallard Y amp Johsua M-shyA (1986) Transposition didactique  Du savoir savant au savoir enseigneacute -shy Un exemple drsquoanalyse de la transposition didactique Penseacutee sauvage Chevallard Y A du texte Chevallard Y A du texte Chevallard Y amp Johsua M-shyA A du texte (1991) La transposition didactique  du savoir savant au savoir enseigneacute Suivi de Un exemple de la transposition didactique ([2e eacuted revue et augm]) Yves Chevallard  Yves Chevallard et Marie-shyAlberte Johsua [texte imprimeacute] Retrieved October 19 2016 de Vecchi G (2006) Enseigner lrsquoexpeacuterimental en classe  Pour une veacuteritable eacuteducation scientifique Hachette Editions (p 221-shy229) de Vecchi G (2006) Enseigner lrsquoexpeacuterimental en classe  Pour une veacuteritable eacuteducation scientifique Hachette Editions (p 55 -shy65) de Saussure F (2005) Cours de linguistique geacuteneacuterale Arbres drsquoOr Develay M (1987) A propos de la transposition didactique en sciences biologiques Aster [ISSN 0297-shy9373] 1987 Ndeg 4 p 119 Duval R (1988) Eacutecarts seacutemantiques et coheacuterence matheacutematique introduction aux problegravemes de congruences in Annales de Didactique et de Sciences Cognitives de lIREM de Strasbourg Giordan A Girault Y et Clement P (1994) Conceptions et connaissance Peter Lang Halloun I A (2004) Modeling theory in science education Dordrecht Holland Kluwer Academic Publishers Kane J Sternheim M (1989) Cours QCM exemple et exercices corrigeacutes -shy 1er cycle Licence PCEM PCEP Physique 3egraveme eacutedition revue par Philipe Ghosez Maryse Hoebeke et Gabriel Llabreacutes DUNOD Lerouge A (1992) Repreacutesentation carteacutesienne rationaliteacute matheacutematique et rationaliteacute du quotidien chez des eacutelegraveves de collegravege Thegravese de doctorat Universiteacute Montpellier II Malafosse D Lerouge A Dusseau J-shyM (2000) Notions de registre et de cadre de rationaliteacute en inter-shydidactique des matheacutematiques et de la physiqu e Treacutema Martinand J-shyL (nd) Introduction agrave la modeacutelisation In Actes du seacuteminaire de didactique des disciplines technologiques Cachan (p 126ndash138)

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Meirieu P Avanzin Gi (1987) Apprendre oui mais comment Edition ESF Verret M (1975) Le temps des eacutetudes (Vols 1ndash2) Lille France Atelier Reproduction des thegraveses

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Page 26: Physique Optique Lescouleurs · Sciences naturelles Les couleurs 10 11 Harmos 1.Introduction Comme nous allons le détailler dans le chapitre 4, les conceptions erronées des élèves

d) A lrsquoaide de couleurs scheacutematise ci-shydessous les superpositions observeacutees sur lrsquoeacutecran

blanc

Activiteacute 23 Et comment obtenir drsquo‛autres couleurs 1) Tu as vu lors de lrsquoactiviteacute preacuteceacutedente que si lrsquoon superpose trois lumiegraveres de couleurs

RVB on perccediloit du blanc Mais de quelle maniegravere peut-shyon percevoir nrsquoimporte quelle

autre couleur

Familiarise-shytoi avec le logiciel en ligne suivant

httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additive

htm

Puis reacuteponds aux questions suivantes

Par quelles manipulations obtiens-shytu du orange (selon eacutelegraveves)

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du rose (selon eacutelegraveves)

______________________________________________________________________

Par quelles manipulations obtiens-shytu du vert olive (selon eacutelegraveves)

______________________________________________________________________

Que constates-shytu

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

Un jeu de dosage entre les trois couleurs RVB permet drsquoobtenir toutes les diffeacuterentes

couleurs imaginables Les trois lumiegraveres superposeacutees et en dosage eacutequivalent donnent

une lumiegravere blanche crsquoest agrave dire la totaliteacute des couleurs On appelle cela la synthegravese additive

2) Chaque groupe a agrave sa disposition un microscope Deacutepose un smartphone allumeacute

eacutecran vers le haut sous lrsquoobjectif Vise une zone blanche de lrsquoeacutecran puis regravegle la netteteacute

Qursquoobserves-shytu

Observations

(Preacutesences de pixels lumiegraveres RVB)

Comment expliques-shytu ce pheacutenomegravene

(synthegravese effectueacutee par le cerveau)

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 3 Que devient la lumiegravere lorsqursquo‛elle traverse un filtre

Activiteacute 31 les lumiegraveres et filtres coloreacutes

Tu as appris lors du dernier cours que lrsquo‛on pouvait ldquoadditionnerrdquo des lumiegraveres coloreacutees

pour obtenir de nouvelles couleurs Nous pouvons modeacuteliser la lumiegravere blanche ainsi

Nous allons deacutecouvrir aujourdrsquo‛hui comment on peut ldquosoustrairerdquo des lumiegraveres coloreacutees

1) Lrsquo‛enseignant a installeacute trois filtres de couleur un rouge un vert un bleu ainsi qursquo‛un

eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-dessous

Image MER

Quelle couleur va-t-on observer sur lrsquo‛eacutecran si lrsquo‛on allume un par un les projecteurs

Remplis le tableau ci-dessous premiegraverement avec tes hypothegraveses concernant la couleur

obtenue sur lrsquo‛eacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Filtre traverseacute par la

lumiegravere blanche

Couleur obtenue ton

hypothegravese

Couleur observeacutee

Filtre bleu

Filtre rouge

Filtre vert

2) Selon toi quel est le rocircle du filtre coloreacute

_______________________________________________________________

3) Repreacutesente par un scheacutema le passage drsquo‛une lumiegravere blanche agrave travers un filtre rouge

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

4) Et quelle couleur observera-t-on si la lumiegravere blanche passe agrave travers un filtre rouge

puis agrave travers un filtre bleu Formule une hypothegravese puis applique ton modegravele

Hypothegravese __________________________________

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

Activiteacute 32 Qursquo‛obtient-on avec drsquo‛autres filtres

a) Tu disposes maintenant drsquo‛une lampe diffusant de la lumiegravere blanche et de filtres

cyan magenta et jaune Manipule-les les uns apregraves les autres puis en les superposant

pour deacutecouvrir leurs effets sur la lumiegravere blanche

b) A lrsquo‛aide de couleurs et en trsquo‛appuyant sur tes observations scheacutematise ci-dessous

lrsquo‛action des filtres sur une lumiegravere blanche

Activiteacute 33 Deux synthegraveses Similitudes et diffeacuterences

a) Utilise ce logiciel pour comparer les synthegraveses additive et soustractive

httpwwwostralonet3_animationsswfsynthese_couleursswf

a) Quelles similitudes observes-tu entre les synthegraveses additive et soustractive

________________________________________________________________

d) Et quelles diffeacuterences

_______________________________________________________________

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 3 Que devient la lumiegravere lorsqursquo‛elle traverse un filtre

(corrigeacute)

Activiteacute 31 les lumiegraveres et filtres coloreacutes

Tu as appris lors du dernier cours que lrsquo‛on pouvait ldquoadditionnerrdquo des lumiegraveres coloreacutees

pour obtenir de nouvelles couleurs Nous pouvons modeacuteliser la lumiegravere blanche ainsi

Nous allons deacutecouvrir aujourdrsquo‛hui comment on peut ldquosoustrairerdquo des lumiegraveres coloreacutees

1) Lrsquo‛enseignant a installeacute trois filtres de couleur un rouge un vert un bleu ainsi qursquo‛un

eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-dessous

Image MER

Quelle couleur va-t-on observer sur lrsquo‛eacutecran si lrsquo‛on allume un par un les projecteurs

Remplis le tableau ci-dessous premiegraverement avec tes hypothegraveses concernant la couleur

obtenue sur lrsquo‛eacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Filtre traverseacute par la

lumiegravere blanche

Couleur obtenue ton

hypothegravese

Couleur observeacutee

Filtre bleu bleu

Filtre rouge rouge

Filtre vert vert

2) Selon toi quel est le rocircle du filtre coloreacute

_______________________________________________________________

Un filtre coloreacute ne transmet que les rayons de sa couleur et absorbe les autres

3) Repreacutesente par un scheacutema le passage drsquo‛une lumiegravere blanche agrave travers un filtre rouge

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

4) Et quelle couleur observera-t-on si la lumiegravere blanche passe agrave travers un filtre rouge

puis agrave travers un filtre bleu Formule une hypothegravese puis applique ton modegravele

Hypothegravese __________________________________

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

Activiteacute 32 Qursquo‛obtient-on avec drsquo‛autres filtres

a) Tu disposes maintenant drsquo‛une lampe diffusant de la lumiegravere blanche et de filtres

cyan magenta et jaune Manipule-les les uns apregraves les autres puis en les superposant

pour deacutecouvrir leurs effets sur la lumiegravere blanche

b) A lrsquo‛aide de couleurs et en trsquo‛appuyant sur tes observations scheacutematise ci-dessous

lrsquo‛action des filtres sur une lumiegravere blanche

Pex 1 Magenta 2 Jaune 3 Cyan 4 Rouge 5 Vert 6 Bleu 7 Noir

Activiteacute 33 Deux synthegraveses Similitudes et diffeacuterences

a) Utilise ce logiciel pour comparer les synthegraveses additive et soustractive

httpwwwostralonet3_animationsswfsynthese_couleursswf

a) Quelles similitudes observes-tu entre les synthegraveses additive et soustractive

________________________________________________________________

Les mecircmes triplets de couleurs sont preacutesents dans les deux synthegraveses (RVB - CMJ)

d) Et quelles diffeacuterences

________________________________________________________________

1 Les couleurs primaires de lrsquo‛un sont les couleurs compleacutementaires de lrsquo‛autre

2 Lrsquo‛addition des lumiegraveres coloreacutees rouge verte et bleue donne du blanc la

soustraction totale par des filtres cyan magenta et jaune donne du noir

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 4 Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Rappel

1 Nous pouvons reacutesumer la composition de la lumiegravere blanche aux 3 couleurs primaires le rouge le vert et le bleu Ce sont des couleurs qui ne peuvent pas ecirctre creacuteeacutees Ce sont elles qui composent les autres couleurs Crsquo‛est agrave dire qursquo‛en les meacutelangeant on peut obtenir les autres couleurs le cyan est composeacute du bleu et du vert le magenta est composeacute du bleu et du rouge et le jaune est composeacute du vert et du rouge

Theacuteorie

Le sujet que nous allons traiter aujourdrsquo‛hui concerne la couleur de lrsquo‛objet Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Formule une hypothegravese ____________________________________________

Observe la photo projeteacutee par lrsquo‛enseignant

Que retiens-tu de cette photo _______________________________________________________________ La lumiegravere coloreacutee qui est refleacuteteacutee par un objet correspond agrave la lumiegravere non absorbeacutee

Ici toutes les lumiegraveres coloreacutees sont absorbeacutees sauf le bleu qui lui est refleacuteteacute La couleur propre de lrsquo‛objet sera le bleu

En effet un objet absorbe ou reflegravete diffeacuterentes lumiegraveres coloreacutees Crsquo‛est cette lumiegravere coloreacutee refleacuteteacutee que nous verrons

Activiteacute 41

Reacuteponds agrave ces diffeacuterentes questions dans le tableau ci-dessous De quelle couleur verras-tu cet objet Confronte ton ideacutee avec ton voisin De quelle couleur le vois-tu reacuteellement

Couleur de lrsquo‛objet

Couleur de la lumiegravere

Hypothegravese formuleacutee

Observation

rouge Magenta

cyan Vert

jaune Bleu

Par quel pheacutenomegravene peut-on observer ce changement de couleur ___________________________________

Quelle deacuteductions peux-tu faire _________________________________________________________________

Activiteacute 42

Marche agrave suivre

1 Eacutecris sur une feuille blanche le nom des 2 couleurs que ton enseignant te donne avec la peinture qui y correspond

2 Pendant que ces mots segravechent remplis les colonnes ldquocouleur du mot 1rdquo et ldquocouleur du mot 2rdquo et ldquocouleur de la feuillerdquo agrave la lumiegravere blanche

3 Formule tes hypothegraveses note-les au crayon agrave papier en petit 4 Eacuteclaire tes mots agrave lrsquo‛aide de lumiegraveres coloreacutees 5 Note tes observations

Lumiegravere coloreacutee

Couleur du mot 1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur du mot 2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur de la feuille helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Blanche

Rouge

Verte

Bleue

Magenta

Cyan

Jaune

Activiteacute 43

Tu observes un drapeau eacuteclaireacute par une lumiegravere blanche Puis tu observes ce mecircme drapeau eacuteclaireacute par deux lumiegraveres coloreacutees diffeacuterentes Trouve la lumiegravere coloreacutee utiliseacutee dans chaque cas et justifie ta reacuteponse par la modeacutelisation vue preacuteceacutedemment

Lumiegravere blanche Lumiegravere coloreacutee 1 Lumiegravere coloreacutee 2

De quelle couleur est la premiegravere lumiegravere coloreacutee ___________________________

Modeacutelisation 1

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________

Modeacutelisation 2

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 4 Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur (corrigeacute) Rappel

2 Nous pouvons reacutesumer la composition de la lumiegravere blanche aux 3 couleurs primaires le rouge le vert et le bleu Ce sont des couleurs qui ne peuvent pas ecirctre creacuteeacutees Ce sont elles qui composent les autres couleurs Crsquo‛est agrave dire qursquo‛en les meacutelangeant on peut obtenir les autres couleurs le cyan est composeacute du bleu et du vert le magenta est composeacute du bleu et du rouge et le jaune est composeacute du vert et du rouge

Theacuteorie

Le sujet que nous allons traiter aujourdrsquo‛hui concerne la couleur de lrsquo‛objet Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Formule une hypothegravese ____________________________________________ Projeter cette image elle napparaicirct pas dans le cours de lrsquo‛eacutelegraveve

Que retiens-tu de cette photo _______________________________________________________________ La lumiegravere coloreacutee qui est refleacuteteacutee par un objet correspond agrave la lumiegravere non absorbeacutee

Ici toutes les lumiegraveres coloreacutees sont absorbeacutees sauf le bleu qui lui est refleacuteteacute La couleur propre de lrsquo‛objet sera le bleu

En effet un objet absorbe ou reflegravete diffeacuterentes lumiegraveres coloreacutees Crsquo‛est cette lumiegravere coloreacutee refleacuteteacutee que nous verrons

Activiteacute 41

Reacuteponds agrave ces diffeacuterentes questions dans le tableau ci-dessous De quelle couleur penses-tu que tu verras cet objet Confronte ton ideacutee avec ton voisin De quelle couleur le vois-tu reacuteellement

Couleur de lrsquo‛objet

Couleur de la lumiegravere

Hypothegravese formuleacutee

Observation

rouge Magenta (rouge)

cyan Vert (vert)

jaune Bleu (noir)

Par quel pheacutenomegravene peut-on observer ce changement de couleur ___________________________________ (synthegravese soustractive)

Quelle deacuteductions peux-tu faire (fonctionne comme un filtre) _________________________________________________________________

Activiteacute 42

Marche agrave suivre

6 Eacutecris sur une feuille blanche le nom des 2 couleurs que ton enseignant te donne avec la peinture qui y correspond

7 Pendant que ces mots segravechent remplis les colonnes ldquocouleur du mot 1rdquo et ldquocouleur du mot 2rdquo et ldquocouleur de la feuillerdquo agrave la lumiegravere blanche

8 Formule tes hypothegraveses note-les au crayon agrave papier en petit 9 Eacuteclaire tes mots agrave lrsquo‛aide de lumiegraveres coloreacutees 10 Note tes observations

Lumiegravere coloreacutee

Couleur du mot 1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur du mot 2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur de la feuille helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Blanche

Rouge

Verte

Bleue

Magenta

Cyan

Jaune

Activiteacute 43

Tu observes un drapeau eacuteclaireacute par une lumiegravere blanche Puis tu observes ce mecircme drapeau eacuteclaireacute par deux lumiegraveres coloreacutees diffeacuterentes Trouve la lumiegravere coloreacutee utiliseacutee dans chaque cas et justifie ta reacuteponse par la modeacutelisation vue preacuteceacutedemment

Lumiegravere blanche Lumiegravere coloreacutee 1 Lumiegravere coloreacutee 2

De quelle couleur est la premiegravere lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Bleu)

Modeacutelisation 1

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Vert)

Modeacutelisation 2

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Fiches de synthegravese Les couleurs Activiteacute 2 Reacutesumeacute theacuteorique pour les eacutelegraveves Le modegravele trichromique et la synthegravese additive des couleurs La couleur nrsquo‛existe pas sans lumiegravere et lrsquo‛on peut dire que lrsquo‛on perccediloit le monde gracircce aux meacutelanges de ces couleurs qui correspondent aux diffeacuterentes composantes de la lumiegravere Lorsque lrsquo‛on parle de la perception des couleurs on srsquo‛aperccediloit que seules trois lumiegraveres primaires de couleurs rouge vert et bleu sont neacutecessaires pour obtenir la sensation de toutes les autres couleurs Cette maniegravere de modeacuteliser la perception des couleurs est ce qursquo‛on appelle le modegravele trichromique (lsquorsquo‛trois couleursrsquo‛rsquo‛) Dans cette repreacutesentation toutes les autres lumiegraveres coloreacutees sont perccedilues par superposition des trois lumiegraveres rouge verte et bleue La superposition simultaneacutee et en dosage identique des trois couleurs donne de la lumiegravere blanche Le noir correspond agrave une absence de lumiegravere

Illustration du modegravele

Image MER

Lrsquo‛image montre trois projecteurs de lumiegraveres rouge verte et bleue eacuteclairant une table blanche Si les trois couleurs sont projeteacutees en intensiteacute identique nous obtenons par superposition trois autres couleurs le cyan le magenta et le jaune Les couleurs primaires et les couleurs obtenues sont codeacutees sur lrsquo‛image puis reacutecapituleacutees dans le tableau ci-dessous

Image MER

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Si nous modifions le dosage des couleurs eacuteleacutementaires il est possible drsquo‛obtenir toutes les couleurs imaginables Le pheacutenomegravene de perception des couleurs par superposition des trois couleurs primaires se nomme synthegravese additive les couleurs sont additionneacutees entre elles pour permettre la synthegravese drsquo‛autres couleurs

Drsquo‛ailleurs si lrsquo‛on observe au microscope un eacutecran blanc de smartphone ou drsquo‛ordinateur on remarque qursquo‛il est en fait constitueacute drsquo‛un grand nombre de minuscules rectangles de lumiegraveres rouge verte et bleue (voir image ci-contre) Crsquo‛est justement par un jeu de dosage de chacune de ces lumiegraveres que lrsquo‛on perccediloit les diffeacuterentes couleurs sur nos eacutecrans

Pourquoi un modegravele sur trois couleurs La raison pour laquelle les scientifiques ont construit ce modegravele sur trois couleurs est directement lieacutee agrave la structure de notre œil En effet ce dernier contient des cellules sensibles agrave la lumiegravere que lrsquo‛on appelle cocircnes et bacirctonnets Alors que les bacirctonnets perccediloivent les intensiteacutes de lumiegravere les cocircnes nous permettent de percevoir les couleurs Cependant ils ne sont sensibles qursquo‛agrave certaines composantes de la lumiegravere blanche celles correspondant justement aux couleurs rouge vert et bleu Lorsque lrsquo‛on regarde un objet notre cerveau analyse le dosage de chacune de ces composantes perccedilues par notre œil et en interpregravete ainsi la couleur de lrsquo‛objet

Qursquo‛est-ce que le daltonisme Certaines personnes preacutesentent une anomalie de la vision qui les empecircche de distinguer certaines couleurs Drsquo‛origine geacuteneacutetique ce trouble est ducirc agrave un dysfonctionnement des cocircnes preacutesents dans la reacutetine Bien que la plupart des personnes daltoniennes aient de la peine agrave distinguer le vert du rouge drsquo‛autres ne distinguent pas drsquo‛autres couleurs Dans certaines formes de daltonisme le monde est perccedilu par la personne atteinte en teintes de gris

Sciences naturelles Optique synthegravese soustractive et additive

La synthegravese additive est le proceacutedeacute gracircce

auquel en combinant les couleurs

___________ ___________ et ___________

on obtient du blanc

On la retrouve lorsque lrsquoon meacutelange des

lumiegraveres coloreacutees composeacutees de ces 3 couleurs

diffeacuterentes car les laquo additionner raquo donne la

lumiegravere blanche

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon exploite aujourdrsquohui

pour les teacuteleacuteviseurs ou tout eacutecran composeacute de

pixels

La synthegravese soustractive consiste agrave soustraire

les couleurs de la lumiegravere blanche (RVB) agrave

travers des filtres de couleurs ___________

___________ et ___________ qui absorbent la

totaliteacute des couleurs de la lumiegravere blanche pour

un rendu noir au final (absence de lumiegravere)

Lrsquo __________________ des 3 couleurs donne

le ____________

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon retrouve par exemple en

meacutelangeant de la peinture notamment en

imprimerie

Sciences naturelles Optique les filtres

Qursquoest-shyce qursquoun filtre coloreacute et comment fonctionne-shyt-shyil

Un filtre est un dispositif qui permet de filtrer la lumiegravere de laisser passer certains rayons

lumineux et drsquoen absorber drsquoautres

Pour savoir quelles lumiegravere coloreacutees le filtre laisse passer il faut lrsquoobserver agrave la lumiegravere

blanche

Le filtre laissera alors passer uniquement les rayons lumineux de sa couleur propre

Par exemple

Un filtre vert laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee verte

Un filtre magenta laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee magenta crsquoest agrave dire les rayons rouge et bleu

Pour connaicirctre la lumiegravere coloreacutee qui ldquosortrdquo du filtre il faut donc

deacutecomposer la lumiegravere qui arrive sur ce filtre et en soustraire les

rayons qui sont absorbeacutes par le filtre On se reacutefegravere alors au modegravele de

la synthegravese soustractive

Image httpswww123couleursfrboutique-shy1filtres-shycolorC3A9s

Tableau reacutecapitulatif

Sciences naturelles Optique les filtres

Modeacutelisation

Nous pouvons modeacuteliser lrsquoaction drsquoun filtre

1 Noter la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur le filtre

2 Deacutecomposer la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur filtre et la coder (en RVB)

3 Repreacutesenter le filtre et coder les rayons absorbeacutes par le filtre 4 Prolonger les rayons lumineux coloreacutes que le filtre laisse passer et les coder (en RVB)

5 Noter la lumiegravere coloreacutee qui sort du filtre

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre magenta sur la lumiegravere blanche

Lorsque plusieurs filtres sont superposeacutes ou aligneacutes il faut modeacuteliser lrsquoaction du premier filtre

sur la lumiegravere projeteacutee puis lrsquoaction du deuxiegraveme filtre sur la lumiegravere qui sort du premier filtre

etc

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre cyan puis drsquoun filtre vert sur la lumiegravere jaune

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

De quelle couleur apparaicirctra un objet de couleur eacuteclaireacute par une lumiegravere coloreacutee

Il y 3 cas

1) Un objet de couleur blanche renvoie toutes les couleurs il apparaicirctra de la couleur eacuteclaireacutee

2) Un objet de couleur noire absorbe toutes les couleurs Peu importe la couleur avec laquelle

lrsquoobjet est eacuteclaireacute lrsquoobjet apparaicirct de couleur noire

3) Pour un objet de couleur il suffit de deacutecomposer les couleurs secondaires par exemple

Jrsquoai un objet jaune

Je lui projette une lumiegravere magenta

Or jaune = rouge + vert

et magenta = bleu + rouge

Le rouge est commun au jaune et au magenta donc lrsquoobjet paraicirctra rouge

En revanche si la lumiegravere est bleue comme il nrsquoy a pas de bleu dans le jaune lrsquoobjet paraicirctra

noir

1

Tableau reacutecapitulatif

1 httpscommunitygoodgamestudioscombigfarmfrdiscussion51685langage-shy‐des-shy‐couleurs

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

Modegravele de reacuteponse

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

______

______

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

______

______

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation avec propositions

de reacuteponses)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

(rouge vert bleu Nous percevons les diffeacuterentes couleurs agrave partir de ces trois couleurs) ________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

(Explication relative aux cocircnes et bacirctonnets de lrsquo‛oeil)

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Corrigeacute vert bleu blanc cyan

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________ (vert)

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________ (bleu)

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________ (aucunenoir)

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

(selon modegravele eacutetudieacute)

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

(les deux selon que lrsquo‛on parle de synthegravese additive ou soustractive)

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

Bleu

______

Bleu

______

Noir

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________ (lumiegravere rouge)

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

Noir

______

Rouge

______

Rouge

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

(Bleu)

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

(selon modegravele eacutetudieacute)

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

(Explication citant la synthegravese soustractive et lrsquo‛effet des lumiegraveres coloreacutees

concerneacutees sur le haut du cambrioleur)

Evaluation - Analyse

Ce commentaire comprend les diffeacuterents objectifs eacutevalueacutes ainsi que ce qui est attendu

preacuteciseacutement des eacutelegraveves et les niveaux taxonomiques correspondants

Ce sont des pistes drsquo‛eacutevaluation qui sont ici proposeacutees non une eacutevaluation suivie

Exercice 1

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- Mettre en lien des notions theacuteoriques apprises en cours (cocircnes et

bacirctonnets de lrsquo‛oeil) avec drsquo‛autres (synthegravese additive)

Lrsquo‛eacutevaluation deacutebute par deux questions au niveau taxonomique peu eacuteleveacute La

premiegravere de lrsquo‛ordre de la compreacutehension demande aux eacutelegraveves de restituer une

connaissance de base agrave lrsquo‛aide de leurs propres mots La deuxiegraveme propose de

tester les connaissances theacuteoriques des eacutelegraveves en veacuterifiant que des liens entre

deux notions aient eacuteteacute faits

Exercice 2

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutedire la couleur perccedilue en fonction des meacutelanges de couleurs RVB

- deacutechiffrer un scheacutema et les codes de la repreacutesentation de la trajectoire

des lumiegraveres coloreacutees

Le deuxiegraveme exercice relegraveve du niveau taxonomique de lrsquo‛application car il

neacutecessite une compreacutehension de la maniegravere de repreacutesenter la lumiegravere (scheacutema de

la trajectoire rectiligne codes de couleurs RVB) et drsquo‛appliquer ce modegravele tout en

utilisant les connaissances des couleurs fondamentales et compleacutementaires de la

synthegravese additive

Exercice 3

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet drsquo‛un filtre sur une lumiegravere coloreacutee agrave lrsquo‛aide des codes

propres agrave lrsquo‛optique

Lrsquo‛exercice 3 relegraveve de lrsquo‛application car les eacutelegraveves se reacutefegraverent agrave la modeacutelisation

eacutetablie durant le cours et au diagramme de Venn de la synthegravese soustractive et

les adaptent aux items preacutesenteacutes

Exercice 4

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- mettre en perspective la distinction entre synthegravese additive et

soustractive en terme de lsquorsquo‛naturersquo‛rsquo‛ de la couleur (couleurs matiegraveres vs

couleurs lumiegraveres)

Cet exercice requiert des eacutelegraveves qursquo‛ils mobilisent leur faculteacute drsquo‛analyse (niveau

taxonomique plutocirct eacuteleveacute) pour expliquer les diffeacuterences entre les

repreacutesentations de la couleur en arts visuels et en physique Le but est qursquo‛ils

reconnaissent qursquo‛il srsquo‛agit dans le premier cas de la synthegravese soustractive et dans

le second cas de la synthegravese additive

Exercice 5

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutevoir la couleur perccedilue drsquo‛un objet en fonction des lumiegraveres coloreacutees

projeteacutees et coder le pheacutenomegravene

Les eacutelegraveves appliquent la modeacutelisation drsquo‛une lumiegravere coloreacutee sur un objet coloreacute

pour deacuteterminer la couleur perccedilue du drapeau franccedilais Cette question fait

reacutefeacuterence agrave un niveau taxonomique bas Puis ils trouvent la lumiegravere coloreacutee qui

permet de voir les deux drapeaux preacutesenteacutes de la mecircme couleur Ils trouveront

cette reacuteponse en modeacutelisant les lumiegraveres coloreacutees sur lrsquo‛objet de couleur

Plusieurs scheacutemas sont neacutecessaires pour trouver la reacuteponse Crsquo‛est une question

taxonomiquement haute qui demande aux eacutelegraveves de faire une synthegravese

Exercice 6

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet de la lumiegravere coloreacutee sur un objet et en deacuteduire la

couleur perccedilue

- justifier sa reacuteponse avec des mots en faisant la synthegravese des diffeacuterents

concepts vus dans la seacutequence de cours

Les eacutelegraveves doivent comprendre ce qursquo‛ils lisent et deacuteterminer la couleur propre du

haut du cambrioleur Cette question est taxonomiquement haute elle demande de

lrsquo‛analyse Puis ils justifient leur reacuteponse par le modegravele de lrsquo‛effet de la lumiegravere

coloreacutee sur un objet Cette question est drsquo‛un niveau taxonomique infeacuterieur

drsquo‛application Finalement ils deacuteterminent pourquoi la description de la jeune fille

ne correspond pas agrave la couleur propre en faisant le lien avec la synthegravese

soustractive demandant un niveau taxonomiquement tregraves eacuteleveacute la synthegravese

Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

4 Argumentation scientifique Nous avons choisi de construire notre seacutequence de cours de maniegravere agrave ce qursquoelle srsquoinscrive dans une deacutemarche constructiviste de type piageacutetienne Dans cette deacutemarche lrsquoenseignant anticipe les conceptions erroneacutees que les eacutelegraveves peuvent avoir puis eacutetablit une situation-shyproblegraveme permettant ideacutealement de deacuteconstruire ces repreacutesentations incomplegravetes puis finalement drsquoen construire de nouvelles plus justes Dans ce qui suit nous allons deacutefinir ces diffeacuterents concepts mis en eacutevidence puis expliciter la maniegravere dont nous les avons pris en compte dans notre planification

41 Les conceptions des eacutelegraveves et les situations-shyproblegravemes

411 Deacutefinitions Conception Selon Giordan et al (1994) une conception ou repreacutesentation peut ecirctre consideacutereacutee comme une ideacutee un objet ou un eacutevegravenement qui aide lrsquoeacutelegraveve agrave comprendre le monde qui lrsquoentoure Elle est le fruit de son expeacuterience personnelle dans laquelle il va puiser pour comprendre les nouveaux savoirs que lrsquoon va chercher agrave lui inculquer Elle peut ecirctre consideacutereacutee comme une connaissance ldquodeacutejagrave-shylagraverdquo acquise dans un certain contexte par lrsquoapprenant et qui peut ecirctre correcte ou erroneacutee Les mauvaises conceptions (ou misconception en anglais) peuvent donc ecirctre deacutecrites comme des ideacutees qui proviennent drsquoune mauvaise compreacutehension drsquoobjets ou eacutevegravenements Elles sont issues principalement de lrsquoenvironnement avec lequel lrsquoeacutelegraveve interagit et du contexte dans lequel il se situe mais elles deacutecoulent eacutegalement des systegravemes seacutemiotiques mis en oeuvre Ces derniers sont abordeacutes plus en deacutetail dans ce qui suit Seacutemiologie En seacutemiologie (lrsquoeacutetude des systegravemes de signes) une repreacutesentation (ou un signe) est double elle est doteacutee drsquoun signifiant et drsquoun signifieacute (de Saussure 1916) Le signifiant qui fait lrsquoobjet de la seacutemiologie deacutesigne la forme et laspect du signe tandis que le signifieacute eacutetudieacute dans le cadre de la seacutemantique deacutesigne le concept eacutevoqueacute par le signe A partir du moment ougrave le signe possegravede plusieurs signifieacutes il devient symbole et crsquoest ainsi que les incompreacutehensions peuvent survenir Selon R Duval (1995) le concept de laquo registre seacutemiotique raquo permet de distinguer les repreacutesentations qui relegravevent de diffeacuterents registres ou types visuels numeacuteriques graphiques symboliques formels scheacutematiques etc En didactique ce concept est fondamental car les diffeacuterences de registre au sein drsquoune mecircme repreacutesentation ou drsquoun

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

modegravele peut induire des difficulteacutes de lecture Ils risquent drsquoajouter des difficulteacutes suppleacutementaires en empecircchant les eacutelegraveves de se focaliser sur le problegraveme poseacute par lrsquoactiviteacute et les menant agrave formuler des conclusions diffeacuterentes de celles attendues par lrsquoenseignant Crsquoest pour cela qursquoun choix pertinent de registre seacutemiotique facilite la compreacutehension du concept introduit Dans notre cours un exemple typique que nous pouvons donner est la forte ressemblance des diagrammes de Venn pour les synthegraveses additive et soustractive Dans les deux modegraveles les diagrammes sont communeacutement scheacutematiseacutes sous forme circulaire De plus bien que inverseacutees au niveau de leurs superpositions les mecircmes couleurs sont repreacutesenteacutees dans les deux diagrammes Ces similitudes peuvent rendre la diffeacuterenciation complexe pour les eacutelegraveves Crsquoest pourquoi nous avons estimeacute important drsquoapporter un changement agrave la repreacutesentation de ces diagrammes Ainsi dans lrsquoune de nos fiches de synthegravese nous avons preacutefeacutereacute utiliser des formes rectangulaires plutocirct que circulaires pour repreacutesenter la synthegravese soustractive car cette forme eacutevoque plus fortement le filtre et ainsi lrsquoabsorption de la lumiegravere Cadre de rationaliteacute origine des conceptions En srsquoappuyant sur les travaux de R Douady (1984) A Lerouge (1992) deacutefinit laquo un cadre de rationaliteacuteraquo comme laquoun ensemble coheacuterent de fonctionnement de la penseacuteeraquo caracteacuteriseacute principalement par les composantes suivantes

1 Les objets du cadre dans notre cas il peut srsquoagir de peinture de feuille de papier de lampes de poche de filtres etc

2 Le type de processus de conceptualisation Dans un cadre scientifique il peut srsquoagir drsquoun processus par modeacutelisation ou par expeacuterimentation par exemple

3 Les registres seacutemiotiques que nous avons traiteacutes plus haut Les conceptions des eacutelegraveves et les conflits de perceptions en reacutesultant sont issus des diffeacuterents cadres de rationaliteacute dans lesquels ils eacutevoluent Ce sont les cadres familiers (personnel) et culturels (eacutecole) qui sont responsable de ces conceptions et repreacutesentations mentales tantocirct concourantes tantocirct inexistantes voire erroneacutees Elles se manifestent principalement agrave travers la seacutemiotique Les eacutelegraveves eacuteprouvent de la difficulteacute agrave repreacutesenter des objets issus de registres seacutemiotiques diffeacuterents ou encore agrave simplement les reconnaicirctre Dans le contexte de notre seacutequence sur les couleurs ces cadres de rationaliteacute sont centraux En effet crsquoest dans son quotidien et donc dans son cadre familier que lrsquoeacutelegraveve va deacutecouvrir la notion de couleur notamment par le biais de la peinture ou drsquoobservation drsquoarc-shyen-shyciel Cette deacutecouverte qui a souvent lieu tregraves tocirct dans la vie de lrsquoenfant ne fera pourtant pas pour autant lrsquoobjet de questionnement sur le pheacutenomegravene de perception des couleurs La notion de cadre culturel ou scolaire quand agrave elle peut ecirctre eacutetendue dans notre cas agrave deux sous-shycateacutegories de cadres culturels diffeacuterents qui vont ecirctre agrave lrsquoorigine de conceptions erroneacutees ou incomplegravetes Premiegraverement il y a le cadre que nous appelons laquo arts visuelsraquo et qui a ses propres regravegles de rationaliteacutes Les cours de dessin ou drsquoactiviteacutes creacuteatrices en sont de parfaits exemples car crsquoest dans ce cadre que les eacutelegraveves vont premiegraverement aborder la

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

theacutematique des couleurs primaires et de leurs meacutelanges Mais cette theacutematique est eacutegalement abordeacutee dans le cadre laquophysiqueraquo agrave travers les expeacuteriences de deacutecomposition de la lumiegravere ou de superposition de lumiegraveres coloreacutees Ainsi nous retrouvons trois cadres de rationaliteacute concourants (familier physique arts visuels) dans lesquels les eacutelegraveves eacutevoluent et qui engendrent indubitablement des conceptions erroneacutees sur la lumiegravere et les couleurs puisque les eacutelegraveves ne sont pas ameneacutes agrave les diffeacuterencier dans chacun des cadres Et comme la communication entre les diffeacuterents cadres nrsquoest pas eacutetablie le lien agrave faire entre les diffeacuterentes conceptions issues de ces cadres est agrave la charge de lrsquoeacutelegraveve ce qui repreacutesente une lourde responsabiliteacute dans son apprentissage Astolfi (2008) appelle eacutegalement ces conceptions issues de diffeacuterents cadres des ldquotrames conceptuelles rdquoqui peuvent ecirctre deacutefinies comme ldquoun ensemble de concepts-shycleacutes propres agrave un domaine et logiquement hieacuterarchiseacutes entre eux qui structurent les disciplines et engendrent des situations-shyproblegravemesrdquo Mais encore on verra eacutemerger des problegravemes de contrat didactique dans chacun des cadres lrsquoeacutelegraveve va tenter de donner une reacuteponse qui va satisfaire lrsquoenseignant sans pour autant ecirctre ameneacute agrave confronter ses conceptions

Situation-shyproblegraveme Pour de Vecchi (2006) une situation-shyproblegraveme est une activiteacute qui consiste agrave mettre lrsquoeacutelegraveve dans une situation ougrave il va ecirctre ameneacute agrave eacutelaborer des strateacutegies de reacutesolution de problegraveme Lrsquoun des points cleacutes des situations-shyproblegravemes est qursquoelles eacutetablissent un lien eacutetroit entre les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves En drsquoautres termes une situation-shyproblegraveme est construite de telle sorte que les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave remettre en question des repreacutesentations actuelles qui srsquoavegraverent erroneacutees agrave les deacuteconstruire pour en construire de nouvelles Ainsi dans une deacutemarche de type constructiviste lrsquoeacutelegraveve construit son savoir en renversant ses anciennes conceptions Une situation-shyproblegraveme nrsquoest donc pas une deacutemarche ponctuelle dans laquelle lrsquoeacutelegraveve devra reacutesoudre une liste drsquoexercices teacuteleacuteguideacutee par lrsquoenseignant Ce qui justifie lrsquoefficaciteacute des situations problegravemes est qursquo laquoapprendreraquo ne consiste pas agrave cumuler les savoirs mais agrave en construire et agrave en deacuteconstruire

Une situation-shyproblegraveme doit comprendre plusieurs eacuteleacutements

-shy Un objectif-shyobstacle Pour Meirieu (1987) un objectif-shyobstacle est ldquoun objectif dont lrsquoacquisition permet au sujet de franchir un palier deacutecisif de progression en modifiant son systegraveme de repreacutesentation et en le faisant acceacuteder un niveau supeacuterieur de formulation rdquo Dans notre cas lrsquoeacutelegraveve pense que tous les meacutelanges de 3 couleurs primaires (de peinture ou de lumiegravere) vont donner le mecircme reacutesultat La distinction entre synthegraveses additive et soustractive nrsquoest pas connue des eacutelegraveves De plus projeter de la lumiegravere monochromatique sur un objet drsquoune certaine couleur ne donne pas toujours la mecircme couleur Lrsquoexemple avec le drapeau (activiteacute 4) est parlant

-shy Une situation centreacutee sur cet obstacle prenant en compte une deacutemarche expeacuterimentale ou une deacutemarche de modeacutelisation Dans notre cours les deux deacutemarches sont mises en oeuvre mais notre deacutemarche principale est la modeacutelisation Les eacutelegraveves vont effectivement ecirctre ameneacutes agrave eacutemettre des hypothegraveses manipuler reacutecolter des reacutesultats et les confronter agrave

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

leurs hypothegraveses mais il srsquoagit surtout drsquoune deacutemarche de modeacutelisation car les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave creacuteer des scheacutemas dans plusieurs exercices

-shy Une probleacutematisation et la deacutevolution on probleacutematise la conception erroneacutee en introduisant une situation-shyproblegraveme crsquoest-shyagrave-shydire qursquoon construit un problegraveme centreacute sur lrsquoobstacle La surprise face agrave une situation incoheacuterente va intriguer lrsquoeacutelegraveve exciter sa motivation et le pousser agrave vouloir srsquoimpliquer dans le problegraveme ce qui va aider sa deacutevolution Brousseau (1998) qualifie la notion de deacutevolution par le ldquo processus par lequel lenseignant parvient agrave placer leacutelegraveve comme simple actant dans une situation a-shydidactique (agrave modegravele non didactique) Il cherche par lagrave agrave ce que lrsquoaction de lrsquoeacutelegraveve ne soit produite et justifieacutee que par les neacutecessiteacutes du milieu et par ses connaissances et non par lrsquointerpreacutetation des proceacutedeacutes didactiques du professeurrdquo Pour enrocircler les eacutelegraveves et les aider agrave identifier la probleacutematique en met on place une situation deacuteclenchante Dans notre cas lrsquoexemple avec le meacutelange de peinture et de lumiegraveres coloreacutees est un parfait exemple de situation deacuteclenchante car les eacutelegraveves ne sattendent probablement pas par exemple agrave ce que le meacutelange de vert et bleu donne du cyan ou encore qursquoon perccediloive un citron noir lorsque lrsquoon projette de la lumiegravere bleue sur ce celui-shyci

412 La prise en compte des conceptions des eacutelegraveves dans notre seacutequence La theacutematique de la lumiegravere et des couleurs est complexe et comprend de nombreux concepts difficiles agrave assimiler En effet bon nombre de personnes ont des repreacutesentations erroneacutees qui peuvent rester profondeacutement ancreacutees Parmi les conceptions erroneacutees les plus communes on retrouve selon le site internet des MER

La lumiegravere blanche est sans couleur pure quand la lumiegravere blanche passe dans un prisme ou traverse un filtre de la couleur lui est ajouteacutee

La lumiegravere blanche nous permet de voir la vraie couleur des objets laquoMa feuille est blanche parce que je nai pas ajouteacute dautres couleurs agrave celle-shyciraquo

Les couleurs sont lieacutees agrave des proprieacuteteacutes de lrsquoobjet exclusivement sans reacutefeacuterence agrave la lumiegravere qui eacuteclaire lrsquoobjet Ne dit-shyon pas quun pull est rouge

Confusion entre les couleurs primaires en couleur peinture et en couleur lumiegravere

Dans notre planification nous avons anticipeacute ces conceptions et avons construit notre cours de maniegravere agrave ce qursquoelles soient mises en eacutevidence le plus tocirct possible afin de tenter de les deacuteconstruire agrave travers nos activiteacutes

Ainsi degraves deacutebut de lrsquoactiviteacute 2 les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave une situation-shyproblegraveme dans laquelle ils comprennent qursquoil existe une contradiction entre leur conception de deacutepart sur les meacutelanges de couleurs (issue de leurs cadres de rationaliteacute familier et scolaire lsquorsquoart visuelrsquorsquo) et leurs observations (nouveau cadre lsquorsquophysiquersquorsquo) Crsquoest sur la base de ce conflit cognitif que les diffeacuterentes notions de la seacutequence pourront ecirctre abordeacutees Les autres conceptions sont mises en eacutevidence puis deacuteconstruites agrave travers les diffeacuterentes activiteacutes Par exemple les

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

activiteacutes du chapitre 3 permettent de montrer que la lumiegravere blanche nrsquoest pas pure mais qursquoelle est composeacutee de toutes les couleurs et ce gracircce agrave lrsquoobservation des objets agrave la lumiegravere blanche puis agrave travers un filtre

De plus lrsquoactiviteacute 3 srsquoarticule autour drsquoune conception erroneacutee repeacutereacutee dans certaines classes Bon nombre drsquoeacutelegraveves eacutetaient persuadeacutes qursquoun filtre ne laissait pas passer les lumiegraveres de sa couleur propre car crsquoest la couleur dont est perccedilue le filtre Un conflit cognitif est alors provoqueacute afin de deacuteconstruire cette conception les eacutelegraveves observent que la lumiegravere coloreacutee nrsquoest pas absorbeacutee par le filtre mais qursquoelle se propage bien jusqursquoagrave lrsquoeacutecran blanc

En introduction de lrsquoactiviteacute 4 une nouvelle situation-shyproblegraveme est preacutesenteacutee par le biais drsquoune image montrant que la couleur drsquoun objet peut varier en fonction de la lumiegravere coloreacutee par laquelle il est eacuteclaireacute Elle servira agrave provoquer un conflit cognitif chez les eacutelegraveves car cette situation intervient apregraves une phase drsquohypothegravese reacutepondant agrave la question suivante un objet peut-shyil avoir diffeacuterentes couleurs La reacuteponse donneacutee par lrsquoimage contredira probablement lrsquohypothegravese preacuteceacutedemment formuleacutee et devrait susciter de la curiositeacute chez lrsquoeacutelegraveve et lui donner lrsquoenvie de comprendre le pheacutenomegravene Nous deacutemontrons ensuite tout au long de lrsquoactiviteacute 4 sur les lumiegraveres coloreacutees que crsquoest le pheacutenomegravene drsquoabsorption et de reacuteflection de la lumiegravere qui nous permet de voir la couleur des objets et non pas la lumiegravere blanche Crsquoest donc par le biais de ces deacuteconstructions successives de conceptions que lrsquoenseignant peut guider les eacutelegraveves sur la voie de la reacutesolution du problegraveme de lrsquoorigine de ces contradictions dans le but drsquoeacutetablir le lien entre les diffeacuterents cadres de rationaliteacute

42 Modeacutelisation

421 Deacutefinition

Un modegravele est communeacutement deacutefini comme un objet ou un concept qui va permettre de repreacutesenter la reacutealiteacute de diffeacuterentes maniegraveres Bunge (1974) ou encore Martinand (1994) le deacutefinissent eacutegalement comme un moyen permettant de mettre en relation le monde theacuteorique avec le monde empirique Il peut ecirctre consideacutereacute en quelque sorte comme un monde intermeacutediaire ou une sorte de lunette conceptuelle (Halloun 2004) qui va permettre drsquoobserver des pheacutenomegravenes naturels Un modegravele ne constitue pas la reacutealiteacute mais la repreacutesente en simplifiant certains de ses aspects ce qui peut causer des conflits pour les repreacutesentations cognitives chez lrsquoeacutelegraveve

422 La modeacutelisation dans notre seacutequence Dans notre planification la modeacutelisation est centrale afin de conceptualiser des pheacutenomegravenes complexes comme la composition de la lumiegravere et la perception des couleurs Elle est lrsquooutil qui permet drsquoamener les eacutelegraveves agrave se faccedilonner une repreacutesentation de la deacutecomposition de la lumiegravere blanche de labsorption de la lumiegravere agrave travers les filtres et des synthegraveses additive et soustractive des couleurs

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

De plus elle constitue un objectif de formation meacutethodologique qui va de pair avec toute formation scientifique Crsquoest pourquoi nous avons inclus la modeacutelisation dans les objectifs drsquoapprentissage Dans la terminologie du PER la modeacutelisation correspond agrave lrsquoobjectif geacuteneacuteral MSN37

bull MSN 1525 mdash Modeacuteliser des pheacutenomegravenes naturels techniques sociaux ou des situations matheacutematiques

bull en imaginant et en utilisant divers outils de repreacutesentation (codes scheacutemas graphiques tableauxhellip)

Lrsquoactiviteacute 2 propose aux eacutelegraveves de reporter les couleurs observeacutees sur trois cercles superposeacutes En les coloriant les eacutelegraveves reacutealisent en reacutealiteacute une forme simple de modeacutelisation par un diagramme de Venn de la synthegravese additive Il nous a sembleacute pertinent drsquointroduire ce scheacutema de cette maniegravere car ainsi les eacutelegraveves comprennent reacuteellement qursquoil correspond agrave la lumiegravere projeteacutee et superposeacutee sur un eacutecran En derniegravere partie drsquoactiviteacute les eacutelegraveves se familiarisent avec un logiciel de modeacutelisation de la synthegravese additive 3

Lrsquoutilisation drsquoun modegravele dans ce cas est indispensable pour des raisons pratiques Il serait en effet tregraves difficile de faire des observations similaires avec un dispositif reacuteel constitueacute de projecteurs et drsquoun eacutecran comme dans la premiegravere partie drsquoactiviteacute Nous avons veilleacute agrave choisir un logiciel simple drsquousage sur lequel seules deux manipulations sont possibles allumereacuteteindre les projecteurs et varier leurs intensiteacutes Ainsi il est possible pour les eacutelegraveves de faire rapidement et sans difficulteacutes de lrsquoordre du registre seacutemiotique la deacuteduction attendue les diffeacuterentes couleurs srsquoobtiennent par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

Dans lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves sont ameneacutes agrave modeacuteliser lrsquoeffet drsquoun filtre sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee Ils ancrent ainsi le fonctionnement drsquoun filtre dans leur apprentissage et deacuteveloppent une meacutethodologie systeacutematique dans la reacutesolution de problegravemes mettant en scegravene des filtres Gracircce au modegravele deacuteveloppeacute les eacutelegraveves deacuteconstruisent deacutefinitivement leur eacuteventuelle conception erroneacutee selon laquelle un filtre absorberait sa propre couleur Lrsquoactiviteacute 43 a pour but que les eacutelegraveves modeacutelisent les pheacutenomegravenes de reacutefraction et drsquoabsorption en justifiant leur reacuteponse par un modegravele de reacuteponse Ce dernier comprend les couleurs RVB qui se reflegravetent ou qui sont absorbeacutees par une surface Ainsi lrsquoeacutelegraveve peut trouver une meacutethode systeacutematique de reacuteponse en testant les diffeacuterentes couleurs Gracircce agrave cette modeacutelisation et agrave celle de lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves comprennent que les fonctionnements des filtres et des lumiegraveres coloreacutees sont fondeacutes sur le mecircme principe

3(httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

43 Deacutemarche expeacuterimentale

431 Deacutefinition Pour de Vecchi il est important de ne pas confondre les notions lieacutees agrave lrsquoexpeacuterimental qui sont les suivantes

-shy Une deacutemarche scientifique nrsquoest pas exclusive au domaine des sciences expeacuterimentales mais peut aussi ecirctre mobiliseacutee dans les sciences humaines socialeshellip Elle utilise drsquoautres outils que lrsquoexpeacuterimentale Toute recherche digne de ce nom est de nature scientifique

-shy La meacutethode expeacuterimentale eacutequivaut plutocirct agrave un plan agrave suivre un mode drsquoemploi ou agrave une marche agrave suivre qui suit un ordre strict que lrsquoon peut aussi appeler protocole Par exemple parmi les plus ceacutelegravebres protocoles nous retrouvons celui de Claude Bernard (1865) que lrsquoon abregravege par les initiales OHERIC qui correspondent agrave observation hypothegravese expeacuterience reacutesultats interpreacutetation et conclusion De maniegravere geacuteneacuterale il srsquoagit du protocole caricatural que lrsquoon emploie le plus souvent dans les salles de classes

-shy Une deacutemarche expeacuterimentale est une approche plus reacutealiste moins stricte et integravegre

une approche plus tacirctonnante Il nrsquoest pas constitueacute drsquoeacutetapes preacutedeacutetermineacutees et est donc moins affecteacutee par les directives de lrsquoenseignant Il peut donc laisser des liberteacutes dans la maniegravere de reacutesoudre le problegraveme

432 La deacutemarche expeacuterimentale dans notre seacutequence Dans notre seacutequence la meacutethode expeacuterimentale est preacutesente de maniegravere partielle du scheacutema caricatural OHERIC nous nous inteacuteressons en particulier aux phases drsquoobservation et drsquoeacutemission drsquohypothegraveses Crsquoest pourquoi nous parlons donc plutocirct de ldquodeacutemarche expeacuterimentalerdquo En effet tout au long des diffeacuterentes activiteacutes il est reacuteguliegraverement demandeacute aux eacutelegraveves de formuler une hypothegravese agrave partir de leurs connaissances au preacutealable puis de faire de nouvelles observations en contexte expeacuterimental Crsquoest sur la base de ces derniegraveres qursquoils pourront reacutealiser leurs deacuteductions sur le pheacutenomegravene en question et construire de nouvelles conceptions Dans lrsquoactiviteacute 2 ce type de deacutemarche est central pour la creacuteation de la premiegravere situation-shyproblegraveme Par la suite la deacutemarche permet de guider les eacutelegraveves dans le processus de deacuteduction du fonctionnement geacuteneacuteral des diffeacuterents pheacutenomegravenes Dans lrsquoactiviteacute 41 par exemple les pheacutenomegravenes agrave deacuteduire sont la synthegravese soustractive et le fonctionnement de la lumiegravere coloreacutee Lrsquoemploi drsquoobjets familiers permet un ancrage dans le quotidien

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Dans lrsquoactiviteacute 3 lrsquoeacutetude de lrsquoeffet des filtres constitue agrave son tour un deacutemarche expeacuterimentale En effet les eacutelegraveves doivent tout drsquoabord eacutemettre leurs hypothegraveses puis les veacuterifient par lrsquoexpeacuterimentation et ses reacutesultats provoquant probablement un conflit cognitif avant drsquoen conclure lrsquoeffet drsquoun filtre Dans lrsquoactiviteacute 42 nous retrouvons toujours le mecircme principe de deacutemarche expeacuterimentale Les eacutelegraveves formulent des hypothegraveses sur la couleur perccedilue de diffeacuterents mots coloreacutes eacuteclaireacutes par une lumiegravere coloreacutee puis les veacuterifient lors de la phase drsquoobservation La confrontation entre leurs attentes lieacutees agrave leurs conceptions et la reacutealiteacute creacutee le conflit cognitif rechercheacute

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

5 Conclusion Pour seacutelectionner notre thegraveme et eacutelaborer notre seacutequence nous nous sommes fondeacutes sur les objectifs du PER et crsquoest sur lrsquooptique que notre choix srsquoest porteacute Le savoir savant auquel nous nous sommes reacutefeacutereacutes comprend principalement des concepts lieacutes agrave la lumiegravere tels que les photons les ondes eacutelectromagneacutetiques ainsi que les spectres drsquoeacutemission et drsquoabsorption Nous avons transposeacute ce savoir en un savoir enseignable par le biais drsquoun travail de contextualisation et de reacuteadaptation Nous avons eacuteteacute ameneacutes agrave remplacer des modegraveles scientifiques (par exemple les modegraveles de synthegraveses additive et soustractive) par des modegraveles accessibles agrave un niveau scolaire et agrave changer les conditions drsquoeacutemergence des problegravemes Ainsi notre travail de transposition consistait agrave montrer aux eacutelegraveves la partie eacutemergeacutee de lrsquoiceberg du concept de couleur le reacutesultat apparent plutocirct que lrsquoorigine eacutelectromagneacutetique Tout au long de la seacutequence et par le biais de situations-shyproblegravemes et de diffeacuterentes eacutetapes de reacutesolution des activiteacutes les eacutelegraveves ont eacuteteacute guideacutes dans le processus de construction de leur apprentissage En nous focalisant sur les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves nous avons eacutelaboreacute nos exercices de maniegravere agrave proposer des situations deacuteclenchantes afin de faciliter le transfert de la responsabiliteacute de la reacutesolution des problegravemes aux eacutelegraveves Cette derniegravere srsquoeffectue par des deacutemarches drsquoexpeacuterimentation mais surtout de modeacutelisation

Dans notre sceacutenario les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave deux types de donneacutees theacuteoriques et empiriques Drsquoune part ils ont agrave disposition deux theacuteories principales la premiegravere est que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs de lrsquoarc-shyen-shyciel tandis que la seconde deacutecrit l a maniegravere dont la couleur drsquoun objet deacutepend des couleurs qursquoil va absorber Drsquoautre part ils disposent de donneacutees empiriques qursquoils sont ameneacutes agrave reacutecolter en superposant des lumiegraveres de diffeacuterentes couleurs en meacutelangeant de la peinture et en projetant de la lumiegravere coloreacutee sur diffeacuterents objets coloreacutes Dans le cadre drsquoune deacutemarche drsquoexpeacuterimentation ils ont eacutemis des hypothegraveses observeacute manipuleacute du mateacuteriel utiliseacute des appliquettes en ligne et veacuterifieacute leurs reacutesultats Crsquoest ainsi les modegraveles que nous avons preacutesenteacutes et que les eacutelegraveves ont eacutelaboreacutes vont ecirctre des ponts qui vont relier le monde theacuteorique et le monde empirique Par ailleurs nous avons eacuteteacute attentifs agrave la seacutemiotique lors de nos choix des repreacutesentations utiliseacutees nous nous sommes reacutefeacutereacutes agrave la notion de registre seacutemiotique afin drsquoeacutelaborer des scheacutemas nrsquoengendrant pas de difficulteacutes de lecture chez les eacutelegraveves

Nous avons analyseacute lrsquoorigine des conceptions erroneacutees et avons remarqueacute qursquoelles eacutetaient principalement dues agrave des repreacutesentations concourantes engendreacutees par les diffeacuterents contextes et cadres de rationaliteacutes dans lesquelles les eacutelegraveves eacutevoluent Notre sceacutenario permet aux eacutelegraveves drsquoeacutetablir des liens entre ces diffeacuterents cadres et de construire une nouvelle repreacutesentation de la couleur celle drsquoun objet de la physique

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6 Bibliographie

Astolfi J Ginsburger-shyVogel Y amp Toussaint J (2008) Mots-shycleacutes de la didactique des sciences De Boeck Supeacuterieur Beaufils D Ramage M-shyJ DidaScO (2004) Simulation informatique et enseignement de la physique regards didactiques Universiteacute Paris-shySud Centre scientifique drsquoOrsay -shy 91405 Orsay Cedex Brahic A Grenier I ( 2008) Lumiegraveres deacutetoiles les couleurs invisibles Odile Jacob Brousseau G (1998) Glossaire de quelques concepts de la theacuteorie des situations didactiques en matheacutematiques DAEST-shy Faculteacute des Sciences de lHomme-shyUniversiteacute Victor Segalen Bordeaux 2 Bunge M (1975) Philosophie de la physique Paris France Editions du Seuil Chevallard Y amp Johsua M-shyA (1986) Transposition didactique  Du savoir savant au savoir enseigneacute -shy Un exemple drsquoanalyse de la transposition didactique Penseacutee sauvage Chevallard Y A du texte Chevallard Y A du texte Chevallard Y amp Johsua M-shyA A du texte (1991) La transposition didactique  du savoir savant au savoir enseigneacute Suivi de Un exemple de la transposition didactique ([2e eacuted revue et augm]) Yves Chevallard  Yves Chevallard et Marie-shyAlberte Johsua [texte imprimeacute] Retrieved October 19 2016 de Vecchi G (2006) Enseigner lrsquoexpeacuterimental en classe  Pour une veacuteritable eacuteducation scientifique Hachette Editions (p 221-shy229) de Vecchi G (2006) Enseigner lrsquoexpeacuterimental en classe  Pour une veacuteritable eacuteducation scientifique Hachette Editions (p 55 -shy65) de Saussure F (2005) Cours de linguistique geacuteneacuterale Arbres drsquoOr Develay M (1987) A propos de la transposition didactique en sciences biologiques Aster [ISSN 0297-shy9373] 1987 Ndeg 4 p 119 Duval R (1988) Eacutecarts seacutemantiques et coheacuterence matheacutematique introduction aux problegravemes de congruences in Annales de Didactique et de Sciences Cognitives de lIREM de Strasbourg Giordan A Girault Y et Clement P (1994) Conceptions et connaissance Peter Lang Halloun I A (2004) Modeling theory in science education Dordrecht Holland Kluwer Academic Publishers Kane J Sternheim M (1989) Cours QCM exemple et exercices corrigeacutes -shy 1er cycle Licence PCEM PCEP Physique 3egraveme eacutedition revue par Philipe Ghosez Maryse Hoebeke et Gabriel Llabreacutes DUNOD Lerouge A (1992) Repreacutesentation carteacutesienne rationaliteacute matheacutematique et rationaliteacute du quotidien chez des eacutelegraveves de collegravege Thegravese de doctorat Universiteacute Montpellier II Malafosse D Lerouge A Dusseau J-shyM (2000) Notions de registre et de cadre de rationaliteacute en inter-shydidactique des matheacutematiques et de la physiqu e Treacutema Martinand J-shyL (nd) Introduction agrave la modeacutelisation In Actes du seacuteminaire de didactique des disciplines technologiques Cachan (p 126ndash138)

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Meirieu P Avanzin Gi (1987) Apprendre oui mais comment Edition ESF Verret M (1975) Le temps des eacutetudes (Vols 1ndash2) Lille France Atelier Reproduction des thegraveses

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Page 27: Physique Optique Lescouleurs · Sciences naturelles Les couleurs 10 11 Harmos 1.Introduction Comme nous allons le détailler dans le chapitre 4, les conceptions erronées des élèves

Que constates-shytu

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

Un jeu de dosage entre les trois couleurs RVB permet drsquoobtenir toutes les diffeacuterentes

couleurs imaginables Les trois lumiegraveres superposeacutees et en dosage eacutequivalent donnent

une lumiegravere blanche crsquoest agrave dire la totaliteacute des couleurs On appelle cela la synthegravese additive

2) Chaque groupe a agrave sa disposition un microscope Deacutepose un smartphone allumeacute

eacutecran vers le haut sous lrsquoobjectif Vise une zone blanche de lrsquoeacutecran puis regravegle la netteteacute

Qursquoobserves-shytu

Observations

(Preacutesences de pixels lumiegraveres RVB)

Comment expliques-shytu ce pheacutenomegravene

(synthegravese effectueacutee par le cerveau)

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 3 Que devient la lumiegravere lorsqursquo‛elle traverse un filtre

Activiteacute 31 les lumiegraveres et filtres coloreacutes

Tu as appris lors du dernier cours que lrsquo‛on pouvait ldquoadditionnerrdquo des lumiegraveres coloreacutees

pour obtenir de nouvelles couleurs Nous pouvons modeacuteliser la lumiegravere blanche ainsi

Nous allons deacutecouvrir aujourdrsquo‛hui comment on peut ldquosoustrairerdquo des lumiegraveres coloreacutees

1) Lrsquo‛enseignant a installeacute trois filtres de couleur un rouge un vert un bleu ainsi qursquo‛un

eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-dessous

Image MER

Quelle couleur va-t-on observer sur lrsquo‛eacutecran si lrsquo‛on allume un par un les projecteurs

Remplis le tableau ci-dessous premiegraverement avec tes hypothegraveses concernant la couleur

obtenue sur lrsquo‛eacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Filtre traverseacute par la

lumiegravere blanche

Couleur obtenue ton

hypothegravese

Couleur observeacutee

Filtre bleu

Filtre rouge

Filtre vert

2) Selon toi quel est le rocircle du filtre coloreacute

_______________________________________________________________

3) Repreacutesente par un scheacutema le passage drsquo‛une lumiegravere blanche agrave travers un filtre rouge

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

4) Et quelle couleur observera-t-on si la lumiegravere blanche passe agrave travers un filtre rouge

puis agrave travers un filtre bleu Formule une hypothegravese puis applique ton modegravele

Hypothegravese __________________________________

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

Activiteacute 32 Qursquo‛obtient-on avec drsquo‛autres filtres

a) Tu disposes maintenant drsquo‛une lampe diffusant de la lumiegravere blanche et de filtres

cyan magenta et jaune Manipule-les les uns apregraves les autres puis en les superposant

pour deacutecouvrir leurs effets sur la lumiegravere blanche

b) A lrsquo‛aide de couleurs et en trsquo‛appuyant sur tes observations scheacutematise ci-dessous

lrsquo‛action des filtres sur une lumiegravere blanche

Activiteacute 33 Deux synthegraveses Similitudes et diffeacuterences

a) Utilise ce logiciel pour comparer les synthegraveses additive et soustractive

httpwwwostralonet3_animationsswfsynthese_couleursswf

a) Quelles similitudes observes-tu entre les synthegraveses additive et soustractive

________________________________________________________________

d) Et quelles diffeacuterences

_______________________________________________________________

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 3 Que devient la lumiegravere lorsqursquo‛elle traverse un filtre

(corrigeacute)

Activiteacute 31 les lumiegraveres et filtres coloreacutes

Tu as appris lors du dernier cours que lrsquo‛on pouvait ldquoadditionnerrdquo des lumiegraveres coloreacutees

pour obtenir de nouvelles couleurs Nous pouvons modeacuteliser la lumiegravere blanche ainsi

Nous allons deacutecouvrir aujourdrsquo‛hui comment on peut ldquosoustrairerdquo des lumiegraveres coloreacutees

1) Lrsquo‛enseignant a installeacute trois filtres de couleur un rouge un vert un bleu ainsi qursquo‛un

eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-dessous

Image MER

Quelle couleur va-t-on observer sur lrsquo‛eacutecran si lrsquo‛on allume un par un les projecteurs

Remplis le tableau ci-dessous premiegraverement avec tes hypothegraveses concernant la couleur

obtenue sur lrsquo‛eacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Filtre traverseacute par la

lumiegravere blanche

Couleur obtenue ton

hypothegravese

Couleur observeacutee

Filtre bleu bleu

Filtre rouge rouge

Filtre vert vert

2) Selon toi quel est le rocircle du filtre coloreacute

_______________________________________________________________

Un filtre coloreacute ne transmet que les rayons de sa couleur et absorbe les autres

3) Repreacutesente par un scheacutema le passage drsquo‛une lumiegravere blanche agrave travers un filtre rouge

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

4) Et quelle couleur observera-t-on si la lumiegravere blanche passe agrave travers un filtre rouge

puis agrave travers un filtre bleu Formule une hypothegravese puis applique ton modegravele

Hypothegravese __________________________________

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

Activiteacute 32 Qursquo‛obtient-on avec drsquo‛autres filtres

a) Tu disposes maintenant drsquo‛une lampe diffusant de la lumiegravere blanche et de filtres

cyan magenta et jaune Manipule-les les uns apregraves les autres puis en les superposant

pour deacutecouvrir leurs effets sur la lumiegravere blanche

b) A lrsquo‛aide de couleurs et en trsquo‛appuyant sur tes observations scheacutematise ci-dessous

lrsquo‛action des filtres sur une lumiegravere blanche

Pex 1 Magenta 2 Jaune 3 Cyan 4 Rouge 5 Vert 6 Bleu 7 Noir

Activiteacute 33 Deux synthegraveses Similitudes et diffeacuterences

a) Utilise ce logiciel pour comparer les synthegraveses additive et soustractive

httpwwwostralonet3_animationsswfsynthese_couleursswf

a) Quelles similitudes observes-tu entre les synthegraveses additive et soustractive

________________________________________________________________

Les mecircmes triplets de couleurs sont preacutesents dans les deux synthegraveses (RVB - CMJ)

d) Et quelles diffeacuterences

________________________________________________________________

1 Les couleurs primaires de lrsquo‛un sont les couleurs compleacutementaires de lrsquo‛autre

2 Lrsquo‛addition des lumiegraveres coloreacutees rouge verte et bleue donne du blanc la

soustraction totale par des filtres cyan magenta et jaune donne du noir

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 4 Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Rappel

1 Nous pouvons reacutesumer la composition de la lumiegravere blanche aux 3 couleurs primaires le rouge le vert et le bleu Ce sont des couleurs qui ne peuvent pas ecirctre creacuteeacutees Ce sont elles qui composent les autres couleurs Crsquo‛est agrave dire qursquo‛en les meacutelangeant on peut obtenir les autres couleurs le cyan est composeacute du bleu et du vert le magenta est composeacute du bleu et du rouge et le jaune est composeacute du vert et du rouge

Theacuteorie

Le sujet que nous allons traiter aujourdrsquo‛hui concerne la couleur de lrsquo‛objet Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Formule une hypothegravese ____________________________________________

Observe la photo projeteacutee par lrsquo‛enseignant

Que retiens-tu de cette photo _______________________________________________________________ La lumiegravere coloreacutee qui est refleacuteteacutee par un objet correspond agrave la lumiegravere non absorbeacutee

Ici toutes les lumiegraveres coloreacutees sont absorbeacutees sauf le bleu qui lui est refleacuteteacute La couleur propre de lrsquo‛objet sera le bleu

En effet un objet absorbe ou reflegravete diffeacuterentes lumiegraveres coloreacutees Crsquo‛est cette lumiegravere coloreacutee refleacuteteacutee que nous verrons

Activiteacute 41

Reacuteponds agrave ces diffeacuterentes questions dans le tableau ci-dessous De quelle couleur verras-tu cet objet Confronte ton ideacutee avec ton voisin De quelle couleur le vois-tu reacuteellement

Couleur de lrsquo‛objet

Couleur de la lumiegravere

Hypothegravese formuleacutee

Observation

rouge Magenta

cyan Vert

jaune Bleu

Par quel pheacutenomegravene peut-on observer ce changement de couleur ___________________________________

Quelle deacuteductions peux-tu faire _________________________________________________________________

Activiteacute 42

Marche agrave suivre

1 Eacutecris sur une feuille blanche le nom des 2 couleurs que ton enseignant te donne avec la peinture qui y correspond

2 Pendant que ces mots segravechent remplis les colonnes ldquocouleur du mot 1rdquo et ldquocouleur du mot 2rdquo et ldquocouleur de la feuillerdquo agrave la lumiegravere blanche

3 Formule tes hypothegraveses note-les au crayon agrave papier en petit 4 Eacuteclaire tes mots agrave lrsquo‛aide de lumiegraveres coloreacutees 5 Note tes observations

Lumiegravere coloreacutee

Couleur du mot 1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur du mot 2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur de la feuille helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Blanche

Rouge

Verte

Bleue

Magenta

Cyan

Jaune

Activiteacute 43

Tu observes un drapeau eacuteclaireacute par une lumiegravere blanche Puis tu observes ce mecircme drapeau eacuteclaireacute par deux lumiegraveres coloreacutees diffeacuterentes Trouve la lumiegravere coloreacutee utiliseacutee dans chaque cas et justifie ta reacuteponse par la modeacutelisation vue preacuteceacutedemment

Lumiegravere blanche Lumiegravere coloreacutee 1 Lumiegravere coloreacutee 2

De quelle couleur est la premiegravere lumiegravere coloreacutee ___________________________

Modeacutelisation 1

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________

Modeacutelisation 2

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 4 Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur (corrigeacute) Rappel

2 Nous pouvons reacutesumer la composition de la lumiegravere blanche aux 3 couleurs primaires le rouge le vert et le bleu Ce sont des couleurs qui ne peuvent pas ecirctre creacuteeacutees Ce sont elles qui composent les autres couleurs Crsquo‛est agrave dire qursquo‛en les meacutelangeant on peut obtenir les autres couleurs le cyan est composeacute du bleu et du vert le magenta est composeacute du bleu et du rouge et le jaune est composeacute du vert et du rouge

Theacuteorie

Le sujet que nous allons traiter aujourdrsquo‛hui concerne la couleur de lrsquo‛objet Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Formule une hypothegravese ____________________________________________ Projeter cette image elle napparaicirct pas dans le cours de lrsquo‛eacutelegraveve

Que retiens-tu de cette photo _______________________________________________________________ La lumiegravere coloreacutee qui est refleacuteteacutee par un objet correspond agrave la lumiegravere non absorbeacutee

Ici toutes les lumiegraveres coloreacutees sont absorbeacutees sauf le bleu qui lui est refleacuteteacute La couleur propre de lrsquo‛objet sera le bleu

En effet un objet absorbe ou reflegravete diffeacuterentes lumiegraveres coloreacutees Crsquo‛est cette lumiegravere coloreacutee refleacuteteacutee que nous verrons

Activiteacute 41

Reacuteponds agrave ces diffeacuterentes questions dans le tableau ci-dessous De quelle couleur penses-tu que tu verras cet objet Confronte ton ideacutee avec ton voisin De quelle couleur le vois-tu reacuteellement

Couleur de lrsquo‛objet

Couleur de la lumiegravere

Hypothegravese formuleacutee

Observation

rouge Magenta (rouge)

cyan Vert (vert)

jaune Bleu (noir)

Par quel pheacutenomegravene peut-on observer ce changement de couleur ___________________________________ (synthegravese soustractive)

Quelle deacuteductions peux-tu faire (fonctionne comme un filtre) _________________________________________________________________

Activiteacute 42

Marche agrave suivre

6 Eacutecris sur une feuille blanche le nom des 2 couleurs que ton enseignant te donne avec la peinture qui y correspond

7 Pendant que ces mots segravechent remplis les colonnes ldquocouleur du mot 1rdquo et ldquocouleur du mot 2rdquo et ldquocouleur de la feuillerdquo agrave la lumiegravere blanche

8 Formule tes hypothegraveses note-les au crayon agrave papier en petit 9 Eacuteclaire tes mots agrave lrsquo‛aide de lumiegraveres coloreacutees 10 Note tes observations

Lumiegravere coloreacutee

Couleur du mot 1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur du mot 2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur de la feuille helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Blanche

Rouge

Verte

Bleue

Magenta

Cyan

Jaune

Activiteacute 43

Tu observes un drapeau eacuteclaireacute par une lumiegravere blanche Puis tu observes ce mecircme drapeau eacuteclaireacute par deux lumiegraveres coloreacutees diffeacuterentes Trouve la lumiegravere coloreacutee utiliseacutee dans chaque cas et justifie ta reacuteponse par la modeacutelisation vue preacuteceacutedemment

Lumiegravere blanche Lumiegravere coloreacutee 1 Lumiegravere coloreacutee 2

De quelle couleur est la premiegravere lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Bleu)

Modeacutelisation 1

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Vert)

Modeacutelisation 2

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Fiches de synthegravese Les couleurs Activiteacute 2 Reacutesumeacute theacuteorique pour les eacutelegraveves Le modegravele trichromique et la synthegravese additive des couleurs La couleur nrsquo‛existe pas sans lumiegravere et lrsquo‛on peut dire que lrsquo‛on perccediloit le monde gracircce aux meacutelanges de ces couleurs qui correspondent aux diffeacuterentes composantes de la lumiegravere Lorsque lrsquo‛on parle de la perception des couleurs on srsquo‛aperccediloit que seules trois lumiegraveres primaires de couleurs rouge vert et bleu sont neacutecessaires pour obtenir la sensation de toutes les autres couleurs Cette maniegravere de modeacuteliser la perception des couleurs est ce qursquo‛on appelle le modegravele trichromique (lsquorsquo‛trois couleursrsquo‛rsquo‛) Dans cette repreacutesentation toutes les autres lumiegraveres coloreacutees sont perccedilues par superposition des trois lumiegraveres rouge verte et bleue La superposition simultaneacutee et en dosage identique des trois couleurs donne de la lumiegravere blanche Le noir correspond agrave une absence de lumiegravere

Illustration du modegravele

Image MER

Lrsquo‛image montre trois projecteurs de lumiegraveres rouge verte et bleue eacuteclairant une table blanche Si les trois couleurs sont projeteacutees en intensiteacute identique nous obtenons par superposition trois autres couleurs le cyan le magenta et le jaune Les couleurs primaires et les couleurs obtenues sont codeacutees sur lrsquo‛image puis reacutecapituleacutees dans le tableau ci-dessous

Image MER

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Si nous modifions le dosage des couleurs eacuteleacutementaires il est possible drsquo‛obtenir toutes les couleurs imaginables Le pheacutenomegravene de perception des couleurs par superposition des trois couleurs primaires se nomme synthegravese additive les couleurs sont additionneacutees entre elles pour permettre la synthegravese drsquo‛autres couleurs

Drsquo‛ailleurs si lrsquo‛on observe au microscope un eacutecran blanc de smartphone ou drsquo‛ordinateur on remarque qursquo‛il est en fait constitueacute drsquo‛un grand nombre de minuscules rectangles de lumiegraveres rouge verte et bleue (voir image ci-contre) Crsquo‛est justement par un jeu de dosage de chacune de ces lumiegraveres que lrsquo‛on perccediloit les diffeacuterentes couleurs sur nos eacutecrans

Pourquoi un modegravele sur trois couleurs La raison pour laquelle les scientifiques ont construit ce modegravele sur trois couleurs est directement lieacutee agrave la structure de notre œil En effet ce dernier contient des cellules sensibles agrave la lumiegravere que lrsquo‛on appelle cocircnes et bacirctonnets Alors que les bacirctonnets perccediloivent les intensiteacutes de lumiegravere les cocircnes nous permettent de percevoir les couleurs Cependant ils ne sont sensibles qursquo‛agrave certaines composantes de la lumiegravere blanche celles correspondant justement aux couleurs rouge vert et bleu Lorsque lrsquo‛on regarde un objet notre cerveau analyse le dosage de chacune de ces composantes perccedilues par notre œil et en interpregravete ainsi la couleur de lrsquo‛objet

Qursquo‛est-ce que le daltonisme Certaines personnes preacutesentent une anomalie de la vision qui les empecircche de distinguer certaines couleurs Drsquo‛origine geacuteneacutetique ce trouble est ducirc agrave un dysfonctionnement des cocircnes preacutesents dans la reacutetine Bien que la plupart des personnes daltoniennes aient de la peine agrave distinguer le vert du rouge drsquo‛autres ne distinguent pas drsquo‛autres couleurs Dans certaines formes de daltonisme le monde est perccedilu par la personne atteinte en teintes de gris

Sciences naturelles Optique synthegravese soustractive et additive

La synthegravese additive est le proceacutedeacute gracircce

auquel en combinant les couleurs

___________ ___________ et ___________

on obtient du blanc

On la retrouve lorsque lrsquoon meacutelange des

lumiegraveres coloreacutees composeacutees de ces 3 couleurs

diffeacuterentes car les laquo additionner raquo donne la

lumiegravere blanche

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon exploite aujourdrsquohui

pour les teacuteleacuteviseurs ou tout eacutecran composeacute de

pixels

La synthegravese soustractive consiste agrave soustraire

les couleurs de la lumiegravere blanche (RVB) agrave

travers des filtres de couleurs ___________

___________ et ___________ qui absorbent la

totaliteacute des couleurs de la lumiegravere blanche pour

un rendu noir au final (absence de lumiegravere)

Lrsquo __________________ des 3 couleurs donne

le ____________

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon retrouve par exemple en

meacutelangeant de la peinture notamment en

imprimerie

Sciences naturelles Optique les filtres

Qursquoest-shyce qursquoun filtre coloreacute et comment fonctionne-shyt-shyil

Un filtre est un dispositif qui permet de filtrer la lumiegravere de laisser passer certains rayons

lumineux et drsquoen absorber drsquoautres

Pour savoir quelles lumiegravere coloreacutees le filtre laisse passer il faut lrsquoobserver agrave la lumiegravere

blanche

Le filtre laissera alors passer uniquement les rayons lumineux de sa couleur propre

Par exemple

Un filtre vert laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee verte

Un filtre magenta laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee magenta crsquoest agrave dire les rayons rouge et bleu

Pour connaicirctre la lumiegravere coloreacutee qui ldquosortrdquo du filtre il faut donc

deacutecomposer la lumiegravere qui arrive sur ce filtre et en soustraire les

rayons qui sont absorbeacutes par le filtre On se reacutefegravere alors au modegravele de

la synthegravese soustractive

Image httpswww123couleursfrboutique-shy1filtres-shycolorC3A9s

Tableau reacutecapitulatif

Sciences naturelles Optique les filtres

Modeacutelisation

Nous pouvons modeacuteliser lrsquoaction drsquoun filtre

1 Noter la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur le filtre

2 Deacutecomposer la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur filtre et la coder (en RVB)

3 Repreacutesenter le filtre et coder les rayons absorbeacutes par le filtre 4 Prolonger les rayons lumineux coloreacutes que le filtre laisse passer et les coder (en RVB)

5 Noter la lumiegravere coloreacutee qui sort du filtre

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre magenta sur la lumiegravere blanche

Lorsque plusieurs filtres sont superposeacutes ou aligneacutes il faut modeacuteliser lrsquoaction du premier filtre

sur la lumiegravere projeteacutee puis lrsquoaction du deuxiegraveme filtre sur la lumiegravere qui sort du premier filtre

etc

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre cyan puis drsquoun filtre vert sur la lumiegravere jaune

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

De quelle couleur apparaicirctra un objet de couleur eacuteclaireacute par une lumiegravere coloreacutee

Il y 3 cas

1) Un objet de couleur blanche renvoie toutes les couleurs il apparaicirctra de la couleur eacuteclaireacutee

2) Un objet de couleur noire absorbe toutes les couleurs Peu importe la couleur avec laquelle

lrsquoobjet est eacuteclaireacute lrsquoobjet apparaicirct de couleur noire

3) Pour un objet de couleur il suffit de deacutecomposer les couleurs secondaires par exemple

Jrsquoai un objet jaune

Je lui projette une lumiegravere magenta

Or jaune = rouge + vert

et magenta = bleu + rouge

Le rouge est commun au jaune et au magenta donc lrsquoobjet paraicirctra rouge

En revanche si la lumiegravere est bleue comme il nrsquoy a pas de bleu dans le jaune lrsquoobjet paraicirctra

noir

1

Tableau reacutecapitulatif

1 httpscommunitygoodgamestudioscombigfarmfrdiscussion51685langage-shy‐des-shy‐couleurs

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

Modegravele de reacuteponse

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

______

______

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

______

______

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation avec propositions

de reacuteponses)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

(rouge vert bleu Nous percevons les diffeacuterentes couleurs agrave partir de ces trois couleurs) ________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

(Explication relative aux cocircnes et bacirctonnets de lrsquo‛oeil)

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Corrigeacute vert bleu blanc cyan

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________ (vert)

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________ (bleu)

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________ (aucunenoir)

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

(selon modegravele eacutetudieacute)

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

(les deux selon que lrsquo‛on parle de synthegravese additive ou soustractive)

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

Bleu

______

Bleu

______

Noir

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________ (lumiegravere rouge)

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

Noir

______

Rouge

______

Rouge

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

(Bleu)

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

(selon modegravele eacutetudieacute)

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

(Explication citant la synthegravese soustractive et lrsquo‛effet des lumiegraveres coloreacutees

concerneacutees sur le haut du cambrioleur)

Evaluation - Analyse

Ce commentaire comprend les diffeacuterents objectifs eacutevalueacutes ainsi que ce qui est attendu

preacuteciseacutement des eacutelegraveves et les niveaux taxonomiques correspondants

Ce sont des pistes drsquo‛eacutevaluation qui sont ici proposeacutees non une eacutevaluation suivie

Exercice 1

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- Mettre en lien des notions theacuteoriques apprises en cours (cocircnes et

bacirctonnets de lrsquo‛oeil) avec drsquo‛autres (synthegravese additive)

Lrsquo‛eacutevaluation deacutebute par deux questions au niveau taxonomique peu eacuteleveacute La

premiegravere de lrsquo‛ordre de la compreacutehension demande aux eacutelegraveves de restituer une

connaissance de base agrave lrsquo‛aide de leurs propres mots La deuxiegraveme propose de

tester les connaissances theacuteoriques des eacutelegraveves en veacuterifiant que des liens entre

deux notions aient eacuteteacute faits

Exercice 2

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutedire la couleur perccedilue en fonction des meacutelanges de couleurs RVB

- deacutechiffrer un scheacutema et les codes de la repreacutesentation de la trajectoire

des lumiegraveres coloreacutees

Le deuxiegraveme exercice relegraveve du niveau taxonomique de lrsquo‛application car il

neacutecessite une compreacutehension de la maniegravere de repreacutesenter la lumiegravere (scheacutema de

la trajectoire rectiligne codes de couleurs RVB) et drsquo‛appliquer ce modegravele tout en

utilisant les connaissances des couleurs fondamentales et compleacutementaires de la

synthegravese additive

Exercice 3

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet drsquo‛un filtre sur une lumiegravere coloreacutee agrave lrsquo‛aide des codes

propres agrave lrsquo‛optique

Lrsquo‛exercice 3 relegraveve de lrsquo‛application car les eacutelegraveves se reacutefegraverent agrave la modeacutelisation

eacutetablie durant le cours et au diagramme de Venn de la synthegravese soustractive et

les adaptent aux items preacutesenteacutes

Exercice 4

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- mettre en perspective la distinction entre synthegravese additive et

soustractive en terme de lsquorsquo‛naturersquo‛rsquo‛ de la couleur (couleurs matiegraveres vs

couleurs lumiegraveres)

Cet exercice requiert des eacutelegraveves qursquo‛ils mobilisent leur faculteacute drsquo‛analyse (niveau

taxonomique plutocirct eacuteleveacute) pour expliquer les diffeacuterences entre les

repreacutesentations de la couleur en arts visuels et en physique Le but est qursquo‛ils

reconnaissent qursquo‛il srsquo‛agit dans le premier cas de la synthegravese soustractive et dans

le second cas de la synthegravese additive

Exercice 5

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutevoir la couleur perccedilue drsquo‛un objet en fonction des lumiegraveres coloreacutees

projeteacutees et coder le pheacutenomegravene

Les eacutelegraveves appliquent la modeacutelisation drsquo‛une lumiegravere coloreacutee sur un objet coloreacute

pour deacuteterminer la couleur perccedilue du drapeau franccedilais Cette question fait

reacutefeacuterence agrave un niveau taxonomique bas Puis ils trouvent la lumiegravere coloreacutee qui

permet de voir les deux drapeaux preacutesenteacutes de la mecircme couleur Ils trouveront

cette reacuteponse en modeacutelisant les lumiegraveres coloreacutees sur lrsquo‛objet de couleur

Plusieurs scheacutemas sont neacutecessaires pour trouver la reacuteponse Crsquo‛est une question

taxonomiquement haute qui demande aux eacutelegraveves de faire une synthegravese

Exercice 6

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet de la lumiegravere coloreacutee sur un objet et en deacuteduire la

couleur perccedilue

- justifier sa reacuteponse avec des mots en faisant la synthegravese des diffeacuterents

concepts vus dans la seacutequence de cours

Les eacutelegraveves doivent comprendre ce qursquo‛ils lisent et deacuteterminer la couleur propre du

haut du cambrioleur Cette question est taxonomiquement haute elle demande de

lrsquo‛analyse Puis ils justifient leur reacuteponse par le modegravele de lrsquo‛effet de la lumiegravere

coloreacutee sur un objet Cette question est drsquo‛un niveau taxonomique infeacuterieur

drsquo‛application Finalement ils deacuteterminent pourquoi la description de la jeune fille

ne correspond pas agrave la couleur propre en faisant le lien avec la synthegravese

soustractive demandant un niveau taxonomiquement tregraves eacuteleveacute la synthegravese

Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

4 Argumentation scientifique Nous avons choisi de construire notre seacutequence de cours de maniegravere agrave ce qursquoelle srsquoinscrive dans une deacutemarche constructiviste de type piageacutetienne Dans cette deacutemarche lrsquoenseignant anticipe les conceptions erroneacutees que les eacutelegraveves peuvent avoir puis eacutetablit une situation-shyproblegraveme permettant ideacutealement de deacuteconstruire ces repreacutesentations incomplegravetes puis finalement drsquoen construire de nouvelles plus justes Dans ce qui suit nous allons deacutefinir ces diffeacuterents concepts mis en eacutevidence puis expliciter la maniegravere dont nous les avons pris en compte dans notre planification

41 Les conceptions des eacutelegraveves et les situations-shyproblegravemes

411 Deacutefinitions Conception Selon Giordan et al (1994) une conception ou repreacutesentation peut ecirctre consideacutereacutee comme une ideacutee un objet ou un eacutevegravenement qui aide lrsquoeacutelegraveve agrave comprendre le monde qui lrsquoentoure Elle est le fruit de son expeacuterience personnelle dans laquelle il va puiser pour comprendre les nouveaux savoirs que lrsquoon va chercher agrave lui inculquer Elle peut ecirctre consideacutereacutee comme une connaissance ldquodeacutejagrave-shylagraverdquo acquise dans un certain contexte par lrsquoapprenant et qui peut ecirctre correcte ou erroneacutee Les mauvaises conceptions (ou misconception en anglais) peuvent donc ecirctre deacutecrites comme des ideacutees qui proviennent drsquoune mauvaise compreacutehension drsquoobjets ou eacutevegravenements Elles sont issues principalement de lrsquoenvironnement avec lequel lrsquoeacutelegraveve interagit et du contexte dans lequel il se situe mais elles deacutecoulent eacutegalement des systegravemes seacutemiotiques mis en oeuvre Ces derniers sont abordeacutes plus en deacutetail dans ce qui suit Seacutemiologie En seacutemiologie (lrsquoeacutetude des systegravemes de signes) une repreacutesentation (ou un signe) est double elle est doteacutee drsquoun signifiant et drsquoun signifieacute (de Saussure 1916) Le signifiant qui fait lrsquoobjet de la seacutemiologie deacutesigne la forme et laspect du signe tandis que le signifieacute eacutetudieacute dans le cadre de la seacutemantique deacutesigne le concept eacutevoqueacute par le signe A partir du moment ougrave le signe possegravede plusieurs signifieacutes il devient symbole et crsquoest ainsi que les incompreacutehensions peuvent survenir Selon R Duval (1995) le concept de laquo registre seacutemiotique raquo permet de distinguer les repreacutesentations qui relegravevent de diffeacuterents registres ou types visuels numeacuteriques graphiques symboliques formels scheacutematiques etc En didactique ce concept est fondamental car les diffeacuterences de registre au sein drsquoune mecircme repreacutesentation ou drsquoun

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

modegravele peut induire des difficulteacutes de lecture Ils risquent drsquoajouter des difficulteacutes suppleacutementaires en empecircchant les eacutelegraveves de se focaliser sur le problegraveme poseacute par lrsquoactiviteacute et les menant agrave formuler des conclusions diffeacuterentes de celles attendues par lrsquoenseignant Crsquoest pour cela qursquoun choix pertinent de registre seacutemiotique facilite la compreacutehension du concept introduit Dans notre cours un exemple typique que nous pouvons donner est la forte ressemblance des diagrammes de Venn pour les synthegraveses additive et soustractive Dans les deux modegraveles les diagrammes sont communeacutement scheacutematiseacutes sous forme circulaire De plus bien que inverseacutees au niveau de leurs superpositions les mecircmes couleurs sont repreacutesenteacutees dans les deux diagrammes Ces similitudes peuvent rendre la diffeacuterenciation complexe pour les eacutelegraveves Crsquoest pourquoi nous avons estimeacute important drsquoapporter un changement agrave la repreacutesentation de ces diagrammes Ainsi dans lrsquoune de nos fiches de synthegravese nous avons preacutefeacutereacute utiliser des formes rectangulaires plutocirct que circulaires pour repreacutesenter la synthegravese soustractive car cette forme eacutevoque plus fortement le filtre et ainsi lrsquoabsorption de la lumiegravere Cadre de rationaliteacute origine des conceptions En srsquoappuyant sur les travaux de R Douady (1984) A Lerouge (1992) deacutefinit laquo un cadre de rationaliteacuteraquo comme laquoun ensemble coheacuterent de fonctionnement de la penseacuteeraquo caracteacuteriseacute principalement par les composantes suivantes

1 Les objets du cadre dans notre cas il peut srsquoagir de peinture de feuille de papier de lampes de poche de filtres etc

2 Le type de processus de conceptualisation Dans un cadre scientifique il peut srsquoagir drsquoun processus par modeacutelisation ou par expeacuterimentation par exemple

3 Les registres seacutemiotiques que nous avons traiteacutes plus haut Les conceptions des eacutelegraveves et les conflits de perceptions en reacutesultant sont issus des diffeacuterents cadres de rationaliteacute dans lesquels ils eacutevoluent Ce sont les cadres familiers (personnel) et culturels (eacutecole) qui sont responsable de ces conceptions et repreacutesentations mentales tantocirct concourantes tantocirct inexistantes voire erroneacutees Elles se manifestent principalement agrave travers la seacutemiotique Les eacutelegraveves eacuteprouvent de la difficulteacute agrave repreacutesenter des objets issus de registres seacutemiotiques diffeacuterents ou encore agrave simplement les reconnaicirctre Dans le contexte de notre seacutequence sur les couleurs ces cadres de rationaliteacute sont centraux En effet crsquoest dans son quotidien et donc dans son cadre familier que lrsquoeacutelegraveve va deacutecouvrir la notion de couleur notamment par le biais de la peinture ou drsquoobservation drsquoarc-shyen-shyciel Cette deacutecouverte qui a souvent lieu tregraves tocirct dans la vie de lrsquoenfant ne fera pourtant pas pour autant lrsquoobjet de questionnement sur le pheacutenomegravene de perception des couleurs La notion de cadre culturel ou scolaire quand agrave elle peut ecirctre eacutetendue dans notre cas agrave deux sous-shycateacutegories de cadres culturels diffeacuterents qui vont ecirctre agrave lrsquoorigine de conceptions erroneacutees ou incomplegravetes Premiegraverement il y a le cadre que nous appelons laquo arts visuelsraquo et qui a ses propres regravegles de rationaliteacutes Les cours de dessin ou drsquoactiviteacutes creacuteatrices en sont de parfaits exemples car crsquoest dans ce cadre que les eacutelegraveves vont premiegraverement aborder la

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

theacutematique des couleurs primaires et de leurs meacutelanges Mais cette theacutematique est eacutegalement abordeacutee dans le cadre laquophysiqueraquo agrave travers les expeacuteriences de deacutecomposition de la lumiegravere ou de superposition de lumiegraveres coloreacutees Ainsi nous retrouvons trois cadres de rationaliteacute concourants (familier physique arts visuels) dans lesquels les eacutelegraveves eacutevoluent et qui engendrent indubitablement des conceptions erroneacutees sur la lumiegravere et les couleurs puisque les eacutelegraveves ne sont pas ameneacutes agrave les diffeacuterencier dans chacun des cadres Et comme la communication entre les diffeacuterents cadres nrsquoest pas eacutetablie le lien agrave faire entre les diffeacuterentes conceptions issues de ces cadres est agrave la charge de lrsquoeacutelegraveve ce qui repreacutesente une lourde responsabiliteacute dans son apprentissage Astolfi (2008) appelle eacutegalement ces conceptions issues de diffeacuterents cadres des ldquotrames conceptuelles rdquoqui peuvent ecirctre deacutefinies comme ldquoun ensemble de concepts-shycleacutes propres agrave un domaine et logiquement hieacuterarchiseacutes entre eux qui structurent les disciplines et engendrent des situations-shyproblegravemesrdquo Mais encore on verra eacutemerger des problegravemes de contrat didactique dans chacun des cadres lrsquoeacutelegraveve va tenter de donner une reacuteponse qui va satisfaire lrsquoenseignant sans pour autant ecirctre ameneacute agrave confronter ses conceptions

Situation-shyproblegraveme Pour de Vecchi (2006) une situation-shyproblegraveme est une activiteacute qui consiste agrave mettre lrsquoeacutelegraveve dans une situation ougrave il va ecirctre ameneacute agrave eacutelaborer des strateacutegies de reacutesolution de problegraveme Lrsquoun des points cleacutes des situations-shyproblegravemes est qursquoelles eacutetablissent un lien eacutetroit entre les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves En drsquoautres termes une situation-shyproblegraveme est construite de telle sorte que les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave remettre en question des repreacutesentations actuelles qui srsquoavegraverent erroneacutees agrave les deacuteconstruire pour en construire de nouvelles Ainsi dans une deacutemarche de type constructiviste lrsquoeacutelegraveve construit son savoir en renversant ses anciennes conceptions Une situation-shyproblegraveme nrsquoest donc pas une deacutemarche ponctuelle dans laquelle lrsquoeacutelegraveve devra reacutesoudre une liste drsquoexercices teacuteleacuteguideacutee par lrsquoenseignant Ce qui justifie lrsquoefficaciteacute des situations problegravemes est qursquo laquoapprendreraquo ne consiste pas agrave cumuler les savoirs mais agrave en construire et agrave en deacuteconstruire

Une situation-shyproblegraveme doit comprendre plusieurs eacuteleacutements

-shy Un objectif-shyobstacle Pour Meirieu (1987) un objectif-shyobstacle est ldquoun objectif dont lrsquoacquisition permet au sujet de franchir un palier deacutecisif de progression en modifiant son systegraveme de repreacutesentation et en le faisant acceacuteder un niveau supeacuterieur de formulation rdquo Dans notre cas lrsquoeacutelegraveve pense que tous les meacutelanges de 3 couleurs primaires (de peinture ou de lumiegravere) vont donner le mecircme reacutesultat La distinction entre synthegraveses additive et soustractive nrsquoest pas connue des eacutelegraveves De plus projeter de la lumiegravere monochromatique sur un objet drsquoune certaine couleur ne donne pas toujours la mecircme couleur Lrsquoexemple avec le drapeau (activiteacute 4) est parlant

-shy Une situation centreacutee sur cet obstacle prenant en compte une deacutemarche expeacuterimentale ou une deacutemarche de modeacutelisation Dans notre cours les deux deacutemarches sont mises en oeuvre mais notre deacutemarche principale est la modeacutelisation Les eacutelegraveves vont effectivement ecirctre ameneacutes agrave eacutemettre des hypothegraveses manipuler reacutecolter des reacutesultats et les confronter agrave

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

leurs hypothegraveses mais il srsquoagit surtout drsquoune deacutemarche de modeacutelisation car les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave creacuteer des scheacutemas dans plusieurs exercices

-shy Une probleacutematisation et la deacutevolution on probleacutematise la conception erroneacutee en introduisant une situation-shyproblegraveme crsquoest-shyagrave-shydire qursquoon construit un problegraveme centreacute sur lrsquoobstacle La surprise face agrave une situation incoheacuterente va intriguer lrsquoeacutelegraveve exciter sa motivation et le pousser agrave vouloir srsquoimpliquer dans le problegraveme ce qui va aider sa deacutevolution Brousseau (1998) qualifie la notion de deacutevolution par le ldquo processus par lequel lenseignant parvient agrave placer leacutelegraveve comme simple actant dans une situation a-shydidactique (agrave modegravele non didactique) Il cherche par lagrave agrave ce que lrsquoaction de lrsquoeacutelegraveve ne soit produite et justifieacutee que par les neacutecessiteacutes du milieu et par ses connaissances et non par lrsquointerpreacutetation des proceacutedeacutes didactiques du professeurrdquo Pour enrocircler les eacutelegraveves et les aider agrave identifier la probleacutematique en met on place une situation deacuteclenchante Dans notre cas lrsquoexemple avec le meacutelange de peinture et de lumiegraveres coloreacutees est un parfait exemple de situation deacuteclenchante car les eacutelegraveves ne sattendent probablement pas par exemple agrave ce que le meacutelange de vert et bleu donne du cyan ou encore qursquoon perccediloive un citron noir lorsque lrsquoon projette de la lumiegravere bleue sur ce celui-shyci

412 La prise en compte des conceptions des eacutelegraveves dans notre seacutequence La theacutematique de la lumiegravere et des couleurs est complexe et comprend de nombreux concepts difficiles agrave assimiler En effet bon nombre de personnes ont des repreacutesentations erroneacutees qui peuvent rester profondeacutement ancreacutees Parmi les conceptions erroneacutees les plus communes on retrouve selon le site internet des MER

La lumiegravere blanche est sans couleur pure quand la lumiegravere blanche passe dans un prisme ou traverse un filtre de la couleur lui est ajouteacutee

La lumiegravere blanche nous permet de voir la vraie couleur des objets laquoMa feuille est blanche parce que je nai pas ajouteacute dautres couleurs agrave celle-shyciraquo

Les couleurs sont lieacutees agrave des proprieacuteteacutes de lrsquoobjet exclusivement sans reacutefeacuterence agrave la lumiegravere qui eacuteclaire lrsquoobjet Ne dit-shyon pas quun pull est rouge

Confusion entre les couleurs primaires en couleur peinture et en couleur lumiegravere

Dans notre planification nous avons anticipeacute ces conceptions et avons construit notre cours de maniegravere agrave ce qursquoelles soient mises en eacutevidence le plus tocirct possible afin de tenter de les deacuteconstruire agrave travers nos activiteacutes

Ainsi degraves deacutebut de lrsquoactiviteacute 2 les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave une situation-shyproblegraveme dans laquelle ils comprennent qursquoil existe une contradiction entre leur conception de deacutepart sur les meacutelanges de couleurs (issue de leurs cadres de rationaliteacute familier et scolaire lsquorsquoart visuelrsquorsquo) et leurs observations (nouveau cadre lsquorsquophysiquersquorsquo) Crsquoest sur la base de ce conflit cognitif que les diffeacuterentes notions de la seacutequence pourront ecirctre abordeacutees Les autres conceptions sont mises en eacutevidence puis deacuteconstruites agrave travers les diffeacuterentes activiteacutes Par exemple les

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activiteacutes du chapitre 3 permettent de montrer que la lumiegravere blanche nrsquoest pas pure mais qursquoelle est composeacutee de toutes les couleurs et ce gracircce agrave lrsquoobservation des objets agrave la lumiegravere blanche puis agrave travers un filtre

De plus lrsquoactiviteacute 3 srsquoarticule autour drsquoune conception erroneacutee repeacutereacutee dans certaines classes Bon nombre drsquoeacutelegraveves eacutetaient persuadeacutes qursquoun filtre ne laissait pas passer les lumiegraveres de sa couleur propre car crsquoest la couleur dont est perccedilue le filtre Un conflit cognitif est alors provoqueacute afin de deacuteconstruire cette conception les eacutelegraveves observent que la lumiegravere coloreacutee nrsquoest pas absorbeacutee par le filtre mais qursquoelle se propage bien jusqursquoagrave lrsquoeacutecran blanc

En introduction de lrsquoactiviteacute 4 une nouvelle situation-shyproblegraveme est preacutesenteacutee par le biais drsquoune image montrant que la couleur drsquoun objet peut varier en fonction de la lumiegravere coloreacutee par laquelle il est eacuteclaireacute Elle servira agrave provoquer un conflit cognitif chez les eacutelegraveves car cette situation intervient apregraves une phase drsquohypothegravese reacutepondant agrave la question suivante un objet peut-shyil avoir diffeacuterentes couleurs La reacuteponse donneacutee par lrsquoimage contredira probablement lrsquohypothegravese preacuteceacutedemment formuleacutee et devrait susciter de la curiositeacute chez lrsquoeacutelegraveve et lui donner lrsquoenvie de comprendre le pheacutenomegravene Nous deacutemontrons ensuite tout au long de lrsquoactiviteacute 4 sur les lumiegraveres coloreacutees que crsquoest le pheacutenomegravene drsquoabsorption et de reacuteflection de la lumiegravere qui nous permet de voir la couleur des objets et non pas la lumiegravere blanche Crsquoest donc par le biais de ces deacuteconstructions successives de conceptions que lrsquoenseignant peut guider les eacutelegraveves sur la voie de la reacutesolution du problegraveme de lrsquoorigine de ces contradictions dans le but drsquoeacutetablir le lien entre les diffeacuterents cadres de rationaliteacute

42 Modeacutelisation

421 Deacutefinition

Un modegravele est communeacutement deacutefini comme un objet ou un concept qui va permettre de repreacutesenter la reacutealiteacute de diffeacuterentes maniegraveres Bunge (1974) ou encore Martinand (1994) le deacutefinissent eacutegalement comme un moyen permettant de mettre en relation le monde theacuteorique avec le monde empirique Il peut ecirctre consideacutereacute en quelque sorte comme un monde intermeacutediaire ou une sorte de lunette conceptuelle (Halloun 2004) qui va permettre drsquoobserver des pheacutenomegravenes naturels Un modegravele ne constitue pas la reacutealiteacute mais la repreacutesente en simplifiant certains de ses aspects ce qui peut causer des conflits pour les repreacutesentations cognitives chez lrsquoeacutelegraveve

422 La modeacutelisation dans notre seacutequence Dans notre planification la modeacutelisation est centrale afin de conceptualiser des pheacutenomegravenes complexes comme la composition de la lumiegravere et la perception des couleurs Elle est lrsquooutil qui permet drsquoamener les eacutelegraveves agrave se faccedilonner une repreacutesentation de la deacutecomposition de la lumiegravere blanche de labsorption de la lumiegravere agrave travers les filtres et des synthegraveses additive et soustractive des couleurs

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De plus elle constitue un objectif de formation meacutethodologique qui va de pair avec toute formation scientifique Crsquoest pourquoi nous avons inclus la modeacutelisation dans les objectifs drsquoapprentissage Dans la terminologie du PER la modeacutelisation correspond agrave lrsquoobjectif geacuteneacuteral MSN37

bull MSN 1525 mdash Modeacuteliser des pheacutenomegravenes naturels techniques sociaux ou des situations matheacutematiques

bull en imaginant et en utilisant divers outils de repreacutesentation (codes scheacutemas graphiques tableauxhellip)

Lrsquoactiviteacute 2 propose aux eacutelegraveves de reporter les couleurs observeacutees sur trois cercles superposeacutes En les coloriant les eacutelegraveves reacutealisent en reacutealiteacute une forme simple de modeacutelisation par un diagramme de Venn de la synthegravese additive Il nous a sembleacute pertinent drsquointroduire ce scheacutema de cette maniegravere car ainsi les eacutelegraveves comprennent reacuteellement qursquoil correspond agrave la lumiegravere projeteacutee et superposeacutee sur un eacutecran En derniegravere partie drsquoactiviteacute les eacutelegraveves se familiarisent avec un logiciel de modeacutelisation de la synthegravese additive 3

Lrsquoutilisation drsquoun modegravele dans ce cas est indispensable pour des raisons pratiques Il serait en effet tregraves difficile de faire des observations similaires avec un dispositif reacuteel constitueacute de projecteurs et drsquoun eacutecran comme dans la premiegravere partie drsquoactiviteacute Nous avons veilleacute agrave choisir un logiciel simple drsquousage sur lequel seules deux manipulations sont possibles allumereacuteteindre les projecteurs et varier leurs intensiteacutes Ainsi il est possible pour les eacutelegraveves de faire rapidement et sans difficulteacutes de lrsquoordre du registre seacutemiotique la deacuteduction attendue les diffeacuterentes couleurs srsquoobtiennent par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

Dans lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves sont ameneacutes agrave modeacuteliser lrsquoeffet drsquoun filtre sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee Ils ancrent ainsi le fonctionnement drsquoun filtre dans leur apprentissage et deacuteveloppent une meacutethodologie systeacutematique dans la reacutesolution de problegravemes mettant en scegravene des filtres Gracircce au modegravele deacuteveloppeacute les eacutelegraveves deacuteconstruisent deacutefinitivement leur eacuteventuelle conception erroneacutee selon laquelle un filtre absorberait sa propre couleur Lrsquoactiviteacute 43 a pour but que les eacutelegraveves modeacutelisent les pheacutenomegravenes de reacutefraction et drsquoabsorption en justifiant leur reacuteponse par un modegravele de reacuteponse Ce dernier comprend les couleurs RVB qui se reflegravetent ou qui sont absorbeacutees par une surface Ainsi lrsquoeacutelegraveve peut trouver une meacutethode systeacutematique de reacuteponse en testant les diffeacuterentes couleurs Gracircce agrave cette modeacutelisation et agrave celle de lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves comprennent que les fonctionnements des filtres et des lumiegraveres coloreacutees sont fondeacutes sur le mecircme principe

3(httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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43 Deacutemarche expeacuterimentale

431 Deacutefinition Pour de Vecchi il est important de ne pas confondre les notions lieacutees agrave lrsquoexpeacuterimental qui sont les suivantes

-shy Une deacutemarche scientifique nrsquoest pas exclusive au domaine des sciences expeacuterimentales mais peut aussi ecirctre mobiliseacutee dans les sciences humaines socialeshellip Elle utilise drsquoautres outils que lrsquoexpeacuterimentale Toute recherche digne de ce nom est de nature scientifique

-shy La meacutethode expeacuterimentale eacutequivaut plutocirct agrave un plan agrave suivre un mode drsquoemploi ou agrave une marche agrave suivre qui suit un ordre strict que lrsquoon peut aussi appeler protocole Par exemple parmi les plus ceacutelegravebres protocoles nous retrouvons celui de Claude Bernard (1865) que lrsquoon abregravege par les initiales OHERIC qui correspondent agrave observation hypothegravese expeacuterience reacutesultats interpreacutetation et conclusion De maniegravere geacuteneacuterale il srsquoagit du protocole caricatural que lrsquoon emploie le plus souvent dans les salles de classes

-shy Une deacutemarche expeacuterimentale est une approche plus reacutealiste moins stricte et integravegre

une approche plus tacirctonnante Il nrsquoest pas constitueacute drsquoeacutetapes preacutedeacutetermineacutees et est donc moins affecteacutee par les directives de lrsquoenseignant Il peut donc laisser des liberteacutes dans la maniegravere de reacutesoudre le problegraveme

432 La deacutemarche expeacuterimentale dans notre seacutequence Dans notre seacutequence la meacutethode expeacuterimentale est preacutesente de maniegravere partielle du scheacutema caricatural OHERIC nous nous inteacuteressons en particulier aux phases drsquoobservation et drsquoeacutemission drsquohypothegraveses Crsquoest pourquoi nous parlons donc plutocirct de ldquodeacutemarche expeacuterimentalerdquo En effet tout au long des diffeacuterentes activiteacutes il est reacuteguliegraverement demandeacute aux eacutelegraveves de formuler une hypothegravese agrave partir de leurs connaissances au preacutealable puis de faire de nouvelles observations en contexte expeacuterimental Crsquoest sur la base de ces derniegraveres qursquoils pourront reacutealiser leurs deacuteductions sur le pheacutenomegravene en question et construire de nouvelles conceptions Dans lrsquoactiviteacute 2 ce type de deacutemarche est central pour la creacuteation de la premiegravere situation-shyproblegraveme Par la suite la deacutemarche permet de guider les eacutelegraveves dans le processus de deacuteduction du fonctionnement geacuteneacuteral des diffeacuterents pheacutenomegravenes Dans lrsquoactiviteacute 41 par exemple les pheacutenomegravenes agrave deacuteduire sont la synthegravese soustractive et le fonctionnement de la lumiegravere coloreacutee Lrsquoemploi drsquoobjets familiers permet un ancrage dans le quotidien

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Dans lrsquoactiviteacute 3 lrsquoeacutetude de lrsquoeffet des filtres constitue agrave son tour un deacutemarche expeacuterimentale En effet les eacutelegraveves doivent tout drsquoabord eacutemettre leurs hypothegraveses puis les veacuterifient par lrsquoexpeacuterimentation et ses reacutesultats provoquant probablement un conflit cognitif avant drsquoen conclure lrsquoeffet drsquoun filtre Dans lrsquoactiviteacute 42 nous retrouvons toujours le mecircme principe de deacutemarche expeacuterimentale Les eacutelegraveves formulent des hypothegraveses sur la couleur perccedilue de diffeacuterents mots coloreacutes eacuteclaireacutes par une lumiegravere coloreacutee puis les veacuterifient lors de la phase drsquoobservation La confrontation entre leurs attentes lieacutees agrave leurs conceptions et la reacutealiteacute creacutee le conflit cognitif rechercheacute

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5 Conclusion Pour seacutelectionner notre thegraveme et eacutelaborer notre seacutequence nous nous sommes fondeacutes sur les objectifs du PER et crsquoest sur lrsquooptique que notre choix srsquoest porteacute Le savoir savant auquel nous nous sommes reacutefeacutereacutes comprend principalement des concepts lieacutes agrave la lumiegravere tels que les photons les ondes eacutelectromagneacutetiques ainsi que les spectres drsquoeacutemission et drsquoabsorption Nous avons transposeacute ce savoir en un savoir enseignable par le biais drsquoun travail de contextualisation et de reacuteadaptation Nous avons eacuteteacute ameneacutes agrave remplacer des modegraveles scientifiques (par exemple les modegraveles de synthegraveses additive et soustractive) par des modegraveles accessibles agrave un niveau scolaire et agrave changer les conditions drsquoeacutemergence des problegravemes Ainsi notre travail de transposition consistait agrave montrer aux eacutelegraveves la partie eacutemergeacutee de lrsquoiceberg du concept de couleur le reacutesultat apparent plutocirct que lrsquoorigine eacutelectromagneacutetique Tout au long de la seacutequence et par le biais de situations-shyproblegravemes et de diffeacuterentes eacutetapes de reacutesolution des activiteacutes les eacutelegraveves ont eacuteteacute guideacutes dans le processus de construction de leur apprentissage En nous focalisant sur les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves nous avons eacutelaboreacute nos exercices de maniegravere agrave proposer des situations deacuteclenchantes afin de faciliter le transfert de la responsabiliteacute de la reacutesolution des problegravemes aux eacutelegraveves Cette derniegravere srsquoeffectue par des deacutemarches drsquoexpeacuterimentation mais surtout de modeacutelisation

Dans notre sceacutenario les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave deux types de donneacutees theacuteoriques et empiriques Drsquoune part ils ont agrave disposition deux theacuteories principales la premiegravere est que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs de lrsquoarc-shyen-shyciel tandis que la seconde deacutecrit l a maniegravere dont la couleur drsquoun objet deacutepend des couleurs qursquoil va absorber Drsquoautre part ils disposent de donneacutees empiriques qursquoils sont ameneacutes agrave reacutecolter en superposant des lumiegraveres de diffeacuterentes couleurs en meacutelangeant de la peinture et en projetant de la lumiegravere coloreacutee sur diffeacuterents objets coloreacutes Dans le cadre drsquoune deacutemarche drsquoexpeacuterimentation ils ont eacutemis des hypothegraveses observeacute manipuleacute du mateacuteriel utiliseacute des appliquettes en ligne et veacuterifieacute leurs reacutesultats Crsquoest ainsi les modegraveles que nous avons preacutesenteacutes et que les eacutelegraveves ont eacutelaboreacutes vont ecirctre des ponts qui vont relier le monde theacuteorique et le monde empirique Par ailleurs nous avons eacuteteacute attentifs agrave la seacutemiotique lors de nos choix des repreacutesentations utiliseacutees nous nous sommes reacutefeacutereacutes agrave la notion de registre seacutemiotique afin drsquoeacutelaborer des scheacutemas nrsquoengendrant pas de difficulteacutes de lecture chez les eacutelegraveves

Nous avons analyseacute lrsquoorigine des conceptions erroneacutees et avons remarqueacute qursquoelles eacutetaient principalement dues agrave des repreacutesentations concourantes engendreacutees par les diffeacuterents contextes et cadres de rationaliteacutes dans lesquelles les eacutelegraveves eacutevoluent Notre sceacutenario permet aux eacutelegraveves drsquoeacutetablir des liens entre ces diffeacuterents cadres et de construire une nouvelle repreacutesentation de la couleur celle drsquoun objet de la physique

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

6 Bibliographie

Astolfi J Ginsburger-shyVogel Y amp Toussaint J (2008) Mots-shycleacutes de la didactique des sciences De Boeck Supeacuterieur Beaufils D Ramage M-shyJ DidaScO (2004) Simulation informatique et enseignement de la physique regards didactiques Universiteacute Paris-shySud Centre scientifique drsquoOrsay -shy 91405 Orsay Cedex Brahic A Grenier I ( 2008) Lumiegraveres deacutetoiles les couleurs invisibles Odile Jacob Brousseau G (1998) Glossaire de quelques concepts de la theacuteorie des situations didactiques en matheacutematiques DAEST-shy Faculteacute des Sciences de lHomme-shyUniversiteacute Victor Segalen Bordeaux 2 Bunge M (1975) Philosophie de la physique Paris France Editions du Seuil Chevallard Y amp Johsua M-shyA (1986) Transposition didactique  Du savoir savant au savoir enseigneacute -shy Un exemple drsquoanalyse de la transposition didactique Penseacutee sauvage Chevallard Y A du texte Chevallard Y A du texte Chevallard Y amp Johsua M-shyA A du texte (1991) La transposition didactique  du savoir savant au savoir enseigneacute Suivi de Un exemple de la transposition didactique ([2e eacuted revue et augm]) Yves Chevallard  Yves Chevallard et Marie-shyAlberte Johsua [texte imprimeacute] Retrieved October 19 2016 de Vecchi G (2006) Enseigner lrsquoexpeacuterimental en classe  Pour une veacuteritable eacuteducation scientifique Hachette Editions (p 221-shy229) de Vecchi G (2006) Enseigner lrsquoexpeacuterimental en classe  Pour une veacuteritable eacuteducation scientifique Hachette Editions (p 55 -shy65) de Saussure F (2005) Cours de linguistique geacuteneacuterale Arbres drsquoOr Develay M (1987) A propos de la transposition didactique en sciences biologiques Aster [ISSN 0297-shy9373] 1987 Ndeg 4 p 119 Duval R (1988) Eacutecarts seacutemantiques et coheacuterence matheacutematique introduction aux problegravemes de congruences in Annales de Didactique et de Sciences Cognitives de lIREM de Strasbourg Giordan A Girault Y et Clement P (1994) Conceptions et connaissance Peter Lang Halloun I A (2004) Modeling theory in science education Dordrecht Holland Kluwer Academic Publishers Kane J Sternheim M (1989) Cours QCM exemple et exercices corrigeacutes -shy 1er cycle Licence PCEM PCEP Physique 3egraveme eacutedition revue par Philipe Ghosez Maryse Hoebeke et Gabriel Llabreacutes DUNOD Lerouge A (1992) Repreacutesentation carteacutesienne rationaliteacute matheacutematique et rationaliteacute du quotidien chez des eacutelegraveves de collegravege Thegravese de doctorat Universiteacute Montpellier II Malafosse D Lerouge A Dusseau J-shyM (2000) Notions de registre et de cadre de rationaliteacute en inter-shydidactique des matheacutematiques et de la physiqu e Treacutema Martinand J-shyL (nd) Introduction agrave la modeacutelisation In Actes du seacuteminaire de didactique des disciplines technologiques Cachan (p 126ndash138)

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Meirieu P Avanzin Gi (1987) Apprendre oui mais comment Edition ESF Verret M (1975) Le temps des eacutetudes (Vols 1ndash2) Lille France Atelier Reproduction des thegraveses

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Page 28: Physique Optique Lescouleurs · Sciences naturelles Les couleurs 10 11 Harmos 1.Introduction Comme nous allons le détailler dans le chapitre 4, les conceptions erronées des élèves

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 3 Que devient la lumiegravere lorsqursquo‛elle traverse un filtre

Activiteacute 31 les lumiegraveres et filtres coloreacutes

Tu as appris lors du dernier cours que lrsquo‛on pouvait ldquoadditionnerrdquo des lumiegraveres coloreacutees

pour obtenir de nouvelles couleurs Nous pouvons modeacuteliser la lumiegravere blanche ainsi

Nous allons deacutecouvrir aujourdrsquo‛hui comment on peut ldquosoustrairerdquo des lumiegraveres coloreacutees

1) Lrsquo‛enseignant a installeacute trois filtres de couleur un rouge un vert un bleu ainsi qursquo‛un

eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-dessous

Image MER

Quelle couleur va-t-on observer sur lrsquo‛eacutecran si lrsquo‛on allume un par un les projecteurs

Remplis le tableau ci-dessous premiegraverement avec tes hypothegraveses concernant la couleur

obtenue sur lrsquo‛eacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Filtre traverseacute par la

lumiegravere blanche

Couleur obtenue ton

hypothegravese

Couleur observeacutee

Filtre bleu

Filtre rouge

Filtre vert

2) Selon toi quel est le rocircle du filtre coloreacute

_______________________________________________________________

3) Repreacutesente par un scheacutema le passage drsquo‛une lumiegravere blanche agrave travers un filtre rouge

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

4) Et quelle couleur observera-t-on si la lumiegravere blanche passe agrave travers un filtre rouge

puis agrave travers un filtre bleu Formule une hypothegravese puis applique ton modegravele

Hypothegravese __________________________________

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

Activiteacute 32 Qursquo‛obtient-on avec drsquo‛autres filtres

a) Tu disposes maintenant drsquo‛une lampe diffusant de la lumiegravere blanche et de filtres

cyan magenta et jaune Manipule-les les uns apregraves les autres puis en les superposant

pour deacutecouvrir leurs effets sur la lumiegravere blanche

b) A lrsquo‛aide de couleurs et en trsquo‛appuyant sur tes observations scheacutematise ci-dessous

lrsquo‛action des filtres sur une lumiegravere blanche

Activiteacute 33 Deux synthegraveses Similitudes et diffeacuterences

a) Utilise ce logiciel pour comparer les synthegraveses additive et soustractive

httpwwwostralonet3_animationsswfsynthese_couleursswf

a) Quelles similitudes observes-tu entre les synthegraveses additive et soustractive

________________________________________________________________

d) Et quelles diffeacuterences

_______________________________________________________________

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 3 Que devient la lumiegravere lorsqursquo‛elle traverse un filtre

(corrigeacute)

Activiteacute 31 les lumiegraveres et filtres coloreacutes

Tu as appris lors du dernier cours que lrsquo‛on pouvait ldquoadditionnerrdquo des lumiegraveres coloreacutees

pour obtenir de nouvelles couleurs Nous pouvons modeacuteliser la lumiegravere blanche ainsi

Nous allons deacutecouvrir aujourdrsquo‛hui comment on peut ldquosoustrairerdquo des lumiegraveres coloreacutees

1) Lrsquo‛enseignant a installeacute trois filtres de couleur un rouge un vert un bleu ainsi qursquo‛un

eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-dessous

Image MER

Quelle couleur va-t-on observer sur lrsquo‛eacutecran si lrsquo‛on allume un par un les projecteurs

Remplis le tableau ci-dessous premiegraverement avec tes hypothegraveses concernant la couleur

obtenue sur lrsquo‛eacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Filtre traverseacute par la

lumiegravere blanche

Couleur obtenue ton

hypothegravese

Couleur observeacutee

Filtre bleu bleu

Filtre rouge rouge

Filtre vert vert

2) Selon toi quel est le rocircle du filtre coloreacute

_______________________________________________________________

Un filtre coloreacute ne transmet que les rayons de sa couleur et absorbe les autres

3) Repreacutesente par un scheacutema le passage drsquo‛une lumiegravere blanche agrave travers un filtre rouge

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

4) Et quelle couleur observera-t-on si la lumiegravere blanche passe agrave travers un filtre rouge

puis agrave travers un filtre bleu Formule une hypothegravese puis applique ton modegravele

Hypothegravese __________________________________

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

Activiteacute 32 Qursquo‛obtient-on avec drsquo‛autres filtres

a) Tu disposes maintenant drsquo‛une lampe diffusant de la lumiegravere blanche et de filtres

cyan magenta et jaune Manipule-les les uns apregraves les autres puis en les superposant

pour deacutecouvrir leurs effets sur la lumiegravere blanche

b) A lrsquo‛aide de couleurs et en trsquo‛appuyant sur tes observations scheacutematise ci-dessous

lrsquo‛action des filtres sur une lumiegravere blanche

Pex 1 Magenta 2 Jaune 3 Cyan 4 Rouge 5 Vert 6 Bleu 7 Noir

Activiteacute 33 Deux synthegraveses Similitudes et diffeacuterences

a) Utilise ce logiciel pour comparer les synthegraveses additive et soustractive

httpwwwostralonet3_animationsswfsynthese_couleursswf

a) Quelles similitudes observes-tu entre les synthegraveses additive et soustractive

________________________________________________________________

Les mecircmes triplets de couleurs sont preacutesents dans les deux synthegraveses (RVB - CMJ)

d) Et quelles diffeacuterences

________________________________________________________________

1 Les couleurs primaires de lrsquo‛un sont les couleurs compleacutementaires de lrsquo‛autre

2 Lrsquo‛addition des lumiegraveres coloreacutees rouge verte et bleue donne du blanc la

soustraction totale par des filtres cyan magenta et jaune donne du noir

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 4 Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Rappel

1 Nous pouvons reacutesumer la composition de la lumiegravere blanche aux 3 couleurs primaires le rouge le vert et le bleu Ce sont des couleurs qui ne peuvent pas ecirctre creacuteeacutees Ce sont elles qui composent les autres couleurs Crsquo‛est agrave dire qursquo‛en les meacutelangeant on peut obtenir les autres couleurs le cyan est composeacute du bleu et du vert le magenta est composeacute du bleu et du rouge et le jaune est composeacute du vert et du rouge

Theacuteorie

Le sujet que nous allons traiter aujourdrsquo‛hui concerne la couleur de lrsquo‛objet Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Formule une hypothegravese ____________________________________________

Observe la photo projeteacutee par lrsquo‛enseignant

Que retiens-tu de cette photo _______________________________________________________________ La lumiegravere coloreacutee qui est refleacuteteacutee par un objet correspond agrave la lumiegravere non absorbeacutee

Ici toutes les lumiegraveres coloreacutees sont absorbeacutees sauf le bleu qui lui est refleacuteteacute La couleur propre de lrsquo‛objet sera le bleu

En effet un objet absorbe ou reflegravete diffeacuterentes lumiegraveres coloreacutees Crsquo‛est cette lumiegravere coloreacutee refleacuteteacutee que nous verrons

Activiteacute 41

Reacuteponds agrave ces diffeacuterentes questions dans le tableau ci-dessous De quelle couleur verras-tu cet objet Confronte ton ideacutee avec ton voisin De quelle couleur le vois-tu reacuteellement

Couleur de lrsquo‛objet

Couleur de la lumiegravere

Hypothegravese formuleacutee

Observation

rouge Magenta

cyan Vert

jaune Bleu

Par quel pheacutenomegravene peut-on observer ce changement de couleur ___________________________________

Quelle deacuteductions peux-tu faire _________________________________________________________________

Activiteacute 42

Marche agrave suivre

1 Eacutecris sur une feuille blanche le nom des 2 couleurs que ton enseignant te donne avec la peinture qui y correspond

2 Pendant que ces mots segravechent remplis les colonnes ldquocouleur du mot 1rdquo et ldquocouleur du mot 2rdquo et ldquocouleur de la feuillerdquo agrave la lumiegravere blanche

3 Formule tes hypothegraveses note-les au crayon agrave papier en petit 4 Eacuteclaire tes mots agrave lrsquo‛aide de lumiegraveres coloreacutees 5 Note tes observations

Lumiegravere coloreacutee

Couleur du mot 1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur du mot 2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur de la feuille helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Blanche

Rouge

Verte

Bleue

Magenta

Cyan

Jaune

Activiteacute 43

Tu observes un drapeau eacuteclaireacute par une lumiegravere blanche Puis tu observes ce mecircme drapeau eacuteclaireacute par deux lumiegraveres coloreacutees diffeacuterentes Trouve la lumiegravere coloreacutee utiliseacutee dans chaque cas et justifie ta reacuteponse par la modeacutelisation vue preacuteceacutedemment

Lumiegravere blanche Lumiegravere coloreacutee 1 Lumiegravere coloreacutee 2

De quelle couleur est la premiegravere lumiegravere coloreacutee ___________________________

Modeacutelisation 1

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________

Modeacutelisation 2

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 4 Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur (corrigeacute) Rappel

2 Nous pouvons reacutesumer la composition de la lumiegravere blanche aux 3 couleurs primaires le rouge le vert et le bleu Ce sont des couleurs qui ne peuvent pas ecirctre creacuteeacutees Ce sont elles qui composent les autres couleurs Crsquo‛est agrave dire qursquo‛en les meacutelangeant on peut obtenir les autres couleurs le cyan est composeacute du bleu et du vert le magenta est composeacute du bleu et du rouge et le jaune est composeacute du vert et du rouge

Theacuteorie

Le sujet que nous allons traiter aujourdrsquo‛hui concerne la couleur de lrsquo‛objet Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Formule une hypothegravese ____________________________________________ Projeter cette image elle napparaicirct pas dans le cours de lrsquo‛eacutelegraveve

Que retiens-tu de cette photo _______________________________________________________________ La lumiegravere coloreacutee qui est refleacuteteacutee par un objet correspond agrave la lumiegravere non absorbeacutee

Ici toutes les lumiegraveres coloreacutees sont absorbeacutees sauf le bleu qui lui est refleacuteteacute La couleur propre de lrsquo‛objet sera le bleu

En effet un objet absorbe ou reflegravete diffeacuterentes lumiegraveres coloreacutees Crsquo‛est cette lumiegravere coloreacutee refleacuteteacutee que nous verrons

Activiteacute 41

Reacuteponds agrave ces diffeacuterentes questions dans le tableau ci-dessous De quelle couleur penses-tu que tu verras cet objet Confronte ton ideacutee avec ton voisin De quelle couleur le vois-tu reacuteellement

Couleur de lrsquo‛objet

Couleur de la lumiegravere

Hypothegravese formuleacutee

Observation

rouge Magenta (rouge)

cyan Vert (vert)

jaune Bleu (noir)

Par quel pheacutenomegravene peut-on observer ce changement de couleur ___________________________________ (synthegravese soustractive)

Quelle deacuteductions peux-tu faire (fonctionne comme un filtre) _________________________________________________________________

Activiteacute 42

Marche agrave suivre

6 Eacutecris sur une feuille blanche le nom des 2 couleurs que ton enseignant te donne avec la peinture qui y correspond

7 Pendant que ces mots segravechent remplis les colonnes ldquocouleur du mot 1rdquo et ldquocouleur du mot 2rdquo et ldquocouleur de la feuillerdquo agrave la lumiegravere blanche

8 Formule tes hypothegraveses note-les au crayon agrave papier en petit 9 Eacuteclaire tes mots agrave lrsquo‛aide de lumiegraveres coloreacutees 10 Note tes observations

Lumiegravere coloreacutee

Couleur du mot 1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur du mot 2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur de la feuille helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Blanche

Rouge

Verte

Bleue

Magenta

Cyan

Jaune

Activiteacute 43

Tu observes un drapeau eacuteclaireacute par une lumiegravere blanche Puis tu observes ce mecircme drapeau eacuteclaireacute par deux lumiegraveres coloreacutees diffeacuterentes Trouve la lumiegravere coloreacutee utiliseacutee dans chaque cas et justifie ta reacuteponse par la modeacutelisation vue preacuteceacutedemment

Lumiegravere blanche Lumiegravere coloreacutee 1 Lumiegravere coloreacutee 2

De quelle couleur est la premiegravere lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Bleu)

Modeacutelisation 1

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Vert)

Modeacutelisation 2

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Fiches de synthegravese Les couleurs Activiteacute 2 Reacutesumeacute theacuteorique pour les eacutelegraveves Le modegravele trichromique et la synthegravese additive des couleurs La couleur nrsquo‛existe pas sans lumiegravere et lrsquo‛on peut dire que lrsquo‛on perccediloit le monde gracircce aux meacutelanges de ces couleurs qui correspondent aux diffeacuterentes composantes de la lumiegravere Lorsque lrsquo‛on parle de la perception des couleurs on srsquo‛aperccediloit que seules trois lumiegraveres primaires de couleurs rouge vert et bleu sont neacutecessaires pour obtenir la sensation de toutes les autres couleurs Cette maniegravere de modeacuteliser la perception des couleurs est ce qursquo‛on appelle le modegravele trichromique (lsquorsquo‛trois couleursrsquo‛rsquo‛) Dans cette repreacutesentation toutes les autres lumiegraveres coloreacutees sont perccedilues par superposition des trois lumiegraveres rouge verte et bleue La superposition simultaneacutee et en dosage identique des trois couleurs donne de la lumiegravere blanche Le noir correspond agrave une absence de lumiegravere

Illustration du modegravele

Image MER

Lrsquo‛image montre trois projecteurs de lumiegraveres rouge verte et bleue eacuteclairant une table blanche Si les trois couleurs sont projeteacutees en intensiteacute identique nous obtenons par superposition trois autres couleurs le cyan le magenta et le jaune Les couleurs primaires et les couleurs obtenues sont codeacutees sur lrsquo‛image puis reacutecapituleacutees dans le tableau ci-dessous

Image MER

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Si nous modifions le dosage des couleurs eacuteleacutementaires il est possible drsquo‛obtenir toutes les couleurs imaginables Le pheacutenomegravene de perception des couleurs par superposition des trois couleurs primaires se nomme synthegravese additive les couleurs sont additionneacutees entre elles pour permettre la synthegravese drsquo‛autres couleurs

Drsquo‛ailleurs si lrsquo‛on observe au microscope un eacutecran blanc de smartphone ou drsquo‛ordinateur on remarque qursquo‛il est en fait constitueacute drsquo‛un grand nombre de minuscules rectangles de lumiegraveres rouge verte et bleue (voir image ci-contre) Crsquo‛est justement par un jeu de dosage de chacune de ces lumiegraveres que lrsquo‛on perccediloit les diffeacuterentes couleurs sur nos eacutecrans

Pourquoi un modegravele sur trois couleurs La raison pour laquelle les scientifiques ont construit ce modegravele sur trois couleurs est directement lieacutee agrave la structure de notre œil En effet ce dernier contient des cellules sensibles agrave la lumiegravere que lrsquo‛on appelle cocircnes et bacirctonnets Alors que les bacirctonnets perccediloivent les intensiteacutes de lumiegravere les cocircnes nous permettent de percevoir les couleurs Cependant ils ne sont sensibles qursquo‛agrave certaines composantes de la lumiegravere blanche celles correspondant justement aux couleurs rouge vert et bleu Lorsque lrsquo‛on regarde un objet notre cerveau analyse le dosage de chacune de ces composantes perccedilues par notre œil et en interpregravete ainsi la couleur de lrsquo‛objet

Qursquo‛est-ce que le daltonisme Certaines personnes preacutesentent une anomalie de la vision qui les empecircche de distinguer certaines couleurs Drsquo‛origine geacuteneacutetique ce trouble est ducirc agrave un dysfonctionnement des cocircnes preacutesents dans la reacutetine Bien que la plupart des personnes daltoniennes aient de la peine agrave distinguer le vert du rouge drsquo‛autres ne distinguent pas drsquo‛autres couleurs Dans certaines formes de daltonisme le monde est perccedilu par la personne atteinte en teintes de gris

Sciences naturelles Optique synthegravese soustractive et additive

La synthegravese additive est le proceacutedeacute gracircce

auquel en combinant les couleurs

___________ ___________ et ___________

on obtient du blanc

On la retrouve lorsque lrsquoon meacutelange des

lumiegraveres coloreacutees composeacutees de ces 3 couleurs

diffeacuterentes car les laquo additionner raquo donne la

lumiegravere blanche

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon exploite aujourdrsquohui

pour les teacuteleacuteviseurs ou tout eacutecran composeacute de

pixels

La synthegravese soustractive consiste agrave soustraire

les couleurs de la lumiegravere blanche (RVB) agrave

travers des filtres de couleurs ___________

___________ et ___________ qui absorbent la

totaliteacute des couleurs de la lumiegravere blanche pour

un rendu noir au final (absence de lumiegravere)

Lrsquo __________________ des 3 couleurs donne

le ____________

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon retrouve par exemple en

meacutelangeant de la peinture notamment en

imprimerie

Sciences naturelles Optique les filtres

Qursquoest-shyce qursquoun filtre coloreacute et comment fonctionne-shyt-shyil

Un filtre est un dispositif qui permet de filtrer la lumiegravere de laisser passer certains rayons

lumineux et drsquoen absorber drsquoautres

Pour savoir quelles lumiegravere coloreacutees le filtre laisse passer il faut lrsquoobserver agrave la lumiegravere

blanche

Le filtre laissera alors passer uniquement les rayons lumineux de sa couleur propre

Par exemple

Un filtre vert laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee verte

Un filtre magenta laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee magenta crsquoest agrave dire les rayons rouge et bleu

Pour connaicirctre la lumiegravere coloreacutee qui ldquosortrdquo du filtre il faut donc

deacutecomposer la lumiegravere qui arrive sur ce filtre et en soustraire les

rayons qui sont absorbeacutes par le filtre On se reacutefegravere alors au modegravele de

la synthegravese soustractive

Image httpswww123couleursfrboutique-shy1filtres-shycolorC3A9s

Tableau reacutecapitulatif

Sciences naturelles Optique les filtres

Modeacutelisation

Nous pouvons modeacuteliser lrsquoaction drsquoun filtre

1 Noter la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur le filtre

2 Deacutecomposer la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur filtre et la coder (en RVB)

3 Repreacutesenter le filtre et coder les rayons absorbeacutes par le filtre 4 Prolonger les rayons lumineux coloreacutes que le filtre laisse passer et les coder (en RVB)

5 Noter la lumiegravere coloreacutee qui sort du filtre

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre magenta sur la lumiegravere blanche

Lorsque plusieurs filtres sont superposeacutes ou aligneacutes il faut modeacuteliser lrsquoaction du premier filtre

sur la lumiegravere projeteacutee puis lrsquoaction du deuxiegraveme filtre sur la lumiegravere qui sort du premier filtre

etc

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre cyan puis drsquoun filtre vert sur la lumiegravere jaune

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

De quelle couleur apparaicirctra un objet de couleur eacuteclaireacute par une lumiegravere coloreacutee

Il y 3 cas

1) Un objet de couleur blanche renvoie toutes les couleurs il apparaicirctra de la couleur eacuteclaireacutee

2) Un objet de couleur noire absorbe toutes les couleurs Peu importe la couleur avec laquelle

lrsquoobjet est eacuteclaireacute lrsquoobjet apparaicirct de couleur noire

3) Pour un objet de couleur il suffit de deacutecomposer les couleurs secondaires par exemple

Jrsquoai un objet jaune

Je lui projette une lumiegravere magenta

Or jaune = rouge + vert

et magenta = bleu + rouge

Le rouge est commun au jaune et au magenta donc lrsquoobjet paraicirctra rouge

En revanche si la lumiegravere est bleue comme il nrsquoy a pas de bleu dans le jaune lrsquoobjet paraicirctra

noir

1

Tableau reacutecapitulatif

1 httpscommunitygoodgamestudioscombigfarmfrdiscussion51685langage-shy‐des-shy‐couleurs

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

Modegravele de reacuteponse

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

______

______

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

______

______

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation avec propositions

de reacuteponses)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

(rouge vert bleu Nous percevons les diffeacuterentes couleurs agrave partir de ces trois couleurs) ________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

(Explication relative aux cocircnes et bacirctonnets de lrsquo‛oeil)

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Corrigeacute vert bleu blanc cyan

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________ (vert)

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________ (bleu)

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________ (aucunenoir)

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

(selon modegravele eacutetudieacute)

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

(les deux selon que lrsquo‛on parle de synthegravese additive ou soustractive)

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

Bleu

______

Bleu

______

Noir

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________ (lumiegravere rouge)

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

Noir

______

Rouge

______

Rouge

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

(Bleu)

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

(selon modegravele eacutetudieacute)

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

(Explication citant la synthegravese soustractive et lrsquo‛effet des lumiegraveres coloreacutees

concerneacutees sur le haut du cambrioleur)

Evaluation - Analyse

Ce commentaire comprend les diffeacuterents objectifs eacutevalueacutes ainsi que ce qui est attendu

preacuteciseacutement des eacutelegraveves et les niveaux taxonomiques correspondants

Ce sont des pistes drsquo‛eacutevaluation qui sont ici proposeacutees non une eacutevaluation suivie

Exercice 1

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- Mettre en lien des notions theacuteoriques apprises en cours (cocircnes et

bacirctonnets de lrsquo‛oeil) avec drsquo‛autres (synthegravese additive)

Lrsquo‛eacutevaluation deacutebute par deux questions au niveau taxonomique peu eacuteleveacute La

premiegravere de lrsquo‛ordre de la compreacutehension demande aux eacutelegraveves de restituer une

connaissance de base agrave lrsquo‛aide de leurs propres mots La deuxiegraveme propose de

tester les connaissances theacuteoriques des eacutelegraveves en veacuterifiant que des liens entre

deux notions aient eacuteteacute faits

Exercice 2

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutedire la couleur perccedilue en fonction des meacutelanges de couleurs RVB

- deacutechiffrer un scheacutema et les codes de la repreacutesentation de la trajectoire

des lumiegraveres coloreacutees

Le deuxiegraveme exercice relegraveve du niveau taxonomique de lrsquo‛application car il

neacutecessite une compreacutehension de la maniegravere de repreacutesenter la lumiegravere (scheacutema de

la trajectoire rectiligne codes de couleurs RVB) et drsquo‛appliquer ce modegravele tout en

utilisant les connaissances des couleurs fondamentales et compleacutementaires de la

synthegravese additive

Exercice 3

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet drsquo‛un filtre sur une lumiegravere coloreacutee agrave lrsquo‛aide des codes

propres agrave lrsquo‛optique

Lrsquo‛exercice 3 relegraveve de lrsquo‛application car les eacutelegraveves se reacutefegraverent agrave la modeacutelisation

eacutetablie durant le cours et au diagramme de Venn de la synthegravese soustractive et

les adaptent aux items preacutesenteacutes

Exercice 4

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- mettre en perspective la distinction entre synthegravese additive et

soustractive en terme de lsquorsquo‛naturersquo‛rsquo‛ de la couleur (couleurs matiegraveres vs

couleurs lumiegraveres)

Cet exercice requiert des eacutelegraveves qursquo‛ils mobilisent leur faculteacute drsquo‛analyse (niveau

taxonomique plutocirct eacuteleveacute) pour expliquer les diffeacuterences entre les

repreacutesentations de la couleur en arts visuels et en physique Le but est qursquo‛ils

reconnaissent qursquo‛il srsquo‛agit dans le premier cas de la synthegravese soustractive et dans

le second cas de la synthegravese additive

Exercice 5

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutevoir la couleur perccedilue drsquo‛un objet en fonction des lumiegraveres coloreacutees

projeteacutees et coder le pheacutenomegravene

Les eacutelegraveves appliquent la modeacutelisation drsquo‛une lumiegravere coloreacutee sur un objet coloreacute

pour deacuteterminer la couleur perccedilue du drapeau franccedilais Cette question fait

reacutefeacuterence agrave un niveau taxonomique bas Puis ils trouvent la lumiegravere coloreacutee qui

permet de voir les deux drapeaux preacutesenteacutes de la mecircme couleur Ils trouveront

cette reacuteponse en modeacutelisant les lumiegraveres coloreacutees sur lrsquo‛objet de couleur

Plusieurs scheacutemas sont neacutecessaires pour trouver la reacuteponse Crsquo‛est une question

taxonomiquement haute qui demande aux eacutelegraveves de faire une synthegravese

Exercice 6

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet de la lumiegravere coloreacutee sur un objet et en deacuteduire la

couleur perccedilue

- justifier sa reacuteponse avec des mots en faisant la synthegravese des diffeacuterents

concepts vus dans la seacutequence de cours

Les eacutelegraveves doivent comprendre ce qursquo‛ils lisent et deacuteterminer la couleur propre du

haut du cambrioleur Cette question est taxonomiquement haute elle demande de

lrsquo‛analyse Puis ils justifient leur reacuteponse par le modegravele de lrsquo‛effet de la lumiegravere

coloreacutee sur un objet Cette question est drsquo‛un niveau taxonomique infeacuterieur

drsquo‛application Finalement ils deacuteterminent pourquoi la description de la jeune fille

ne correspond pas agrave la couleur propre en faisant le lien avec la synthegravese

soustractive demandant un niveau taxonomiquement tregraves eacuteleveacute la synthegravese

Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

4 Argumentation scientifique Nous avons choisi de construire notre seacutequence de cours de maniegravere agrave ce qursquoelle srsquoinscrive dans une deacutemarche constructiviste de type piageacutetienne Dans cette deacutemarche lrsquoenseignant anticipe les conceptions erroneacutees que les eacutelegraveves peuvent avoir puis eacutetablit une situation-shyproblegraveme permettant ideacutealement de deacuteconstruire ces repreacutesentations incomplegravetes puis finalement drsquoen construire de nouvelles plus justes Dans ce qui suit nous allons deacutefinir ces diffeacuterents concepts mis en eacutevidence puis expliciter la maniegravere dont nous les avons pris en compte dans notre planification

41 Les conceptions des eacutelegraveves et les situations-shyproblegravemes

411 Deacutefinitions Conception Selon Giordan et al (1994) une conception ou repreacutesentation peut ecirctre consideacutereacutee comme une ideacutee un objet ou un eacutevegravenement qui aide lrsquoeacutelegraveve agrave comprendre le monde qui lrsquoentoure Elle est le fruit de son expeacuterience personnelle dans laquelle il va puiser pour comprendre les nouveaux savoirs que lrsquoon va chercher agrave lui inculquer Elle peut ecirctre consideacutereacutee comme une connaissance ldquodeacutejagrave-shylagraverdquo acquise dans un certain contexte par lrsquoapprenant et qui peut ecirctre correcte ou erroneacutee Les mauvaises conceptions (ou misconception en anglais) peuvent donc ecirctre deacutecrites comme des ideacutees qui proviennent drsquoune mauvaise compreacutehension drsquoobjets ou eacutevegravenements Elles sont issues principalement de lrsquoenvironnement avec lequel lrsquoeacutelegraveve interagit et du contexte dans lequel il se situe mais elles deacutecoulent eacutegalement des systegravemes seacutemiotiques mis en oeuvre Ces derniers sont abordeacutes plus en deacutetail dans ce qui suit Seacutemiologie En seacutemiologie (lrsquoeacutetude des systegravemes de signes) une repreacutesentation (ou un signe) est double elle est doteacutee drsquoun signifiant et drsquoun signifieacute (de Saussure 1916) Le signifiant qui fait lrsquoobjet de la seacutemiologie deacutesigne la forme et laspect du signe tandis que le signifieacute eacutetudieacute dans le cadre de la seacutemantique deacutesigne le concept eacutevoqueacute par le signe A partir du moment ougrave le signe possegravede plusieurs signifieacutes il devient symbole et crsquoest ainsi que les incompreacutehensions peuvent survenir Selon R Duval (1995) le concept de laquo registre seacutemiotique raquo permet de distinguer les repreacutesentations qui relegravevent de diffeacuterents registres ou types visuels numeacuteriques graphiques symboliques formels scheacutematiques etc En didactique ce concept est fondamental car les diffeacuterences de registre au sein drsquoune mecircme repreacutesentation ou drsquoun

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

modegravele peut induire des difficulteacutes de lecture Ils risquent drsquoajouter des difficulteacutes suppleacutementaires en empecircchant les eacutelegraveves de se focaliser sur le problegraveme poseacute par lrsquoactiviteacute et les menant agrave formuler des conclusions diffeacuterentes de celles attendues par lrsquoenseignant Crsquoest pour cela qursquoun choix pertinent de registre seacutemiotique facilite la compreacutehension du concept introduit Dans notre cours un exemple typique que nous pouvons donner est la forte ressemblance des diagrammes de Venn pour les synthegraveses additive et soustractive Dans les deux modegraveles les diagrammes sont communeacutement scheacutematiseacutes sous forme circulaire De plus bien que inverseacutees au niveau de leurs superpositions les mecircmes couleurs sont repreacutesenteacutees dans les deux diagrammes Ces similitudes peuvent rendre la diffeacuterenciation complexe pour les eacutelegraveves Crsquoest pourquoi nous avons estimeacute important drsquoapporter un changement agrave la repreacutesentation de ces diagrammes Ainsi dans lrsquoune de nos fiches de synthegravese nous avons preacutefeacutereacute utiliser des formes rectangulaires plutocirct que circulaires pour repreacutesenter la synthegravese soustractive car cette forme eacutevoque plus fortement le filtre et ainsi lrsquoabsorption de la lumiegravere Cadre de rationaliteacute origine des conceptions En srsquoappuyant sur les travaux de R Douady (1984) A Lerouge (1992) deacutefinit laquo un cadre de rationaliteacuteraquo comme laquoun ensemble coheacuterent de fonctionnement de la penseacuteeraquo caracteacuteriseacute principalement par les composantes suivantes

1 Les objets du cadre dans notre cas il peut srsquoagir de peinture de feuille de papier de lampes de poche de filtres etc

2 Le type de processus de conceptualisation Dans un cadre scientifique il peut srsquoagir drsquoun processus par modeacutelisation ou par expeacuterimentation par exemple

3 Les registres seacutemiotiques que nous avons traiteacutes plus haut Les conceptions des eacutelegraveves et les conflits de perceptions en reacutesultant sont issus des diffeacuterents cadres de rationaliteacute dans lesquels ils eacutevoluent Ce sont les cadres familiers (personnel) et culturels (eacutecole) qui sont responsable de ces conceptions et repreacutesentations mentales tantocirct concourantes tantocirct inexistantes voire erroneacutees Elles se manifestent principalement agrave travers la seacutemiotique Les eacutelegraveves eacuteprouvent de la difficulteacute agrave repreacutesenter des objets issus de registres seacutemiotiques diffeacuterents ou encore agrave simplement les reconnaicirctre Dans le contexte de notre seacutequence sur les couleurs ces cadres de rationaliteacute sont centraux En effet crsquoest dans son quotidien et donc dans son cadre familier que lrsquoeacutelegraveve va deacutecouvrir la notion de couleur notamment par le biais de la peinture ou drsquoobservation drsquoarc-shyen-shyciel Cette deacutecouverte qui a souvent lieu tregraves tocirct dans la vie de lrsquoenfant ne fera pourtant pas pour autant lrsquoobjet de questionnement sur le pheacutenomegravene de perception des couleurs La notion de cadre culturel ou scolaire quand agrave elle peut ecirctre eacutetendue dans notre cas agrave deux sous-shycateacutegories de cadres culturels diffeacuterents qui vont ecirctre agrave lrsquoorigine de conceptions erroneacutees ou incomplegravetes Premiegraverement il y a le cadre que nous appelons laquo arts visuelsraquo et qui a ses propres regravegles de rationaliteacutes Les cours de dessin ou drsquoactiviteacutes creacuteatrices en sont de parfaits exemples car crsquoest dans ce cadre que les eacutelegraveves vont premiegraverement aborder la

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

theacutematique des couleurs primaires et de leurs meacutelanges Mais cette theacutematique est eacutegalement abordeacutee dans le cadre laquophysiqueraquo agrave travers les expeacuteriences de deacutecomposition de la lumiegravere ou de superposition de lumiegraveres coloreacutees Ainsi nous retrouvons trois cadres de rationaliteacute concourants (familier physique arts visuels) dans lesquels les eacutelegraveves eacutevoluent et qui engendrent indubitablement des conceptions erroneacutees sur la lumiegravere et les couleurs puisque les eacutelegraveves ne sont pas ameneacutes agrave les diffeacuterencier dans chacun des cadres Et comme la communication entre les diffeacuterents cadres nrsquoest pas eacutetablie le lien agrave faire entre les diffeacuterentes conceptions issues de ces cadres est agrave la charge de lrsquoeacutelegraveve ce qui repreacutesente une lourde responsabiliteacute dans son apprentissage Astolfi (2008) appelle eacutegalement ces conceptions issues de diffeacuterents cadres des ldquotrames conceptuelles rdquoqui peuvent ecirctre deacutefinies comme ldquoun ensemble de concepts-shycleacutes propres agrave un domaine et logiquement hieacuterarchiseacutes entre eux qui structurent les disciplines et engendrent des situations-shyproblegravemesrdquo Mais encore on verra eacutemerger des problegravemes de contrat didactique dans chacun des cadres lrsquoeacutelegraveve va tenter de donner une reacuteponse qui va satisfaire lrsquoenseignant sans pour autant ecirctre ameneacute agrave confronter ses conceptions

Situation-shyproblegraveme Pour de Vecchi (2006) une situation-shyproblegraveme est une activiteacute qui consiste agrave mettre lrsquoeacutelegraveve dans une situation ougrave il va ecirctre ameneacute agrave eacutelaborer des strateacutegies de reacutesolution de problegraveme Lrsquoun des points cleacutes des situations-shyproblegravemes est qursquoelles eacutetablissent un lien eacutetroit entre les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves En drsquoautres termes une situation-shyproblegraveme est construite de telle sorte que les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave remettre en question des repreacutesentations actuelles qui srsquoavegraverent erroneacutees agrave les deacuteconstruire pour en construire de nouvelles Ainsi dans une deacutemarche de type constructiviste lrsquoeacutelegraveve construit son savoir en renversant ses anciennes conceptions Une situation-shyproblegraveme nrsquoest donc pas une deacutemarche ponctuelle dans laquelle lrsquoeacutelegraveve devra reacutesoudre une liste drsquoexercices teacuteleacuteguideacutee par lrsquoenseignant Ce qui justifie lrsquoefficaciteacute des situations problegravemes est qursquo laquoapprendreraquo ne consiste pas agrave cumuler les savoirs mais agrave en construire et agrave en deacuteconstruire

Une situation-shyproblegraveme doit comprendre plusieurs eacuteleacutements

-shy Un objectif-shyobstacle Pour Meirieu (1987) un objectif-shyobstacle est ldquoun objectif dont lrsquoacquisition permet au sujet de franchir un palier deacutecisif de progression en modifiant son systegraveme de repreacutesentation et en le faisant acceacuteder un niveau supeacuterieur de formulation rdquo Dans notre cas lrsquoeacutelegraveve pense que tous les meacutelanges de 3 couleurs primaires (de peinture ou de lumiegravere) vont donner le mecircme reacutesultat La distinction entre synthegraveses additive et soustractive nrsquoest pas connue des eacutelegraveves De plus projeter de la lumiegravere monochromatique sur un objet drsquoune certaine couleur ne donne pas toujours la mecircme couleur Lrsquoexemple avec le drapeau (activiteacute 4) est parlant

-shy Une situation centreacutee sur cet obstacle prenant en compte une deacutemarche expeacuterimentale ou une deacutemarche de modeacutelisation Dans notre cours les deux deacutemarches sont mises en oeuvre mais notre deacutemarche principale est la modeacutelisation Les eacutelegraveves vont effectivement ecirctre ameneacutes agrave eacutemettre des hypothegraveses manipuler reacutecolter des reacutesultats et les confronter agrave

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

leurs hypothegraveses mais il srsquoagit surtout drsquoune deacutemarche de modeacutelisation car les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave creacuteer des scheacutemas dans plusieurs exercices

-shy Une probleacutematisation et la deacutevolution on probleacutematise la conception erroneacutee en introduisant une situation-shyproblegraveme crsquoest-shyagrave-shydire qursquoon construit un problegraveme centreacute sur lrsquoobstacle La surprise face agrave une situation incoheacuterente va intriguer lrsquoeacutelegraveve exciter sa motivation et le pousser agrave vouloir srsquoimpliquer dans le problegraveme ce qui va aider sa deacutevolution Brousseau (1998) qualifie la notion de deacutevolution par le ldquo processus par lequel lenseignant parvient agrave placer leacutelegraveve comme simple actant dans une situation a-shydidactique (agrave modegravele non didactique) Il cherche par lagrave agrave ce que lrsquoaction de lrsquoeacutelegraveve ne soit produite et justifieacutee que par les neacutecessiteacutes du milieu et par ses connaissances et non par lrsquointerpreacutetation des proceacutedeacutes didactiques du professeurrdquo Pour enrocircler les eacutelegraveves et les aider agrave identifier la probleacutematique en met on place une situation deacuteclenchante Dans notre cas lrsquoexemple avec le meacutelange de peinture et de lumiegraveres coloreacutees est un parfait exemple de situation deacuteclenchante car les eacutelegraveves ne sattendent probablement pas par exemple agrave ce que le meacutelange de vert et bleu donne du cyan ou encore qursquoon perccediloive un citron noir lorsque lrsquoon projette de la lumiegravere bleue sur ce celui-shyci

412 La prise en compte des conceptions des eacutelegraveves dans notre seacutequence La theacutematique de la lumiegravere et des couleurs est complexe et comprend de nombreux concepts difficiles agrave assimiler En effet bon nombre de personnes ont des repreacutesentations erroneacutees qui peuvent rester profondeacutement ancreacutees Parmi les conceptions erroneacutees les plus communes on retrouve selon le site internet des MER

La lumiegravere blanche est sans couleur pure quand la lumiegravere blanche passe dans un prisme ou traverse un filtre de la couleur lui est ajouteacutee

La lumiegravere blanche nous permet de voir la vraie couleur des objets laquoMa feuille est blanche parce que je nai pas ajouteacute dautres couleurs agrave celle-shyciraquo

Les couleurs sont lieacutees agrave des proprieacuteteacutes de lrsquoobjet exclusivement sans reacutefeacuterence agrave la lumiegravere qui eacuteclaire lrsquoobjet Ne dit-shyon pas quun pull est rouge

Confusion entre les couleurs primaires en couleur peinture et en couleur lumiegravere

Dans notre planification nous avons anticipeacute ces conceptions et avons construit notre cours de maniegravere agrave ce qursquoelles soient mises en eacutevidence le plus tocirct possible afin de tenter de les deacuteconstruire agrave travers nos activiteacutes

Ainsi degraves deacutebut de lrsquoactiviteacute 2 les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave une situation-shyproblegraveme dans laquelle ils comprennent qursquoil existe une contradiction entre leur conception de deacutepart sur les meacutelanges de couleurs (issue de leurs cadres de rationaliteacute familier et scolaire lsquorsquoart visuelrsquorsquo) et leurs observations (nouveau cadre lsquorsquophysiquersquorsquo) Crsquoest sur la base de ce conflit cognitif que les diffeacuterentes notions de la seacutequence pourront ecirctre abordeacutees Les autres conceptions sont mises en eacutevidence puis deacuteconstruites agrave travers les diffeacuterentes activiteacutes Par exemple les

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activiteacutes du chapitre 3 permettent de montrer que la lumiegravere blanche nrsquoest pas pure mais qursquoelle est composeacutee de toutes les couleurs et ce gracircce agrave lrsquoobservation des objets agrave la lumiegravere blanche puis agrave travers un filtre

De plus lrsquoactiviteacute 3 srsquoarticule autour drsquoune conception erroneacutee repeacutereacutee dans certaines classes Bon nombre drsquoeacutelegraveves eacutetaient persuadeacutes qursquoun filtre ne laissait pas passer les lumiegraveres de sa couleur propre car crsquoest la couleur dont est perccedilue le filtre Un conflit cognitif est alors provoqueacute afin de deacuteconstruire cette conception les eacutelegraveves observent que la lumiegravere coloreacutee nrsquoest pas absorbeacutee par le filtre mais qursquoelle se propage bien jusqursquoagrave lrsquoeacutecran blanc

En introduction de lrsquoactiviteacute 4 une nouvelle situation-shyproblegraveme est preacutesenteacutee par le biais drsquoune image montrant que la couleur drsquoun objet peut varier en fonction de la lumiegravere coloreacutee par laquelle il est eacuteclaireacute Elle servira agrave provoquer un conflit cognitif chez les eacutelegraveves car cette situation intervient apregraves une phase drsquohypothegravese reacutepondant agrave la question suivante un objet peut-shyil avoir diffeacuterentes couleurs La reacuteponse donneacutee par lrsquoimage contredira probablement lrsquohypothegravese preacuteceacutedemment formuleacutee et devrait susciter de la curiositeacute chez lrsquoeacutelegraveve et lui donner lrsquoenvie de comprendre le pheacutenomegravene Nous deacutemontrons ensuite tout au long de lrsquoactiviteacute 4 sur les lumiegraveres coloreacutees que crsquoest le pheacutenomegravene drsquoabsorption et de reacuteflection de la lumiegravere qui nous permet de voir la couleur des objets et non pas la lumiegravere blanche Crsquoest donc par le biais de ces deacuteconstructions successives de conceptions que lrsquoenseignant peut guider les eacutelegraveves sur la voie de la reacutesolution du problegraveme de lrsquoorigine de ces contradictions dans le but drsquoeacutetablir le lien entre les diffeacuterents cadres de rationaliteacute

42 Modeacutelisation

421 Deacutefinition

Un modegravele est communeacutement deacutefini comme un objet ou un concept qui va permettre de repreacutesenter la reacutealiteacute de diffeacuterentes maniegraveres Bunge (1974) ou encore Martinand (1994) le deacutefinissent eacutegalement comme un moyen permettant de mettre en relation le monde theacuteorique avec le monde empirique Il peut ecirctre consideacutereacute en quelque sorte comme un monde intermeacutediaire ou une sorte de lunette conceptuelle (Halloun 2004) qui va permettre drsquoobserver des pheacutenomegravenes naturels Un modegravele ne constitue pas la reacutealiteacute mais la repreacutesente en simplifiant certains de ses aspects ce qui peut causer des conflits pour les repreacutesentations cognitives chez lrsquoeacutelegraveve

422 La modeacutelisation dans notre seacutequence Dans notre planification la modeacutelisation est centrale afin de conceptualiser des pheacutenomegravenes complexes comme la composition de la lumiegravere et la perception des couleurs Elle est lrsquooutil qui permet drsquoamener les eacutelegraveves agrave se faccedilonner une repreacutesentation de la deacutecomposition de la lumiegravere blanche de labsorption de la lumiegravere agrave travers les filtres et des synthegraveses additive et soustractive des couleurs

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De plus elle constitue un objectif de formation meacutethodologique qui va de pair avec toute formation scientifique Crsquoest pourquoi nous avons inclus la modeacutelisation dans les objectifs drsquoapprentissage Dans la terminologie du PER la modeacutelisation correspond agrave lrsquoobjectif geacuteneacuteral MSN37

bull MSN 1525 mdash Modeacuteliser des pheacutenomegravenes naturels techniques sociaux ou des situations matheacutematiques

bull en imaginant et en utilisant divers outils de repreacutesentation (codes scheacutemas graphiques tableauxhellip)

Lrsquoactiviteacute 2 propose aux eacutelegraveves de reporter les couleurs observeacutees sur trois cercles superposeacutes En les coloriant les eacutelegraveves reacutealisent en reacutealiteacute une forme simple de modeacutelisation par un diagramme de Venn de la synthegravese additive Il nous a sembleacute pertinent drsquointroduire ce scheacutema de cette maniegravere car ainsi les eacutelegraveves comprennent reacuteellement qursquoil correspond agrave la lumiegravere projeteacutee et superposeacutee sur un eacutecran En derniegravere partie drsquoactiviteacute les eacutelegraveves se familiarisent avec un logiciel de modeacutelisation de la synthegravese additive 3

Lrsquoutilisation drsquoun modegravele dans ce cas est indispensable pour des raisons pratiques Il serait en effet tregraves difficile de faire des observations similaires avec un dispositif reacuteel constitueacute de projecteurs et drsquoun eacutecran comme dans la premiegravere partie drsquoactiviteacute Nous avons veilleacute agrave choisir un logiciel simple drsquousage sur lequel seules deux manipulations sont possibles allumereacuteteindre les projecteurs et varier leurs intensiteacutes Ainsi il est possible pour les eacutelegraveves de faire rapidement et sans difficulteacutes de lrsquoordre du registre seacutemiotique la deacuteduction attendue les diffeacuterentes couleurs srsquoobtiennent par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

Dans lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves sont ameneacutes agrave modeacuteliser lrsquoeffet drsquoun filtre sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee Ils ancrent ainsi le fonctionnement drsquoun filtre dans leur apprentissage et deacuteveloppent une meacutethodologie systeacutematique dans la reacutesolution de problegravemes mettant en scegravene des filtres Gracircce au modegravele deacuteveloppeacute les eacutelegraveves deacuteconstruisent deacutefinitivement leur eacuteventuelle conception erroneacutee selon laquelle un filtre absorberait sa propre couleur Lrsquoactiviteacute 43 a pour but que les eacutelegraveves modeacutelisent les pheacutenomegravenes de reacutefraction et drsquoabsorption en justifiant leur reacuteponse par un modegravele de reacuteponse Ce dernier comprend les couleurs RVB qui se reflegravetent ou qui sont absorbeacutees par une surface Ainsi lrsquoeacutelegraveve peut trouver une meacutethode systeacutematique de reacuteponse en testant les diffeacuterentes couleurs Gracircce agrave cette modeacutelisation et agrave celle de lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves comprennent que les fonctionnements des filtres et des lumiegraveres coloreacutees sont fondeacutes sur le mecircme principe

3(httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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43 Deacutemarche expeacuterimentale

431 Deacutefinition Pour de Vecchi il est important de ne pas confondre les notions lieacutees agrave lrsquoexpeacuterimental qui sont les suivantes

-shy Une deacutemarche scientifique nrsquoest pas exclusive au domaine des sciences expeacuterimentales mais peut aussi ecirctre mobiliseacutee dans les sciences humaines socialeshellip Elle utilise drsquoautres outils que lrsquoexpeacuterimentale Toute recherche digne de ce nom est de nature scientifique

-shy La meacutethode expeacuterimentale eacutequivaut plutocirct agrave un plan agrave suivre un mode drsquoemploi ou agrave une marche agrave suivre qui suit un ordre strict que lrsquoon peut aussi appeler protocole Par exemple parmi les plus ceacutelegravebres protocoles nous retrouvons celui de Claude Bernard (1865) que lrsquoon abregravege par les initiales OHERIC qui correspondent agrave observation hypothegravese expeacuterience reacutesultats interpreacutetation et conclusion De maniegravere geacuteneacuterale il srsquoagit du protocole caricatural que lrsquoon emploie le plus souvent dans les salles de classes

-shy Une deacutemarche expeacuterimentale est une approche plus reacutealiste moins stricte et integravegre

une approche plus tacirctonnante Il nrsquoest pas constitueacute drsquoeacutetapes preacutedeacutetermineacutees et est donc moins affecteacutee par les directives de lrsquoenseignant Il peut donc laisser des liberteacutes dans la maniegravere de reacutesoudre le problegraveme

432 La deacutemarche expeacuterimentale dans notre seacutequence Dans notre seacutequence la meacutethode expeacuterimentale est preacutesente de maniegravere partielle du scheacutema caricatural OHERIC nous nous inteacuteressons en particulier aux phases drsquoobservation et drsquoeacutemission drsquohypothegraveses Crsquoest pourquoi nous parlons donc plutocirct de ldquodeacutemarche expeacuterimentalerdquo En effet tout au long des diffeacuterentes activiteacutes il est reacuteguliegraverement demandeacute aux eacutelegraveves de formuler une hypothegravese agrave partir de leurs connaissances au preacutealable puis de faire de nouvelles observations en contexte expeacuterimental Crsquoest sur la base de ces derniegraveres qursquoils pourront reacutealiser leurs deacuteductions sur le pheacutenomegravene en question et construire de nouvelles conceptions Dans lrsquoactiviteacute 2 ce type de deacutemarche est central pour la creacuteation de la premiegravere situation-shyproblegraveme Par la suite la deacutemarche permet de guider les eacutelegraveves dans le processus de deacuteduction du fonctionnement geacuteneacuteral des diffeacuterents pheacutenomegravenes Dans lrsquoactiviteacute 41 par exemple les pheacutenomegravenes agrave deacuteduire sont la synthegravese soustractive et le fonctionnement de la lumiegravere coloreacutee Lrsquoemploi drsquoobjets familiers permet un ancrage dans le quotidien

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Dans lrsquoactiviteacute 3 lrsquoeacutetude de lrsquoeffet des filtres constitue agrave son tour un deacutemarche expeacuterimentale En effet les eacutelegraveves doivent tout drsquoabord eacutemettre leurs hypothegraveses puis les veacuterifient par lrsquoexpeacuterimentation et ses reacutesultats provoquant probablement un conflit cognitif avant drsquoen conclure lrsquoeffet drsquoun filtre Dans lrsquoactiviteacute 42 nous retrouvons toujours le mecircme principe de deacutemarche expeacuterimentale Les eacutelegraveves formulent des hypothegraveses sur la couleur perccedilue de diffeacuterents mots coloreacutes eacuteclaireacutes par une lumiegravere coloreacutee puis les veacuterifient lors de la phase drsquoobservation La confrontation entre leurs attentes lieacutees agrave leurs conceptions et la reacutealiteacute creacutee le conflit cognitif rechercheacute

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

5 Conclusion Pour seacutelectionner notre thegraveme et eacutelaborer notre seacutequence nous nous sommes fondeacutes sur les objectifs du PER et crsquoest sur lrsquooptique que notre choix srsquoest porteacute Le savoir savant auquel nous nous sommes reacutefeacutereacutes comprend principalement des concepts lieacutes agrave la lumiegravere tels que les photons les ondes eacutelectromagneacutetiques ainsi que les spectres drsquoeacutemission et drsquoabsorption Nous avons transposeacute ce savoir en un savoir enseignable par le biais drsquoun travail de contextualisation et de reacuteadaptation Nous avons eacuteteacute ameneacutes agrave remplacer des modegraveles scientifiques (par exemple les modegraveles de synthegraveses additive et soustractive) par des modegraveles accessibles agrave un niveau scolaire et agrave changer les conditions drsquoeacutemergence des problegravemes Ainsi notre travail de transposition consistait agrave montrer aux eacutelegraveves la partie eacutemergeacutee de lrsquoiceberg du concept de couleur le reacutesultat apparent plutocirct que lrsquoorigine eacutelectromagneacutetique Tout au long de la seacutequence et par le biais de situations-shyproblegravemes et de diffeacuterentes eacutetapes de reacutesolution des activiteacutes les eacutelegraveves ont eacuteteacute guideacutes dans le processus de construction de leur apprentissage En nous focalisant sur les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves nous avons eacutelaboreacute nos exercices de maniegravere agrave proposer des situations deacuteclenchantes afin de faciliter le transfert de la responsabiliteacute de la reacutesolution des problegravemes aux eacutelegraveves Cette derniegravere srsquoeffectue par des deacutemarches drsquoexpeacuterimentation mais surtout de modeacutelisation

Dans notre sceacutenario les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave deux types de donneacutees theacuteoriques et empiriques Drsquoune part ils ont agrave disposition deux theacuteories principales la premiegravere est que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs de lrsquoarc-shyen-shyciel tandis que la seconde deacutecrit l a maniegravere dont la couleur drsquoun objet deacutepend des couleurs qursquoil va absorber Drsquoautre part ils disposent de donneacutees empiriques qursquoils sont ameneacutes agrave reacutecolter en superposant des lumiegraveres de diffeacuterentes couleurs en meacutelangeant de la peinture et en projetant de la lumiegravere coloreacutee sur diffeacuterents objets coloreacutes Dans le cadre drsquoune deacutemarche drsquoexpeacuterimentation ils ont eacutemis des hypothegraveses observeacute manipuleacute du mateacuteriel utiliseacute des appliquettes en ligne et veacuterifieacute leurs reacutesultats Crsquoest ainsi les modegraveles que nous avons preacutesenteacutes et que les eacutelegraveves ont eacutelaboreacutes vont ecirctre des ponts qui vont relier le monde theacuteorique et le monde empirique Par ailleurs nous avons eacuteteacute attentifs agrave la seacutemiotique lors de nos choix des repreacutesentations utiliseacutees nous nous sommes reacutefeacutereacutes agrave la notion de registre seacutemiotique afin drsquoeacutelaborer des scheacutemas nrsquoengendrant pas de difficulteacutes de lecture chez les eacutelegraveves

Nous avons analyseacute lrsquoorigine des conceptions erroneacutees et avons remarqueacute qursquoelles eacutetaient principalement dues agrave des repreacutesentations concourantes engendreacutees par les diffeacuterents contextes et cadres de rationaliteacutes dans lesquelles les eacutelegraveves eacutevoluent Notre sceacutenario permet aux eacutelegraveves drsquoeacutetablir des liens entre ces diffeacuterents cadres et de construire une nouvelle repreacutesentation de la couleur celle drsquoun objet de la physique

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

6 Bibliographie

Astolfi J Ginsburger-shyVogel Y amp Toussaint J (2008) Mots-shycleacutes de la didactique des sciences De Boeck Supeacuterieur Beaufils D Ramage M-shyJ DidaScO (2004) Simulation informatique et enseignement de la physique regards didactiques Universiteacute Paris-shySud Centre scientifique drsquoOrsay -shy 91405 Orsay Cedex Brahic A Grenier I ( 2008) Lumiegraveres deacutetoiles les couleurs invisibles Odile Jacob Brousseau G (1998) Glossaire de quelques concepts de la theacuteorie des situations didactiques en matheacutematiques DAEST-shy Faculteacute des Sciences de lHomme-shyUniversiteacute Victor Segalen Bordeaux 2 Bunge M (1975) Philosophie de la physique Paris France Editions du Seuil Chevallard Y amp Johsua M-shyA (1986) Transposition didactique  Du savoir savant au savoir enseigneacute -shy Un exemple drsquoanalyse de la transposition didactique Penseacutee sauvage Chevallard Y A du texte Chevallard Y A du texte Chevallard Y amp Johsua M-shyA A du texte (1991) La transposition didactique  du savoir savant au savoir enseigneacute Suivi de Un exemple de la transposition didactique ([2e eacuted revue et augm]) Yves Chevallard  Yves Chevallard et Marie-shyAlberte Johsua [texte imprimeacute] Retrieved October 19 2016 de Vecchi G (2006) Enseigner lrsquoexpeacuterimental en classe  Pour une veacuteritable eacuteducation scientifique Hachette Editions (p 221-shy229) de Vecchi G (2006) Enseigner lrsquoexpeacuterimental en classe  Pour une veacuteritable eacuteducation scientifique Hachette Editions (p 55 -shy65) de Saussure F (2005) Cours de linguistique geacuteneacuterale Arbres drsquoOr Develay M (1987) A propos de la transposition didactique en sciences biologiques Aster [ISSN 0297-shy9373] 1987 Ndeg 4 p 119 Duval R (1988) Eacutecarts seacutemantiques et coheacuterence matheacutematique introduction aux problegravemes de congruences in Annales de Didactique et de Sciences Cognitives de lIREM de Strasbourg Giordan A Girault Y et Clement P (1994) Conceptions et connaissance Peter Lang Halloun I A (2004) Modeling theory in science education Dordrecht Holland Kluwer Academic Publishers Kane J Sternheim M (1989) Cours QCM exemple et exercices corrigeacutes -shy 1er cycle Licence PCEM PCEP Physique 3egraveme eacutedition revue par Philipe Ghosez Maryse Hoebeke et Gabriel Llabreacutes DUNOD Lerouge A (1992) Repreacutesentation carteacutesienne rationaliteacute matheacutematique et rationaliteacute du quotidien chez des eacutelegraveves de collegravege Thegravese de doctorat Universiteacute Montpellier II Malafosse D Lerouge A Dusseau J-shyM (2000) Notions de registre et de cadre de rationaliteacute en inter-shydidactique des matheacutematiques et de la physiqu e Treacutema Martinand J-shyL (nd) Introduction agrave la modeacutelisation In Actes du seacuteminaire de didactique des disciplines technologiques Cachan (p 126ndash138)

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Meirieu P Avanzin Gi (1987) Apprendre oui mais comment Edition ESF Verret M (1975) Le temps des eacutetudes (Vols 1ndash2) Lille France Atelier Reproduction des thegraveses

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Page 29: Physique Optique Lescouleurs · Sciences naturelles Les couleurs 10 11 Harmos 1.Introduction Comme nous allons le détailler dans le chapitre 4, les conceptions erronées des élèves

2) Selon toi quel est le rocircle du filtre coloreacute

_______________________________________________________________

3) Repreacutesente par un scheacutema le passage drsquo‛une lumiegravere blanche agrave travers un filtre rouge

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

4) Et quelle couleur observera-t-on si la lumiegravere blanche passe agrave travers un filtre rouge

puis agrave travers un filtre bleu Formule une hypothegravese puis applique ton modegravele

Hypothegravese __________________________________

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

Activiteacute 32 Qursquo‛obtient-on avec drsquo‛autres filtres

a) Tu disposes maintenant drsquo‛une lampe diffusant de la lumiegravere blanche et de filtres

cyan magenta et jaune Manipule-les les uns apregraves les autres puis en les superposant

pour deacutecouvrir leurs effets sur la lumiegravere blanche

b) A lrsquo‛aide de couleurs et en trsquo‛appuyant sur tes observations scheacutematise ci-dessous

lrsquo‛action des filtres sur une lumiegravere blanche

Activiteacute 33 Deux synthegraveses Similitudes et diffeacuterences

a) Utilise ce logiciel pour comparer les synthegraveses additive et soustractive

httpwwwostralonet3_animationsswfsynthese_couleursswf

a) Quelles similitudes observes-tu entre les synthegraveses additive et soustractive

________________________________________________________________

d) Et quelles diffeacuterences

_______________________________________________________________

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 3 Que devient la lumiegravere lorsqursquo‛elle traverse un filtre

(corrigeacute)

Activiteacute 31 les lumiegraveres et filtres coloreacutes

Tu as appris lors du dernier cours que lrsquo‛on pouvait ldquoadditionnerrdquo des lumiegraveres coloreacutees

pour obtenir de nouvelles couleurs Nous pouvons modeacuteliser la lumiegravere blanche ainsi

Nous allons deacutecouvrir aujourdrsquo‛hui comment on peut ldquosoustrairerdquo des lumiegraveres coloreacutees

1) Lrsquo‛enseignant a installeacute trois filtres de couleur un rouge un vert un bleu ainsi qursquo‛un

eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-dessous

Image MER

Quelle couleur va-t-on observer sur lrsquo‛eacutecran si lrsquo‛on allume un par un les projecteurs

Remplis le tableau ci-dessous premiegraverement avec tes hypothegraveses concernant la couleur

obtenue sur lrsquo‛eacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Filtre traverseacute par la

lumiegravere blanche

Couleur obtenue ton

hypothegravese

Couleur observeacutee

Filtre bleu bleu

Filtre rouge rouge

Filtre vert vert

2) Selon toi quel est le rocircle du filtre coloreacute

_______________________________________________________________

Un filtre coloreacute ne transmet que les rayons de sa couleur et absorbe les autres

3) Repreacutesente par un scheacutema le passage drsquo‛une lumiegravere blanche agrave travers un filtre rouge

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

4) Et quelle couleur observera-t-on si la lumiegravere blanche passe agrave travers un filtre rouge

puis agrave travers un filtre bleu Formule une hypothegravese puis applique ton modegravele

Hypothegravese __________________________________

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

Activiteacute 32 Qursquo‛obtient-on avec drsquo‛autres filtres

a) Tu disposes maintenant drsquo‛une lampe diffusant de la lumiegravere blanche et de filtres

cyan magenta et jaune Manipule-les les uns apregraves les autres puis en les superposant

pour deacutecouvrir leurs effets sur la lumiegravere blanche

b) A lrsquo‛aide de couleurs et en trsquo‛appuyant sur tes observations scheacutematise ci-dessous

lrsquo‛action des filtres sur une lumiegravere blanche

Pex 1 Magenta 2 Jaune 3 Cyan 4 Rouge 5 Vert 6 Bleu 7 Noir

Activiteacute 33 Deux synthegraveses Similitudes et diffeacuterences

a) Utilise ce logiciel pour comparer les synthegraveses additive et soustractive

httpwwwostralonet3_animationsswfsynthese_couleursswf

a) Quelles similitudes observes-tu entre les synthegraveses additive et soustractive

________________________________________________________________

Les mecircmes triplets de couleurs sont preacutesents dans les deux synthegraveses (RVB - CMJ)

d) Et quelles diffeacuterences

________________________________________________________________

1 Les couleurs primaires de lrsquo‛un sont les couleurs compleacutementaires de lrsquo‛autre

2 Lrsquo‛addition des lumiegraveres coloreacutees rouge verte et bleue donne du blanc la

soustraction totale par des filtres cyan magenta et jaune donne du noir

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 4 Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Rappel

1 Nous pouvons reacutesumer la composition de la lumiegravere blanche aux 3 couleurs primaires le rouge le vert et le bleu Ce sont des couleurs qui ne peuvent pas ecirctre creacuteeacutees Ce sont elles qui composent les autres couleurs Crsquo‛est agrave dire qursquo‛en les meacutelangeant on peut obtenir les autres couleurs le cyan est composeacute du bleu et du vert le magenta est composeacute du bleu et du rouge et le jaune est composeacute du vert et du rouge

Theacuteorie

Le sujet que nous allons traiter aujourdrsquo‛hui concerne la couleur de lrsquo‛objet Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Formule une hypothegravese ____________________________________________

Observe la photo projeteacutee par lrsquo‛enseignant

Que retiens-tu de cette photo _______________________________________________________________ La lumiegravere coloreacutee qui est refleacuteteacutee par un objet correspond agrave la lumiegravere non absorbeacutee

Ici toutes les lumiegraveres coloreacutees sont absorbeacutees sauf le bleu qui lui est refleacuteteacute La couleur propre de lrsquo‛objet sera le bleu

En effet un objet absorbe ou reflegravete diffeacuterentes lumiegraveres coloreacutees Crsquo‛est cette lumiegravere coloreacutee refleacuteteacutee que nous verrons

Activiteacute 41

Reacuteponds agrave ces diffeacuterentes questions dans le tableau ci-dessous De quelle couleur verras-tu cet objet Confronte ton ideacutee avec ton voisin De quelle couleur le vois-tu reacuteellement

Couleur de lrsquo‛objet

Couleur de la lumiegravere

Hypothegravese formuleacutee

Observation

rouge Magenta

cyan Vert

jaune Bleu

Par quel pheacutenomegravene peut-on observer ce changement de couleur ___________________________________

Quelle deacuteductions peux-tu faire _________________________________________________________________

Activiteacute 42

Marche agrave suivre

1 Eacutecris sur une feuille blanche le nom des 2 couleurs que ton enseignant te donne avec la peinture qui y correspond

2 Pendant que ces mots segravechent remplis les colonnes ldquocouleur du mot 1rdquo et ldquocouleur du mot 2rdquo et ldquocouleur de la feuillerdquo agrave la lumiegravere blanche

3 Formule tes hypothegraveses note-les au crayon agrave papier en petit 4 Eacuteclaire tes mots agrave lrsquo‛aide de lumiegraveres coloreacutees 5 Note tes observations

Lumiegravere coloreacutee

Couleur du mot 1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur du mot 2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur de la feuille helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Blanche

Rouge

Verte

Bleue

Magenta

Cyan

Jaune

Activiteacute 43

Tu observes un drapeau eacuteclaireacute par une lumiegravere blanche Puis tu observes ce mecircme drapeau eacuteclaireacute par deux lumiegraveres coloreacutees diffeacuterentes Trouve la lumiegravere coloreacutee utiliseacutee dans chaque cas et justifie ta reacuteponse par la modeacutelisation vue preacuteceacutedemment

Lumiegravere blanche Lumiegravere coloreacutee 1 Lumiegravere coloreacutee 2

De quelle couleur est la premiegravere lumiegravere coloreacutee ___________________________

Modeacutelisation 1

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________

Modeacutelisation 2

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 4 Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur (corrigeacute) Rappel

2 Nous pouvons reacutesumer la composition de la lumiegravere blanche aux 3 couleurs primaires le rouge le vert et le bleu Ce sont des couleurs qui ne peuvent pas ecirctre creacuteeacutees Ce sont elles qui composent les autres couleurs Crsquo‛est agrave dire qursquo‛en les meacutelangeant on peut obtenir les autres couleurs le cyan est composeacute du bleu et du vert le magenta est composeacute du bleu et du rouge et le jaune est composeacute du vert et du rouge

Theacuteorie

Le sujet que nous allons traiter aujourdrsquo‛hui concerne la couleur de lrsquo‛objet Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Formule une hypothegravese ____________________________________________ Projeter cette image elle napparaicirct pas dans le cours de lrsquo‛eacutelegraveve

Que retiens-tu de cette photo _______________________________________________________________ La lumiegravere coloreacutee qui est refleacuteteacutee par un objet correspond agrave la lumiegravere non absorbeacutee

Ici toutes les lumiegraveres coloreacutees sont absorbeacutees sauf le bleu qui lui est refleacuteteacute La couleur propre de lrsquo‛objet sera le bleu

En effet un objet absorbe ou reflegravete diffeacuterentes lumiegraveres coloreacutees Crsquo‛est cette lumiegravere coloreacutee refleacuteteacutee que nous verrons

Activiteacute 41

Reacuteponds agrave ces diffeacuterentes questions dans le tableau ci-dessous De quelle couleur penses-tu que tu verras cet objet Confronte ton ideacutee avec ton voisin De quelle couleur le vois-tu reacuteellement

Couleur de lrsquo‛objet

Couleur de la lumiegravere

Hypothegravese formuleacutee

Observation

rouge Magenta (rouge)

cyan Vert (vert)

jaune Bleu (noir)

Par quel pheacutenomegravene peut-on observer ce changement de couleur ___________________________________ (synthegravese soustractive)

Quelle deacuteductions peux-tu faire (fonctionne comme un filtre) _________________________________________________________________

Activiteacute 42

Marche agrave suivre

6 Eacutecris sur une feuille blanche le nom des 2 couleurs que ton enseignant te donne avec la peinture qui y correspond

7 Pendant que ces mots segravechent remplis les colonnes ldquocouleur du mot 1rdquo et ldquocouleur du mot 2rdquo et ldquocouleur de la feuillerdquo agrave la lumiegravere blanche

8 Formule tes hypothegraveses note-les au crayon agrave papier en petit 9 Eacuteclaire tes mots agrave lrsquo‛aide de lumiegraveres coloreacutees 10 Note tes observations

Lumiegravere coloreacutee

Couleur du mot 1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur du mot 2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur de la feuille helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Blanche

Rouge

Verte

Bleue

Magenta

Cyan

Jaune

Activiteacute 43

Tu observes un drapeau eacuteclaireacute par une lumiegravere blanche Puis tu observes ce mecircme drapeau eacuteclaireacute par deux lumiegraveres coloreacutees diffeacuterentes Trouve la lumiegravere coloreacutee utiliseacutee dans chaque cas et justifie ta reacuteponse par la modeacutelisation vue preacuteceacutedemment

Lumiegravere blanche Lumiegravere coloreacutee 1 Lumiegravere coloreacutee 2

De quelle couleur est la premiegravere lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Bleu)

Modeacutelisation 1

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Vert)

Modeacutelisation 2

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Fiches de synthegravese Les couleurs Activiteacute 2 Reacutesumeacute theacuteorique pour les eacutelegraveves Le modegravele trichromique et la synthegravese additive des couleurs La couleur nrsquo‛existe pas sans lumiegravere et lrsquo‛on peut dire que lrsquo‛on perccediloit le monde gracircce aux meacutelanges de ces couleurs qui correspondent aux diffeacuterentes composantes de la lumiegravere Lorsque lrsquo‛on parle de la perception des couleurs on srsquo‛aperccediloit que seules trois lumiegraveres primaires de couleurs rouge vert et bleu sont neacutecessaires pour obtenir la sensation de toutes les autres couleurs Cette maniegravere de modeacuteliser la perception des couleurs est ce qursquo‛on appelle le modegravele trichromique (lsquorsquo‛trois couleursrsquo‛rsquo‛) Dans cette repreacutesentation toutes les autres lumiegraveres coloreacutees sont perccedilues par superposition des trois lumiegraveres rouge verte et bleue La superposition simultaneacutee et en dosage identique des trois couleurs donne de la lumiegravere blanche Le noir correspond agrave une absence de lumiegravere

Illustration du modegravele

Image MER

Lrsquo‛image montre trois projecteurs de lumiegraveres rouge verte et bleue eacuteclairant une table blanche Si les trois couleurs sont projeteacutees en intensiteacute identique nous obtenons par superposition trois autres couleurs le cyan le magenta et le jaune Les couleurs primaires et les couleurs obtenues sont codeacutees sur lrsquo‛image puis reacutecapituleacutees dans le tableau ci-dessous

Image MER

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Si nous modifions le dosage des couleurs eacuteleacutementaires il est possible drsquo‛obtenir toutes les couleurs imaginables Le pheacutenomegravene de perception des couleurs par superposition des trois couleurs primaires se nomme synthegravese additive les couleurs sont additionneacutees entre elles pour permettre la synthegravese drsquo‛autres couleurs

Drsquo‛ailleurs si lrsquo‛on observe au microscope un eacutecran blanc de smartphone ou drsquo‛ordinateur on remarque qursquo‛il est en fait constitueacute drsquo‛un grand nombre de minuscules rectangles de lumiegraveres rouge verte et bleue (voir image ci-contre) Crsquo‛est justement par un jeu de dosage de chacune de ces lumiegraveres que lrsquo‛on perccediloit les diffeacuterentes couleurs sur nos eacutecrans

Pourquoi un modegravele sur trois couleurs La raison pour laquelle les scientifiques ont construit ce modegravele sur trois couleurs est directement lieacutee agrave la structure de notre œil En effet ce dernier contient des cellules sensibles agrave la lumiegravere que lrsquo‛on appelle cocircnes et bacirctonnets Alors que les bacirctonnets perccediloivent les intensiteacutes de lumiegravere les cocircnes nous permettent de percevoir les couleurs Cependant ils ne sont sensibles qursquo‛agrave certaines composantes de la lumiegravere blanche celles correspondant justement aux couleurs rouge vert et bleu Lorsque lrsquo‛on regarde un objet notre cerveau analyse le dosage de chacune de ces composantes perccedilues par notre œil et en interpregravete ainsi la couleur de lrsquo‛objet

Qursquo‛est-ce que le daltonisme Certaines personnes preacutesentent une anomalie de la vision qui les empecircche de distinguer certaines couleurs Drsquo‛origine geacuteneacutetique ce trouble est ducirc agrave un dysfonctionnement des cocircnes preacutesents dans la reacutetine Bien que la plupart des personnes daltoniennes aient de la peine agrave distinguer le vert du rouge drsquo‛autres ne distinguent pas drsquo‛autres couleurs Dans certaines formes de daltonisme le monde est perccedilu par la personne atteinte en teintes de gris

Sciences naturelles Optique synthegravese soustractive et additive

La synthegravese additive est le proceacutedeacute gracircce

auquel en combinant les couleurs

___________ ___________ et ___________

on obtient du blanc

On la retrouve lorsque lrsquoon meacutelange des

lumiegraveres coloreacutees composeacutees de ces 3 couleurs

diffeacuterentes car les laquo additionner raquo donne la

lumiegravere blanche

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon exploite aujourdrsquohui

pour les teacuteleacuteviseurs ou tout eacutecran composeacute de

pixels

La synthegravese soustractive consiste agrave soustraire

les couleurs de la lumiegravere blanche (RVB) agrave

travers des filtres de couleurs ___________

___________ et ___________ qui absorbent la

totaliteacute des couleurs de la lumiegravere blanche pour

un rendu noir au final (absence de lumiegravere)

Lrsquo __________________ des 3 couleurs donne

le ____________

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon retrouve par exemple en

meacutelangeant de la peinture notamment en

imprimerie

Sciences naturelles Optique les filtres

Qursquoest-shyce qursquoun filtre coloreacute et comment fonctionne-shyt-shyil

Un filtre est un dispositif qui permet de filtrer la lumiegravere de laisser passer certains rayons

lumineux et drsquoen absorber drsquoautres

Pour savoir quelles lumiegravere coloreacutees le filtre laisse passer il faut lrsquoobserver agrave la lumiegravere

blanche

Le filtre laissera alors passer uniquement les rayons lumineux de sa couleur propre

Par exemple

Un filtre vert laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee verte

Un filtre magenta laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee magenta crsquoest agrave dire les rayons rouge et bleu

Pour connaicirctre la lumiegravere coloreacutee qui ldquosortrdquo du filtre il faut donc

deacutecomposer la lumiegravere qui arrive sur ce filtre et en soustraire les

rayons qui sont absorbeacutes par le filtre On se reacutefegravere alors au modegravele de

la synthegravese soustractive

Image httpswww123couleursfrboutique-shy1filtres-shycolorC3A9s

Tableau reacutecapitulatif

Sciences naturelles Optique les filtres

Modeacutelisation

Nous pouvons modeacuteliser lrsquoaction drsquoun filtre

1 Noter la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur le filtre

2 Deacutecomposer la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur filtre et la coder (en RVB)

3 Repreacutesenter le filtre et coder les rayons absorbeacutes par le filtre 4 Prolonger les rayons lumineux coloreacutes que le filtre laisse passer et les coder (en RVB)

5 Noter la lumiegravere coloreacutee qui sort du filtre

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre magenta sur la lumiegravere blanche

Lorsque plusieurs filtres sont superposeacutes ou aligneacutes il faut modeacuteliser lrsquoaction du premier filtre

sur la lumiegravere projeteacutee puis lrsquoaction du deuxiegraveme filtre sur la lumiegravere qui sort du premier filtre

etc

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre cyan puis drsquoun filtre vert sur la lumiegravere jaune

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

De quelle couleur apparaicirctra un objet de couleur eacuteclaireacute par une lumiegravere coloreacutee

Il y 3 cas

1) Un objet de couleur blanche renvoie toutes les couleurs il apparaicirctra de la couleur eacuteclaireacutee

2) Un objet de couleur noire absorbe toutes les couleurs Peu importe la couleur avec laquelle

lrsquoobjet est eacuteclaireacute lrsquoobjet apparaicirct de couleur noire

3) Pour un objet de couleur il suffit de deacutecomposer les couleurs secondaires par exemple

Jrsquoai un objet jaune

Je lui projette une lumiegravere magenta

Or jaune = rouge + vert

et magenta = bleu + rouge

Le rouge est commun au jaune et au magenta donc lrsquoobjet paraicirctra rouge

En revanche si la lumiegravere est bleue comme il nrsquoy a pas de bleu dans le jaune lrsquoobjet paraicirctra

noir

1

Tableau reacutecapitulatif

1 httpscommunitygoodgamestudioscombigfarmfrdiscussion51685langage-shy‐des-shy‐couleurs

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

Modegravele de reacuteponse

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

______

______

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

______

______

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation avec propositions

de reacuteponses)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

(rouge vert bleu Nous percevons les diffeacuterentes couleurs agrave partir de ces trois couleurs) ________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

(Explication relative aux cocircnes et bacirctonnets de lrsquo‛oeil)

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Corrigeacute vert bleu blanc cyan

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________ (vert)

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________ (bleu)

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________ (aucunenoir)

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

(selon modegravele eacutetudieacute)

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

(les deux selon que lrsquo‛on parle de synthegravese additive ou soustractive)

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

Bleu

______

Bleu

______

Noir

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________ (lumiegravere rouge)

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

Noir

______

Rouge

______

Rouge

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

(Bleu)

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

(selon modegravele eacutetudieacute)

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

(Explication citant la synthegravese soustractive et lrsquo‛effet des lumiegraveres coloreacutees

concerneacutees sur le haut du cambrioleur)

Evaluation - Analyse

Ce commentaire comprend les diffeacuterents objectifs eacutevalueacutes ainsi que ce qui est attendu

preacuteciseacutement des eacutelegraveves et les niveaux taxonomiques correspondants

Ce sont des pistes drsquo‛eacutevaluation qui sont ici proposeacutees non une eacutevaluation suivie

Exercice 1

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- Mettre en lien des notions theacuteoriques apprises en cours (cocircnes et

bacirctonnets de lrsquo‛oeil) avec drsquo‛autres (synthegravese additive)

Lrsquo‛eacutevaluation deacutebute par deux questions au niveau taxonomique peu eacuteleveacute La

premiegravere de lrsquo‛ordre de la compreacutehension demande aux eacutelegraveves de restituer une

connaissance de base agrave lrsquo‛aide de leurs propres mots La deuxiegraveme propose de

tester les connaissances theacuteoriques des eacutelegraveves en veacuterifiant que des liens entre

deux notions aient eacuteteacute faits

Exercice 2

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutedire la couleur perccedilue en fonction des meacutelanges de couleurs RVB

- deacutechiffrer un scheacutema et les codes de la repreacutesentation de la trajectoire

des lumiegraveres coloreacutees

Le deuxiegraveme exercice relegraveve du niveau taxonomique de lrsquo‛application car il

neacutecessite une compreacutehension de la maniegravere de repreacutesenter la lumiegravere (scheacutema de

la trajectoire rectiligne codes de couleurs RVB) et drsquo‛appliquer ce modegravele tout en

utilisant les connaissances des couleurs fondamentales et compleacutementaires de la

synthegravese additive

Exercice 3

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet drsquo‛un filtre sur une lumiegravere coloreacutee agrave lrsquo‛aide des codes

propres agrave lrsquo‛optique

Lrsquo‛exercice 3 relegraveve de lrsquo‛application car les eacutelegraveves se reacutefegraverent agrave la modeacutelisation

eacutetablie durant le cours et au diagramme de Venn de la synthegravese soustractive et

les adaptent aux items preacutesenteacutes

Exercice 4

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- mettre en perspective la distinction entre synthegravese additive et

soustractive en terme de lsquorsquo‛naturersquo‛rsquo‛ de la couleur (couleurs matiegraveres vs

couleurs lumiegraveres)

Cet exercice requiert des eacutelegraveves qursquo‛ils mobilisent leur faculteacute drsquo‛analyse (niveau

taxonomique plutocirct eacuteleveacute) pour expliquer les diffeacuterences entre les

repreacutesentations de la couleur en arts visuels et en physique Le but est qursquo‛ils

reconnaissent qursquo‛il srsquo‛agit dans le premier cas de la synthegravese soustractive et dans

le second cas de la synthegravese additive

Exercice 5

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutevoir la couleur perccedilue drsquo‛un objet en fonction des lumiegraveres coloreacutees

projeteacutees et coder le pheacutenomegravene

Les eacutelegraveves appliquent la modeacutelisation drsquo‛une lumiegravere coloreacutee sur un objet coloreacute

pour deacuteterminer la couleur perccedilue du drapeau franccedilais Cette question fait

reacutefeacuterence agrave un niveau taxonomique bas Puis ils trouvent la lumiegravere coloreacutee qui

permet de voir les deux drapeaux preacutesenteacutes de la mecircme couleur Ils trouveront

cette reacuteponse en modeacutelisant les lumiegraveres coloreacutees sur lrsquo‛objet de couleur

Plusieurs scheacutemas sont neacutecessaires pour trouver la reacuteponse Crsquo‛est une question

taxonomiquement haute qui demande aux eacutelegraveves de faire une synthegravese

Exercice 6

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet de la lumiegravere coloreacutee sur un objet et en deacuteduire la

couleur perccedilue

- justifier sa reacuteponse avec des mots en faisant la synthegravese des diffeacuterents

concepts vus dans la seacutequence de cours

Les eacutelegraveves doivent comprendre ce qursquo‛ils lisent et deacuteterminer la couleur propre du

haut du cambrioleur Cette question est taxonomiquement haute elle demande de

lrsquo‛analyse Puis ils justifient leur reacuteponse par le modegravele de lrsquo‛effet de la lumiegravere

coloreacutee sur un objet Cette question est drsquo‛un niveau taxonomique infeacuterieur

drsquo‛application Finalement ils deacuteterminent pourquoi la description de la jeune fille

ne correspond pas agrave la couleur propre en faisant le lien avec la synthegravese

soustractive demandant un niveau taxonomiquement tregraves eacuteleveacute la synthegravese

Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

4 Argumentation scientifique Nous avons choisi de construire notre seacutequence de cours de maniegravere agrave ce qursquoelle srsquoinscrive dans une deacutemarche constructiviste de type piageacutetienne Dans cette deacutemarche lrsquoenseignant anticipe les conceptions erroneacutees que les eacutelegraveves peuvent avoir puis eacutetablit une situation-shyproblegraveme permettant ideacutealement de deacuteconstruire ces repreacutesentations incomplegravetes puis finalement drsquoen construire de nouvelles plus justes Dans ce qui suit nous allons deacutefinir ces diffeacuterents concepts mis en eacutevidence puis expliciter la maniegravere dont nous les avons pris en compte dans notre planification

41 Les conceptions des eacutelegraveves et les situations-shyproblegravemes

411 Deacutefinitions Conception Selon Giordan et al (1994) une conception ou repreacutesentation peut ecirctre consideacutereacutee comme une ideacutee un objet ou un eacutevegravenement qui aide lrsquoeacutelegraveve agrave comprendre le monde qui lrsquoentoure Elle est le fruit de son expeacuterience personnelle dans laquelle il va puiser pour comprendre les nouveaux savoirs que lrsquoon va chercher agrave lui inculquer Elle peut ecirctre consideacutereacutee comme une connaissance ldquodeacutejagrave-shylagraverdquo acquise dans un certain contexte par lrsquoapprenant et qui peut ecirctre correcte ou erroneacutee Les mauvaises conceptions (ou misconception en anglais) peuvent donc ecirctre deacutecrites comme des ideacutees qui proviennent drsquoune mauvaise compreacutehension drsquoobjets ou eacutevegravenements Elles sont issues principalement de lrsquoenvironnement avec lequel lrsquoeacutelegraveve interagit et du contexte dans lequel il se situe mais elles deacutecoulent eacutegalement des systegravemes seacutemiotiques mis en oeuvre Ces derniers sont abordeacutes plus en deacutetail dans ce qui suit Seacutemiologie En seacutemiologie (lrsquoeacutetude des systegravemes de signes) une repreacutesentation (ou un signe) est double elle est doteacutee drsquoun signifiant et drsquoun signifieacute (de Saussure 1916) Le signifiant qui fait lrsquoobjet de la seacutemiologie deacutesigne la forme et laspect du signe tandis que le signifieacute eacutetudieacute dans le cadre de la seacutemantique deacutesigne le concept eacutevoqueacute par le signe A partir du moment ougrave le signe possegravede plusieurs signifieacutes il devient symbole et crsquoest ainsi que les incompreacutehensions peuvent survenir Selon R Duval (1995) le concept de laquo registre seacutemiotique raquo permet de distinguer les repreacutesentations qui relegravevent de diffeacuterents registres ou types visuels numeacuteriques graphiques symboliques formels scheacutematiques etc En didactique ce concept est fondamental car les diffeacuterences de registre au sein drsquoune mecircme repreacutesentation ou drsquoun

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

modegravele peut induire des difficulteacutes de lecture Ils risquent drsquoajouter des difficulteacutes suppleacutementaires en empecircchant les eacutelegraveves de se focaliser sur le problegraveme poseacute par lrsquoactiviteacute et les menant agrave formuler des conclusions diffeacuterentes de celles attendues par lrsquoenseignant Crsquoest pour cela qursquoun choix pertinent de registre seacutemiotique facilite la compreacutehension du concept introduit Dans notre cours un exemple typique que nous pouvons donner est la forte ressemblance des diagrammes de Venn pour les synthegraveses additive et soustractive Dans les deux modegraveles les diagrammes sont communeacutement scheacutematiseacutes sous forme circulaire De plus bien que inverseacutees au niveau de leurs superpositions les mecircmes couleurs sont repreacutesenteacutees dans les deux diagrammes Ces similitudes peuvent rendre la diffeacuterenciation complexe pour les eacutelegraveves Crsquoest pourquoi nous avons estimeacute important drsquoapporter un changement agrave la repreacutesentation de ces diagrammes Ainsi dans lrsquoune de nos fiches de synthegravese nous avons preacutefeacutereacute utiliser des formes rectangulaires plutocirct que circulaires pour repreacutesenter la synthegravese soustractive car cette forme eacutevoque plus fortement le filtre et ainsi lrsquoabsorption de la lumiegravere Cadre de rationaliteacute origine des conceptions En srsquoappuyant sur les travaux de R Douady (1984) A Lerouge (1992) deacutefinit laquo un cadre de rationaliteacuteraquo comme laquoun ensemble coheacuterent de fonctionnement de la penseacuteeraquo caracteacuteriseacute principalement par les composantes suivantes

1 Les objets du cadre dans notre cas il peut srsquoagir de peinture de feuille de papier de lampes de poche de filtres etc

2 Le type de processus de conceptualisation Dans un cadre scientifique il peut srsquoagir drsquoun processus par modeacutelisation ou par expeacuterimentation par exemple

3 Les registres seacutemiotiques que nous avons traiteacutes plus haut Les conceptions des eacutelegraveves et les conflits de perceptions en reacutesultant sont issus des diffeacuterents cadres de rationaliteacute dans lesquels ils eacutevoluent Ce sont les cadres familiers (personnel) et culturels (eacutecole) qui sont responsable de ces conceptions et repreacutesentations mentales tantocirct concourantes tantocirct inexistantes voire erroneacutees Elles se manifestent principalement agrave travers la seacutemiotique Les eacutelegraveves eacuteprouvent de la difficulteacute agrave repreacutesenter des objets issus de registres seacutemiotiques diffeacuterents ou encore agrave simplement les reconnaicirctre Dans le contexte de notre seacutequence sur les couleurs ces cadres de rationaliteacute sont centraux En effet crsquoest dans son quotidien et donc dans son cadre familier que lrsquoeacutelegraveve va deacutecouvrir la notion de couleur notamment par le biais de la peinture ou drsquoobservation drsquoarc-shyen-shyciel Cette deacutecouverte qui a souvent lieu tregraves tocirct dans la vie de lrsquoenfant ne fera pourtant pas pour autant lrsquoobjet de questionnement sur le pheacutenomegravene de perception des couleurs La notion de cadre culturel ou scolaire quand agrave elle peut ecirctre eacutetendue dans notre cas agrave deux sous-shycateacutegories de cadres culturels diffeacuterents qui vont ecirctre agrave lrsquoorigine de conceptions erroneacutees ou incomplegravetes Premiegraverement il y a le cadre que nous appelons laquo arts visuelsraquo et qui a ses propres regravegles de rationaliteacutes Les cours de dessin ou drsquoactiviteacutes creacuteatrices en sont de parfaits exemples car crsquoest dans ce cadre que les eacutelegraveves vont premiegraverement aborder la

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

theacutematique des couleurs primaires et de leurs meacutelanges Mais cette theacutematique est eacutegalement abordeacutee dans le cadre laquophysiqueraquo agrave travers les expeacuteriences de deacutecomposition de la lumiegravere ou de superposition de lumiegraveres coloreacutees Ainsi nous retrouvons trois cadres de rationaliteacute concourants (familier physique arts visuels) dans lesquels les eacutelegraveves eacutevoluent et qui engendrent indubitablement des conceptions erroneacutees sur la lumiegravere et les couleurs puisque les eacutelegraveves ne sont pas ameneacutes agrave les diffeacuterencier dans chacun des cadres Et comme la communication entre les diffeacuterents cadres nrsquoest pas eacutetablie le lien agrave faire entre les diffeacuterentes conceptions issues de ces cadres est agrave la charge de lrsquoeacutelegraveve ce qui repreacutesente une lourde responsabiliteacute dans son apprentissage Astolfi (2008) appelle eacutegalement ces conceptions issues de diffeacuterents cadres des ldquotrames conceptuelles rdquoqui peuvent ecirctre deacutefinies comme ldquoun ensemble de concepts-shycleacutes propres agrave un domaine et logiquement hieacuterarchiseacutes entre eux qui structurent les disciplines et engendrent des situations-shyproblegravemesrdquo Mais encore on verra eacutemerger des problegravemes de contrat didactique dans chacun des cadres lrsquoeacutelegraveve va tenter de donner une reacuteponse qui va satisfaire lrsquoenseignant sans pour autant ecirctre ameneacute agrave confronter ses conceptions

Situation-shyproblegraveme Pour de Vecchi (2006) une situation-shyproblegraveme est une activiteacute qui consiste agrave mettre lrsquoeacutelegraveve dans une situation ougrave il va ecirctre ameneacute agrave eacutelaborer des strateacutegies de reacutesolution de problegraveme Lrsquoun des points cleacutes des situations-shyproblegravemes est qursquoelles eacutetablissent un lien eacutetroit entre les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves En drsquoautres termes une situation-shyproblegraveme est construite de telle sorte que les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave remettre en question des repreacutesentations actuelles qui srsquoavegraverent erroneacutees agrave les deacuteconstruire pour en construire de nouvelles Ainsi dans une deacutemarche de type constructiviste lrsquoeacutelegraveve construit son savoir en renversant ses anciennes conceptions Une situation-shyproblegraveme nrsquoest donc pas une deacutemarche ponctuelle dans laquelle lrsquoeacutelegraveve devra reacutesoudre une liste drsquoexercices teacuteleacuteguideacutee par lrsquoenseignant Ce qui justifie lrsquoefficaciteacute des situations problegravemes est qursquo laquoapprendreraquo ne consiste pas agrave cumuler les savoirs mais agrave en construire et agrave en deacuteconstruire

Une situation-shyproblegraveme doit comprendre plusieurs eacuteleacutements

-shy Un objectif-shyobstacle Pour Meirieu (1987) un objectif-shyobstacle est ldquoun objectif dont lrsquoacquisition permet au sujet de franchir un palier deacutecisif de progression en modifiant son systegraveme de repreacutesentation et en le faisant acceacuteder un niveau supeacuterieur de formulation rdquo Dans notre cas lrsquoeacutelegraveve pense que tous les meacutelanges de 3 couleurs primaires (de peinture ou de lumiegravere) vont donner le mecircme reacutesultat La distinction entre synthegraveses additive et soustractive nrsquoest pas connue des eacutelegraveves De plus projeter de la lumiegravere monochromatique sur un objet drsquoune certaine couleur ne donne pas toujours la mecircme couleur Lrsquoexemple avec le drapeau (activiteacute 4) est parlant

-shy Une situation centreacutee sur cet obstacle prenant en compte une deacutemarche expeacuterimentale ou une deacutemarche de modeacutelisation Dans notre cours les deux deacutemarches sont mises en oeuvre mais notre deacutemarche principale est la modeacutelisation Les eacutelegraveves vont effectivement ecirctre ameneacutes agrave eacutemettre des hypothegraveses manipuler reacutecolter des reacutesultats et les confronter agrave

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

leurs hypothegraveses mais il srsquoagit surtout drsquoune deacutemarche de modeacutelisation car les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave creacuteer des scheacutemas dans plusieurs exercices

-shy Une probleacutematisation et la deacutevolution on probleacutematise la conception erroneacutee en introduisant une situation-shyproblegraveme crsquoest-shyagrave-shydire qursquoon construit un problegraveme centreacute sur lrsquoobstacle La surprise face agrave une situation incoheacuterente va intriguer lrsquoeacutelegraveve exciter sa motivation et le pousser agrave vouloir srsquoimpliquer dans le problegraveme ce qui va aider sa deacutevolution Brousseau (1998) qualifie la notion de deacutevolution par le ldquo processus par lequel lenseignant parvient agrave placer leacutelegraveve comme simple actant dans une situation a-shydidactique (agrave modegravele non didactique) Il cherche par lagrave agrave ce que lrsquoaction de lrsquoeacutelegraveve ne soit produite et justifieacutee que par les neacutecessiteacutes du milieu et par ses connaissances et non par lrsquointerpreacutetation des proceacutedeacutes didactiques du professeurrdquo Pour enrocircler les eacutelegraveves et les aider agrave identifier la probleacutematique en met on place une situation deacuteclenchante Dans notre cas lrsquoexemple avec le meacutelange de peinture et de lumiegraveres coloreacutees est un parfait exemple de situation deacuteclenchante car les eacutelegraveves ne sattendent probablement pas par exemple agrave ce que le meacutelange de vert et bleu donne du cyan ou encore qursquoon perccediloive un citron noir lorsque lrsquoon projette de la lumiegravere bleue sur ce celui-shyci

412 La prise en compte des conceptions des eacutelegraveves dans notre seacutequence La theacutematique de la lumiegravere et des couleurs est complexe et comprend de nombreux concepts difficiles agrave assimiler En effet bon nombre de personnes ont des repreacutesentations erroneacutees qui peuvent rester profondeacutement ancreacutees Parmi les conceptions erroneacutees les plus communes on retrouve selon le site internet des MER

La lumiegravere blanche est sans couleur pure quand la lumiegravere blanche passe dans un prisme ou traverse un filtre de la couleur lui est ajouteacutee

La lumiegravere blanche nous permet de voir la vraie couleur des objets laquoMa feuille est blanche parce que je nai pas ajouteacute dautres couleurs agrave celle-shyciraquo

Les couleurs sont lieacutees agrave des proprieacuteteacutes de lrsquoobjet exclusivement sans reacutefeacuterence agrave la lumiegravere qui eacuteclaire lrsquoobjet Ne dit-shyon pas quun pull est rouge

Confusion entre les couleurs primaires en couleur peinture et en couleur lumiegravere

Dans notre planification nous avons anticipeacute ces conceptions et avons construit notre cours de maniegravere agrave ce qursquoelles soient mises en eacutevidence le plus tocirct possible afin de tenter de les deacuteconstruire agrave travers nos activiteacutes

Ainsi degraves deacutebut de lrsquoactiviteacute 2 les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave une situation-shyproblegraveme dans laquelle ils comprennent qursquoil existe une contradiction entre leur conception de deacutepart sur les meacutelanges de couleurs (issue de leurs cadres de rationaliteacute familier et scolaire lsquorsquoart visuelrsquorsquo) et leurs observations (nouveau cadre lsquorsquophysiquersquorsquo) Crsquoest sur la base de ce conflit cognitif que les diffeacuterentes notions de la seacutequence pourront ecirctre abordeacutees Les autres conceptions sont mises en eacutevidence puis deacuteconstruites agrave travers les diffeacuterentes activiteacutes Par exemple les

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

activiteacutes du chapitre 3 permettent de montrer que la lumiegravere blanche nrsquoest pas pure mais qursquoelle est composeacutee de toutes les couleurs et ce gracircce agrave lrsquoobservation des objets agrave la lumiegravere blanche puis agrave travers un filtre

De plus lrsquoactiviteacute 3 srsquoarticule autour drsquoune conception erroneacutee repeacutereacutee dans certaines classes Bon nombre drsquoeacutelegraveves eacutetaient persuadeacutes qursquoun filtre ne laissait pas passer les lumiegraveres de sa couleur propre car crsquoest la couleur dont est perccedilue le filtre Un conflit cognitif est alors provoqueacute afin de deacuteconstruire cette conception les eacutelegraveves observent que la lumiegravere coloreacutee nrsquoest pas absorbeacutee par le filtre mais qursquoelle se propage bien jusqursquoagrave lrsquoeacutecran blanc

En introduction de lrsquoactiviteacute 4 une nouvelle situation-shyproblegraveme est preacutesenteacutee par le biais drsquoune image montrant que la couleur drsquoun objet peut varier en fonction de la lumiegravere coloreacutee par laquelle il est eacuteclaireacute Elle servira agrave provoquer un conflit cognitif chez les eacutelegraveves car cette situation intervient apregraves une phase drsquohypothegravese reacutepondant agrave la question suivante un objet peut-shyil avoir diffeacuterentes couleurs La reacuteponse donneacutee par lrsquoimage contredira probablement lrsquohypothegravese preacuteceacutedemment formuleacutee et devrait susciter de la curiositeacute chez lrsquoeacutelegraveve et lui donner lrsquoenvie de comprendre le pheacutenomegravene Nous deacutemontrons ensuite tout au long de lrsquoactiviteacute 4 sur les lumiegraveres coloreacutees que crsquoest le pheacutenomegravene drsquoabsorption et de reacuteflection de la lumiegravere qui nous permet de voir la couleur des objets et non pas la lumiegravere blanche Crsquoest donc par le biais de ces deacuteconstructions successives de conceptions que lrsquoenseignant peut guider les eacutelegraveves sur la voie de la reacutesolution du problegraveme de lrsquoorigine de ces contradictions dans le but drsquoeacutetablir le lien entre les diffeacuterents cadres de rationaliteacute

42 Modeacutelisation

421 Deacutefinition

Un modegravele est communeacutement deacutefini comme un objet ou un concept qui va permettre de repreacutesenter la reacutealiteacute de diffeacuterentes maniegraveres Bunge (1974) ou encore Martinand (1994) le deacutefinissent eacutegalement comme un moyen permettant de mettre en relation le monde theacuteorique avec le monde empirique Il peut ecirctre consideacutereacute en quelque sorte comme un monde intermeacutediaire ou une sorte de lunette conceptuelle (Halloun 2004) qui va permettre drsquoobserver des pheacutenomegravenes naturels Un modegravele ne constitue pas la reacutealiteacute mais la repreacutesente en simplifiant certains de ses aspects ce qui peut causer des conflits pour les repreacutesentations cognitives chez lrsquoeacutelegraveve

422 La modeacutelisation dans notre seacutequence Dans notre planification la modeacutelisation est centrale afin de conceptualiser des pheacutenomegravenes complexes comme la composition de la lumiegravere et la perception des couleurs Elle est lrsquooutil qui permet drsquoamener les eacutelegraveves agrave se faccedilonner une repreacutesentation de la deacutecomposition de la lumiegravere blanche de labsorption de la lumiegravere agrave travers les filtres et des synthegraveses additive et soustractive des couleurs

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

De plus elle constitue un objectif de formation meacutethodologique qui va de pair avec toute formation scientifique Crsquoest pourquoi nous avons inclus la modeacutelisation dans les objectifs drsquoapprentissage Dans la terminologie du PER la modeacutelisation correspond agrave lrsquoobjectif geacuteneacuteral MSN37

bull MSN 1525 mdash Modeacuteliser des pheacutenomegravenes naturels techniques sociaux ou des situations matheacutematiques

bull en imaginant et en utilisant divers outils de repreacutesentation (codes scheacutemas graphiques tableauxhellip)

Lrsquoactiviteacute 2 propose aux eacutelegraveves de reporter les couleurs observeacutees sur trois cercles superposeacutes En les coloriant les eacutelegraveves reacutealisent en reacutealiteacute une forme simple de modeacutelisation par un diagramme de Venn de la synthegravese additive Il nous a sembleacute pertinent drsquointroduire ce scheacutema de cette maniegravere car ainsi les eacutelegraveves comprennent reacuteellement qursquoil correspond agrave la lumiegravere projeteacutee et superposeacutee sur un eacutecran En derniegravere partie drsquoactiviteacute les eacutelegraveves se familiarisent avec un logiciel de modeacutelisation de la synthegravese additive 3

Lrsquoutilisation drsquoun modegravele dans ce cas est indispensable pour des raisons pratiques Il serait en effet tregraves difficile de faire des observations similaires avec un dispositif reacuteel constitueacute de projecteurs et drsquoun eacutecran comme dans la premiegravere partie drsquoactiviteacute Nous avons veilleacute agrave choisir un logiciel simple drsquousage sur lequel seules deux manipulations sont possibles allumereacuteteindre les projecteurs et varier leurs intensiteacutes Ainsi il est possible pour les eacutelegraveves de faire rapidement et sans difficulteacutes de lrsquoordre du registre seacutemiotique la deacuteduction attendue les diffeacuterentes couleurs srsquoobtiennent par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

Dans lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves sont ameneacutes agrave modeacuteliser lrsquoeffet drsquoun filtre sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee Ils ancrent ainsi le fonctionnement drsquoun filtre dans leur apprentissage et deacuteveloppent une meacutethodologie systeacutematique dans la reacutesolution de problegravemes mettant en scegravene des filtres Gracircce au modegravele deacuteveloppeacute les eacutelegraveves deacuteconstruisent deacutefinitivement leur eacuteventuelle conception erroneacutee selon laquelle un filtre absorberait sa propre couleur Lrsquoactiviteacute 43 a pour but que les eacutelegraveves modeacutelisent les pheacutenomegravenes de reacutefraction et drsquoabsorption en justifiant leur reacuteponse par un modegravele de reacuteponse Ce dernier comprend les couleurs RVB qui se reflegravetent ou qui sont absorbeacutees par une surface Ainsi lrsquoeacutelegraveve peut trouver une meacutethode systeacutematique de reacuteponse en testant les diffeacuterentes couleurs Gracircce agrave cette modeacutelisation et agrave celle de lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves comprennent que les fonctionnements des filtres et des lumiegraveres coloreacutees sont fondeacutes sur le mecircme principe

3(httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

43 Deacutemarche expeacuterimentale

431 Deacutefinition Pour de Vecchi il est important de ne pas confondre les notions lieacutees agrave lrsquoexpeacuterimental qui sont les suivantes

-shy Une deacutemarche scientifique nrsquoest pas exclusive au domaine des sciences expeacuterimentales mais peut aussi ecirctre mobiliseacutee dans les sciences humaines socialeshellip Elle utilise drsquoautres outils que lrsquoexpeacuterimentale Toute recherche digne de ce nom est de nature scientifique

-shy La meacutethode expeacuterimentale eacutequivaut plutocirct agrave un plan agrave suivre un mode drsquoemploi ou agrave une marche agrave suivre qui suit un ordre strict que lrsquoon peut aussi appeler protocole Par exemple parmi les plus ceacutelegravebres protocoles nous retrouvons celui de Claude Bernard (1865) que lrsquoon abregravege par les initiales OHERIC qui correspondent agrave observation hypothegravese expeacuterience reacutesultats interpreacutetation et conclusion De maniegravere geacuteneacuterale il srsquoagit du protocole caricatural que lrsquoon emploie le plus souvent dans les salles de classes

-shy Une deacutemarche expeacuterimentale est une approche plus reacutealiste moins stricte et integravegre

une approche plus tacirctonnante Il nrsquoest pas constitueacute drsquoeacutetapes preacutedeacutetermineacutees et est donc moins affecteacutee par les directives de lrsquoenseignant Il peut donc laisser des liberteacutes dans la maniegravere de reacutesoudre le problegraveme

432 La deacutemarche expeacuterimentale dans notre seacutequence Dans notre seacutequence la meacutethode expeacuterimentale est preacutesente de maniegravere partielle du scheacutema caricatural OHERIC nous nous inteacuteressons en particulier aux phases drsquoobservation et drsquoeacutemission drsquohypothegraveses Crsquoest pourquoi nous parlons donc plutocirct de ldquodeacutemarche expeacuterimentalerdquo En effet tout au long des diffeacuterentes activiteacutes il est reacuteguliegraverement demandeacute aux eacutelegraveves de formuler une hypothegravese agrave partir de leurs connaissances au preacutealable puis de faire de nouvelles observations en contexte expeacuterimental Crsquoest sur la base de ces derniegraveres qursquoils pourront reacutealiser leurs deacuteductions sur le pheacutenomegravene en question et construire de nouvelles conceptions Dans lrsquoactiviteacute 2 ce type de deacutemarche est central pour la creacuteation de la premiegravere situation-shyproblegraveme Par la suite la deacutemarche permet de guider les eacutelegraveves dans le processus de deacuteduction du fonctionnement geacuteneacuteral des diffeacuterents pheacutenomegravenes Dans lrsquoactiviteacute 41 par exemple les pheacutenomegravenes agrave deacuteduire sont la synthegravese soustractive et le fonctionnement de la lumiegravere coloreacutee Lrsquoemploi drsquoobjets familiers permet un ancrage dans le quotidien

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Dans lrsquoactiviteacute 3 lrsquoeacutetude de lrsquoeffet des filtres constitue agrave son tour un deacutemarche expeacuterimentale En effet les eacutelegraveves doivent tout drsquoabord eacutemettre leurs hypothegraveses puis les veacuterifient par lrsquoexpeacuterimentation et ses reacutesultats provoquant probablement un conflit cognitif avant drsquoen conclure lrsquoeffet drsquoun filtre Dans lrsquoactiviteacute 42 nous retrouvons toujours le mecircme principe de deacutemarche expeacuterimentale Les eacutelegraveves formulent des hypothegraveses sur la couleur perccedilue de diffeacuterents mots coloreacutes eacuteclaireacutes par une lumiegravere coloreacutee puis les veacuterifient lors de la phase drsquoobservation La confrontation entre leurs attentes lieacutees agrave leurs conceptions et la reacutealiteacute creacutee le conflit cognitif rechercheacute

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

5 Conclusion Pour seacutelectionner notre thegraveme et eacutelaborer notre seacutequence nous nous sommes fondeacutes sur les objectifs du PER et crsquoest sur lrsquooptique que notre choix srsquoest porteacute Le savoir savant auquel nous nous sommes reacutefeacutereacutes comprend principalement des concepts lieacutes agrave la lumiegravere tels que les photons les ondes eacutelectromagneacutetiques ainsi que les spectres drsquoeacutemission et drsquoabsorption Nous avons transposeacute ce savoir en un savoir enseignable par le biais drsquoun travail de contextualisation et de reacuteadaptation Nous avons eacuteteacute ameneacutes agrave remplacer des modegraveles scientifiques (par exemple les modegraveles de synthegraveses additive et soustractive) par des modegraveles accessibles agrave un niveau scolaire et agrave changer les conditions drsquoeacutemergence des problegravemes Ainsi notre travail de transposition consistait agrave montrer aux eacutelegraveves la partie eacutemergeacutee de lrsquoiceberg du concept de couleur le reacutesultat apparent plutocirct que lrsquoorigine eacutelectromagneacutetique Tout au long de la seacutequence et par le biais de situations-shyproblegravemes et de diffeacuterentes eacutetapes de reacutesolution des activiteacutes les eacutelegraveves ont eacuteteacute guideacutes dans le processus de construction de leur apprentissage En nous focalisant sur les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves nous avons eacutelaboreacute nos exercices de maniegravere agrave proposer des situations deacuteclenchantes afin de faciliter le transfert de la responsabiliteacute de la reacutesolution des problegravemes aux eacutelegraveves Cette derniegravere srsquoeffectue par des deacutemarches drsquoexpeacuterimentation mais surtout de modeacutelisation

Dans notre sceacutenario les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave deux types de donneacutees theacuteoriques et empiriques Drsquoune part ils ont agrave disposition deux theacuteories principales la premiegravere est que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs de lrsquoarc-shyen-shyciel tandis que la seconde deacutecrit l a maniegravere dont la couleur drsquoun objet deacutepend des couleurs qursquoil va absorber Drsquoautre part ils disposent de donneacutees empiriques qursquoils sont ameneacutes agrave reacutecolter en superposant des lumiegraveres de diffeacuterentes couleurs en meacutelangeant de la peinture et en projetant de la lumiegravere coloreacutee sur diffeacuterents objets coloreacutes Dans le cadre drsquoune deacutemarche drsquoexpeacuterimentation ils ont eacutemis des hypothegraveses observeacute manipuleacute du mateacuteriel utiliseacute des appliquettes en ligne et veacuterifieacute leurs reacutesultats Crsquoest ainsi les modegraveles que nous avons preacutesenteacutes et que les eacutelegraveves ont eacutelaboreacutes vont ecirctre des ponts qui vont relier le monde theacuteorique et le monde empirique Par ailleurs nous avons eacuteteacute attentifs agrave la seacutemiotique lors de nos choix des repreacutesentations utiliseacutees nous nous sommes reacutefeacutereacutes agrave la notion de registre seacutemiotique afin drsquoeacutelaborer des scheacutemas nrsquoengendrant pas de difficulteacutes de lecture chez les eacutelegraveves

Nous avons analyseacute lrsquoorigine des conceptions erroneacutees et avons remarqueacute qursquoelles eacutetaient principalement dues agrave des repreacutesentations concourantes engendreacutees par les diffeacuterents contextes et cadres de rationaliteacutes dans lesquelles les eacutelegraveves eacutevoluent Notre sceacutenario permet aux eacutelegraveves drsquoeacutetablir des liens entre ces diffeacuterents cadres et de construire une nouvelle repreacutesentation de la couleur celle drsquoun objet de la physique

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6 Bibliographie

Astolfi J Ginsburger-shyVogel Y amp Toussaint J (2008) Mots-shycleacutes de la didactique des sciences De Boeck Supeacuterieur Beaufils D Ramage M-shyJ DidaScO (2004) Simulation informatique et enseignement de la physique regards didactiques Universiteacute Paris-shySud Centre scientifique drsquoOrsay -shy 91405 Orsay Cedex Brahic A Grenier I ( 2008) Lumiegraveres deacutetoiles les couleurs invisibles Odile Jacob Brousseau G (1998) Glossaire de quelques concepts de la theacuteorie des situations didactiques en matheacutematiques DAEST-shy Faculteacute des Sciences de lHomme-shyUniversiteacute Victor Segalen Bordeaux 2 Bunge M (1975) Philosophie de la physique Paris France Editions du Seuil Chevallard Y amp Johsua M-shyA (1986) Transposition didactique  Du savoir savant au savoir enseigneacute -shy Un exemple drsquoanalyse de la transposition didactique Penseacutee sauvage Chevallard Y A du texte Chevallard Y A du texte Chevallard Y amp Johsua M-shyA A du texte (1991) La transposition didactique  du savoir savant au savoir enseigneacute Suivi de Un exemple de la transposition didactique ([2e eacuted revue et augm]) Yves Chevallard  Yves Chevallard et Marie-shyAlberte Johsua [texte imprimeacute] Retrieved October 19 2016 de Vecchi G (2006) Enseigner lrsquoexpeacuterimental en classe  Pour une veacuteritable eacuteducation scientifique Hachette Editions (p 221-shy229) de Vecchi G (2006) Enseigner lrsquoexpeacuterimental en classe  Pour une veacuteritable eacuteducation scientifique Hachette Editions (p 55 -shy65) de Saussure F (2005) Cours de linguistique geacuteneacuterale Arbres drsquoOr Develay M (1987) A propos de la transposition didactique en sciences biologiques Aster [ISSN 0297-shy9373] 1987 Ndeg 4 p 119 Duval R (1988) Eacutecarts seacutemantiques et coheacuterence matheacutematique introduction aux problegravemes de congruences in Annales de Didactique et de Sciences Cognitives de lIREM de Strasbourg Giordan A Girault Y et Clement P (1994) Conceptions et connaissance Peter Lang Halloun I A (2004) Modeling theory in science education Dordrecht Holland Kluwer Academic Publishers Kane J Sternheim M (1989) Cours QCM exemple et exercices corrigeacutes -shy 1er cycle Licence PCEM PCEP Physique 3egraveme eacutedition revue par Philipe Ghosez Maryse Hoebeke et Gabriel Llabreacutes DUNOD Lerouge A (1992) Repreacutesentation carteacutesienne rationaliteacute matheacutematique et rationaliteacute du quotidien chez des eacutelegraveves de collegravege Thegravese de doctorat Universiteacute Montpellier II Malafosse D Lerouge A Dusseau J-shyM (2000) Notions de registre et de cadre de rationaliteacute en inter-shydidactique des matheacutematiques et de la physiqu e Treacutema Martinand J-shyL (nd) Introduction agrave la modeacutelisation In Actes du seacuteminaire de didactique des disciplines technologiques Cachan (p 126ndash138)

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Meirieu P Avanzin Gi (1987) Apprendre oui mais comment Edition ESF Verret M (1975) Le temps des eacutetudes (Vols 1ndash2) Lille France Atelier Reproduction des thegraveses

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Page 30: Physique Optique Lescouleurs · Sciences naturelles Les couleurs 10 11 Harmos 1.Introduction Comme nous allons le détailler dans le chapitre 4, les conceptions erronées des élèves

Activiteacute 32 Qursquo‛obtient-on avec drsquo‛autres filtres

a) Tu disposes maintenant drsquo‛une lampe diffusant de la lumiegravere blanche et de filtres

cyan magenta et jaune Manipule-les les uns apregraves les autres puis en les superposant

pour deacutecouvrir leurs effets sur la lumiegravere blanche

b) A lrsquo‛aide de couleurs et en trsquo‛appuyant sur tes observations scheacutematise ci-dessous

lrsquo‛action des filtres sur une lumiegravere blanche

Activiteacute 33 Deux synthegraveses Similitudes et diffeacuterences

a) Utilise ce logiciel pour comparer les synthegraveses additive et soustractive

httpwwwostralonet3_animationsswfsynthese_couleursswf

a) Quelles similitudes observes-tu entre les synthegraveses additive et soustractive

________________________________________________________________

d) Et quelles diffeacuterences

_______________________________________________________________

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 3 Que devient la lumiegravere lorsqursquo‛elle traverse un filtre

(corrigeacute)

Activiteacute 31 les lumiegraveres et filtres coloreacutes

Tu as appris lors du dernier cours que lrsquo‛on pouvait ldquoadditionnerrdquo des lumiegraveres coloreacutees

pour obtenir de nouvelles couleurs Nous pouvons modeacuteliser la lumiegravere blanche ainsi

Nous allons deacutecouvrir aujourdrsquo‛hui comment on peut ldquosoustrairerdquo des lumiegraveres coloreacutees

1) Lrsquo‛enseignant a installeacute trois filtres de couleur un rouge un vert un bleu ainsi qursquo‛un

eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-dessous

Image MER

Quelle couleur va-t-on observer sur lrsquo‛eacutecran si lrsquo‛on allume un par un les projecteurs

Remplis le tableau ci-dessous premiegraverement avec tes hypothegraveses concernant la couleur

obtenue sur lrsquo‛eacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Filtre traverseacute par la

lumiegravere blanche

Couleur obtenue ton

hypothegravese

Couleur observeacutee

Filtre bleu bleu

Filtre rouge rouge

Filtre vert vert

2) Selon toi quel est le rocircle du filtre coloreacute

_______________________________________________________________

Un filtre coloreacute ne transmet que les rayons de sa couleur et absorbe les autres

3) Repreacutesente par un scheacutema le passage drsquo‛une lumiegravere blanche agrave travers un filtre rouge

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

4) Et quelle couleur observera-t-on si la lumiegravere blanche passe agrave travers un filtre rouge

puis agrave travers un filtre bleu Formule une hypothegravese puis applique ton modegravele

Hypothegravese __________________________________

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

Activiteacute 32 Qursquo‛obtient-on avec drsquo‛autres filtres

a) Tu disposes maintenant drsquo‛une lampe diffusant de la lumiegravere blanche et de filtres

cyan magenta et jaune Manipule-les les uns apregraves les autres puis en les superposant

pour deacutecouvrir leurs effets sur la lumiegravere blanche

b) A lrsquo‛aide de couleurs et en trsquo‛appuyant sur tes observations scheacutematise ci-dessous

lrsquo‛action des filtres sur une lumiegravere blanche

Pex 1 Magenta 2 Jaune 3 Cyan 4 Rouge 5 Vert 6 Bleu 7 Noir

Activiteacute 33 Deux synthegraveses Similitudes et diffeacuterences

a) Utilise ce logiciel pour comparer les synthegraveses additive et soustractive

httpwwwostralonet3_animationsswfsynthese_couleursswf

a) Quelles similitudes observes-tu entre les synthegraveses additive et soustractive

________________________________________________________________

Les mecircmes triplets de couleurs sont preacutesents dans les deux synthegraveses (RVB - CMJ)

d) Et quelles diffeacuterences

________________________________________________________________

1 Les couleurs primaires de lrsquo‛un sont les couleurs compleacutementaires de lrsquo‛autre

2 Lrsquo‛addition des lumiegraveres coloreacutees rouge verte et bleue donne du blanc la

soustraction totale par des filtres cyan magenta et jaune donne du noir

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 4 Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Rappel

1 Nous pouvons reacutesumer la composition de la lumiegravere blanche aux 3 couleurs primaires le rouge le vert et le bleu Ce sont des couleurs qui ne peuvent pas ecirctre creacuteeacutees Ce sont elles qui composent les autres couleurs Crsquo‛est agrave dire qursquo‛en les meacutelangeant on peut obtenir les autres couleurs le cyan est composeacute du bleu et du vert le magenta est composeacute du bleu et du rouge et le jaune est composeacute du vert et du rouge

Theacuteorie

Le sujet que nous allons traiter aujourdrsquo‛hui concerne la couleur de lrsquo‛objet Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Formule une hypothegravese ____________________________________________

Observe la photo projeteacutee par lrsquo‛enseignant

Que retiens-tu de cette photo _______________________________________________________________ La lumiegravere coloreacutee qui est refleacuteteacutee par un objet correspond agrave la lumiegravere non absorbeacutee

Ici toutes les lumiegraveres coloreacutees sont absorbeacutees sauf le bleu qui lui est refleacuteteacute La couleur propre de lrsquo‛objet sera le bleu

En effet un objet absorbe ou reflegravete diffeacuterentes lumiegraveres coloreacutees Crsquo‛est cette lumiegravere coloreacutee refleacuteteacutee que nous verrons

Activiteacute 41

Reacuteponds agrave ces diffeacuterentes questions dans le tableau ci-dessous De quelle couleur verras-tu cet objet Confronte ton ideacutee avec ton voisin De quelle couleur le vois-tu reacuteellement

Couleur de lrsquo‛objet

Couleur de la lumiegravere

Hypothegravese formuleacutee

Observation

rouge Magenta

cyan Vert

jaune Bleu

Par quel pheacutenomegravene peut-on observer ce changement de couleur ___________________________________

Quelle deacuteductions peux-tu faire _________________________________________________________________

Activiteacute 42

Marche agrave suivre

1 Eacutecris sur une feuille blanche le nom des 2 couleurs que ton enseignant te donne avec la peinture qui y correspond

2 Pendant que ces mots segravechent remplis les colonnes ldquocouleur du mot 1rdquo et ldquocouleur du mot 2rdquo et ldquocouleur de la feuillerdquo agrave la lumiegravere blanche

3 Formule tes hypothegraveses note-les au crayon agrave papier en petit 4 Eacuteclaire tes mots agrave lrsquo‛aide de lumiegraveres coloreacutees 5 Note tes observations

Lumiegravere coloreacutee

Couleur du mot 1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur du mot 2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur de la feuille helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Blanche

Rouge

Verte

Bleue

Magenta

Cyan

Jaune

Activiteacute 43

Tu observes un drapeau eacuteclaireacute par une lumiegravere blanche Puis tu observes ce mecircme drapeau eacuteclaireacute par deux lumiegraveres coloreacutees diffeacuterentes Trouve la lumiegravere coloreacutee utiliseacutee dans chaque cas et justifie ta reacuteponse par la modeacutelisation vue preacuteceacutedemment

Lumiegravere blanche Lumiegravere coloreacutee 1 Lumiegravere coloreacutee 2

De quelle couleur est la premiegravere lumiegravere coloreacutee ___________________________

Modeacutelisation 1

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________

Modeacutelisation 2

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 4 Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur (corrigeacute) Rappel

2 Nous pouvons reacutesumer la composition de la lumiegravere blanche aux 3 couleurs primaires le rouge le vert et le bleu Ce sont des couleurs qui ne peuvent pas ecirctre creacuteeacutees Ce sont elles qui composent les autres couleurs Crsquo‛est agrave dire qursquo‛en les meacutelangeant on peut obtenir les autres couleurs le cyan est composeacute du bleu et du vert le magenta est composeacute du bleu et du rouge et le jaune est composeacute du vert et du rouge

Theacuteorie

Le sujet que nous allons traiter aujourdrsquo‛hui concerne la couleur de lrsquo‛objet Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Formule une hypothegravese ____________________________________________ Projeter cette image elle napparaicirct pas dans le cours de lrsquo‛eacutelegraveve

Que retiens-tu de cette photo _______________________________________________________________ La lumiegravere coloreacutee qui est refleacuteteacutee par un objet correspond agrave la lumiegravere non absorbeacutee

Ici toutes les lumiegraveres coloreacutees sont absorbeacutees sauf le bleu qui lui est refleacuteteacute La couleur propre de lrsquo‛objet sera le bleu

En effet un objet absorbe ou reflegravete diffeacuterentes lumiegraveres coloreacutees Crsquo‛est cette lumiegravere coloreacutee refleacuteteacutee que nous verrons

Activiteacute 41

Reacuteponds agrave ces diffeacuterentes questions dans le tableau ci-dessous De quelle couleur penses-tu que tu verras cet objet Confronte ton ideacutee avec ton voisin De quelle couleur le vois-tu reacuteellement

Couleur de lrsquo‛objet

Couleur de la lumiegravere

Hypothegravese formuleacutee

Observation

rouge Magenta (rouge)

cyan Vert (vert)

jaune Bleu (noir)

Par quel pheacutenomegravene peut-on observer ce changement de couleur ___________________________________ (synthegravese soustractive)

Quelle deacuteductions peux-tu faire (fonctionne comme un filtre) _________________________________________________________________

Activiteacute 42

Marche agrave suivre

6 Eacutecris sur une feuille blanche le nom des 2 couleurs que ton enseignant te donne avec la peinture qui y correspond

7 Pendant que ces mots segravechent remplis les colonnes ldquocouleur du mot 1rdquo et ldquocouleur du mot 2rdquo et ldquocouleur de la feuillerdquo agrave la lumiegravere blanche

8 Formule tes hypothegraveses note-les au crayon agrave papier en petit 9 Eacuteclaire tes mots agrave lrsquo‛aide de lumiegraveres coloreacutees 10 Note tes observations

Lumiegravere coloreacutee

Couleur du mot 1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur du mot 2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur de la feuille helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Blanche

Rouge

Verte

Bleue

Magenta

Cyan

Jaune

Activiteacute 43

Tu observes un drapeau eacuteclaireacute par une lumiegravere blanche Puis tu observes ce mecircme drapeau eacuteclaireacute par deux lumiegraveres coloreacutees diffeacuterentes Trouve la lumiegravere coloreacutee utiliseacutee dans chaque cas et justifie ta reacuteponse par la modeacutelisation vue preacuteceacutedemment

Lumiegravere blanche Lumiegravere coloreacutee 1 Lumiegravere coloreacutee 2

De quelle couleur est la premiegravere lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Bleu)

Modeacutelisation 1

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Vert)

Modeacutelisation 2

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Fiches de synthegravese Les couleurs Activiteacute 2 Reacutesumeacute theacuteorique pour les eacutelegraveves Le modegravele trichromique et la synthegravese additive des couleurs La couleur nrsquo‛existe pas sans lumiegravere et lrsquo‛on peut dire que lrsquo‛on perccediloit le monde gracircce aux meacutelanges de ces couleurs qui correspondent aux diffeacuterentes composantes de la lumiegravere Lorsque lrsquo‛on parle de la perception des couleurs on srsquo‛aperccediloit que seules trois lumiegraveres primaires de couleurs rouge vert et bleu sont neacutecessaires pour obtenir la sensation de toutes les autres couleurs Cette maniegravere de modeacuteliser la perception des couleurs est ce qursquo‛on appelle le modegravele trichromique (lsquorsquo‛trois couleursrsquo‛rsquo‛) Dans cette repreacutesentation toutes les autres lumiegraveres coloreacutees sont perccedilues par superposition des trois lumiegraveres rouge verte et bleue La superposition simultaneacutee et en dosage identique des trois couleurs donne de la lumiegravere blanche Le noir correspond agrave une absence de lumiegravere

Illustration du modegravele

Image MER

Lrsquo‛image montre trois projecteurs de lumiegraveres rouge verte et bleue eacuteclairant une table blanche Si les trois couleurs sont projeteacutees en intensiteacute identique nous obtenons par superposition trois autres couleurs le cyan le magenta et le jaune Les couleurs primaires et les couleurs obtenues sont codeacutees sur lrsquo‛image puis reacutecapituleacutees dans le tableau ci-dessous

Image MER

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Si nous modifions le dosage des couleurs eacuteleacutementaires il est possible drsquo‛obtenir toutes les couleurs imaginables Le pheacutenomegravene de perception des couleurs par superposition des trois couleurs primaires se nomme synthegravese additive les couleurs sont additionneacutees entre elles pour permettre la synthegravese drsquo‛autres couleurs

Drsquo‛ailleurs si lrsquo‛on observe au microscope un eacutecran blanc de smartphone ou drsquo‛ordinateur on remarque qursquo‛il est en fait constitueacute drsquo‛un grand nombre de minuscules rectangles de lumiegraveres rouge verte et bleue (voir image ci-contre) Crsquo‛est justement par un jeu de dosage de chacune de ces lumiegraveres que lrsquo‛on perccediloit les diffeacuterentes couleurs sur nos eacutecrans

Pourquoi un modegravele sur trois couleurs La raison pour laquelle les scientifiques ont construit ce modegravele sur trois couleurs est directement lieacutee agrave la structure de notre œil En effet ce dernier contient des cellules sensibles agrave la lumiegravere que lrsquo‛on appelle cocircnes et bacirctonnets Alors que les bacirctonnets perccediloivent les intensiteacutes de lumiegravere les cocircnes nous permettent de percevoir les couleurs Cependant ils ne sont sensibles qursquo‛agrave certaines composantes de la lumiegravere blanche celles correspondant justement aux couleurs rouge vert et bleu Lorsque lrsquo‛on regarde un objet notre cerveau analyse le dosage de chacune de ces composantes perccedilues par notre œil et en interpregravete ainsi la couleur de lrsquo‛objet

Qursquo‛est-ce que le daltonisme Certaines personnes preacutesentent une anomalie de la vision qui les empecircche de distinguer certaines couleurs Drsquo‛origine geacuteneacutetique ce trouble est ducirc agrave un dysfonctionnement des cocircnes preacutesents dans la reacutetine Bien que la plupart des personnes daltoniennes aient de la peine agrave distinguer le vert du rouge drsquo‛autres ne distinguent pas drsquo‛autres couleurs Dans certaines formes de daltonisme le monde est perccedilu par la personne atteinte en teintes de gris

Sciences naturelles Optique synthegravese soustractive et additive

La synthegravese additive est le proceacutedeacute gracircce

auquel en combinant les couleurs

___________ ___________ et ___________

on obtient du blanc

On la retrouve lorsque lrsquoon meacutelange des

lumiegraveres coloreacutees composeacutees de ces 3 couleurs

diffeacuterentes car les laquo additionner raquo donne la

lumiegravere blanche

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon exploite aujourdrsquohui

pour les teacuteleacuteviseurs ou tout eacutecran composeacute de

pixels

La synthegravese soustractive consiste agrave soustraire

les couleurs de la lumiegravere blanche (RVB) agrave

travers des filtres de couleurs ___________

___________ et ___________ qui absorbent la

totaliteacute des couleurs de la lumiegravere blanche pour

un rendu noir au final (absence de lumiegravere)

Lrsquo __________________ des 3 couleurs donne

le ____________

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon retrouve par exemple en

meacutelangeant de la peinture notamment en

imprimerie

Sciences naturelles Optique les filtres

Qursquoest-shyce qursquoun filtre coloreacute et comment fonctionne-shyt-shyil

Un filtre est un dispositif qui permet de filtrer la lumiegravere de laisser passer certains rayons

lumineux et drsquoen absorber drsquoautres

Pour savoir quelles lumiegravere coloreacutees le filtre laisse passer il faut lrsquoobserver agrave la lumiegravere

blanche

Le filtre laissera alors passer uniquement les rayons lumineux de sa couleur propre

Par exemple

Un filtre vert laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee verte

Un filtre magenta laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee magenta crsquoest agrave dire les rayons rouge et bleu

Pour connaicirctre la lumiegravere coloreacutee qui ldquosortrdquo du filtre il faut donc

deacutecomposer la lumiegravere qui arrive sur ce filtre et en soustraire les

rayons qui sont absorbeacutes par le filtre On se reacutefegravere alors au modegravele de

la synthegravese soustractive

Image httpswww123couleursfrboutique-shy1filtres-shycolorC3A9s

Tableau reacutecapitulatif

Sciences naturelles Optique les filtres

Modeacutelisation

Nous pouvons modeacuteliser lrsquoaction drsquoun filtre

1 Noter la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur le filtre

2 Deacutecomposer la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur filtre et la coder (en RVB)

3 Repreacutesenter le filtre et coder les rayons absorbeacutes par le filtre 4 Prolonger les rayons lumineux coloreacutes que le filtre laisse passer et les coder (en RVB)

5 Noter la lumiegravere coloreacutee qui sort du filtre

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre magenta sur la lumiegravere blanche

Lorsque plusieurs filtres sont superposeacutes ou aligneacutes il faut modeacuteliser lrsquoaction du premier filtre

sur la lumiegravere projeteacutee puis lrsquoaction du deuxiegraveme filtre sur la lumiegravere qui sort du premier filtre

etc

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre cyan puis drsquoun filtre vert sur la lumiegravere jaune

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

De quelle couleur apparaicirctra un objet de couleur eacuteclaireacute par une lumiegravere coloreacutee

Il y 3 cas

1) Un objet de couleur blanche renvoie toutes les couleurs il apparaicirctra de la couleur eacuteclaireacutee

2) Un objet de couleur noire absorbe toutes les couleurs Peu importe la couleur avec laquelle

lrsquoobjet est eacuteclaireacute lrsquoobjet apparaicirct de couleur noire

3) Pour un objet de couleur il suffit de deacutecomposer les couleurs secondaires par exemple

Jrsquoai un objet jaune

Je lui projette une lumiegravere magenta

Or jaune = rouge + vert

et magenta = bleu + rouge

Le rouge est commun au jaune et au magenta donc lrsquoobjet paraicirctra rouge

En revanche si la lumiegravere est bleue comme il nrsquoy a pas de bleu dans le jaune lrsquoobjet paraicirctra

noir

1

Tableau reacutecapitulatif

1 httpscommunitygoodgamestudioscombigfarmfrdiscussion51685langage-shy‐des-shy‐couleurs

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

Modegravele de reacuteponse

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

______

______

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

______

______

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation avec propositions

de reacuteponses)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

(rouge vert bleu Nous percevons les diffeacuterentes couleurs agrave partir de ces trois couleurs) ________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

(Explication relative aux cocircnes et bacirctonnets de lrsquo‛oeil)

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Corrigeacute vert bleu blanc cyan

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________ (vert)

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________ (bleu)

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________ (aucunenoir)

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

(selon modegravele eacutetudieacute)

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

(les deux selon que lrsquo‛on parle de synthegravese additive ou soustractive)

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

Bleu

______

Bleu

______

Noir

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________ (lumiegravere rouge)

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

Noir

______

Rouge

______

Rouge

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

(Bleu)

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

(selon modegravele eacutetudieacute)

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

(Explication citant la synthegravese soustractive et lrsquo‛effet des lumiegraveres coloreacutees

concerneacutees sur le haut du cambrioleur)

Evaluation - Analyse

Ce commentaire comprend les diffeacuterents objectifs eacutevalueacutes ainsi que ce qui est attendu

preacuteciseacutement des eacutelegraveves et les niveaux taxonomiques correspondants

Ce sont des pistes drsquo‛eacutevaluation qui sont ici proposeacutees non une eacutevaluation suivie

Exercice 1

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- Mettre en lien des notions theacuteoriques apprises en cours (cocircnes et

bacirctonnets de lrsquo‛oeil) avec drsquo‛autres (synthegravese additive)

Lrsquo‛eacutevaluation deacutebute par deux questions au niveau taxonomique peu eacuteleveacute La

premiegravere de lrsquo‛ordre de la compreacutehension demande aux eacutelegraveves de restituer une

connaissance de base agrave lrsquo‛aide de leurs propres mots La deuxiegraveme propose de

tester les connaissances theacuteoriques des eacutelegraveves en veacuterifiant que des liens entre

deux notions aient eacuteteacute faits

Exercice 2

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutedire la couleur perccedilue en fonction des meacutelanges de couleurs RVB

- deacutechiffrer un scheacutema et les codes de la repreacutesentation de la trajectoire

des lumiegraveres coloreacutees

Le deuxiegraveme exercice relegraveve du niveau taxonomique de lrsquo‛application car il

neacutecessite une compreacutehension de la maniegravere de repreacutesenter la lumiegravere (scheacutema de

la trajectoire rectiligne codes de couleurs RVB) et drsquo‛appliquer ce modegravele tout en

utilisant les connaissances des couleurs fondamentales et compleacutementaires de la

synthegravese additive

Exercice 3

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet drsquo‛un filtre sur une lumiegravere coloreacutee agrave lrsquo‛aide des codes

propres agrave lrsquo‛optique

Lrsquo‛exercice 3 relegraveve de lrsquo‛application car les eacutelegraveves se reacutefegraverent agrave la modeacutelisation

eacutetablie durant le cours et au diagramme de Venn de la synthegravese soustractive et

les adaptent aux items preacutesenteacutes

Exercice 4

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- mettre en perspective la distinction entre synthegravese additive et

soustractive en terme de lsquorsquo‛naturersquo‛rsquo‛ de la couleur (couleurs matiegraveres vs

couleurs lumiegraveres)

Cet exercice requiert des eacutelegraveves qursquo‛ils mobilisent leur faculteacute drsquo‛analyse (niveau

taxonomique plutocirct eacuteleveacute) pour expliquer les diffeacuterences entre les

repreacutesentations de la couleur en arts visuels et en physique Le but est qursquo‛ils

reconnaissent qursquo‛il srsquo‛agit dans le premier cas de la synthegravese soustractive et dans

le second cas de la synthegravese additive

Exercice 5

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutevoir la couleur perccedilue drsquo‛un objet en fonction des lumiegraveres coloreacutees

projeteacutees et coder le pheacutenomegravene

Les eacutelegraveves appliquent la modeacutelisation drsquo‛une lumiegravere coloreacutee sur un objet coloreacute

pour deacuteterminer la couleur perccedilue du drapeau franccedilais Cette question fait

reacutefeacuterence agrave un niveau taxonomique bas Puis ils trouvent la lumiegravere coloreacutee qui

permet de voir les deux drapeaux preacutesenteacutes de la mecircme couleur Ils trouveront

cette reacuteponse en modeacutelisant les lumiegraveres coloreacutees sur lrsquo‛objet de couleur

Plusieurs scheacutemas sont neacutecessaires pour trouver la reacuteponse Crsquo‛est une question

taxonomiquement haute qui demande aux eacutelegraveves de faire une synthegravese

Exercice 6

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet de la lumiegravere coloreacutee sur un objet et en deacuteduire la

couleur perccedilue

- justifier sa reacuteponse avec des mots en faisant la synthegravese des diffeacuterents

concepts vus dans la seacutequence de cours

Les eacutelegraveves doivent comprendre ce qursquo‛ils lisent et deacuteterminer la couleur propre du

haut du cambrioleur Cette question est taxonomiquement haute elle demande de

lrsquo‛analyse Puis ils justifient leur reacuteponse par le modegravele de lrsquo‛effet de la lumiegravere

coloreacutee sur un objet Cette question est drsquo‛un niveau taxonomique infeacuterieur

drsquo‛application Finalement ils deacuteterminent pourquoi la description de la jeune fille

ne correspond pas agrave la couleur propre en faisant le lien avec la synthegravese

soustractive demandant un niveau taxonomiquement tregraves eacuteleveacute la synthegravese

Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

4 Argumentation scientifique Nous avons choisi de construire notre seacutequence de cours de maniegravere agrave ce qursquoelle srsquoinscrive dans une deacutemarche constructiviste de type piageacutetienne Dans cette deacutemarche lrsquoenseignant anticipe les conceptions erroneacutees que les eacutelegraveves peuvent avoir puis eacutetablit une situation-shyproblegraveme permettant ideacutealement de deacuteconstruire ces repreacutesentations incomplegravetes puis finalement drsquoen construire de nouvelles plus justes Dans ce qui suit nous allons deacutefinir ces diffeacuterents concepts mis en eacutevidence puis expliciter la maniegravere dont nous les avons pris en compte dans notre planification

41 Les conceptions des eacutelegraveves et les situations-shyproblegravemes

411 Deacutefinitions Conception Selon Giordan et al (1994) une conception ou repreacutesentation peut ecirctre consideacutereacutee comme une ideacutee un objet ou un eacutevegravenement qui aide lrsquoeacutelegraveve agrave comprendre le monde qui lrsquoentoure Elle est le fruit de son expeacuterience personnelle dans laquelle il va puiser pour comprendre les nouveaux savoirs que lrsquoon va chercher agrave lui inculquer Elle peut ecirctre consideacutereacutee comme une connaissance ldquodeacutejagrave-shylagraverdquo acquise dans un certain contexte par lrsquoapprenant et qui peut ecirctre correcte ou erroneacutee Les mauvaises conceptions (ou misconception en anglais) peuvent donc ecirctre deacutecrites comme des ideacutees qui proviennent drsquoune mauvaise compreacutehension drsquoobjets ou eacutevegravenements Elles sont issues principalement de lrsquoenvironnement avec lequel lrsquoeacutelegraveve interagit et du contexte dans lequel il se situe mais elles deacutecoulent eacutegalement des systegravemes seacutemiotiques mis en oeuvre Ces derniers sont abordeacutes plus en deacutetail dans ce qui suit Seacutemiologie En seacutemiologie (lrsquoeacutetude des systegravemes de signes) une repreacutesentation (ou un signe) est double elle est doteacutee drsquoun signifiant et drsquoun signifieacute (de Saussure 1916) Le signifiant qui fait lrsquoobjet de la seacutemiologie deacutesigne la forme et laspect du signe tandis que le signifieacute eacutetudieacute dans le cadre de la seacutemantique deacutesigne le concept eacutevoqueacute par le signe A partir du moment ougrave le signe possegravede plusieurs signifieacutes il devient symbole et crsquoest ainsi que les incompreacutehensions peuvent survenir Selon R Duval (1995) le concept de laquo registre seacutemiotique raquo permet de distinguer les repreacutesentations qui relegravevent de diffeacuterents registres ou types visuels numeacuteriques graphiques symboliques formels scheacutematiques etc En didactique ce concept est fondamental car les diffeacuterences de registre au sein drsquoune mecircme repreacutesentation ou drsquoun

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

modegravele peut induire des difficulteacutes de lecture Ils risquent drsquoajouter des difficulteacutes suppleacutementaires en empecircchant les eacutelegraveves de se focaliser sur le problegraveme poseacute par lrsquoactiviteacute et les menant agrave formuler des conclusions diffeacuterentes de celles attendues par lrsquoenseignant Crsquoest pour cela qursquoun choix pertinent de registre seacutemiotique facilite la compreacutehension du concept introduit Dans notre cours un exemple typique que nous pouvons donner est la forte ressemblance des diagrammes de Venn pour les synthegraveses additive et soustractive Dans les deux modegraveles les diagrammes sont communeacutement scheacutematiseacutes sous forme circulaire De plus bien que inverseacutees au niveau de leurs superpositions les mecircmes couleurs sont repreacutesenteacutees dans les deux diagrammes Ces similitudes peuvent rendre la diffeacuterenciation complexe pour les eacutelegraveves Crsquoest pourquoi nous avons estimeacute important drsquoapporter un changement agrave la repreacutesentation de ces diagrammes Ainsi dans lrsquoune de nos fiches de synthegravese nous avons preacutefeacutereacute utiliser des formes rectangulaires plutocirct que circulaires pour repreacutesenter la synthegravese soustractive car cette forme eacutevoque plus fortement le filtre et ainsi lrsquoabsorption de la lumiegravere Cadre de rationaliteacute origine des conceptions En srsquoappuyant sur les travaux de R Douady (1984) A Lerouge (1992) deacutefinit laquo un cadre de rationaliteacuteraquo comme laquoun ensemble coheacuterent de fonctionnement de la penseacuteeraquo caracteacuteriseacute principalement par les composantes suivantes

1 Les objets du cadre dans notre cas il peut srsquoagir de peinture de feuille de papier de lampes de poche de filtres etc

2 Le type de processus de conceptualisation Dans un cadre scientifique il peut srsquoagir drsquoun processus par modeacutelisation ou par expeacuterimentation par exemple

3 Les registres seacutemiotiques que nous avons traiteacutes plus haut Les conceptions des eacutelegraveves et les conflits de perceptions en reacutesultant sont issus des diffeacuterents cadres de rationaliteacute dans lesquels ils eacutevoluent Ce sont les cadres familiers (personnel) et culturels (eacutecole) qui sont responsable de ces conceptions et repreacutesentations mentales tantocirct concourantes tantocirct inexistantes voire erroneacutees Elles se manifestent principalement agrave travers la seacutemiotique Les eacutelegraveves eacuteprouvent de la difficulteacute agrave repreacutesenter des objets issus de registres seacutemiotiques diffeacuterents ou encore agrave simplement les reconnaicirctre Dans le contexte de notre seacutequence sur les couleurs ces cadres de rationaliteacute sont centraux En effet crsquoest dans son quotidien et donc dans son cadre familier que lrsquoeacutelegraveve va deacutecouvrir la notion de couleur notamment par le biais de la peinture ou drsquoobservation drsquoarc-shyen-shyciel Cette deacutecouverte qui a souvent lieu tregraves tocirct dans la vie de lrsquoenfant ne fera pourtant pas pour autant lrsquoobjet de questionnement sur le pheacutenomegravene de perception des couleurs La notion de cadre culturel ou scolaire quand agrave elle peut ecirctre eacutetendue dans notre cas agrave deux sous-shycateacutegories de cadres culturels diffeacuterents qui vont ecirctre agrave lrsquoorigine de conceptions erroneacutees ou incomplegravetes Premiegraverement il y a le cadre que nous appelons laquo arts visuelsraquo et qui a ses propres regravegles de rationaliteacutes Les cours de dessin ou drsquoactiviteacutes creacuteatrices en sont de parfaits exemples car crsquoest dans ce cadre que les eacutelegraveves vont premiegraverement aborder la

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

theacutematique des couleurs primaires et de leurs meacutelanges Mais cette theacutematique est eacutegalement abordeacutee dans le cadre laquophysiqueraquo agrave travers les expeacuteriences de deacutecomposition de la lumiegravere ou de superposition de lumiegraveres coloreacutees Ainsi nous retrouvons trois cadres de rationaliteacute concourants (familier physique arts visuels) dans lesquels les eacutelegraveves eacutevoluent et qui engendrent indubitablement des conceptions erroneacutees sur la lumiegravere et les couleurs puisque les eacutelegraveves ne sont pas ameneacutes agrave les diffeacuterencier dans chacun des cadres Et comme la communication entre les diffeacuterents cadres nrsquoest pas eacutetablie le lien agrave faire entre les diffeacuterentes conceptions issues de ces cadres est agrave la charge de lrsquoeacutelegraveve ce qui repreacutesente une lourde responsabiliteacute dans son apprentissage Astolfi (2008) appelle eacutegalement ces conceptions issues de diffeacuterents cadres des ldquotrames conceptuelles rdquoqui peuvent ecirctre deacutefinies comme ldquoun ensemble de concepts-shycleacutes propres agrave un domaine et logiquement hieacuterarchiseacutes entre eux qui structurent les disciplines et engendrent des situations-shyproblegravemesrdquo Mais encore on verra eacutemerger des problegravemes de contrat didactique dans chacun des cadres lrsquoeacutelegraveve va tenter de donner une reacuteponse qui va satisfaire lrsquoenseignant sans pour autant ecirctre ameneacute agrave confronter ses conceptions

Situation-shyproblegraveme Pour de Vecchi (2006) une situation-shyproblegraveme est une activiteacute qui consiste agrave mettre lrsquoeacutelegraveve dans une situation ougrave il va ecirctre ameneacute agrave eacutelaborer des strateacutegies de reacutesolution de problegraveme Lrsquoun des points cleacutes des situations-shyproblegravemes est qursquoelles eacutetablissent un lien eacutetroit entre les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves En drsquoautres termes une situation-shyproblegraveme est construite de telle sorte que les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave remettre en question des repreacutesentations actuelles qui srsquoavegraverent erroneacutees agrave les deacuteconstruire pour en construire de nouvelles Ainsi dans une deacutemarche de type constructiviste lrsquoeacutelegraveve construit son savoir en renversant ses anciennes conceptions Une situation-shyproblegraveme nrsquoest donc pas une deacutemarche ponctuelle dans laquelle lrsquoeacutelegraveve devra reacutesoudre une liste drsquoexercices teacuteleacuteguideacutee par lrsquoenseignant Ce qui justifie lrsquoefficaciteacute des situations problegravemes est qursquo laquoapprendreraquo ne consiste pas agrave cumuler les savoirs mais agrave en construire et agrave en deacuteconstruire

Une situation-shyproblegraveme doit comprendre plusieurs eacuteleacutements

-shy Un objectif-shyobstacle Pour Meirieu (1987) un objectif-shyobstacle est ldquoun objectif dont lrsquoacquisition permet au sujet de franchir un palier deacutecisif de progression en modifiant son systegraveme de repreacutesentation et en le faisant acceacuteder un niveau supeacuterieur de formulation rdquo Dans notre cas lrsquoeacutelegraveve pense que tous les meacutelanges de 3 couleurs primaires (de peinture ou de lumiegravere) vont donner le mecircme reacutesultat La distinction entre synthegraveses additive et soustractive nrsquoest pas connue des eacutelegraveves De plus projeter de la lumiegravere monochromatique sur un objet drsquoune certaine couleur ne donne pas toujours la mecircme couleur Lrsquoexemple avec le drapeau (activiteacute 4) est parlant

-shy Une situation centreacutee sur cet obstacle prenant en compte une deacutemarche expeacuterimentale ou une deacutemarche de modeacutelisation Dans notre cours les deux deacutemarches sont mises en oeuvre mais notre deacutemarche principale est la modeacutelisation Les eacutelegraveves vont effectivement ecirctre ameneacutes agrave eacutemettre des hypothegraveses manipuler reacutecolter des reacutesultats et les confronter agrave

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

leurs hypothegraveses mais il srsquoagit surtout drsquoune deacutemarche de modeacutelisation car les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave creacuteer des scheacutemas dans plusieurs exercices

-shy Une probleacutematisation et la deacutevolution on probleacutematise la conception erroneacutee en introduisant une situation-shyproblegraveme crsquoest-shyagrave-shydire qursquoon construit un problegraveme centreacute sur lrsquoobstacle La surprise face agrave une situation incoheacuterente va intriguer lrsquoeacutelegraveve exciter sa motivation et le pousser agrave vouloir srsquoimpliquer dans le problegraveme ce qui va aider sa deacutevolution Brousseau (1998) qualifie la notion de deacutevolution par le ldquo processus par lequel lenseignant parvient agrave placer leacutelegraveve comme simple actant dans une situation a-shydidactique (agrave modegravele non didactique) Il cherche par lagrave agrave ce que lrsquoaction de lrsquoeacutelegraveve ne soit produite et justifieacutee que par les neacutecessiteacutes du milieu et par ses connaissances et non par lrsquointerpreacutetation des proceacutedeacutes didactiques du professeurrdquo Pour enrocircler les eacutelegraveves et les aider agrave identifier la probleacutematique en met on place une situation deacuteclenchante Dans notre cas lrsquoexemple avec le meacutelange de peinture et de lumiegraveres coloreacutees est un parfait exemple de situation deacuteclenchante car les eacutelegraveves ne sattendent probablement pas par exemple agrave ce que le meacutelange de vert et bleu donne du cyan ou encore qursquoon perccediloive un citron noir lorsque lrsquoon projette de la lumiegravere bleue sur ce celui-shyci

412 La prise en compte des conceptions des eacutelegraveves dans notre seacutequence La theacutematique de la lumiegravere et des couleurs est complexe et comprend de nombreux concepts difficiles agrave assimiler En effet bon nombre de personnes ont des repreacutesentations erroneacutees qui peuvent rester profondeacutement ancreacutees Parmi les conceptions erroneacutees les plus communes on retrouve selon le site internet des MER

La lumiegravere blanche est sans couleur pure quand la lumiegravere blanche passe dans un prisme ou traverse un filtre de la couleur lui est ajouteacutee

La lumiegravere blanche nous permet de voir la vraie couleur des objets laquoMa feuille est blanche parce que je nai pas ajouteacute dautres couleurs agrave celle-shyciraquo

Les couleurs sont lieacutees agrave des proprieacuteteacutes de lrsquoobjet exclusivement sans reacutefeacuterence agrave la lumiegravere qui eacuteclaire lrsquoobjet Ne dit-shyon pas quun pull est rouge

Confusion entre les couleurs primaires en couleur peinture et en couleur lumiegravere

Dans notre planification nous avons anticipeacute ces conceptions et avons construit notre cours de maniegravere agrave ce qursquoelles soient mises en eacutevidence le plus tocirct possible afin de tenter de les deacuteconstruire agrave travers nos activiteacutes

Ainsi degraves deacutebut de lrsquoactiviteacute 2 les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave une situation-shyproblegraveme dans laquelle ils comprennent qursquoil existe une contradiction entre leur conception de deacutepart sur les meacutelanges de couleurs (issue de leurs cadres de rationaliteacute familier et scolaire lsquorsquoart visuelrsquorsquo) et leurs observations (nouveau cadre lsquorsquophysiquersquorsquo) Crsquoest sur la base de ce conflit cognitif que les diffeacuterentes notions de la seacutequence pourront ecirctre abordeacutees Les autres conceptions sont mises en eacutevidence puis deacuteconstruites agrave travers les diffeacuterentes activiteacutes Par exemple les

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

activiteacutes du chapitre 3 permettent de montrer que la lumiegravere blanche nrsquoest pas pure mais qursquoelle est composeacutee de toutes les couleurs et ce gracircce agrave lrsquoobservation des objets agrave la lumiegravere blanche puis agrave travers un filtre

De plus lrsquoactiviteacute 3 srsquoarticule autour drsquoune conception erroneacutee repeacutereacutee dans certaines classes Bon nombre drsquoeacutelegraveves eacutetaient persuadeacutes qursquoun filtre ne laissait pas passer les lumiegraveres de sa couleur propre car crsquoest la couleur dont est perccedilue le filtre Un conflit cognitif est alors provoqueacute afin de deacuteconstruire cette conception les eacutelegraveves observent que la lumiegravere coloreacutee nrsquoest pas absorbeacutee par le filtre mais qursquoelle se propage bien jusqursquoagrave lrsquoeacutecran blanc

En introduction de lrsquoactiviteacute 4 une nouvelle situation-shyproblegraveme est preacutesenteacutee par le biais drsquoune image montrant que la couleur drsquoun objet peut varier en fonction de la lumiegravere coloreacutee par laquelle il est eacuteclaireacute Elle servira agrave provoquer un conflit cognitif chez les eacutelegraveves car cette situation intervient apregraves une phase drsquohypothegravese reacutepondant agrave la question suivante un objet peut-shyil avoir diffeacuterentes couleurs La reacuteponse donneacutee par lrsquoimage contredira probablement lrsquohypothegravese preacuteceacutedemment formuleacutee et devrait susciter de la curiositeacute chez lrsquoeacutelegraveve et lui donner lrsquoenvie de comprendre le pheacutenomegravene Nous deacutemontrons ensuite tout au long de lrsquoactiviteacute 4 sur les lumiegraveres coloreacutees que crsquoest le pheacutenomegravene drsquoabsorption et de reacuteflection de la lumiegravere qui nous permet de voir la couleur des objets et non pas la lumiegravere blanche Crsquoest donc par le biais de ces deacuteconstructions successives de conceptions que lrsquoenseignant peut guider les eacutelegraveves sur la voie de la reacutesolution du problegraveme de lrsquoorigine de ces contradictions dans le but drsquoeacutetablir le lien entre les diffeacuterents cadres de rationaliteacute

42 Modeacutelisation

421 Deacutefinition

Un modegravele est communeacutement deacutefini comme un objet ou un concept qui va permettre de repreacutesenter la reacutealiteacute de diffeacuterentes maniegraveres Bunge (1974) ou encore Martinand (1994) le deacutefinissent eacutegalement comme un moyen permettant de mettre en relation le monde theacuteorique avec le monde empirique Il peut ecirctre consideacutereacute en quelque sorte comme un monde intermeacutediaire ou une sorte de lunette conceptuelle (Halloun 2004) qui va permettre drsquoobserver des pheacutenomegravenes naturels Un modegravele ne constitue pas la reacutealiteacute mais la repreacutesente en simplifiant certains de ses aspects ce qui peut causer des conflits pour les repreacutesentations cognitives chez lrsquoeacutelegraveve

422 La modeacutelisation dans notre seacutequence Dans notre planification la modeacutelisation est centrale afin de conceptualiser des pheacutenomegravenes complexes comme la composition de la lumiegravere et la perception des couleurs Elle est lrsquooutil qui permet drsquoamener les eacutelegraveves agrave se faccedilonner une repreacutesentation de la deacutecomposition de la lumiegravere blanche de labsorption de la lumiegravere agrave travers les filtres et des synthegraveses additive et soustractive des couleurs

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

De plus elle constitue un objectif de formation meacutethodologique qui va de pair avec toute formation scientifique Crsquoest pourquoi nous avons inclus la modeacutelisation dans les objectifs drsquoapprentissage Dans la terminologie du PER la modeacutelisation correspond agrave lrsquoobjectif geacuteneacuteral MSN37

bull MSN 1525 mdash Modeacuteliser des pheacutenomegravenes naturels techniques sociaux ou des situations matheacutematiques

bull en imaginant et en utilisant divers outils de repreacutesentation (codes scheacutemas graphiques tableauxhellip)

Lrsquoactiviteacute 2 propose aux eacutelegraveves de reporter les couleurs observeacutees sur trois cercles superposeacutes En les coloriant les eacutelegraveves reacutealisent en reacutealiteacute une forme simple de modeacutelisation par un diagramme de Venn de la synthegravese additive Il nous a sembleacute pertinent drsquointroduire ce scheacutema de cette maniegravere car ainsi les eacutelegraveves comprennent reacuteellement qursquoil correspond agrave la lumiegravere projeteacutee et superposeacutee sur un eacutecran En derniegravere partie drsquoactiviteacute les eacutelegraveves se familiarisent avec un logiciel de modeacutelisation de la synthegravese additive 3

Lrsquoutilisation drsquoun modegravele dans ce cas est indispensable pour des raisons pratiques Il serait en effet tregraves difficile de faire des observations similaires avec un dispositif reacuteel constitueacute de projecteurs et drsquoun eacutecran comme dans la premiegravere partie drsquoactiviteacute Nous avons veilleacute agrave choisir un logiciel simple drsquousage sur lequel seules deux manipulations sont possibles allumereacuteteindre les projecteurs et varier leurs intensiteacutes Ainsi il est possible pour les eacutelegraveves de faire rapidement et sans difficulteacutes de lrsquoordre du registre seacutemiotique la deacuteduction attendue les diffeacuterentes couleurs srsquoobtiennent par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

Dans lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves sont ameneacutes agrave modeacuteliser lrsquoeffet drsquoun filtre sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee Ils ancrent ainsi le fonctionnement drsquoun filtre dans leur apprentissage et deacuteveloppent une meacutethodologie systeacutematique dans la reacutesolution de problegravemes mettant en scegravene des filtres Gracircce au modegravele deacuteveloppeacute les eacutelegraveves deacuteconstruisent deacutefinitivement leur eacuteventuelle conception erroneacutee selon laquelle un filtre absorberait sa propre couleur Lrsquoactiviteacute 43 a pour but que les eacutelegraveves modeacutelisent les pheacutenomegravenes de reacutefraction et drsquoabsorption en justifiant leur reacuteponse par un modegravele de reacuteponse Ce dernier comprend les couleurs RVB qui se reflegravetent ou qui sont absorbeacutees par une surface Ainsi lrsquoeacutelegraveve peut trouver une meacutethode systeacutematique de reacuteponse en testant les diffeacuterentes couleurs Gracircce agrave cette modeacutelisation et agrave celle de lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves comprennent que les fonctionnements des filtres et des lumiegraveres coloreacutees sont fondeacutes sur le mecircme principe

3(httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

43 Deacutemarche expeacuterimentale

431 Deacutefinition Pour de Vecchi il est important de ne pas confondre les notions lieacutees agrave lrsquoexpeacuterimental qui sont les suivantes

-shy Une deacutemarche scientifique nrsquoest pas exclusive au domaine des sciences expeacuterimentales mais peut aussi ecirctre mobiliseacutee dans les sciences humaines socialeshellip Elle utilise drsquoautres outils que lrsquoexpeacuterimentale Toute recherche digne de ce nom est de nature scientifique

-shy La meacutethode expeacuterimentale eacutequivaut plutocirct agrave un plan agrave suivre un mode drsquoemploi ou agrave une marche agrave suivre qui suit un ordre strict que lrsquoon peut aussi appeler protocole Par exemple parmi les plus ceacutelegravebres protocoles nous retrouvons celui de Claude Bernard (1865) que lrsquoon abregravege par les initiales OHERIC qui correspondent agrave observation hypothegravese expeacuterience reacutesultats interpreacutetation et conclusion De maniegravere geacuteneacuterale il srsquoagit du protocole caricatural que lrsquoon emploie le plus souvent dans les salles de classes

-shy Une deacutemarche expeacuterimentale est une approche plus reacutealiste moins stricte et integravegre

une approche plus tacirctonnante Il nrsquoest pas constitueacute drsquoeacutetapes preacutedeacutetermineacutees et est donc moins affecteacutee par les directives de lrsquoenseignant Il peut donc laisser des liberteacutes dans la maniegravere de reacutesoudre le problegraveme

432 La deacutemarche expeacuterimentale dans notre seacutequence Dans notre seacutequence la meacutethode expeacuterimentale est preacutesente de maniegravere partielle du scheacutema caricatural OHERIC nous nous inteacuteressons en particulier aux phases drsquoobservation et drsquoeacutemission drsquohypothegraveses Crsquoest pourquoi nous parlons donc plutocirct de ldquodeacutemarche expeacuterimentalerdquo En effet tout au long des diffeacuterentes activiteacutes il est reacuteguliegraverement demandeacute aux eacutelegraveves de formuler une hypothegravese agrave partir de leurs connaissances au preacutealable puis de faire de nouvelles observations en contexte expeacuterimental Crsquoest sur la base de ces derniegraveres qursquoils pourront reacutealiser leurs deacuteductions sur le pheacutenomegravene en question et construire de nouvelles conceptions Dans lrsquoactiviteacute 2 ce type de deacutemarche est central pour la creacuteation de la premiegravere situation-shyproblegraveme Par la suite la deacutemarche permet de guider les eacutelegraveves dans le processus de deacuteduction du fonctionnement geacuteneacuteral des diffeacuterents pheacutenomegravenes Dans lrsquoactiviteacute 41 par exemple les pheacutenomegravenes agrave deacuteduire sont la synthegravese soustractive et le fonctionnement de la lumiegravere coloreacutee Lrsquoemploi drsquoobjets familiers permet un ancrage dans le quotidien

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Dans lrsquoactiviteacute 3 lrsquoeacutetude de lrsquoeffet des filtres constitue agrave son tour un deacutemarche expeacuterimentale En effet les eacutelegraveves doivent tout drsquoabord eacutemettre leurs hypothegraveses puis les veacuterifient par lrsquoexpeacuterimentation et ses reacutesultats provoquant probablement un conflit cognitif avant drsquoen conclure lrsquoeffet drsquoun filtre Dans lrsquoactiviteacute 42 nous retrouvons toujours le mecircme principe de deacutemarche expeacuterimentale Les eacutelegraveves formulent des hypothegraveses sur la couleur perccedilue de diffeacuterents mots coloreacutes eacuteclaireacutes par une lumiegravere coloreacutee puis les veacuterifient lors de la phase drsquoobservation La confrontation entre leurs attentes lieacutees agrave leurs conceptions et la reacutealiteacute creacutee le conflit cognitif rechercheacute

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

5 Conclusion Pour seacutelectionner notre thegraveme et eacutelaborer notre seacutequence nous nous sommes fondeacutes sur les objectifs du PER et crsquoest sur lrsquooptique que notre choix srsquoest porteacute Le savoir savant auquel nous nous sommes reacutefeacutereacutes comprend principalement des concepts lieacutes agrave la lumiegravere tels que les photons les ondes eacutelectromagneacutetiques ainsi que les spectres drsquoeacutemission et drsquoabsorption Nous avons transposeacute ce savoir en un savoir enseignable par le biais drsquoun travail de contextualisation et de reacuteadaptation Nous avons eacuteteacute ameneacutes agrave remplacer des modegraveles scientifiques (par exemple les modegraveles de synthegraveses additive et soustractive) par des modegraveles accessibles agrave un niveau scolaire et agrave changer les conditions drsquoeacutemergence des problegravemes Ainsi notre travail de transposition consistait agrave montrer aux eacutelegraveves la partie eacutemergeacutee de lrsquoiceberg du concept de couleur le reacutesultat apparent plutocirct que lrsquoorigine eacutelectromagneacutetique Tout au long de la seacutequence et par le biais de situations-shyproblegravemes et de diffeacuterentes eacutetapes de reacutesolution des activiteacutes les eacutelegraveves ont eacuteteacute guideacutes dans le processus de construction de leur apprentissage En nous focalisant sur les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves nous avons eacutelaboreacute nos exercices de maniegravere agrave proposer des situations deacuteclenchantes afin de faciliter le transfert de la responsabiliteacute de la reacutesolution des problegravemes aux eacutelegraveves Cette derniegravere srsquoeffectue par des deacutemarches drsquoexpeacuterimentation mais surtout de modeacutelisation

Dans notre sceacutenario les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave deux types de donneacutees theacuteoriques et empiriques Drsquoune part ils ont agrave disposition deux theacuteories principales la premiegravere est que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs de lrsquoarc-shyen-shyciel tandis que la seconde deacutecrit l a maniegravere dont la couleur drsquoun objet deacutepend des couleurs qursquoil va absorber Drsquoautre part ils disposent de donneacutees empiriques qursquoils sont ameneacutes agrave reacutecolter en superposant des lumiegraveres de diffeacuterentes couleurs en meacutelangeant de la peinture et en projetant de la lumiegravere coloreacutee sur diffeacuterents objets coloreacutes Dans le cadre drsquoune deacutemarche drsquoexpeacuterimentation ils ont eacutemis des hypothegraveses observeacute manipuleacute du mateacuteriel utiliseacute des appliquettes en ligne et veacuterifieacute leurs reacutesultats Crsquoest ainsi les modegraveles que nous avons preacutesenteacutes et que les eacutelegraveves ont eacutelaboreacutes vont ecirctre des ponts qui vont relier le monde theacuteorique et le monde empirique Par ailleurs nous avons eacuteteacute attentifs agrave la seacutemiotique lors de nos choix des repreacutesentations utiliseacutees nous nous sommes reacutefeacutereacutes agrave la notion de registre seacutemiotique afin drsquoeacutelaborer des scheacutemas nrsquoengendrant pas de difficulteacutes de lecture chez les eacutelegraveves

Nous avons analyseacute lrsquoorigine des conceptions erroneacutees et avons remarqueacute qursquoelles eacutetaient principalement dues agrave des repreacutesentations concourantes engendreacutees par les diffeacuterents contextes et cadres de rationaliteacutes dans lesquelles les eacutelegraveves eacutevoluent Notre sceacutenario permet aux eacutelegraveves drsquoeacutetablir des liens entre ces diffeacuterents cadres et de construire une nouvelle repreacutesentation de la couleur celle drsquoun objet de la physique

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6 Bibliographie

Astolfi J Ginsburger-shyVogel Y amp Toussaint J (2008) Mots-shycleacutes de la didactique des sciences De Boeck Supeacuterieur Beaufils D Ramage M-shyJ DidaScO (2004) Simulation informatique et enseignement de la physique regards didactiques Universiteacute Paris-shySud Centre scientifique drsquoOrsay -shy 91405 Orsay Cedex Brahic A Grenier I ( 2008) Lumiegraveres deacutetoiles les couleurs invisibles Odile Jacob Brousseau G (1998) Glossaire de quelques concepts de la theacuteorie des situations didactiques en matheacutematiques DAEST-shy Faculteacute des Sciences de lHomme-shyUniversiteacute Victor Segalen Bordeaux 2 Bunge M (1975) Philosophie de la physique Paris France Editions du Seuil Chevallard Y amp Johsua M-shyA (1986) Transposition didactique  Du savoir savant au savoir enseigneacute -shy Un exemple drsquoanalyse de la transposition didactique Penseacutee sauvage Chevallard Y A du texte Chevallard Y A du texte Chevallard Y amp Johsua M-shyA A du texte (1991) La transposition didactique  du savoir savant au savoir enseigneacute Suivi de Un exemple de la transposition didactique ([2e eacuted revue et augm]) Yves Chevallard  Yves Chevallard et Marie-shyAlberte Johsua [texte imprimeacute] Retrieved October 19 2016 de Vecchi G (2006) Enseigner lrsquoexpeacuterimental en classe  Pour une veacuteritable eacuteducation scientifique Hachette Editions (p 221-shy229) de Vecchi G (2006) Enseigner lrsquoexpeacuterimental en classe  Pour une veacuteritable eacuteducation scientifique Hachette Editions (p 55 -shy65) de Saussure F (2005) Cours de linguistique geacuteneacuterale Arbres drsquoOr Develay M (1987) A propos de la transposition didactique en sciences biologiques Aster [ISSN 0297-shy9373] 1987 Ndeg 4 p 119 Duval R (1988) Eacutecarts seacutemantiques et coheacuterence matheacutematique introduction aux problegravemes de congruences in Annales de Didactique et de Sciences Cognitives de lIREM de Strasbourg Giordan A Girault Y et Clement P (1994) Conceptions et connaissance Peter Lang Halloun I A (2004) Modeling theory in science education Dordrecht Holland Kluwer Academic Publishers Kane J Sternheim M (1989) Cours QCM exemple et exercices corrigeacutes -shy 1er cycle Licence PCEM PCEP Physique 3egraveme eacutedition revue par Philipe Ghosez Maryse Hoebeke et Gabriel Llabreacutes DUNOD Lerouge A (1992) Repreacutesentation carteacutesienne rationaliteacute matheacutematique et rationaliteacute du quotidien chez des eacutelegraveves de collegravege Thegravese de doctorat Universiteacute Montpellier II Malafosse D Lerouge A Dusseau J-shyM (2000) Notions de registre et de cadre de rationaliteacute en inter-shydidactique des matheacutematiques et de la physiqu e Treacutema Martinand J-shyL (nd) Introduction agrave la modeacutelisation In Actes du seacuteminaire de didactique des disciplines technologiques Cachan (p 126ndash138)

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Meirieu P Avanzin Gi (1987) Apprendre oui mais comment Edition ESF Verret M (1975) Le temps des eacutetudes (Vols 1ndash2) Lille France Atelier Reproduction des thegraveses

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Page 31: Physique Optique Lescouleurs · Sciences naturelles Les couleurs 10 11 Harmos 1.Introduction Comme nous allons le détailler dans le chapitre 4, les conceptions erronées des élèves

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 3 Que devient la lumiegravere lorsqursquo‛elle traverse un filtre

(corrigeacute)

Activiteacute 31 les lumiegraveres et filtres coloreacutes

Tu as appris lors du dernier cours que lrsquo‛on pouvait ldquoadditionnerrdquo des lumiegraveres coloreacutees

pour obtenir de nouvelles couleurs Nous pouvons modeacuteliser la lumiegravere blanche ainsi

Nous allons deacutecouvrir aujourdrsquo‛hui comment on peut ldquosoustrairerdquo des lumiegraveres coloreacutees

1) Lrsquo‛enseignant a installeacute trois filtres de couleur un rouge un vert un bleu ainsi qursquo‛un

eacutecran blanc de la maniegravere repreacutesenteacutee ci-dessous

Image MER

Quelle couleur va-t-on observer sur lrsquo‛eacutecran si lrsquo‛on allume un par un les projecteurs

Remplis le tableau ci-dessous premiegraverement avec tes hypothegraveses concernant la couleur

obtenue sur lrsquo‛eacutecran puis avec tes observations lors de la deacutemonstration

Filtre traverseacute par la

lumiegravere blanche

Couleur obtenue ton

hypothegravese

Couleur observeacutee

Filtre bleu bleu

Filtre rouge rouge

Filtre vert vert

2) Selon toi quel est le rocircle du filtre coloreacute

_______________________________________________________________

Un filtre coloreacute ne transmet que les rayons de sa couleur et absorbe les autres

3) Repreacutesente par un scheacutema le passage drsquo‛une lumiegravere blanche agrave travers un filtre rouge

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

4) Et quelle couleur observera-t-on si la lumiegravere blanche passe agrave travers un filtre rouge

puis agrave travers un filtre bleu Formule une hypothegravese puis applique ton modegravele

Hypothegravese __________________________________

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

Activiteacute 32 Qursquo‛obtient-on avec drsquo‛autres filtres

a) Tu disposes maintenant drsquo‛une lampe diffusant de la lumiegravere blanche et de filtres

cyan magenta et jaune Manipule-les les uns apregraves les autres puis en les superposant

pour deacutecouvrir leurs effets sur la lumiegravere blanche

b) A lrsquo‛aide de couleurs et en trsquo‛appuyant sur tes observations scheacutematise ci-dessous

lrsquo‛action des filtres sur une lumiegravere blanche

Pex 1 Magenta 2 Jaune 3 Cyan 4 Rouge 5 Vert 6 Bleu 7 Noir

Activiteacute 33 Deux synthegraveses Similitudes et diffeacuterences

a) Utilise ce logiciel pour comparer les synthegraveses additive et soustractive

httpwwwostralonet3_animationsswfsynthese_couleursswf

a) Quelles similitudes observes-tu entre les synthegraveses additive et soustractive

________________________________________________________________

Les mecircmes triplets de couleurs sont preacutesents dans les deux synthegraveses (RVB - CMJ)

d) Et quelles diffeacuterences

________________________________________________________________

1 Les couleurs primaires de lrsquo‛un sont les couleurs compleacutementaires de lrsquo‛autre

2 Lrsquo‛addition des lumiegraveres coloreacutees rouge verte et bleue donne du blanc la

soustraction totale par des filtres cyan magenta et jaune donne du noir

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 4 Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Rappel

1 Nous pouvons reacutesumer la composition de la lumiegravere blanche aux 3 couleurs primaires le rouge le vert et le bleu Ce sont des couleurs qui ne peuvent pas ecirctre creacuteeacutees Ce sont elles qui composent les autres couleurs Crsquo‛est agrave dire qursquo‛en les meacutelangeant on peut obtenir les autres couleurs le cyan est composeacute du bleu et du vert le magenta est composeacute du bleu et du rouge et le jaune est composeacute du vert et du rouge

Theacuteorie

Le sujet que nous allons traiter aujourdrsquo‛hui concerne la couleur de lrsquo‛objet Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Formule une hypothegravese ____________________________________________

Observe la photo projeteacutee par lrsquo‛enseignant

Que retiens-tu de cette photo _______________________________________________________________ La lumiegravere coloreacutee qui est refleacuteteacutee par un objet correspond agrave la lumiegravere non absorbeacutee

Ici toutes les lumiegraveres coloreacutees sont absorbeacutees sauf le bleu qui lui est refleacuteteacute La couleur propre de lrsquo‛objet sera le bleu

En effet un objet absorbe ou reflegravete diffeacuterentes lumiegraveres coloreacutees Crsquo‛est cette lumiegravere coloreacutee refleacuteteacutee que nous verrons

Activiteacute 41

Reacuteponds agrave ces diffeacuterentes questions dans le tableau ci-dessous De quelle couleur verras-tu cet objet Confronte ton ideacutee avec ton voisin De quelle couleur le vois-tu reacuteellement

Couleur de lrsquo‛objet

Couleur de la lumiegravere

Hypothegravese formuleacutee

Observation

rouge Magenta

cyan Vert

jaune Bleu

Par quel pheacutenomegravene peut-on observer ce changement de couleur ___________________________________

Quelle deacuteductions peux-tu faire _________________________________________________________________

Activiteacute 42

Marche agrave suivre

1 Eacutecris sur une feuille blanche le nom des 2 couleurs que ton enseignant te donne avec la peinture qui y correspond

2 Pendant que ces mots segravechent remplis les colonnes ldquocouleur du mot 1rdquo et ldquocouleur du mot 2rdquo et ldquocouleur de la feuillerdquo agrave la lumiegravere blanche

3 Formule tes hypothegraveses note-les au crayon agrave papier en petit 4 Eacuteclaire tes mots agrave lrsquo‛aide de lumiegraveres coloreacutees 5 Note tes observations

Lumiegravere coloreacutee

Couleur du mot 1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur du mot 2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur de la feuille helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Blanche

Rouge

Verte

Bleue

Magenta

Cyan

Jaune

Activiteacute 43

Tu observes un drapeau eacuteclaireacute par une lumiegravere blanche Puis tu observes ce mecircme drapeau eacuteclaireacute par deux lumiegraveres coloreacutees diffeacuterentes Trouve la lumiegravere coloreacutee utiliseacutee dans chaque cas et justifie ta reacuteponse par la modeacutelisation vue preacuteceacutedemment

Lumiegravere blanche Lumiegravere coloreacutee 1 Lumiegravere coloreacutee 2

De quelle couleur est la premiegravere lumiegravere coloreacutee ___________________________

Modeacutelisation 1

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________

Modeacutelisation 2

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 4 Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur (corrigeacute) Rappel

2 Nous pouvons reacutesumer la composition de la lumiegravere blanche aux 3 couleurs primaires le rouge le vert et le bleu Ce sont des couleurs qui ne peuvent pas ecirctre creacuteeacutees Ce sont elles qui composent les autres couleurs Crsquo‛est agrave dire qursquo‛en les meacutelangeant on peut obtenir les autres couleurs le cyan est composeacute du bleu et du vert le magenta est composeacute du bleu et du rouge et le jaune est composeacute du vert et du rouge

Theacuteorie

Le sujet que nous allons traiter aujourdrsquo‛hui concerne la couleur de lrsquo‛objet Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Formule une hypothegravese ____________________________________________ Projeter cette image elle napparaicirct pas dans le cours de lrsquo‛eacutelegraveve

Que retiens-tu de cette photo _______________________________________________________________ La lumiegravere coloreacutee qui est refleacuteteacutee par un objet correspond agrave la lumiegravere non absorbeacutee

Ici toutes les lumiegraveres coloreacutees sont absorbeacutees sauf le bleu qui lui est refleacuteteacute La couleur propre de lrsquo‛objet sera le bleu

En effet un objet absorbe ou reflegravete diffeacuterentes lumiegraveres coloreacutees Crsquo‛est cette lumiegravere coloreacutee refleacuteteacutee que nous verrons

Activiteacute 41

Reacuteponds agrave ces diffeacuterentes questions dans le tableau ci-dessous De quelle couleur penses-tu que tu verras cet objet Confronte ton ideacutee avec ton voisin De quelle couleur le vois-tu reacuteellement

Couleur de lrsquo‛objet

Couleur de la lumiegravere

Hypothegravese formuleacutee

Observation

rouge Magenta (rouge)

cyan Vert (vert)

jaune Bleu (noir)

Par quel pheacutenomegravene peut-on observer ce changement de couleur ___________________________________ (synthegravese soustractive)

Quelle deacuteductions peux-tu faire (fonctionne comme un filtre) _________________________________________________________________

Activiteacute 42

Marche agrave suivre

6 Eacutecris sur une feuille blanche le nom des 2 couleurs que ton enseignant te donne avec la peinture qui y correspond

7 Pendant que ces mots segravechent remplis les colonnes ldquocouleur du mot 1rdquo et ldquocouleur du mot 2rdquo et ldquocouleur de la feuillerdquo agrave la lumiegravere blanche

8 Formule tes hypothegraveses note-les au crayon agrave papier en petit 9 Eacuteclaire tes mots agrave lrsquo‛aide de lumiegraveres coloreacutees 10 Note tes observations

Lumiegravere coloreacutee

Couleur du mot 1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur du mot 2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur de la feuille helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Blanche

Rouge

Verte

Bleue

Magenta

Cyan

Jaune

Activiteacute 43

Tu observes un drapeau eacuteclaireacute par une lumiegravere blanche Puis tu observes ce mecircme drapeau eacuteclaireacute par deux lumiegraveres coloreacutees diffeacuterentes Trouve la lumiegravere coloreacutee utiliseacutee dans chaque cas et justifie ta reacuteponse par la modeacutelisation vue preacuteceacutedemment

Lumiegravere blanche Lumiegravere coloreacutee 1 Lumiegravere coloreacutee 2

De quelle couleur est la premiegravere lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Bleu)

Modeacutelisation 1

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Vert)

Modeacutelisation 2

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Fiches de synthegravese Les couleurs Activiteacute 2 Reacutesumeacute theacuteorique pour les eacutelegraveves Le modegravele trichromique et la synthegravese additive des couleurs La couleur nrsquo‛existe pas sans lumiegravere et lrsquo‛on peut dire que lrsquo‛on perccediloit le monde gracircce aux meacutelanges de ces couleurs qui correspondent aux diffeacuterentes composantes de la lumiegravere Lorsque lrsquo‛on parle de la perception des couleurs on srsquo‛aperccediloit que seules trois lumiegraveres primaires de couleurs rouge vert et bleu sont neacutecessaires pour obtenir la sensation de toutes les autres couleurs Cette maniegravere de modeacuteliser la perception des couleurs est ce qursquo‛on appelle le modegravele trichromique (lsquorsquo‛trois couleursrsquo‛rsquo‛) Dans cette repreacutesentation toutes les autres lumiegraveres coloreacutees sont perccedilues par superposition des trois lumiegraveres rouge verte et bleue La superposition simultaneacutee et en dosage identique des trois couleurs donne de la lumiegravere blanche Le noir correspond agrave une absence de lumiegravere

Illustration du modegravele

Image MER

Lrsquo‛image montre trois projecteurs de lumiegraveres rouge verte et bleue eacuteclairant une table blanche Si les trois couleurs sont projeteacutees en intensiteacute identique nous obtenons par superposition trois autres couleurs le cyan le magenta et le jaune Les couleurs primaires et les couleurs obtenues sont codeacutees sur lrsquo‛image puis reacutecapituleacutees dans le tableau ci-dessous

Image MER

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Si nous modifions le dosage des couleurs eacuteleacutementaires il est possible drsquo‛obtenir toutes les couleurs imaginables Le pheacutenomegravene de perception des couleurs par superposition des trois couleurs primaires se nomme synthegravese additive les couleurs sont additionneacutees entre elles pour permettre la synthegravese drsquo‛autres couleurs

Drsquo‛ailleurs si lrsquo‛on observe au microscope un eacutecran blanc de smartphone ou drsquo‛ordinateur on remarque qursquo‛il est en fait constitueacute drsquo‛un grand nombre de minuscules rectangles de lumiegraveres rouge verte et bleue (voir image ci-contre) Crsquo‛est justement par un jeu de dosage de chacune de ces lumiegraveres que lrsquo‛on perccediloit les diffeacuterentes couleurs sur nos eacutecrans

Pourquoi un modegravele sur trois couleurs La raison pour laquelle les scientifiques ont construit ce modegravele sur trois couleurs est directement lieacutee agrave la structure de notre œil En effet ce dernier contient des cellules sensibles agrave la lumiegravere que lrsquo‛on appelle cocircnes et bacirctonnets Alors que les bacirctonnets perccediloivent les intensiteacutes de lumiegravere les cocircnes nous permettent de percevoir les couleurs Cependant ils ne sont sensibles qursquo‛agrave certaines composantes de la lumiegravere blanche celles correspondant justement aux couleurs rouge vert et bleu Lorsque lrsquo‛on regarde un objet notre cerveau analyse le dosage de chacune de ces composantes perccedilues par notre œil et en interpregravete ainsi la couleur de lrsquo‛objet

Qursquo‛est-ce que le daltonisme Certaines personnes preacutesentent une anomalie de la vision qui les empecircche de distinguer certaines couleurs Drsquo‛origine geacuteneacutetique ce trouble est ducirc agrave un dysfonctionnement des cocircnes preacutesents dans la reacutetine Bien que la plupart des personnes daltoniennes aient de la peine agrave distinguer le vert du rouge drsquo‛autres ne distinguent pas drsquo‛autres couleurs Dans certaines formes de daltonisme le monde est perccedilu par la personne atteinte en teintes de gris

Sciences naturelles Optique synthegravese soustractive et additive

La synthegravese additive est le proceacutedeacute gracircce

auquel en combinant les couleurs

___________ ___________ et ___________

on obtient du blanc

On la retrouve lorsque lrsquoon meacutelange des

lumiegraveres coloreacutees composeacutees de ces 3 couleurs

diffeacuterentes car les laquo additionner raquo donne la

lumiegravere blanche

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon exploite aujourdrsquohui

pour les teacuteleacuteviseurs ou tout eacutecran composeacute de

pixels

La synthegravese soustractive consiste agrave soustraire

les couleurs de la lumiegravere blanche (RVB) agrave

travers des filtres de couleurs ___________

___________ et ___________ qui absorbent la

totaliteacute des couleurs de la lumiegravere blanche pour

un rendu noir au final (absence de lumiegravere)

Lrsquo __________________ des 3 couleurs donne

le ____________

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon retrouve par exemple en

meacutelangeant de la peinture notamment en

imprimerie

Sciences naturelles Optique les filtres

Qursquoest-shyce qursquoun filtre coloreacute et comment fonctionne-shyt-shyil

Un filtre est un dispositif qui permet de filtrer la lumiegravere de laisser passer certains rayons

lumineux et drsquoen absorber drsquoautres

Pour savoir quelles lumiegravere coloreacutees le filtre laisse passer il faut lrsquoobserver agrave la lumiegravere

blanche

Le filtre laissera alors passer uniquement les rayons lumineux de sa couleur propre

Par exemple

Un filtre vert laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee verte

Un filtre magenta laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee magenta crsquoest agrave dire les rayons rouge et bleu

Pour connaicirctre la lumiegravere coloreacutee qui ldquosortrdquo du filtre il faut donc

deacutecomposer la lumiegravere qui arrive sur ce filtre et en soustraire les

rayons qui sont absorbeacutes par le filtre On se reacutefegravere alors au modegravele de

la synthegravese soustractive

Image httpswww123couleursfrboutique-shy1filtres-shycolorC3A9s

Tableau reacutecapitulatif

Sciences naturelles Optique les filtres

Modeacutelisation

Nous pouvons modeacuteliser lrsquoaction drsquoun filtre

1 Noter la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur le filtre

2 Deacutecomposer la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur filtre et la coder (en RVB)

3 Repreacutesenter le filtre et coder les rayons absorbeacutes par le filtre 4 Prolonger les rayons lumineux coloreacutes que le filtre laisse passer et les coder (en RVB)

5 Noter la lumiegravere coloreacutee qui sort du filtre

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre magenta sur la lumiegravere blanche

Lorsque plusieurs filtres sont superposeacutes ou aligneacutes il faut modeacuteliser lrsquoaction du premier filtre

sur la lumiegravere projeteacutee puis lrsquoaction du deuxiegraveme filtre sur la lumiegravere qui sort du premier filtre

etc

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre cyan puis drsquoun filtre vert sur la lumiegravere jaune

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

De quelle couleur apparaicirctra un objet de couleur eacuteclaireacute par une lumiegravere coloreacutee

Il y 3 cas

1) Un objet de couleur blanche renvoie toutes les couleurs il apparaicirctra de la couleur eacuteclaireacutee

2) Un objet de couleur noire absorbe toutes les couleurs Peu importe la couleur avec laquelle

lrsquoobjet est eacuteclaireacute lrsquoobjet apparaicirct de couleur noire

3) Pour un objet de couleur il suffit de deacutecomposer les couleurs secondaires par exemple

Jrsquoai un objet jaune

Je lui projette une lumiegravere magenta

Or jaune = rouge + vert

et magenta = bleu + rouge

Le rouge est commun au jaune et au magenta donc lrsquoobjet paraicirctra rouge

En revanche si la lumiegravere est bleue comme il nrsquoy a pas de bleu dans le jaune lrsquoobjet paraicirctra

noir

1

Tableau reacutecapitulatif

1 httpscommunitygoodgamestudioscombigfarmfrdiscussion51685langage-shy‐des-shy‐couleurs

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

Modegravele de reacuteponse

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

______

______

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

______

______

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation avec propositions

de reacuteponses)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

(rouge vert bleu Nous percevons les diffeacuterentes couleurs agrave partir de ces trois couleurs) ________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

(Explication relative aux cocircnes et bacirctonnets de lrsquo‛oeil)

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Corrigeacute vert bleu blanc cyan

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________ (vert)

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________ (bleu)

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________ (aucunenoir)

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

(selon modegravele eacutetudieacute)

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

(les deux selon que lrsquo‛on parle de synthegravese additive ou soustractive)

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

Bleu

______

Bleu

______

Noir

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________ (lumiegravere rouge)

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

Noir

______

Rouge

______

Rouge

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

(Bleu)

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

(selon modegravele eacutetudieacute)

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

(Explication citant la synthegravese soustractive et lrsquo‛effet des lumiegraveres coloreacutees

concerneacutees sur le haut du cambrioleur)

Evaluation - Analyse

Ce commentaire comprend les diffeacuterents objectifs eacutevalueacutes ainsi que ce qui est attendu

preacuteciseacutement des eacutelegraveves et les niveaux taxonomiques correspondants

Ce sont des pistes drsquo‛eacutevaluation qui sont ici proposeacutees non une eacutevaluation suivie

Exercice 1

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- Mettre en lien des notions theacuteoriques apprises en cours (cocircnes et

bacirctonnets de lrsquo‛oeil) avec drsquo‛autres (synthegravese additive)

Lrsquo‛eacutevaluation deacutebute par deux questions au niveau taxonomique peu eacuteleveacute La

premiegravere de lrsquo‛ordre de la compreacutehension demande aux eacutelegraveves de restituer une

connaissance de base agrave lrsquo‛aide de leurs propres mots La deuxiegraveme propose de

tester les connaissances theacuteoriques des eacutelegraveves en veacuterifiant que des liens entre

deux notions aient eacuteteacute faits

Exercice 2

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutedire la couleur perccedilue en fonction des meacutelanges de couleurs RVB

- deacutechiffrer un scheacutema et les codes de la repreacutesentation de la trajectoire

des lumiegraveres coloreacutees

Le deuxiegraveme exercice relegraveve du niveau taxonomique de lrsquo‛application car il

neacutecessite une compreacutehension de la maniegravere de repreacutesenter la lumiegravere (scheacutema de

la trajectoire rectiligne codes de couleurs RVB) et drsquo‛appliquer ce modegravele tout en

utilisant les connaissances des couleurs fondamentales et compleacutementaires de la

synthegravese additive

Exercice 3

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet drsquo‛un filtre sur une lumiegravere coloreacutee agrave lrsquo‛aide des codes

propres agrave lrsquo‛optique

Lrsquo‛exercice 3 relegraveve de lrsquo‛application car les eacutelegraveves se reacutefegraverent agrave la modeacutelisation

eacutetablie durant le cours et au diagramme de Venn de la synthegravese soustractive et

les adaptent aux items preacutesenteacutes

Exercice 4

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- mettre en perspective la distinction entre synthegravese additive et

soustractive en terme de lsquorsquo‛naturersquo‛rsquo‛ de la couleur (couleurs matiegraveres vs

couleurs lumiegraveres)

Cet exercice requiert des eacutelegraveves qursquo‛ils mobilisent leur faculteacute drsquo‛analyse (niveau

taxonomique plutocirct eacuteleveacute) pour expliquer les diffeacuterences entre les

repreacutesentations de la couleur en arts visuels et en physique Le but est qursquo‛ils

reconnaissent qursquo‛il srsquo‛agit dans le premier cas de la synthegravese soustractive et dans

le second cas de la synthegravese additive

Exercice 5

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutevoir la couleur perccedilue drsquo‛un objet en fonction des lumiegraveres coloreacutees

projeteacutees et coder le pheacutenomegravene

Les eacutelegraveves appliquent la modeacutelisation drsquo‛une lumiegravere coloreacutee sur un objet coloreacute

pour deacuteterminer la couleur perccedilue du drapeau franccedilais Cette question fait

reacutefeacuterence agrave un niveau taxonomique bas Puis ils trouvent la lumiegravere coloreacutee qui

permet de voir les deux drapeaux preacutesenteacutes de la mecircme couleur Ils trouveront

cette reacuteponse en modeacutelisant les lumiegraveres coloreacutees sur lrsquo‛objet de couleur

Plusieurs scheacutemas sont neacutecessaires pour trouver la reacuteponse Crsquo‛est une question

taxonomiquement haute qui demande aux eacutelegraveves de faire une synthegravese

Exercice 6

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet de la lumiegravere coloreacutee sur un objet et en deacuteduire la

couleur perccedilue

- justifier sa reacuteponse avec des mots en faisant la synthegravese des diffeacuterents

concepts vus dans la seacutequence de cours

Les eacutelegraveves doivent comprendre ce qursquo‛ils lisent et deacuteterminer la couleur propre du

haut du cambrioleur Cette question est taxonomiquement haute elle demande de

lrsquo‛analyse Puis ils justifient leur reacuteponse par le modegravele de lrsquo‛effet de la lumiegravere

coloreacutee sur un objet Cette question est drsquo‛un niveau taxonomique infeacuterieur

drsquo‛application Finalement ils deacuteterminent pourquoi la description de la jeune fille

ne correspond pas agrave la couleur propre en faisant le lien avec la synthegravese

soustractive demandant un niveau taxonomiquement tregraves eacuteleveacute la synthegravese

Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

4 Argumentation scientifique Nous avons choisi de construire notre seacutequence de cours de maniegravere agrave ce qursquoelle srsquoinscrive dans une deacutemarche constructiviste de type piageacutetienne Dans cette deacutemarche lrsquoenseignant anticipe les conceptions erroneacutees que les eacutelegraveves peuvent avoir puis eacutetablit une situation-shyproblegraveme permettant ideacutealement de deacuteconstruire ces repreacutesentations incomplegravetes puis finalement drsquoen construire de nouvelles plus justes Dans ce qui suit nous allons deacutefinir ces diffeacuterents concepts mis en eacutevidence puis expliciter la maniegravere dont nous les avons pris en compte dans notre planification

41 Les conceptions des eacutelegraveves et les situations-shyproblegravemes

411 Deacutefinitions Conception Selon Giordan et al (1994) une conception ou repreacutesentation peut ecirctre consideacutereacutee comme une ideacutee un objet ou un eacutevegravenement qui aide lrsquoeacutelegraveve agrave comprendre le monde qui lrsquoentoure Elle est le fruit de son expeacuterience personnelle dans laquelle il va puiser pour comprendre les nouveaux savoirs que lrsquoon va chercher agrave lui inculquer Elle peut ecirctre consideacutereacutee comme une connaissance ldquodeacutejagrave-shylagraverdquo acquise dans un certain contexte par lrsquoapprenant et qui peut ecirctre correcte ou erroneacutee Les mauvaises conceptions (ou misconception en anglais) peuvent donc ecirctre deacutecrites comme des ideacutees qui proviennent drsquoune mauvaise compreacutehension drsquoobjets ou eacutevegravenements Elles sont issues principalement de lrsquoenvironnement avec lequel lrsquoeacutelegraveve interagit et du contexte dans lequel il se situe mais elles deacutecoulent eacutegalement des systegravemes seacutemiotiques mis en oeuvre Ces derniers sont abordeacutes plus en deacutetail dans ce qui suit Seacutemiologie En seacutemiologie (lrsquoeacutetude des systegravemes de signes) une repreacutesentation (ou un signe) est double elle est doteacutee drsquoun signifiant et drsquoun signifieacute (de Saussure 1916) Le signifiant qui fait lrsquoobjet de la seacutemiologie deacutesigne la forme et laspect du signe tandis que le signifieacute eacutetudieacute dans le cadre de la seacutemantique deacutesigne le concept eacutevoqueacute par le signe A partir du moment ougrave le signe possegravede plusieurs signifieacutes il devient symbole et crsquoest ainsi que les incompreacutehensions peuvent survenir Selon R Duval (1995) le concept de laquo registre seacutemiotique raquo permet de distinguer les repreacutesentations qui relegravevent de diffeacuterents registres ou types visuels numeacuteriques graphiques symboliques formels scheacutematiques etc En didactique ce concept est fondamental car les diffeacuterences de registre au sein drsquoune mecircme repreacutesentation ou drsquoun

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

modegravele peut induire des difficulteacutes de lecture Ils risquent drsquoajouter des difficulteacutes suppleacutementaires en empecircchant les eacutelegraveves de se focaliser sur le problegraveme poseacute par lrsquoactiviteacute et les menant agrave formuler des conclusions diffeacuterentes de celles attendues par lrsquoenseignant Crsquoest pour cela qursquoun choix pertinent de registre seacutemiotique facilite la compreacutehension du concept introduit Dans notre cours un exemple typique que nous pouvons donner est la forte ressemblance des diagrammes de Venn pour les synthegraveses additive et soustractive Dans les deux modegraveles les diagrammes sont communeacutement scheacutematiseacutes sous forme circulaire De plus bien que inverseacutees au niveau de leurs superpositions les mecircmes couleurs sont repreacutesenteacutees dans les deux diagrammes Ces similitudes peuvent rendre la diffeacuterenciation complexe pour les eacutelegraveves Crsquoest pourquoi nous avons estimeacute important drsquoapporter un changement agrave la repreacutesentation de ces diagrammes Ainsi dans lrsquoune de nos fiches de synthegravese nous avons preacutefeacutereacute utiliser des formes rectangulaires plutocirct que circulaires pour repreacutesenter la synthegravese soustractive car cette forme eacutevoque plus fortement le filtre et ainsi lrsquoabsorption de la lumiegravere Cadre de rationaliteacute origine des conceptions En srsquoappuyant sur les travaux de R Douady (1984) A Lerouge (1992) deacutefinit laquo un cadre de rationaliteacuteraquo comme laquoun ensemble coheacuterent de fonctionnement de la penseacuteeraquo caracteacuteriseacute principalement par les composantes suivantes

1 Les objets du cadre dans notre cas il peut srsquoagir de peinture de feuille de papier de lampes de poche de filtres etc

2 Le type de processus de conceptualisation Dans un cadre scientifique il peut srsquoagir drsquoun processus par modeacutelisation ou par expeacuterimentation par exemple

3 Les registres seacutemiotiques que nous avons traiteacutes plus haut Les conceptions des eacutelegraveves et les conflits de perceptions en reacutesultant sont issus des diffeacuterents cadres de rationaliteacute dans lesquels ils eacutevoluent Ce sont les cadres familiers (personnel) et culturels (eacutecole) qui sont responsable de ces conceptions et repreacutesentations mentales tantocirct concourantes tantocirct inexistantes voire erroneacutees Elles se manifestent principalement agrave travers la seacutemiotique Les eacutelegraveves eacuteprouvent de la difficulteacute agrave repreacutesenter des objets issus de registres seacutemiotiques diffeacuterents ou encore agrave simplement les reconnaicirctre Dans le contexte de notre seacutequence sur les couleurs ces cadres de rationaliteacute sont centraux En effet crsquoest dans son quotidien et donc dans son cadre familier que lrsquoeacutelegraveve va deacutecouvrir la notion de couleur notamment par le biais de la peinture ou drsquoobservation drsquoarc-shyen-shyciel Cette deacutecouverte qui a souvent lieu tregraves tocirct dans la vie de lrsquoenfant ne fera pourtant pas pour autant lrsquoobjet de questionnement sur le pheacutenomegravene de perception des couleurs La notion de cadre culturel ou scolaire quand agrave elle peut ecirctre eacutetendue dans notre cas agrave deux sous-shycateacutegories de cadres culturels diffeacuterents qui vont ecirctre agrave lrsquoorigine de conceptions erroneacutees ou incomplegravetes Premiegraverement il y a le cadre que nous appelons laquo arts visuelsraquo et qui a ses propres regravegles de rationaliteacutes Les cours de dessin ou drsquoactiviteacutes creacuteatrices en sont de parfaits exemples car crsquoest dans ce cadre que les eacutelegraveves vont premiegraverement aborder la

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

theacutematique des couleurs primaires et de leurs meacutelanges Mais cette theacutematique est eacutegalement abordeacutee dans le cadre laquophysiqueraquo agrave travers les expeacuteriences de deacutecomposition de la lumiegravere ou de superposition de lumiegraveres coloreacutees Ainsi nous retrouvons trois cadres de rationaliteacute concourants (familier physique arts visuels) dans lesquels les eacutelegraveves eacutevoluent et qui engendrent indubitablement des conceptions erroneacutees sur la lumiegravere et les couleurs puisque les eacutelegraveves ne sont pas ameneacutes agrave les diffeacuterencier dans chacun des cadres Et comme la communication entre les diffeacuterents cadres nrsquoest pas eacutetablie le lien agrave faire entre les diffeacuterentes conceptions issues de ces cadres est agrave la charge de lrsquoeacutelegraveve ce qui repreacutesente une lourde responsabiliteacute dans son apprentissage Astolfi (2008) appelle eacutegalement ces conceptions issues de diffeacuterents cadres des ldquotrames conceptuelles rdquoqui peuvent ecirctre deacutefinies comme ldquoun ensemble de concepts-shycleacutes propres agrave un domaine et logiquement hieacuterarchiseacutes entre eux qui structurent les disciplines et engendrent des situations-shyproblegravemesrdquo Mais encore on verra eacutemerger des problegravemes de contrat didactique dans chacun des cadres lrsquoeacutelegraveve va tenter de donner une reacuteponse qui va satisfaire lrsquoenseignant sans pour autant ecirctre ameneacute agrave confronter ses conceptions

Situation-shyproblegraveme Pour de Vecchi (2006) une situation-shyproblegraveme est une activiteacute qui consiste agrave mettre lrsquoeacutelegraveve dans une situation ougrave il va ecirctre ameneacute agrave eacutelaborer des strateacutegies de reacutesolution de problegraveme Lrsquoun des points cleacutes des situations-shyproblegravemes est qursquoelles eacutetablissent un lien eacutetroit entre les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves En drsquoautres termes une situation-shyproblegraveme est construite de telle sorte que les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave remettre en question des repreacutesentations actuelles qui srsquoavegraverent erroneacutees agrave les deacuteconstruire pour en construire de nouvelles Ainsi dans une deacutemarche de type constructiviste lrsquoeacutelegraveve construit son savoir en renversant ses anciennes conceptions Une situation-shyproblegraveme nrsquoest donc pas une deacutemarche ponctuelle dans laquelle lrsquoeacutelegraveve devra reacutesoudre une liste drsquoexercices teacuteleacuteguideacutee par lrsquoenseignant Ce qui justifie lrsquoefficaciteacute des situations problegravemes est qursquo laquoapprendreraquo ne consiste pas agrave cumuler les savoirs mais agrave en construire et agrave en deacuteconstruire

Une situation-shyproblegraveme doit comprendre plusieurs eacuteleacutements

-shy Un objectif-shyobstacle Pour Meirieu (1987) un objectif-shyobstacle est ldquoun objectif dont lrsquoacquisition permet au sujet de franchir un palier deacutecisif de progression en modifiant son systegraveme de repreacutesentation et en le faisant acceacuteder un niveau supeacuterieur de formulation rdquo Dans notre cas lrsquoeacutelegraveve pense que tous les meacutelanges de 3 couleurs primaires (de peinture ou de lumiegravere) vont donner le mecircme reacutesultat La distinction entre synthegraveses additive et soustractive nrsquoest pas connue des eacutelegraveves De plus projeter de la lumiegravere monochromatique sur un objet drsquoune certaine couleur ne donne pas toujours la mecircme couleur Lrsquoexemple avec le drapeau (activiteacute 4) est parlant

-shy Une situation centreacutee sur cet obstacle prenant en compte une deacutemarche expeacuterimentale ou une deacutemarche de modeacutelisation Dans notre cours les deux deacutemarches sont mises en oeuvre mais notre deacutemarche principale est la modeacutelisation Les eacutelegraveves vont effectivement ecirctre ameneacutes agrave eacutemettre des hypothegraveses manipuler reacutecolter des reacutesultats et les confronter agrave

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

leurs hypothegraveses mais il srsquoagit surtout drsquoune deacutemarche de modeacutelisation car les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave creacuteer des scheacutemas dans plusieurs exercices

-shy Une probleacutematisation et la deacutevolution on probleacutematise la conception erroneacutee en introduisant une situation-shyproblegraveme crsquoest-shyagrave-shydire qursquoon construit un problegraveme centreacute sur lrsquoobstacle La surprise face agrave une situation incoheacuterente va intriguer lrsquoeacutelegraveve exciter sa motivation et le pousser agrave vouloir srsquoimpliquer dans le problegraveme ce qui va aider sa deacutevolution Brousseau (1998) qualifie la notion de deacutevolution par le ldquo processus par lequel lenseignant parvient agrave placer leacutelegraveve comme simple actant dans une situation a-shydidactique (agrave modegravele non didactique) Il cherche par lagrave agrave ce que lrsquoaction de lrsquoeacutelegraveve ne soit produite et justifieacutee que par les neacutecessiteacutes du milieu et par ses connaissances et non par lrsquointerpreacutetation des proceacutedeacutes didactiques du professeurrdquo Pour enrocircler les eacutelegraveves et les aider agrave identifier la probleacutematique en met on place une situation deacuteclenchante Dans notre cas lrsquoexemple avec le meacutelange de peinture et de lumiegraveres coloreacutees est un parfait exemple de situation deacuteclenchante car les eacutelegraveves ne sattendent probablement pas par exemple agrave ce que le meacutelange de vert et bleu donne du cyan ou encore qursquoon perccediloive un citron noir lorsque lrsquoon projette de la lumiegravere bleue sur ce celui-shyci

412 La prise en compte des conceptions des eacutelegraveves dans notre seacutequence La theacutematique de la lumiegravere et des couleurs est complexe et comprend de nombreux concepts difficiles agrave assimiler En effet bon nombre de personnes ont des repreacutesentations erroneacutees qui peuvent rester profondeacutement ancreacutees Parmi les conceptions erroneacutees les plus communes on retrouve selon le site internet des MER

La lumiegravere blanche est sans couleur pure quand la lumiegravere blanche passe dans un prisme ou traverse un filtre de la couleur lui est ajouteacutee

La lumiegravere blanche nous permet de voir la vraie couleur des objets laquoMa feuille est blanche parce que je nai pas ajouteacute dautres couleurs agrave celle-shyciraquo

Les couleurs sont lieacutees agrave des proprieacuteteacutes de lrsquoobjet exclusivement sans reacutefeacuterence agrave la lumiegravere qui eacuteclaire lrsquoobjet Ne dit-shyon pas quun pull est rouge

Confusion entre les couleurs primaires en couleur peinture et en couleur lumiegravere

Dans notre planification nous avons anticipeacute ces conceptions et avons construit notre cours de maniegravere agrave ce qursquoelles soient mises en eacutevidence le plus tocirct possible afin de tenter de les deacuteconstruire agrave travers nos activiteacutes

Ainsi degraves deacutebut de lrsquoactiviteacute 2 les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave une situation-shyproblegraveme dans laquelle ils comprennent qursquoil existe une contradiction entre leur conception de deacutepart sur les meacutelanges de couleurs (issue de leurs cadres de rationaliteacute familier et scolaire lsquorsquoart visuelrsquorsquo) et leurs observations (nouveau cadre lsquorsquophysiquersquorsquo) Crsquoest sur la base de ce conflit cognitif que les diffeacuterentes notions de la seacutequence pourront ecirctre abordeacutees Les autres conceptions sont mises en eacutevidence puis deacuteconstruites agrave travers les diffeacuterentes activiteacutes Par exemple les

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

activiteacutes du chapitre 3 permettent de montrer que la lumiegravere blanche nrsquoest pas pure mais qursquoelle est composeacutee de toutes les couleurs et ce gracircce agrave lrsquoobservation des objets agrave la lumiegravere blanche puis agrave travers un filtre

De plus lrsquoactiviteacute 3 srsquoarticule autour drsquoune conception erroneacutee repeacutereacutee dans certaines classes Bon nombre drsquoeacutelegraveves eacutetaient persuadeacutes qursquoun filtre ne laissait pas passer les lumiegraveres de sa couleur propre car crsquoest la couleur dont est perccedilue le filtre Un conflit cognitif est alors provoqueacute afin de deacuteconstruire cette conception les eacutelegraveves observent que la lumiegravere coloreacutee nrsquoest pas absorbeacutee par le filtre mais qursquoelle se propage bien jusqursquoagrave lrsquoeacutecran blanc

En introduction de lrsquoactiviteacute 4 une nouvelle situation-shyproblegraveme est preacutesenteacutee par le biais drsquoune image montrant que la couleur drsquoun objet peut varier en fonction de la lumiegravere coloreacutee par laquelle il est eacuteclaireacute Elle servira agrave provoquer un conflit cognitif chez les eacutelegraveves car cette situation intervient apregraves une phase drsquohypothegravese reacutepondant agrave la question suivante un objet peut-shyil avoir diffeacuterentes couleurs La reacuteponse donneacutee par lrsquoimage contredira probablement lrsquohypothegravese preacuteceacutedemment formuleacutee et devrait susciter de la curiositeacute chez lrsquoeacutelegraveve et lui donner lrsquoenvie de comprendre le pheacutenomegravene Nous deacutemontrons ensuite tout au long de lrsquoactiviteacute 4 sur les lumiegraveres coloreacutees que crsquoest le pheacutenomegravene drsquoabsorption et de reacuteflection de la lumiegravere qui nous permet de voir la couleur des objets et non pas la lumiegravere blanche Crsquoest donc par le biais de ces deacuteconstructions successives de conceptions que lrsquoenseignant peut guider les eacutelegraveves sur la voie de la reacutesolution du problegraveme de lrsquoorigine de ces contradictions dans le but drsquoeacutetablir le lien entre les diffeacuterents cadres de rationaliteacute

42 Modeacutelisation

421 Deacutefinition

Un modegravele est communeacutement deacutefini comme un objet ou un concept qui va permettre de repreacutesenter la reacutealiteacute de diffeacuterentes maniegraveres Bunge (1974) ou encore Martinand (1994) le deacutefinissent eacutegalement comme un moyen permettant de mettre en relation le monde theacuteorique avec le monde empirique Il peut ecirctre consideacutereacute en quelque sorte comme un monde intermeacutediaire ou une sorte de lunette conceptuelle (Halloun 2004) qui va permettre drsquoobserver des pheacutenomegravenes naturels Un modegravele ne constitue pas la reacutealiteacute mais la repreacutesente en simplifiant certains de ses aspects ce qui peut causer des conflits pour les repreacutesentations cognitives chez lrsquoeacutelegraveve

422 La modeacutelisation dans notre seacutequence Dans notre planification la modeacutelisation est centrale afin de conceptualiser des pheacutenomegravenes complexes comme la composition de la lumiegravere et la perception des couleurs Elle est lrsquooutil qui permet drsquoamener les eacutelegraveves agrave se faccedilonner une repreacutesentation de la deacutecomposition de la lumiegravere blanche de labsorption de la lumiegravere agrave travers les filtres et des synthegraveses additive et soustractive des couleurs

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

De plus elle constitue un objectif de formation meacutethodologique qui va de pair avec toute formation scientifique Crsquoest pourquoi nous avons inclus la modeacutelisation dans les objectifs drsquoapprentissage Dans la terminologie du PER la modeacutelisation correspond agrave lrsquoobjectif geacuteneacuteral MSN37

bull MSN 1525 mdash Modeacuteliser des pheacutenomegravenes naturels techniques sociaux ou des situations matheacutematiques

bull en imaginant et en utilisant divers outils de repreacutesentation (codes scheacutemas graphiques tableauxhellip)

Lrsquoactiviteacute 2 propose aux eacutelegraveves de reporter les couleurs observeacutees sur trois cercles superposeacutes En les coloriant les eacutelegraveves reacutealisent en reacutealiteacute une forme simple de modeacutelisation par un diagramme de Venn de la synthegravese additive Il nous a sembleacute pertinent drsquointroduire ce scheacutema de cette maniegravere car ainsi les eacutelegraveves comprennent reacuteellement qursquoil correspond agrave la lumiegravere projeteacutee et superposeacutee sur un eacutecran En derniegravere partie drsquoactiviteacute les eacutelegraveves se familiarisent avec un logiciel de modeacutelisation de la synthegravese additive 3

Lrsquoutilisation drsquoun modegravele dans ce cas est indispensable pour des raisons pratiques Il serait en effet tregraves difficile de faire des observations similaires avec un dispositif reacuteel constitueacute de projecteurs et drsquoun eacutecran comme dans la premiegravere partie drsquoactiviteacute Nous avons veilleacute agrave choisir un logiciel simple drsquousage sur lequel seules deux manipulations sont possibles allumereacuteteindre les projecteurs et varier leurs intensiteacutes Ainsi il est possible pour les eacutelegraveves de faire rapidement et sans difficulteacutes de lrsquoordre du registre seacutemiotique la deacuteduction attendue les diffeacuterentes couleurs srsquoobtiennent par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

Dans lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves sont ameneacutes agrave modeacuteliser lrsquoeffet drsquoun filtre sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee Ils ancrent ainsi le fonctionnement drsquoun filtre dans leur apprentissage et deacuteveloppent une meacutethodologie systeacutematique dans la reacutesolution de problegravemes mettant en scegravene des filtres Gracircce au modegravele deacuteveloppeacute les eacutelegraveves deacuteconstruisent deacutefinitivement leur eacuteventuelle conception erroneacutee selon laquelle un filtre absorberait sa propre couleur Lrsquoactiviteacute 43 a pour but que les eacutelegraveves modeacutelisent les pheacutenomegravenes de reacutefraction et drsquoabsorption en justifiant leur reacuteponse par un modegravele de reacuteponse Ce dernier comprend les couleurs RVB qui se reflegravetent ou qui sont absorbeacutees par une surface Ainsi lrsquoeacutelegraveve peut trouver une meacutethode systeacutematique de reacuteponse en testant les diffeacuterentes couleurs Gracircce agrave cette modeacutelisation et agrave celle de lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves comprennent que les fonctionnements des filtres et des lumiegraveres coloreacutees sont fondeacutes sur le mecircme principe

3(httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

43 Deacutemarche expeacuterimentale

431 Deacutefinition Pour de Vecchi il est important de ne pas confondre les notions lieacutees agrave lrsquoexpeacuterimental qui sont les suivantes

-shy Une deacutemarche scientifique nrsquoest pas exclusive au domaine des sciences expeacuterimentales mais peut aussi ecirctre mobiliseacutee dans les sciences humaines socialeshellip Elle utilise drsquoautres outils que lrsquoexpeacuterimentale Toute recherche digne de ce nom est de nature scientifique

-shy La meacutethode expeacuterimentale eacutequivaut plutocirct agrave un plan agrave suivre un mode drsquoemploi ou agrave une marche agrave suivre qui suit un ordre strict que lrsquoon peut aussi appeler protocole Par exemple parmi les plus ceacutelegravebres protocoles nous retrouvons celui de Claude Bernard (1865) que lrsquoon abregravege par les initiales OHERIC qui correspondent agrave observation hypothegravese expeacuterience reacutesultats interpreacutetation et conclusion De maniegravere geacuteneacuterale il srsquoagit du protocole caricatural que lrsquoon emploie le plus souvent dans les salles de classes

-shy Une deacutemarche expeacuterimentale est une approche plus reacutealiste moins stricte et integravegre

une approche plus tacirctonnante Il nrsquoest pas constitueacute drsquoeacutetapes preacutedeacutetermineacutees et est donc moins affecteacutee par les directives de lrsquoenseignant Il peut donc laisser des liberteacutes dans la maniegravere de reacutesoudre le problegraveme

432 La deacutemarche expeacuterimentale dans notre seacutequence Dans notre seacutequence la meacutethode expeacuterimentale est preacutesente de maniegravere partielle du scheacutema caricatural OHERIC nous nous inteacuteressons en particulier aux phases drsquoobservation et drsquoeacutemission drsquohypothegraveses Crsquoest pourquoi nous parlons donc plutocirct de ldquodeacutemarche expeacuterimentalerdquo En effet tout au long des diffeacuterentes activiteacutes il est reacuteguliegraverement demandeacute aux eacutelegraveves de formuler une hypothegravese agrave partir de leurs connaissances au preacutealable puis de faire de nouvelles observations en contexte expeacuterimental Crsquoest sur la base de ces derniegraveres qursquoils pourront reacutealiser leurs deacuteductions sur le pheacutenomegravene en question et construire de nouvelles conceptions Dans lrsquoactiviteacute 2 ce type de deacutemarche est central pour la creacuteation de la premiegravere situation-shyproblegraveme Par la suite la deacutemarche permet de guider les eacutelegraveves dans le processus de deacuteduction du fonctionnement geacuteneacuteral des diffeacuterents pheacutenomegravenes Dans lrsquoactiviteacute 41 par exemple les pheacutenomegravenes agrave deacuteduire sont la synthegravese soustractive et le fonctionnement de la lumiegravere coloreacutee Lrsquoemploi drsquoobjets familiers permet un ancrage dans le quotidien

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Dans lrsquoactiviteacute 3 lrsquoeacutetude de lrsquoeffet des filtres constitue agrave son tour un deacutemarche expeacuterimentale En effet les eacutelegraveves doivent tout drsquoabord eacutemettre leurs hypothegraveses puis les veacuterifient par lrsquoexpeacuterimentation et ses reacutesultats provoquant probablement un conflit cognitif avant drsquoen conclure lrsquoeffet drsquoun filtre Dans lrsquoactiviteacute 42 nous retrouvons toujours le mecircme principe de deacutemarche expeacuterimentale Les eacutelegraveves formulent des hypothegraveses sur la couleur perccedilue de diffeacuterents mots coloreacutes eacuteclaireacutes par une lumiegravere coloreacutee puis les veacuterifient lors de la phase drsquoobservation La confrontation entre leurs attentes lieacutees agrave leurs conceptions et la reacutealiteacute creacutee le conflit cognitif rechercheacute

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

5 Conclusion Pour seacutelectionner notre thegraveme et eacutelaborer notre seacutequence nous nous sommes fondeacutes sur les objectifs du PER et crsquoest sur lrsquooptique que notre choix srsquoest porteacute Le savoir savant auquel nous nous sommes reacutefeacutereacutes comprend principalement des concepts lieacutes agrave la lumiegravere tels que les photons les ondes eacutelectromagneacutetiques ainsi que les spectres drsquoeacutemission et drsquoabsorption Nous avons transposeacute ce savoir en un savoir enseignable par le biais drsquoun travail de contextualisation et de reacuteadaptation Nous avons eacuteteacute ameneacutes agrave remplacer des modegraveles scientifiques (par exemple les modegraveles de synthegraveses additive et soustractive) par des modegraveles accessibles agrave un niveau scolaire et agrave changer les conditions drsquoeacutemergence des problegravemes Ainsi notre travail de transposition consistait agrave montrer aux eacutelegraveves la partie eacutemergeacutee de lrsquoiceberg du concept de couleur le reacutesultat apparent plutocirct que lrsquoorigine eacutelectromagneacutetique Tout au long de la seacutequence et par le biais de situations-shyproblegravemes et de diffeacuterentes eacutetapes de reacutesolution des activiteacutes les eacutelegraveves ont eacuteteacute guideacutes dans le processus de construction de leur apprentissage En nous focalisant sur les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves nous avons eacutelaboreacute nos exercices de maniegravere agrave proposer des situations deacuteclenchantes afin de faciliter le transfert de la responsabiliteacute de la reacutesolution des problegravemes aux eacutelegraveves Cette derniegravere srsquoeffectue par des deacutemarches drsquoexpeacuterimentation mais surtout de modeacutelisation

Dans notre sceacutenario les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave deux types de donneacutees theacuteoriques et empiriques Drsquoune part ils ont agrave disposition deux theacuteories principales la premiegravere est que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs de lrsquoarc-shyen-shyciel tandis que la seconde deacutecrit l a maniegravere dont la couleur drsquoun objet deacutepend des couleurs qursquoil va absorber Drsquoautre part ils disposent de donneacutees empiriques qursquoils sont ameneacutes agrave reacutecolter en superposant des lumiegraveres de diffeacuterentes couleurs en meacutelangeant de la peinture et en projetant de la lumiegravere coloreacutee sur diffeacuterents objets coloreacutes Dans le cadre drsquoune deacutemarche drsquoexpeacuterimentation ils ont eacutemis des hypothegraveses observeacute manipuleacute du mateacuteriel utiliseacute des appliquettes en ligne et veacuterifieacute leurs reacutesultats Crsquoest ainsi les modegraveles que nous avons preacutesenteacutes et que les eacutelegraveves ont eacutelaboreacutes vont ecirctre des ponts qui vont relier le monde theacuteorique et le monde empirique Par ailleurs nous avons eacuteteacute attentifs agrave la seacutemiotique lors de nos choix des repreacutesentations utiliseacutees nous nous sommes reacutefeacutereacutes agrave la notion de registre seacutemiotique afin drsquoeacutelaborer des scheacutemas nrsquoengendrant pas de difficulteacutes de lecture chez les eacutelegraveves

Nous avons analyseacute lrsquoorigine des conceptions erroneacutees et avons remarqueacute qursquoelles eacutetaient principalement dues agrave des repreacutesentations concourantes engendreacutees par les diffeacuterents contextes et cadres de rationaliteacutes dans lesquelles les eacutelegraveves eacutevoluent Notre sceacutenario permet aux eacutelegraveves drsquoeacutetablir des liens entre ces diffeacuterents cadres et de construire une nouvelle repreacutesentation de la couleur celle drsquoun objet de la physique

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

6 Bibliographie

Astolfi J Ginsburger-shyVogel Y amp Toussaint J (2008) Mots-shycleacutes de la didactique des sciences De Boeck Supeacuterieur Beaufils D Ramage M-shyJ DidaScO (2004) Simulation informatique et enseignement de la physique regards didactiques Universiteacute Paris-shySud Centre scientifique drsquoOrsay -shy 91405 Orsay Cedex Brahic A Grenier I ( 2008) Lumiegraveres deacutetoiles les couleurs invisibles Odile Jacob Brousseau G (1998) Glossaire de quelques concepts de la theacuteorie des situations didactiques en matheacutematiques DAEST-shy Faculteacute des Sciences de lHomme-shyUniversiteacute Victor Segalen Bordeaux 2 Bunge M (1975) Philosophie de la physique Paris France Editions du Seuil Chevallard Y amp Johsua M-shyA (1986) Transposition didactique  Du savoir savant au savoir enseigneacute -shy Un exemple drsquoanalyse de la transposition didactique Penseacutee sauvage Chevallard Y A du texte Chevallard Y A du texte Chevallard Y amp Johsua M-shyA A du texte (1991) La transposition didactique  du savoir savant au savoir enseigneacute Suivi de Un exemple de la transposition didactique ([2e eacuted revue et augm]) Yves Chevallard  Yves Chevallard et Marie-shyAlberte Johsua [texte imprimeacute] Retrieved October 19 2016 de Vecchi G (2006) Enseigner lrsquoexpeacuterimental en classe  Pour une veacuteritable eacuteducation scientifique Hachette Editions (p 221-shy229) de Vecchi G (2006) Enseigner lrsquoexpeacuterimental en classe  Pour une veacuteritable eacuteducation scientifique Hachette Editions (p 55 -shy65) de Saussure F (2005) Cours de linguistique geacuteneacuterale Arbres drsquoOr Develay M (1987) A propos de la transposition didactique en sciences biologiques Aster [ISSN 0297-shy9373] 1987 Ndeg 4 p 119 Duval R (1988) Eacutecarts seacutemantiques et coheacuterence matheacutematique introduction aux problegravemes de congruences in Annales de Didactique et de Sciences Cognitives de lIREM de Strasbourg Giordan A Girault Y et Clement P (1994) Conceptions et connaissance Peter Lang Halloun I A (2004) Modeling theory in science education Dordrecht Holland Kluwer Academic Publishers Kane J Sternheim M (1989) Cours QCM exemple et exercices corrigeacutes -shy 1er cycle Licence PCEM PCEP Physique 3egraveme eacutedition revue par Philipe Ghosez Maryse Hoebeke et Gabriel Llabreacutes DUNOD Lerouge A (1992) Repreacutesentation carteacutesienne rationaliteacute matheacutematique et rationaliteacute du quotidien chez des eacutelegraveves de collegravege Thegravese de doctorat Universiteacute Montpellier II Malafosse D Lerouge A Dusseau J-shyM (2000) Notions de registre et de cadre de rationaliteacute en inter-shydidactique des matheacutematiques et de la physiqu e Treacutema Martinand J-shyL (nd) Introduction agrave la modeacutelisation In Actes du seacuteminaire de didactique des disciplines technologiques Cachan (p 126ndash138)

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Meirieu P Avanzin Gi (1987) Apprendre oui mais comment Edition ESF Verret M (1975) Le temps des eacutetudes (Vols 1ndash2) Lille France Atelier Reproduction des thegraveses

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Page 32: Physique Optique Lescouleurs · Sciences naturelles Les couleurs 10 11 Harmos 1.Introduction Comme nous allons le détailler dans le chapitre 4, les conceptions erronées des élèves

2) Selon toi quel est le rocircle du filtre coloreacute

_______________________________________________________________

Un filtre coloreacute ne transmet que les rayons de sa couleur et absorbe les autres

3) Repreacutesente par un scheacutema le passage drsquo‛une lumiegravere blanche agrave travers un filtre rouge

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

4) Et quelle couleur observera-t-on si la lumiegravere blanche passe agrave travers un filtre rouge

puis agrave travers un filtre bleu Formule une hypothegravese puis applique ton modegravele

Hypothegravese __________________________________

Mon modegravele

Le modegravele ldquoexpertrdquo

Activiteacute 32 Qursquo‛obtient-on avec drsquo‛autres filtres

a) Tu disposes maintenant drsquo‛une lampe diffusant de la lumiegravere blanche et de filtres

cyan magenta et jaune Manipule-les les uns apregraves les autres puis en les superposant

pour deacutecouvrir leurs effets sur la lumiegravere blanche

b) A lrsquo‛aide de couleurs et en trsquo‛appuyant sur tes observations scheacutematise ci-dessous

lrsquo‛action des filtres sur une lumiegravere blanche

Pex 1 Magenta 2 Jaune 3 Cyan 4 Rouge 5 Vert 6 Bleu 7 Noir

Activiteacute 33 Deux synthegraveses Similitudes et diffeacuterences

a) Utilise ce logiciel pour comparer les synthegraveses additive et soustractive

httpwwwostralonet3_animationsswfsynthese_couleursswf

a) Quelles similitudes observes-tu entre les synthegraveses additive et soustractive

________________________________________________________________

Les mecircmes triplets de couleurs sont preacutesents dans les deux synthegraveses (RVB - CMJ)

d) Et quelles diffeacuterences

________________________________________________________________

1 Les couleurs primaires de lrsquo‛un sont les couleurs compleacutementaires de lrsquo‛autre

2 Lrsquo‛addition des lumiegraveres coloreacutees rouge verte et bleue donne du blanc la

soustraction totale par des filtres cyan magenta et jaune donne du noir

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 4 Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Rappel

1 Nous pouvons reacutesumer la composition de la lumiegravere blanche aux 3 couleurs primaires le rouge le vert et le bleu Ce sont des couleurs qui ne peuvent pas ecirctre creacuteeacutees Ce sont elles qui composent les autres couleurs Crsquo‛est agrave dire qursquo‛en les meacutelangeant on peut obtenir les autres couleurs le cyan est composeacute du bleu et du vert le magenta est composeacute du bleu et du rouge et le jaune est composeacute du vert et du rouge

Theacuteorie

Le sujet que nous allons traiter aujourdrsquo‛hui concerne la couleur de lrsquo‛objet Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Formule une hypothegravese ____________________________________________

Observe la photo projeteacutee par lrsquo‛enseignant

Que retiens-tu de cette photo _______________________________________________________________ La lumiegravere coloreacutee qui est refleacuteteacutee par un objet correspond agrave la lumiegravere non absorbeacutee

Ici toutes les lumiegraveres coloreacutees sont absorbeacutees sauf le bleu qui lui est refleacuteteacute La couleur propre de lrsquo‛objet sera le bleu

En effet un objet absorbe ou reflegravete diffeacuterentes lumiegraveres coloreacutees Crsquo‛est cette lumiegravere coloreacutee refleacuteteacutee que nous verrons

Activiteacute 41

Reacuteponds agrave ces diffeacuterentes questions dans le tableau ci-dessous De quelle couleur verras-tu cet objet Confronte ton ideacutee avec ton voisin De quelle couleur le vois-tu reacuteellement

Couleur de lrsquo‛objet

Couleur de la lumiegravere

Hypothegravese formuleacutee

Observation

rouge Magenta

cyan Vert

jaune Bleu

Par quel pheacutenomegravene peut-on observer ce changement de couleur ___________________________________

Quelle deacuteductions peux-tu faire _________________________________________________________________

Activiteacute 42

Marche agrave suivre

1 Eacutecris sur une feuille blanche le nom des 2 couleurs que ton enseignant te donne avec la peinture qui y correspond

2 Pendant que ces mots segravechent remplis les colonnes ldquocouleur du mot 1rdquo et ldquocouleur du mot 2rdquo et ldquocouleur de la feuillerdquo agrave la lumiegravere blanche

3 Formule tes hypothegraveses note-les au crayon agrave papier en petit 4 Eacuteclaire tes mots agrave lrsquo‛aide de lumiegraveres coloreacutees 5 Note tes observations

Lumiegravere coloreacutee

Couleur du mot 1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur du mot 2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur de la feuille helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Blanche

Rouge

Verte

Bleue

Magenta

Cyan

Jaune

Activiteacute 43

Tu observes un drapeau eacuteclaireacute par une lumiegravere blanche Puis tu observes ce mecircme drapeau eacuteclaireacute par deux lumiegraveres coloreacutees diffeacuterentes Trouve la lumiegravere coloreacutee utiliseacutee dans chaque cas et justifie ta reacuteponse par la modeacutelisation vue preacuteceacutedemment

Lumiegravere blanche Lumiegravere coloreacutee 1 Lumiegravere coloreacutee 2

De quelle couleur est la premiegravere lumiegravere coloreacutee ___________________________

Modeacutelisation 1

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________

Modeacutelisation 2

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 4 Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur (corrigeacute) Rappel

2 Nous pouvons reacutesumer la composition de la lumiegravere blanche aux 3 couleurs primaires le rouge le vert et le bleu Ce sont des couleurs qui ne peuvent pas ecirctre creacuteeacutees Ce sont elles qui composent les autres couleurs Crsquo‛est agrave dire qursquo‛en les meacutelangeant on peut obtenir les autres couleurs le cyan est composeacute du bleu et du vert le magenta est composeacute du bleu et du rouge et le jaune est composeacute du vert et du rouge

Theacuteorie

Le sujet que nous allons traiter aujourdrsquo‛hui concerne la couleur de lrsquo‛objet Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Formule une hypothegravese ____________________________________________ Projeter cette image elle napparaicirct pas dans le cours de lrsquo‛eacutelegraveve

Que retiens-tu de cette photo _______________________________________________________________ La lumiegravere coloreacutee qui est refleacuteteacutee par un objet correspond agrave la lumiegravere non absorbeacutee

Ici toutes les lumiegraveres coloreacutees sont absorbeacutees sauf le bleu qui lui est refleacuteteacute La couleur propre de lrsquo‛objet sera le bleu

En effet un objet absorbe ou reflegravete diffeacuterentes lumiegraveres coloreacutees Crsquo‛est cette lumiegravere coloreacutee refleacuteteacutee que nous verrons

Activiteacute 41

Reacuteponds agrave ces diffeacuterentes questions dans le tableau ci-dessous De quelle couleur penses-tu que tu verras cet objet Confronte ton ideacutee avec ton voisin De quelle couleur le vois-tu reacuteellement

Couleur de lrsquo‛objet

Couleur de la lumiegravere

Hypothegravese formuleacutee

Observation

rouge Magenta (rouge)

cyan Vert (vert)

jaune Bleu (noir)

Par quel pheacutenomegravene peut-on observer ce changement de couleur ___________________________________ (synthegravese soustractive)

Quelle deacuteductions peux-tu faire (fonctionne comme un filtre) _________________________________________________________________

Activiteacute 42

Marche agrave suivre

6 Eacutecris sur une feuille blanche le nom des 2 couleurs que ton enseignant te donne avec la peinture qui y correspond

7 Pendant que ces mots segravechent remplis les colonnes ldquocouleur du mot 1rdquo et ldquocouleur du mot 2rdquo et ldquocouleur de la feuillerdquo agrave la lumiegravere blanche

8 Formule tes hypothegraveses note-les au crayon agrave papier en petit 9 Eacuteclaire tes mots agrave lrsquo‛aide de lumiegraveres coloreacutees 10 Note tes observations

Lumiegravere coloreacutee

Couleur du mot 1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur du mot 2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur de la feuille helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Blanche

Rouge

Verte

Bleue

Magenta

Cyan

Jaune

Activiteacute 43

Tu observes un drapeau eacuteclaireacute par une lumiegravere blanche Puis tu observes ce mecircme drapeau eacuteclaireacute par deux lumiegraveres coloreacutees diffeacuterentes Trouve la lumiegravere coloreacutee utiliseacutee dans chaque cas et justifie ta reacuteponse par la modeacutelisation vue preacuteceacutedemment

Lumiegravere blanche Lumiegravere coloreacutee 1 Lumiegravere coloreacutee 2

De quelle couleur est la premiegravere lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Bleu)

Modeacutelisation 1

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Vert)

Modeacutelisation 2

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Fiches de synthegravese Les couleurs Activiteacute 2 Reacutesumeacute theacuteorique pour les eacutelegraveves Le modegravele trichromique et la synthegravese additive des couleurs La couleur nrsquo‛existe pas sans lumiegravere et lrsquo‛on peut dire que lrsquo‛on perccediloit le monde gracircce aux meacutelanges de ces couleurs qui correspondent aux diffeacuterentes composantes de la lumiegravere Lorsque lrsquo‛on parle de la perception des couleurs on srsquo‛aperccediloit que seules trois lumiegraveres primaires de couleurs rouge vert et bleu sont neacutecessaires pour obtenir la sensation de toutes les autres couleurs Cette maniegravere de modeacuteliser la perception des couleurs est ce qursquo‛on appelle le modegravele trichromique (lsquorsquo‛trois couleursrsquo‛rsquo‛) Dans cette repreacutesentation toutes les autres lumiegraveres coloreacutees sont perccedilues par superposition des trois lumiegraveres rouge verte et bleue La superposition simultaneacutee et en dosage identique des trois couleurs donne de la lumiegravere blanche Le noir correspond agrave une absence de lumiegravere

Illustration du modegravele

Image MER

Lrsquo‛image montre trois projecteurs de lumiegraveres rouge verte et bleue eacuteclairant une table blanche Si les trois couleurs sont projeteacutees en intensiteacute identique nous obtenons par superposition trois autres couleurs le cyan le magenta et le jaune Les couleurs primaires et les couleurs obtenues sont codeacutees sur lrsquo‛image puis reacutecapituleacutees dans le tableau ci-dessous

Image MER

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Si nous modifions le dosage des couleurs eacuteleacutementaires il est possible drsquo‛obtenir toutes les couleurs imaginables Le pheacutenomegravene de perception des couleurs par superposition des trois couleurs primaires se nomme synthegravese additive les couleurs sont additionneacutees entre elles pour permettre la synthegravese drsquo‛autres couleurs

Drsquo‛ailleurs si lrsquo‛on observe au microscope un eacutecran blanc de smartphone ou drsquo‛ordinateur on remarque qursquo‛il est en fait constitueacute drsquo‛un grand nombre de minuscules rectangles de lumiegraveres rouge verte et bleue (voir image ci-contre) Crsquo‛est justement par un jeu de dosage de chacune de ces lumiegraveres que lrsquo‛on perccediloit les diffeacuterentes couleurs sur nos eacutecrans

Pourquoi un modegravele sur trois couleurs La raison pour laquelle les scientifiques ont construit ce modegravele sur trois couleurs est directement lieacutee agrave la structure de notre œil En effet ce dernier contient des cellules sensibles agrave la lumiegravere que lrsquo‛on appelle cocircnes et bacirctonnets Alors que les bacirctonnets perccediloivent les intensiteacutes de lumiegravere les cocircnes nous permettent de percevoir les couleurs Cependant ils ne sont sensibles qursquo‛agrave certaines composantes de la lumiegravere blanche celles correspondant justement aux couleurs rouge vert et bleu Lorsque lrsquo‛on regarde un objet notre cerveau analyse le dosage de chacune de ces composantes perccedilues par notre œil et en interpregravete ainsi la couleur de lrsquo‛objet

Qursquo‛est-ce que le daltonisme Certaines personnes preacutesentent une anomalie de la vision qui les empecircche de distinguer certaines couleurs Drsquo‛origine geacuteneacutetique ce trouble est ducirc agrave un dysfonctionnement des cocircnes preacutesents dans la reacutetine Bien que la plupart des personnes daltoniennes aient de la peine agrave distinguer le vert du rouge drsquo‛autres ne distinguent pas drsquo‛autres couleurs Dans certaines formes de daltonisme le monde est perccedilu par la personne atteinte en teintes de gris

Sciences naturelles Optique synthegravese soustractive et additive

La synthegravese additive est le proceacutedeacute gracircce

auquel en combinant les couleurs

___________ ___________ et ___________

on obtient du blanc

On la retrouve lorsque lrsquoon meacutelange des

lumiegraveres coloreacutees composeacutees de ces 3 couleurs

diffeacuterentes car les laquo additionner raquo donne la

lumiegravere blanche

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon exploite aujourdrsquohui

pour les teacuteleacuteviseurs ou tout eacutecran composeacute de

pixels

La synthegravese soustractive consiste agrave soustraire

les couleurs de la lumiegravere blanche (RVB) agrave

travers des filtres de couleurs ___________

___________ et ___________ qui absorbent la

totaliteacute des couleurs de la lumiegravere blanche pour

un rendu noir au final (absence de lumiegravere)

Lrsquo __________________ des 3 couleurs donne

le ____________

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon retrouve par exemple en

meacutelangeant de la peinture notamment en

imprimerie

Sciences naturelles Optique les filtres

Qursquoest-shyce qursquoun filtre coloreacute et comment fonctionne-shyt-shyil

Un filtre est un dispositif qui permet de filtrer la lumiegravere de laisser passer certains rayons

lumineux et drsquoen absorber drsquoautres

Pour savoir quelles lumiegravere coloreacutees le filtre laisse passer il faut lrsquoobserver agrave la lumiegravere

blanche

Le filtre laissera alors passer uniquement les rayons lumineux de sa couleur propre

Par exemple

Un filtre vert laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee verte

Un filtre magenta laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee magenta crsquoest agrave dire les rayons rouge et bleu

Pour connaicirctre la lumiegravere coloreacutee qui ldquosortrdquo du filtre il faut donc

deacutecomposer la lumiegravere qui arrive sur ce filtre et en soustraire les

rayons qui sont absorbeacutes par le filtre On se reacutefegravere alors au modegravele de

la synthegravese soustractive

Image httpswww123couleursfrboutique-shy1filtres-shycolorC3A9s

Tableau reacutecapitulatif

Sciences naturelles Optique les filtres

Modeacutelisation

Nous pouvons modeacuteliser lrsquoaction drsquoun filtre

1 Noter la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur le filtre

2 Deacutecomposer la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur filtre et la coder (en RVB)

3 Repreacutesenter le filtre et coder les rayons absorbeacutes par le filtre 4 Prolonger les rayons lumineux coloreacutes que le filtre laisse passer et les coder (en RVB)

5 Noter la lumiegravere coloreacutee qui sort du filtre

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre magenta sur la lumiegravere blanche

Lorsque plusieurs filtres sont superposeacutes ou aligneacutes il faut modeacuteliser lrsquoaction du premier filtre

sur la lumiegravere projeteacutee puis lrsquoaction du deuxiegraveme filtre sur la lumiegravere qui sort du premier filtre

etc

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre cyan puis drsquoun filtre vert sur la lumiegravere jaune

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

De quelle couleur apparaicirctra un objet de couleur eacuteclaireacute par une lumiegravere coloreacutee

Il y 3 cas

1) Un objet de couleur blanche renvoie toutes les couleurs il apparaicirctra de la couleur eacuteclaireacutee

2) Un objet de couleur noire absorbe toutes les couleurs Peu importe la couleur avec laquelle

lrsquoobjet est eacuteclaireacute lrsquoobjet apparaicirct de couleur noire

3) Pour un objet de couleur il suffit de deacutecomposer les couleurs secondaires par exemple

Jrsquoai un objet jaune

Je lui projette une lumiegravere magenta

Or jaune = rouge + vert

et magenta = bleu + rouge

Le rouge est commun au jaune et au magenta donc lrsquoobjet paraicirctra rouge

En revanche si la lumiegravere est bleue comme il nrsquoy a pas de bleu dans le jaune lrsquoobjet paraicirctra

noir

1

Tableau reacutecapitulatif

1 httpscommunitygoodgamestudioscombigfarmfrdiscussion51685langage-shy‐des-shy‐couleurs

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

Modegravele de reacuteponse

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

______

______

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

______

______

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation avec propositions

de reacuteponses)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

(rouge vert bleu Nous percevons les diffeacuterentes couleurs agrave partir de ces trois couleurs) ________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

(Explication relative aux cocircnes et bacirctonnets de lrsquo‛oeil)

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Corrigeacute vert bleu blanc cyan

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________ (vert)

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________ (bleu)

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________ (aucunenoir)

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

(selon modegravele eacutetudieacute)

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

(les deux selon que lrsquo‛on parle de synthegravese additive ou soustractive)

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

Bleu

______

Bleu

______

Noir

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________ (lumiegravere rouge)

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

Noir

______

Rouge

______

Rouge

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

(Bleu)

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

(selon modegravele eacutetudieacute)

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

(Explication citant la synthegravese soustractive et lrsquo‛effet des lumiegraveres coloreacutees

concerneacutees sur le haut du cambrioleur)

Evaluation - Analyse

Ce commentaire comprend les diffeacuterents objectifs eacutevalueacutes ainsi que ce qui est attendu

preacuteciseacutement des eacutelegraveves et les niveaux taxonomiques correspondants

Ce sont des pistes drsquo‛eacutevaluation qui sont ici proposeacutees non une eacutevaluation suivie

Exercice 1

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- Mettre en lien des notions theacuteoriques apprises en cours (cocircnes et

bacirctonnets de lrsquo‛oeil) avec drsquo‛autres (synthegravese additive)

Lrsquo‛eacutevaluation deacutebute par deux questions au niveau taxonomique peu eacuteleveacute La

premiegravere de lrsquo‛ordre de la compreacutehension demande aux eacutelegraveves de restituer une

connaissance de base agrave lrsquo‛aide de leurs propres mots La deuxiegraveme propose de

tester les connaissances theacuteoriques des eacutelegraveves en veacuterifiant que des liens entre

deux notions aient eacuteteacute faits

Exercice 2

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutedire la couleur perccedilue en fonction des meacutelanges de couleurs RVB

- deacutechiffrer un scheacutema et les codes de la repreacutesentation de la trajectoire

des lumiegraveres coloreacutees

Le deuxiegraveme exercice relegraveve du niveau taxonomique de lrsquo‛application car il

neacutecessite une compreacutehension de la maniegravere de repreacutesenter la lumiegravere (scheacutema de

la trajectoire rectiligne codes de couleurs RVB) et drsquo‛appliquer ce modegravele tout en

utilisant les connaissances des couleurs fondamentales et compleacutementaires de la

synthegravese additive

Exercice 3

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet drsquo‛un filtre sur une lumiegravere coloreacutee agrave lrsquo‛aide des codes

propres agrave lrsquo‛optique

Lrsquo‛exercice 3 relegraveve de lrsquo‛application car les eacutelegraveves se reacutefegraverent agrave la modeacutelisation

eacutetablie durant le cours et au diagramme de Venn de la synthegravese soustractive et

les adaptent aux items preacutesenteacutes

Exercice 4

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- mettre en perspective la distinction entre synthegravese additive et

soustractive en terme de lsquorsquo‛naturersquo‛rsquo‛ de la couleur (couleurs matiegraveres vs

couleurs lumiegraveres)

Cet exercice requiert des eacutelegraveves qursquo‛ils mobilisent leur faculteacute drsquo‛analyse (niveau

taxonomique plutocirct eacuteleveacute) pour expliquer les diffeacuterences entre les

repreacutesentations de la couleur en arts visuels et en physique Le but est qursquo‛ils

reconnaissent qursquo‛il srsquo‛agit dans le premier cas de la synthegravese soustractive et dans

le second cas de la synthegravese additive

Exercice 5

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutevoir la couleur perccedilue drsquo‛un objet en fonction des lumiegraveres coloreacutees

projeteacutees et coder le pheacutenomegravene

Les eacutelegraveves appliquent la modeacutelisation drsquo‛une lumiegravere coloreacutee sur un objet coloreacute

pour deacuteterminer la couleur perccedilue du drapeau franccedilais Cette question fait

reacutefeacuterence agrave un niveau taxonomique bas Puis ils trouvent la lumiegravere coloreacutee qui

permet de voir les deux drapeaux preacutesenteacutes de la mecircme couleur Ils trouveront

cette reacuteponse en modeacutelisant les lumiegraveres coloreacutees sur lrsquo‛objet de couleur

Plusieurs scheacutemas sont neacutecessaires pour trouver la reacuteponse Crsquo‛est une question

taxonomiquement haute qui demande aux eacutelegraveves de faire une synthegravese

Exercice 6

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet de la lumiegravere coloreacutee sur un objet et en deacuteduire la

couleur perccedilue

- justifier sa reacuteponse avec des mots en faisant la synthegravese des diffeacuterents

concepts vus dans la seacutequence de cours

Les eacutelegraveves doivent comprendre ce qursquo‛ils lisent et deacuteterminer la couleur propre du

haut du cambrioleur Cette question est taxonomiquement haute elle demande de

lrsquo‛analyse Puis ils justifient leur reacuteponse par le modegravele de lrsquo‛effet de la lumiegravere

coloreacutee sur un objet Cette question est drsquo‛un niveau taxonomique infeacuterieur

drsquo‛application Finalement ils deacuteterminent pourquoi la description de la jeune fille

ne correspond pas agrave la couleur propre en faisant le lien avec la synthegravese

soustractive demandant un niveau taxonomiquement tregraves eacuteleveacute la synthegravese

Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

4 Argumentation scientifique Nous avons choisi de construire notre seacutequence de cours de maniegravere agrave ce qursquoelle srsquoinscrive dans une deacutemarche constructiviste de type piageacutetienne Dans cette deacutemarche lrsquoenseignant anticipe les conceptions erroneacutees que les eacutelegraveves peuvent avoir puis eacutetablit une situation-shyproblegraveme permettant ideacutealement de deacuteconstruire ces repreacutesentations incomplegravetes puis finalement drsquoen construire de nouvelles plus justes Dans ce qui suit nous allons deacutefinir ces diffeacuterents concepts mis en eacutevidence puis expliciter la maniegravere dont nous les avons pris en compte dans notre planification

41 Les conceptions des eacutelegraveves et les situations-shyproblegravemes

411 Deacutefinitions Conception Selon Giordan et al (1994) une conception ou repreacutesentation peut ecirctre consideacutereacutee comme une ideacutee un objet ou un eacutevegravenement qui aide lrsquoeacutelegraveve agrave comprendre le monde qui lrsquoentoure Elle est le fruit de son expeacuterience personnelle dans laquelle il va puiser pour comprendre les nouveaux savoirs que lrsquoon va chercher agrave lui inculquer Elle peut ecirctre consideacutereacutee comme une connaissance ldquodeacutejagrave-shylagraverdquo acquise dans un certain contexte par lrsquoapprenant et qui peut ecirctre correcte ou erroneacutee Les mauvaises conceptions (ou misconception en anglais) peuvent donc ecirctre deacutecrites comme des ideacutees qui proviennent drsquoune mauvaise compreacutehension drsquoobjets ou eacutevegravenements Elles sont issues principalement de lrsquoenvironnement avec lequel lrsquoeacutelegraveve interagit et du contexte dans lequel il se situe mais elles deacutecoulent eacutegalement des systegravemes seacutemiotiques mis en oeuvre Ces derniers sont abordeacutes plus en deacutetail dans ce qui suit Seacutemiologie En seacutemiologie (lrsquoeacutetude des systegravemes de signes) une repreacutesentation (ou un signe) est double elle est doteacutee drsquoun signifiant et drsquoun signifieacute (de Saussure 1916) Le signifiant qui fait lrsquoobjet de la seacutemiologie deacutesigne la forme et laspect du signe tandis que le signifieacute eacutetudieacute dans le cadre de la seacutemantique deacutesigne le concept eacutevoqueacute par le signe A partir du moment ougrave le signe possegravede plusieurs signifieacutes il devient symbole et crsquoest ainsi que les incompreacutehensions peuvent survenir Selon R Duval (1995) le concept de laquo registre seacutemiotique raquo permet de distinguer les repreacutesentations qui relegravevent de diffeacuterents registres ou types visuels numeacuteriques graphiques symboliques formels scheacutematiques etc En didactique ce concept est fondamental car les diffeacuterences de registre au sein drsquoune mecircme repreacutesentation ou drsquoun

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

modegravele peut induire des difficulteacutes de lecture Ils risquent drsquoajouter des difficulteacutes suppleacutementaires en empecircchant les eacutelegraveves de se focaliser sur le problegraveme poseacute par lrsquoactiviteacute et les menant agrave formuler des conclusions diffeacuterentes de celles attendues par lrsquoenseignant Crsquoest pour cela qursquoun choix pertinent de registre seacutemiotique facilite la compreacutehension du concept introduit Dans notre cours un exemple typique que nous pouvons donner est la forte ressemblance des diagrammes de Venn pour les synthegraveses additive et soustractive Dans les deux modegraveles les diagrammes sont communeacutement scheacutematiseacutes sous forme circulaire De plus bien que inverseacutees au niveau de leurs superpositions les mecircmes couleurs sont repreacutesenteacutees dans les deux diagrammes Ces similitudes peuvent rendre la diffeacuterenciation complexe pour les eacutelegraveves Crsquoest pourquoi nous avons estimeacute important drsquoapporter un changement agrave la repreacutesentation de ces diagrammes Ainsi dans lrsquoune de nos fiches de synthegravese nous avons preacutefeacutereacute utiliser des formes rectangulaires plutocirct que circulaires pour repreacutesenter la synthegravese soustractive car cette forme eacutevoque plus fortement le filtre et ainsi lrsquoabsorption de la lumiegravere Cadre de rationaliteacute origine des conceptions En srsquoappuyant sur les travaux de R Douady (1984) A Lerouge (1992) deacutefinit laquo un cadre de rationaliteacuteraquo comme laquoun ensemble coheacuterent de fonctionnement de la penseacuteeraquo caracteacuteriseacute principalement par les composantes suivantes

1 Les objets du cadre dans notre cas il peut srsquoagir de peinture de feuille de papier de lampes de poche de filtres etc

2 Le type de processus de conceptualisation Dans un cadre scientifique il peut srsquoagir drsquoun processus par modeacutelisation ou par expeacuterimentation par exemple

3 Les registres seacutemiotiques que nous avons traiteacutes plus haut Les conceptions des eacutelegraveves et les conflits de perceptions en reacutesultant sont issus des diffeacuterents cadres de rationaliteacute dans lesquels ils eacutevoluent Ce sont les cadres familiers (personnel) et culturels (eacutecole) qui sont responsable de ces conceptions et repreacutesentations mentales tantocirct concourantes tantocirct inexistantes voire erroneacutees Elles se manifestent principalement agrave travers la seacutemiotique Les eacutelegraveves eacuteprouvent de la difficulteacute agrave repreacutesenter des objets issus de registres seacutemiotiques diffeacuterents ou encore agrave simplement les reconnaicirctre Dans le contexte de notre seacutequence sur les couleurs ces cadres de rationaliteacute sont centraux En effet crsquoest dans son quotidien et donc dans son cadre familier que lrsquoeacutelegraveve va deacutecouvrir la notion de couleur notamment par le biais de la peinture ou drsquoobservation drsquoarc-shyen-shyciel Cette deacutecouverte qui a souvent lieu tregraves tocirct dans la vie de lrsquoenfant ne fera pourtant pas pour autant lrsquoobjet de questionnement sur le pheacutenomegravene de perception des couleurs La notion de cadre culturel ou scolaire quand agrave elle peut ecirctre eacutetendue dans notre cas agrave deux sous-shycateacutegories de cadres culturels diffeacuterents qui vont ecirctre agrave lrsquoorigine de conceptions erroneacutees ou incomplegravetes Premiegraverement il y a le cadre que nous appelons laquo arts visuelsraquo et qui a ses propres regravegles de rationaliteacutes Les cours de dessin ou drsquoactiviteacutes creacuteatrices en sont de parfaits exemples car crsquoest dans ce cadre que les eacutelegraveves vont premiegraverement aborder la

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

theacutematique des couleurs primaires et de leurs meacutelanges Mais cette theacutematique est eacutegalement abordeacutee dans le cadre laquophysiqueraquo agrave travers les expeacuteriences de deacutecomposition de la lumiegravere ou de superposition de lumiegraveres coloreacutees Ainsi nous retrouvons trois cadres de rationaliteacute concourants (familier physique arts visuels) dans lesquels les eacutelegraveves eacutevoluent et qui engendrent indubitablement des conceptions erroneacutees sur la lumiegravere et les couleurs puisque les eacutelegraveves ne sont pas ameneacutes agrave les diffeacuterencier dans chacun des cadres Et comme la communication entre les diffeacuterents cadres nrsquoest pas eacutetablie le lien agrave faire entre les diffeacuterentes conceptions issues de ces cadres est agrave la charge de lrsquoeacutelegraveve ce qui repreacutesente une lourde responsabiliteacute dans son apprentissage Astolfi (2008) appelle eacutegalement ces conceptions issues de diffeacuterents cadres des ldquotrames conceptuelles rdquoqui peuvent ecirctre deacutefinies comme ldquoun ensemble de concepts-shycleacutes propres agrave un domaine et logiquement hieacuterarchiseacutes entre eux qui structurent les disciplines et engendrent des situations-shyproblegravemesrdquo Mais encore on verra eacutemerger des problegravemes de contrat didactique dans chacun des cadres lrsquoeacutelegraveve va tenter de donner une reacuteponse qui va satisfaire lrsquoenseignant sans pour autant ecirctre ameneacute agrave confronter ses conceptions

Situation-shyproblegraveme Pour de Vecchi (2006) une situation-shyproblegraveme est une activiteacute qui consiste agrave mettre lrsquoeacutelegraveve dans une situation ougrave il va ecirctre ameneacute agrave eacutelaborer des strateacutegies de reacutesolution de problegraveme Lrsquoun des points cleacutes des situations-shyproblegravemes est qursquoelles eacutetablissent un lien eacutetroit entre les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves En drsquoautres termes une situation-shyproblegraveme est construite de telle sorte que les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave remettre en question des repreacutesentations actuelles qui srsquoavegraverent erroneacutees agrave les deacuteconstruire pour en construire de nouvelles Ainsi dans une deacutemarche de type constructiviste lrsquoeacutelegraveve construit son savoir en renversant ses anciennes conceptions Une situation-shyproblegraveme nrsquoest donc pas une deacutemarche ponctuelle dans laquelle lrsquoeacutelegraveve devra reacutesoudre une liste drsquoexercices teacuteleacuteguideacutee par lrsquoenseignant Ce qui justifie lrsquoefficaciteacute des situations problegravemes est qursquo laquoapprendreraquo ne consiste pas agrave cumuler les savoirs mais agrave en construire et agrave en deacuteconstruire

Une situation-shyproblegraveme doit comprendre plusieurs eacuteleacutements

-shy Un objectif-shyobstacle Pour Meirieu (1987) un objectif-shyobstacle est ldquoun objectif dont lrsquoacquisition permet au sujet de franchir un palier deacutecisif de progression en modifiant son systegraveme de repreacutesentation et en le faisant acceacuteder un niveau supeacuterieur de formulation rdquo Dans notre cas lrsquoeacutelegraveve pense que tous les meacutelanges de 3 couleurs primaires (de peinture ou de lumiegravere) vont donner le mecircme reacutesultat La distinction entre synthegraveses additive et soustractive nrsquoest pas connue des eacutelegraveves De plus projeter de la lumiegravere monochromatique sur un objet drsquoune certaine couleur ne donne pas toujours la mecircme couleur Lrsquoexemple avec le drapeau (activiteacute 4) est parlant

-shy Une situation centreacutee sur cet obstacle prenant en compte une deacutemarche expeacuterimentale ou une deacutemarche de modeacutelisation Dans notre cours les deux deacutemarches sont mises en oeuvre mais notre deacutemarche principale est la modeacutelisation Les eacutelegraveves vont effectivement ecirctre ameneacutes agrave eacutemettre des hypothegraveses manipuler reacutecolter des reacutesultats et les confronter agrave

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

leurs hypothegraveses mais il srsquoagit surtout drsquoune deacutemarche de modeacutelisation car les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave creacuteer des scheacutemas dans plusieurs exercices

-shy Une probleacutematisation et la deacutevolution on probleacutematise la conception erroneacutee en introduisant une situation-shyproblegraveme crsquoest-shyagrave-shydire qursquoon construit un problegraveme centreacute sur lrsquoobstacle La surprise face agrave une situation incoheacuterente va intriguer lrsquoeacutelegraveve exciter sa motivation et le pousser agrave vouloir srsquoimpliquer dans le problegraveme ce qui va aider sa deacutevolution Brousseau (1998) qualifie la notion de deacutevolution par le ldquo processus par lequel lenseignant parvient agrave placer leacutelegraveve comme simple actant dans une situation a-shydidactique (agrave modegravele non didactique) Il cherche par lagrave agrave ce que lrsquoaction de lrsquoeacutelegraveve ne soit produite et justifieacutee que par les neacutecessiteacutes du milieu et par ses connaissances et non par lrsquointerpreacutetation des proceacutedeacutes didactiques du professeurrdquo Pour enrocircler les eacutelegraveves et les aider agrave identifier la probleacutematique en met on place une situation deacuteclenchante Dans notre cas lrsquoexemple avec le meacutelange de peinture et de lumiegraveres coloreacutees est un parfait exemple de situation deacuteclenchante car les eacutelegraveves ne sattendent probablement pas par exemple agrave ce que le meacutelange de vert et bleu donne du cyan ou encore qursquoon perccediloive un citron noir lorsque lrsquoon projette de la lumiegravere bleue sur ce celui-shyci

412 La prise en compte des conceptions des eacutelegraveves dans notre seacutequence La theacutematique de la lumiegravere et des couleurs est complexe et comprend de nombreux concepts difficiles agrave assimiler En effet bon nombre de personnes ont des repreacutesentations erroneacutees qui peuvent rester profondeacutement ancreacutees Parmi les conceptions erroneacutees les plus communes on retrouve selon le site internet des MER

La lumiegravere blanche est sans couleur pure quand la lumiegravere blanche passe dans un prisme ou traverse un filtre de la couleur lui est ajouteacutee

La lumiegravere blanche nous permet de voir la vraie couleur des objets laquoMa feuille est blanche parce que je nai pas ajouteacute dautres couleurs agrave celle-shyciraquo

Les couleurs sont lieacutees agrave des proprieacuteteacutes de lrsquoobjet exclusivement sans reacutefeacuterence agrave la lumiegravere qui eacuteclaire lrsquoobjet Ne dit-shyon pas quun pull est rouge

Confusion entre les couleurs primaires en couleur peinture et en couleur lumiegravere

Dans notre planification nous avons anticipeacute ces conceptions et avons construit notre cours de maniegravere agrave ce qursquoelles soient mises en eacutevidence le plus tocirct possible afin de tenter de les deacuteconstruire agrave travers nos activiteacutes

Ainsi degraves deacutebut de lrsquoactiviteacute 2 les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave une situation-shyproblegraveme dans laquelle ils comprennent qursquoil existe une contradiction entre leur conception de deacutepart sur les meacutelanges de couleurs (issue de leurs cadres de rationaliteacute familier et scolaire lsquorsquoart visuelrsquorsquo) et leurs observations (nouveau cadre lsquorsquophysiquersquorsquo) Crsquoest sur la base de ce conflit cognitif que les diffeacuterentes notions de la seacutequence pourront ecirctre abordeacutees Les autres conceptions sont mises en eacutevidence puis deacuteconstruites agrave travers les diffeacuterentes activiteacutes Par exemple les

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

activiteacutes du chapitre 3 permettent de montrer que la lumiegravere blanche nrsquoest pas pure mais qursquoelle est composeacutee de toutes les couleurs et ce gracircce agrave lrsquoobservation des objets agrave la lumiegravere blanche puis agrave travers un filtre

De plus lrsquoactiviteacute 3 srsquoarticule autour drsquoune conception erroneacutee repeacutereacutee dans certaines classes Bon nombre drsquoeacutelegraveves eacutetaient persuadeacutes qursquoun filtre ne laissait pas passer les lumiegraveres de sa couleur propre car crsquoest la couleur dont est perccedilue le filtre Un conflit cognitif est alors provoqueacute afin de deacuteconstruire cette conception les eacutelegraveves observent que la lumiegravere coloreacutee nrsquoest pas absorbeacutee par le filtre mais qursquoelle se propage bien jusqursquoagrave lrsquoeacutecran blanc

En introduction de lrsquoactiviteacute 4 une nouvelle situation-shyproblegraveme est preacutesenteacutee par le biais drsquoune image montrant que la couleur drsquoun objet peut varier en fonction de la lumiegravere coloreacutee par laquelle il est eacuteclaireacute Elle servira agrave provoquer un conflit cognitif chez les eacutelegraveves car cette situation intervient apregraves une phase drsquohypothegravese reacutepondant agrave la question suivante un objet peut-shyil avoir diffeacuterentes couleurs La reacuteponse donneacutee par lrsquoimage contredira probablement lrsquohypothegravese preacuteceacutedemment formuleacutee et devrait susciter de la curiositeacute chez lrsquoeacutelegraveve et lui donner lrsquoenvie de comprendre le pheacutenomegravene Nous deacutemontrons ensuite tout au long de lrsquoactiviteacute 4 sur les lumiegraveres coloreacutees que crsquoest le pheacutenomegravene drsquoabsorption et de reacuteflection de la lumiegravere qui nous permet de voir la couleur des objets et non pas la lumiegravere blanche Crsquoest donc par le biais de ces deacuteconstructions successives de conceptions que lrsquoenseignant peut guider les eacutelegraveves sur la voie de la reacutesolution du problegraveme de lrsquoorigine de ces contradictions dans le but drsquoeacutetablir le lien entre les diffeacuterents cadres de rationaliteacute

42 Modeacutelisation

421 Deacutefinition

Un modegravele est communeacutement deacutefini comme un objet ou un concept qui va permettre de repreacutesenter la reacutealiteacute de diffeacuterentes maniegraveres Bunge (1974) ou encore Martinand (1994) le deacutefinissent eacutegalement comme un moyen permettant de mettre en relation le monde theacuteorique avec le monde empirique Il peut ecirctre consideacutereacute en quelque sorte comme un monde intermeacutediaire ou une sorte de lunette conceptuelle (Halloun 2004) qui va permettre drsquoobserver des pheacutenomegravenes naturels Un modegravele ne constitue pas la reacutealiteacute mais la repreacutesente en simplifiant certains de ses aspects ce qui peut causer des conflits pour les repreacutesentations cognitives chez lrsquoeacutelegraveve

422 La modeacutelisation dans notre seacutequence Dans notre planification la modeacutelisation est centrale afin de conceptualiser des pheacutenomegravenes complexes comme la composition de la lumiegravere et la perception des couleurs Elle est lrsquooutil qui permet drsquoamener les eacutelegraveves agrave se faccedilonner une repreacutesentation de la deacutecomposition de la lumiegravere blanche de labsorption de la lumiegravere agrave travers les filtres et des synthegraveses additive et soustractive des couleurs

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

De plus elle constitue un objectif de formation meacutethodologique qui va de pair avec toute formation scientifique Crsquoest pourquoi nous avons inclus la modeacutelisation dans les objectifs drsquoapprentissage Dans la terminologie du PER la modeacutelisation correspond agrave lrsquoobjectif geacuteneacuteral MSN37

bull MSN 1525 mdash Modeacuteliser des pheacutenomegravenes naturels techniques sociaux ou des situations matheacutematiques

bull en imaginant et en utilisant divers outils de repreacutesentation (codes scheacutemas graphiques tableauxhellip)

Lrsquoactiviteacute 2 propose aux eacutelegraveves de reporter les couleurs observeacutees sur trois cercles superposeacutes En les coloriant les eacutelegraveves reacutealisent en reacutealiteacute une forme simple de modeacutelisation par un diagramme de Venn de la synthegravese additive Il nous a sembleacute pertinent drsquointroduire ce scheacutema de cette maniegravere car ainsi les eacutelegraveves comprennent reacuteellement qursquoil correspond agrave la lumiegravere projeteacutee et superposeacutee sur un eacutecran En derniegravere partie drsquoactiviteacute les eacutelegraveves se familiarisent avec un logiciel de modeacutelisation de la synthegravese additive 3

Lrsquoutilisation drsquoun modegravele dans ce cas est indispensable pour des raisons pratiques Il serait en effet tregraves difficile de faire des observations similaires avec un dispositif reacuteel constitueacute de projecteurs et drsquoun eacutecran comme dans la premiegravere partie drsquoactiviteacute Nous avons veilleacute agrave choisir un logiciel simple drsquousage sur lequel seules deux manipulations sont possibles allumereacuteteindre les projecteurs et varier leurs intensiteacutes Ainsi il est possible pour les eacutelegraveves de faire rapidement et sans difficulteacutes de lrsquoordre du registre seacutemiotique la deacuteduction attendue les diffeacuterentes couleurs srsquoobtiennent par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

Dans lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves sont ameneacutes agrave modeacuteliser lrsquoeffet drsquoun filtre sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee Ils ancrent ainsi le fonctionnement drsquoun filtre dans leur apprentissage et deacuteveloppent une meacutethodologie systeacutematique dans la reacutesolution de problegravemes mettant en scegravene des filtres Gracircce au modegravele deacuteveloppeacute les eacutelegraveves deacuteconstruisent deacutefinitivement leur eacuteventuelle conception erroneacutee selon laquelle un filtre absorberait sa propre couleur Lrsquoactiviteacute 43 a pour but que les eacutelegraveves modeacutelisent les pheacutenomegravenes de reacutefraction et drsquoabsorption en justifiant leur reacuteponse par un modegravele de reacuteponse Ce dernier comprend les couleurs RVB qui se reflegravetent ou qui sont absorbeacutees par une surface Ainsi lrsquoeacutelegraveve peut trouver une meacutethode systeacutematique de reacuteponse en testant les diffeacuterentes couleurs Gracircce agrave cette modeacutelisation et agrave celle de lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves comprennent que les fonctionnements des filtres et des lumiegraveres coloreacutees sont fondeacutes sur le mecircme principe

3(httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

43 Deacutemarche expeacuterimentale

431 Deacutefinition Pour de Vecchi il est important de ne pas confondre les notions lieacutees agrave lrsquoexpeacuterimental qui sont les suivantes

-shy Une deacutemarche scientifique nrsquoest pas exclusive au domaine des sciences expeacuterimentales mais peut aussi ecirctre mobiliseacutee dans les sciences humaines socialeshellip Elle utilise drsquoautres outils que lrsquoexpeacuterimentale Toute recherche digne de ce nom est de nature scientifique

-shy La meacutethode expeacuterimentale eacutequivaut plutocirct agrave un plan agrave suivre un mode drsquoemploi ou agrave une marche agrave suivre qui suit un ordre strict que lrsquoon peut aussi appeler protocole Par exemple parmi les plus ceacutelegravebres protocoles nous retrouvons celui de Claude Bernard (1865) que lrsquoon abregravege par les initiales OHERIC qui correspondent agrave observation hypothegravese expeacuterience reacutesultats interpreacutetation et conclusion De maniegravere geacuteneacuterale il srsquoagit du protocole caricatural que lrsquoon emploie le plus souvent dans les salles de classes

-shy Une deacutemarche expeacuterimentale est une approche plus reacutealiste moins stricte et integravegre

une approche plus tacirctonnante Il nrsquoest pas constitueacute drsquoeacutetapes preacutedeacutetermineacutees et est donc moins affecteacutee par les directives de lrsquoenseignant Il peut donc laisser des liberteacutes dans la maniegravere de reacutesoudre le problegraveme

432 La deacutemarche expeacuterimentale dans notre seacutequence Dans notre seacutequence la meacutethode expeacuterimentale est preacutesente de maniegravere partielle du scheacutema caricatural OHERIC nous nous inteacuteressons en particulier aux phases drsquoobservation et drsquoeacutemission drsquohypothegraveses Crsquoest pourquoi nous parlons donc plutocirct de ldquodeacutemarche expeacuterimentalerdquo En effet tout au long des diffeacuterentes activiteacutes il est reacuteguliegraverement demandeacute aux eacutelegraveves de formuler une hypothegravese agrave partir de leurs connaissances au preacutealable puis de faire de nouvelles observations en contexte expeacuterimental Crsquoest sur la base de ces derniegraveres qursquoils pourront reacutealiser leurs deacuteductions sur le pheacutenomegravene en question et construire de nouvelles conceptions Dans lrsquoactiviteacute 2 ce type de deacutemarche est central pour la creacuteation de la premiegravere situation-shyproblegraveme Par la suite la deacutemarche permet de guider les eacutelegraveves dans le processus de deacuteduction du fonctionnement geacuteneacuteral des diffeacuterents pheacutenomegravenes Dans lrsquoactiviteacute 41 par exemple les pheacutenomegravenes agrave deacuteduire sont la synthegravese soustractive et le fonctionnement de la lumiegravere coloreacutee Lrsquoemploi drsquoobjets familiers permet un ancrage dans le quotidien

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Dans lrsquoactiviteacute 3 lrsquoeacutetude de lrsquoeffet des filtres constitue agrave son tour un deacutemarche expeacuterimentale En effet les eacutelegraveves doivent tout drsquoabord eacutemettre leurs hypothegraveses puis les veacuterifient par lrsquoexpeacuterimentation et ses reacutesultats provoquant probablement un conflit cognitif avant drsquoen conclure lrsquoeffet drsquoun filtre Dans lrsquoactiviteacute 42 nous retrouvons toujours le mecircme principe de deacutemarche expeacuterimentale Les eacutelegraveves formulent des hypothegraveses sur la couleur perccedilue de diffeacuterents mots coloreacutes eacuteclaireacutes par une lumiegravere coloreacutee puis les veacuterifient lors de la phase drsquoobservation La confrontation entre leurs attentes lieacutees agrave leurs conceptions et la reacutealiteacute creacutee le conflit cognitif rechercheacute

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

5 Conclusion Pour seacutelectionner notre thegraveme et eacutelaborer notre seacutequence nous nous sommes fondeacutes sur les objectifs du PER et crsquoest sur lrsquooptique que notre choix srsquoest porteacute Le savoir savant auquel nous nous sommes reacutefeacutereacutes comprend principalement des concepts lieacutes agrave la lumiegravere tels que les photons les ondes eacutelectromagneacutetiques ainsi que les spectres drsquoeacutemission et drsquoabsorption Nous avons transposeacute ce savoir en un savoir enseignable par le biais drsquoun travail de contextualisation et de reacuteadaptation Nous avons eacuteteacute ameneacutes agrave remplacer des modegraveles scientifiques (par exemple les modegraveles de synthegraveses additive et soustractive) par des modegraveles accessibles agrave un niveau scolaire et agrave changer les conditions drsquoeacutemergence des problegravemes Ainsi notre travail de transposition consistait agrave montrer aux eacutelegraveves la partie eacutemergeacutee de lrsquoiceberg du concept de couleur le reacutesultat apparent plutocirct que lrsquoorigine eacutelectromagneacutetique Tout au long de la seacutequence et par le biais de situations-shyproblegravemes et de diffeacuterentes eacutetapes de reacutesolution des activiteacutes les eacutelegraveves ont eacuteteacute guideacutes dans le processus de construction de leur apprentissage En nous focalisant sur les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves nous avons eacutelaboreacute nos exercices de maniegravere agrave proposer des situations deacuteclenchantes afin de faciliter le transfert de la responsabiliteacute de la reacutesolution des problegravemes aux eacutelegraveves Cette derniegravere srsquoeffectue par des deacutemarches drsquoexpeacuterimentation mais surtout de modeacutelisation

Dans notre sceacutenario les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave deux types de donneacutees theacuteoriques et empiriques Drsquoune part ils ont agrave disposition deux theacuteories principales la premiegravere est que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs de lrsquoarc-shyen-shyciel tandis que la seconde deacutecrit l a maniegravere dont la couleur drsquoun objet deacutepend des couleurs qursquoil va absorber Drsquoautre part ils disposent de donneacutees empiriques qursquoils sont ameneacutes agrave reacutecolter en superposant des lumiegraveres de diffeacuterentes couleurs en meacutelangeant de la peinture et en projetant de la lumiegravere coloreacutee sur diffeacuterents objets coloreacutes Dans le cadre drsquoune deacutemarche drsquoexpeacuterimentation ils ont eacutemis des hypothegraveses observeacute manipuleacute du mateacuteriel utiliseacute des appliquettes en ligne et veacuterifieacute leurs reacutesultats Crsquoest ainsi les modegraveles que nous avons preacutesenteacutes et que les eacutelegraveves ont eacutelaboreacutes vont ecirctre des ponts qui vont relier le monde theacuteorique et le monde empirique Par ailleurs nous avons eacuteteacute attentifs agrave la seacutemiotique lors de nos choix des repreacutesentations utiliseacutees nous nous sommes reacutefeacutereacutes agrave la notion de registre seacutemiotique afin drsquoeacutelaborer des scheacutemas nrsquoengendrant pas de difficulteacutes de lecture chez les eacutelegraveves

Nous avons analyseacute lrsquoorigine des conceptions erroneacutees et avons remarqueacute qursquoelles eacutetaient principalement dues agrave des repreacutesentations concourantes engendreacutees par les diffeacuterents contextes et cadres de rationaliteacutes dans lesquelles les eacutelegraveves eacutevoluent Notre sceacutenario permet aux eacutelegraveves drsquoeacutetablir des liens entre ces diffeacuterents cadres et de construire une nouvelle repreacutesentation de la couleur celle drsquoun objet de la physique

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

6 Bibliographie

Astolfi J Ginsburger-shyVogel Y amp Toussaint J (2008) Mots-shycleacutes de la didactique des sciences De Boeck Supeacuterieur Beaufils D Ramage M-shyJ DidaScO (2004) Simulation informatique et enseignement de la physique regards didactiques Universiteacute Paris-shySud Centre scientifique drsquoOrsay -shy 91405 Orsay Cedex Brahic A Grenier I ( 2008) Lumiegraveres deacutetoiles les couleurs invisibles Odile Jacob Brousseau G (1998) Glossaire de quelques concepts de la theacuteorie des situations didactiques en matheacutematiques DAEST-shy Faculteacute des Sciences de lHomme-shyUniversiteacute Victor Segalen Bordeaux 2 Bunge M (1975) Philosophie de la physique Paris France Editions du Seuil Chevallard Y amp Johsua M-shyA (1986) Transposition didactique  Du savoir savant au savoir enseigneacute -shy Un exemple drsquoanalyse de la transposition didactique Penseacutee sauvage Chevallard Y A du texte Chevallard Y A du texte Chevallard Y amp Johsua M-shyA A du texte (1991) La transposition didactique  du savoir savant au savoir enseigneacute Suivi de Un exemple de la transposition didactique ([2e eacuted revue et augm]) Yves Chevallard  Yves Chevallard et Marie-shyAlberte Johsua [texte imprimeacute] Retrieved October 19 2016 de Vecchi G (2006) Enseigner lrsquoexpeacuterimental en classe  Pour une veacuteritable eacuteducation scientifique Hachette Editions (p 221-shy229) de Vecchi G (2006) Enseigner lrsquoexpeacuterimental en classe  Pour une veacuteritable eacuteducation scientifique Hachette Editions (p 55 -shy65) de Saussure F (2005) Cours de linguistique geacuteneacuterale Arbres drsquoOr Develay M (1987) A propos de la transposition didactique en sciences biologiques Aster [ISSN 0297-shy9373] 1987 Ndeg 4 p 119 Duval R (1988) Eacutecarts seacutemantiques et coheacuterence matheacutematique introduction aux problegravemes de congruences in Annales de Didactique et de Sciences Cognitives de lIREM de Strasbourg Giordan A Girault Y et Clement P (1994) Conceptions et connaissance Peter Lang Halloun I A (2004) Modeling theory in science education Dordrecht Holland Kluwer Academic Publishers Kane J Sternheim M (1989) Cours QCM exemple et exercices corrigeacutes -shy 1er cycle Licence PCEM PCEP Physique 3egraveme eacutedition revue par Philipe Ghosez Maryse Hoebeke et Gabriel Llabreacutes DUNOD Lerouge A (1992) Repreacutesentation carteacutesienne rationaliteacute matheacutematique et rationaliteacute du quotidien chez des eacutelegraveves de collegravege Thegravese de doctorat Universiteacute Montpellier II Malafosse D Lerouge A Dusseau J-shyM (2000) Notions de registre et de cadre de rationaliteacute en inter-shydidactique des matheacutematiques et de la physiqu e Treacutema Martinand J-shyL (nd) Introduction agrave la modeacutelisation In Actes du seacuteminaire de didactique des disciplines technologiques Cachan (p 126ndash138)

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Meirieu P Avanzin Gi (1987) Apprendre oui mais comment Edition ESF Verret M (1975) Le temps des eacutetudes (Vols 1ndash2) Lille France Atelier Reproduction des thegraveses

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Page 33: Physique Optique Lescouleurs · Sciences naturelles Les couleurs 10 11 Harmos 1.Introduction Comme nous allons le détailler dans le chapitre 4, les conceptions erronées des élèves

Activiteacute 32 Qursquo‛obtient-on avec drsquo‛autres filtres

a) Tu disposes maintenant drsquo‛une lampe diffusant de la lumiegravere blanche et de filtres

cyan magenta et jaune Manipule-les les uns apregraves les autres puis en les superposant

pour deacutecouvrir leurs effets sur la lumiegravere blanche

b) A lrsquo‛aide de couleurs et en trsquo‛appuyant sur tes observations scheacutematise ci-dessous

lrsquo‛action des filtres sur une lumiegravere blanche

Pex 1 Magenta 2 Jaune 3 Cyan 4 Rouge 5 Vert 6 Bleu 7 Noir

Activiteacute 33 Deux synthegraveses Similitudes et diffeacuterences

a) Utilise ce logiciel pour comparer les synthegraveses additive et soustractive

httpwwwostralonet3_animationsswfsynthese_couleursswf

a) Quelles similitudes observes-tu entre les synthegraveses additive et soustractive

________________________________________________________________

Les mecircmes triplets de couleurs sont preacutesents dans les deux synthegraveses (RVB - CMJ)

d) Et quelles diffeacuterences

________________________________________________________________

1 Les couleurs primaires de lrsquo‛un sont les couleurs compleacutementaires de lrsquo‛autre

2 Lrsquo‛addition des lumiegraveres coloreacutees rouge verte et bleue donne du blanc la

soustraction totale par des filtres cyan magenta et jaune donne du noir

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 4 Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Rappel

1 Nous pouvons reacutesumer la composition de la lumiegravere blanche aux 3 couleurs primaires le rouge le vert et le bleu Ce sont des couleurs qui ne peuvent pas ecirctre creacuteeacutees Ce sont elles qui composent les autres couleurs Crsquo‛est agrave dire qursquo‛en les meacutelangeant on peut obtenir les autres couleurs le cyan est composeacute du bleu et du vert le magenta est composeacute du bleu et du rouge et le jaune est composeacute du vert et du rouge

Theacuteorie

Le sujet que nous allons traiter aujourdrsquo‛hui concerne la couleur de lrsquo‛objet Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Formule une hypothegravese ____________________________________________

Observe la photo projeteacutee par lrsquo‛enseignant

Que retiens-tu de cette photo _______________________________________________________________ La lumiegravere coloreacutee qui est refleacuteteacutee par un objet correspond agrave la lumiegravere non absorbeacutee

Ici toutes les lumiegraveres coloreacutees sont absorbeacutees sauf le bleu qui lui est refleacuteteacute La couleur propre de lrsquo‛objet sera le bleu

En effet un objet absorbe ou reflegravete diffeacuterentes lumiegraveres coloreacutees Crsquo‛est cette lumiegravere coloreacutee refleacuteteacutee que nous verrons

Activiteacute 41

Reacuteponds agrave ces diffeacuterentes questions dans le tableau ci-dessous De quelle couleur verras-tu cet objet Confronte ton ideacutee avec ton voisin De quelle couleur le vois-tu reacuteellement

Couleur de lrsquo‛objet

Couleur de la lumiegravere

Hypothegravese formuleacutee

Observation

rouge Magenta

cyan Vert

jaune Bleu

Par quel pheacutenomegravene peut-on observer ce changement de couleur ___________________________________

Quelle deacuteductions peux-tu faire _________________________________________________________________

Activiteacute 42

Marche agrave suivre

1 Eacutecris sur une feuille blanche le nom des 2 couleurs que ton enseignant te donne avec la peinture qui y correspond

2 Pendant que ces mots segravechent remplis les colonnes ldquocouleur du mot 1rdquo et ldquocouleur du mot 2rdquo et ldquocouleur de la feuillerdquo agrave la lumiegravere blanche

3 Formule tes hypothegraveses note-les au crayon agrave papier en petit 4 Eacuteclaire tes mots agrave lrsquo‛aide de lumiegraveres coloreacutees 5 Note tes observations

Lumiegravere coloreacutee

Couleur du mot 1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur du mot 2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur de la feuille helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Blanche

Rouge

Verte

Bleue

Magenta

Cyan

Jaune

Activiteacute 43

Tu observes un drapeau eacuteclaireacute par une lumiegravere blanche Puis tu observes ce mecircme drapeau eacuteclaireacute par deux lumiegraveres coloreacutees diffeacuterentes Trouve la lumiegravere coloreacutee utiliseacutee dans chaque cas et justifie ta reacuteponse par la modeacutelisation vue preacuteceacutedemment

Lumiegravere blanche Lumiegravere coloreacutee 1 Lumiegravere coloreacutee 2

De quelle couleur est la premiegravere lumiegravere coloreacutee ___________________________

Modeacutelisation 1

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________

Modeacutelisation 2

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 4 Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur (corrigeacute) Rappel

2 Nous pouvons reacutesumer la composition de la lumiegravere blanche aux 3 couleurs primaires le rouge le vert et le bleu Ce sont des couleurs qui ne peuvent pas ecirctre creacuteeacutees Ce sont elles qui composent les autres couleurs Crsquo‛est agrave dire qursquo‛en les meacutelangeant on peut obtenir les autres couleurs le cyan est composeacute du bleu et du vert le magenta est composeacute du bleu et du rouge et le jaune est composeacute du vert et du rouge

Theacuteorie

Le sujet que nous allons traiter aujourdrsquo‛hui concerne la couleur de lrsquo‛objet Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Formule une hypothegravese ____________________________________________ Projeter cette image elle napparaicirct pas dans le cours de lrsquo‛eacutelegraveve

Que retiens-tu de cette photo _______________________________________________________________ La lumiegravere coloreacutee qui est refleacuteteacutee par un objet correspond agrave la lumiegravere non absorbeacutee

Ici toutes les lumiegraveres coloreacutees sont absorbeacutees sauf le bleu qui lui est refleacuteteacute La couleur propre de lrsquo‛objet sera le bleu

En effet un objet absorbe ou reflegravete diffeacuterentes lumiegraveres coloreacutees Crsquo‛est cette lumiegravere coloreacutee refleacuteteacutee que nous verrons

Activiteacute 41

Reacuteponds agrave ces diffeacuterentes questions dans le tableau ci-dessous De quelle couleur penses-tu que tu verras cet objet Confronte ton ideacutee avec ton voisin De quelle couleur le vois-tu reacuteellement

Couleur de lrsquo‛objet

Couleur de la lumiegravere

Hypothegravese formuleacutee

Observation

rouge Magenta (rouge)

cyan Vert (vert)

jaune Bleu (noir)

Par quel pheacutenomegravene peut-on observer ce changement de couleur ___________________________________ (synthegravese soustractive)

Quelle deacuteductions peux-tu faire (fonctionne comme un filtre) _________________________________________________________________

Activiteacute 42

Marche agrave suivre

6 Eacutecris sur une feuille blanche le nom des 2 couleurs que ton enseignant te donne avec la peinture qui y correspond

7 Pendant que ces mots segravechent remplis les colonnes ldquocouleur du mot 1rdquo et ldquocouleur du mot 2rdquo et ldquocouleur de la feuillerdquo agrave la lumiegravere blanche

8 Formule tes hypothegraveses note-les au crayon agrave papier en petit 9 Eacuteclaire tes mots agrave lrsquo‛aide de lumiegraveres coloreacutees 10 Note tes observations

Lumiegravere coloreacutee

Couleur du mot 1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur du mot 2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur de la feuille helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Blanche

Rouge

Verte

Bleue

Magenta

Cyan

Jaune

Activiteacute 43

Tu observes un drapeau eacuteclaireacute par une lumiegravere blanche Puis tu observes ce mecircme drapeau eacuteclaireacute par deux lumiegraveres coloreacutees diffeacuterentes Trouve la lumiegravere coloreacutee utiliseacutee dans chaque cas et justifie ta reacuteponse par la modeacutelisation vue preacuteceacutedemment

Lumiegravere blanche Lumiegravere coloreacutee 1 Lumiegravere coloreacutee 2

De quelle couleur est la premiegravere lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Bleu)

Modeacutelisation 1

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Vert)

Modeacutelisation 2

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Fiches de synthegravese Les couleurs Activiteacute 2 Reacutesumeacute theacuteorique pour les eacutelegraveves Le modegravele trichromique et la synthegravese additive des couleurs La couleur nrsquo‛existe pas sans lumiegravere et lrsquo‛on peut dire que lrsquo‛on perccediloit le monde gracircce aux meacutelanges de ces couleurs qui correspondent aux diffeacuterentes composantes de la lumiegravere Lorsque lrsquo‛on parle de la perception des couleurs on srsquo‛aperccediloit que seules trois lumiegraveres primaires de couleurs rouge vert et bleu sont neacutecessaires pour obtenir la sensation de toutes les autres couleurs Cette maniegravere de modeacuteliser la perception des couleurs est ce qursquo‛on appelle le modegravele trichromique (lsquorsquo‛trois couleursrsquo‛rsquo‛) Dans cette repreacutesentation toutes les autres lumiegraveres coloreacutees sont perccedilues par superposition des trois lumiegraveres rouge verte et bleue La superposition simultaneacutee et en dosage identique des trois couleurs donne de la lumiegravere blanche Le noir correspond agrave une absence de lumiegravere

Illustration du modegravele

Image MER

Lrsquo‛image montre trois projecteurs de lumiegraveres rouge verte et bleue eacuteclairant une table blanche Si les trois couleurs sont projeteacutees en intensiteacute identique nous obtenons par superposition trois autres couleurs le cyan le magenta et le jaune Les couleurs primaires et les couleurs obtenues sont codeacutees sur lrsquo‛image puis reacutecapituleacutees dans le tableau ci-dessous

Image MER

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Si nous modifions le dosage des couleurs eacuteleacutementaires il est possible drsquo‛obtenir toutes les couleurs imaginables Le pheacutenomegravene de perception des couleurs par superposition des trois couleurs primaires se nomme synthegravese additive les couleurs sont additionneacutees entre elles pour permettre la synthegravese drsquo‛autres couleurs

Drsquo‛ailleurs si lrsquo‛on observe au microscope un eacutecran blanc de smartphone ou drsquo‛ordinateur on remarque qursquo‛il est en fait constitueacute drsquo‛un grand nombre de minuscules rectangles de lumiegraveres rouge verte et bleue (voir image ci-contre) Crsquo‛est justement par un jeu de dosage de chacune de ces lumiegraveres que lrsquo‛on perccediloit les diffeacuterentes couleurs sur nos eacutecrans

Pourquoi un modegravele sur trois couleurs La raison pour laquelle les scientifiques ont construit ce modegravele sur trois couleurs est directement lieacutee agrave la structure de notre œil En effet ce dernier contient des cellules sensibles agrave la lumiegravere que lrsquo‛on appelle cocircnes et bacirctonnets Alors que les bacirctonnets perccediloivent les intensiteacutes de lumiegravere les cocircnes nous permettent de percevoir les couleurs Cependant ils ne sont sensibles qursquo‛agrave certaines composantes de la lumiegravere blanche celles correspondant justement aux couleurs rouge vert et bleu Lorsque lrsquo‛on regarde un objet notre cerveau analyse le dosage de chacune de ces composantes perccedilues par notre œil et en interpregravete ainsi la couleur de lrsquo‛objet

Qursquo‛est-ce que le daltonisme Certaines personnes preacutesentent une anomalie de la vision qui les empecircche de distinguer certaines couleurs Drsquo‛origine geacuteneacutetique ce trouble est ducirc agrave un dysfonctionnement des cocircnes preacutesents dans la reacutetine Bien que la plupart des personnes daltoniennes aient de la peine agrave distinguer le vert du rouge drsquo‛autres ne distinguent pas drsquo‛autres couleurs Dans certaines formes de daltonisme le monde est perccedilu par la personne atteinte en teintes de gris

Sciences naturelles Optique synthegravese soustractive et additive

La synthegravese additive est le proceacutedeacute gracircce

auquel en combinant les couleurs

___________ ___________ et ___________

on obtient du blanc

On la retrouve lorsque lrsquoon meacutelange des

lumiegraveres coloreacutees composeacutees de ces 3 couleurs

diffeacuterentes car les laquo additionner raquo donne la

lumiegravere blanche

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon exploite aujourdrsquohui

pour les teacuteleacuteviseurs ou tout eacutecran composeacute de

pixels

La synthegravese soustractive consiste agrave soustraire

les couleurs de la lumiegravere blanche (RVB) agrave

travers des filtres de couleurs ___________

___________ et ___________ qui absorbent la

totaliteacute des couleurs de la lumiegravere blanche pour

un rendu noir au final (absence de lumiegravere)

Lrsquo __________________ des 3 couleurs donne

le ____________

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon retrouve par exemple en

meacutelangeant de la peinture notamment en

imprimerie

Sciences naturelles Optique les filtres

Qursquoest-shyce qursquoun filtre coloreacute et comment fonctionne-shyt-shyil

Un filtre est un dispositif qui permet de filtrer la lumiegravere de laisser passer certains rayons

lumineux et drsquoen absorber drsquoautres

Pour savoir quelles lumiegravere coloreacutees le filtre laisse passer il faut lrsquoobserver agrave la lumiegravere

blanche

Le filtre laissera alors passer uniquement les rayons lumineux de sa couleur propre

Par exemple

Un filtre vert laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee verte

Un filtre magenta laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee magenta crsquoest agrave dire les rayons rouge et bleu

Pour connaicirctre la lumiegravere coloreacutee qui ldquosortrdquo du filtre il faut donc

deacutecomposer la lumiegravere qui arrive sur ce filtre et en soustraire les

rayons qui sont absorbeacutes par le filtre On se reacutefegravere alors au modegravele de

la synthegravese soustractive

Image httpswww123couleursfrboutique-shy1filtres-shycolorC3A9s

Tableau reacutecapitulatif

Sciences naturelles Optique les filtres

Modeacutelisation

Nous pouvons modeacuteliser lrsquoaction drsquoun filtre

1 Noter la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur le filtre

2 Deacutecomposer la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur filtre et la coder (en RVB)

3 Repreacutesenter le filtre et coder les rayons absorbeacutes par le filtre 4 Prolonger les rayons lumineux coloreacutes que le filtre laisse passer et les coder (en RVB)

5 Noter la lumiegravere coloreacutee qui sort du filtre

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre magenta sur la lumiegravere blanche

Lorsque plusieurs filtres sont superposeacutes ou aligneacutes il faut modeacuteliser lrsquoaction du premier filtre

sur la lumiegravere projeteacutee puis lrsquoaction du deuxiegraveme filtre sur la lumiegravere qui sort du premier filtre

etc

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre cyan puis drsquoun filtre vert sur la lumiegravere jaune

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

De quelle couleur apparaicirctra un objet de couleur eacuteclaireacute par une lumiegravere coloreacutee

Il y 3 cas

1) Un objet de couleur blanche renvoie toutes les couleurs il apparaicirctra de la couleur eacuteclaireacutee

2) Un objet de couleur noire absorbe toutes les couleurs Peu importe la couleur avec laquelle

lrsquoobjet est eacuteclaireacute lrsquoobjet apparaicirct de couleur noire

3) Pour un objet de couleur il suffit de deacutecomposer les couleurs secondaires par exemple

Jrsquoai un objet jaune

Je lui projette une lumiegravere magenta

Or jaune = rouge + vert

et magenta = bleu + rouge

Le rouge est commun au jaune et au magenta donc lrsquoobjet paraicirctra rouge

En revanche si la lumiegravere est bleue comme il nrsquoy a pas de bleu dans le jaune lrsquoobjet paraicirctra

noir

1

Tableau reacutecapitulatif

1 httpscommunitygoodgamestudioscombigfarmfrdiscussion51685langage-shy‐des-shy‐couleurs

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

Modegravele de reacuteponse

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

______

______

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

______

______

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation avec propositions

de reacuteponses)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

(rouge vert bleu Nous percevons les diffeacuterentes couleurs agrave partir de ces trois couleurs) ________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

(Explication relative aux cocircnes et bacirctonnets de lrsquo‛oeil)

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Corrigeacute vert bleu blanc cyan

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________ (vert)

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________ (bleu)

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________ (aucunenoir)

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

(selon modegravele eacutetudieacute)

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

(les deux selon que lrsquo‛on parle de synthegravese additive ou soustractive)

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

Bleu

______

Bleu

______

Noir

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________ (lumiegravere rouge)

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

Noir

______

Rouge

______

Rouge

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

(Bleu)

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

(selon modegravele eacutetudieacute)

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

(Explication citant la synthegravese soustractive et lrsquo‛effet des lumiegraveres coloreacutees

concerneacutees sur le haut du cambrioleur)

Evaluation - Analyse

Ce commentaire comprend les diffeacuterents objectifs eacutevalueacutes ainsi que ce qui est attendu

preacuteciseacutement des eacutelegraveves et les niveaux taxonomiques correspondants

Ce sont des pistes drsquo‛eacutevaluation qui sont ici proposeacutees non une eacutevaluation suivie

Exercice 1

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- Mettre en lien des notions theacuteoriques apprises en cours (cocircnes et

bacirctonnets de lrsquo‛oeil) avec drsquo‛autres (synthegravese additive)

Lrsquo‛eacutevaluation deacutebute par deux questions au niveau taxonomique peu eacuteleveacute La

premiegravere de lrsquo‛ordre de la compreacutehension demande aux eacutelegraveves de restituer une

connaissance de base agrave lrsquo‛aide de leurs propres mots La deuxiegraveme propose de

tester les connaissances theacuteoriques des eacutelegraveves en veacuterifiant que des liens entre

deux notions aient eacuteteacute faits

Exercice 2

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutedire la couleur perccedilue en fonction des meacutelanges de couleurs RVB

- deacutechiffrer un scheacutema et les codes de la repreacutesentation de la trajectoire

des lumiegraveres coloreacutees

Le deuxiegraveme exercice relegraveve du niveau taxonomique de lrsquo‛application car il

neacutecessite une compreacutehension de la maniegravere de repreacutesenter la lumiegravere (scheacutema de

la trajectoire rectiligne codes de couleurs RVB) et drsquo‛appliquer ce modegravele tout en

utilisant les connaissances des couleurs fondamentales et compleacutementaires de la

synthegravese additive

Exercice 3

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet drsquo‛un filtre sur une lumiegravere coloreacutee agrave lrsquo‛aide des codes

propres agrave lrsquo‛optique

Lrsquo‛exercice 3 relegraveve de lrsquo‛application car les eacutelegraveves se reacutefegraverent agrave la modeacutelisation

eacutetablie durant le cours et au diagramme de Venn de la synthegravese soustractive et

les adaptent aux items preacutesenteacutes

Exercice 4

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- mettre en perspective la distinction entre synthegravese additive et

soustractive en terme de lsquorsquo‛naturersquo‛rsquo‛ de la couleur (couleurs matiegraveres vs

couleurs lumiegraveres)

Cet exercice requiert des eacutelegraveves qursquo‛ils mobilisent leur faculteacute drsquo‛analyse (niveau

taxonomique plutocirct eacuteleveacute) pour expliquer les diffeacuterences entre les

repreacutesentations de la couleur en arts visuels et en physique Le but est qursquo‛ils

reconnaissent qursquo‛il srsquo‛agit dans le premier cas de la synthegravese soustractive et dans

le second cas de la synthegravese additive

Exercice 5

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutevoir la couleur perccedilue drsquo‛un objet en fonction des lumiegraveres coloreacutees

projeteacutees et coder le pheacutenomegravene

Les eacutelegraveves appliquent la modeacutelisation drsquo‛une lumiegravere coloreacutee sur un objet coloreacute

pour deacuteterminer la couleur perccedilue du drapeau franccedilais Cette question fait

reacutefeacuterence agrave un niveau taxonomique bas Puis ils trouvent la lumiegravere coloreacutee qui

permet de voir les deux drapeaux preacutesenteacutes de la mecircme couleur Ils trouveront

cette reacuteponse en modeacutelisant les lumiegraveres coloreacutees sur lrsquo‛objet de couleur

Plusieurs scheacutemas sont neacutecessaires pour trouver la reacuteponse Crsquo‛est une question

taxonomiquement haute qui demande aux eacutelegraveves de faire une synthegravese

Exercice 6

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet de la lumiegravere coloreacutee sur un objet et en deacuteduire la

couleur perccedilue

- justifier sa reacuteponse avec des mots en faisant la synthegravese des diffeacuterents

concepts vus dans la seacutequence de cours

Les eacutelegraveves doivent comprendre ce qursquo‛ils lisent et deacuteterminer la couleur propre du

haut du cambrioleur Cette question est taxonomiquement haute elle demande de

lrsquo‛analyse Puis ils justifient leur reacuteponse par le modegravele de lrsquo‛effet de la lumiegravere

coloreacutee sur un objet Cette question est drsquo‛un niveau taxonomique infeacuterieur

drsquo‛application Finalement ils deacuteterminent pourquoi la description de la jeune fille

ne correspond pas agrave la couleur propre en faisant le lien avec la synthegravese

soustractive demandant un niveau taxonomiquement tregraves eacuteleveacute la synthegravese

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4 Argumentation scientifique Nous avons choisi de construire notre seacutequence de cours de maniegravere agrave ce qursquoelle srsquoinscrive dans une deacutemarche constructiviste de type piageacutetienne Dans cette deacutemarche lrsquoenseignant anticipe les conceptions erroneacutees que les eacutelegraveves peuvent avoir puis eacutetablit une situation-shyproblegraveme permettant ideacutealement de deacuteconstruire ces repreacutesentations incomplegravetes puis finalement drsquoen construire de nouvelles plus justes Dans ce qui suit nous allons deacutefinir ces diffeacuterents concepts mis en eacutevidence puis expliciter la maniegravere dont nous les avons pris en compte dans notre planification

41 Les conceptions des eacutelegraveves et les situations-shyproblegravemes

411 Deacutefinitions Conception Selon Giordan et al (1994) une conception ou repreacutesentation peut ecirctre consideacutereacutee comme une ideacutee un objet ou un eacutevegravenement qui aide lrsquoeacutelegraveve agrave comprendre le monde qui lrsquoentoure Elle est le fruit de son expeacuterience personnelle dans laquelle il va puiser pour comprendre les nouveaux savoirs que lrsquoon va chercher agrave lui inculquer Elle peut ecirctre consideacutereacutee comme une connaissance ldquodeacutejagrave-shylagraverdquo acquise dans un certain contexte par lrsquoapprenant et qui peut ecirctre correcte ou erroneacutee Les mauvaises conceptions (ou misconception en anglais) peuvent donc ecirctre deacutecrites comme des ideacutees qui proviennent drsquoune mauvaise compreacutehension drsquoobjets ou eacutevegravenements Elles sont issues principalement de lrsquoenvironnement avec lequel lrsquoeacutelegraveve interagit et du contexte dans lequel il se situe mais elles deacutecoulent eacutegalement des systegravemes seacutemiotiques mis en oeuvre Ces derniers sont abordeacutes plus en deacutetail dans ce qui suit Seacutemiologie En seacutemiologie (lrsquoeacutetude des systegravemes de signes) une repreacutesentation (ou un signe) est double elle est doteacutee drsquoun signifiant et drsquoun signifieacute (de Saussure 1916) Le signifiant qui fait lrsquoobjet de la seacutemiologie deacutesigne la forme et laspect du signe tandis que le signifieacute eacutetudieacute dans le cadre de la seacutemantique deacutesigne le concept eacutevoqueacute par le signe A partir du moment ougrave le signe possegravede plusieurs signifieacutes il devient symbole et crsquoest ainsi que les incompreacutehensions peuvent survenir Selon R Duval (1995) le concept de laquo registre seacutemiotique raquo permet de distinguer les repreacutesentations qui relegravevent de diffeacuterents registres ou types visuels numeacuteriques graphiques symboliques formels scheacutematiques etc En didactique ce concept est fondamental car les diffeacuterences de registre au sein drsquoune mecircme repreacutesentation ou drsquoun

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modegravele peut induire des difficulteacutes de lecture Ils risquent drsquoajouter des difficulteacutes suppleacutementaires en empecircchant les eacutelegraveves de se focaliser sur le problegraveme poseacute par lrsquoactiviteacute et les menant agrave formuler des conclusions diffeacuterentes de celles attendues par lrsquoenseignant Crsquoest pour cela qursquoun choix pertinent de registre seacutemiotique facilite la compreacutehension du concept introduit Dans notre cours un exemple typique que nous pouvons donner est la forte ressemblance des diagrammes de Venn pour les synthegraveses additive et soustractive Dans les deux modegraveles les diagrammes sont communeacutement scheacutematiseacutes sous forme circulaire De plus bien que inverseacutees au niveau de leurs superpositions les mecircmes couleurs sont repreacutesenteacutees dans les deux diagrammes Ces similitudes peuvent rendre la diffeacuterenciation complexe pour les eacutelegraveves Crsquoest pourquoi nous avons estimeacute important drsquoapporter un changement agrave la repreacutesentation de ces diagrammes Ainsi dans lrsquoune de nos fiches de synthegravese nous avons preacutefeacutereacute utiliser des formes rectangulaires plutocirct que circulaires pour repreacutesenter la synthegravese soustractive car cette forme eacutevoque plus fortement le filtre et ainsi lrsquoabsorption de la lumiegravere Cadre de rationaliteacute origine des conceptions En srsquoappuyant sur les travaux de R Douady (1984) A Lerouge (1992) deacutefinit laquo un cadre de rationaliteacuteraquo comme laquoun ensemble coheacuterent de fonctionnement de la penseacuteeraquo caracteacuteriseacute principalement par les composantes suivantes

1 Les objets du cadre dans notre cas il peut srsquoagir de peinture de feuille de papier de lampes de poche de filtres etc

2 Le type de processus de conceptualisation Dans un cadre scientifique il peut srsquoagir drsquoun processus par modeacutelisation ou par expeacuterimentation par exemple

3 Les registres seacutemiotiques que nous avons traiteacutes plus haut Les conceptions des eacutelegraveves et les conflits de perceptions en reacutesultant sont issus des diffeacuterents cadres de rationaliteacute dans lesquels ils eacutevoluent Ce sont les cadres familiers (personnel) et culturels (eacutecole) qui sont responsable de ces conceptions et repreacutesentations mentales tantocirct concourantes tantocirct inexistantes voire erroneacutees Elles se manifestent principalement agrave travers la seacutemiotique Les eacutelegraveves eacuteprouvent de la difficulteacute agrave repreacutesenter des objets issus de registres seacutemiotiques diffeacuterents ou encore agrave simplement les reconnaicirctre Dans le contexte de notre seacutequence sur les couleurs ces cadres de rationaliteacute sont centraux En effet crsquoest dans son quotidien et donc dans son cadre familier que lrsquoeacutelegraveve va deacutecouvrir la notion de couleur notamment par le biais de la peinture ou drsquoobservation drsquoarc-shyen-shyciel Cette deacutecouverte qui a souvent lieu tregraves tocirct dans la vie de lrsquoenfant ne fera pourtant pas pour autant lrsquoobjet de questionnement sur le pheacutenomegravene de perception des couleurs La notion de cadre culturel ou scolaire quand agrave elle peut ecirctre eacutetendue dans notre cas agrave deux sous-shycateacutegories de cadres culturels diffeacuterents qui vont ecirctre agrave lrsquoorigine de conceptions erroneacutees ou incomplegravetes Premiegraverement il y a le cadre que nous appelons laquo arts visuelsraquo et qui a ses propres regravegles de rationaliteacutes Les cours de dessin ou drsquoactiviteacutes creacuteatrices en sont de parfaits exemples car crsquoest dans ce cadre que les eacutelegraveves vont premiegraverement aborder la

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theacutematique des couleurs primaires et de leurs meacutelanges Mais cette theacutematique est eacutegalement abordeacutee dans le cadre laquophysiqueraquo agrave travers les expeacuteriences de deacutecomposition de la lumiegravere ou de superposition de lumiegraveres coloreacutees Ainsi nous retrouvons trois cadres de rationaliteacute concourants (familier physique arts visuels) dans lesquels les eacutelegraveves eacutevoluent et qui engendrent indubitablement des conceptions erroneacutees sur la lumiegravere et les couleurs puisque les eacutelegraveves ne sont pas ameneacutes agrave les diffeacuterencier dans chacun des cadres Et comme la communication entre les diffeacuterents cadres nrsquoest pas eacutetablie le lien agrave faire entre les diffeacuterentes conceptions issues de ces cadres est agrave la charge de lrsquoeacutelegraveve ce qui repreacutesente une lourde responsabiliteacute dans son apprentissage Astolfi (2008) appelle eacutegalement ces conceptions issues de diffeacuterents cadres des ldquotrames conceptuelles rdquoqui peuvent ecirctre deacutefinies comme ldquoun ensemble de concepts-shycleacutes propres agrave un domaine et logiquement hieacuterarchiseacutes entre eux qui structurent les disciplines et engendrent des situations-shyproblegravemesrdquo Mais encore on verra eacutemerger des problegravemes de contrat didactique dans chacun des cadres lrsquoeacutelegraveve va tenter de donner une reacuteponse qui va satisfaire lrsquoenseignant sans pour autant ecirctre ameneacute agrave confronter ses conceptions

Situation-shyproblegraveme Pour de Vecchi (2006) une situation-shyproblegraveme est une activiteacute qui consiste agrave mettre lrsquoeacutelegraveve dans une situation ougrave il va ecirctre ameneacute agrave eacutelaborer des strateacutegies de reacutesolution de problegraveme Lrsquoun des points cleacutes des situations-shyproblegravemes est qursquoelles eacutetablissent un lien eacutetroit entre les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves En drsquoautres termes une situation-shyproblegraveme est construite de telle sorte que les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave remettre en question des repreacutesentations actuelles qui srsquoavegraverent erroneacutees agrave les deacuteconstruire pour en construire de nouvelles Ainsi dans une deacutemarche de type constructiviste lrsquoeacutelegraveve construit son savoir en renversant ses anciennes conceptions Une situation-shyproblegraveme nrsquoest donc pas une deacutemarche ponctuelle dans laquelle lrsquoeacutelegraveve devra reacutesoudre une liste drsquoexercices teacuteleacuteguideacutee par lrsquoenseignant Ce qui justifie lrsquoefficaciteacute des situations problegravemes est qursquo laquoapprendreraquo ne consiste pas agrave cumuler les savoirs mais agrave en construire et agrave en deacuteconstruire

Une situation-shyproblegraveme doit comprendre plusieurs eacuteleacutements

-shy Un objectif-shyobstacle Pour Meirieu (1987) un objectif-shyobstacle est ldquoun objectif dont lrsquoacquisition permet au sujet de franchir un palier deacutecisif de progression en modifiant son systegraveme de repreacutesentation et en le faisant acceacuteder un niveau supeacuterieur de formulation rdquo Dans notre cas lrsquoeacutelegraveve pense que tous les meacutelanges de 3 couleurs primaires (de peinture ou de lumiegravere) vont donner le mecircme reacutesultat La distinction entre synthegraveses additive et soustractive nrsquoest pas connue des eacutelegraveves De plus projeter de la lumiegravere monochromatique sur un objet drsquoune certaine couleur ne donne pas toujours la mecircme couleur Lrsquoexemple avec le drapeau (activiteacute 4) est parlant

-shy Une situation centreacutee sur cet obstacle prenant en compte une deacutemarche expeacuterimentale ou une deacutemarche de modeacutelisation Dans notre cours les deux deacutemarches sont mises en oeuvre mais notre deacutemarche principale est la modeacutelisation Les eacutelegraveves vont effectivement ecirctre ameneacutes agrave eacutemettre des hypothegraveses manipuler reacutecolter des reacutesultats et les confronter agrave

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leurs hypothegraveses mais il srsquoagit surtout drsquoune deacutemarche de modeacutelisation car les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave creacuteer des scheacutemas dans plusieurs exercices

-shy Une probleacutematisation et la deacutevolution on probleacutematise la conception erroneacutee en introduisant une situation-shyproblegraveme crsquoest-shyagrave-shydire qursquoon construit un problegraveme centreacute sur lrsquoobstacle La surprise face agrave une situation incoheacuterente va intriguer lrsquoeacutelegraveve exciter sa motivation et le pousser agrave vouloir srsquoimpliquer dans le problegraveme ce qui va aider sa deacutevolution Brousseau (1998) qualifie la notion de deacutevolution par le ldquo processus par lequel lenseignant parvient agrave placer leacutelegraveve comme simple actant dans une situation a-shydidactique (agrave modegravele non didactique) Il cherche par lagrave agrave ce que lrsquoaction de lrsquoeacutelegraveve ne soit produite et justifieacutee que par les neacutecessiteacutes du milieu et par ses connaissances et non par lrsquointerpreacutetation des proceacutedeacutes didactiques du professeurrdquo Pour enrocircler les eacutelegraveves et les aider agrave identifier la probleacutematique en met on place une situation deacuteclenchante Dans notre cas lrsquoexemple avec le meacutelange de peinture et de lumiegraveres coloreacutees est un parfait exemple de situation deacuteclenchante car les eacutelegraveves ne sattendent probablement pas par exemple agrave ce que le meacutelange de vert et bleu donne du cyan ou encore qursquoon perccediloive un citron noir lorsque lrsquoon projette de la lumiegravere bleue sur ce celui-shyci

412 La prise en compte des conceptions des eacutelegraveves dans notre seacutequence La theacutematique de la lumiegravere et des couleurs est complexe et comprend de nombreux concepts difficiles agrave assimiler En effet bon nombre de personnes ont des repreacutesentations erroneacutees qui peuvent rester profondeacutement ancreacutees Parmi les conceptions erroneacutees les plus communes on retrouve selon le site internet des MER

La lumiegravere blanche est sans couleur pure quand la lumiegravere blanche passe dans un prisme ou traverse un filtre de la couleur lui est ajouteacutee

La lumiegravere blanche nous permet de voir la vraie couleur des objets laquoMa feuille est blanche parce que je nai pas ajouteacute dautres couleurs agrave celle-shyciraquo

Les couleurs sont lieacutees agrave des proprieacuteteacutes de lrsquoobjet exclusivement sans reacutefeacuterence agrave la lumiegravere qui eacuteclaire lrsquoobjet Ne dit-shyon pas quun pull est rouge

Confusion entre les couleurs primaires en couleur peinture et en couleur lumiegravere

Dans notre planification nous avons anticipeacute ces conceptions et avons construit notre cours de maniegravere agrave ce qursquoelles soient mises en eacutevidence le plus tocirct possible afin de tenter de les deacuteconstruire agrave travers nos activiteacutes

Ainsi degraves deacutebut de lrsquoactiviteacute 2 les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave une situation-shyproblegraveme dans laquelle ils comprennent qursquoil existe une contradiction entre leur conception de deacutepart sur les meacutelanges de couleurs (issue de leurs cadres de rationaliteacute familier et scolaire lsquorsquoart visuelrsquorsquo) et leurs observations (nouveau cadre lsquorsquophysiquersquorsquo) Crsquoest sur la base de ce conflit cognitif que les diffeacuterentes notions de la seacutequence pourront ecirctre abordeacutees Les autres conceptions sont mises en eacutevidence puis deacuteconstruites agrave travers les diffeacuterentes activiteacutes Par exemple les

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activiteacutes du chapitre 3 permettent de montrer que la lumiegravere blanche nrsquoest pas pure mais qursquoelle est composeacutee de toutes les couleurs et ce gracircce agrave lrsquoobservation des objets agrave la lumiegravere blanche puis agrave travers un filtre

De plus lrsquoactiviteacute 3 srsquoarticule autour drsquoune conception erroneacutee repeacutereacutee dans certaines classes Bon nombre drsquoeacutelegraveves eacutetaient persuadeacutes qursquoun filtre ne laissait pas passer les lumiegraveres de sa couleur propre car crsquoest la couleur dont est perccedilue le filtre Un conflit cognitif est alors provoqueacute afin de deacuteconstruire cette conception les eacutelegraveves observent que la lumiegravere coloreacutee nrsquoest pas absorbeacutee par le filtre mais qursquoelle se propage bien jusqursquoagrave lrsquoeacutecran blanc

En introduction de lrsquoactiviteacute 4 une nouvelle situation-shyproblegraveme est preacutesenteacutee par le biais drsquoune image montrant que la couleur drsquoun objet peut varier en fonction de la lumiegravere coloreacutee par laquelle il est eacuteclaireacute Elle servira agrave provoquer un conflit cognitif chez les eacutelegraveves car cette situation intervient apregraves une phase drsquohypothegravese reacutepondant agrave la question suivante un objet peut-shyil avoir diffeacuterentes couleurs La reacuteponse donneacutee par lrsquoimage contredira probablement lrsquohypothegravese preacuteceacutedemment formuleacutee et devrait susciter de la curiositeacute chez lrsquoeacutelegraveve et lui donner lrsquoenvie de comprendre le pheacutenomegravene Nous deacutemontrons ensuite tout au long de lrsquoactiviteacute 4 sur les lumiegraveres coloreacutees que crsquoest le pheacutenomegravene drsquoabsorption et de reacuteflection de la lumiegravere qui nous permet de voir la couleur des objets et non pas la lumiegravere blanche Crsquoest donc par le biais de ces deacuteconstructions successives de conceptions que lrsquoenseignant peut guider les eacutelegraveves sur la voie de la reacutesolution du problegraveme de lrsquoorigine de ces contradictions dans le but drsquoeacutetablir le lien entre les diffeacuterents cadres de rationaliteacute

42 Modeacutelisation

421 Deacutefinition

Un modegravele est communeacutement deacutefini comme un objet ou un concept qui va permettre de repreacutesenter la reacutealiteacute de diffeacuterentes maniegraveres Bunge (1974) ou encore Martinand (1994) le deacutefinissent eacutegalement comme un moyen permettant de mettre en relation le monde theacuteorique avec le monde empirique Il peut ecirctre consideacutereacute en quelque sorte comme un monde intermeacutediaire ou une sorte de lunette conceptuelle (Halloun 2004) qui va permettre drsquoobserver des pheacutenomegravenes naturels Un modegravele ne constitue pas la reacutealiteacute mais la repreacutesente en simplifiant certains de ses aspects ce qui peut causer des conflits pour les repreacutesentations cognitives chez lrsquoeacutelegraveve

422 La modeacutelisation dans notre seacutequence Dans notre planification la modeacutelisation est centrale afin de conceptualiser des pheacutenomegravenes complexes comme la composition de la lumiegravere et la perception des couleurs Elle est lrsquooutil qui permet drsquoamener les eacutelegraveves agrave se faccedilonner une repreacutesentation de la deacutecomposition de la lumiegravere blanche de labsorption de la lumiegravere agrave travers les filtres et des synthegraveses additive et soustractive des couleurs

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De plus elle constitue un objectif de formation meacutethodologique qui va de pair avec toute formation scientifique Crsquoest pourquoi nous avons inclus la modeacutelisation dans les objectifs drsquoapprentissage Dans la terminologie du PER la modeacutelisation correspond agrave lrsquoobjectif geacuteneacuteral MSN37

bull MSN 1525 mdash Modeacuteliser des pheacutenomegravenes naturels techniques sociaux ou des situations matheacutematiques

bull en imaginant et en utilisant divers outils de repreacutesentation (codes scheacutemas graphiques tableauxhellip)

Lrsquoactiviteacute 2 propose aux eacutelegraveves de reporter les couleurs observeacutees sur trois cercles superposeacutes En les coloriant les eacutelegraveves reacutealisent en reacutealiteacute une forme simple de modeacutelisation par un diagramme de Venn de la synthegravese additive Il nous a sembleacute pertinent drsquointroduire ce scheacutema de cette maniegravere car ainsi les eacutelegraveves comprennent reacuteellement qursquoil correspond agrave la lumiegravere projeteacutee et superposeacutee sur un eacutecran En derniegravere partie drsquoactiviteacute les eacutelegraveves se familiarisent avec un logiciel de modeacutelisation de la synthegravese additive 3

Lrsquoutilisation drsquoun modegravele dans ce cas est indispensable pour des raisons pratiques Il serait en effet tregraves difficile de faire des observations similaires avec un dispositif reacuteel constitueacute de projecteurs et drsquoun eacutecran comme dans la premiegravere partie drsquoactiviteacute Nous avons veilleacute agrave choisir un logiciel simple drsquousage sur lequel seules deux manipulations sont possibles allumereacuteteindre les projecteurs et varier leurs intensiteacutes Ainsi il est possible pour les eacutelegraveves de faire rapidement et sans difficulteacutes de lrsquoordre du registre seacutemiotique la deacuteduction attendue les diffeacuterentes couleurs srsquoobtiennent par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

Dans lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves sont ameneacutes agrave modeacuteliser lrsquoeffet drsquoun filtre sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee Ils ancrent ainsi le fonctionnement drsquoun filtre dans leur apprentissage et deacuteveloppent une meacutethodologie systeacutematique dans la reacutesolution de problegravemes mettant en scegravene des filtres Gracircce au modegravele deacuteveloppeacute les eacutelegraveves deacuteconstruisent deacutefinitivement leur eacuteventuelle conception erroneacutee selon laquelle un filtre absorberait sa propre couleur Lrsquoactiviteacute 43 a pour but que les eacutelegraveves modeacutelisent les pheacutenomegravenes de reacutefraction et drsquoabsorption en justifiant leur reacuteponse par un modegravele de reacuteponse Ce dernier comprend les couleurs RVB qui se reflegravetent ou qui sont absorbeacutees par une surface Ainsi lrsquoeacutelegraveve peut trouver une meacutethode systeacutematique de reacuteponse en testant les diffeacuterentes couleurs Gracircce agrave cette modeacutelisation et agrave celle de lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves comprennent que les fonctionnements des filtres et des lumiegraveres coloreacutees sont fondeacutes sur le mecircme principe

3(httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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43 Deacutemarche expeacuterimentale

431 Deacutefinition Pour de Vecchi il est important de ne pas confondre les notions lieacutees agrave lrsquoexpeacuterimental qui sont les suivantes

-shy Une deacutemarche scientifique nrsquoest pas exclusive au domaine des sciences expeacuterimentales mais peut aussi ecirctre mobiliseacutee dans les sciences humaines socialeshellip Elle utilise drsquoautres outils que lrsquoexpeacuterimentale Toute recherche digne de ce nom est de nature scientifique

-shy La meacutethode expeacuterimentale eacutequivaut plutocirct agrave un plan agrave suivre un mode drsquoemploi ou agrave une marche agrave suivre qui suit un ordre strict que lrsquoon peut aussi appeler protocole Par exemple parmi les plus ceacutelegravebres protocoles nous retrouvons celui de Claude Bernard (1865) que lrsquoon abregravege par les initiales OHERIC qui correspondent agrave observation hypothegravese expeacuterience reacutesultats interpreacutetation et conclusion De maniegravere geacuteneacuterale il srsquoagit du protocole caricatural que lrsquoon emploie le plus souvent dans les salles de classes

-shy Une deacutemarche expeacuterimentale est une approche plus reacutealiste moins stricte et integravegre

une approche plus tacirctonnante Il nrsquoest pas constitueacute drsquoeacutetapes preacutedeacutetermineacutees et est donc moins affecteacutee par les directives de lrsquoenseignant Il peut donc laisser des liberteacutes dans la maniegravere de reacutesoudre le problegraveme

432 La deacutemarche expeacuterimentale dans notre seacutequence Dans notre seacutequence la meacutethode expeacuterimentale est preacutesente de maniegravere partielle du scheacutema caricatural OHERIC nous nous inteacuteressons en particulier aux phases drsquoobservation et drsquoeacutemission drsquohypothegraveses Crsquoest pourquoi nous parlons donc plutocirct de ldquodeacutemarche expeacuterimentalerdquo En effet tout au long des diffeacuterentes activiteacutes il est reacuteguliegraverement demandeacute aux eacutelegraveves de formuler une hypothegravese agrave partir de leurs connaissances au preacutealable puis de faire de nouvelles observations en contexte expeacuterimental Crsquoest sur la base de ces derniegraveres qursquoils pourront reacutealiser leurs deacuteductions sur le pheacutenomegravene en question et construire de nouvelles conceptions Dans lrsquoactiviteacute 2 ce type de deacutemarche est central pour la creacuteation de la premiegravere situation-shyproblegraveme Par la suite la deacutemarche permet de guider les eacutelegraveves dans le processus de deacuteduction du fonctionnement geacuteneacuteral des diffeacuterents pheacutenomegravenes Dans lrsquoactiviteacute 41 par exemple les pheacutenomegravenes agrave deacuteduire sont la synthegravese soustractive et le fonctionnement de la lumiegravere coloreacutee Lrsquoemploi drsquoobjets familiers permet un ancrage dans le quotidien

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Dans lrsquoactiviteacute 3 lrsquoeacutetude de lrsquoeffet des filtres constitue agrave son tour un deacutemarche expeacuterimentale En effet les eacutelegraveves doivent tout drsquoabord eacutemettre leurs hypothegraveses puis les veacuterifient par lrsquoexpeacuterimentation et ses reacutesultats provoquant probablement un conflit cognitif avant drsquoen conclure lrsquoeffet drsquoun filtre Dans lrsquoactiviteacute 42 nous retrouvons toujours le mecircme principe de deacutemarche expeacuterimentale Les eacutelegraveves formulent des hypothegraveses sur la couleur perccedilue de diffeacuterents mots coloreacutes eacuteclaireacutes par une lumiegravere coloreacutee puis les veacuterifient lors de la phase drsquoobservation La confrontation entre leurs attentes lieacutees agrave leurs conceptions et la reacutealiteacute creacutee le conflit cognitif rechercheacute

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

5 Conclusion Pour seacutelectionner notre thegraveme et eacutelaborer notre seacutequence nous nous sommes fondeacutes sur les objectifs du PER et crsquoest sur lrsquooptique que notre choix srsquoest porteacute Le savoir savant auquel nous nous sommes reacutefeacutereacutes comprend principalement des concepts lieacutes agrave la lumiegravere tels que les photons les ondes eacutelectromagneacutetiques ainsi que les spectres drsquoeacutemission et drsquoabsorption Nous avons transposeacute ce savoir en un savoir enseignable par le biais drsquoun travail de contextualisation et de reacuteadaptation Nous avons eacuteteacute ameneacutes agrave remplacer des modegraveles scientifiques (par exemple les modegraveles de synthegraveses additive et soustractive) par des modegraveles accessibles agrave un niveau scolaire et agrave changer les conditions drsquoeacutemergence des problegravemes Ainsi notre travail de transposition consistait agrave montrer aux eacutelegraveves la partie eacutemergeacutee de lrsquoiceberg du concept de couleur le reacutesultat apparent plutocirct que lrsquoorigine eacutelectromagneacutetique Tout au long de la seacutequence et par le biais de situations-shyproblegravemes et de diffeacuterentes eacutetapes de reacutesolution des activiteacutes les eacutelegraveves ont eacuteteacute guideacutes dans le processus de construction de leur apprentissage En nous focalisant sur les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves nous avons eacutelaboreacute nos exercices de maniegravere agrave proposer des situations deacuteclenchantes afin de faciliter le transfert de la responsabiliteacute de la reacutesolution des problegravemes aux eacutelegraveves Cette derniegravere srsquoeffectue par des deacutemarches drsquoexpeacuterimentation mais surtout de modeacutelisation

Dans notre sceacutenario les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave deux types de donneacutees theacuteoriques et empiriques Drsquoune part ils ont agrave disposition deux theacuteories principales la premiegravere est que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs de lrsquoarc-shyen-shyciel tandis que la seconde deacutecrit l a maniegravere dont la couleur drsquoun objet deacutepend des couleurs qursquoil va absorber Drsquoautre part ils disposent de donneacutees empiriques qursquoils sont ameneacutes agrave reacutecolter en superposant des lumiegraveres de diffeacuterentes couleurs en meacutelangeant de la peinture et en projetant de la lumiegravere coloreacutee sur diffeacuterents objets coloreacutes Dans le cadre drsquoune deacutemarche drsquoexpeacuterimentation ils ont eacutemis des hypothegraveses observeacute manipuleacute du mateacuteriel utiliseacute des appliquettes en ligne et veacuterifieacute leurs reacutesultats Crsquoest ainsi les modegraveles que nous avons preacutesenteacutes et que les eacutelegraveves ont eacutelaboreacutes vont ecirctre des ponts qui vont relier le monde theacuteorique et le monde empirique Par ailleurs nous avons eacuteteacute attentifs agrave la seacutemiotique lors de nos choix des repreacutesentations utiliseacutees nous nous sommes reacutefeacutereacutes agrave la notion de registre seacutemiotique afin drsquoeacutelaborer des scheacutemas nrsquoengendrant pas de difficulteacutes de lecture chez les eacutelegraveves

Nous avons analyseacute lrsquoorigine des conceptions erroneacutees et avons remarqueacute qursquoelles eacutetaient principalement dues agrave des repreacutesentations concourantes engendreacutees par les diffeacuterents contextes et cadres de rationaliteacutes dans lesquelles les eacutelegraveves eacutevoluent Notre sceacutenario permet aux eacutelegraveves drsquoeacutetablir des liens entre ces diffeacuterents cadres et de construire une nouvelle repreacutesentation de la couleur celle drsquoun objet de la physique

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

6 Bibliographie

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Meirieu P Avanzin Gi (1987) Apprendre oui mais comment Edition ESF Verret M (1975) Le temps des eacutetudes (Vols 1ndash2) Lille France Atelier Reproduction des thegraveses

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Page 34: Physique Optique Lescouleurs · Sciences naturelles Les couleurs 10 11 Harmos 1.Introduction Comme nous allons le détailler dans le chapitre 4, les conceptions erronées des élèves

d) Et quelles diffeacuterences

________________________________________________________________

1 Les couleurs primaires de lrsquo‛un sont les couleurs compleacutementaires de lrsquo‛autre

2 Lrsquo‛addition des lumiegraveres coloreacutees rouge verte et bleue donne du blanc la

soustraction totale par des filtres cyan magenta et jaune donne du noir

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 4 Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Rappel

1 Nous pouvons reacutesumer la composition de la lumiegravere blanche aux 3 couleurs primaires le rouge le vert et le bleu Ce sont des couleurs qui ne peuvent pas ecirctre creacuteeacutees Ce sont elles qui composent les autres couleurs Crsquo‛est agrave dire qursquo‛en les meacutelangeant on peut obtenir les autres couleurs le cyan est composeacute du bleu et du vert le magenta est composeacute du bleu et du rouge et le jaune est composeacute du vert et du rouge

Theacuteorie

Le sujet que nous allons traiter aujourdrsquo‛hui concerne la couleur de lrsquo‛objet Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Formule une hypothegravese ____________________________________________

Observe la photo projeteacutee par lrsquo‛enseignant

Que retiens-tu de cette photo _______________________________________________________________ La lumiegravere coloreacutee qui est refleacuteteacutee par un objet correspond agrave la lumiegravere non absorbeacutee

Ici toutes les lumiegraveres coloreacutees sont absorbeacutees sauf le bleu qui lui est refleacuteteacute La couleur propre de lrsquo‛objet sera le bleu

En effet un objet absorbe ou reflegravete diffeacuterentes lumiegraveres coloreacutees Crsquo‛est cette lumiegravere coloreacutee refleacuteteacutee que nous verrons

Activiteacute 41

Reacuteponds agrave ces diffeacuterentes questions dans le tableau ci-dessous De quelle couleur verras-tu cet objet Confronte ton ideacutee avec ton voisin De quelle couleur le vois-tu reacuteellement

Couleur de lrsquo‛objet

Couleur de la lumiegravere

Hypothegravese formuleacutee

Observation

rouge Magenta

cyan Vert

jaune Bleu

Par quel pheacutenomegravene peut-on observer ce changement de couleur ___________________________________

Quelle deacuteductions peux-tu faire _________________________________________________________________

Activiteacute 42

Marche agrave suivre

1 Eacutecris sur une feuille blanche le nom des 2 couleurs que ton enseignant te donne avec la peinture qui y correspond

2 Pendant que ces mots segravechent remplis les colonnes ldquocouleur du mot 1rdquo et ldquocouleur du mot 2rdquo et ldquocouleur de la feuillerdquo agrave la lumiegravere blanche

3 Formule tes hypothegraveses note-les au crayon agrave papier en petit 4 Eacuteclaire tes mots agrave lrsquo‛aide de lumiegraveres coloreacutees 5 Note tes observations

Lumiegravere coloreacutee

Couleur du mot 1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur du mot 2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur de la feuille helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Blanche

Rouge

Verte

Bleue

Magenta

Cyan

Jaune

Activiteacute 43

Tu observes un drapeau eacuteclaireacute par une lumiegravere blanche Puis tu observes ce mecircme drapeau eacuteclaireacute par deux lumiegraveres coloreacutees diffeacuterentes Trouve la lumiegravere coloreacutee utiliseacutee dans chaque cas et justifie ta reacuteponse par la modeacutelisation vue preacuteceacutedemment

Lumiegravere blanche Lumiegravere coloreacutee 1 Lumiegravere coloreacutee 2

De quelle couleur est la premiegravere lumiegravere coloreacutee ___________________________

Modeacutelisation 1

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________

Modeacutelisation 2

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 4 Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur (corrigeacute) Rappel

2 Nous pouvons reacutesumer la composition de la lumiegravere blanche aux 3 couleurs primaires le rouge le vert et le bleu Ce sont des couleurs qui ne peuvent pas ecirctre creacuteeacutees Ce sont elles qui composent les autres couleurs Crsquo‛est agrave dire qursquo‛en les meacutelangeant on peut obtenir les autres couleurs le cyan est composeacute du bleu et du vert le magenta est composeacute du bleu et du rouge et le jaune est composeacute du vert et du rouge

Theacuteorie

Le sujet que nous allons traiter aujourdrsquo‛hui concerne la couleur de lrsquo‛objet Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Formule une hypothegravese ____________________________________________ Projeter cette image elle napparaicirct pas dans le cours de lrsquo‛eacutelegraveve

Que retiens-tu de cette photo _______________________________________________________________ La lumiegravere coloreacutee qui est refleacuteteacutee par un objet correspond agrave la lumiegravere non absorbeacutee

Ici toutes les lumiegraveres coloreacutees sont absorbeacutees sauf le bleu qui lui est refleacuteteacute La couleur propre de lrsquo‛objet sera le bleu

En effet un objet absorbe ou reflegravete diffeacuterentes lumiegraveres coloreacutees Crsquo‛est cette lumiegravere coloreacutee refleacuteteacutee que nous verrons

Activiteacute 41

Reacuteponds agrave ces diffeacuterentes questions dans le tableau ci-dessous De quelle couleur penses-tu que tu verras cet objet Confronte ton ideacutee avec ton voisin De quelle couleur le vois-tu reacuteellement

Couleur de lrsquo‛objet

Couleur de la lumiegravere

Hypothegravese formuleacutee

Observation

rouge Magenta (rouge)

cyan Vert (vert)

jaune Bleu (noir)

Par quel pheacutenomegravene peut-on observer ce changement de couleur ___________________________________ (synthegravese soustractive)

Quelle deacuteductions peux-tu faire (fonctionne comme un filtre) _________________________________________________________________

Activiteacute 42

Marche agrave suivre

6 Eacutecris sur une feuille blanche le nom des 2 couleurs que ton enseignant te donne avec la peinture qui y correspond

7 Pendant que ces mots segravechent remplis les colonnes ldquocouleur du mot 1rdquo et ldquocouleur du mot 2rdquo et ldquocouleur de la feuillerdquo agrave la lumiegravere blanche

8 Formule tes hypothegraveses note-les au crayon agrave papier en petit 9 Eacuteclaire tes mots agrave lrsquo‛aide de lumiegraveres coloreacutees 10 Note tes observations

Lumiegravere coloreacutee

Couleur du mot 1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur du mot 2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur de la feuille helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Blanche

Rouge

Verte

Bleue

Magenta

Cyan

Jaune

Activiteacute 43

Tu observes un drapeau eacuteclaireacute par une lumiegravere blanche Puis tu observes ce mecircme drapeau eacuteclaireacute par deux lumiegraveres coloreacutees diffeacuterentes Trouve la lumiegravere coloreacutee utiliseacutee dans chaque cas et justifie ta reacuteponse par la modeacutelisation vue preacuteceacutedemment

Lumiegravere blanche Lumiegravere coloreacutee 1 Lumiegravere coloreacutee 2

De quelle couleur est la premiegravere lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Bleu)

Modeacutelisation 1

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Vert)

Modeacutelisation 2

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Fiches de synthegravese Les couleurs Activiteacute 2 Reacutesumeacute theacuteorique pour les eacutelegraveves Le modegravele trichromique et la synthegravese additive des couleurs La couleur nrsquo‛existe pas sans lumiegravere et lrsquo‛on peut dire que lrsquo‛on perccediloit le monde gracircce aux meacutelanges de ces couleurs qui correspondent aux diffeacuterentes composantes de la lumiegravere Lorsque lrsquo‛on parle de la perception des couleurs on srsquo‛aperccediloit que seules trois lumiegraveres primaires de couleurs rouge vert et bleu sont neacutecessaires pour obtenir la sensation de toutes les autres couleurs Cette maniegravere de modeacuteliser la perception des couleurs est ce qursquo‛on appelle le modegravele trichromique (lsquorsquo‛trois couleursrsquo‛rsquo‛) Dans cette repreacutesentation toutes les autres lumiegraveres coloreacutees sont perccedilues par superposition des trois lumiegraveres rouge verte et bleue La superposition simultaneacutee et en dosage identique des trois couleurs donne de la lumiegravere blanche Le noir correspond agrave une absence de lumiegravere

Illustration du modegravele

Image MER

Lrsquo‛image montre trois projecteurs de lumiegraveres rouge verte et bleue eacuteclairant une table blanche Si les trois couleurs sont projeteacutees en intensiteacute identique nous obtenons par superposition trois autres couleurs le cyan le magenta et le jaune Les couleurs primaires et les couleurs obtenues sont codeacutees sur lrsquo‛image puis reacutecapituleacutees dans le tableau ci-dessous

Image MER

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Si nous modifions le dosage des couleurs eacuteleacutementaires il est possible drsquo‛obtenir toutes les couleurs imaginables Le pheacutenomegravene de perception des couleurs par superposition des trois couleurs primaires se nomme synthegravese additive les couleurs sont additionneacutees entre elles pour permettre la synthegravese drsquo‛autres couleurs

Drsquo‛ailleurs si lrsquo‛on observe au microscope un eacutecran blanc de smartphone ou drsquo‛ordinateur on remarque qursquo‛il est en fait constitueacute drsquo‛un grand nombre de minuscules rectangles de lumiegraveres rouge verte et bleue (voir image ci-contre) Crsquo‛est justement par un jeu de dosage de chacune de ces lumiegraveres que lrsquo‛on perccediloit les diffeacuterentes couleurs sur nos eacutecrans

Pourquoi un modegravele sur trois couleurs La raison pour laquelle les scientifiques ont construit ce modegravele sur trois couleurs est directement lieacutee agrave la structure de notre œil En effet ce dernier contient des cellules sensibles agrave la lumiegravere que lrsquo‛on appelle cocircnes et bacirctonnets Alors que les bacirctonnets perccediloivent les intensiteacutes de lumiegravere les cocircnes nous permettent de percevoir les couleurs Cependant ils ne sont sensibles qursquo‛agrave certaines composantes de la lumiegravere blanche celles correspondant justement aux couleurs rouge vert et bleu Lorsque lrsquo‛on regarde un objet notre cerveau analyse le dosage de chacune de ces composantes perccedilues par notre œil et en interpregravete ainsi la couleur de lrsquo‛objet

Qursquo‛est-ce que le daltonisme Certaines personnes preacutesentent une anomalie de la vision qui les empecircche de distinguer certaines couleurs Drsquo‛origine geacuteneacutetique ce trouble est ducirc agrave un dysfonctionnement des cocircnes preacutesents dans la reacutetine Bien que la plupart des personnes daltoniennes aient de la peine agrave distinguer le vert du rouge drsquo‛autres ne distinguent pas drsquo‛autres couleurs Dans certaines formes de daltonisme le monde est perccedilu par la personne atteinte en teintes de gris

Sciences naturelles Optique synthegravese soustractive et additive

La synthegravese additive est le proceacutedeacute gracircce

auquel en combinant les couleurs

___________ ___________ et ___________

on obtient du blanc

On la retrouve lorsque lrsquoon meacutelange des

lumiegraveres coloreacutees composeacutees de ces 3 couleurs

diffeacuterentes car les laquo additionner raquo donne la

lumiegravere blanche

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon exploite aujourdrsquohui

pour les teacuteleacuteviseurs ou tout eacutecran composeacute de

pixels

La synthegravese soustractive consiste agrave soustraire

les couleurs de la lumiegravere blanche (RVB) agrave

travers des filtres de couleurs ___________

___________ et ___________ qui absorbent la

totaliteacute des couleurs de la lumiegravere blanche pour

un rendu noir au final (absence de lumiegravere)

Lrsquo __________________ des 3 couleurs donne

le ____________

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon retrouve par exemple en

meacutelangeant de la peinture notamment en

imprimerie

Sciences naturelles Optique les filtres

Qursquoest-shyce qursquoun filtre coloreacute et comment fonctionne-shyt-shyil

Un filtre est un dispositif qui permet de filtrer la lumiegravere de laisser passer certains rayons

lumineux et drsquoen absorber drsquoautres

Pour savoir quelles lumiegravere coloreacutees le filtre laisse passer il faut lrsquoobserver agrave la lumiegravere

blanche

Le filtre laissera alors passer uniquement les rayons lumineux de sa couleur propre

Par exemple

Un filtre vert laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee verte

Un filtre magenta laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee magenta crsquoest agrave dire les rayons rouge et bleu

Pour connaicirctre la lumiegravere coloreacutee qui ldquosortrdquo du filtre il faut donc

deacutecomposer la lumiegravere qui arrive sur ce filtre et en soustraire les

rayons qui sont absorbeacutes par le filtre On se reacutefegravere alors au modegravele de

la synthegravese soustractive

Image httpswww123couleursfrboutique-shy1filtres-shycolorC3A9s

Tableau reacutecapitulatif

Sciences naturelles Optique les filtres

Modeacutelisation

Nous pouvons modeacuteliser lrsquoaction drsquoun filtre

1 Noter la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur le filtre

2 Deacutecomposer la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur filtre et la coder (en RVB)

3 Repreacutesenter le filtre et coder les rayons absorbeacutes par le filtre 4 Prolonger les rayons lumineux coloreacutes que le filtre laisse passer et les coder (en RVB)

5 Noter la lumiegravere coloreacutee qui sort du filtre

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre magenta sur la lumiegravere blanche

Lorsque plusieurs filtres sont superposeacutes ou aligneacutes il faut modeacuteliser lrsquoaction du premier filtre

sur la lumiegravere projeteacutee puis lrsquoaction du deuxiegraveme filtre sur la lumiegravere qui sort du premier filtre

etc

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre cyan puis drsquoun filtre vert sur la lumiegravere jaune

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

De quelle couleur apparaicirctra un objet de couleur eacuteclaireacute par une lumiegravere coloreacutee

Il y 3 cas

1) Un objet de couleur blanche renvoie toutes les couleurs il apparaicirctra de la couleur eacuteclaireacutee

2) Un objet de couleur noire absorbe toutes les couleurs Peu importe la couleur avec laquelle

lrsquoobjet est eacuteclaireacute lrsquoobjet apparaicirct de couleur noire

3) Pour un objet de couleur il suffit de deacutecomposer les couleurs secondaires par exemple

Jrsquoai un objet jaune

Je lui projette une lumiegravere magenta

Or jaune = rouge + vert

et magenta = bleu + rouge

Le rouge est commun au jaune et au magenta donc lrsquoobjet paraicirctra rouge

En revanche si la lumiegravere est bleue comme il nrsquoy a pas de bleu dans le jaune lrsquoobjet paraicirctra

noir

1

Tableau reacutecapitulatif

1 httpscommunitygoodgamestudioscombigfarmfrdiscussion51685langage-shy‐des-shy‐couleurs

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

Modegravele de reacuteponse

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

______

______

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

______

______

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation avec propositions

de reacuteponses)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

(rouge vert bleu Nous percevons les diffeacuterentes couleurs agrave partir de ces trois couleurs) ________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

(Explication relative aux cocircnes et bacirctonnets de lrsquo‛oeil)

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Corrigeacute vert bleu blanc cyan

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________ (vert)

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________ (bleu)

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________ (aucunenoir)

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

(selon modegravele eacutetudieacute)

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

(les deux selon que lrsquo‛on parle de synthegravese additive ou soustractive)

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

Bleu

______

Bleu

______

Noir

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________ (lumiegravere rouge)

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

Noir

______

Rouge

______

Rouge

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

(Bleu)

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

(selon modegravele eacutetudieacute)

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

(Explication citant la synthegravese soustractive et lrsquo‛effet des lumiegraveres coloreacutees

concerneacutees sur le haut du cambrioleur)

Evaluation - Analyse

Ce commentaire comprend les diffeacuterents objectifs eacutevalueacutes ainsi que ce qui est attendu

preacuteciseacutement des eacutelegraveves et les niveaux taxonomiques correspondants

Ce sont des pistes drsquo‛eacutevaluation qui sont ici proposeacutees non une eacutevaluation suivie

Exercice 1

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- Mettre en lien des notions theacuteoriques apprises en cours (cocircnes et

bacirctonnets de lrsquo‛oeil) avec drsquo‛autres (synthegravese additive)

Lrsquo‛eacutevaluation deacutebute par deux questions au niveau taxonomique peu eacuteleveacute La

premiegravere de lrsquo‛ordre de la compreacutehension demande aux eacutelegraveves de restituer une

connaissance de base agrave lrsquo‛aide de leurs propres mots La deuxiegraveme propose de

tester les connaissances theacuteoriques des eacutelegraveves en veacuterifiant que des liens entre

deux notions aient eacuteteacute faits

Exercice 2

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutedire la couleur perccedilue en fonction des meacutelanges de couleurs RVB

- deacutechiffrer un scheacutema et les codes de la repreacutesentation de la trajectoire

des lumiegraveres coloreacutees

Le deuxiegraveme exercice relegraveve du niveau taxonomique de lrsquo‛application car il

neacutecessite une compreacutehension de la maniegravere de repreacutesenter la lumiegravere (scheacutema de

la trajectoire rectiligne codes de couleurs RVB) et drsquo‛appliquer ce modegravele tout en

utilisant les connaissances des couleurs fondamentales et compleacutementaires de la

synthegravese additive

Exercice 3

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet drsquo‛un filtre sur une lumiegravere coloreacutee agrave lrsquo‛aide des codes

propres agrave lrsquo‛optique

Lrsquo‛exercice 3 relegraveve de lrsquo‛application car les eacutelegraveves se reacutefegraverent agrave la modeacutelisation

eacutetablie durant le cours et au diagramme de Venn de la synthegravese soustractive et

les adaptent aux items preacutesenteacutes

Exercice 4

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- mettre en perspective la distinction entre synthegravese additive et

soustractive en terme de lsquorsquo‛naturersquo‛rsquo‛ de la couleur (couleurs matiegraveres vs

couleurs lumiegraveres)

Cet exercice requiert des eacutelegraveves qursquo‛ils mobilisent leur faculteacute drsquo‛analyse (niveau

taxonomique plutocirct eacuteleveacute) pour expliquer les diffeacuterences entre les

repreacutesentations de la couleur en arts visuels et en physique Le but est qursquo‛ils

reconnaissent qursquo‛il srsquo‛agit dans le premier cas de la synthegravese soustractive et dans

le second cas de la synthegravese additive

Exercice 5

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutevoir la couleur perccedilue drsquo‛un objet en fonction des lumiegraveres coloreacutees

projeteacutees et coder le pheacutenomegravene

Les eacutelegraveves appliquent la modeacutelisation drsquo‛une lumiegravere coloreacutee sur un objet coloreacute

pour deacuteterminer la couleur perccedilue du drapeau franccedilais Cette question fait

reacutefeacuterence agrave un niveau taxonomique bas Puis ils trouvent la lumiegravere coloreacutee qui

permet de voir les deux drapeaux preacutesenteacutes de la mecircme couleur Ils trouveront

cette reacuteponse en modeacutelisant les lumiegraveres coloreacutees sur lrsquo‛objet de couleur

Plusieurs scheacutemas sont neacutecessaires pour trouver la reacuteponse Crsquo‛est une question

taxonomiquement haute qui demande aux eacutelegraveves de faire une synthegravese

Exercice 6

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet de la lumiegravere coloreacutee sur un objet et en deacuteduire la

couleur perccedilue

- justifier sa reacuteponse avec des mots en faisant la synthegravese des diffeacuterents

concepts vus dans la seacutequence de cours

Les eacutelegraveves doivent comprendre ce qursquo‛ils lisent et deacuteterminer la couleur propre du

haut du cambrioleur Cette question est taxonomiquement haute elle demande de

lrsquo‛analyse Puis ils justifient leur reacuteponse par le modegravele de lrsquo‛effet de la lumiegravere

coloreacutee sur un objet Cette question est drsquo‛un niveau taxonomique infeacuterieur

drsquo‛application Finalement ils deacuteterminent pourquoi la description de la jeune fille

ne correspond pas agrave la couleur propre en faisant le lien avec la synthegravese

soustractive demandant un niveau taxonomiquement tregraves eacuteleveacute la synthegravese

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4 Argumentation scientifique Nous avons choisi de construire notre seacutequence de cours de maniegravere agrave ce qursquoelle srsquoinscrive dans une deacutemarche constructiviste de type piageacutetienne Dans cette deacutemarche lrsquoenseignant anticipe les conceptions erroneacutees que les eacutelegraveves peuvent avoir puis eacutetablit une situation-shyproblegraveme permettant ideacutealement de deacuteconstruire ces repreacutesentations incomplegravetes puis finalement drsquoen construire de nouvelles plus justes Dans ce qui suit nous allons deacutefinir ces diffeacuterents concepts mis en eacutevidence puis expliciter la maniegravere dont nous les avons pris en compte dans notre planification

41 Les conceptions des eacutelegraveves et les situations-shyproblegravemes

411 Deacutefinitions Conception Selon Giordan et al (1994) une conception ou repreacutesentation peut ecirctre consideacutereacutee comme une ideacutee un objet ou un eacutevegravenement qui aide lrsquoeacutelegraveve agrave comprendre le monde qui lrsquoentoure Elle est le fruit de son expeacuterience personnelle dans laquelle il va puiser pour comprendre les nouveaux savoirs que lrsquoon va chercher agrave lui inculquer Elle peut ecirctre consideacutereacutee comme une connaissance ldquodeacutejagrave-shylagraverdquo acquise dans un certain contexte par lrsquoapprenant et qui peut ecirctre correcte ou erroneacutee Les mauvaises conceptions (ou misconception en anglais) peuvent donc ecirctre deacutecrites comme des ideacutees qui proviennent drsquoune mauvaise compreacutehension drsquoobjets ou eacutevegravenements Elles sont issues principalement de lrsquoenvironnement avec lequel lrsquoeacutelegraveve interagit et du contexte dans lequel il se situe mais elles deacutecoulent eacutegalement des systegravemes seacutemiotiques mis en oeuvre Ces derniers sont abordeacutes plus en deacutetail dans ce qui suit Seacutemiologie En seacutemiologie (lrsquoeacutetude des systegravemes de signes) une repreacutesentation (ou un signe) est double elle est doteacutee drsquoun signifiant et drsquoun signifieacute (de Saussure 1916) Le signifiant qui fait lrsquoobjet de la seacutemiologie deacutesigne la forme et laspect du signe tandis que le signifieacute eacutetudieacute dans le cadre de la seacutemantique deacutesigne le concept eacutevoqueacute par le signe A partir du moment ougrave le signe possegravede plusieurs signifieacutes il devient symbole et crsquoest ainsi que les incompreacutehensions peuvent survenir Selon R Duval (1995) le concept de laquo registre seacutemiotique raquo permet de distinguer les repreacutesentations qui relegravevent de diffeacuterents registres ou types visuels numeacuteriques graphiques symboliques formels scheacutematiques etc En didactique ce concept est fondamental car les diffeacuterences de registre au sein drsquoune mecircme repreacutesentation ou drsquoun

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modegravele peut induire des difficulteacutes de lecture Ils risquent drsquoajouter des difficulteacutes suppleacutementaires en empecircchant les eacutelegraveves de se focaliser sur le problegraveme poseacute par lrsquoactiviteacute et les menant agrave formuler des conclusions diffeacuterentes de celles attendues par lrsquoenseignant Crsquoest pour cela qursquoun choix pertinent de registre seacutemiotique facilite la compreacutehension du concept introduit Dans notre cours un exemple typique que nous pouvons donner est la forte ressemblance des diagrammes de Venn pour les synthegraveses additive et soustractive Dans les deux modegraveles les diagrammes sont communeacutement scheacutematiseacutes sous forme circulaire De plus bien que inverseacutees au niveau de leurs superpositions les mecircmes couleurs sont repreacutesenteacutees dans les deux diagrammes Ces similitudes peuvent rendre la diffeacuterenciation complexe pour les eacutelegraveves Crsquoest pourquoi nous avons estimeacute important drsquoapporter un changement agrave la repreacutesentation de ces diagrammes Ainsi dans lrsquoune de nos fiches de synthegravese nous avons preacutefeacutereacute utiliser des formes rectangulaires plutocirct que circulaires pour repreacutesenter la synthegravese soustractive car cette forme eacutevoque plus fortement le filtre et ainsi lrsquoabsorption de la lumiegravere Cadre de rationaliteacute origine des conceptions En srsquoappuyant sur les travaux de R Douady (1984) A Lerouge (1992) deacutefinit laquo un cadre de rationaliteacuteraquo comme laquoun ensemble coheacuterent de fonctionnement de la penseacuteeraquo caracteacuteriseacute principalement par les composantes suivantes

1 Les objets du cadre dans notre cas il peut srsquoagir de peinture de feuille de papier de lampes de poche de filtres etc

2 Le type de processus de conceptualisation Dans un cadre scientifique il peut srsquoagir drsquoun processus par modeacutelisation ou par expeacuterimentation par exemple

3 Les registres seacutemiotiques que nous avons traiteacutes plus haut Les conceptions des eacutelegraveves et les conflits de perceptions en reacutesultant sont issus des diffeacuterents cadres de rationaliteacute dans lesquels ils eacutevoluent Ce sont les cadres familiers (personnel) et culturels (eacutecole) qui sont responsable de ces conceptions et repreacutesentations mentales tantocirct concourantes tantocirct inexistantes voire erroneacutees Elles se manifestent principalement agrave travers la seacutemiotique Les eacutelegraveves eacuteprouvent de la difficulteacute agrave repreacutesenter des objets issus de registres seacutemiotiques diffeacuterents ou encore agrave simplement les reconnaicirctre Dans le contexte de notre seacutequence sur les couleurs ces cadres de rationaliteacute sont centraux En effet crsquoest dans son quotidien et donc dans son cadre familier que lrsquoeacutelegraveve va deacutecouvrir la notion de couleur notamment par le biais de la peinture ou drsquoobservation drsquoarc-shyen-shyciel Cette deacutecouverte qui a souvent lieu tregraves tocirct dans la vie de lrsquoenfant ne fera pourtant pas pour autant lrsquoobjet de questionnement sur le pheacutenomegravene de perception des couleurs La notion de cadre culturel ou scolaire quand agrave elle peut ecirctre eacutetendue dans notre cas agrave deux sous-shycateacutegories de cadres culturels diffeacuterents qui vont ecirctre agrave lrsquoorigine de conceptions erroneacutees ou incomplegravetes Premiegraverement il y a le cadre que nous appelons laquo arts visuelsraquo et qui a ses propres regravegles de rationaliteacutes Les cours de dessin ou drsquoactiviteacutes creacuteatrices en sont de parfaits exemples car crsquoest dans ce cadre que les eacutelegraveves vont premiegraverement aborder la

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theacutematique des couleurs primaires et de leurs meacutelanges Mais cette theacutematique est eacutegalement abordeacutee dans le cadre laquophysiqueraquo agrave travers les expeacuteriences de deacutecomposition de la lumiegravere ou de superposition de lumiegraveres coloreacutees Ainsi nous retrouvons trois cadres de rationaliteacute concourants (familier physique arts visuels) dans lesquels les eacutelegraveves eacutevoluent et qui engendrent indubitablement des conceptions erroneacutees sur la lumiegravere et les couleurs puisque les eacutelegraveves ne sont pas ameneacutes agrave les diffeacuterencier dans chacun des cadres Et comme la communication entre les diffeacuterents cadres nrsquoest pas eacutetablie le lien agrave faire entre les diffeacuterentes conceptions issues de ces cadres est agrave la charge de lrsquoeacutelegraveve ce qui repreacutesente une lourde responsabiliteacute dans son apprentissage Astolfi (2008) appelle eacutegalement ces conceptions issues de diffeacuterents cadres des ldquotrames conceptuelles rdquoqui peuvent ecirctre deacutefinies comme ldquoun ensemble de concepts-shycleacutes propres agrave un domaine et logiquement hieacuterarchiseacutes entre eux qui structurent les disciplines et engendrent des situations-shyproblegravemesrdquo Mais encore on verra eacutemerger des problegravemes de contrat didactique dans chacun des cadres lrsquoeacutelegraveve va tenter de donner une reacuteponse qui va satisfaire lrsquoenseignant sans pour autant ecirctre ameneacute agrave confronter ses conceptions

Situation-shyproblegraveme Pour de Vecchi (2006) une situation-shyproblegraveme est une activiteacute qui consiste agrave mettre lrsquoeacutelegraveve dans une situation ougrave il va ecirctre ameneacute agrave eacutelaborer des strateacutegies de reacutesolution de problegraveme Lrsquoun des points cleacutes des situations-shyproblegravemes est qursquoelles eacutetablissent un lien eacutetroit entre les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves En drsquoautres termes une situation-shyproblegraveme est construite de telle sorte que les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave remettre en question des repreacutesentations actuelles qui srsquoavegraverent erroneacutees agrave les deacuteconstruire pour en construire de nouvelles Ainsi dans une deacutemarche de type constructiviste lrsquoeacutelegraveve construit son savoir en renversant ses anciennes conceptions Une situation-shyproblegraveme nrsquoest donc pas une deacutemarche ponctuelle dans laquelle lrsquoeacutelegraveve devra reacutesoudre une liste drsquoexercices teacuteleacuteguideacutee par lrsquoenseignant Ce qui justifie lrsquoefficaciteacute des situations problegravemes est qursquo laquoapprendreraquo ne consiste pas agrave cumuler les savoirs mais agrave en construire et agrave en deacuteconstruire

Une situation-shyproblegraveme doit comprendre plusieurs eacuteleacutements

-shy Un objectif-shyobstacle Pour Meirieu (1987) un objectif-shyobstacle est ldquoun objectif dont lrsquoacquisition permet au sujet de franchir un palier deacutecisif de progression en modifiant son systegraveme de repreacutesentation et en le faisant acceacuteder un niveau supeacuterieur de formulation rdquo Dans notre cas lrsquoeacutelegraveve pense que tous les meacutelanges de 3 couleurs primaires (de peinture ou de lumiegravere) vont donner le mecircme reacutesultat La distinction entre synthegraveses additive et soustractive nrsquoest pas connue des eacutelegraveves De plus projeter de la lumiegravere monochromatique sur un objet drsquoune certaine couleur ne donne pas toujours la mecircme couleur Lrsquoexemple avec le drapeau (activiteacute 4) est parlant

-shy Une situation centreacutee sur cet obstacle prenant en compte une deacutemarche expeacuterimentale ou une deacutemarche de modeacutelisation Dans notre cours les deux deacutemarches sont mises en oeuvre mais notre deacutemarche principale est la modeacutelisation Les eacutelegraveves vont effectivement ecirctre ameneacutes agrave eacutemettre des hypothegraveses manipuler reacutecolter des reacutesultats et les confronter agrave

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leurs hypothegraveses mais il srsquoagit surtout drsquoune deacutemarche de modeacutelisation car les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave creacuteer des scheacutemas dans plusieurs exercices

-shy Une probleacutematisation et la deacutevolution on probleacutematise la conception erroneacutee en introduisant une situation-shyproblegraveme crsquoest-shyagrave-shydire qursquoon construit un problegraveme centreacute sur lrsquoobstacle La surprise face agrave une situation incoheacuterente va intriguer lrsquoeacutelegraveve exciter sa motivation et le pousser agrave vouloir srsquoimpliquer dans le problegraveme ce qui va aider sa deacutevolution Brousseau (1998) qualifie la notion de deacutevolution par le ldquo processus par lequel lenseignant parvient agrave placer leacutelegraveve comme simple actant dans une situation a-shydidactique (agrave modegravele non didactique) Il cherche par lagrave agrave ce que lrsquoaction de lrsquoeacutelegraveve ne soit produite et justifieacutee que par les neacutecessiteacutes du milieu et par ses connaissances et non par lrsquointerpreacutetation des proceacutedeacutes didactiques du professeurrdquo Pour enrocircler les eacutelegraveves et les aider agrave identifier la probleacutematique en met on place une situation deacuteclenchante Dans notre cas lrsquoexemple avec le meacutelange de peinture et de lumiegraveres coloreacutees est un parfait exemple de situation deacuteclenchante car les eacutelegraveves ne sattendent probablement pas par exemple agrave ce que le meacutelange de vert et bleu donne du cyan ou encore qursquoon perccediloive un citron noir lorsque lrsquoon projette de la lumiegravere bleue sur ce celui-shyci

412 La prise en compte des conceptions des eacutelegraveves dans notre seacutequence La theacutematique de la lumiegravere et des couleurs est complexe et comprend de nombreux concepts difficiles agrave assimiler En effet bon nombre de personnes ont des repreacutesentations erroneacutees qui peuvent rester profondeacutement ancreacutees Parmi les conceptions erroneacutees les plus communes on retrouve selon le site internet des MER

La lumiegravere blanche est sans couleur pure quand la lumiegravere blanche passe dans un prisme ou traverse un filtre de la couleur lui est ajouteacutee

La lumiegravere blanche nous permet de voir la vraie couleur des objets laquoMa feuille est blanche parce que je nai pas ajouteacute dautres couleurs agrave celle-shyciraquo

Les couleurs sont lieacutees agrave des proprieacuteteacutes de lrsquoobjet exclusivement sans reacutefeacuterence agrave la lumiegravere qui eacuteclaire lrsquoobjet Ne dit-shyon pas quun pull est rouge

Confusion entre les couleurs primaires en couleur peinture et en couleur lumiegravere

Dans notre planification nous avons anticipeacute ces conceptions et avons construit notre cours de maniegravere agrave ce qursquoelles soient mises en eacutevidence le plus tocirct possible afin de tenter de les deacuteconstruire agrave travers nos activiteacutes

Ainsi degraves deacutebut de lrsquoactiviteacute 2 les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave une situation-shyproblegraveme dans laquelle ils comprennent qursquoil existe une contradiction entre leur conception de deacutepart sur les meacutelanges de couleurs (issue de leurs cadres de rationaliteacute familier et scolaire lsquorsquoart visuelrsquorsquo) et leurs observations (nouveau cadre lsquorsquophysiquersquorsquo) Crsquoest sur la base de ce conflit cognitif que les diffeacuterentes notions de la seacutequence pourront ecirctre abordeacutees Les autres conceptions sont mises en eacutevidence puis deacuteconstruites agrave travers les diffeacuterentes activiteacutes Par exemple les

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activiteacutes du chapitre 3 permettent de montrer que la lumiegravere blanche nrsquoest pas pure mais qursquoelle est composeacutee de toutes les couleurs et ce gracircce agrave lrsquoobservation des objets agrave la lumiegravere blanche puis agrave travers un filtre

De plus lrsquoactiviteacute 3 srsquoarticule autour drsquoune conception erroneacutee repeacutereacutee dans certaines classes Bon nombre drsquoeacutelegraveves eacutetaient persuadeacutes qursquoun filtre ne laissait pas passer les lumiegraveres de sa couleur propre car crsquoest la couleur dont est perccedilue le filtre Un conflit cognitif est alors provoqueacute afin de deacuteconstruire cette conception les eacutelegraveves observent que la lumiegravere coloreacutee nrsquoest pas absorbeacutee par le filtre mais qursquoelle se propage bien jusqursquoagrave lrsquoeacutecran blanc

En introduction de lrsquoactiviteacute 4 une nouvelle situation-shyproblegraveme est preacutesenteacutee par le biais drsquoune image montrant que la couleur drsquoun objet peut varier en fonction de la lumiegravere coloreacutee par laquelle il est eacuteclaireacute Elle servira agrave provoquer un conflit cognitif chez les eacutelegraveves car cette situation intervient apregraves une phase drsquohypothegravese reacutepondant agrave la question suivante un objet peut-shyil avoir diffeacuterentes couleurs La reacuteponse donneacutee par lrsquoimage contredira probablement lrsquohypothegravese preacuteceacutedemment formuleacutee et devrait susciter de la curiositeacute chez lrsquoeacutelegraveve et lui donner lrsquoenvie de comprendre le pheacutenomegravene Nous deacutemontrons ensuite tout au long de lrsquoactiviteacute 4 sur les lumiegraveres coloreacutees que crsquoest le pheacutenomegravene drsquoabsorption et de reacuteflection de la lumiegravere qui nous permet de voir la couleur des objets et non pas la lumiegravere blanche Crsquoest donc par le biais de ces deacuteconstructions successives de conceptions que lrsquoenseignant peut guider les eacutelegraveves sur la voie de la reacutesolution du problegraveme de lrsquoorigine de ces contradictions dans le but drsquoeacutetablir le lien entre les diffeacuterents cadres de rationaliteacute

42 Modeacutelisation

421 Deacutefinition

Un modegravele est communeacutement deacutefini comme un objet ou un concept qui va permettre de repreacutesenter la reacutealiteacute de diffeacuterentes maniegraveres Bunge (1974) ou encore Martinand (1994) le deacutefinissent eacutegalement comme un moyen permettant de mettre en relation le monde theacuteorique avec le monde empirique Il peut ecirctre consideacutereacute en quelque sorte comme un monde intermeacutediaire ou une sorte de lunette conceptuelle (Halloun 2004) qui va permettre drsquoobserver des pheacutenomegravenes naturels Un modegravele ne constitue pas la reacutealiteacute mais la repreacutesente en simplifiant certains de ses aspects ce qui peut causer des conflits pour les repreacutesentations cognitives chez lrsquoeacutelegraveve

422 La modeacutelisation dans notre seacutequence Dans notre planification la modeacutelisation est centrale afin de conceptualiser des pheacutenomegravenes complexes comme la composition de la lumiegravere et la perception des couleurs Elle est lrsquooutil qui permet drsquoamener les eacutelegraveves agrave se faccedilonner une repreacutesentation de la deacutecomposition de la lumiegravere blanche de labsorption de la lumiegravere agrave travers les filtres et des synthegraveses additive et soustractive des couleurs

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De plus elle constitue un objectif de formation meacutethodologique qui va de pair avec toute formation scientifique Crsquoest pourquoi nous avons inclus la modeacutelisation dans les objectifs drsquoapprentissage Dans la terminologie du PER la modeacutelisation correspond agrave lrsquoobjectif geacuteneacuteral MSN37

bull MSN 1525 mdash Modeacuteliser des pheacutenomegravenes naturels techniques sociaux ou des situations matheacutematiques

bull en imaginant et en utilisant divers outils de repreacutesentation (codes scheacutemas graphiques tableauxhellip)

Lrsquoactiviteacute 2 propose aux eacutelegraveves de reporter les couleurs observeacutees sur trois cercles superposeacutes En les coloriant les eacutelegraveves reacutealisent en reacutealiteacute une forme simple de modeacutelisation par un diagramme de Venn de la synthegravese additive Il nous a sembleacute pertinent drsquointroduire ce scheacutema de cette maniegravere car ainsi les eacutelegraveves comprennent reacuteellement qursquoil correspond agrave la lumiegravere projeteacutee et superposeacutee sur un eacutecran En derniegravere partie drsquoactiviteacute les eacutelegraveves se familiarisent avec un logiciel de modeacutelisation de la synthegravese additive 3

Lrsquoutilisation drsquoun modegravele dans ce cas est indispensable pour des raisons pratiques Il serait en effet tregraves difficile de faire des observations similaires avec un dispositif reacuteel constitueacute de projecteurs et drsquoun eacutecran comme dans la premiegravere partie drsquoactiviteacute Nous avons veilleacute agrave choisir un logiciel simple drsquousage sur lequel seules deux manipulations sont possibles allumereacuteteindre les projecteurs et varier leurs intensiteacutes Ainsi il est possible pour les eacutelegraveves de faire rapidement et sans difficulteacutes de lrsquoordre du registre seacutemiotique la deacuteduction attendue les diffeacuterentes couleurs srsquoobtiennent par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

Dans lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves sont ameneacutes agrave modeacuteliser lrsquoeffet drsquoun filtre sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee Ils ancrent ainsi le fonctionnement drsquoun filtre dans leur apprentissage et deacuteveloppent une meacutethodologie systeacutematique dans la reacutesolution de problegravemes mettant en scegravene des filtres Gracircce au modegravele deacuteveloppeacute les eacutelegraveves deacuteconstruisent deacutefinitivement leur eacuteventuelle conception erroneacutee selon laquelle un filtre absorberait sa propre couleur Lrsquoactiviteacute 43 a pour but que les eacutelegraveves modeacutelisent les pheacutenomegravenes de reacutefraction et drsquoabsorption en justifiant leur reacuteponse par un modegravele de reacuteponse Ce dernier comprend les couleurs RVB qui se reflegravetent ou qui sont absorbeacutees par une surface Ainsi lrsquoeacutelegraveve peut trouver une meacutethode systeacutematique de reacuteponse en testant les diffeacuterentes couleurs Gracircce agrave cette modeacutelisation et agrave celle de lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves comprennent que les fonctionnements des filtres et des lumiegraveres coloreacutees sont fondeacutes sur le mecircme principe

3(httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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43 Deacutemarche expeacuterimentale

431 Deacutefinition Pour de Vecchi il est important de ne pas confondre les notions lieacutees agrave lrsquoexpeacuterimental qui sont les suivantes

-shy Une deacutemarche scientifique nrsquoest pas exclusive au domaine des sciences expeacuterimentales mais peut aussi ecirctre mobiliseacutee dans les sciences humaines socialeshellip Elle utilise drsquoautres outils que lrsquoexpeacuterimentale Toute recherche digne de ce nom est de nature scientifique

-shy La meacutethode expeacuterimentale eacutequivaut plutocirct agrave un plan agrave suivre un mode drsquoemploi ou agrave une marche agrave suivre qui suit un ordre strict que lrsquoon peut aussi appeler protocole Par exemple parmi les plus ceacutelegravebres protocoles nous retrouvons celui de Claude Bernard (1865) que lrsquoon abregravege par les initiales OHERIC qui correspondent agrave observation hypothegravese expeacuterience reacutesultats interpreacutetation et conclusion De maniegravere geacuteneacuterale il srsquoagit du protocole caricatural que lrsquoon emploie le plus souvent dans les salles de classes

-shy Une deacutemarche expeacuterimentale est une approche plus reacutealiste moins stricte et integravegre

une approche plus tacirctonnante Il nrsquoest pas constitueacute drsquoeacutetapes preacutedeacutetermineacutees et est donc moins affecteacutee par les directives de lrsquoenseignant Il peut donc laisser des liberteacutes dans la maniegravere de reacutesoudre le problegraveme

432 La deacutemarche expeacuterimentale dans notre seacutequence Dans notre seacutequence la meacutethode expeacuterimentale est preacutesente de maniegravere partielle du scheacutema caricatural OHERIC nous nous inteacuteressons en particulier aux phases drsquoobservation et drsquoeacutemission drsquohypothegraveses Crsquoest pourquoi nous parlons donc plutocirct de ldquodeacutemarche expeacuterimentalerdquo En effet tout au long des diffeacuterentes activiteacutes il est reacuteguliegraverement demandeacute aux eacutelegraveves de formuler une hypothegravese agrave partir de leurs connaissances au preacutealable puis de faire de nouvelles observations en contexte expeacuterimental Crsquoest sur la base de ces derniegraveres qursquoils pourront reacutealiser leurs deacuteductions sur le pheacutenomegravene en question et construire de nouvelles conceptions Dans lrsquoactiviteacute 2 ce type de deacutemarche est central pour la creacuteation de la premiegravere situation-shyproblegraveme Par la suite la deacutemarche permet de guider les eacutelegraveves dans le processus de deacuteduction du fonctionnement geacuteneacuteral des diffeacuterents pheacutenomegravenes Dans lrsquoactiviteacute 41 par exemple les pheacutenomegravenes agrave deacuteduire sont la synthegravese soustractive et le fonctionnement de la lumiegravere coloreacutee Lrsquoemploi drsquoobjets familiers permet un ancrage dans le quotidien

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Dans lrsquoactiviteacute 3 lrsquoeacutetude de lrsquoeffet des filtres constitue agrave son tour un deacutemarche expeacuterimentale En effet les eacutelegraveves doivent tout drsquoabord eacutemettre leurs hypothegraveses puis les veacuterifient par lrsquoexpeacuterimentation et ses reacutesultats provoquant probablement un conflit cognitif avant drsquoen conclure lrsquoeffet drsquoun filtre Dans lrsquoactiviteacute 42 nous retrouvons toujours le mecircme principe de deacutemarche expeacuterimentale Les eacutelegraveves formulent des hypothegraveses sur la couleur perccedilue de diffeacuterents mots coloreacutes eacuteclaireacutes par une lumiegravere coloreacutee puis les veacuterifient lors de la phase drsquoobservation La confrontation entre leurs attentes lieacutees agrave leurs conceptions et la reacutealiteacute creacutee le conflit cognitif rechercheacute

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5 Conclusion Pour seacutelectionner notre thegraveme et eacutelaborer notre seacutequence nous nous sommes fondeacutes sur les objectifs du PER et crsquoest sur lrsquooptique que notre choix srsquoest porteacute Le savoir savant auquel nous nous sommes reacutefeacutereacutes comprend principalement des concepts lieacutes agrave la lumiegravere tels que les photons les ondes eacutelectromagneacutetiques ainsi que les spectres drsquoeacutemission et drsquoabsorption Nous avons transposeacute ce savoir en un savoir enseignable par le biais drsquoun travail de contextualisation et de reacuteadaptation Nous avons eacuteteacute ameneacutes agrave remplacer des modegraveles scientifiques (par exemple les modegraveles de synthegraveses additive et soustractive) par des modegraveles accessibles agrave un niveau scolaire et agrave changer les conditions drsquoeacutemergence des problegravemes Ainsi notre travail de transposition consistait agrave montrer aux eacutelegraveves la partie eacutemergeacutee de lrsquoiceberg du concept de couleur le reacutesultat apparent plutocirct que lrsquoorigine eacutelectromagneacutetique Tout au long de la seacutequence et par le biais de situations-shyproblegravemes et de diffeacuterentes eacutetapes de reacutesolution des activiteacutes les eacutelegraveves ont eacuteteacute guideacutes dans le processus de construction de leur apprentissage En nous focalisant sur les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves nous avons eacutelaboreacute nos exercices de maniegravere agrave proposer des situations deacuteclenchantes afin de faciliter le transfert de la responsabiliteacute de la reacutesolution des problegravemes aux eacutelegraveves Cette derniegravere srsquoeffectue par des deacutemarches drsquoexpeacuterimentation mais surtout de modeacutelisation

Dans notre sceacutenario les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave deux types de donneacutees theacuteoriques et empiriques Drsquoune part ils ont agrave disposition deux theacuteories principales la premiegravere est que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs de lrsquoarc-shyen-shyciel tandis que la seconde deacutecrit l a maniegravere dont la couleur drsquoun objet deacutepend des couleurs qursquoil va absorber Drsquoautre part ils disposent de donneacutees empiriques qursquoils sont ameneacutes agrave reacutecolter en superposant des lumiegraveres de diffeacuterentes couleurs en meacutelangeant de la peinture et en projetant de la lumiegravere coloreacutee sur diffeacuterents objets coloreacutes Dans le cadre drsquoune deacutemarche drsquoexpeacuterimentation ils ont eacutemis des hypothegraveses observeacute manipuleacute du mateacuteriel utiliseacute des appliquettes en ligne et veacuterifieacute leurs reacutesultats Crsquoest ainsi les modegraveles que nous avons preacutesenteacutes et que les eacutelegraveves ont eacutelaboreacutes vont ecirctre des ponts qui vont relier le monde theacuteorique et le monde empirique Par ailleurs nous avons eacuteteacute attentifs agrave la seacutemiotique lors de nos choix des repreacutesentations utiliseacutees nous nous sommes reacutefeacutereacutes agrave la notion de registre seacutemiotique afin drsquoeacutelaborer des scheacutemas nrsquoengendrant pas de difficulteacutes de lecture chez les eacutelegraveves

Nous avons analyseacute lrsquoorigine des conceptions erroneacutees et avons remarqueacute qursquoelles eacutetaient principalement dues agrave des repreacutesentations concourantes engendreacutees par les diffeacuterents contextes et cadres de rationaliteacutes dans lesquelles les eacutelegraveves eacutevoluent Notre sceacutenario permet aux eacutelegraveves drsquoeacutetablir des liens entre ces diffeacuterents cadres et de construire une nouvelle repreacutesentation de la couleur celle drsquoun objet de la physique

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6 Bibliographie

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76

Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Meirieu P Avanzin Gi (1987) Apprendre oui mais comment Edition ESF Verret M (1975) Le temps des eacutetudes (Vols 1ndash2) Lille France Atelier Reproduction des thegraveses

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Page 35: Physique Optique Lescouleurs · Sciences naturelles Les couleurs 10 11 Harmos 1.Introduction Comme nous allons le détailler dans le chapitre 4, les conceptions erronées des élèves

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 4 Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Rappel

1 Nous pouvons reacutesumer la composition de la lumiegravere blanche aux 3 couleurs primaires le rouge le vert et le bleu Ce sont des couleurs qui ne peuvent pas ecirctre creacuteeacutees Ce sont elles qui composent les autres couleurs Crsquo‛est agrave dire qursquo‛en les meacutelangeant on peut obtenir les autres couleurs le cyan est composeacute du bleu et du vert le magenta est composeacute du bleu et du rouge et le jaune est composeacute du vert et du rouge

Theacuteorie

Le sujet que nous allons traiter aujourdrsquo‛hui concerne la couleur de lrsquo‛objet Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Formule une hypothegravese ____________________________________________

Observe la photo projeteacutee par lrsquo‛enseignant

Que retiens-tu de cette photo _______________________________________________________________ La lumiegravere coloreacutee qui est refleacuteteacutee par un objet correspond agrave la lumiegravere non absorbeacutee

Ici toutes les lumiegraveres coloreacutees sont absorbeacutees sauf le bleu qui lui est refleacuteteacute La couleur propre de lrsquo‛objet sera le bleu

En effet un objet absorbe ou reflegravete diffeacuterentes lumiegraveres coloreacutees Crsquo‛est cette lumiegravere coloreacutee refleacuteteacutee que nous verrons

Activiteacute 41

Reacuteponds agrave ces diffeacuterentes questions dans le tableau ci-dessous De quelle couleur verras-tu cet objet Confronte ton ideacutee avec ton voisin De quelle couleur le vois-tu reacuteellement

Couleur de lrsquo‛objet

Couleur de la lumiegravere

Hypothegravese formuleacutee

Observation

rouge Magenta

cyan Vert

jaune Bleu

Par quel pheacutenomegravene peut-on observer ce changement de couleur ___________________________________

Quelle deacuteductions peux-tu faire _________________________________________________________________

Activiteacute 42

Marche agrave suivre

1 Eacutecris sur une feuille blanche le nom des 2 couleurs que ton enseignant te donne avec la peinture qui y correspond

2 Pendant que ces mots segravechent remplis les colonnes ldquocouleur du mot 1rdquo et ldquocouleur du mot 2rdquo et ldquocouleur de la feuillerdquo agrave la lumiegravere blanche

3 Formule tes hypothegraveses note-les au crayon agrave papier en petit 4 Eacuteclaire tes mots agrave lrsquo‛aide de lumiegraveres coloreacutees 5 Note tes observations

Lumiegravere coloreacutee

Couleur du mot 1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur du mot 2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur de la feuille helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Blanche

Rouge

Verte

Bleue

Magenta

Cyan

Jaune

Activiteacute 43

Tu observes un drapeau eacuteclaireacute par une lumiegravere blanche Puis tu observes ce mecircme drapeau eacuteclaireacute par deux lumiegraveres coloreacutees diffeacuterentes Trouve la lumiegravere coloreacutee utiliseacutee dans chaque cas et justifie ta reacuteponse par la modeacutelisation vue preacuteceacutedemment

Lumiegravere blanche Lumiegravere coloreacutee 1 Lumiegravere coloreacutee 2

De quelle couleur est la premiegravere lumiegravere coloreacutee ___________________________

Modeacutelisation 1

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________

Modeacutelisation 2

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 4 Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur (corrigeacute) Rappel

2 Nous pouvons reacutesumer la composition de la lumiegravere blanche aux 3 couleurs primaires le rouge le vert et le bleu Ce sont des couleurs qui ne peuvent pas ecirctre creacuteeacutees Ce sont elles qui composent les autres couleurs Crsquo‛est agrave dire qursquo‛en les meacutelangeant on peut obtenir les autres couleurs le cyan est composeacute du bleu et du vert le magenta est composeacute du bleu et du rouge et le jaune est composeacute du vert et du rouge

Theacuteorie

Le sujet que nous allons traiter aujourdrsquo‛hui concerne la couleur de lrsquo‛objet Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Formule une hypothegravese ____________________________________________ Projeter cette image elle napparaicirct pas dans le cours de lrsquo‛eacutelegraveve

Que retiens-tu de cette photo _______________________________________________________________ La lumiegravere coloreacutee qui est refleacuteteacutee par un objet correspond agrave la lumiegravere non absorbeacutee

Ici toutes les lumiegraveres coloreacutees sont absorbeacutees sauf le bleu qui lui est refleacuteteacute La couleur propre de lrsquo‛objet sera le bleu

En effet un objet absorbe ou reflegravete diffeacuterentes lumiegraveres coloreacutees Crsquo‛est cette lumiegravere coloreacutee refleacuteteacutee que nous verrons

Activiteacute 41

Reacuteponds agrave ces diffeacuterentes questions dans le tableau ci-dessous De quelle couleur penses-tu que tu verras cet objet Confronte ton ideacutee avec ton voisin De quelle couleur le vois-tu reacuteellement

Couleur de lrsquo‛objet

Couleur de la lumiegravere

Hypothegravese formuleacutee

Observation

rouge Magenta (rouge)

cyan Vert (vert)

jaune Bleu (noir)

Par quel pheacutenomegravene peut-on observer ce changement de couleur ___________________________________ (synthegravese soustractive)

Quelle deacuteductions peux-tu faire (fonctionne comme un filtre) _________________________________________________________________

Activiteacute 42

Marche agrave suivre

6 Eacutecris sur une feuille blanche le nom des 2 couleurs que ton enseignant te donne avec la peinture qui y correspond

7 Pendant que ces mots segravechent remplis les colonnes ldquocouleur du mot 1rdquo et ldquocouleur du mot 2rdquo et ldquocouleur de la feuillerdquo agrave la lumiegravere blanche

8 Formule tes hypothegraveses note-les au crayon agrave papier en petit 9 Eacuteclaire tes mots agrave lrsquo‛aide de lumiegraveres coloreacutees 10 Note tes observations

Lumiegravere coloreacutee

Couleur du mot 1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur du mot 2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur de la feuille helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Blanche

Rouge

Verte

Bleue

Magenta

Cyan

Jaune

Activiteacute 43

Tu observes un drapeau eacuteclaireacute par une lumiegravere blanche Puis tu observes ce mecircme drapeau eacuteclaireacute par deux lumiegraveres coloreacutees diffeacuterentes Trouve la lumiegravere coloreacutee utiliseacutee dans chaque cas et justifie ta reacuteponse par la modeacutelisation vue preacuteceacutedemment

Lumiegravere blanche Lumiegravere coloreacutee 1 Lumiegravere coloreacutee 2

De quelle couleur est la premiegravere lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Bleu)

Modeacutelisation 1

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Vert)

Modeacutelisation 2

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Fiches de synthegravese Les couleurs Activiteacute 2 Reacutesumeacute theacuteorique pour les eacutelegraveves Le modegravele trichromique et la synthegravese additive des couleurs La couleur nrsquo‛existe pas sans lumiegravere et lrsquo‛on peut dire que lrsquo‛on perccediloit le monde gracircce aux meacutelanges de ces couleurs qui correspondent aux diffeacuterentes composantes de la lumiegravere Lorsque lrsquo‛on parle de la perception des couleurs on srsquo‛aperccediloit que seules trois lumiegraveres primaires de couleurs rouge vert et bleu sont neacutecessaires pour obtenir la sensation de toutes les autres couleurs Cette maniegravere de modeacuteliser la perception des couleurs est ce qursquo‛on appelle le modegravele trichromique (lsquorsquo‛trois couleursrsquo‛rsquo‛) Dans cette repreacutesentation toutes les autres lumiegraveres coloreacutees sont perccedilues par superposition des trois lumiegraveres rouge verte et bleue La superposition simultaneacutee et en dosage identique des trois couleurs donne de la lumiegravere blanche Le noir correspond agrave une absence de lumiegravere

Illustration du modegravele

Image MER

Lrsquo‛image montre trois projecteurs de lumiegraveres rouge verte et bleue eacuteclairant une table blanche Si les trois couleurs sont projeteacutees en intensiteacute identique nous obtenons par superposition trois autres couleurs le cyan le magenta et le jaune Les couleurs primaires et les couleurs obtenues sont codeacutees sur lrsquo‛image puis reacutecapituleacutees dans le tableau ci-dessous

Image MER

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Si nous modifions le dosage des couleurs eacuteleacutementaires il est possible drsquo‛obtenir toutes les couleurs imaginables Le pheacutenomegravene de perception des couleurs par superposition des trois couleurs primaires se nomme synthegravese additive les couleurs sont additionneacutees entre elles pour permettre la synthegravese drsquo‛autres couleurs

Drsquo‛ailleurs si lrsquo‛on observe au microscope un eacutecran blanc de smartphone ou drsquo‛ordinateur on remarque qursquo‛il est en fait constitueacute drsquo‛un grand nombre de minuscules rectangles de lumiegraveres rouge verte et bleue (voir image ci-contre) Crsquo‛est justement par un jeu de dosage de chacune de ces lumiegraveres que lrsquo‛on perccediloit les diffeacuterentes couleurs sur nos eacutecrans

Pourquoi un modegravele sur trois couleurs La raison pour laquelle les scientifiques ont construit ce modegravele sur trois couleurs est directement lieacutee agrave la structure de notre œil En effet ce dernier contient des cellules sensibles agrave la lumiegravere que lrsquo‛on appelle cocircnes et bacirctonnets Alors que les bacirctonnets perccediloivent les intensiteacutes de lumiegravere les cocircnes nous permettent de percevoir les couleurs Cependant ils ne sont sensibles qursquo‛agrave certaines composantes de la lumiegravere blanche celles correspondant justement aux couleurs rouge vert et bleu Lorsque lrsquo‛on regarde un objet notre cerveau analyse le dosage de chacune de ces composantes perccedilues par notre œil et en interpregravete ainsi la couleur de lrsquo‛objet

Qursquo‛est-ce que le daltonisme Certaines personnes preacutesentent une anomalie de la vision qui les empecircche de distinguer certaines couleurs Drsquo‛origine geacuteneacutetique ce trouble est ducirc agrave un dysfonctionnement des cocircnes preacutesents dans la reacutetine Bien que la plupart des personnes daltoniennes aient de la peine agrave distinguer le vert du rouge drsquo‛autres ne distinguent pas drsquo‛autres couleurs Dans certaines formes de daltonisme le monde est perccedilu par la personne atteinte en teintes de gris

Sciences naturelles Optique synthegravese soustractive et additive

La synthegravese additive est le proceacutedeacute gracircce

auquel en combinant les couleurs

___________ ___________ et ___________

on obtient du blanc

On la retrouve lorsque lrsquoon meacutelange des

lumiegraveres coloreacutees composeacutees de ces 3 couleurs

diffeacuterentes car les laquo additionner raquo donne la

lumiegravere blanche

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon exploite aujourdrsquohui

pour les teacuteleacuteviseurs ou tout eacutecran composeacute de

pixels

La synthegravese soustractive consiste agrave soustraire

les couleurs de la lumiegravere blanche (RVB) agrave

travers des filtres de couleurs ___________

___________ et ___________ qui absorbent la

totaliteacute des couleurs de la lumiegravere blanche pour

un rendu noir au final (absence de lumiegravere)

Lrsquo __________________ des 3 couleurs donne

le ____________

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon retrouve par exemple en

meacutelangeant de la peinture notamment en

imprimerie

Sciences naturelles Optique les filtres

Qursquoest-shyce qursquoun filtre coloreacute et comment fonctionne-shyt-shyil

Un filtre est un dispositif qui permet de filtrer la lumiegravere de laisser passer certains rayons

lumineux et drsquoen absorber drsquoautres

Pour savoir quelles lumiegravere coloreacutees le filtre laisse passer il faut lrsquoobserver agrave la lumiegravere

blanche

Le filtre laissera alors passer uniquement les rayons lumineux de sa couleur propre

Par exemple

Un filtre vert laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee verte

Un filtre magenta laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee magenta crsquoest agrave dire les rayons rouge et bleu

Pour connaicirctre la lumiegravere coloreacutee qui ldquosortrdquo du filtre il faut donc

deacutecomposer la lumiegravere qui arrive sur ce filtre et en soustraire les

rayons qui sont absorbeacutes par le filtre On se reacutefegravere alors au modegravele de

la synthegravese soustractive

Image httpswww123couleursfrboutique-shy1filtres-shycolorC3A9s

Tableau reacutecapitulatif

Sciences naturelles Optique les filtres

Modeacutelisation

Nous pouvons modeacuteliser lrsquoaction drsquoun filtre

1 Noter la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur le filtre

2 Deacutecomposer la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur filtre et la coder (en RVB)

3 Repreacutesenter le filtre et coder les rayons absorbeacutes par le filtre 4 Prolonger les rayons lumineux coloreacutes que le filtre laisse passer et les coder (en RVB)

5 Noter la lumiegravere coloreacutee qui sort du filtre

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre magenta sur la lumiegravere blanche

Lorsque plusieurs filtres sont superposeacutes ou aligneacutes il faut modeacuteliser lrsquoaction du premier filtre

sur la lumiegravere projeteacutee puis lrsquoaction du deuxiegraveme filtre sur la lumiegravere qui sort du premier filtre

etc

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre cyan puis drsquoun filtre vert sur la lumiegravere jaune

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

De quelle couleur apparaicirctra un objet de couleur eacuteclaireacute par une lumiegravere coloreacutee

Il y 3 cas

1) Un objet de couleur blanche renvoie toutes les couleurs il apparaicirctra de la couleur eacuteclaireacutee

2) Un objet de couleur noire absorbe toutes les couleurs Peu importe la couleur avec laquelle

lrsquoobjet est eacuteclaireacute lrsquoobjet apparaicirct de couleur noire

3) Pour un objet de couleur il suffit de deacutecomposer les couleurs secondaires par exemple

Jrsquoai un objet jaune

Je lui projette une lumiegravere magenta

Or jaune = rouge + vert

et magenta = bleu + rouge

Le rouge est commun au jaune et au magenta donc lrsquoobjet paraicirctra rouge

En revanche si la lumiegravere est bleue comme il nrsquoy a pas de bleu dans le jaune lrsquoobjet paraicirctra

noir

1

Tableau reacutecapitulatif

1 httpscommunitygoodgamestudioscombigfarmfrdiscussion51685langage-shy‐des-shy‐couleurs

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

Modegravele de reacuteponse

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

______

______

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

______

______

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation avec propositions

de reacuteponses)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

(rouge vert bleu Nous percevons les diffeacuterentes couleurs agrave partir de ces trois couleurs) ________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

(Explication relative aux cocircnes et bacirctonnets de lrsquo‛oeil)

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Corrigeacute vert bleu blanc cyan

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________ (vert)

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________ (bleu)

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________ (aucunenoir)

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

(selon modegravele eacutetudieacute)

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

(les deux selon que lrsquo‛on parle de synthegravese additive ou soustractive)

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

Bleu

______

Bleu

______

Noir

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________ (lumiegravere rouge)

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

Noir

______

Rouge

______

Rouge

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

(Bleu)

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

(selon modegravele eacutetudieacute)

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

(Explication citant la synthegravese soustractive et lrsquo‛effet des lumiegraveres coloreacutees

concerneacutees sur le haut du cambrioleur)

Evaluation - Analyse

Ce commentaire comprend les diffeacuterents objectifs eacutevalueacutes ainsi que ce qui est attendu

preacuteciseacutement des eacutelegraveves et les niveaux taxonomiques correspondants

Ce sont des pistes drsquo‛eacutevaluation qui sont ici proposeacutees non une eacutevaluation suivie

Exercice 1

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- Mettre en lien des notions theacuteoriques apprises en cours (cocircnes et

bacirctonnets de lrsquo‛oeil) avec drsquo‛autres (synthegravese additive)

Lrsquo‛eacutevaluation deacutebute par deux questions au niveau taxonomique peu eacuteleveacute La

premiegravere de lrsquo‛ordre de la compreacutehension demande aux eacutelegraveves de restituer une

connaissance de base agrave lrsquo‛aide de leurs propres mots La deuxiegraveme propose de

tester les connaissances theacuteoriques des eacutelegraveves en veacuterifiant que des liens entre

deux notions aient eacuteteacute faits

Exercice 2

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutedire la couleur perccedilue en fonction des meacutelanges de couleurs RVB

- deacutechiffrer un scheacutema et les codes de la repreacutesentation de la trajectoire

des lumiegraveres coloreacutees

Le deuxiegraveme exercice relegraveve du niveau taxonomique de lrsquo‛application car il

neacutecessite une compreacutehension de la maniegravere de repreacutesenter la lumiegravere (scheacutema de

la trajectoire rectiligne codes de couleurs RVB) et drsquo‛appliquer ce modegravele tout en

utilisant les connaissances des couleurs fondamentales et compleacutementaires de la

synthegravese additive

Exercice 3

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet drsquo‛un filtre sur une lumiegravere coloreacutee agrave lrsquo‛aide des codes

propres agrave lrsquo‛optique

Lrsquo‛exercice 3 relegraveve de lrsquo‛application car les eacutelegraveves se reacutefegraverent agrave la modeacutelisation

eacutetablie durant le cours et au diagramme de Venn de la synthegravese soustractive et

les adaptent aux items preacutesenteacutes

Exercice 4

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- mettre en perspective la distinction entre synthegravese additive et

soustractive en terme de lsquorsquo‛naturersquo‛rsquo‛ de la couleur (couleurs matiegraveres vs

couleurs lumiegraveres)

Cet exercice requiert des eacutelegraveves qursquo‛ils mobilisent leur faculteacute drsquo‛analyse (niveau

taxonomique plutocirct eacuteleveacute) pour expliquer les diffeacuterences entre les

repreacutesentations de la couleur en arts visuels et en physique Le but est qursquo‛ils

reconnaissent qursquo‛il srsquo‛agit dans le premier cas de la synthegravese soustractive et dans

le second cas de la synthegravese additive

Exercice 5

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutevoir la couleur perccedilue drsquo‛un objet en fonction des lumiegraveres coloreacutees

projeteacutees et coder le pheacutenomegravene

Les eacutelegraveves appliquent la modeacutelisation drsquo‛une lumiegravere coloreacutee sur un objet coloreacute

pour deacuteterminer la couleur perccedilue du drapeau franccedilais Cette question fait

reacutefeacuterence agrave un niveau taxonomique bas Puis ils trouvent la lumiegravere coloreacutee qui

permet de voir les deux drapeaux preacutesenteacutes de la mecircme couleur Ils trouveront

cette reacuteponse en modeacutelisant les lumiegraveres coloreacutees sur lrsquo‛objet de couleur

Plusieurs scheacutemas sont neacutecessaires pour trouver la reacuteponse Crsquo‛est une question

taxonomiquement haute qui demande aux eacutelegraveves de faire une synthegravese

Exercice 6

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet de la lumiegravere coloreacutee sur un objet et en deacuteduire la

couleur perccedilue

- justifier sa reacuteponse avec des mots en faisant la synthegravese des diffeacuterents

concepts vus dans la seacutequence de cours

Les eacutelegraveves doivent comprendre ce qursquo‛ils lisent et deacuteterminer la couleur propre du

haut du cambrioleur Cette question est taxonomiquement haute elle demande de

lrsquo‛analyse Puis ils justifient leur reacuteponse par le modegravele de lrsquo‛effet de la lumiegravere

coloreacutee sur un objet Cette question est drsquo‛un niveau taxonomique infeacuterieur

drsquo‛application Finalement ils deacuteterminent pourquoi la description de la jeune fille

ne correspond pas agrave la couleur propre en faisant le lien avec la synthegravese

soustractive demandant un niveau taxonomiquement tregraves eacuteleveacute la synthegravese

Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

4 Argumentation scientifique Nous avons choisi de construire notre seacutequence de cours de maniegravere agrave ce qursquoelle srsquoinscrive dans une deacutemarche constructiviste de type piageacutetienne Dans cette deacutemarche lrsquoenseignant anticipe les conceptions erroneacutees que les eacutelegraveves peuvent avoir puis eacutetablit une situation-shyproblegraveme permettant ideacutealement de deacuteconstruire ces repreacutesentations incomplegravetes puis finalement drsquoen construire de nouvelles plus justes Dans ce qui suit nous allons deacutefinir ces diffeacuterents concepts mis en eacutevidence puis expliciter la maniegravere dont nous les avons pris en compte dans notre planification

41 Les conceptions des eacutelegraveves et les situations-shyproblegravemes

411 Deacutefinitions Conception Selon Giordan et al (1994) une conception ou repreacutesentation peut ecirctre consideacutereacutee comme une ideacutee un objet ou un eacutevegravenement qui aide lrsquoeacutelegraveve agrave comprendre le monde qui lrsquoentoure Elle est le fruit de son expeacuterience personnelle dans laquelle il va puiser pour comprendre les nouveaux savoirs que lrsquoon va chercher agrave lui inculquer Elle peut ecirctre consideacutereacutee comme une connaissance ldquodeacutejagrave-shylagraverdquo acquise dans un certain contexte par lrsquoapprenant et qui peut ecirctre correcte ou erroneacutee Les mauvaises conceptions (ou misconception en anglais) peuvent donc ecirctre deacutecrites comme des ideacutees qui proviennent drsquoune mauvaise compreacutehension drsquoobjets ou eacutevegravenements Elles sont issues principalement de lrsquoenvironnement avec lequel lrsquoeacutelegraveve interagit et du contexte dans lequel il se situe mais elles deacutecoulent eacutegalement des systegravemes seacutemiotiques mis en oeuvre Ces derniers sont abordeacutes plus en deacutetail dans ce qui suit Seacutemiologie En seacutemiologie (lrsquoeacutetude des systegravemes de signes) une repreacutesentation (ou un signe) est double elle est doteacutee drsquoun signifiant et drsquoun signifieacute (de Saussure 1916) Le signifiant qui fait lrsquoobjet de la seacutemiologie deacutesigne la forme et laspect du signe tandis que le signifieacute eacutetudieacute dans le cadre de la seacutemantique deacutesigne le concept eacutevoqueacute par le signe A partir du moment ougrave le signe possegravede plusieurs signifieacutes il devient symbole et crsquoest ainsi que les incompreacutehensions peuvent survenir Selon R Duval (1995) le concept de laquo registre seacutemiotique raquo permet de distinguer les repreacutesentations qui relegravevent de diffeacuterents registres ou types visuels numeacuteriques graphiques symboliques formels scheacutematiques etc En didactique ce concept est fondamental car les diffeacuterences de registre au sein drsquoune mecircme repreacutesentation ou drsquoun

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

modegravele peut induire des difficulteacutes de lecture Ils risquent drsquoajouter des difficulteacutes suppleacutementaires en empecircchant les eacutelegraveves de se focaliser sur le problegraveme poseacute par lrsquoactiviteacute et les menant agrave formuler des conclusions diffeacuterentes de celles attendues par lrsquoenseignant Crsquoest pour cela qursquoun choix pertinent de registre seacutemiotique facilite la compreacutehension du concept introduit Dans notre cours un exemple typique que nous pouvons donner est la forte ressemblance des diagrammes de Venn pour les synthegraveses additive et soustractive Dans les deux modegraveles les diagrammes sont communeacutement scheacutematiseacutes sous forme circulaire De plus bien que inverseacutees au niveau de leurs superpositions les mecircmes couleurs sont repreacutesenteacutees dans les deux diagrammes Ces similitudes peuvent rendre la diffeacuterenciation complexe pour les eacutelegraveves Crsquoest pourquoi nous avons estimeacute important drsquoapporter un changement agrave la repreacutesentation de ces diagrammes Ainsi dans lrsquoune de nos fiches de synthegravese nous avons preacutefeacutereacute utiliser des formes rectangulaires plutocirct que circulaires pour repreacutesenter la synthegravese soustractive car cette forme eacutevoque plus fortement le filtre et ainsi lrsquoabsorption de la lumiegravere Cadre de rationaliteacute origine des conceptions En srsquoappuyant sur les travaux de R Douady (1984) A Lerouge (1992) deacutefinit laquo un cadre de rationaliteacuteraquo comme laquoun ensemble coheacuterent de fonctionnement de la penseacuteeraquo caracteacuteriseacute principalement par les composantes suivantes

1 Les objets du cadre dans notre cas il peut srsquoagir de peinture de feuille de papier de lampes de poche de filtres etc

2 Le type de processus de conceptualisation Dans un cadre scientifique il peut srsquoagir drsquoun processus par modeacutelisation ou par expeacuterimentation par exemple

3 Les registres seacutemiotiques que nous avons traiteacutes plus haut Les conceptions des eacutelegraveves et les conflits de perceptions en reacutesultant sont issus des diffeacuterents cadres de rationaliteacute dans lesquels ils eacutevoluent Ce sont les cadres familiers (personnel) et culturels (eacutecole) qui sont responsable de ces conceptions et repreacutesentations mentales tantocirct concourantes tantocirct inexistantes voire erroneacutees Elles se manifestent principalement agrave travers la seacutemiotique Les eacutelegraveves eacuteprouvent de la difficulteacute agrave repreacutesenter des objets issus de registres seacutemiotiques diffeacuterents ou encore agrave simplement les reconnaicirctre Dans le contexte de notre seacutequence sur les couleurs ces cadres de rationaliteacute sont centraux En effet crsquoest dans son quotidien et donc dans son cadre familier que lrsquoeacutelegraveve va deacutecouvrir la notion de couleur notamment par le biais de la peinture ou drsquoobservation drsquoarc-shyen-shyciel Cette deacutecouverte qui a souvent lieu tregraves tocirct dans la vie de lrsquoenfant ne fera pourtant pas pour autant lrsquoobjet de questionnement sur le pheacutenomegravene de perception des couleurs La notion de cadre culturel ou scolaire quand agrave elle peut ecirctre eacutetendue dans notre cas agrave deux sous-shycateacutegories de cadres culturels diffeacuterents qui vont ecirctre agrave lrsquoorigine de conceptions erroneacutees ou incomplegravetes Premiegraverement il y a le cadre que nous appelons laquo arts visuelsraquo et qui a ses propres regravegles de rationaliteacutes Les cours de dessin ou drsquoactiviteacutes creacuteatrices en sont de parfaits exemples car crsquoest dans ce cadre que les eacutelegraveves vont premiegraverement aborder la

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theacutematique des couleurs primaires et de leurs meacutelanges Mais cette theacutematique est eacutegalement abordeacutee dans le cadre laquophysiqueraquo agrave travers les expeacuteriences de deacutecomposition de la lumiegravere ou de superposition de lumiegraveres coloreacutees Ainsi nous retrouvons trois cadres de rationaliteacute concourants (familier physique arts visuels) dans lesquels les eacutelegraveves eacutevoluent et qui engendrent indubitablement des conceptions erroneacutees sur la lumiegravere et les couleurs puisque les eacutelegraveves ne sont pas ameneacutes agrave les diffeacuterencier dans chacun des cadres Et comme la communication entre les diffeacuterents cadres nrsquoest pas eacutetablie le lien agrave faire entre les diffeacuterentes conceptions issues de ces cadres est agrave la charge de lrsquoeacutelegraveve ce qui repreacutesente une lourde responsabiliteacute dans son apprentissage Astolfi (2008) appelle eacutegalement ces conceptions issues de diffeacuterents cadres des ldquotrames conceptuelles rdquoqui peuvent ecirctre deacutefinies comme ldquoun ensemble de concepts-shycleacutes propres agrave un domaine et logiquement hieacuterarchiseacutes entre eux qui structurent les disciplines et engendrent des situations-shyproblegravemesrdquo Mais encore on verra eacutemerger des problegravemes de contrat didactique dans chacun des cadres lrsquoeacutelegraveve va tenter de donner une reacuteponse qui va satisfaire lrsquoenseignant sans pour autant ecirctre ameneacute agrave confronter ses conceptions

Situation-shyproblegraveme Pour de Vecchi (2006) une situation-shyproblegraveme est une activiteacute qui consiste agrave mettre lrsquoeacutelegraveve dans une situation ougrave il va ecirctre ameneacute agrave eacutelaborer des strateacutegies de reacutesolution de problegraveme Lrsquoun des points cleacutes des situations-shyproblegravemes est qursquoelles eacutetablissent un lien eacutetroit entre les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves En drsquoautres termes une situation-shyproblegraveme est construite de telle sorte que les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave remettre en question des repreacutesentations actuelles qui srsquoavegraverent erroneacutees agrave les deacuteconstruire pour en construire de nouvelles Ainsi dans une deacutemarche de type constructiviste lrsquoeacutelegraveve construit son savoir en renversant ses anciennes conceptions Une situation-shyproblegraveme nrsquoest donc pas une deacutemarche ponctuelle dans laquelle lrsquoeacutelegraveve devra reacutesoudre une liste drsquoexercices teacuteleacuteguideacutee par lrsquoenseignant Ce qui justifie lrsquoefficaciteacute des situations problegravemes est qursquo laquoapprendreraquo ne consiste pas agrave cumuler les savoirs mais agrave en construire et agrave en deacuteconstruire

Une situation-shyproblegraveme doit comprendre plusieurs eacuteleacutements

-shy Un objectif-shyobstacle Pour Meirieu (1987) un objectif-shyobstacle est ldquoun objectif dont lrsquoacquisition permet au sujet de franchir un palier deacutecisif de progression en modifiant son systegraveme de repreacutesentation et en le faisant acceacuteder un niveau supeacuterieur de formulation rdquo Dans notre cas lrsquoeacutelegraveve pense que tous les meacutelanges de 3 couleurs primaires (de peinture ou de lumiegravere) vont donner le mecircme reacutesultat La distinction entre synthegraveses additive et soustractive nrsquoest pas connue des eacutelegraveves De plus projeter de la lumiegravere monochromatique sur un objet drsquoune certaine couleur ne donne pas toujours la mecircme couleur Lrsquoexemple avec le drapeau (activiteacute 4) est parlant

-shy Une situation centreacutee sur cet obstacle prenant en compte une deacutemarche expeacuterimentale ou une deacutemarche de modeacutelisation Dans notre cours les deux deacutemarches sont mises en oeuvre mais notre deacutemarche principale est la modeacutelisation Les eacutelegraveves vont effectivement ecirctre ameneacutes agrave eacutemettre des hypothegraveses manipuler reacutecolter des reacutesultats et les confronter agrave

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leurs hypothegraveses mais il srsquoagit surtout drsquoune deacutemarche de modeacutelisation car les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave creacuteer des scheacutemas dans plusieurs exercices

-shy Une probleacutematisation et la deacutevolution on probleacutematise la conception erroneacutee en introduisant une situation-shyproblegraveme crsquoest-shyagrave-shydire qursquoon construit un problegraveme centreacute sur lrsquoobstacle La surprise face agrave une situation incoheacuterente va intriguer lrsquoeacutelegraveve exciter sa motivation et le pousser agrave vouloir srsquoimpliquer dans le problegraveme ce qui va aider sa deacutevolution Brousseau (1998) qualifie la notion de deacutevolution par le ldquo processus par lequel lenseignant parvient agrave placer leacutelegraveve comme simple actant dans une situation a-shydidactique (agrave modegravele non didactique) Il cherche par lagrave agrave ce que lrsquoaction de lrsquoeacutelegraveve ne soit produite et justifieacutee que par les neacutecessiteacutes du milieu et par ses connaissances et non par lrsquointerpreacutetation des proceacutedeacutes didactiques du professeurrdquo Pour enrocircler les eacutelegraveves et les aider agrave identifier la probleacutematique en met on place une situation deacuteclenchante Dans notre cas lrsquoexemple avec le meacutelange de peinture et de lumiegraveres coloreacutees est un parfait exemple de situation deacuteclenchante car les eacutelegraveves ne sattendent probablement pas par exemple agrave ce que le meacutelange de vert et bleu donne du cyan ou encore qursquoon perccediloive un citron noir lorsque lrsquoon projette de la lumiegravere bleue sur ce celui-shyci

412 La prise en compte des conceptions des eacutelegraveves dans notre seacutequence La theacutematique de la lumiegravere et des couleurs est complexe et comprend de nombreux concepts difficiles agrave assimiler En effet bon nombre de personnes ont des repreacutesentations erroneacutees qui peuvent rester profondeacutement ancreacutees Parmi les conceptions erroneacutees les plus communes on retrouve selon le site internet des MER

La lumiegravere blanche est sans couleur pure quand la lumiegravere blanche passe dans un prisme ou traverse un filtre de la couleur lui est ajouteacutee

La lumiegravere blanche nous permet de voir la vraie couleur des objets laquoMa feuille est blanche parce que je nai pas ajouteacute dautres couleurs agrave celle-shyciraquo

Les couleurs sont lieacutees agrave des proprieacuteteacutes de lrsquoobjet exclusivement sans reacutefeacuterence agrave la lumiegravere qui eacuteclaire lrsquoobjet Ne dit-shyon pas quun pull est rouge

Confusion entre les couleurs primaires en couleur peinture et en couleur lumiegravere

Dans notre planification nous avons anticipeacute ces conceptions et avons construit notre cours de maniegravere agrave ce qursquoelles soient mises en eacutevidence le plus tocirct possible afin de tenter de les deacuteconstruire agrave travers nos activiteacutes

Ainsi degraves deacutebut de lrsquoactiviteacute 2 les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave une situation-shyproblegraveme dans laquelle ils comprennent qursquoil existe une contradiction entre leur conception de deacutepart sur les meacutelanges de couleurs (issue de leurs cadres de rationaliteacute familier et scolaire lsquorsquoart visuelrsquorsquo) et leurs observations (nouveau cadre lsquorsquophysiquersquorsquo) Crsquoest sur la base de ce conflit cognitif que les diffeacuterentes notions de la seacutequence pourront ecirctre abordeacutees Les autres conceptions sont mises en eacutevidence puis deacuteconstruites agrave travers les diffeacuterentes activiteacutes Par exemple les

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activiteacutes du chapitre 3 permettent de montrer que la lumiegravere blanche nrsquoest pas pure mais qursquoelle est composeacutee de toutes les couleurs et ce gracircce agrave lrsquoobservation des objets agrave la lumiegravere blanche puis agrave travers un filtre

De plus lrsquoactiviteacute 3 srsquoarticule autour drsquoune conception erroneacutee repeacutereacutee dans certaines classes Bon nombre drsquoeacutelegraveves eacutetaient persuadeacutes qursquoun filtre ne laissait pas passer les lumiegraveres de sa couleur propre car crsquoest la couleur dont est perccedilue le filtre Un conflit cognitif est alors provoqueacute afin de deacuteconstruire cette conception les eacutelegraveves observent que la lumiegravere coloreacutee nrsquoest pas absorbeacutee par le filtre mais qursquoelle se propage bien jusqursquoagrave lrsquoeacutecran blanc

En introduction de lrsquoactiviteacute 4 une nouvelle situation-shyproblegraveme est preacutesenteacutee par le biais drsquoune image montrant que la couleur drsquoun objet peut varier en fonction de la lumiegravere coloreacutee par laquelle il est eacuteclaireacute Elle servira agrave provoquer un conflit cognitif chez les eacutelegraveves car cette situation intervient apregraves une phase drsquohypothegravese reacutepondant agrave la question suivante un objet peut-shyil avoir diffeacuterentes couleurs La reacuteponse donneacutee par lrsquoimage contredira probablement lrsquohypothegravese preacuteceacutedemment formuleacutee et devrait susciter de la curiositeacute chez lrsquoeacutelegraveve et lui donner lrsquoenvie de comprendre le pheacutenomegravene Nous deacutemontrons ensuite tout au long de lrsquoactiviteacute 4 sur les lumiegraveres coloreacutees que crsquoest le pheacutenomegravene drsquoabsorption et de reacuteflection de la lumiegravere qui nous permet de voir la couleur des objets et non pas la lumiegravere blanche Crsquoest donc par le biais de ces deacuteconstructions successives de conceptions que lrsquoenseignant peut guider les eacutelegraveves sur la voie de la reacutesolution du problegraveme de lrsquoorigine de ces contradictions dans le but drsquoeacutetablir le lien entre les diffeacuterents cadres de rationaliteacute

42 Modeacutelisation

421 Deacutefinition

Un modegravele est communeacutement deacutefini comme un objet ou un concept qui va permettre de repreacutesenter la reacutealiteacute de diffeacuterentes maniegraveres Bunge (1974) ou encore Martinand (1994) le deacutefinissent eacutegalement comme un moyen permettant de mettre en relation le monde theacuteorique avec le monde empirique Il peut ecirctre consideacutereacute en quelque sorte comme un monde intermeacutediaire ou une sorte de lunette conceptuelle (Halloun 2004) qui va permettre drsquoobserver des pheacutenomegravenes naturels Un modegravele ne constitue pas la reacutealiteacute mais la repreacutesente en simplifiant certains de ses aspects ce qui peut causer des conflits pour les repreacutesentations cognitives chez lrsquoeacutelegraveve

422 La modeacutelisation dans notre seacutequence Dans notre planification la modeacutelisation est centrale afin de conceptualiser des pheacutenomegravenes complexes comme la composition de la lumiegravere et la perception des couleurs Elle est lrsquooutil qui permet drsquoamener les eacutelegraveves agrave se faccedilonner une repreacutesentation de la deacutecomposition de la lumiegravere blanche de labsorption de la lumiegravere agrave travers les filtres et des synthegraveses additive et soustractive des couleurs

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De plus elle constitue un objectif de formation meacutethodologique qui va de pair avec toute formation scientifique Crsquoest pourquoi nous avons inclus la modeacutelisation dans les objectifs drsquoapprentissage Dans la terminologie du PER la modeacutelisation correspond agrave lrsquoobjectif geacuteneacuteral MSN37

bull MSN 1525 mdash Modeacuteliser des pheacutenomegravenes naturels techniques sociaux ou des situations matheacutematiques

bull en imaginant et en utilisant divers outils de repreacutesentation (codes scheacutemas graphiques tableauxhellip)

Lrsquoactiviteacute 2 propose aux eacutelegraveves de reporter les couleurs observeacutees sur trois cercles superposeacutes En les coloriant les eacutelegraveves reacutealisent en reacutealiteacute une forme simple de modeacutelisation par un diagramme de Venn de la synthegravese additive Il nous a sembleacute pertinent drsquointroduire ce scheacutema de cette maniegravere car ainsi les eacutelegraveves comprennent reacuteellement qursquoil correspond agrave la lumiegravere projeteacutee et superposeacutee sur un eacutecran En derniegravere partie drsquoactiviteacute les eacutelegraveves se familiarisent avec un logiciel de modeacutelisation de la synthegravese additive 3

Lrsquoutilisation drsquoun modegravele dans ce cas est indispensable pour des raisons pratiques Il serait en effet tregraves difficile de faire des observations similaires avec un dispositif reacuteel constitueacute de projecteurs et drsquoun eacutecran comme dans la premiegravere partie drsquoactiviteacute Nous avons veilleacute agrave choisir un logiciel simple drsquousage sur lequel seules deux manipulations sont possibles allumereacuteteindre les projecteurs et varier leurs intensiteacutes Ainsi il est possible pour les eacutelegraveves de faire rapidement et sans difficulteacutes de lrsquoordre du registre seacutemiotique la deacuteduction attendue les diffeacuterentes couleurs srsquoobtiennent par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

Dans lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves sont ameneacutes agrave modeacuteliser lrsquoeffet drsquoun filtre sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee Ils ancrent ainsi le fonctionnement drsquoun filtre dans leur apprentissage et deacuteveloppent une meacutethodologie systeacutematique dans la reacutesolution de problegravemes mettant en scegravene des filtres Gracircce au modegravele deacuteveloppeacute les eacutelegraveves deacuteconstruisent deacutefinitivement leur eacuteventuelle conception erroneacutee selon laquelle un filtre absorberait sa propre couleur Lrsquoactiviteacute 43 a pour but que les eacutelegraveves modeacutelisent les pheacutenomegravenes de reacutefraction et drsquoabsorption en justifiant leur reacuteponse par un modegravele de reacuteponse Ce dernier comprend les couleurs RVB qui se reflegravetent ou qui sont absorbeacutees par une surface Ainsi lrsquoeacutelegraveve peut trouver une meacutethode systeacutematique de reacuteponse en testant les diffeacuterentes couleurs Gracircce agrave cette modeacutelisation et agrave celle de lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves comprennent que les fonctionnements des filtres et des lumiegraveres coloreacutees sont fondeacutes sur le mecircme principe

3(httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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43 Deacutemarche expeacuterimentale

431 Deacutefinition Pour de Vecchi il est important de ne pas confondre les notions lieacutees agrave lrsquoexpeacuterimental qui sont les suivantes

-shy Une deacutemarche scientifique nrsquoest pas exclusive au domaine des sciences expeacuterimentales mais peut aussi ecirctre mobiliseacutee dans les sciences humaines socialeshellip Elle utilise drsquoautres outils que lrsquoexpeacuterimentale Toute recherche digne de ce nom est de nature scientifique

-shy La meacutethode expeacuterimentale eacutequivaut plutocirct agrave un plan agrave suivre un mode drsquoemploi ou agrave une marche agrave suivre qui suit un ordre strict que lrsquoon peut aussi appeler protocole Par exemple parmi les plus ceacutelegravebres protocoles nous retrouvons celui de Claude Bernard (1865) que lrsquoon abregravege par les initiales OHERIC qui correspondent agrave observation hypothegravese expeacuterience reacutesultats interpreacutetation et conclusion De maniegravere geacuteneacuterale il srsquoagit du protocole caricatural que lrsquoon emploie le plus souvent dans les salles de classes

-shy Une deacutemarche expeacuterimentale est une approche plus reacutealiste moins stricte et integravegre

une approche plus tacirctonnante Il nrsquoest pas constitueacute drsquoeacutetapes preacutedeacutetermineacutees et est donc moins affecteacutee par les directives de lrsquoenseignant Il peut donc laisser des liberteacutes dans la maniegravere de reacutesoudre le problegraveme

432 La deacutemarche expeacuterimentale dans notre seacutequence Dans notre seacutequence la meacutethode expeacuterimentale est preacutesente de maniegravere partielle du scheacutema caricatural OHERIC nous nous inteacuteressons en particulier aux phases drsquoobservation et drsquoeacutemission drsquohypothegraveses Crsquoest pourquoi nous parlons donc plutocirct de ldquodeacutemarche expeacuterimentalerdquo En effet tout au long des diffeacuterentes activiteacutes il est reacuteguliegraverement demandeacute aux eacutelegraveves de formuler une hypothegravese agrave partir de leurs connaissances au preacutealable puis de faire de nouvelles observations en contexte expeacuterimental Crsquoest sur la base de ces derniegraveres qursquoils pourront reacutealiser leurs deacuteductions sur le pheacutenomegravene en question et construire de nouvelles conceptions Dans lrsquoactiviteacute 2 ce type de deacutemarche est central pour la creacuteation de la premiegravere situation-shyproblegraveme Par la suite la deacutemarche permet de guider les eacutelegraveves dans le processus de deacuteduction du fonctionnement geacuteneacuteral des diffeacuterents pheacutenomegravenes Dans lrsquoactiviteacute 41 par exemple les pheacutenomegravenes agrave deacuteduire sont la synthegravese soustractive et le fonctionnement de la lumiegravere coloreacutee Lrsquoemploi drsquoobjets familiers permet un ancrage dans le quotidien

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Dans lrsquoactiviteacute 3 lrsquoeacutetude de lrsquoeffet des filtres constitue agrave son tour un deacutemarche expeacuterimentale En effet les eacutelegraveves doivent tout drsquoabord eacutemettre leurs hypothegraveses puis les veacuterifient par lrsquoexpeacuterimentation et ses reacutesultats provoquant probablement un conflit cognitif avant drsquoen conclure lrsquoeffet drsquoun filtre Dans lrsquoactiviteacute 42 nous retrouvons toujours le mecircme principe de deacutemarche expeacuterimentale Les eacutelegraveves formulent des hypothegraveses sur la couleur perccedilue de diffeacuterents mots coloreacutes eacuteclaireacutes par une lumiegravere coloreacutee puis les veacuterifient lors de la phase drsquoobservation La confrontation entre leurs attentes lieacutees agrave leurs conceptions et la reacutealiteacute creacutee le conflit cognitif rechercheacute

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5 Conclusion Pour seacutelectionner notre thegraveme et eacutelaborer notre seacutequence nous nous sommes fondeacutes sur les objectifs du PER et crsquoest sur lrsquooptique que notre choix srsquoest porteacute Le savoir savant auquel nous nous sommes reacutefeacutereacutes comprend principalement des concepts lieacutes agrave la lumiegravere tels que les photons les ondes eacutelectromagneacutetiques ainsi que les spectres drsquoeacutemission et drsquoabsorption Nous avons transposeacute ce savoir en un savoir enseignable par le biais drsquoun travail de contextualisation et de reacuteadaptation Nous avons eacuteteacute ameneacutes agrave remplacer des modegraveles scientifiques (par exemple les modegraveles de synthegraveses additive et soustractive) par des modegraveles accessibles agrave un niveau scolaire et agrave changer les conditions drsquoeacutemergence des problegravemes Ainsi notre travail de transposition consistait agrave montrer aux eacutelegraveves la partie eacutemergeacutee de lrsquoiceberg du concept de couleur le reacutesultat apparent plutocirct que lrsquoorigine eacutelectromagneacutetique Tout au long de la seacutequence et par le biais de situations-shyproblegravemes et de diffeacuterentes eacutetapes de reacutesolution des activiteacutes les eacutelegraveves ont eacuteteacute guideacutes dans le processus de construction de leur apprentissage En nous focalisant sur les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves nous avons eacutelaboreacute nos exercices de maniegravere agrave proposer des situations deacuteclenchantes afin de faciliter le transfert de la responsabiliteacute de la reacutesolution des problegravemes aux eacutelegraveves Cette derniegravere srsquoeffectue par des deacutemarches drsquoexpeacuterimentation mais surtout de modeacutelisation

Dans notre sceacutenario les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave deux types de donneacutees theacuteoriques et empiriques Drsquoune part ils ont agrave disposition deux theacuteories principales la premiegravere est que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs de lrsquoarc-shyen-shyciel tandis que la seconde deacutecrit l a maniegravere dont la couleur drsquoun objet deacutepend des couleurs qursquoil va absorber Drsquoautre part ils disposent de donneacutees empiriques qursquoils sont ameneacutes agrave reacutecolter en superposant des lumiegraveres de diffeacuterentes couleurs en meacutelangeant de la peinture et en projetant de la lumiegravere coloreacutee sur diffeacuterents objets coloreacutes Dans le cadre drsquoune deacutemarche drsquoexpeacuterimentation ils ont eacutemis des hypothegraveses observeacute manipuleacute du mateacuteriel utiliseacute des appliquettes en ligne et veacuterifieacute leurs reacutesultats Crsquoest ainsi les modegraveles que nous avons preacutesenteacutes et que les eacutelegraveves ont eacutelaboreacutes vont ecirctre des ponts qui vont relier le monde theacuteorique et le monde empirique Par ailleurs nous avons eacuteteacute attentifs agrave la seacutemiotique lors de nos choix des repreacutesentations utiliseacutees nous nous sommes reacutefeacutereacutes agrave la notion de registre seacutemiotique afin drsquoeacutelaborer des scheacutemas nrsquoengendrant pas de difficulteacutes de lecture chez les eacutelegraveves

Nous avons analyseacute lrsquoorigine des conceptions erroneacutees et avons remarqueacute qursquoelles eacutetaient principalement dues agrave des repreacutesentations concourantes engendreacutees par les diffeacuterents contextes et cadres de rationaliteacutes dans lesquelles les eacutelegraveves eacutevoluent Notre sceacutenario permet aux eacutelegraveves drsquoeacutetablir des liens entre ces diffeacuterents cadres et de construire une nouvelle repreacutesentation de la couleur celle drsquoun objet de la physique

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6 Bibliographie

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Meirieu P Avanzin Gi (1987) Apprendre oui mais comment Edition ESF Verret M (1975) Le temps des eacutetudes (Vols 1ndash2) Lille France Atelier Reproduction des thegraveses

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Page 36: Physique Optique Lescouleurs · Sciences naturelles Les couleurs 10 11 Harmos 1.Introduction Comme nous allons le détailler dans le chapitre 4, les conceptions erronées des élèves

Ici toutes les lumiegraveres coloreacutees sont absorbeacutees sauf le bleu qui lui est refleacuteteacute La couleur propre de lrsquo‛objet sera le bleu

En effet un objet absorbe ou reflegravete diffeacuterentes lumiegraveres coloreacutees Crsquo‛est cette lumiegravere coloreacutee refleacuteteacutee que nous verrons

Activiteacute 41

Reacuteponds agrave ces diffeacuterentes questions dans le tableau ci-dessous De quelle couleur verras-tu cet objet Confronte ton ideacutee avec ton voisin De quelle couleur le vois-tu reacuteellement

Couleur de lrsquo‛objet

Couleur de la lumiegravere

Hypothegravese formuleacutee

Observation

rouge Magenta

cyan Vert

jaune Bleu

Par quel pheacutenomegravene peut-on observer ce changement de couleur ___________________________________

Quelle deacuteductions peux-tu faire _________________________________________________________________

Activiteacute 42

Marche agrave suivre

1 Eacutecris sur une feuille blanche le nom des 2 couleurs que ton enseignant te donne avec la peinture qui y correspond

2 Pendant que ces mots segravechent remplis les colonnes ldquocouleur du mot 1rdquo et ldquocouleur du mot 2rdquo et ldquocouleur de la feuillerdquo agrave la lumiegravere blanche

3 Formule tes hypothegraveses note-les au crayon agrave papier en petit 4 Eacuteclaire tes mots agrave lrsquo‛aide de lumiegraveres coloreacutees 5 Note tes observations

Lumiegravere coloreacutee

Couleur du mot 1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur du mot 2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur de la feuille helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Blanche

Rouge

Verte

Bleue

Magenta

Cyan

Jaune

Activiteacute 43

Tu observes un drapeau eacuteclaireacute par une lumiegravere blanche Puis tu observes ce mecircme drapeau eacuteclaireacute par deux lumiegraveres coloreacutees diffeacuterentes Trouve la lumiegravere coloreacutee utiliseacutee dans chaque cas et justifie ta reacuteponse par la modeacutelisation vue preacuteceacutedemment

Lumiegravere blanche Lumiegravere coloreacutee 1 Lumiegravere coloreacutee 2

De quelle couleur est la premiegravere lumiegravere coloreacutee ___________________________

Modeacutelisation 1

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________

Modeacutelisation 2

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 4 Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur (corrigeacute) Rappel

2 Nous pouvons reacutesumer la composition de la lumiegravere blanche aux 3 couleurs primaires le rouge le vert et le bleu Ce sont des couleurs qui ne peuvent pas ecirctre creacuteeacutees Ce sont elles qui composent les autres couleurs Crsquo‛est agrave dire qursquo‛en les meacutelangeant on peut obtenir les autres couleurs le cyan est composeacute du bleu et du vert le magenta est composeacute du bleu et du rouge et le jaune est composeacute du vert et du rouge

Theacuteorie

Le sujet que nous allons traiter aujourdrsquo‛hui concerne la couleur de lrsquo‛objet Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Formule une hypothegravese ____________________________________________ Projeter cette image elle napparaicirct pas dans le cours de lrsquo‛eacutelegraveve

Que retiens-tu de cette photo _______________________________________________________________ La lumiegravere coloreacutee qui est refleacuteteacutee par un objet correspond agrave la lumiegravere non absorbeacutee

Ici toutes les lumiegraveres coloreacutees sont absorbeacutees sauf le bleu qui lui est refleacuteteacute La couleur propre de lrsquo‛objet sera le bleu

En effet un objet absorbe ou reflegravete diffeacuterentes lumiegraveres coloreacutees Crsquo‛est cette lumiegravere coloreacutee refleacuteteacutee que nous verrons

Activiteacute 41

Reacuteponds agrave ces diffeacuterentes questions dans le tableau ci-dessous De quelle couleur penses-tu que tu verras cet objet Confronte ton ideacutee avec ton voisin De quelle couleur le vois-tu reacuteellement

Couleur de lrsquo‛objet

Couleur de la lumiegravere

Hypothegravese formuleacutee

Observation

rouge Magenta (rouge)

cyan Vert (vert)

jaune Bleu (noir)

Par quel pheacutenomegravene peut-on observer ce changement de couleur ___________________________________ (synthegravese soustractive)

Quelle deacuteductions peux-tu faire (fonctionne comme un filtre) _________________________________________________________________

Activiteacute 42

Marche agrave suivre

6 Eacutecris sur une feuille blanche le nom des 2 couleurs que ton enseignant te donne avec la peinture qui y correspond

7 Pendant que ces mots segravechent remplis les colonnes ldquocouleur du mot 1rdquo et ldquocouleur du mot 2rdquo et ldquocouleur de la feuillerdquo agrave la lumiegravere blanche

8 Formule tes hypothegraveses note-les au crayon agrave papier en petit 9 Eacuteclaire tes mots agrave lrsquo‛aide de lumiegraveres coloreacutees 10 Note tes observations

Lumiegravere coloreacutee

Couleur du mot 1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur du mot 2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur de la feuille helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Blanche

Rouge

Verte

Bleue

Magenta

Cyan

Jaune

Activiteacute 43

Tu observes un drapeau eacuteclaireacute par une lumiegravere blanche Puis tu observes ce mecircme drapeau eacuteclaireacute par deux lumiegraveres coloreacutees diffeacuterentes Trouve la lumiegravere coloreacutee utiliseacutee dans chaque cas et justifie ta reacuteponse par la modeacutelisation vue preacuteceacutedemment

Lumiegravere blanche Lumiegravere coloreacutee 1 Lumiegravere coloreacutee 2

De quelle couleur est la premiegravere lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Bleu)

Modeacutelisation 1

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Vert)

Modeacutelisation 2

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Fiches de synthegravese Les couleurs Activiteacute 2 Reacutesumeacute theacuteorique pour les eacutelegraveves Le modegravele trichromique et la synthegravese additive des couleurs La couleur nrsquo‛existe pas sans lumiegravere et lrsquo‛on peut dire que lrsquo‛on perccediloit le monde gracircce aux meacutelanges de ces couleurs qui correspondent aux diffeacuterentes composantes de la lumiegravere Lorsque lrsquo‛on parle de la perception des couleurs on srsquo‛aperccediloit que seules trois lumiegraveres primaires de couleurs rouge vert et bleu sont neacutecessaires pour obtenir la sensation de toutes les autres couleurs Cette maniegravere de modeacuteliser la perception des couleurs est ce qursquo‛on appelle le modegravele trichromique (lsquorsquo‛trois couleursrsquo‛rsquo‛) Dans cette repreacutesentation toutes les autres lumiegraveres coloreacutees sont perccedilues par superposition des trois lumiegraveres rouge verte et bleue La superposition simultaneacutee et en dosage identique des trois couleurs donne de la lumiegravere blanche Le noir correspond agrave une absence de lumiegravere

Illustration du modegravele

Image MER

Lrsquo‛image montre trois projecteurs de lumiegraveres rouge verte et bleue eacuteclairant une table blanche Si les trois couleurs sont projeteacutees en intensiteacute identique nous obtenons par superposition trois autres couleurs le cyan le magenta et le jaune Les couleurs primaires et les couleurs obtenues sont codeacutees sur lrsquo‛image puis reacutecapituleacutees dans le tableau ci-dessous

Image MER

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Si nous modifions le dosage des couleurs eacuteleacutementaires il est possible drsquo‛obtenir toutes les couleurs imaginables Le pheacutenomegravene de perception des couleurs par superposition des trois couleurs primaires se nomme synthegravese additive les couleurs sont additionneacutees entre elles pour permettre la synthegravese drsquo‛autres couleurs

Drsquo‛ailleurs si lrsquo‛on observe au microscope un eacutecran blanc de smartphone ou drsquo‛ordinateur on remarque qursquo‛il est en fait constitueacute drsquo‛un grand nombre de minuscules rectangles de lumiegraveres rouge verte et bleue (voir image ci-contre) Crsquo‛est justement par un jeu de dosage de chacune de ces lumiegraveres que lrsquo‛on perccediloit les diffeacuterentes couleurs sur nos eacutecrans

Pourquoi un modegravele sur trois couleurs La raison pour laquelle les scientifiques ont construit ce modegravele sur trois couleurs est directement lieacutee agrave la structure de notre œil En effet ce dernier contient des cellules sensibles agrave la lumiegravere que lrsquo‛on appelle cocircnes et bacirctonnets Alors que les bacirctonnets perccediloivent les intensiteacutes de lumiegravere les cocircnes nous permettent de percevoir les couleurs Cependant ils ne sont sensibles qursquo‛agrave certaines composantes de la lumiegravere blanche celles correspondant justement aux couleurs rouge vert et bleu Lorsque lrsquo‛on regarde un objet notre cerveau analyse le dosage de chacune de ces composantes perccedilues par notre œil et en interpregravete ainsi la couleur de lrsquo‛objet

Qursquo‛est-ce que le daltonisme Certaines personnes preacutesentent une anomalie de la vision qui les empecircche de distinguer certaines couleurs Drsquo‛origine geacuteneacutetique ce trouble est ducirc agrave un dysfonctionnement des cocircnes preacutesents dans la reacutetine Bien que la plupart des personnes daltoniennes aient de la peine agrave distinguer le vert du rouge drsquo‛autres ne distinguent pas drsquo‛autres couleurs Dans certaines formes de daltonisme le monde est perccedilu par la personne atteinte en teintes de gris

Sciences naturelles Optique synthegravese soustractive et additive

La synthegravese additive est le proceacutedeacute gracircce

auquel en combinant les couleurs

___________ ___________ et ___________

on obtient du blanc

On la retrouve lorsque lrsquoon meacutelange des

lumiegraveres coloreacutees composeacutees de ces 3 couleurs

diffeacuterentes car les laquo additionner raquo donne la

lumiegravere blanche

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon exploite aujourdrsquohui

pour les teacuteleacuteviseurs ou tout eacutecran composeacute de

pixels

La synthegravese soustractive consiste agrave soustraire

les couleurs de la lumiegravere blanche (RVB) agrave

travers des filtres de couleurs ___________

___________ et ___________ qui absorbent la

totaliteacute des couleurs de la lumiegravere blanche pour

un rendu noir au final (absence de lumiegravere)

Lrsquo __________________ des 3 couleurs donne

le ____________

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon retrouve par exemple en

meacutelangeant de la peinture notamment en

imprimerie

Sciences naturelles Optique les filtres

Qursquoest-shyce qursquoun filtre coloreacute et comment fonctionne-shyt-shyil

Un filtre est un dispositif qui permet de filtrer la lumiegravere de laisser passer certains rayons

lumineux et drsquoen absorber drsquoautres

Pour savoir quelles lumiegravere coloreacutees le filtre laisse passer il faut lrsquoobserver agrave la lumiegravere

blanche

Le filtre laissera alors passer uniquement les rayons lumineux de sa couleur propre

Par exemple

Un filtre vert laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee verte

Un filtre magenta laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee magenta crsquoest agrave dire les rayons rouge et bleu

Pour connaicirctre la lumiegravere coloreacutee qui ldquosortrdquo du filtre il faut donc

deacutecomposer la lumiegravere qui arrive sur ce filtre et en soustraire les

rayons qui sont absorbeacutes par le filtre On se reacutefegravere alors au modegravele de

la synthegravese soustractive

Image httpswww123couleursfrboutique-shy1filtres-shycolorC3A9s

Tableau reacutecapitulatif

Sciences naturelles Optique les filtres

Modeacutelisation

Nous pouvons modeacuteliser lrsquoaction drsquoun filtre

1 Noter la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur le filtre

2 Deacutecomposer la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur filtre et la coder (en RVB)

3 Repreacutesenter le filtre et coder les rayons absorbeacutes par le filtre 4 Prolonger les rayons lumineux coloreacutes que le filtre laisse passer et les coder (en RVB)

5 Noter la lumiegravere coloreacutee qui sort du filtre

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre magenta sur la lumiegravere blanche

Lorsque plusieurs filtres sont superposeacutes ou aligneacutes il faut modeacuteliser lrsquoaction du premier filtre

sur la lumiegravere projeteacutee puis lrsquoaction du deuxiegraveme filtre sur la lumiegravere qui sort du premier filtre

etc

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre cyan puis drsquoun filtre vert sur la lumiegravere jaune

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

De quelle couleur apparaicirctra un objet de couleur eacuteclaireacute par une lumiegravere coloreacutee

Il y 3 cas

1) Un objet de couleur blanche renvoie toutes les couleurs il apparaicirctra de la couleur eacuteclaireacutee

2) Un objet de couleur noire absorbe toutes les couleurs Peu importe la couleur avec laquelle

lrsquoobjet est eacuteclaireacute lrsquoobjet apparaicirct de couleur noire

3) Pour un objet de couleur il suffit de deacutecomposer les couleurs secondaires par exemple

Jrsquoai un objet jaune

Je lui projette une lumiegravere magenta

Or jaune = rouge + vert

et magenta = bleu + rouge

Le rouge est commun au jaune et au magenta donc lrsquoobjet paraicirctra rouge

En revanche si la lumiegravere est bleue comme il nrsquoy a pas de bleu dans le jaune lrsquoobjet paraicirctra

noir

1

Tableau reacutecapitulatif

1 httpscommunitygoodgamestudioscombigfarmfrdiscussion51685langage-shy‐des-shy‐couleurs

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

Modegravele de reacuteponse

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

______

______

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

______

______

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation avec propositions

de reacuteponses)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

(rouge vert bleu Nous percevons les diffeacuterentes couleurs agrave partir de ces trois couleurs) ________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

(Explication relative aux cocircnes et bacirctonnets de lrsquo‛oeil)

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Corrigeacute vert bleu blanc cyan

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________ (vert)

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________ (bleu)

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________ (aucunenoir)

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

(selon modegravele eacutetudieacute)

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

(les deux selon que lrsquo‛on parle de synthegravese additive ou soustractive)

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

Bleu

______

Bleu

______

Noir

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________ (lumiegravere rouge)

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

Noir

______

Rouge

______

Rouge

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

(Bleu)

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

(selon modegravele eacutetudieacute)

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

(Explication citant la synthegravese soustractive et lrsquo‛effet des lumiegraveres coloreacutees

concerneacutees sur le haut du cambrioleur)

Evaluation - Analyse

Ce commentaire comprend les diffeacuterents objectifs eacutevalueacutes ainsi que ce qui est attendu

preacuteciseacutement des eacutelegraveves et les niveaux taxonomiques correspondants

Ce sont des pistes drsquo‛eacutevaluation qui sont ici proposeacutees non une eacutevaluation suivie

Exercice 1

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- Mettre en lien des notions theacuteoriques apprises en cours (cocircnes et

bacirctonnets de lrsquo‛oeil) avec drsquo‛autres (synthegravese additive)

Lrsquo‛eacutevaluation deacutebute par deux questions au niveau taxonomique peu eacuteleveacute La

premiegravere de lrsquo‛ordre de la compreacutehension demande aux eacutelegraveves de restituer une

connaissance de base agrave lrsquo‛aide de leurs propres mots La deuxiegraveme propose de

tester les connaissances theacuteoriques des eacutelegraveves en veacuterifiant que des liens entre

deux notions aient eacuteteacute faits

Exercice 2

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutedire la couleur perccedilue en fonction des meacutelanges de couleurs RVB

- deacutechiffrer un scheacutema et les codes de la repreacutesentation de la trajectoire

des lumiegraveres coloreacutees

Le deuxiegraveme exercice relegraveve du niveau taxonomique de lrsquo‛application car il

neacutecessite une compreacutehension de la maniegravere de repreacutesenter la lumiegravere (scheacutema de

la trajectoire rectiligne codes de couleurs RVB) et drsquo‛appliquer ce modegravele tout en

utilisant les connaissances des couleurs fondamentales et compleacutementaires de la

synthegravese additive

Exercice 3

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet drsquo‛un filtre sur une lumiegravere coloreacutee agrave lrsquo‛aide des codes

propres agrave lrsquo‛optique

Lrsquo‛exercice 3 relegraveve de lrsquo‛application car les eacutelegraveves se reacutefegraverent agrave la modeacutelisation

eacutetablie durant le cours et au diagramme de Venn de la synthegravese soustractive et

les adaptent aux items preacutesenteacutes

Exercice 4

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- mettre en perspective la distinction entre synthegravese additive et

soustractive en terme de lsquorsquo‛naturersquo‛rsquo‛ de la couleur (couleurs matiegraveres vs

couleurs lumiegraveres)

Cet exercice requiert des eacutelegraveves qursquo‛ils mobilisent leur faculteacute drsquo‛analyse (niveau

taxonomique plutocirct eacuteleveacute) pour expliquer les diffeacuterences entre les

repreacutesentations de la couleur en arts visuels et en physique Le but est qursquo‛ils

reconnaissent qursquo‛il srsquo‛agit dans le premier cas de la synthegravese soustractive et dans

le second cas de la synthegravese additive

Exercice 5

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutevoir la couleur perccedilue drsquo‛un objet en fonction des lumiegraveres coloreacutees

projeteacutees et coder le pheacutenomegravene

Les eacutelegraveves appliquent la modeacutelisation drsquo‛une lumiegravere coloreacutee sur un objet coloreacute

pour deacuteterminer la couleur perccedilue du drapeau franccedilais Cette question fait

reacutefeacuterence agrave un niveau taxonomique bas Puis ils trouvent la lumiegravere coloreacutee qui

permet de voir les deux drapeaux preacutesenteacutes de la mecircme couleur Ils trouveront

cette reacuteponse en modeacutelisant les lumiegraveres coloreacutees sur lrsquo‛objet de couleur

Plusieurs scheacutemas sont neacutecessaires pour trouver la reacuteponse Crsquo‛est une question

taxonomiquement haute qui demande aux eacutelegraveves de faire une synthegravese

Exercice 6

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet de la lumiegravere coloreacutee sur un objet et en deacuteduire la

couleur perccedilue

- justifier sa reacuteponse avec des mots en faisant la synthegravese des diffeacuterents

concepts vus dans la seacutequence de cours

Les eacutelegraveves doivent comprendre ce qursquo‛ils lisent et deacuteterminer la couleur propre du

haut du cambrioleur Cette question est taxonomiquement haute elle demande de

lrsquo‛analyse Puis ils justifient leur reacuteponse par le modegravele de lrsquo‛effet de la lumiegravere

coloreacutee sur un objet Cette question est drsquo‛un niveau taxonomique infeacuterieur

drsquo‛application Finalement ils deacuteterminent pourquoi la description de la jeune fille

ne correspond pas agrave la couleur propre en faisant le lien avec la synthegravese

soustractive demandant un niveau taxonomiquement tregraves eacuteleveacute la synthegravese

Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

4 Argumentation scientifique Nous avons choisi de construire notre seacutequence de cours de maniegravere agrave ce qursquoelle srsquoinscrive dans une deacutemarche constructiviste de type piageacutetienne Dans cette deacutemarche lrsquoenseignant anticipe les conceptions erroneacutees que les eacutelegraveves peuvent avoir puis eacutetablit une situation-shyproblegraveme permettant ideacutealement de deacuteconstruire ces repreacutesentations incomplegravetes puis finalement drsquoen construire de nouvelles plus justes Dans ce qui suit nous allons deacutefinir ces diffeacuterents concepts mis en eacutevidence puis expliciter la maniegravere dont nous les avons pris en compte dans notre planification

41 Les conceptions des eacutelegraveves et les situations-shyproblegravemes

411 Deacutefinitions Conception Selon Giordan et al (1994) une conception ou repreacutesentation peut ecirctre consideacutereacutee comme une ideacutee un objet ou un eacutevegravenement qui aide lrsquoeacutelegraveve agrave comprendre le monde qui lrsquoentoure Elle est le fruit de son expeacuterience personnelle dans laquelle il va puiser pour comprendre les nouveaux savoirs que lrsquoon va chercher agrave lui inculquer Elle peut ecirctre consideacutereacutee comme une connaissance ldquodeacutejagrave-shylagraverdquo acquise dans un certain contexte par lrsquoapprenant et qui peut ecirctre correcte ou erroneacutee Les mauvaises conceptions (ou misconception en anglais) peuvent donc ecirctre deacutecrites comme des ideacutees qui proviennent drsquoune mauvaise compreacutehension drsquoobjets ou eacutevegravenements Elles sont issues principalement de lrsquoenvironnement avec lequel lrsquoeacutelegraveve interagit et du contexte dans lequel il se situe mais elles deacutecoulent eacutegalement des systegravemes seacutemiotiques mis en oeuvre Ces derniers sont abordeacutes plus en deacutetail dans ce qui suit Seacutemiologie En seacutemiologie (lrsquoeacutetude des systegravemes de signes) une repreacutesentation (ou un signe) est double elle est doteacutee drsquoun signifiant et drsquoun signifieacute (de Saussure 1916) Le signifiant qui fait lrsquoobjet de la seacutemiologie deacutesigne la forme et laspect du signe tandis que le signifieacute eacutetudieacute dans le cadre de la seacutemantique deacutesigne le concept eacutevoqueacute par le signe A partir du moment ougrave le signe possegravede plusieurs signifieacutes il devient symbole et crsquoest ainsi que les incompreacutehensions peuvent survenir Selon R Duval (1995) le concept de laquo registre seacutemiotique raquo permet de distinguer les repreacutesentations qui relegravevent de diffeacuterents registres ou types visuels numeacuteriques graphiques symboliques formels scheacutematiques etc En didactique ce concept est fondamental car les diffeacuterences de registre au sein drsquoune mecircme repreacutesentation ou drsquoun

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

modegravele peut induire des difficulteacutes de lecture Ils risquent drsquoajouter des difficulteacutes suppleacutementaires en empecircchant les eacutelegraveves de se focaliser sur le problegraveme poseacute par lrsquoactiviteacute et les menant agrave formuler des conclusions diffeacuterentes de celles attendues par lrsquoenseignant Crsquoest pour cela qursquoun choix pertinent de registre seacutemiotique facilite la compreacutehension du concept introduit Dans notre cours un exemple typique que nous pouvons donner est la forte ressemblance des diagrammes de Venn pour les synthegraveses additive et soustractive Dans les deux modegraveles les diagrammes sont communeacutement scheacutematiseacutes sous forme circulaire De plus bien que inverseacutees au niveau de leurs superpositions les mecircmes couleurs sont repreacutesenteacutees dans les deux diagrammes Ces similitudes peuvent rendre la diffeacuterenciation complexe pour les eacutelegraveves Crsquoest pourquoi nous avons estimeacute important drsquoapporter un changement agrave la repreacutesentation de ces diagrammes Ainsi dans lrsquoune de nos fiches de synthegravese nous avons preacutefeacutereacute utiliser des formes rectangulaires plutocirct que circulaires pour repreacutesenter la synthegravese soustractive car cette forme eacutevoque plus fortement le filtre et ainsi lrsquoabsorption de la lumiegravere Cadre de rationaliteacute origine des conceptions En srsquoappuyant sur les travaux de R Douady (1984) A Lerouge (1992) deacutefinit laquo un cadre de rationaliteacuteraquo comme laquoun ensemble coheacuterent de fonctionnement de la penseacuteeraquo caracteacuteriseacute principalement par les composantes suivantes

1 Les objets du cadre dans notre cas il peut srsquoagir de peinture de feuille de papier de lampes de poche de filtres etc

2 Le type de processus de conceptualisation Dans un cadre scientifique il peut srsquoagir drsquoun processus par modeacutelisation ou par expeacuterimentation par exemple

3 Les registres seacutemiotiques que nous avons traiteacutes plus haut Les conceptions des eacutelegraveves et les conflits de perceptions en reacutesultant sont issus des diffeacuterents cadres de rationaliteacute dans lesquels ils eacutevoluent Ce sont les cadres familiers (personnel) et culturels (eacutecole) qui sont responsable de ces conceptions et repreacutesentations mentales tantocirct concourantes tantocirct inexistantes voire erroneacutees Elles se manifestent principalement agrave travers la seacutemiotique Les eacutelegraveves eacuteprouvent de la difficulteacute agrave repreacutesenter des objets issus de registres seacutemiotiques diffeacuterents ou encore agrave simplement les reconnaicirctre Dans le contexte de notre seacutequence sur les couleurs ces cadres de rationaliteacute sont centraux En effet crsquoest dans son quotidien et donc dans son cadre familier que lrsquoeacutelegraveve va deacutecouvrir la notion de couleur notamment par le biais de la peinture ou drsquoobservation drsquoarc-shyen-shyciel Cette deacutecouverte qui a souvent lieu tregraves tocirct dans la vie de lrsquoenfant ne fera pourtant pas pour autant lrsquoobjet de questionnement sur le pheacutenomegravene de perception des couleurs La notion de cadre culturel ou scolaire quand agrave elle peut ecirctre eacutetendue dans notre cas agrave deux sous-shycateacutegories de cadres culturels diffeacuterents qui vont ecirctre agrave lrsquoorigine de conceptions erroneacutees ou incomplegravetes Premiegraverement il y a le cadre que nous appelons laquo arts visuelsraquo et qui a ses propres regravegles de rationaliteacutes Les cours de dessin ou drsquoactiviteacutes creacuteatrices en sont de parfaits exemples car crsquoest dans ce cadre que les eacutelegraveves vont premiegraverement aborder la

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

theacutematique des couleurs primaires et de leurs meacutelanges Mais cette theacutematique est eacutegalement abordeacutee dans le cadre laquophysiqueraquo agrave travers les expeacuteriences de deacutecomposition de la lumiegravere ou de superposition de lumiegraveres coloreacutees Ainsi nous retrouvons trois cadres de rationaliteacute concourants (familier physique arts visuels) dans lesquels les eacutelegraveves eacutevoluent et qui engendrent indubitablement des conceptions erroneacutees sur la lumiegravere et les couleurs puisque les eacutelegraveves ne sont pas ameneacutes agrave les diffeacuterencier dans chacun des cadres Et comme la communication entre les diffeacuterents cadres nrsquoest pas eacutetablie le lien agrave faire entre les diffeacuterentes conceptions issues de ces cadres est agrave la charge de lrsquoeacutelegraveve ce qui repreacutesente une lourde responsabiliteacute dans son apprentissage Astolfi (2008) appelle eacutegalement ces conceptions issues de diffeacuterents cadres des ldquotrames conceptuelles rdquoqui peuvent ecirctre deacutefinies comme ldquoun ensemble de concepts-shycleacutes propres agrave un domaine et logiquement hieacuterarchiseacutes entre eux qui structurent les disciplines et engendrent des situations-shyproblegravemesrdquo Mais encore on verra eacutemerger des problegravemes de contrat didactique dans chacun des cadres lrsquoeacutelegraveve va tenter de donner une reacuteponse qui va satisfaire lrsquoenseignant sans pour autant ecirctre ameneacute agrave confronter ses conceptions

Situation-shyproblegraveme Pour de Vecchi (2006) une situation-shyproblegraveme est une activiteacute qui consiste agrave mettre lrsquoeacutelegraveve dans une situation ougrave il va ecirctre ameneacute agrave eacutelaborer des strateacutegies de reacutesolution de problegraveme Lrsquoun des points cleacutes des situations-shyproblegravemes est qursquoelles eacutetablissent un lien eacutetroit entre les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves En drsquoautres termes une situation-shyproblegraveme est construite de telle sorte que les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave remettre en question des repreacutesentations actuelles qui srsquoavegraverent erroneacutees agrave les deacuteconstruire pour en construire de nouvelles Ainsi dans une deacutemarche de type constructiviste lrsquoeacutelegraveve construit son savoir en renversant ses anciennes conceptions Une situation-shyproblegraveme nrsquoest donc pas une deacutemarche ponctuelle dans laquelle lrsquoeacutelegraveve devra reacutesoudre une liste drsquoexercices teacuteleacuteguideacutee par lrsquoenseignant Ce qui justifie lrsquoefficaciteacute des situations problegravemes est qursquo laquoapprendreraquo ne consiste pas agrave cumuler les savoirs mais agrave en construire et agrave en deacuteconstruire

Une situation-shyproblegraveme doit comprendre plusieurs eacuteleacutements

-shy Un objectif-shyobstacle Pour Meirieu (1987) un objectif-shyobstacle est ldquoun objectif dont lrsquoacquisition permet au sujet de franchir un palier deacutecisif de progression en modifiant son systegraveme de repreacutesentation et en le faisant acceacuteder un niveau supeacuterieur de formulation rdquo Dans notre cas lrsquoeacutelegraveve pense que tous les meacutelanges de 3 couleurs primaires (de peinture ou de lumiegravere) vont donner le mecircme reacutesultat La distinction entre synthegraveses additive et soustractive nrsquoest pas connue des eacutelegraveves De plus projeter de la lumiegravere monochromatique sur un objet drsquoune certaine couleur ne donne pas toujours la mecircme couleur Lrsquoexemple avec le drapeau (activiteacute 4) est parlant

-shy Une situation centreacutee sur cet obstacle prenant en compte une deacutemarche expeacuterimentale ou une deacutemarche de modeacutelisation Dans notre cours les deux deacutemarches sont mises en oeuvre mais notre deacutemarche principale est la modeacutelisation Les eacutelegraveves vont effectivement ecirctre ameneacutes agrave eacutemettre des hypothegraveses manipuler reacutecolter des reacutesultats et les confronter agrave

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

leurs hypothegraveses mais il srsquoagit surtout drsquoune deacutemarche de modeacutelisation car les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave creacuteer des scheacutemas dans plusieurs exercices

-shy Une probleacutematisation et la deacutevolution on probleacutematise la conception erroneacutee en introduisant une situation-shyproblegraveme crsquoest-shyagrave-shydire qursquoon construit un problegraveme centreacute sur lrsquoobstacle La surprise face agrave une situation incoheacuterente va intriguer lrsquoeacutelegraveve exciter sa motivation et le pousser agrave vouloir srsquoimpliquer dans le problegraveme ce qui va aider sa deacutevolution Brousseau (1998) qualifie la notion de deacutevolution par le ldquo processus par lequel lenseignant parvient agrave placer leacutelegraveve comme simple actant dans une situation a-shydidactique (agrave modegravele non didactique) Il cherche par lagrave agrave ce que lrsquoaction de lrsquoeacutelegraveve ne soit produite et justifieacutee que par les neacutecessiteacutes du milieu et par ses connaissances et non par lrsquointerpreacutetation des proceacutedeacutes didactiques du professeurrdquo Pour enrocircler les eacutelegraveves et les aider agrave identifier la probleacutematique en met on place une situation deacuteclenchante Dans notre cas lrsquoexemple avec le meacutelange de peinture et de lumiegraveres coloreacutees est un parfait exemple de situation deacuteclenchante car les eacutelegraveves ne sattendent probablement pas par exemple agrave ce que le meacutelange de vert et bleu donne du cyan ou encore qursquoon perccediloive un citron noir lorsque lrsquoon projette de la lumiegravere bleue sur ce celui-shyci

412 La prise en compte des conceptions des eacutelegraveves dans notre seacutequence La theacutematique de la lumiegravere et des couleurs est complexe et comprend de nombreux concepts difficiles agrave assimiler En effet bon nombre de personnes ont des repreacutesentations erroneacutees qui peuvent rester profondeacutement ancreacutees Parmi les conceptions erroneacutees les plus communes on retrouve selon le site internet des MER

La lumiegravere blanche est sans couleur pure quand la lumiegravere blanche passe dans un prisme ou traverse un filtre de la couleur lui est ajouteacutee

La lumiegravere blanche nous permet de voir la vraie couleur des objets laquoMa feuille est blanche parce que je nai pas ajouteacute dautres couleurs agrave celle-shyciraquo

Les couleurs sont lieacutees agrave des proprieacuteteacutes de lrsquoobjet exclusivement sans reacutefeacuterence agrave la lumiegravere qui eacuteclaire lrsquoobjet Ne dit-shyon pas quun pull est rouge

Confusion entre les couleurs primaires en couleur peinture et en couleur lumiegravere

Dans notre planification nous avons anticipeacute ces conceptions et avons construit notre cours de maniegravere agrave ce qursquoelles soient mises en eacutevidence le plus tocirct possible afin de tenter de les deacuteconstruire agrave travers nos activiteacutes

Ainsi degraves deacutebut de lrsquoactiviteacute 2 les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave une situation-shyproblegraveme dans laquelle ils comprennent qursquoil existe une contradiction entre leur conception de deacutepart sur les meacutelanges de couleurs (issue de leurs cadres de rationaliteacute familier et scolaire lsquorsquoart visuelrsquorsquo) et leurs observations (nouveau cadre lsquorsquophysiquersquorsquo) Crsquoest sur la base de ce conflit cognitif que les diffeacuterentes notions de la seacutequence pourront ecirctre abordeacutees Les autres conceptions sont mises en eacutevidence puis deacuteconstruites agrave travers les diffeacuterentes activiteacutes Par exemple les

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activiteacutes du chapitre 3 permettent de montrer que la lumiegravere blanche nrsquoest pas pure mais qursquoelle est composeacutee de toutes les couleurs et ce gracircce agrave lrsquoobservation des objets agrave la lumiegravere blanche puis agrave travers un filtre

De plus lrsquoactiviteacute 3 srsquoarticule autour drsquoune conception erroneacutee repeacutereacutee dans certaines classes Bon nombre drsquoeacutelegraveves eacutetaient persuadeacutes qursquoun filtre ne laissait pas passer les lumiegraveres de sa couleur propre car crsquoest la couleur dont est perccedilue le filtre Un conflit cognitif est alors provoqueacute afin de deacuteconstruire cette conception les eacutelegraveves observent que la lumiegravere coloreacutee nrsquoest pas absorbeacutee par le filtre mais qursquoelle se propage bien jusqursquoagrave lrsquoeacutecran blanc

En introduction de lrsquoactiviteacute 4 une nouvelle situation-shyproblegraveme est preacutesenteacutee par le biais drsquoune image montrant que la couleur drsquoun objet peut varier en fonction de la lumiegravere coloreacutee par laquelle il est eacuteclaireacute Elle servira agrave provoquer un conflit cognitif chez les eacutelegraveves car cette situation intervient apregraves une phase drsquohypothegravese reacutepondant agrave la question suivante un objet peut-shyil avoir diffeacuterentes couleurs La reacuteponse donneacutee par lrsquoimage contredira probablement lrsquohypothegravese preacuteceacutedemment formuleacutee et devrait susciter de la curiositeacute chez lrsquoeacutelegraveve et lui donner lrsquoenvie de comprendre le pheacutenomegravene Nous deacutemontrons ensuite tout au long de lrsquoactiviteacute 4 sur les lumiegraveres coloreacutees que crsquoest le pheacutenomegravene drsquoabsorption et de reacuteflection de la lumiegravere qui nous permet de voir la couleur des objets et non pas la lumiegravere blanche Crsquoest donc par le biais de ces deacuteconstructions successives de conceptions que lrsquoenseignant peut guider les eacutelegraveves sur la voie de la reacutesolution du problegraveme de lrsquoorigine de ces contradictions dans le but drsquoeacutetablir le lien entre les diffeacuterents cadres de rationaliteacute

42 Modeacutelisation

421 Deacutefinition

Un modegravele est communeacutement deacutefini comme un objet ou un concept qui va permettre de repreacutesenter la reacutealiteacute de diffeacuterentes maniegraveres Bunge (1974) ou encore Martinand (1994) le deacutefinissent eacutegalement comme un moyen permettant de mettre en relation le monde theacuteorique avec le monde empirique Il peut ecirctre consideacutereacute en quelque sorte comme un monde intermeacutediaire ou une sorte de lunette conceptuelle (Halloun 2004) qui va permettre drsquoobserver des pheacutenomegravenes naturels Un modegravele ne constitue pas la reacutealiteacute mais la repreacutesente en simplifiant certains de ses aspects ce qui peut causer des conflits pour les repreacutesentations cognitives chez lrsquoeacutelegraveve

422 La modeacutelisation dans notre seacutequence Dans notre planification la modeacutelisation est centrale afin de conceptualiser des pheacutenomegravenes complexes comme la composition de la lumiegravere et la perception des couleurs Elle est lrsquooutil qui permet drsquoamener les eacutelegraveves agrave se faccedilonner une repreacutesentation de la deacutecomposition de la lumiegravere blanche de labsorption de la lumiegravere agrave travers les filtres et des synthegraveses additive et soustractive des couleurs

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De plus elle constitue un objectif de formation meacutethodologique qui va de pair avec toute formation scientifique Crsquoest pourquoi nous avons inclus la modeacutelisation dans les objectifs drsquoapprentissage Dans la terminologie du PER la modeacutelisation correspond agrave lrsquoobjectif geacuteneacuteral MSN37

bull MSN 1525 mdash Modeacuteliser des pheacutenomegravenes naturels techniques sociaux ou des situations matheacutematiques

bull en imaginant et en utilisant divers outils de repreacutesentation (codes scheacutemas graphiques tableauxhellip)

Lrsquoactiviteacute 2 propose aux eacutelegraveves de reporter les couleurs observeacutees sur trois cercles superposeacutes En les coloriant les eacutelegraveves reacutealisent en reacutealiteacute une forme simple de modeacutelisation par un diagramme de Venn de la synthegravese additive Il nous a sembleacute pertinent drsquointroduire ce scheacutema de cette maniegravere car ainsi les eacutelegraveves comprennent reacuteellement qursquoil correspond agrave la lumiegravere projeteacutee et superposeacutee sur un eacutecran En derniegravere partie drsquoactiviteacute les eacutelegraveves se familiarisent avec un logiciel de modeacutelisation de la synthegravese additive 3

Lrsquoutilisation drsquoun modegravele dans ce cas est indispensable pour des raisons pratiques Il serait en effet tregraves difficile de faire des observations similaires avec un dispositif reacuteel constitueacute de projecteurs et drsquoun eacutecran comme dans la premiegravere partie drsquoactiviteacute Nous avons veilleacute agrave choisir un logiciel simple drsquousage sur lequel seules deux manipulations sont possibles allumereacuteteindre les projecteurs et varier leurs intensiteacutes Ainsi il est possible pour les eacutelegraveves de faire rapidement et sans difficulteacutes de lrsquoordre du registre seacutemiotique la deacuteduction attendue les diffeacuterentes couleurs srsquoobtiennent par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

Dans lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves sont ameneacutes agrave modeacuteliser lrsquoeffet drsquoun filtre sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee Ils ancrent ainsi le fonctionnement drsquoun filtre dans leur apprentissage et deacuteveloppent une meacutethodologie systeacutematique dans la reacutesolution de problegravemes mettant en scegravene des filtres Gracircce au modegravele deacuteveloppeacute les eacutelegraveves deacuteconstruisent deacutefinitivement leur eacuteventuelle conception erroneacutee selon laquelle un filtre absorberait sa propre couleur Lrsquoactiviteacute 43 a pour but que les eacutelegraveves modeacutelisent les pheacutenomegravenes de reacutefraction et drsquoabsorption en justifiant leur reacuteponse par un modegravele de reacuteponse Ce dernier comprend les couleurs RVB qui se reflegravetent ou qui sont absorbeacutees par une surface Ainsi lrsquoeacutelegraveve peut trouver une meacutethode systeacutematique de reacuteponse en testant les diffeacuterentes couleurs Gracircce agrave cette modeacutelisation et agrave celle de lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves comprennent que les fonctionnements des filtres et des lumiegraveres coloreacutees sont fondeacutes sur le mecircme principe

3(httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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43 Deacutemarche expeacuterimentale

431 Deacutefinition Pour de Vecchi il est important de ne pas confondre les notions lieacutees agrave lrsquoexpeacuterimental qui sont les suivantes

-shy Une deacutemarche scientifique nrsquoest pas exclusive au domaine des sciences expeacuterimentales mais peut aussi ecirctre mobiliseacutee dans les sciences humaines socialeshellip Elle utilise drsquoautres outils que lrsquoexpeacuterimentale Toute recherche digne de ce nom est de nature scientifique

-shy La meacutethode expeacuterimentale eacutequivaut plutocirct agrave un plan agrave suivre un mode drsquoemploi ou agrave une marche agrave suivre qui suit un ordre strict que lrsquoon peut aussi appeler protocole Par exemple parmi les plus ceacutelegravebres protocoles nous retrouvons celui de Claude Bernard (1865) que lrsquoon abregravege par les initiales OHERIC qui correspondent agrave observation hypothegravese expeacuterience reacutesultats interpreacutetation et conclusion De maniegravere geacuteneacuterale il srsquoagit du protocole caricatural que lrsquoon emploie le plus souvent dans les salles de classes

-shy Une deacutemarche expeacuterimentale est une approche plus reacutealiste moins stricte et integravegre

une approche plus tacirctonnante Il nrsquoest pas constitueacute drsquoeacutetapes preacutedeacutetermineacutees et est donc moins affecteacutee par les directives de lrsquoenseignant Il peut donc laisser des liberteacutes dans la maniegravere de reacutesoudre le problegraveme

432 La deacutemarche expeacuterimentale dans notre seacutequence Dans notre seacutequence la meacutethode expeacuterimentale est preacutesente de maniegravere partielle du scheacutema caricatural OHERIC nous nous inteacuteressons en particulier aux phases drsquoobservation et drsquoeacutemission drsquohypothegraveses Crsquoest pourquoi nous parlons donc plutocirct de ldquodeacutemarche expeacuterimentalerdquo En effet tout au long des diffeacuterentes activiteacutes il est reacuteguliegraverement demandeacute aux eacutelegraveves de formuler une hypothegravese agrave partir de leurs connaissances au preacutealable puis de faire de nouvelles observations en contexte expeacuterimental Crsquoest sur la base de ces derniegraveres qursquoils pourront reacutealiser leurs deacuteductions sur le pheacutenomegravene en question et construire de nouvelles conceptions Dans lrsquoactiviteacute 2 ce type de deacutemarche est central pour la creacuteation de la premiegravere situation-shyproblegraveme Par la suite la deacutemarche permet de guider les eacutelegraveves dans le processus de deacuteduction du fonctionnement geacuteneacuteral des diffeacuterents pheacutenomegravenes Dans lrsquoactiviteacute 41 par exemple les pheacutenomegravenes agrave deacuteduire sont la synthegravese soustractive et le fonctionnement de la lumiegravere coloreacutee Lrsquoemploi drsquoobjets familiers permet un ancrage dans le quotidien

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Dans lrsquoactiviteacute 3 lrsquoeacutetude de lrsquoeffet des filtres constitue agrave son tour un deacutemarche expeacuterimentale En effet les eacutelegraveves doivent tout drsquoabord eacutemettre leurs hypothegraveses puis les veacuterifient par lrsquoexpeacuterimentation et ses reacutesultats provoquant probablement un conflit cognitif avant drsquoen conclure lrsquoeffet drsquoun filtre Dans lrsquoactiviteacute 42 nous retrouvons toujours le mecircme principe de deacutemarche expeacuterimentale Les eacutelegraveves formulent des hypothegraveses sur la couleur perccedilue de diffeacuterents mots coloreacutes eacuteclaireacutes par une lumiegravere coloreacutee puis les veacuterifient lors de la phase drsquoobservation La confrontation entre leurs attentes lieacutees agrave leurs conceptions et la reacutealiteacute creacutee le conflit cognitif rechercheacute

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5 Conclusion Pour seacutelectionner notre thegraveme et eacutelaborer notre seacutequence nous nous sommes fondeacutes sur les objectifs du PER et crsquoest sur lrsquooptique que notre choix srsquoest porteacute Le savoir savant auquel nous nous sommes reacutefeacutereacutes comprend principalement des concepts lieacutes agrave la lumiegravere tels que les photons les ondes eacutelectromagneacutetiques ainsi que les spectres drsquoeacutemission et drsquoabsorption Nous avons transposeacute ce savoir en un savoir enseignable par le biais drsquoun travail de contextualisation et de reacuteadaptation Nous avons eacuteteacute ameneacutes agrave remplacer des modegraveles scientifiques (par exemple les modegraveles de synthegraveses additive et soustractive) par des modegraveles accessibles agrave un niveau scolaire et agrave changer les conditions drsquoeacutemergence des problegravemes Ainsi notre travail de transposition consistait agrave montrer aux eacutelegraveves la partie eacutemergeacutee de lrsquoiceberg du concept de couleur le reacutesultat apparent plutocirct que lrsquoorigine eacutelectromagneacutetique Tout au long de la seacutequence et par le biais de situations-shyproblegravemes et de diffeacuterentes eacutetapes de reacutesolution des activiteacutes les eacutelegraveves ont eacuteteacute guideacutes dans le processus de construction de leur apprentissage En nous focalisant sur les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves nous avons eacutelaboreacute nos exercices de maniegravere agrave proposer des situations deacuteclenchantes afin de faciliter le transfert de la responsabiliteacute de la reacutesolution des problegravemes aux eacutelegraveves Cette derniegravere srsquoeffectue par des deacutemarches drsquoexpeacuterimentation mais surtout de modeacutelisation

Dans notre sceacutenario les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave deux types de donneacutees theacuteoriques et empiriques Drsquoune part ils ont agrave disposition deux theacuteories principales la premiegravere est que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs de lrsquoarc-shyen-shyciel tandis que la seconde deacutecrit l a maniegravere dont la couleur drsquoun objet deacutepend des couleurs qursquoil va absorber Drsquoautre part ils disposent de donneacutees empiriques qursquoils sont ameneacutes agrave reacutecolter en superposant des lumiegraveres de diffeacuterentes couleurs en meacutelangeant de la peinture et en projetant de la lumiegravere coloreacutee sur diffeacuterents objets coloreacutes Dans le cadre drsquoune deacutemarche drsquoexpeacuterimentation ils ont eacutemis des hypothegraveses observeacute manipuleacute du mateacuteriel utiliseacute des appliquettes en ligne et veacuterifieacute leurs reacutesultats Crsquoest ainsi les modegraveles que nous avons preacutesenteacutes et que les eacutelegraveves ont eacutelaboreacutes vont ecirctre des ponts qui vont relier le monde theacuteorique et le monde empirique Par ailleurs nous avons eacuteteacute attentifs agrave la seacutemiotique lors de nos choix des repreacutesentations utiliseacutees nous nous sommes reacutefeacutereacutes agrave la notion de registre seacutemiotique afin drsquoeacutelaborer des scheacutemas nrsquoengendrant pas de difficulteacutes de lecture chez les eacutelegraveves

Nous avons analyseacute lrsquoorigine des conceptions erroneacutees et avons remarqueacute qursquoelles eacutetaient principalement dues agrave des repreacutesentations concourantes engendreacutees par les diffeacuterents contextes et cadres de rationaliteacutes dans lesquelles les eacutelegraveves eacutevoluent Notre sceacutenario permet aux eacutelegraveves drsquoeacutetablir des liens entre ces diffeacuterents cadres et de construire une nouvelle repreacutesentation de la couleur celle drsquoun objet de la physique

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6 Bibliographie

Astolfi J Ginsburger-shyVogel Y amp Toussaint J (2008) Mots-shycleacutes de la didactique des sciences De Boeck Supeacuterieur Beaufils D Ramage M-shyJ DidaScO (2004) Simulation informatique et enseignement de la physique regards didactiques Universiteacute Paris-shySud Centre scientifique drsquoOrsay -shy 91405 Orsay Cedex Brahic A Grenier I ( 2008) Lumiegraveres deacutetoiles les couleurs invisibles Odile Jacob Brousseau G (1998) Glossaire de quelques concepts de la theacuteorie des situations didactiques en matheacutematiques DAEST-shy Faculteacute des Sciences de lHomme-shyUniversiteacute Victor Segalen Bordeaux 2 Bunge M (1975) Philosophie de la physique Paris France Editions du Seuil Chevallard Y amp Johsua M-shyA (1986) Transposition didactique  Du savoir savant au savoir enseigneacute -shy Un exemple drsquoanalyse de la transposition didactique Penseacutee sauvage Chevallard Y A du texte Chevallard Y A du texte Chevallard Y amp Johsua M-shyA A du texte (1991) La transposition didactique  du savoir savant au savoir enseigneacute Suivi de Un exemple de la transposition didactique ([2e eacuted revue et augm]) Yves Chevallard  Yves Chevallard et Marie-shyAlberte Johsua [texte imprimeacute] Retrieved October 19 2016 de Vecchi G (2006) Enseigner lrsquoexpeacuterimental en classe  Pour une veacuteritable eacuteducation scientifique Hachette Editions (p 221-shy229) de Vecchi G (2006) Enseigner lrsquoexpeacuterimental en classe  Pour une veacuteritable eacuteducation scientifique Hachette Editions (p 55 -shy65) de Saussure F (2005) Cours de linguistique geacuteneacuterale Arbres drsquoOr Develay M (1987) A propos de la transposition didactique en sciences biologiques Aster [ISSN 0297-shy9373] 1987 Ndeg 4 p 119 Duval R (1988) Eacutecarts seacutemantiques et coheacuterence matheacutematique introduction aux problegravemes de congruences in Annales de Didactique et de Sciences Cognitives de lIREM de Strasbourg Giordan A Girault Y et Clement P (1994) Conceptions et connaissance Peter Lang Halloun I A (2004) Modeling theory in science education Dordrecht Holland Kluwer Academic Publishers Kane J Sternheim M (1989) Cours QCM exemple et exercices corrigeacutes -shy 1er cycle Licence PCEM PCEP Physique 3egraveme eacutedition revue par Philipe Ghosez Maryse Hoebeke et Gabriel Llabreacutes DUNOD Lerouge A (1992) Repreacutesentation carteacutesienne rationaliteacute matheacutematique et rationaliteacute du quotidien chez des eacutelegraveves de collegravege Thegravese de doctorat Universiteacute Montpellier II Malafosse D Lerouge A Dusseau J-shyM (2000) Notions de registre et de cadre de rationaliteacute en inter-shydidactique des matheacutematiques et de la physiqu e Treacutema Martinand J-shyL (nd) Introduction agrave la modeacutelisation In Actes du seacuteminaire de didactique des disciplines technologiques Cachan (p 126ndash138)

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Meirieu P Avanzin Gi (1987) Apprendre oui mais comment Edition ESF Verret M (1975) Le temps des eacutetudes (Vols 1ndash2) Lille France Atelier Reproduction des thegraveses

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Page 37: Physique Optique Lescouleurs · Sciences naturelles Les couleurs 10 11 Harmos 1.Introduction Comme nous allons le détailler dans le chapitre 4, les conceptions erronées des élèves

Activiteacute 42

Marche agrave suivre

1 Eacutecris sur une feuille blanche le nom des 2 couleurs que ton enseignant te donne avec la peinture qui y correspond

2 Pendant que ces mots segravechent remplis les colonnes ldquocouleur du mot 1rdquo et ldquocouleur du mot 2rdquo et ldquocouleur de la feuillerdquo agrave la lumiegravere blanche

3 Formule tes hypothegraveses note-les au crayon agrave papier en petit 4 Eacuteclaire tes mots agrave lrsquo‛aide de lumiegraveres coloreacutees 5 Note tes observations

Lumiegravere coloreacutee

Couleur du mot 1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur du mot 2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur de la feuille helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Blanche

Rouge

Verte

Bleue

Magenta

Cyan

Jaune

Activiteacute 43

Tu observes un drapeau eacuteclaireacute par une lumiegravere blanche Puis tu observes ce mecircme drapeau eacuteclaireacute par deux lumiegraveres coloreacutees diffeacuterentes Trouve la lumiegravere coloreacutee utiliseacutee dans chaque cas et justifie ta reacuteponse par la modeacutelisation vue preacuteceacutedemment

Lumiegravere blanche Lumiegravere coloreacutee 1 Lumiegravere coloreacutee 2

De quelle couleur est la premiegravere lumiegravere coloreacutee ___________________________

Modeacutelisation 1

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________

Modeacutelisation 2

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 4 Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur (corrigeacute) Rappel

2 Nous pouvons reacutesumer la composition de la lumiegravere blanche aux 3 couleurs primaires le rouge le vert et le bleu Ce sont des couleurs qui ne peuvent pas ecirctre creacuteeacutees Ce sont elles qui composent les autres couleurs Crsquo‛est agrave dire qursquo‛en les meacutelangeant on peut obtenir les autres couleurs le cyan est composeacute du bleu et du vert le magenta est composeacute du bleu et du rouge et le jaune est composeacute du vert et du rouge

Theacuteorie

Le sujet que nous allons traiter aujourdrsquo‛hui concerne la couleur de lrsquo‛objet Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Formule une hypothegravese ____________________________________________ Projeter cette image elle napparaicirct pas dans le cours de lrsquo‛eacutelegraveve

Que retiens-tu de cette photo _______________________________________________________________ La lumiegravere coloreacutee qui est refleacuteteacutee par un objet correspond agrave la lumiegravere non absorbeacutee

Ici toutes les lumiegraveres coloreacutees sont absorbeacutees sauf le bleu qui lui est refleacuteteacute La couleur propre de lrsquo‛objet sera le bleu

En effet un objet absorbe ou reflegravete diffeacuterentes lumiegraveres coloreacutees Crsquo‛est cette lumiegravere coloreacutee refleacuteteacutee que nous verrons

Activiteacute 41

Reacuteponds agrave ces diffeacuterentes questions dans le tableau ci-dessous De quelle couleur penses-tu que tu verras cet objet Confronte ton ideacutee avec ton voisin De quelle couleur le vois-tu reacuteellement

Couleur de lrsquo‛objet

Couleur de la lumiegravere

Hypothegravese formuleacutee

Observation

rouge Magenta (rouge)

cyan Vert (vert)

jaune Bleu (noir)

Par quel pheacutenomegravene peut-on observer ce changement de couleur ___________________________________ (synthegravese soustractive)

Quelle deacuteductions peux-tu faire (fonctionne comme un filtre) _________________________________________________________________

Activiteacute 42

Marche agrave suivre

6 Eacutecris sur une feuille blanche le nom des 2 couleurs que ton enseignant te donne avec la peinture qui y correspond

7 Pendant que ces mots segravechent remplis les colonnes ldquocouleur du mot 1rdquo et ldquocouleur du mot 2rdquo et ldquocouleur de la feuillerdquo agrave la lumiegravere blanche

8 Formule tes hypothegraveses note-les au crayon agrave papier en petit 9 Eacuteclaire tes mots agrave lrsquo‛aide de lumiegraveres coloreacutees 10 Note tes observations

Lumiegravere coloreacutee

Couleur du mot 1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur du mot 2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur de la feuille helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Blanche

Rouge

Verte

Bleue

Magenta

Cyan

Jaune

Activiteacute 43

Tu observes un drapeau eacuteclaireacute par une lumiegravere blanche Puis tu observes ce mecircme drapeau eacuteclaireacute par deux lumiegraveres coloreacutees diffeacuterentes Trouve la lumiegravere coloreacutee utiliseacutee dans chaque cas et justifie ta reacuteponse par la modeacutelisation vue preacuteceacutedemment

Lumiegravere blanche Lumiegravere coloreacutee 1 Lumiegravere coloreacutee 2

De quelle couleur est la premiegravere lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Bleu)

Modeacutelisation 1

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Vert)

Modeacutelisation 2

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Fiches de synthegravese Les couleurs Activiteacute 2 Reacutesumeacute theacuteorique pour les eacutelegraveves Le modegravele trichromique et la synthegravese additive des couleurs La couleur nrsquo‛existe pas sans lumiegravere et lrsquo‛on peut dire que lrsquo‛on perccediloit le monde gracircce aux meacutelanges de ces couleurs qui correspondent aux diffeacuterentes composantes de la lumiegravere Lorsque lrsquo‛on parle de la perception des couleurs on srsquo‛aperccediloit que seules trois lumiegraveres primaires de couleurs rouge vert et bleu sont neacutecessaires pour obtenir la sensation de toutes les autres couleurs Cette maniegravere de modeacuteliser la perception des couleurs est ce qursquo‛on appelle le modegravele trichromique (lsquorsquo‛trois couleursrsquo‛rsquo‛) Dans cette repreacutesentation toutes les autres lumiegraveres coloreacutees sont perccedilues par superposition des trois lumiegraveres rouge verte et bleue La superposition simultaneacutee et en dosage identique des trois couleurs donne de la lumiegravere blanche Le noir correspond agrave une absence de lumiegravere

Illustration du modegravele

Image MER

Lrsquo‛image montre trois projecteurs de lumiegraveres rouge verte et bleue eacuteclairant une table blanche Si les trois couleurs sont projeteacutees en intensiteacute identique nous obtenons par superposition trois autres couleurs le cyan le magenta et le jaune Les couleurs primaires et les couleurs obtenues sont codeacutees sur lrsquo‛image puis reacutecapituleacutees dans le tableau ci-dessous

Image MER

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Si nous modifions le dosage des couleurs eacuteleacutementaires il est possible drsquo‛obtenir toutes les couleurs imaginables Le pheacutenomegravene de perception des couleurs par superposition des trois couleurs primaires se nomme synthegravese additive les couleurs sont additionneacutees entre elles pour permettre la synthegravese drsquo‛autres couleurs

Drsquo‛ailleurs si lrsquo‛on observe au microscope un eacutecran blanc de smartphone ou drsquo‛ordinateur on remarque qursquo‛il est en fait constitueacute drsquo‛un grand nombre de minuscules rectangles de lumiegraveres rouge verte et bleue (voir image ci-contre) Crsquo‛est justement par un jeu de dosage de chacune de ces lumiegraveres que lrsquo‛on perccediloit les diffeacuterentes couleurs sur nos eacutecrans

Pourquoi un modegravele sur trois couleurs La raison pour laquelle les scientifiques ont construit ce modegravele sur trois couleurs est directement lieacutee agrave la structure de notre œil En effet ce dernier contient des cellules sensibles agrave la lumiegravere que lrsquo‛on appelle cocircnes et bacirctonnets Alors que les bacirctonnets perccediloivent les intensiteacutes de lumiegravere les cocircnes nous permettent de percevoir les couleurs Cependant ils ne sont sensibles qursquo‛agrave certaines composantes de la lumiegravere blanche celles correspondant justement aux couleurs rouge vert et bleu Lorsque lrsquo‛on regarde un objet notre cerveau analyse le dosage de chacune de ces composantes perccedilues par notre œil et en interpregravete ainsi la couleur de lrsquo‛objet

Qursquo‛est-ce que le daltonisme Certaines personnes preacutesentent une anomalie de la vision qui les empecircche de distinguer certaines couleurs Drsquo‛origine geacuteneacutetique ce trouble est ducirc agrave un dysfonctionnement des cocircnes preacutesents dans la reacutetine Bien que la plupart des personnes daltoniennes aient de la peine agrave distinguer le vert du rouge drsquo‛autres ne distinguent pas drsquo‛autres couleurs Dans certaines formes de daltonisme le monde est perccedilu par la personne atteinte en teintes de gris

Sciences naturelles Optique synthegravese soustractive et additive

La synthegravese additive est le proceacutedeacute gracircce

auquel en combinant les couleurs

___________ ___________ et ___________

on obtient du blanc

On la retrouve lorsque lrsquoon meacutelange des

lumiegraveres coloreacutees composeacutees de ces 3 couleurs

diffeacuterentes car les laquo additionner raquo donne la

lumiegravere blanche

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon exploite aujourdrsquohui

pour les teacuteleacuteviseurs ou tout eacutecran composeacute de

pixels

La synthegravese soustractive consiste agrave soustraire

les couleurs de la lumiegravere blanche (RVB) agrave

travers des filtres de couleurs ___________

___________ et ___________ qui absorbent la

totaliteacute des couleurs de la lumiegravere blanche pour

un rendu noir au final (absence de lumiegravere)

Lrsquo __________________ des 3 couleurs donne

le ____________

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon retrouve par exemple en

meacutelangeant de la peinture notamment en

imprimerie

Sciences naturelles Optique les filtres

Qursquoest-shyce qursquoun filtre coloreacute et comment fonctionne-shyt-shyil

Un filtre est un dispositif qui permet de filtrer la lumiegravere de laisser passer certains rayons

lumineux et drsquoen absorber drsquoautres

Pour savoir quelles lumiegravere coloreacutees le filtre laisse passer il faut lrsquoobserver agrave la lumiegravere

blanche

Le filtre laissera alors passer uniquement les rayons lumineux de sa couleur propre

Par exemple

Un filtre vert laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee verte

Un filtre magenta laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee magenta crsquoest agrave dire les rayons rouge et bleu

Pour connaicirctre la lumiegravere coloreacutee qui ldquosortrdquo du filtre il faut donc

deacutecomposer la lumiegravere qui arrive sur ce filtre et en soustraire les

rayons qui sont absorbeacutes par le filtre On se reacutefegravere alors au modegravele de

la synthegravese soustractive

Image httpswww123couleursfrboutique-shy1filtres-shycolorC3A9s

Tableau reacutecapitulatif

Sciences naturelles Optique les filtres

Modeacutelisation

Nous pouvons modeacuteliser lrsquoaction drsquoun filtre

1 Noter la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur le filtre

2 Deacutecomposer la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur filtre et la coder (en RVB)

3 Repreacutesenter le filtre et coder les rayons absorbeacutes par le filtre 4 Prolonger les rayons lumineux coloreacutes que le filtre laisse passer et les coder (en RVB)

5 Noter la lumiegravere coloreacutee qui sort du filtre

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre magenta sur la lumiegravere blanche

Lorsque plusieurs filtres sont superposeacutes ou aligneacutes il faut modeacuteliser lrsquoaction du premier filtre

sur la lumiegravere projeteacutee puis lrsquoaction du deuxiegraveme filtre sur la lumiegravere qui sort du premier filtre

etc

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre cyan puis drsquoun filtre vert sur la lumiegravere jaune

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

De quelle couleur apparaicirctra un objet de couleur eacuteclaireacute par une lumiegravere coloreacutee

Il y 3 cas

1) Un objet de couleur blanche renvoie toutes les couleurs il apparaicirctra de la couleur eacuteclaireacutee

2) Un objet de couleur noire absorbe toutes les couleurs Peu importe la couleur avec laquelle

lrsquoobjet est eacuteclaireacute lrsquoobjet apparaicirct de couleur noire

3) Pour un objet de couleur il suffit de deacutecomposer les couleurs secondaires par exemple

Jrsquoai un objet jaune

Je lui projette une lumiegravere magenta

Or jaune = rouge + vert

et magenta = bleu + rouge

Le rouge est commun au jaune et au magenta donc lrsquoobjet paraicirctra rouge

En revanche si la lumiegravere est bleue comme il nrsquoy a pas de bleu dans le jaune lrsquoobjet paraicirctra

noir

1

Tableau reacutecapitulatif

1 httpscommunitygoodgamestudioscombigfarmfrdiscussion51685langage-shy‐des-shy‐couleurs

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

Modegravele de reacuteponse

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

______

______

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

______

______

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation avec propositions

de reacuteponses)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

(rouge vert bleu Nous percevons les diffeacuterentes couleurs agrave partir de ces trois couleurs) ________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

(Explication relative aux cocircnes et bacirctonnets de lrsquo‛oeil)

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Corrigeacute vert bleu blanc cyan

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________ (vert)

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________ (bleu)

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________ (aucunenoir)

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

(selon modegravele eacutetudieacute)

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

(les deux selon que lrsquo‛on parle de synthegravese additive ou soustractive)

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

Bleu

______

Bleu

______

Noir

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________ (lumiegravere rouge)

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

Noir

______

Rouge

______

Rouge

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

(Bleu)

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

(selon modegravele eacutetudieacute)

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

(Explication citant la synthegravese soustractive et lrsquo‛effet des lumiegraveres coloreacutees

concerneacutees sur le haut du cambrioleur)

Evaluation - Analyse

Ce commentaire comprend les diffeacuterents objectifs eacutevalueacutes ainsi que ce qui est attendu

preacuteciseacutement des eacutelegraveves et les niveaux taxonomiques correspondants

Ce sont des pistes drsquo‛eacutevaluation qui sont ici proposeacutees non une eacutevaluation suivie

Exercice 1

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- Mettre en lien des notions theacuteoriques apprises en cours (cocircnes et

bacirctonnets de lrsquo‛oeil) avec drsquo‛autres (synthegravese additive)

Lrsquo‛eacutevaluation deacutebute par deux questions au niveau taxonomique peu eacuteleveacute La

premiegravere de lrsquo‛ordre de la compreacutehension demande aux eacutelegraveves de restituer une

connaissance de base agrave lrsquo‛aide de leurs propres mots La deuxiegraveme propose de

tester les connaissances theacuteoriques des eacutelegraveves en veacuterifiant que des liens entre

deux notions aient eacuteteacute faits

Exercice 2

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutedire la couleur perccedilue en fonction des meacutelanges de couleurs RVB

- deacutechiffrer un scheacutema et les codes de la repreacutesentation de la trajectoire

des lumiegraveres coloreacutees

Le deuxiegraveme exercice relegraveve du niveau taxonomique de lrsquo‛application car il

neacutecessite une compreacutehension de la maniegravere de repreacutesenter la lumiegravere (scheacutema de

la trajectoire rectiligne codes de couleurs RVB) et drsquo‛appliquer ce modegravele tout en

utilisant les connaissances des couleurs fondamentales et compleacutementaires de la

synthegravese additive

Exercice 3

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet drsquo‛un filtre sur une lumiegravere coloreacutee agrave lrsquo‛aide des codes

propres agrave lrsquo‛optique

Lrsquo‛exercice 3 relegraveve de lrsquo‛application car les eacutelegraveves se reacutefegraverent agrave la modeacutelisation

eacutetablie durant le cours et au diagramme de Venn de la synthegravese soustractive et

les adaptent aux items preacutesenteacutes

Exercice 4

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- mettre en perspective la distinction entre synthegravese additive et

soustractive en terme de lsquorsquo‛naturersquo‛rsquo‛ de la couleur (couleurs matiegraveres vs

couleurs lumiegraveres)

Cet exercice requiert des eacutelegraveves qursquo‛ils mobilisent leur faculteacute drsquo‛analyse (niveau

taxonomique plutocirct eacuteleveacute) pour expliquer les diffeacuterences entre les

repreacutesentations de la couleur en arts visuels et en physique Le but est qursquo‛ils

reconnaissent qursquo‛il srsquo‛agit dans le premier cas de la synthegravese soustractive et dans

le second cas de la synthegravese additive

Exercice 5

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutevoir la couleur perccedilue drsquo‛un objet en fonction des lumiegraveres coloreacutees

projeteacutees et coder le pheacutenomegravene

Les eacutelegraveves appliquent la modeacutelisation drsquo‛une lumiegravere coloreacutee sur un objet coloreacute

pour deacuteterminer la couleur perccedilue du drapeau franccedilais Cette question fait

reacutefeacuterence agrave un niveau taxonomique bas Puis ils trouvent la lumiegravere coloreacutee qui

permet de voir les deux drapeaux preacutesenteacutes de la mecircme couleur Ils trouveront

cette reacuteponse en modeacutelisant les lumiegraveres coloreacutees sur lrsquo‛objet de couleur

Plusieurs scheacutemas sont neacutecessaires pour trouver la reacuteponse Crsquo‛est une question

taxonomiquement haute qui demande aux eacutelegraveves de faire une synthegravese

Exercice 6

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet de la lumiegravere coloreacutee sur un objet et en deacuteduire la

couleur perccedilue

- justifier sa reacuteponse avec des mots en faisant la synthegravese des diffeacuterents

concepts vus dans la seacutequence de cours

Les eacutelegraveves doivent comprendre ce qursquo‛ils lisent et deacuteterminer la couleur propre du

haut du cambrioleur Cette question est taxonomiquement haute elle demande de

lrsquo‛analyse Puis ils justifient leur reacuteponse par le modegravele de lrsquo‛effet de la lumiegravere

coloreacutee sur un objet Cette question est drsquo‛un niveau taxonomique infeacuterieur

drsquo‛application Finalement ils deacuteterminent pourquoi la description de la jeune fille

ne correspond pas agrave la couleur propre en faisant le lien avec la synthegravese

soustractive demandant un niveau taxonomiquement tregraves eacuteleveacute la synthegravese

Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

4 Argumentation scientifique Nous avons choisi de construire notre seacutequence de cours de maniegravere agrave ce qursquoelle srsquoinscrive dans une deacutemarche constructiviste de type piageacutetienne Dans cette deacutemarche lrsquoenseignant anticipe les conceptions erroneacutees que les eacutelegraveves peuvent avoir puis eacutetablit une situation-shyproblegraveme permettant ideacutealement de deacuteconstruire ces repreacutesentations incomplegravetes puis finalement drsquoen construire de nouvelles plus justes Dans ce qui suit nous allons deacutefinir ces diffeacuterents concepts mis en eacutevidence puis expliciter la maniegravere dont nous les avons pris en compte dans notre planification

41 Les conceptions des eacutelegraveves et les situations-shyproblegravemes

411 Deacutefinitions Conception Selon Giordan et al (1994) une conception ou repreacutesentation peut ecirctre consideacutereacutee comme une ideacutee un objet ou un eacutevegravenement qui aide lrsquoeacutelegraveve agrave comprendre le monde qui lrsquoentoure Elle est le fruit de son expeacuterience personnelle dans laquelle il va puiser pour comprendre les nouveaux savoirs que lrsquoon va chercher agrave lui inculquer Elle peut ecirctre consideacutereacutee comme une connaissance ldquodeacutejagrave-shylagraverdquo acquise dans un certain contexte par lrsquoapprenant et qui peut ecirctre correcte ou erroneacutee Les mauvaises conceptions (ou misconception en anglais) peuvent donc ecirctre deacutecrites comme des ideacutees qui proviennent drsquoune mauvaise compreacutehension drsquoobjets ou eacutevegravenements Elles sont issues principalement de lrsquoenvironnement avec lequel lrsquoeacutelegraveve interagit et du contexte dans lequel il se situe mais elles deacutecoulent eacutegalement des systegravemes seacutemiotiques mis en oeuvre Ces derniers sont abordeacutes plus en deacutetail dans ce qui suit Seacutemiologie En seacutemiologie (lrsquoeacutetude des systegravemes de signes) une repreacutesentation (ou un signe) est double elle est doteacutee drsquoun signifiant et drsquoun signifieacute (de Saussure 1916) Le signifiant qui fait lrsquoobjet de la seacutemiologie deacutesigne la forme et laspect du signe tandis que le signifieacute eacutetudieacute dans le cadre de la seacutemantique deacutesigne le concept eacutevoqueacute par le signe A partir du moment ougrave le signe possegravede plusieurs signifieacutes il devient symbole et crsquoest ainsi que les incompreacutehensions peuvent survenir Selon R Duval (1995) le concept de laquo registre seacutemiotique raquo permet de distinguer les repreacutesentations qui relegravevent de diffeacuterents registres ou types visuels numeacuteriques graphiques symboliques formels scheacutematiques etc En didactique ce concept est fondamental car les diffeacuterences de registre au sein drsquoune mecircme repreacutesentation ou drsquoun

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

modegravele peut induire des difficulteacutes de lecture Ils risquent drsquoajouter des difficulteacutes suppleacutementaires en empecircchant les eacutelegraveves de se focaliser sur le problegraveme poseacute par lrsquoactiviteacute et les menant agrave formuler des conclusions diffeacuterentes de celles attendues par lrsquoenseignant Crsquoest pour cela qursquoun choix pertinent de registre seacutemiotique facilite la compreacutehension du concept introduit Dans notre cours un exemple typique que nous pouvons donner est la forte ressemblance des diagrammes de Venn pour les synthegraveses additive et soustractive Dans les deux modegraveles les diagrammes sont communeacutement scheacutematiseacutes sous forme circulaire De plus bien que inverseacutees au niveau de leurs superpositions les mecircmes couleurs sont repreacutesenteacutees dans les deux diagrammes Ces similitudes peuvent rendre la diffeacuterenciation complexe pour les eacutelegraveves Crsquoest pourquoi nous avons estimeacute important drsquoapporter un changement agrave la repreacutesentation de ces diagrammes Ainsi dans lrsquoune de nos fiches de synthegravese nous avons preacutefeacutereacute utiliser des formes rectangulaires plutocirct que circulaires pour repreacutesenter la synthegravese soustractive car cette forme eacutevoque plus fortement le filtre et ainsi lrsquoabsorption de la lumiegravere Cadre de rationaliteacute origine des conceptions En srsquoappuyant sur les travaux de R Douady (1984) A Lerouge (1992) deacutefinit laquo un cadre de rationaliteacuteraquo comme laquoun ensemble coheacuterent de fonctionnement de la penseacuteeraquo caracteacuteriseacute principalement par les composantes suivantes

1 Les objets du cadre dans notre cas il peut srsquoagir de peinture de feuille de papier de lampes de poche de filtres etc

2 Le type de processus de conceptualisation Dans un cadre scientifique il peut srsquoagir drsquoun processus par modeacutelisation ou par expeacuterimentation par exemple

3 Les registres seacutemiotiques que nous avons traiteacutes plus haut Les conceptions des eacutelegraveves et les conflits de perceptions en reacutesultant sont issus des diffeacuterents cadres de rationaliteacute dans lesquels ils eacutevoluent Ce sont les cadres familiers (personnel) et culturels (eacutecole) qui sont responsable de ces conceptions et repreacutesentations mentales tantocirct concourantes tantocirct inexistantes voire erroneacutees Elles se manifestent principalement agrave travers la seacutemiotique Les eacutelegraveves eacuteprouvent de la difficulteacute agrave repreacutesenter des objets issus de registres seacutemiotiques diffeacuterents ou encore agrave simplement les reconnaicirctre Dans le contexte de notre seacutequence sur les couleurs ces cadres de rationaliteacute sont centraux En effet crsquoest dans son quotidien et donc dans son cadre familier que lrsquoeacutelegraveve va deacutecouvrir la notion de couleur notamment par le biais de la peinture ou drsquoobservation drsquoarc-shyen-shyciel Cette deacutecouverte qui a souvent lieu tregraves tocirct dans la vie de lrsquoenfant ne fera pourtant pas pour autant lrsquoobjet de questionnement sur le pheacutenomegravene de perception des couleurs La notion de cadre culturel ou scolaire quand agrave elle peut ecirctre eacutetendue dans notre cas agrave deux sous-shycateacutegories de cadres culturels diffeacuterents qui vont ecirctre agrave lrsquoorigine de conceptions erroneacutees ou incomplegravetes Premiegraverement il y a le cadre que nous appelons laquo arts visuelsraquo et qui a ses propres regravegles de rationaliteacutes Les cours de dessin ou drsquoactiviteacutes creacuteatrices en sont de parfaits exemples car crsquoest dans ce cadre que les eacutelegraveves vont premiegraverement aborder la

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

theacutematique des couleurs primaires et de leurs meacutelanges Mais cette theacutematique est eacutegalement abordeacutee dans le cadre laquophysiqueraquo agrave travers les expeacuteriences de deacutecomposition de la lumiegravere ou de superposition de lumiegraveres coloreacutees Ainsi nous retrouvons trois cadres de rationaliteacute concourants (familier physique arts visuels) dans lesquels les eacutelegraveves eacutevoluent et qui engendrent indubitablement des conceptions erroneacutees sur la lumiegravere et les couleurs puisque les eacutelegraveves ne sont pas ameneacutes agrave les diffeacuterencier dans chacun des cadres Et comme la communication entre les diffeacuterents cadres nrsquoest pas eacutetablie le lien agrave faire entre les diffeacuterentes conceptions issues de ces cadres est agrave la charge de lrsquoeacutelegraveve ce qui repreacutesente une lourde responsabiliteacute dans son apprentissage Astolfi (2008) appelle eacutegalement ces conceptions issues de diffeacuterents cadres des ldquotrames conceptuelles rdquoqui peuvent ecirctre deacutefinies comme ldquoun ensemble de concepts-shycleacutes propres agrave un domaine et logiquement hieacuterarchiseacutes entre eux qui structurent les disciplines et engendrent des situations-shyproblegravemesrdquo Mais encore on verra eacutemerger des problegravemes de contrat didactique dans chacun des cadres lrsquoeacutelegraveve va tenter de donner une reacuteponse qui va satisfaire lrsquoenseignant sans pour autant ecirctre ameneacute agrave confronter ses conceptions

Situation-shyproblegraveme Pour de Vecchi (2006) une situation-shyproblegraveme est une activiteacute qui consiste agrave mettre lrsquoeacutelegraveve dans une situation ougrave il va ecirctre ameneacute agrave eacutelaborer des strateacutegies de reacutesolution de problegraveme Lrsquoun des points cleacutes des situations-shyproblegravemes est qursquoelles eacutetablissent un lien eacutetroit entre les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves En drsquoautres termes une situation-shyproblegraveme est construite de telle sorte que les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave remettre en question des repreacutesentations actuelles qui srsquoavegraverent erroneacutees agrave les deacuteconstruire pour en construire de nouvelles Ainsi dans une deacutemarche de type constructiviste lrsquoeacutelegraveve construit son savoir en renversant ses anciennes conceptions Une situation-shyproblegraveme nrsquoest donc pas une deacutemarche ponctuelle dans laquelle lrsquoeacutelegraveve devra reacutesoudre une liste drsquoexercices teacuteleacuteguideacutee par lrsquoenseignant Ce qui justifie lrsquoefficaciteacute des situations problegravemes est qursquo laquoapprendreraquo ne consiste pas agrave cumuler les savoirs mais agrave en construire et agrave en deacuteconstruire

Une situation-shyproblegraveme doit comprendre plusieurs eacuteleacutements

-shy Un objectif-shyobstacle Pour Meirieu (1987) un objectif-shyobstacle est ldquoun objectif dont lrsquoacquisition permet au sujet de franchir un palier deacutecisif de progression en modifiant son systegraveme de repreacutesentation et en le faisant acceacuteder un niveau supeacuterieur de formulation rdquo Dans notre cas lrsquoeacutelegraveve pense que tous les meacutelanges de 3 couleurs primaires (de peinture ou de lumiegravere) vont donner le mecircme reacutesultat La distinction entre synthegraveses additive et soustractive nrsquoest pas connue des eacutelegraveves De plus projeter de la lumiegravere monochromatique sur un objet drsquoune certaine couleur ne donne pas toujours la mecircme couleur Lrsquoexemple avec le drapeau (activiteacute 4) est parlant

-shy Une situation centreacutee sur cet obstacle prenant en compte une deacutemarche expeacuterimentale ou une deacutemarche de modeacutelisation Dans notre cours les deux deacutemarches sont mises en oeuvre mais notre deacutemarche principale est la modeacutelisation Les eacutelegraveves vont effectivement ecirctre ameneacutes agrave eacutemettre des hypothegraveses manipuler reacutecolter des reacutesultats et les confronter agrave

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

leurs hypothegraveses mais il srsquoagit surtout drsquoune deacutemarche de modeacutelisation car les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave creacuteer des scheacutemas dans plusieurs exercices

-shy Une probleacutematisation et la deacutevolution on probleacutematise la conception erroneacutee en introduisant une situation-shyproblegraveme crsquoest-shyagrave-shydire qursquoon construit un problegraveme centreacute sur lrsquoobstacle La surprise face agrave une situation incoheacuterente va intriguer lrsquoeacutelegraveve exciter sa motivation et le pousser agrave vouloir srsquoimpliquer dans le problegraveme ce qui va aider sa deacutevolution Brousseau (1998) qualifie la notion de deacutevolution par le ldquo processus par lequel lenseignant parvient agrave placer leacutelegraveve comme simple actant dans une situation a-shydidactique (agrave modegravele non didactique) Il cherche par lagrave agrave ce que lrsquoaction de lrsquoeacutelegraveve ne soit produite et justifieacutee que par les neacutecessiteacutes du milieu et par ses connaissances et non par lrsquointerpreacutetation des proceacutedeacutes didactiques du professeurrdquo Pour enrocircler les eacutelegraveves et les aider agrave identifier la probleacutematique en met on place une situation deacuteclenchante Dans notre cas lrsquoexemple avec le meacutelange de peinture et de lumiegraveres coloreacutees est un parfait exemple de situation deacuteclenchante car les eacutelegraveves ne sattendent probablement pas par exemple agrave ce que le meacutelange de vert et bleu donne du cyan ou encore qursquoon perccediloive un citron noir lorsque lrsquoon projette de la lumiegravere bleue sur ce celui-shyci

412 La prise en compte des conceptions des eacutelegraveves dans notre seacutequence La theacutematique de la lumiegravere et des couleurs est complexe et comprend de nombreux concepts difficiles agrave assimiler En effet bon nombre de personnes ont des repreacutesentations erroneacutees qui peuvent rester profondeacutement ancreacutees Parmi les conceptions erroneacutees les plus communes on retrouve selon le site internet des MER

La lumiegravere blanche est sans couleur pure quand la lumiegravere blanche passe dans un prisme ou traverse un filtre de la couleur lui est ajouteacutee

La lumiegravere blanche nous permet de voir la vraie couleur des objets laquoMa feuille est blanche parce que je nai pas ajouteacute dautres couleurs agrave celle-shyciraquo

Les couleurs sont lieacutees agrave des proprieacuteteacutes de lrsquoobjet exclusivement sans reacutefeacuterence agrave la lumiegravere qui eacuteclaire lrsquoobjet Ne dit-shyon pas quun pull est rouge

Confusion entre les couleurs primaires en couleur peinture et en couleur lumiegravere

Dans notre planification nous avons anticipeacute ces conceptions et avons construit notre cours de maniegravere agrave ce qursquoelles soient mises en eacutevidence le plus tocirct possible afin de tenter de les deacuteconstruire agrave travers nos activiteacutes

Ainsi degraves deacutebut de lrsquoactiviteacute 2 les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave une situation-shyproblegraveme dans laquelle ils comprennent qursquoil existe une contradiction entre leur conception de deacutepart sur les meacutelanges de couleurs (issue de leurs cadres de rationaliteacute familier et scolaire lsquorsquoart visuelrsquorsquo) et leurs observations (nouveau cadre lsquorsquophysiquersquorsquo) Crsquoest sur la base de ce conflit cognitif que les diffeacuterentes notions de la seacutequence pourront ecirctre abordeacutees Les autres conceptions sont mises en eacutevidence puis deacuteconstruites agrave travers les diffeacuterentes activiteacutes Par exemple les

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

activiteacutes du chapitre 3 permettent de montrer que la lumiegravere blanche nrsquoest pas pure mais qursquoelle est composeacutee de toutes les couleurs et ce gracircce agrave lrsquoobservation des objets agrave la lumiegravere blanche puis agrave travers un filtre

De plus lrsquoactiviteacute 3 srsquoarticule autour drsquoune conception erroneacutee repeacutereacutee dans certaines classes Bon nombre drsquoeacutelegraveves eacutetaient persuadeacutes qursquoun filtre ne laissait pas passer les lumiegraveres de sa couleur propre car crsquoest la couleur dont est perccedilue le filtre Un conflit cognitif est alors provoqueacute afin de deacuteconstruire cette conception les eacutelegraveves observent que la lumiegravere coloreacutee nrsquoest pas absorbeacutee par le filtre mais qursquoelle se propage bien jusqursquoagrave lrsquoeacutecran blanc

En introduction de lrsquoactiviteacute 4 une nouvelle situation-shyproblegraveme est preacutesenteacutee par le biais drsquoune image montrant que la couleur drsquoun objet peut varier en fonction de la lumiegravere coloreacutee par laquelle il est eacuteclaireacute Elle servira agrave provoquer un conflit cognitif chez les eacutelegraveves car cette situation intervient apregraves une phase drsquohypothegravese reacutepondant agrave la question suivante un objet peut-shyil avoir diffeacuterentes couleurs La reacuteponse donneacutee par lrsquoimage contredira probablement lrsquohypothegravese preacuteceacutedemment formuleacutee et devrait susciter de la curiositeacute chez lrsquoeacutelegraveve et lui donner lrsquoenvie de comprendre le pheacutenomegravene Nous deacutemontrons ensuite tout au long de lrsquoactiviteacute 4 sur les lumiegraveres coloreacutees que crsquoest le pheacutenomegravene drsquoabsorption et de reacuteflection de la lumiegravere qui nous permet de voir la couleur des objets et non pas la lumiegravere blanche Crsquoest donc par le biais de ces deacuteconstructions successives de conceptions que lrsquoenseignant peut guider les eacutelegraveves sur la voie de la reacutesolution du problegraveme de lrsquoorigine de ces contradictions dans le but drsquoeacutetablir le lien entre les diffeacuterents cadres de rationaliteacute

42 Modeacutelisation

421 Deacutefinition

Un modegravele est communeacutement deacutefini comme un objet ou un concept qui va permettre de repreacutesenter la reacutealiteacute de diffeacuterentes maniegraveres Bunge (1974) ou encore Martinand (1994) le deacutefinissent eacutegalement comme un moyen permettant de mettre en relation le monde theacuteorique avec le monde empirique Il peut ecirctre consideacutereacute en quelque sorte comme un monde intermeacutediaire ou une sorte de lunette conceptuelle (Halloun 2004) qui va permettre drsquoobserver des pheacutenomegravenes naturels Un modegravele ne constitue pas la reacutealiteacute mais la repreacutesente en simplifiant certains de ses aspects ce qui peut causer des conflits pour les repreacutesentations cognitives chez lrsquoeacutelegraveve

422 La modeacutelisation dans notre seacutequence Dans notre planification la modeacutelisation est centrale afin de conceptualiser des pheacutenomegravenes complexes comme la composition de la lumiegravere et la perception des couleurs Elle est lrsquooutil qui permet drsquoamener les eacutelegraveves agrave se faccedilonner une repreacutesentation de la deacutecomposition de la lumiegravere blanche de labsorption de la lumiegravere agrave travers les filtres et des synthegraveses additive et soustractive des couleurs

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

De plus elle constitue un objectif de formation meacutethodologique qui va de pair avec toute formation scientifique Crsquoest pourquoi nous avons inclus la modeacutelisation dans les objectifs drsquoapprentissage Dans la terminologie du PER la modeacutelisation correspond agrave lrsquoobjectif geacuteneacuteral MSN37

bull MSN 1525 mdash Modeacuteliser des pheacutenomegravenes naturels techniques sociaux ou des situations matheacutematiques

bull en imaginant et en utilisant divers outils de repreacutesentation (codes scheacutemas graphiques tableauxhellip)

Lrsquoactiviteacute 2 propose aux eacutelegraveves de reporter les couleurs observeacutees sur trois cercles superposeacutes En les coloriant les eacutelegraveves reacutealisent en reacutealiteacute une forme simple de modeacutelisation par un diagramme de Venn de la synthegravese additive Il nous a sembleacute pertinent drsquointroduire ce scheacutema de cette maniegravere car ainsi les eacutelegraveves comprennent reacuteellement qursquoil correspond agrave la lumiegravere projeteacutee et superposeacutee sur un eacutecran En derniegravere partie drsquoactiviteacute les eacutelegraveves se familiarisent avec un logiciel de modeacutelisation de la synthegravese additive 3

Lrsquoutilisation drsquoun modegravele dans ce cas est indispensable pour des raisons pratiques Il serait en effet tregraves difficile de faire des observations similaires avec un dispositif reacuteel constitueacute de projecteurs et drsquoun eacutecran comme dans la premiegravere partie drsquoactiviteacute Nous avons veilleacute agrave choisir un logiciel simple drsquousage sur lequel seules deux manipulations sont possibles allumereacuteteindre les projecteurs et varier leurs intensiteacutes Ainsi il est possible pour les eacutelegraveves de faire rapidement et sans difficulteacutes de lrsquoordre du registre seacutemiotique la deacuteduction attendue les diffeacuterentes couleurs srsquoobtiennent par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

Dans lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves sont ameneacutes agrave modeacuteliser lrsquoeffet drsquoun filtre sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee Ils ancrent ainsi le fonctionnement drsquoun filtre dans leur apprentissage et deacuteveloppent une meacutethodologie systeacutematique dans la reacutesolution de problegravemes mettant en scegravene des filtres Gracircce au modegravele deacuteveloppeacute les eacutelegraveves deacuteconstruisent deacutefinitivement leur eacuteventuelle conception erroneacutee selon laquelle un filtre absorberait sa propre couleur Lrsquoactiviteacute 43 a pour but que les eacutelegraveves modeacutelisent les pheacutenomegravenes de reacutefraction et drsquoabsorption en justifiant leur reacuteponse par un modegravele de reacuteponse Ce dernier comprend les couleurs RVB qui se reflegravetent ou qui sont absorbeacutees par une surface Ainsi lrsquoeacutelegraveve peut trouver une meacutethode systeacutematique de reacuteponse en testant les diffeacuterentes couleurs Gracircce agrave cette modeacutelisation et agrave celle de lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves comprennent que les fonctionnements des filtres et des lumiegraveres coloreacutees sont fondeacutes sur le mecircme principe

3(httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

43 Deacutemarche expeacuterimentale

431 Deacutefinition Pour de Vecchi il est important de ne pas confondre les notions lieacutees agrave lrsquoexpeacuterimental qui sont les suivantes

-shy Une deacutemarche scientifique nrsquoest pas exclusive au domaine des sciences expeacuterimentales mais peut aussi ecirctre mobiliseacutee dans les sciences humaines socialeshellip Elle utilise drsquoautres outils que lrsquoexpeacuterimentale Toute recherche digne de ce nom est de nature scientifique

-shy La meacutethode expeacuterimentale eacutequivaut plutocirct agrave un plan agrave suivre un mode drsquoemploi ou agrave une marche agrave suivre qui suit un ordre strict que lrsquoon peut aussi appeler protocole Par exemple parmi les plus ceacutelegravebres protocoles nous retrouvons celui de Claude Bernard (1865) que lrsquoon abregravege par les initiales OHERIC qui correspondent agrave observation hypothegravese expeacuterience reacutesultats interpreacutetation et conclusion De maniegravere geacuteneacuterale il srsquoagit du protocole caricatural que lrsquoon emploie le plus souvent dans les salles de classes

-shy Une deacutemarche expeacuterimentale est une approche plus reacutealiste moins stricte et integravegre

une approche plus tacirctonnante Il nrsquoest pas constitueacute drsquoeacutetapes preacutedeacutetermineacutees et est donc moins affecteacutee par les directives de lrsquoenseignant Il peut donc laisser des liberteacutes dans la maniegravere de reacutesoudre le problegraveme

432 La deacutemarche expeacuterimentale dans notre seacutequence Dans notre seacutequence la meacutethode expeacuterimentale est preacutesente de maniegravere partielle du scheacutema caricatural OHERIC nous nous inteacuteressons en particulier aux phases drsquoobservation et drsquoeacutemission drsquohypothegraveses Crsquoest pourquoi nous parlons donc plutocirct de ldquodeacutemarche expeacuterimentalerdquo En effet tout au long des diffeacuterentes activiteacutes il est reacuteguliegraverement demandeacute aux eacutelegraveves de formuler une hypothegravese agrave partir de leurs connaissances au preacutealable puis de faire de nouvelles observations en contexte expeacuterimental Crsquoest sur la base de ces derniegraveres qursquoils pourront reacutealiser leurs deacuteductions sur le pheacutenomegravene en question et construire de nouvelles conceptions Dans lrsquoactiviteacute 2 ce type de deacutemarche est central pour la creacuteation de la premiegravere situation-shyproblegraveme Par la suite la deacutemarche permet de guider les eacutelegraveves dans le processus de deacuteduction du fonctionnement geacuteneacuteral des diffeacuterents pheacutenomegravenes Dans lrsquoactiviteacute 41 par exemple les pheacutenomegravenes agrave deacuteduire sont la synthegravese soustractive et le fonctionnement de la lumiegravere coloreacutee Lrsquoemploi drsquoobjets familiers permet un ancrage dans le quotidien

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Dans lrsquoactiviteacute 3 lrsquoeacutetude de lrsquoeffet des filtres constitue agrave son tour un deacutemarche expeacuterimentale En effet les eacutelegraveves doivent tout drsquoabord eacutemettre leurs hypothegraveses puis les veacuterifient par lrsquoexpeacuterimentation et ses reacutesultats provoquant probablement un conflit cognitif avant drsquoen conclure lrsquoeffet drsquoun filtre Dans lrsquoactiviteacute 42 nous retrouvons toujours le mecircme principe de deacutemarche expeacuterimentale Les eacutelegraveves formulent des hypothegraveses sur la couleur perccedilue de diffeacuterents mots coloreacutes eacuteclaireacutes par une lumiegravere coloreacutee puis les veacuterifient lors de la phase drsquoobservation La confrontation entre leurs attentes lieacutees agrave leurs conceptions et la reacutealiteacute creacutee le conflit cognitif rechercheacute

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

5 Conclusion Pour seacutelectionner notre thegraveme et eacutelaborer notre seacutequence nous nous sommes fondeacutes sur les objectifs du PER et crsquoest sur lrsquooptique que notre choix srsquoest porteacute Le savoir savant auquel nous nous sommes reacutefeacutereacutes comprend principalement des concepts lieacutes agrave la lumiegravere tels que les photons les ondes eacutelectromagneacutetiques ainsi que les spectres drsquoeacutemission et drsquoabsorption Nous avons transposeacute ce savoir en un savoir enseignable par le biais drsquoun travail de contextualisation et de reacuteadaptation Nous avons eacuteteacute ameneacutes agrave remplacer des modegraveles scientifiques (par exemple les modegraveles de synthegraveses additive et soustractive) par des modegraveles accessibles agrave un niveau scolaire et agrave changer les conditions drsquoeacutemergence des problegravemes Ainsi notre travail de transposition consistait agrave montrer aux eacutelegraveves la partie eacutemergeacutee de lrsquoiceberg du concept de couleur le reacutesultat apparent plutocirct que lrsquoorigine eacutelectromagneacutetique Tout au long de la seacutequence et par le biais de situations-shyproblegravemes et de diffeacuterentes eacutetapes de reacutesolution des activiteacutes les eacutelegraveves ont eacuteteacute guideacutes dans le processus de construction de leur apprentissage En nous focalisant sur les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves nous avons eacutelaboreacute nos exercices de maniegravere agrave proposer des situations deacuteclenchantes afin de faciliter le transfert de la responsabiliteacute de la reacutesolution des problegravemes aux eacutelegraveves Cette derniegravere srsquoeffectue par des deacutemarches drsquoexpeacuterimentation mais surtout de modeacutelisation

Dans notre sceacutenario les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave deux types de donneacutees theacuteoriques et empiriques Drsquoune part ils ont agrave disposition deux theacuteories principales la premiegravere est que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs de lrsquoarc-shyen-shyciel tandis que la seconde deacutecrit l a maniegravere dont la couleur drsquoun objet deacutepend des couleurs qursquoil va absorber Drsquoautre part ils disposent de donneacutees empiriques qursquoils sont ameneacutes agrave reacutecolter en superposant des lumiegraveres de diffeacuterentes couleurs en meacutelangeant de la peinture et en projetant de la lumiegravere coloreacutee sur diffeacuterents objets coloreacutes Dans le cadre drsquoune deacutemarche drsquoexpeacuterimentation ils ont eacutemis des hypothegraveses observeacute manipuleacute du mateacuteriel utiliseacute des appliquettes en ligne et veacuterifieacute leurs reacutesultats Crsquoest ainsi les modegraveles que nous avons preacutesenteacutes et que les eacutelegraveves ont eacutelaboreacutes vont ecirctre des ponts qui vont relier le monde theacuteorique et le monde empirique Par ailleurs nous avons eacuteteacute attentifs agrave la seacutemiotique lors de nos choix des repreacutesentations utiliseacutees nous nous sommes reacutefeacutereacutes agrave la notion de registre seacutemiotique afin drsquoeacutelaborer des scheacutemas nrsquoengendrant pas de difficulteacutes de lecture chez les eacutelegraveves

Nous avons analyseacute lrsquoorigine des conceptions erroneacutees et avons remarqueacute qursquoelles eacutetaient principalement dues agrave des repreacutesentations concourantes engendreacutees par les diffeacuterents contextes et cadres de rationaliteacutes dans lesquelles les eacutelegraveves eacutevoluent Notre sceacutenario permet aux eacutelegraveves drsquoeacutetablir des liens entre ces diffeacuterents cadres et de construire une nouvelle repreacutesentation de la couleur celle drsquoun objet de la physique

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

6 Bibliographie

Astolfi J Ginsburger-shyVogel Y amp Toussaint J (2008) Mots-shycleacutes de la didactique des sciences De Boeck Supeacuterieur Beaufils D Ramage M-shyJ DidaScO (2004) Simulation informatique et enseignement de la physique regards didactiques Universiteacute Paris-shySud Centre scientifique drsquoOrsay -shy 91405 Orsay Cedex Brahic A Grenier I ( 2008) Lumiegraveres deacutetoiles les couleurs invisibles Odile Jacob Brousseau G (1998) Glossaire de quelques concepts de la theacuteorie des situations didactiques en matheacutematiques DAEST-shy Faculteacute des Sciences de lHomme-shyUniversiteacute Victor Segalen Bordeaux 2 Bunge M (1975) Philosophie de la physique Paris France Editions du Seuil Chevallard Y amp Johsua M-shyA (1986) Transposition didactique  Du savoir savant au savoir enseigneacute -shy Un exemple drsquoanalyse de la transposition didactique Penseacutee sauvage Chevallard Y A du texte Chevallard Y A du texte Chevallard Y amp Johsua M-shyA A du texte (1991) La transposition didactique  du savoir savant au savoir enseigneacute Suivi de Un exemple de la transposition didactique ([2e eacuted revue et augm]) Yves Chevallard  Yves Chevallard et Marie-shyAlberte Johsua [texte imprimeacute] Retrieved October 19 2016 de Vecchi G (2006) Enseigner lrsquoexpeacuterimental en classe  Pour une veacuteritable eacuteducation scientifique Hachette Editions (p 221-shy229) de Vecchi G (2006) Enseigner lrsquoexpeacuterimental en classe  Pour une veacuteritable eacuteducation scientifique Hachette Editions (p 55 -shy65) de Saussure F (2005) Cours de linguistique geacuteneacuterale Arbres drsquoOr Develay M (1987) A propos de la transposition didactique en sciences biologiques Aster [ISSN 0297-shy9373] 1987 Ndeg 4 p 119 Duval R (1988) Eacutecarts seacutemantiques et coheacuterence matheacutematique introduction aux problegravemes de congruences in Annales de Didactique et de Sciences Cognitives de lIREM de Strasbourg Giordan A Girault Y et Clement P (1994) Conceptions et connaissance Peter Lang Halloun I A (2004) Modeling theory in science education Dordrecht Holland Kluwer Academic Publishers Kane J Sternheim M (1989) Cours QCM exemple et exercices corrigeacutes -shy 1er cycle Licence PCEM PCEP Physique 3egraveme eacutedition revue par Philipe Ghosez Maryse Hoebeke et Gabriel Llabreacutes DUNOD Lerouge A (1992) Repreacutesentation carteacutesienne rationaliteacute matheacutematique et rationaliteacute du quotidien chez des eacutelegraveves de collegravege Thegravese de doctorat Universiteacute Montpellier II Malafosse D Lerouge A Dusseau J-shyM (2000) Notions de registre et de cadre de rationaliteacute en inter-shydidactique des matheacutematiques et de la physiqu e Treacutema Martinand J-shyL (nd) Introduction agrave la modeacutelisation In Actes du seacuteminaire de didactique des disciplines technologiques Cachan (p 126ndash138)

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Meirieu P Avanzin Gi (1987) Apprendre oui mais comment Edition ESF Verret M (1975) Le temps des eacutetudes (Vols 1ndash2) Lille France Atelier Reproduction des thegraveses

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Page 38: Physique Optique Lescouleurs · Sciences naturelles Les couleurs 10 11 Harmos 1.Introduction Comme nous allons le détailler dans le chapitre 4, les conceptions erronées des élèves

Activiteacute 43

Tu observes un drapeau eacuteclaireacute par une lumiegravere blanche Puis tu observes ce mecircme drapeau eacuteclaireacute par deux lumiegraveres coloreacutees diffeacuterentes Trouve la lumiegravere coloreacutee utiliseacutee dans chaque cas et justifie ta reacuteponse par la modeacutelisation vue preacuteceacutedemment

Lumiegravere blanche Lumiegravere coloreacutee 1 Lumiegravere coloreacutee 2

De quelle couleur est la premiegravere lumiegravere coloreacutee ___________________________

Modeacutelisation 1

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________

Modeacutelisation 2

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 4 Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur (corrigeacute) Rappel

2 Nous pouvons reacutesumer la composition de la lumiegravere blanche aux 3 couleurs primaires le rouge le vert et le bleu Ce sont des couleurs qui ne peuvent pas ecirctre creacuteeacutees Ce sont elles qui composent les autres couleurs Crsquo‛est agrave dire qursquo‛en les meacutelangeant on peut obtenir les autres couleurs le cyan est composeacute du bleu et du vert le magenta est composeacute du bleu et du rouge et le jaune est composeacute du vert et du rouge

Theacuteorie

Le sujet que nous allons traiter aujourdrsquo‛hui concerne la couleur de lrsquo‛objet Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Formule une hypothegravese ____________________________________________ Projeter cette image elle napparaicirct pas dans le cours de lrsquo‛eacutelegraveve

Que retiens-tu de cette photo _______________________________________________________________ La lumiegravere coloreacutee qui est refleacuteteacutee par un objet correspond agrave la lumiegravere non absorbeacutee

Ici toutes les lumiegraveres coloreacutees sont absorbeacutees sauf le bleu qui lui est refleacuteteacute La couleur propre de lrsquo‛objet sera le bleu

En effet un objet absorbe ou reflegravete diffeacuterentes lumiegraveres coloreacutees Crsquo‛est cette lumiegravere coloreacutee refleacuteteacutee que nous verrons

Activiteacute 41

Reacuteponds agrave ces diffeacuterentes questions dans le tableau ci-dessous De quelle couleur penses-tu que tu verras cet objet Confronte ton ideacutee avec ton voisin De quelle couleur le vois-tu reacuteellement

Couleur de lrsquo‛objet

Couleur de la lumiegravere

Hypothegravese formuleacutee

Observation

rouge Magenta (rouge)

cyan Vert (vert)

jaune Bleu (noir)

Par quel pheacutenomegravene peut-on observer ce changement de couleur ___________________________________ (synthegravese soustractive)

Quelle deacuteductions peux-tu faire (fonctionne comme un filtre) _________________________________________________________________

Activiteacute 42

Marche agrave suivre

6 Eacutecris sur une feuille blanche le nom des 2 couleurs que ton enseignant te donne avec la peinture qui y correspond

7 Pendant que ces mots segravechent remplis les colonnes ldquocouleur du mot 1rdquo et ldquocouleur du mot 2rdquo et ldquocouleur de la feuillerdquo agrave la lumiegravere blanche

8 Formule tes hypothegraveses note-les au crayon agrave papier en petit 9 Eacuteclaire tes mots agrave lrsquo‛aide de lumiegraveres coloreacutees 10 Note tes observations

Lumiegravere coloreacutee

Couleur du mot 1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur du mot 2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur de la feuille helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Blanche

Rouge

Verte

Bleue

Magenta

Cyan

Jaune

Activiteacute 43

Tu observes un drapeau eacuteclaireacute par une lumiegravere blanche Puis tu observes ce mecircme drapeau eacuteclaireacute par deux lumiegraveres coloreacutees diffeacuterentes Trouve la lumiegravere coloreacutee utiliseacutee dans chaque cas et justifie ta reacuteponse par la modeacutelisation vue preacuteceacutedemment

Lumiegravere blanche Lumiegravere coloreacutee 1 Lumiegravere coloreacutee 2

De quelle couleur est la premiegravere lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Bleu)

Modeacutelisation 1

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Vert)

Modeacutelisation 2

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Fiches de synthegravese Les couleurs Activiteacute 2 Reacutesumeacute theacuteorique pour les eacutelegraveves Le modegravele trichromique et la synthegravese additive des couleurs La couleur nrsquo‛existe pas sans lumiegravere et lrsquo‛on peut dire que lrsquo‛on perccediloit le monde gracircce aux meacutelanges de ces couleurs qui correspondent aux diffeacuterentes composantes de la lumiegravere Lorsque lrsquo‛on parle de la perception des couleurs on srsquo‛aperccediloit que seules trois lumiegraveres primaires de couleurs rouge vert et bleu sont neacutecessaires pour obtenir la sensation de toutes les autres couleurs Cette maniegravere de modeacuteliser la perception des couleurs est ce qursquo‛on appelle le modegravele trichromique (lsquorsquo‛trois couleursrsquo‛rsquo‛) Dans cette repreacutesentation toutes les autres lumiegraveres coloreacutees sont perccedilues par superposition des trois lumiegraveres rouge verte et bleue La superposition simultaneacutee et en dosage identique des trois couleurs donne de la lumiegravere blanche Le noir correspond agrave une absence de lumiegravere

Illustration du modegravele

Image MER

Lrsquo‛image montre trois projecteurs de lumiegraveres rouge verte et bleue eacuteclairant une table blanche Si les trois couleurs sont projeteacutees en intensiteacute identique nous obtenons par superposition trois autres couleurs le cyan le magenta et le jaune Les couleurs primaires et les couleurs obtenues sont codeacutees sur lrsquo‛image puis reacutecapituleacutees dans le tableau ci-dessous

Image MER

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Si nous modifions le dosage des couleurs eacuteleacutementaires il est possible drsquo‛obtenir toutes les couleurs imaginables Le pheacutenomegravene de perception des couleurs par superposition des trois couleurs primaires se nomme synthegravese additive les couleurs sont additionneacutees entre elles pour permettre la synthegravese drsquo‛autres couleurs

Drsquo‛ailleurs si lrsquo‛on observe au microscope un eacutecran blanc de smartphone ou drsquo‛ordinateur on remarque qursquo‛il est en fait constitueacute drsquo‛un grand nombre de minuscules rectangles de lumiegraveres rouge verte et bleue (voir image ci-contre) Crsquo‛est justement par un jeu de dosage de chacune de ces lumiegraveres que lrsquo‛on perccediloit les diffeacuterentes couleurs sur nos eacutecrans

Pourquoi un modegravele sur trois couleurs La raison pour laquelle les scientifiques ont construit ce modegravele sur trois couleurs est directement lieacutee agrave la structure de notre œil En effet ce dernier contient des cellules sensibles agrave la lumiegravere que lrsquo‛on appelle cocircnes et bacirctonnets Alors que les bacirctonnets perccediloivent les intensiteacutes de lumiegravere les cocircnes nous permettent de percevoir les couleurs Cependant ils ne sont sensibles qursquo‛agrave certaines composantes de la lumiegravere blanche celles correspondant justement aux couleurs rouge vert et bleu Lorsque lrsquo‛on regarde un objet notre cerveau analyse le dosage de chacune de ces composantes perccedilues par notre œil et en interpregravete ainsi la couleur de lrsquo‛objet

Qursquo‛est-ce que le daltonisme Certaines personnes preacutesentent une anomalie de la vision qui les empecircche de distinguer certaines couleurs Drsquo‛origine geacuteneacutetique ce trouble est ducirc agrave un dysfonctionnement des cocircnes preacutesents dans la reacutetine Bien que la plupart des personnes daltoniennes aient de la peine agrave distinguer le vert du rouge drsquo‛autres ne distinguent pas drsquo‛autres couleurs Dans certaines formes de daltonisme le monde est perccedilu par la personne atteinte en teintes de gris

Sciences naturelles Optique synthegravese soustractive et additive

La synthegravese additive est le proceacutedeacute gracircce

auquel en combinant les couleurs

___________ ___________ et ___________

on obtient du blanc

On la retrouve lorsque lrsquoon meacutelange des

lumiegraveres coloreacutees composeacutees de ces 3 couleurs

diffeacuterentes car les laquo additionner raquo donne la

lumiegravere blanche

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon exploite aujourdrsquohui

pour les teacuteleacuteviseurs ou tout eacutecran composeacute de

pixels

La synthegravese soustractive consiste agrave soustraire

les couleurs de la lumiegravere blanche (RVB) agrave

travers des filtres de couleurs ___________

___________ et ___________ qui absorbent la

totaliteacute des couleurs de la lumiegravere blanche pour

un rendu noir au final (absence de lumiegravere)

Lrsquo __________________ des 3 couleurs donne

le ____________

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon retrouve par exemple en

meacutelangeant de la peinture notamment en

imprimerie

Sciences naturelles Optique les filtres

Qursquoest-shyce qursquoun filtre coloreacute et comment fonctionne-shyt-shyil

Un filtre est un dispositif qui permet de filtrer la lumiegravere de laisser passer certains rayons

lumineux et drsquoen absorber drsquoautres

Pour savoir quelles lumiegravere coloreacutees le filtre laisse passer il faut lrsquoobserver agrave la lumiegravere

blanche

Le filtre laissera alors passer uniquement les rayons lumineux de sa couleur propre

Par exemple

Un filtre vert laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee verte

Un filtre magenta laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee magenta crsquoest agrave dire les rayons rouge et bleu

Pour connaicirctre la lumiegravere coloreacutee qui ldquosortrdquo du filtre il faut donc

deacutecomposer la lumiegravere qui arrive sur ce filtre et en soustraire les

rayons qui sont absorbeacutes par le filtre On se reacutefegravere alors au modegravele de

la synthegravese soustractive

Image httpswww123couleursfrboutique-shy1filtres-shycolorC3A9s

Tableau reacutecapitulatif

Sciences naturelles Optique les filtres

Modeacutelisation

Nous pouvons modeacuteliser lrsquoaction drsquoun filtre

1 Noter la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur le filtre

2 Deacutecomposer la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur filtre et la coder (en RVB)

3 Repreacutesenter le filtre et coder les rayons absorbeacutes par le filtre 4 Prolonger les rayons lumineux coloreacutes que le filtre laisse passer et les coder (en RVB)

5 Noter la lumiegravere coloreacutee qui sort du filtre

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre magenta sur la lumiegravere blanche

Lorsque plusieurs filtres sont superposeacutes ou aligneacutes il faut modeacuteliser lrsquoaction du premier filtre

sur la lumiegravere projeteacutee puis lrsquoaction du deuxiegraveme filtre sur la lumiegravere qui sort du premier filtre

etc

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre cyan puis drsquoun filtre vert sur la lumiegravere jaune

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

De quelle couleur apparaicirctra un objet de couleur eacuteclaireacute par une lumiegravere coloreacutee

Il y 3 cas

1) Un objet de couleur blanche renvoie toutes les couleurs il apparaicirctra de la couleur eacuteclaireacutee

2) Un objet de couleur noire absorbe toutes les couleurs Peu importe la couleur avec laquelle

lrsquoobjet est eacuteclaireacute lrsquoobjet apparaicirct de couleur noire

3) Pour un objet de couleur il suffit de deacutecomposer les couleurs secondaires par exemple

Jrsquoai un objet jaune

Je lui projette une lumiegravere magenta

Or jaune = rouge + vert

et magenta = bleu + rouge

Le rouge est commun au jaune et au magenta donc lrsquoobjet paraicirctra rouge

En revanche si la lumiegravere est bleue comme il nrsquoy a pas de bleu dans le jaune lrsquoobjet paraicirctra

noir

1

Tableau reacutecapitulatif

1 httpscommunitygoodgamestudioscombigfarmfrdiscussion51685langage-shy‐des-shy‐couleurs

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

Modegravele de reacuteponse

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

______

______

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

______

______

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation avec propositions

de reacuteponses)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

(rouge vert bleu Nous percevons les diffeacuterentes couleurs agrave partir de ces trois couleurs) ________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

(Explication relative aux cocircnes et bacirctonnets de lrsquo‛oeil)

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Corrigeacute vert bleu blanc cyan

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________ (vert)

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________ (bleu)

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________ (aucunenoir)

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

(selon modegravele eacutetudieacute)

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

(les deux selon que lrsquo‛on parle de synthegravese additive ou soustractive)

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

Bleu

______

Bleu

______

Noir

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________ (lumiegravere rouge)

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

Noir

______

Rouge

______

Rouge

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

(Bleu)

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

(selon modegravele eacutetudieacute)

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

(Explication citant la synthegravese soustractive et lrsquo‛effet des lumiegraveres coloreacutees

concerneacutees sur le haut du cambrioleur)

Evaluation - Analyse

Ce commentaire comprend les diffeacuterents objectifs eacutevalueacutes ainsi que ce qui est attendu

preacuteciseacutement des eacutelegraveves et les niveaux taxonomiques correspondants

Ce sont des pistes drsquo‛eacutevaluation qui sont ici proposeacutees non une eacutevaluation suivie

Exercice 1

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- Mettre en lien des notions theacuteoriques apprises en cours (cocircnes et

bacirctonnets de lrsquo‛oeil) avec drsquo‛autres (synthegravese additive)

Lrsquo‛eacutevaluation deacutebute par deux questions au niveau taxonomique peu eacuteleveacute La

premiegravere de lrsquo‛ordre de la compreacutehension demande aux eacutelegraveves de restituer une

connaissance de base agrave lrsquo‛aide de leurs propres mots La deuxiegraveme propose de

tester les connaissances theacuteoriques des eacutelegraveves en veacuterifiant que des liens entre

deux notions aient eacuteteacute faits

Exercice 2

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutedire la couleur perccedilue en fonction des meacutelanges de couleurs RVB

- deacutechiffrer un scheacutema et les codes de la repreacutesentation de la trajectoire

des lumiegraveres coloreacutees

Le deuxiegraveme exercice relegraveve du niveau taxonomique de lrsquo‛application car il

neacutecessite une compreacutehension de la maniegravere de repreacutesenter la lumiegravere (scheacutema de

la trajectoire rectiligne codes de couleurs RVB) et drsquo‛appliquer ce modegravele tout en

utilisant les connaissances des couleurs fondamentales et compleacutementaires de la

synthegravese additive

Exercice 3

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet drsquo‛un filtre sur une lumiegravere coloreacutee agrave lrsquo‛aide des codes

propres agrave lrsquo‛optique

Lrsquo‛exercice 3 relegraveve de lrsquo‛application car les eacutelegraveves se reacutefegraverent agrave la modeacutelisation

eacutetablie durant le cours et au diagramme de Venn de la synthegravese soustractive et

les adaptent aux items preacutesenteacutes

Exercice 4

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- mettre en perspective la distinction entre synthegravese additive et

soustractive en terme de lsquorsquo‛naturersquo‛rsquo‛ de la couleur (couleurs matiegraveres vs

couleurs lumiegraveres)

Cet exercice requiert des eacutelegraveves qursquo‛ils mobilisent leur faculteacute drsquo‛analyse (niveau

taxonomique plutocirct eacuteleveacute) pour expliquer les diffeacuterences entre les

repreacutesentations de la couleur en arts visuels et en physique Le but est qursquo‛ils

reconnaissent qursquo‛il srsquo‛agit dans le premier cas de la synthegravese soustractive et dans

le second cas de la synthegravese additive

Exercice 5

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutevoir la couleur perccedilue drsquo‛un objet en fonction des lumiegraveres coloreacutees

projeteacutees et coder le pheacutenomegravene

Les eacutelegraveves appliquent la modeacutelisation drsquo‛une lumiegravere coloreacutee sur un objet coloreacute

pour deacuteterminer la couleur perccedilue du drapeau franccedilais Cette question fait

reacutefeacuterence agrave un niveau taxonomique bas Puis ils trouvent la lumiegravere coloreacutee qui

permet de voir les deux drapeaux preacutesenteacutes de la mecircme couleur Ils trouveront

cette reacuteponse en modeacutelisant les lumiegraveres coloreacutees sur lrsquo‛objet de couleur

Plusieurs scheacutemas sont neacutecessaires pour trouver la reacuteponse Crsquo‛est une question

taxonomiquement haute qui demande aux eacutelegraveves de faire une synthegravese

Exercice 6

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet de la lumiegravere coloreacutee sur un objet et en deacuteduire la

couleur perccedilue

- justifier sa reacuteponse avec des mots en faisant la synthegravese des diffeacuterents

concepts vus dans la seacutequence de cours

Les eacutelegraveves doivent comprendre ce qursquo‛ils lisent et deacuteterminer la couleur propre du

haut du cambrioleur Cette question est taxonomiquement haute elle demande de

lrsquo‛analyse Puis ils justifient leur reacuteponse par le modegravele de lrsquo‛effet de la lumiegravere

coloreacutee sur un objet Cette question est drsquo‛un niveau taxonomique infeacuterieur

drsquo‛application Finalement ils deacuteterminent pourquoi la description de la jeune fille

ne correspond pas agrave la couleur propre en faisant le lien avec la synthegravese

soustractive demandant un niveau taxonomiquement tregraves eacuteleveacute la synthegravese

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4 Argumentation scientifique Nous avons choisi de construire notre seacutequence de cours de maniegravere agrave ce qursquoelle srsquoinscrive dans une deacutemarche constructiviste de type piageacutetienne Dans cette deacutemarche lrsquoenseignant anticipe les conceptions erroneacutees que les eacutelegraveves peuvent avoir puis eacutetablit une situation-shyproblegraveme permettant ideacutealement de deacuteconstruire ces repreacutesentations incomplegravetes puis finalement drsquoen construire de nouvelles plus justes Dans ce qui suit nous allons deacutefinir ces diffeacuterents concepts mis en eacutevidence puis expliciter la maniegravere dont nous les avons pris en compte dans notre planification

41 Les conceptions des eacutelegraveves et les situations-shyproblegravemes

411 Deacutefinitions Conception Selon Giordan et al (1994) une conception ou repreacutesentation peut ecirctre consideacutereacutee comme une ideacutee un objet ou un eacutevegravenement qui aide lrsquoeacutelegraveve agrave comprendre le monde qui lrsquoentoure Elle est le fruit de son expeacuterience personnelle dans laquelle il va puiser pour comprendre les nouveaux savoirs que lrsquoon va chercher agrave lui inculquer Elle peut ecirctre consideacutereacutee comme une connaissance ldquodeacutejagrave-shylagraverdquo acquise dans un certain contexte par lrsquoapprenant et qui peut ecirctre correcte ou erroneacutee Les mauvaises conceptions (ou misconception en anglais) peuvent donc ecirctre deacutecrites comme des ideacutees qui proviennent drsquoune mauvaise compreacutehension drsquoobjets ou eacutevegravenements Elles sont issues principalement de lrsquoenvironnement avec lequel lrsquoeacutelegraveve interagit et du contexte dans lequel il se situe mais elles deacutecoulent eacutegalement des systegravemes seacutemiotiques mis en oeuvre Ces derniers sont abordeacutes plus en deacutetail dans ce qui suit Seacutemiologie En seacutemiologie (lrsquoeacutetude des systegravemes de signes) une repreacutesentation (ou un signe) est double elle est doteacutee drsquoun signifiant et drsquoun signifieacute (de Saussure 1916) Le signifiant qui fait lrsquoobjet de la seacutemiologie deacutesigne la forme et laspect du signe tandis que le signifieacute eacutetudieacute dans le cadre de la seacutemantique deacutesigne le concept eacutevoqueacute par le signe A partir du moment ougrave le signe possegravede plusieurs signifieacutes il devient symbole et crsquoest ainsi que les incompreacutehensions peuvent survenir Selon R Duval (1995) le concept de laquo registre seacutemiotique raquo permet de distinguer les repreacutesentations qui relegravevent de diffeacuterents registres ou types visuels numeacuteriques graphiques symboliques formels scheacutematiques etc En didactique ce concept est fondamental car les diffeacuterences de registre au sein drsquoune mecircme repreacutesentation ou drsquoun

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modegravele peut induire des difficulteacutes de lecture Ils risquent drsquoajouter des difficulteacutes suppleacutementaires en empecircchant les eacutelegraveves de se focaliser sur le problegraveme poseacute par lrsquoactiviteacute et les menant agrave formuler des conclusions diffeacuterentes de celles attendues par lrsquoenseignant Crsquoest pour cela qursquoun choix pertinent de registre seacutemiotique facilite la compreacutehension du concept introduit Dans notre cours un exemple typique que nous pouvons donner est la forte ressemblance des diagrammes de Venn pour les synthegraveses additive et soustractive Dans les deux modegraveles les diagrammes sont communeacutement scheacutematiseacutes sous forme circulaire De plus bien que inverseacutees au niveau de leurs superpositions les mecircmes couleurs sont repreacutesenteacutees dans les deux diagrammes Ces similitudes peuvent rendre la diffeacuterenciation complexe pour les eacutelegraveves Crsquoest pourquoi nous avons estimeacute important drsquoapporter un changement agrave la repreacutesentation de ces diagrammes Ainsi dans lrsquoune de nos fiches de synthegravese nous avons preacutefeacutereacute utiliser des formes rectangulaires plutocirct que circulaires pour repreacutesenter la synthegravese soustractive car cette forme eacutevoque plus fortement le filtre et ainsi lrsquoabsorption de la lumiegravere Cadre de rationaliteacute origine des conceptions En srsquoappuyant sur les travaux de R Douady (1984) A Lerouge (1992) deacutefinit laquo un cadre de rationaliteacuteraquo comme laquoun ensemble coheacuterent de fonctionnement de la penseacuteeraquo caracteacuteriseacute principalement par les composantes suivantes

1 Les objets du cadre dans notre cas il peut srsquoagir de peinture de feuille de papier de lampes de poche de filtres etc

2 Le type de processus de conceptualisation Dans un cadre scientifique il peut srsquoagir drsquoun processus par modeacutelisation ou par expeacuterimentation par exemple

3 Les registres seacutemiotiques que nous avons traiteacutes plus haut Les conceptions des eacutelegraveves et les conflits de perceptions en reacutesultant sont issus des diffeacuterents cadres de rationaliteacute dans lesquels ils eacutevoluent Ce sont les cadres familiers (personnel) et culturels (eacutecole) qui sont responsable de ces conceptions et repreacutesentations mentales tantocirct concourantes tantocirct inexistantes voire erroneacutees Elles se manifestent principalement agrave travers la seacutemiotique Les eacutelegraveves eacuteprouvent de la difficulteacute agrave repreacutesenter des objets issus de registres seacutemiotiques diffeacuterents ou encore agrave simplement les reconnaicirctre Dans le contexte de notre seacutequence sur les couleurs ces cadres de rationaliteacute sont centraux En effet crsquoest dans son quotidien et donc dans son cadre familier que lrsquoeacutelegraveve va deacutecouvrir la notion de couleur notamment par le biais de la peinture ou drsquoobservation drsquoarc-shyen-shyciel Cette deacutecouverte qui a souvent lieu tregraves tocirct dans la vie de lrsquoenfant ne fera pourtant pas pour autant lrsquoobjet de questionnement sur le pheacutenomegravene de perception des couleurs La notion de cadre culturel ou scolaire quand agrave elle peut ecirctre eacutetendue dans notre cas agrave deux sous-shycateacutegories de cadres culturels diffeacuterents qui vont ecirctre agrave lrsquoorigine de conceptions erroneacutees ou incomplegravetes Premiegraverement il y a le cadre que nous appelons laquo arts visuelsraquo et qui a ses propres regravegles de rationaliteacutes Les cours de dessin ou drsquoactiviteacutes creacuteatrices en sont de parfaits exemples car crsquoest dans ce cadre que les eacutelegraveves vont premiegraverement aborder la

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theacutematique des couleurs primaires et de leurs meacutelanges Mais cette theacutematique est eacutegalement abordeacutee dans le cadre laquophysiqueraquo agrave travers les expeacuteriences de deacutecomposition de la lumiegravere ou de superposition de lumiegraveres coloreacutees Ainsi nous retrouvons trois cadres de rationaliteacute concourants (familier physique arts visuels) dans lesquels les eacutelegraveves eacutevoluent et qui engendrent indubitablement des conceptions erroneacutees sur la lumiegravere et les couleurs puisque les eacutelegraveves ne sont pas ameneacutes agrave les diffeacuterencier dans chacun des cadres Et comme la communication entre les diffeacuterents cadres nrsquoest pas eacutetablie le lien agrave faire entre les diffeacuterentes conceptions issues de ces cadres est agrave la charge de lrsquoeacutelegraveve ce qui repreacutesente une lourde responsabiliteacute dans son apprentissage Astolfi (2008) appelle eacutegalement ces conceptions issues de diffeacuterents cadres des ldquotrames conceptuelles rdquoqui peuvent ecirctre deacutefinies comme ldquoun ensemble de concepts-shycleacutes propres agrave un domaine et logiquement hieacuterarchiseacutes entre eux qui structurent les disciplines et engendrent des situations-shyproblegravemesrdquo Mais encore on verra eacutemerger des problegravemes de contrat didactique dans chacun des cadres lrsquoeacutelegraveve va tenter de donner une reacuteponse qui va satisfaire lrsquoenseignant sans pour autant ecirctre ameneacute agrave confronter ses conceptions

Situation-shyproblegraveme Pour de Vecchi (2006) une situation-shyproblegraveme est une activiteacute qui consiste agrave mettre lrsquoeacutelegraveve dans une situation ougrave il va ecirctre ameneacute agrave eacutelaborer des strateacutegies de reacutesolution de problegraveme Lrsquoun des points cleacutes des situations-shyproblegravemes est qursquoelles eacutetablissent un lien eacutetroit entre les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves En drsquoautres termes une situation-shyproblegraveme est construite de telle sorte que les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave remettre en question des repreacutesentations actuelles qui srsquoavegraverent erroneacutees agrave les deacuteconstruire pour en construire de nouvelles Ainsi dans une deacutemarche de type constructiviste lrsquoeacutelegraveve construit son savoir en renversant ses anciennes conceptions Une situation-shyproblegraveme nrsquoest donc pas une deacutemarche ponctuelle dans laquelle lrsquoeacutelegraveve devra reacutesoudre une liste drsquoexercices teacuteleacuteguideacutee par lrsquoenseignant Ce qui justifie lrsquoefficaciteacute des situations problegravemes est qursquo laquoapprendreraquo ne consiste pas agrave cumuler les savoirs mais agrave en construire et agrave en deacuteconstruire

Une situation-shyproblegraveme doit comprendre plusieurs eacuteleacutements

-shy Un objectif-shyobstacle Pour Meirieu (1987) un objectif-shyobstacle est ldquoun objectif dont lrsquoacquisition permet au sujet de franchir un palier deacutecisif de progression en modifiant son systegraveme de repreacutesentation et en le faisant acceacuteder un niveau supeacuterieur de formulation rdquo Dans notre cas lrsquoeacutelegraveve pense que tous les meacutelanges de 3 couleurs primaires (de peinture ou de lumiegravere) vont donner le mecircme reacutesultat La distinction entre synthegraveses additive et soustractive nrsquoest pas connue des eacutelegraveves De plus projeter de la lumiegravere monochromatique sur un objet drsquoune certaine couleur ne donne pas toujours la mecircme couleur Lrsquoexemple avec le drapeau (activiteacute 4) est parlant

-shy Une situation centreacutee sur cet obstacle prenant en compte une deacutemarche expeacuterimentale ou une deacutemarche de modeacutelisation Dans notre cours les deux deacutemarches sont mises en oeuvre mais notre deacutemarche principale est la modeacutelisation Les eacutelegraveves vont effectivement ecirctre ameneacutes agrave eacutemettre des hypothegraveses manipuler reacutecolter des reacutesultats et les confronter agrave

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leurs hypothegraveses mais il srsquoagit surtout drsquoune deacutemarche de modeacutelisation car les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave creacuteer des scheacutemas dans plusieurs exercices

-shy Une probleacutematisation et la deacutevolution on probleacutematise la conception erroneacutee en introduisant une situation-shyproblegraveme crsquoest-shyagrave-shydire qursquoon construit un problegraveme centreacute sur lrsquoobstacle La surprise face agrave une situation incoheacuterente va intriguer lrsquoeacutelegraveve exciter sa motivation et le pousser agrave vouloir srsquoimpliquer dans le problegraveme ce qui va aider sa deacutevolution Brousseau (1998) qualifie la notion de deacutevolution par le ldquo processus par lequel lenseignant parvient agrave placer leacutelegraveve comme simple actant dans une situation a-shydidactique (agrave modegravele non didactique) Il cherche par lagrave agrave ce que lrsquoaction de lrsquoeacutelegraveve ne soit produite et justifieacutee que par les neacutecessiteacutes du milieu et par ses connaissances et non par lrsquointerpreacutetation des proceacutedeacutes didactiques du professeurrdquo Pour enrocircler les eacutelegraveves et les aider agrave identifier la probleacutematique en met on place une situation deacuteclenchante Dans notre cas lrsquoexemple avec le meacutelange de peinture et de lumiegraveres coloreacutees est un parfait exemple de situation deacuteclenchante car les eacutelegraveves ne sattendent probablement pas par exemple agrave ce que le meacutelange de vert et bleu donne du cyan ou encore qursquoon perccediloive un citron noir lorsque lrsquoon projette de la lumiegravere bleue sur ce celui-shyci

412 La prise en compte des conceptions des eacutelegraveves dans notre seacutequence La theacutematique de la lumiegravere et des couleurs est complexe et comprend de nombreux concepts difficiles agrave assimiler En effet bon nombre de personnes ont des repreacutesentations erroneacutees qui peuvent rester profondeacutement ancreacutees Parmi les conceptions erroneacutees les plus communes on retrouve selon le site internet des MER

La lumiegravere blanche est sans couleur pure quand la lumiegravere blanche passe dans un prisme ou traverse un filtre de la couleur lui est ajouteacutee

La lumiegravere blanche nous permet de voir la vraie couleur des objets laquoMa feuille est blanche parce que je nai pas ajouteacute dautres couleurs agrave celle-shyciraquo

Les couleurs sont lieacutees agrave des proprieacuteteacutes de lrsquoobjet exclusivement sans reacutefeacuterence agrave la lumiegravere qui eacuteclaire lrsquoobjet Ne dit-shyon pas quun pull est rouge

Confusion entre les couleurs primaires en couleur peinture et en couleur lumiegravere

Dans notre planification nous avons anticipeacute ces conceptions et avons construit notre cours de maniegravere agrave ce qursquoelles soient mises en eacutevidence le plus tocirct possible afin de tenter de les deacuteconstruire agrave travers nos activiteacutes

Ainsi degraves deacutebut de lrsquoactiviteacute 2 les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave une situation-shyproblegraveme dans laquelle ils comprennent qursquoil existe une contradiction entre leur conception de deacutepart sur les meacutelanges de couleurs (issue de leurs cadres de rationaliteacute familier et scolaire lsquorsquoart visuelrsquorsquo) et leurs observations (nouveau cadre lsquorsquophysiquersquorsquo) Crsquoest sur la base de ce conflit cognitif que les diffeacuterentes notions de la seacutequence pourront ecirctre abordeacutees Les autres conceptions sont mises en eacutevidence puis deacuteconstruites agrave travers les diffeacuterentes activiteacutes Par exemple les

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activiteacutes du chapitre 3 permettent de montrer que la lumiegravere blanche nrsquoest pas pure mais qursquoelle est composeacutee de toutes les couleurs et ce gracircce agrave lrsquoobservation des objets agrave la lumiegravere blanche puis agrave travers un filtre

De plus lrsquoactiviteacute 3 srsquoarticule autour drsquoune conception erroneacutee repeacutereacutee dans certaines classes Bon nombre drsquoeacutelegraveves eacutetaient persuadeacutes qursquoun filtre ne laissait pas passer les lumiegraveres de sa couleur propre car crsquoest la couleur dont est perccedilue le filtre Un conflit cognitif est alors provoqueacute afin de deacuteconstruire cette conception les eacutelegraveves observent que la lumiegravere coloreacutee nrsquoest pas absorbeacutee par le filtre mais qursquoelle se propage bien jusqursquoagrave lrsquoeacutecran blanc

En introduction de lrsquoactiviteacute 4 une nouvelle situation-shyproblegraveme est preacutesenteacutee par le biais drsquoune image montrant que la couleur drsquoun objet peut varier en fonction de la lumiegravere coloreacutee par laquelle il est eacuteclaireacute Elle servira agrave provoquer un conflit cognitif chez les eacutelegraveves car cette situation intervient apregraves une phase drsquohypothegravese reacutepondant agrave la question suivante un objet peut-shyil avoir diffeacuterentes couleurs La reacuteponse donneacutee par lrsquoimage contredira probablement lrsquohypothegravese preacuteceacutedemment formuleacutee et devrait susciter de la curiositeacute chez lrsquoeacutelegraveve et lui donner lrsquoenvie de comprendre le pheacutenomegravene Nous deacutemontrons ensuite tout au long de lrsquoactiviteacute 4 sur les lumiegraveres coloreacutees que crsquoest le pheacutenomegravene drsquoabsorption et de reacuteflection de la lumiegravere qui nous permet de voir la couleur des objets et non pas la lumiegravere blanche Crsquoest donc par le biais de ces deacuteconstructions successives de conceptions que lrsquoenseignant peut guider les eacutelegraveves sur la voie de la reacutesolution du problegraveme de lrsquoorigine de ces contradictions dans le but drsquoeacutetablir le lien entre les diffeacuterents cadres de rationaliteacute

42 Modeacutelisation

421 Deacutefinition

Un modegravele est communeacutement deacutefini comme un objet ou un concept qui va permettre de repreacutesenter la reacutealiteacute de diffeacuterentes maniegraveres Bunge (1974) ou encore Martinand (1994) le deacutefinissent eacutegalement comme un moyen permettant de mettre en relation le monde theacuteorique avec le monde empirique Il peut ecirctre consideacutereacute en quelque sorte comme un monde intermeacutediaire ou une sorte de lunette conceptuelle (Halloun 2004) qui va permettre drsquoobserver des pheacutenomegravenes naturels Un modegravele ne constitue pas la reacutealiteacute mais la repreacutesente en simplifiant certains de ses aspects ce qui peut causer des conflits pour les repreacutesentations cognitives chez lrsquoeacutelegraveve

422 La modeacutelisation dans notre seacutequence Dans notre planification la modeacutelisation est centrale afin de conceptualiser des pheacutenomegravenes complexes comme la composition de la lumiegravere et la perception des couleurs Elle est lrsquooutil qui permet drsquoamener les eacutelegraveves agrave se faccedilonner une repreacutesentation de la deacutecomposition de la lumiegravere blanche de labsorption de la lumiegravere agrave travers les filtres et des synthegraveses additive et soustractive des couleurs

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De plus elle constitue un objectif de formation meacutethodologique qui va de pair avec toute formation scientifique Crsquoest pourquoi nous avons inclus la modeacutelisation dans les objectifs drsquoapprentissage Dans la terminologie du PER la modeacutelisation correspond agrave lrsquoobjectif geacuteneacuteral MSN37

bull MSN 1525 mdash Modeacuteliser des pheacutenomegravenes naturels techniques sociaux ou des situations matheacutematiques

bull en imaginant et en utilisant divers outils de repreacutesentation (codes scheacutemas graphiques tableauxhellip)

Lrsquoactiviteacute 2 propose aux eacutelegraveves de reporter les couleurs observeacutees sur trois cercles superposeacutes En les coloriant les eacutelegraveves reacutealisent en reacutealiteacute une forme simple de modeacutelisation par un diagramme de Venn de la synthegravese additive Il nous a sembleacute pertinent drsquointroduire ce scheacutema de cette maniegravere car ainsi les eacutelegraveves comprennent reacuteellement qursquoil correspond agrave la lumiegravere projeteacutee et superposeacutee sur un eacutecran En derniegravere partie drsquoactiviteacute les eacutelegraveves se familiarisent avec un logiciel de modeacutelisation de la synthegravese additive 3

Lrsquoutilisation drsquoun modegravele dans ce cas est indispensable pour des raisons pratiques Il serait en effet tregraves difficile de faire des observations similaires avec un dispositif reacuteel constitueacute de projecteurs et drsquoun eacutecran comme dans la premiegravere partie drsquoactiviteacute Nous avons veilleacute agrave choisir un logiciel simple drsquousage sur lequel seules deux manipulations sont possibles allumereacuteteindre les projecteurs et varier leurs intensiteacutes Ainsi il est possible pour les eacutelegraveves de faire rapidement et sans difficulteacutes de lrsquoordre du registre seacutemiotique la deacuteduction attendue les diffeacuterentes couleurs srsquoobtiennent par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

Dans lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves sont ameneacutes agrave modeacuteliser lrsquoeffet drsquoun filtre sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee Ils ancrent ainsi le fonctionnement drsquoun filtre dans leur apprentissage et deacuteveloppent une meacutethodologie systeacutematique dans la reacutesolution de problegravemes mettant en scegravene des filtres Gracircce au modegravele deacuteveloppeacute les eacutelegraveves deacuteconstruisent deacutefinitivement leur eacuteventuelle conception erroneacutee selon laquelle un filtre absorberait sa propre couleur Lrsquoactiviteacute 43 a pour but que les eacutelegraveves modeacutelisent les pheacutenomegravenes de reacutefraction et drsquoabsorption en justifiant leur reacuteponse par un modegravele de reacuteponse Ce dernier comprend les couleurs RVB qui se reflegravetent ou qui sont absorbeacutees par une surface Ainsi lrsquoeacutelegraveve peut trouver une meacutethode systeacutematique de reacuteponse en testant les diffeacuterentes couleurs Gracircce agrave cette modeacutelisation et agrave celle de lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves comprennent que les fonctionnements des filtres et des lumiegraveres coloreacutees sont fondeacutes sur le mecircme principe

3(httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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43 Deacutemarche expeacuterimentale

431 Deacutefinition Pour de Vecchi il est important de ne pas confondre les notions lieacutees agrave lrsquoexpeacuterimental qui sont les suivantes

-shy Une deacutemarche scientifique nrsquoest pas exclusive au domaine des sciences expeacuterimentales mais peut aussi ecirctre mobiliseacutee dans les sciences humaines socialeshellip Elle utilise drsquoautres outils que lrsquoexpeacuterimentale Toute recherche digne de ce nom est de nature scientifique

-shy La meacutethode expeacuterimentale eacutequivaut plutocirct agrave un plan agrave suivre un mode drsquoemploi ou agrave une marche agrave suivre qui suit un ordre strict que lrsquoon peut aussi appeler protocole Par exemple parmi les plus ceacutelegravebres protocoles nous retrouvons celui de Claude Bernard (1865) que lrsquoon abregravege par les initiales OHERIC qui correspondent agrave observation hypothegravese expeacuterience reacutesultats interpreacutetation et conclusion De maniegravere geacuteneacuterale il srsquoagit du protocole caricatural que lrsquoon emploie le plus souvent dans les salles de classes

-shy Une deacutemarche expeacuterimentale est une approche plus reacutealiste moins stricte et integravegre

une approche plus tacirctonnante Il nrsquoest pas constitueacute drsquoeacutetapes preacutedeacutetermineacutees et est donc moins affecteacutee par les directives de lrsquoenseignant Il peut donc laisser des liberteacutes dans la maniegravere de reacutesoudre le problegraveme

432 La deacutemarche expeacuterimentale dans notre seacutequence Dans notre seacutequence la meacutethode expeacuterimentale est preacutesente de maniegravere partielle du scheacutema caricatural OHERIC nous nous inteacuteressons en particulier aux phases drsquoobservation et drsquoeacutemission drsquohypothegraveses Crsquoest pourquoi nous parlons donc plutocirct de ldquodeacutemarche expeacuterimentalerdquo En effet tout au long des diffeacuterentes activiteacutes il est reacuteguliegraverement demandeacute aux eacutelegraveves de formuler une hypothegravese agrave partir de leurs connaissances au preacutealable puis de faire de nouvelles observations en contexte expeacuterimental Crsquoest sur la base de ces derniegraveres qursquoils pourront reacutealiser leurs deacuteductions sur le pheacutenomegravene en question et construire de nouvelles conceptions Dans lrsquoactiviteacute 2 ce type de deacutemarche est central pour la creacuteation de la premiegravere situation-shyproblegraveme Par la suite la deacutemarche permet de guider les eacutelegraveves dans le processus de deacuteduction du fonctionnement geacuteneacuteral des diffeacuterents pheacutenomegravenes Dans lrsquoactiviteacute 41 par exemple les pheacutenomegravenes agrave deacuteduire sont la synthegravese soustractive et le fonctionnement de la lumiegravere coloreacutee Lrsquoemploi drsquoobjets familiers permet un ancrage dans le quotidien

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Dans lrsquoactiviteacute 3 lrsquoeacutetude de lrsquoeffet des filtres constitue agrave son tour un deacutemarche expeacuterimentale En effet les eacutelegraveves doivent tout drsquoabord eacutemettre leurs hypothegraveses puis les veacuterifient par lrsquoexpeacuterimentation et ses reacutesultats provoquant probablement un conflit cognitif avant drsquoen conclure lrsquoeffet drsquoun filtre Dans lrsquoactiviteacute 42 nous retrouvons toujours le mecircme principe de deacutemarche expeacuterimentale Les eacutelegraveves formulent des hypothegraveses sur la couleur perccedilue de diffeacuterents mots coloreacutes eacuteclaireacutes par une lumiegravere coloreacutee puis les veacuterifient lors de la phase drsquoobservation La confrontation entre leurs attentes lieacutees agrave leurs conceptions et la reacutealiteacute creacutee le conflit cognitif rechercheacute

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5 Conclusion Pour seacutelectionner notre thegraveme et eacutelaborer notre seacutequence nous nous sommes fondeacutes sur les objectifs du PER et crsquoest sur lrsquooptique que notre choix srsquoest porteacute Le savoir savant auquel nous nous sommes reacutefeacutereacutes comprend principalement des concepts lieacutes agrave la lumiegravere tels que les photons les ondes eacutelectromagneacutetiques ainsi que les spectres drsquoeacutemission et drsquoabsorption Nous avons transposeacute ce savoir en un savoir enseignable par le biais drsquoun travail de contextualisation et de reacuteadaptation Nous avons eacuteteacute ameneacutes agrave remplacer des modegraveles scientifiques (par exemple les modegraveles de synthegraveses additive et soustractive) par des modegraveles accessibles agrave un niveau scolaire et agrave changer les conditions drsquoeacutemergence des problegravemes Ainsi notre travail de transposition consistait agrave montrer aux eacutelegraveves la partie eacutemergeacutee de lrsquoiceberg du concept de couleur le reacutesultat apparent plutocirct que lrsquoorigine eacutelectromagneacutetique Tout au long de la seacutequence et par le biais de situations-shyproblegravemes et de diffeacuterentes eacutetapes de reacutesolution des activiteacutes les eacutelegraveves ont eacuteteacute guideacutes dans le processus de construction de leur apprentissage En nous focalisant sur les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves nous avons eacutelaboreacute nos exercices de maniegravere agrave proposer des situations deacuteclenchantes afin de faciliter le transfert de la responsabiliteacute de la reacutesolution des problegravemes aux eacutelegraveves Cette derniegravere srsquoeffectue par des deacutemarches drsquoexpeacuterimentation mais surtout de modeacutelisation

Dans notre sceacutenario les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave deux types de donneacutees theacuteoriques et empiriques Drsquoune part ils ont agrave disposition deux theacuteories principales la premiegravere est que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs de lrsquoarc-shyen-shyciel tandis que la seconde deacutecrit l a maniegravere dont la couleur drsquoun objet deacutepend des couleurs qursquoil va absorber Drsquoautre part ils disposent de donneacutees empiriques qursquoils sont ameneacutes agrave reacutecolter en superposant des lumiegraveres de diffeacuterentes couleurs en meacutelangeant de la peinture et en projetant de la lumiegravere coloreacutee sur diffeacuterents objets coloreacutes Dans le cadre drsquoune deacutemarche drsquoexpeacuterimentation ils ont eacutemis des hypothegraveses observeacute manipuleacute du mateacuteriel utiliseacute des appliquettes en ligne et veacuterifieacute leurs reacutesultats Crsquoest ainsi les modegraveles que nous avons preacutesenteacutes et que les eacutelegraveves ont eacutelaboreacutes vont ecirctre des ponts qui vont relier le monde theacuteorique et le monde empirique Par ailleurs nous avons eacuteteacute attentifs agrave la seacutemiotique lors de nos choix des repreacutesentations utiliseacutees nous nous sommes reacutefeacutereacutes agrave la notion de registre seacutemiotique afin drsquoeacutelaborer des scheacutemas nrsquoengendrant pas de difficulteacutes de lecture chez les eacutelegraveves

Nous avons analyseacute lrsquoorigine des conceptions erroneacutees et avons remarqueacute qursquoelles eacutetaient principalement dues agrave des repreacutesentations concourantes engendreacutees par les diffeacuterents contextes et cadres de rationaliteacutes dans lesquelles les eacutelegraveves eacutevoluent Notre sceacutenario permet aux eacutelegraveves drsquoeacutetablir des liens entre ces diffeacuterents cadres et de construire une nouvelle repreacutesentation de la couleur celle drsquoun objet de la physique

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

6 Bibliographie

Astolfi J Ginsburger-shyVogel Y amp Toussaint J (2008) Mots-shycleacutes de la didactique des sciences De Boeck Supeacuterieur Beaufils D Ramage M-shyJ DidaScO (2004) Simulation informatique et enseignement de la physique regards didactiques Universiteacute Paris-shySud Centre scientifique drsquoOrsay -shy 91405 Orsay Cedex Brahic A Grenier I ( 2008) Lumiegraveres deacutetoiles les couleurs invisibles Odile Jacob Brousseau G (1998) Glossaire de quelques concepts de la theacuteorie des situations didactiques en matheacutematiques DAEST-shy Faculteacute des Sciences de lHomme-shyUniversiteacute Victor Segalen Bordeaux 2 Bunge M (1975) Philosophie de la physique Paris France Editions du Seuil Chevallard Y amp Johsua M-shyA (1986) Transposition didactique  Du savoir savant au savoir enseigneacute -shy Un exemple drsquoanalyse de la transposition didactique Penseacutee sauvage Chevallard Y A du texte Chevallard Y A du texte Chevallard Y amp Johsua M-shyA A du texte (1991) La transposition didactique  du savoir savant au savoir enseigneacute Suivi de Un exemple de la transposition didactique ([2e eacuted revue et augm]) Yves Chevallard  Yves Chevallard et Marie-shyAlberte Johsua [texte imprimeacute] Retrieved October 19 2016 de Vecchi G (2006) Enseigner lrsquoexpeacuterimental en classe  Pour une veacuteritable eacuteducation scientifique Hachette Editions (p 221-shy229) de Vecchi G (2006) Enseigner lrsquoexpeacuterimental en classe  Pour une veacuteritable eacuteducation scientifique Hachette Editions (p 55 -shy65) de Saussure F (2005) Cours de linguistique geacuteneacuterale Arbres drsquoOr Develay M (1987) A propos de la transposition didactique en sciences biologiques Aster [ISSN 0297-shy9373] 1987 Ndeg 4 p 119 Duval R (1988) Eacutecarts seacutemantiques et coheacuterence matheacutematique introduction aux problegravemes de congruences in Annales de Didactique et de Sciences Cognitives de lIREM de Strasbourg Giordan A Girault Y et Clement P (1994) Conceptions et connaissance Peter Lang Halloun I A (2004) Modeling theory in science education Dordrecht Holland Kluwer Academic Publishers Kane J Sternheim M (1989) Cours QCM exemple et exercices corrigeacutes -shy 1er cycle Licence PCEM PCEP Physique 3egraveme eacutedition revue par Philipe Ghosez Maryse Hoebeke et Gabriel Llabreacutes DUNOD Lerouge A (1992) Repreacutesentation carteacutesienne rationaliteacute matheacutematique et rationaliteacute du quotidien chez des eacutelegraveves de collegravege Thegravese de doctorat Universiteacute Montpellier II Malafosse D Lerouge A Dusseau J-shyM (2000) Notions de registre et de cadre de rationaliteacute en inter-shydidactique des matheacutematiques et de la physiqu e Treacutema Martinand J-shyL (nd) Introduction agrave la modeacutelisation In Actes du seacuteminaire de didactique des disciplines technologiques Cachan (p 126ndash138)

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Meirieu P Avanzin Gi (1987) Apprendre oui mais comment Edition ESF Verret M (1975) Le temps des eacutetudes (Vols 1ndash2) Lille France Atelier Reproduction des thegraveses

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Page 39: Physique Optique Lescouleurs · Sciences naturelles Les couleurs 10 11 Harmos 1.Introduction Comme nous allons le détailler dans le chapitre 4, les conceptions erronées des élèves

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________

Modeacutelisation 2

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 4 Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur (corrigeacute) Rappel

2 Nous pouvons reacutesumer la composition de la lumiegravere blanche aux 3 couleurs primaires le rouge le vert et le bleu Ce sont des couleurs qui ne peuvent pas ecirctre creacuteeacutees Ce sont elles qui composent les autres couleurs Crsquo‛est agrave dire qursquo‛en les meacutelangeant on peut obtenir les autres couleurs le cyan est composeacute du bleu et du vert le magenta est composeacute du bleu et du rouge et le jaune est composeacute du vert et du rouge

Theacuteorie

Le sujet que nous allons traiter aujourdrsquo‛hui concerne la couleur de lrsquo‛objet Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Formule une hypothegravese ____________________________________________ Projeter cette image elle napparaicirct pas dans le cours de lrsquo‛eacutelegraveve

Que retiens-tu de cette photo _______________________________________________________________ La lumiegravere coloreacutee qui est refleacuteteacutee par un objet correspond agrave la lumiegravere non absorbeacutee

Ici toutes les lumiegraveres coloreacutees sont absorbeacutees sauf le bleu qui lui est refleacuteteacute La couleur propre de lrsquo‛objet sera le bleu

En effet un objet absorbe ou reflegravete diffeacuterentes lumiegraveres coloreacutees Crsquo‛est cette lumiegravere coloreacutee refleacuteteacutee que nous verrons

Activiteacute 41

Reacuteponds agrave ces diffeacuterentes questions dans le tableau ci-dessous De quelle couleur penses-tu que tu verras cet objet Confronte ton ideacutee avec ton voisin De quelle couleur le vois-tu reacuteellement

Couleur de lrsquo‛objet

Couleur de la lumiegravere

Hypothegravese formuleacutee

Observation

rouge Magenta (rouge)

cyan Vert (vert)

jaune Bleu (noir)

Par quel pheacutenomegravene peut-on observer ce changement de couleur ___________________________________ (synthegravese soustractive)

Quelle deacuteductions peux-tu faire (fonctionne comme un filtre) _________________________________________________________________

Activiteacute 42

Marche agrave suivre

6 Eacutecris sur une feuille blanche le nom des 2 couleurs que ton enseignant te donne avec la peinture qui y correspond

7 Pendant que ces mots segravechent remplis les colonnes ldquocouleur du mot 1rdquo et ldquocouleur du mot 2rdquo et ldquocouleur de la feuillerdquo agrave la lumiegravere blanche

8 Formule tes hypothegraveses note-les au crayon agrave papier en petit 9 Eacuteclaire tes mots agrave lrsquo‛aide de lumiegraveres coloreacutees 10 Note tes observations

Lumiegravere coloreacutee

Couleur du mot 1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur du mot 2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur de la feuille helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Blanche

Rouge

Verte

Bleue

Magenta

Cyan

Jaune

Activiteacute 43

Tu observes un drapeau eacuteclaireacute par une lumiegravere blanche Puis tu observes ce mecircme drapeau eacuteclaireacute par deux lumiegraveres coloreacutees diffeacuterentes Trouve la lumiegravere coloreacutee utiliseacutee dans chaque cas et justifie ta reacuteponse par la modeacutelisation vue preacuteceacutedemment

Lumiegravere blanche Lumiegravere coloreacutee 1 Lumiegravere coloreacutee 2

De quelle couleur est la premiegravere lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Bleu)

Modeacutelisation 1

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Vert)

Modeacutelisation 2

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Fiches de synthegravese Les couleurs Activiteacute 2 Reacutesumeacute theacuteorique pour les eacutelegraveves Le modegravele trichromique et la synthegravese additive des couleurs La couleur nrsquo‛existe pas sans lumiegravere et lrsquo‛on peut dire que lrsquo‛on perccediloit le monde gracircce aux meacutelanges de ces couleurs qui correspondent aux diffeacuterentes composantes de la lumiegravere Lorsque lrsquo‛on parle de la perception des couleurs on srsquo‛aperccediloit que seules trois lumiegraveres primaires de couleurs rouge vert et bleu sont neacutecessaires pour obtenir la sensation de toutes les autres couleurs Cette maniegravere de modeacuteliser la perception des couleurs est ce qursquo‛on appelle le modegravele trichromique (lsquorsquo‛trois couleursrsquo‛rsquo‛) Dans cette repreacutesentation toutes les autres lumiegraveres coloreacutees sont perccedilues par superposition des trois lumiegraveres rouge verte et bleue La superposition simultaneacutee et en dosage identique des trois couleurs donne de la lumiegravere blanche Le noir correspond agrave une absence de lumiegravere

Illustration du modegravele

Image MER

Lrsquo‛image montre trois projecteurs de lumiegraveres rouge verte et bleue eacuteclairant une table blanche Si les trois couleurs sont projeteacutees en intensiteacute identique nous obtenons par superposition trois autres couleurs le cyan le magenta et le jaune Les couleurs primaires et les couleurs obtenues sont codeacutees sur lrsquo‛image puis reacutecapituleacutees dans le tableau ci-dessous

Image MER

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Si nous modifions le dosage des couleurs eacuteleacutementaires il est possible drsquo‛obtenir toutes les couleurs imaginables Le pheacutenomegravene de perception des couleurs par superposition des trois couleurs primaires se nomme synthegravese additive les couleurs sont additionneacutees entre elles pour permettre la synthegravese drsquo‛autres couleurs

Drsquo‛ailleurs si lrsquo‛on observe au microscope un eacutecran blanc de smartphone ou drsquo‛ordinateur on remarque qursquo‛il est en fait constitueacute drsquo‛un grand nombre de minuscules rectangles de lumiegraveres rouge verte et bleue (voir image ci-contre) Crsquo‛est justement par un jeu de dosage de chacune de ces lumiegraveres que lrsquo‛on perccediloit les diffeacuterentes couleurs sur nos eacutecrans

Pourquoi un modegravele sur trois couleurs La raison pour laquelle les scientifiques ont construit ce modegravele sur trois couleurs est directement lieacutee agrave la structure de notre œil En effet ce dernier contient des cellules sensibles agrave la lumiegravere que lrsquo‛on appelle cocircnes et bacirctonnets Alors que les bacirctonnets perccediloivent les intensiteacutes de lumiegravere les cocircnes nous permettent de percevoir les couleurs Cependant ils ne sont sensibles qursquo‛agrave certaines composantes de la lumiegravere blanche celles correspondant justement aux couleurs rouge vert et bleu Lorsque lrsquo‛on regarde un objet notre cerveau analyse le dosage de chacune de ces composantes perccedilues par notre œil et en interpregravete ainsi la couleur de lrsquo‛objet

Qursquo‛est-ce que le daltonisme Certaines personnes preacutesentent une anomalie de la vision qui les empecircche de distinguer certaines couleurs Drsquo‛origine geacuteneacutetique ce trouble est ducirc agrave un dysfonctionnement des cocircnes preacutesents dans la reacutetine Bien que la plupart des personnes daltoniennes aient de la peine agrave distinguer le vert du rouge drsquo‛autres ne distinguent pas drsquo‛autres couleurs Dans certaines formes de daltonisme le monde est perccedilu par la personne atteinte en teintes de gris

Sciences naturelles Optique synthegravese soustractive et additive

La synthegravese additive est le proceacutedeacute gracircce

auquel en combinant les couleurs

___________ ___________ et ___________

on obtient du blanc

On la retrouve lorsque lrsquoon meacutelange des

lumiegraveres coloreacutees composeacutees de ces 3 couleurs

diffeacuterentes car les laquo additionner raquo donne la

lumiegravere blanche

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon exploite aujourdrsquohui

pour les teacuteleacuteviseurs ou tout eacutecran composeacute de

pixels

La synthegravese soustractive consiste agrave soustraire

les couleurs de la lumiegravere blanche (RVB) agrave

travers des filtres de couleurs ___________

___________ et ___________ qui absorbent la

totaliteacute des couleurs de la lumiegravere blanche pour

un rendu noir au final (absence de lumiegravere)

Lrsquo __________________ des 3 couleurs donne

le ____________

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon retrouve par exemple en

meacutelangeant de la peinture notamment en

imprimerie

Sciences naturelles Optique les filtres

Qursquoest-shyce qursquoun filtre coloreacute et comment fonctionne-shyt-shyil

Un filtre est un dispositif qui permet de filtrer la lumiegravere de laisser passer certains rayons

lumineux et drsquoen absorber drsquoautres

Pour savoir quelles lumiegravere coloreacutees le filtre laisse passer il faut lrsquoobserver agrave la lumiegravere

blanche

Le filtre laissera alors passer uniquement les rayons lumineux de sa couleur propre

Par exemple

Un filtre vert laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee verte

Un filtre magenta laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee magenta crsquoest agrave dire les rayons rouge et bleu

Pour connaicirctre la lumiegravere coloreacutee qui ldquosortrdquo du filtre il faut donc

deacutecomposer la lumiegravere qui arrive sur ce filtre et en soustraire les

rayons qui sont absorbeacutes par le filtre On se reacutefegravere alors au modegravele de

la synthegravese soustractive

Image httpswww123couleursfrboutique-shy1filtres-shycolorC3A9s

Tableau reacutecapitulatif

Sciences naturelles Optique les filtres

Modeacutelisation

Nous pouvons modeacuteliser lrsquoaction drsquoun filtre

1 Noter la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur le filtre

2 Deacutecomposer la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur filtre et la coder (en RVB)

3 Repreacutesenter le filtre et coder les rayons absorbeacutes par le filtre 4 Prolonger les rayons lumineux coloreacutes que le filtre laisse passer et les coder (en RVB)

5 Noter la lumiegravere coloreacutee qui sort du filtre

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre magenta sur la lumiegravere blanche

Lorsque plusieurs filtres sont superposeacutes ou aligneacutes il faut modeacuteliser lrsquoaction du premier filtre

sur la lumiegravere projeteacutee puis lrsquoaction du deuxiegraveme filtre sur la lumiegravere qui sort du premier filtre

etc

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre cyan puis drsquoun filtre vert sur la lumiegravere jaune

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

De quelle couleur apparaicirctra un objet de couleur eacuteclaireacute par une lumiegravere coloreacutee

Il y 3 cas

1) Un objet de couleur blanche renvoie toutes les couleurs il apparaicirctra de la couleur eacuteclaireacutee

2) Un objet de couleur noire absorbe toutes les couleurs Peu importe la couleur avec laquelle

lrsquoobjet est eacuteclaireacute lrsquoobjet apparaicirct de couleur noire

3) Pour un objet de couleur il suffit de deacutecomposer les couleurs secondaires par exemple

Jrsquoai un objet jaune

Je lui projette une lumiegravere magenta

Or jaune = rouge + vert

et magenta = bleu + rouge

Le rouge est commun au jaune et au magenta donc lrsquoobjet paraicirctra rouge

En revanche si la lumiegravere est bleue comme il nrsquoy a pas de bleu dans le jaune lrsquoobjet paraicirctra

noir

1

Tableau reacutecapitulatif

1 httpscommunitygoodgamestudioscombigfarmfrdiscussion51685langage-shy‐des-shy‐couleurs

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

Modegravele de reacuteponse

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

______

______

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

______

______

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation avec propositions

de reacuteponses)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

(rouge vert bleu Nous percevons les diffeacuterentes couleurs agrave partir de ces trois couleurs) ________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

(Explication relative aux cocircnes et bacirctonnets de lrsquo‛oeil)

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Corrigeacute vert bleu blanc cyan

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________ (vert)

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________ (bleu)

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________ (aucunenoir)

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

(selon modegravele eacutetudieacute)

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

(les deux selon que lrsquo‛on parle de synthegravese additive ou soustractive)

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

Bleu

______

Bleu

______

Noir

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________ (lumiegravere rouge)

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

Noir

______

Rouge

______

Rouge

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

(Bleu)

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

(selon modegravele eacutetudieacute)

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

(Explication citant la synthegravese soustractive et lrsquo‛effet des lumiegraveres coloreacutees

concerneacutees sur le haut du cambrioleur)

Evaluation - Analyse

Ce commentaire comprend les diffeacuterents objectifs eacutevalueacutes ainsi que ce qui est attendu

preacuteciseacutement des eacutelegraveves et les niveaux taxonomiques correspondants

Ce sont des pistes drsquo‛eacutevaluation qui sont ici proposeacutees non une eacutevaluation suivie

Exercice 1

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- Mettre en lien des notions theacuteoriques apprises en cours (cocircnes et

bacirctonnets de lrsquo‛oeil) avec drsquo‛autres (synthegravese additive)

Lrsquo‛eacutevaluation deacutebute par deux questions au niveau taxonomique peu eacuteleveacute La

premiegravere de lrsquo‛ordre de la compreacutehension demande aux eacutelegraveves de restituer une

connaissance de base agrave lrsquo‛aide de leurs propres mots La deuxiegraveme propose de

tester les connaissances theacuteoriques des eacutelegraveves en veacuterifiant que des liens entre

deux notions aient eacuteteacute faits

Exercice 2

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutedire la couleur perccedilue en fonction des meacutelanges de couleurs RVB

- deacutechiffrer un scheacutema et les codes de la repreacutesentation de la trajectoire

des lumiegraveres coloreacutees

Le deuxiegraveme exercice relegraveve du niveau taxonomique de lrsquo‛application car il

neacutecessite une compreacutehension de la maniegravere de repreacutesenter la lumiegravere (scheacutema de

la trajectoire rectiligne codes de couleurs RVB) et drsquo‛appliquer ce modegravele tout en

utilisant les connaissances des couleurs fondamentales et compleacutementaires de la

synthegravese additive

Exercice 3

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet drsquo‛un filtre sur une lumiegravere coloreacutee agrave lrsquo‛aide des codes

propres agrave lrsquo‛optique

Lrsquo‛exercice 3 relegraveve de lrsquo‛application car les eacutelegraveves se reacutefegraverent agrave la modeacutelisation

eacutetablie durant le cours et au diagramme de Venn de la synthegravese soustractive et

les adaptent aux items preacutesenteacutes

Exercice 4

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- mettre en perspective la distinction entre synthegravese additive et

soustractive en terme de lsquorsquo‛naturersquo‛rsquo‛ de la couleur (couleurs matiegraveres vs

couleurs lumiegraveres)

Cet exercice requiert des eacutelegraveves qursquo‛ils mobilisent leur faculteacute drsquo‛analyse (niveau

taxonomique plutocirct eacuteleveacute) pour expliquer les diffeacuterences entre les

repreacutesentations de la couleur en arts visuels et en physique Le but est qursquo‛ils

reconnaissent qursquo‛il srsquo‛agit dans le premier cas de la synthegravese soustractive et dans

le second cas de la synthegravese additive

Exercice 5

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutevoir la couleur perccedilue drsquo‛un objet en fonction des lumiegraveres coloreacutees

projeteacutees et coder le pheacutenomegravene

Les eacutelegraveves appliquent la modeacutelisation drsquo‛une lumiegravere coloreacutee sur un objet coloreacute

pour deacuteterminer la couleur perccedilue du drapeau franccedilais Cette question fait

reacutefeacuterence agrave un niveau taxonomique bas Puis ils trouvent la lumiegravere coloreacutee qui

permet de voir les deux drapeaux preacutesenteacutes de la mecircme couleur Ils trouveront

cette reacuteponse en modeacutelisant les lumiegraveres coloreacutees sur lrsquo‛objet de couleur

Plusieurs scheacutemas sont neacutecessaires pour trouver la reacuteponse Crsquo‛est une question

taxonomiquement haute qui demande aux eacutelegraveves de faire une synthegravese

Exercice 6

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet de la lumiegravere coloreacutee sur un objet et en deacuteduire la

couleur perccedilue

- justifier sa reacuteponse avec des mots en faisant la synthegravese des diffeacuterents

concepts vus dans la seacutequence de cours

Les eacutelegraveves doivent comprendre ce qursquo‛ils lisent et deacuteterminer la couleur propre du

haut du cambrioleur Cette question est taxonomiquement haute elle demande de

lrsquo‛analyse Puis ils justifient leur reacuteponse par le modegravele de lrsquo‛effet de la lumiegravere

coloreacutee sur un objet Cette question est drsquo‛un niveau taxonomique infeacuterieur

drsquo‛application Finalement ils deacuteterminent pourquoi la description de la jeune fille

ne correspond pas agrave la couleur propre en faisant le lien avec la synthegravese

soustractive demandant un niveau taxonomiquement tregraves eacuteleveacute la synthegravese

Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

4 Argumentation scientifique Nous avons choisi de construire notre seacutequence de cours de maniegravere agrave ce qursquoelle srsquoinscrive dans une deacutemarche constructiviste de type piageacutetienne Dans cette deacutemarche lrsquoenseignant anticipe les conceptions erroneacutees que les eacutelegraveves peuvent avoir puis eacutetablit une situation-shyproblegraveme permettant ideacutealement de deacuteconstruire ces repreacutesentations incomplegravetes puis finalement drsquoen construire de nouvelles plus justes Dans ce qui suit nous allons deacutefinir ces diffeacuterents concepts mis en eacutevidence puis expliciter la maniegravere dont nous les avons pris en compte dans notre planification

41 Les conceptions des eacutelegraveves et les situations-shyproblegravemes

411 Deacutefinitions Conception Selon Giordan et al (1994) une conception ou repreacutesentation peut ecirctre consideacutereacutee comme une ideacutee un objet ou un eacutevegravenement qui aide lrsquoeacutelegraveve agrave comprendre le monde qui lrsquoentoure Elle est le fruit de son expeacuterience personnelle dans laquelle il va puiser pour comprendre les nouveaux savoirs que lrsquoon va chercher agrave lui inculquer Elle peut ecirctre consideacutereacutee comme une connaissance ldquodeacutejagrave-shylagraverdquo acquise dans un certain contexte par lrsquoapprenant et qui peut ecirctre correcte ou erroneacutee Les mauvaises conceptions (ou misconception en anglais) peuvent donc ecirctre deacutecrites comme des ideacutees qui proviennent drsquoune mauvaise compreacutehension drsquoobjets ou eacutevegravenements Elles sont issues principalement de lrsquoenvironnement avec lequel lrsquoeacutelegraveve interagit et du contexte dans lequel il se situe mais elles deacutecoulent eacutegalement des systegravemes seacutemiotiques mis en oeuvre Ces derniers sont abordeacutes plus en deacutetail dans ce qui suit Seacutemiologie En seacutemiologie (lrsquoeacutetude des systegravemes de signes) une repreacutesentation (ou un signe) est double elle est doteacutee drsquoun signifiant et drsquoun signifieacute (de Saussure 1916) Le signifiant qui fait lrsquoobjet de la seacutemiologie deacutesigne la forme et laspect du signe tandis que le signifieacute eacutetudieacute dans le cadre de la seacutemantique deacutesigne le concept eacutevoqueacute par le signe A partir du moment ougrave le signe possegravede plusieurs signifieacutes il devient symbole et crsquoest ainsi que les incompreacutehensions peuvent survenir Selon R Duval (1995) le concept de laquo registre seacutemiotique raquo permet de distinguer les repreacutesentations qui relegravevent de diffeacuterents registres ou types visuels numeacuteriques graphiques symboliques formels scheacutematiques etc En didactique ce concept est fondamental car les diffeacuterences de registre au sein drsquoune mecircme repreacutesentation ou drsquoun

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modegravele peut induire des difficulteacutes de lecture Ils risquent drsquoajouter des difficulteacutes suppleacutementaires en empecircchant les eacutelegraveves de se focaliser sur le problegraveme poseacute par lrsquoactiviteacute et les menant agrave formuler des conclusions diffeacuterentes de celles attendues par lrsquoenseignant Crsquoest pour cela qursquoun choix pertinent de registre seacutemiotique facilite la compreacutehension du concept introduit Dans notre cours un exemple typique que nous pouvons donner est la forte ressemblance des diagrammes de Venn pour les synthegraveses additive et soustractive Dans les deux modegraveles les diagrammes sont communeacutement scheacutematiseacutes sous forme circulaire De plus bien que inverseacutees au niveau de leurs superpositions les mecircmes couleurs sont repreacutesenteacutees dans les deux diagrammes Ces similitudes peuvent rendre la diffeacuterenciation complexe pour les eacutelegraveves Crsquoest pourquoi nous avons estimeacute important drsquoapporter un changement agrave la repreacutesentation de ces diagrammes Ainsi dans lrsquoune de nos fiches de synthegravese nous avons preacutefeacutereacute utiliser des formes rectangulaires plutocirct que circulaires pour repreacutesenter la synthegravese soustractive car cette forme eacutevoque plus fortement le filtre et ainsi lrsquoabsorption de la lumiegravere Cadre de rationaliteacute origine des conceptions En srsquoappuyant sur les travaux de R Douady (1984) A Lerouge (1992) deacutefinit laquo un cadre de rationaliteacuteraquo comme laquoun ensemble coheacuterent de fonctionnement de la penseacuteeraquo caracteacuteriseacute principalement par les composantes suivantes

1 Les objets du cadre dans notre cas il peut srsquoagir de peinture de feuille de papier de lampes de poche de filtres etc

2 Le type de processus de conceptualisation Dans un cadre scientifique il peut srsquoagir drsquoun processus par modeacutelisation ou par expeacuterimentation par exemple

3 Les registres seacutemiotiques que nous avons traiteacutes plus haut Les conceptions des eacutelegraveves et les conflits de perceptions en reacutesultant sont issus des diffeacuterents cadres de rationaliteacute dans lesquels ils eacutevoluent Ce sont les cadres familiers (personnel) et culturels (eacutecole) qui sont responsable de ces conceptions et repreacutesentations mentales tantocirct concourantes tantocirct inexistantes voire erroneacutees Elles se manifestent principalement agrave travers la seacutemiotique Les eacutelegraveves eacuteprouvent de la difficulteacute agrave repreacutesenter des objets issus de registres seacutemiotiques diffeacuterents ou encore agrave simplement les reconnaicirctre Dans le contexte de notre seacutequence sur les couleurs ces cadres de rationaliteacute sont centraux En effet crsquoest dans son quotidien et donc dans son cadre familier que lrsquoeacutelegraveve va deacutecouvrir la notion de couleur notamment par le biais de la peinture ou drsquoobservation drsquoarc-shyen-shyciel Cette deacutecouverte qui a souvent lieu tregraves tocirct dans la vie de lrsquoenfant ne fera pourtant pas pour autant lrsquoobjet de questionnement sur le pheacutenomegravene de perception des couleurs La notion de cadre culturel ou scolaire quand agrave elle peut ecirctre eacutetendue dans notre cas agrave deux sous-shycateacutegories de cadres culturels diffeacuterents qui vont ecirctre agrave lrsquoorigine de conceptions erroneacutees ou incomplegravetes Premiegraverement il y a le cadre que nous appelons laquo arts visuelsraquo et qui a ses propres regravegles de rationaliteacutes Les cours de dessin ou drsquoactiviteacutes creacuteatrices en sont de parfaits exemples car crsquoest dans ce cadre que les eacutelegraveves vont premiegraverement aborder la

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theacutematique des couleurs primaires et de leurs meacutelanges Mais cette theacutematique est eacutegalement abordeacutee dans le cadre laquophysiqueraquo agrave travers les expeacuteriences de deacutecomposition de la lumiegravere ou de superposition de lumiegraveres coloreacutees Ainsi nous retrouvons trois cadres de rationaliteacute concourants (familier physique arts visuels) dans lesquels les eacutelegraveves eacutevoluent et qui engendrent indubitablement des conceptions erroneacutees sur la lumiegravere et les couleurs puisque les eacutelegraveves ne sont pas ameneacutes agrave les diffeacuterencier dans chacun des cadres Et comme la communication entre les diffeacuterents cadres nrsquoest pas eacutetablie le lien agrave faire entre les diffeacuterentes conceptions issues de ces cadres est agrave la charge de lrsquoeacutelegraveve ce qui repreacutesente une lourde responsabiliteacute dans son apprentissage Astolfi (2008) appelle eacutegalement ces conceptions issues de diffeacuterents cadres des ldquotrames conceptuelles rdquoqui peuvent ecirctre deacutefinies comme ldquoun ensemble de concepts-shycleacutes propres agrave un domaine et logiquement hieacuterarchiseacutes entre eux qui structurent les disciplines et engendrent des situations-shyproblegravemesrdquo Mais encore on verra eacutemerger des problegravemes de contrat didactique dans chacun des cadres lrsquoeacutelegraveve va tenter de donner une reacuteponse qui va satisfaire lrsquoenseignant sans pour autant ecirctre ameneacute agrave confronter ses conceptions

Situation-shyproblegraveme Pour de Vecchi (2006) une situation-shyproblegraveme est une activiteacute qui consiste agrave mettre lrsquoeacutelegraveve dans une situation ougrave il va ecirctre ameneacute agrave eacutelaborer des strateacutegies de reacutesolution de problegraveme Lrsquoun des points cleacutes des situations-shyproblegravemes est qursquoelles eacutetablissent un lien eacutetroit entre les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves En drsquoautres termes une situation-shyproblegraveme est construite de telle sorte que les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave remettre en question des repreacutesentations actuelles qui srsquoavegraverent erroneacutees agrave les deacuteconstruire pour en construire de nouvelles Ainsi dans une deacutemarche de type constructiviste lrsquoeacutelegraveve construit son savoir en renversant ses anciennes conceptions Une situation-shyproblegraveme nrsquoest donc pas une deacutemarche ponctuelle dans laquelle lrsquoeacutelegraveve devra reacutesoudre une liste drsquoexercices teacuteleacuteguideacutee par lrsquoenseignant Ce qui justifie lrsquoefficaciteacute des situations problegravemes est qursquo laquoapprendreraquo ne consiste pas agrave cumuler les savoirs mais agrave en construire et agrave en deacuteconstruire

Une situation-shyproblegraveme doit comprendre plusieurs eacuteleacutements

-shy Un objectif-shyobstacle Pour Meirieu (1987) un objectif-shyobstacle est ldquoun objectif dont lrsquoacquisition permet au sujet de franchir un palier deacutecisif de progression en modifiant son systegraveme de repreacutesentation et en le faisant acceacuteder un niveau supeacuterieur de formulation rdquo Dans notre cas lrsquoeacutelegraveve pense que tous les meacutelanges de 3 couleurs primaires (de peinture ou de lumiegravere) vont donner le mecircme reacutesultat La distinction entre synthegraveses additive et soustractive nrsquoest pas connue des eacutelegraveves De plus projeter de la lumiegravere monochromatique sur un objet drsquoune certaine couleur ne donne pas toujours la mecircme couleur Lrsquoexemple avec le drapeau (activiteacute 4) est parlant

-shy Une situation centreacutee sur cet obstacle prenant en compte une deacutemarche expeacuterimentale ou une deacutemarche de modeacutelisation Dans notre cours les deux deacutemarches sont mises en oeuvre mais notre deacutemarche principale est la modeacutelisation Les eacutelegraveves vont effectivement ecirctre ameneacutes agrave eacutemettre des hypothegraveses manipuler reacutecolter des reacutesultats et les confronter agrave

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leurs hypothegraveses mais il srsquoagit surtout drsquoune deacutemarche de modeacutelisation car les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave creacuteer des scheacutemas dans plusieurs exercices

-shy Une probleacutematisation et la deacutevolution on probleacutematise la conception erroneacutee en introduisant une situation-shyproblegraveme crsquoest-shyagrave-shydire qursquoon construit un problegraveme centreacute sur lrsquoobstacle La surprise face agrave une situation incoheacuterente va intriguer lrsquoeacutelegraveve exciter sa motivation et le pousser agrave vouloir srsquoimpliquer dans le problegraveme ce qui va aider sa deacutevolution Brousseau (1998) qualifie la notion de deacutevolution par le ldquo processus par lequel lenseignant parvient agrave placer leacutelegraveve comme simple actant dans une situation a-shydidactique (agrave modegravele non didactique) Il cherche par lagrave agrave ce que lrsquoaction de lrsquoeacutelegraveve ne soit produite et justifieacutee que par les neacutecessiteacutes du milieu et par ses connaissances et non par lrsquointerpreacutetation des proceacutedeacutes didactiques du professeurrdquo Pour enrocircler les eacutelegraveves et les aider agrave identifier la probleacutematique en met on place une situation deacuteclenchante Dans notre cas lrsquoexemple avec le meacutelange de peinture et de lumiegraveres coloreacutees est un parfait exemple de situation deacuteclenchante car les eacutelegraveves ne sattendent probablement pas par exemple agrave ce que le meacutelange de vert et bleu donne du cyan ou encore qursquoon perccediloive un citron noir lorsque lrsquoon projette de la lumiegravere bleue sur ce celui-shyci

412 La prise en compte des conceptions des eacutelegraveves dans notre seacutequence La theacutematique de la lumiegravere et des couleurs est complexe et comprend de nombreux concepts difficiles agrave assimiler En effet bon nombre de personnes ont des repreacutesentations erroneacutees qui peuvent rester profondeacutement ancreacutees Parmi les conceptions erroneacutees les plus communes on retrouve selon le site internet des MER

La lumiegravere blanche est sans couleur pure quand la lumiegravere blanche passe dans un prisme ou traverse un filtre de la couleur lui est ajouteacutee

La lumiegravere blanche nous permet de voir la vraie couleur des objets laquoMa feuille est blanche parce que je nai pas ajouteacute dautres couleurs agrave celle-shyciraquo

Les couleurs sont lieacutees agrave des proprieacuteteacutes de lrsquoobjet exclusivement sans reacutefeacuterence agrave la lumiegravere qui eacuteclaire lrsquoobjet Ne dit-shyon pas quun pull est rouge

Confusion entre les couleurs primaires en couleur peinture et en couleur lumiegravere

Dans notre planification nous avons anticipeacute ces conceptions et avons construit notre cours de maniegravere agrave ce qursquoelles soient mises en eacutevidence le plus tocirct possible afin de tenter de les deacuteconstruire agrave travers nos activiteacutes

Ainsi degraves deacutebut de lrsquoactiviteacute 2 les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave une situation-shyproblegraveme dans laquelle ils comprennent qursquoil existe une contradiction entre leur conception de deacutepart sur les meacutelanges de couleurs (issue de leurs cadres de rationaliteacute familier et scolaire lsquorsquoart visuelrsquorsquo) et leurs observations (nouveau cadre lsquorsquophysiquersquorsquo) Crsquoest sur la base de ce conflit cognitif que les diffeacuterentes notions de la seacutequence pourront ecirctre abordeacutees Les autres conceptions sont mises en eacutevidence puis deacuteconstruites agrave travers les diffeacuterentes activiteacutes Par exemple les

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activiteacutes du chapitre 3 permettent de montrer que la lumiegravere blanche nrsquoest pas pure mais qursquoelle est composeacutee de toutes les couleurs et ce gracircce agrave lrsquoobservation des objets agrave la lumiegravere blanche puis agrave travers un filtre

De plus lrsquoactiviteacute 3 srsquoarticule autour drsquoune conception erroneacutee repeacutereacutee dans certaines classes Bon nombre drsquoeacutelegraveves eacutetaient persuadeacutes qursquoun filtre ne laissait pas passer les lumiegraveres de sa couleur propre car crsquoest la couleur dont est perccedilue le filtre Un conflit cognitif est alors provoqueacute afin de deacuteconstruire cette conception les eacutelegraveves observent que la lumiegravere coloreacutee nrsquoest pas absorbeacutee par le filtre mais qursquoelle se propage bien jusqursquoagrave lrsquoeacutecran blanc

En introduction de lrsquoactiviteacute 4 une nouvelle situation-shyproblegraveme est preacutesenteacutee par le biais drsquoune image montrant que la couleur drsquoun objet peut varier en fonction de la lumiegravere coloreacutee par laquelle il est eacuteclaireacute Elle servira agrave provoquer un conflit cognitif chez les eacutelegraveves car cette situation intervient apregraves une phase drsquohypothegravese reacutepondant agrave la question suivante un objet peut-shyil avoir diffeacuterentes couleurs La reacuteponse donneacutee par lrsquoimage contredira probablement lrsquohypothegravese preacuteceacutedemment formuleacutee et devrait susciter de la curiositeacute chez lrsquoeacutelegraveve et lui donner lrsquoenvie de comprendre le pheacutenomegravene Nous deacutemontrons ensuite tout au long de lrsquoactiviteacute 4 sur les lumiegraveres coloreacutees que crsquoest le pheacutenomegravene drsquoabsorption et de reacuteflection de la lumiegravere qui nous permet de voir la couleur des objets et non pas la lumiegravere blanche Crsquoest donc par le biais de ces deacuteconstructions successives de conceptions que lrsquoenseignant peut guider les eacutelegraveves sur la voie de la reacutesolution du problegraveme de lrsquoorigine de ces contradictions dans le but drsquoeacutetablir le lien entre les diffeacuterents cadres de rationaliteacute

42 Modeacutelisation

421 Deacutefinition

Un modegravele est communeacutement deacutefini comme un objet ou un concept qui va permettre de repreacutesenter la reacutealiteacute de diffeacuterentes maniegraveres Bunge (1974) ou encore Martinand (1994) le deacutefinissent eacutegalement comme un moyen permettant de mettre en relation le monde theacuteorique avec le monde empirique Il peut ecirctre consideacutereacute en quelque sorte comme un monde intermeacutediaire ou une sorte de lunette conceptuelle (Halloun 2004) qui va permettre drsquoobserver des pheacutenomegravenes naturels Un modegravele ne constitue pas la reacutealiteacute mais la repreacutesente en simplifiant certains de ses aspects ce qui peut causer des conflits pour les repreacutesentations cognitives chez lrsquoeacutelegraveve

422 La modeacutelisation dans notre seacutequence Dans notre planification la modeacutelisation est centrale afin de conceptualiser des pheacutenomegravenes complexes comme la composition de la lumiegravere et la perception des couleurs Elle est lrsquooutil qui permet drsquoamener les eacutelegraveves agrave se faccedilonner une repreacutesentation de la deacutecomposition de la lumiegravere blanche de labsorption de la lumiegravere agrave travers les filtres et des synthegraveses additive et soustractive des couleurs

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De plus elle constitue un objectif de formation meacutethodologique qui va de pair avec toute formation scientifique Crsquoest pourquoi nous avons inclus la modeacutelisation dans les objectifs drsquoapprentissage Dans la terminologie du PER la modeacutelisation correspond agrave lrsquoobjectif geacuteneacuteral MSN37

bull MSN 1525 mdash Modeacuteliser des pheacutenomegravenes naturels techniques sociaux ou des situations matheacutematiques

bull en imaginant et en utilisant divers outils de repreacutesentation (codes scheacutemas graphiques tableauxhellip)

Lrsquoactiviteacute 2 propose aux eacutelegraveves de reporter les couleurs observeacutees sur trois cercles superposeacutes En les coloriant les eacutelegraveves reacutealisent en reacutealiteacute une forme simple de modeacutelisation par un diagramme de Venn de la synthegravese additive Il nous a sembleacute pertinent drsquointroduire ce scheacutema de cette maniegravere car ainsi les eacutelegraveves comprennent reacuteellement qursquoil correspond agrave la lumiegravere projeteacutee et superposeacutee sur un eacutecran En derniegravere partie drsquoactiviteacute les eacutelegraveves se familiarisent avec un logiciel de modeacutelisation de la synthegravese additive 3

Lrsquoutilisation drsquoun modegravele dans ce cas est indispensable pour des raisons pratiques Il serait en effet tregraves difficile de faire des observations similaires avec un dispositif reacuteel constitueacute de projecteurs et drsquoun eacutecran comme dans la premiegravere partie drsquoactiviteacute Nous avons veilleacute agrave choisir un logiciel simple drsquousage sur lequel seules deux manipulations sont possibles allumereacuteteindre les projecteurs et varier leurs intensiteacutes Ainsi il est possible pour les eacutelegraveves de faire rapidement et sans difficulteacutes de lrsquoordre du registre seacutemiotique la deacuteduction attendue les diffeacuterentes couleurs srsquoobtiennent par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

Dans lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves sont ameneacutes agrave modeacuteliser lrsquoeffet drsquoun filtre sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee Ils ancrent ainsi le fonctionnement drsquoun filtre dans leur apprentissage et deacuteveloppent une meacutethodologie systeacutematique dans la reacutesolution de problegravemes mettant en scegravene des filtres Gracircce au modegravele deacuteveloppeacute les eacutelegraveves deacuteconstruisent deacutefinitivement leur eacuteventuelle conception erroneacutee selon laquelle un filtre absorberait sa propre couleur Lrsquoactiviteacute 43 a pour but que les eacutelegraveves modeacutelisent les pheacutenomegravenes de reacutefraction et drsquoabsorption en justifiant leur reacuteponse par un modegravele de reacuteponse Ce dernier comprend les couleurs RVB qui se reflegravetent ou qui sont absorbeacutees par une surface Ainsi lrsquoeacutelegraveve peut trouver une meacutethode systeacutematique de reacuteponse en testant les diffeacuterentes couleurs Gracircce agrave cette modeacutelisation et agrave celle de lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves comprennent que les fonctionnements des filtres et des lumiegraveres coloreacutees sont fondeacutes sur le mecircme principe

3(httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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43 Deacutemarche expeacuterimentale

431 Deacutefinition Pour de Vecchi il est important de ne pas confondre les notions lieacutees agrave lrsquoexpeacuterimental qui sont les suivantes

-shy Une deacutemarche scientifique nrsquoest pas exclusive au domaine des sciences expeacuterimentales mais peut aussi ecirctre mobiliseacutee dans les sciences humaines socialeshellip Elle utilise drsquoautres outils que lrsquoexpeacuterimentale Toute recherche digne de ce nom est de nature scientifique

-shy La meacutethode expeacuterimentale eacutequivaut plutocirct agrave un plan agrave suivre un mode drsquoemploi ou agrave une marche agrave suivre qui suit un ordre strict que lrsquoon peut aussi appeler protocole Par exemple parmi les plus ceacutelegravebres protocoles nous retrouvons celui de Claude Bernard (1865) que lrsquoon abregravege par les initiales OHERIC qui correspondent agrave observation hypothegravese expeacuterience reacutesultats interpreacutetation et conclusion De maniegravere geacuteneacuterale il srsquoagit du protocole caricatural que lrsquoon emploie le plus souvent dans les salles de classes

-shy Une deacutemarche expeacuterimentale est une approche plus reacutealiste moins stricte et integravegre

une approche plus tacirctonnante Il nrsquoest pas constitueacute drsquoeacutetapes preacutedeacutetermineacutees et est donc moins affecteacutee par les directives de lrsquoenseignant Il peut donc laisser des liberteacutes dans la maniegravere de reacutesoudre le problegraveme

432 La deacutemarche expeacuterimentale dans notre seacutequence Dans notre seacutequence la meacutethode expeacuterimentale est preacutesente de maniegravere partielle du scheacutema caricatural OHERIC nous nous inteacuteressons en particulier aux phases drsquoobservation et drsquoeacutemission drsquohypothegraveses Crsquoest pourquoi nous parlons donc plutocirct de ldquodeacutemarche expeacuterimentalerdquo En effet tout au long des diffeacuterentes activiteacutes il est reacuteguliegraverement demandeacute aux eacutelegraveves de formuler une hypothegravese agrave partir de leurs connaissances au preacutealable puis de faire de nouvelles observations en contexte expeacuterimental Crsquoest sur la base de ces derniegraveres qursquoils pourront reacutealiser leurs deacuteductions sur le pheacutenomegravene en question et construire de nouvelles conceptions Dans lrsquoactiviteacute 2 ce type de deacutemarche est central pour la creacuteation de la premiegravere situation-shyproblegraveme Par la suite la deacutemarche permet de guider les eacutelegraveves dans le processus de deacuteduction du fonctionnement geacuteneacuteral des diffeacuterents pheacutenomegravenes Dans lrsquoactiviteacute 41 par exemple les pheacutenomegravenes agrave deacuteduire sont la synthegravese soustractive et le fonctionnement de la lumiegravere coloreacutee Lrsquoemploi drsquoobjets familiers permet un ancrage dans le quotidien

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Dans lrsquoactiviteacute 3 lrsquoeacutetude de lrsquoeffet des filtres constitue agrave son tour un deacutemarche expeacuterimentale En effet les eacutelegraveves doivent tout drsquoabord eacutemettre leurs hypothegraveses puis les veacuterifient par lrsquoexpeacuterimentation et ses reacutesultats provoquant probablement un conflit cognitif avant drsquoen conclure lrsquoeffet drsquoun filtre Dans lrsquoactiviteacute 42 nous retrouvons toujours le mecircme principe de deacutemarche expeacuterimentale Les eacutelegraveves formulent des hypothegraveses sur la couleur perccedilue de diffeacuterents mots coloreacutes eacuteclaireacutes par une lumiegravere coloreacutee puis les veacuterifient lors de la phase drsquoobservation La confrontation entre leurs attentes lieacutees agrave leurs conceptions et la reacutealiteacute creacutee le conflit cognitif rechercheacute

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5 Conclusion Pour seacutelectionner notre thegraveme et eacutelaborer notre seacutequence nous nous sommes fondeacutes sur les objectifs du PER et crsquoest sur lrsquooptique que notre choix srsquoest porteacute Le savoir savant auquel nous nous sommes reacutefeacutereacutes comprend principalement des concepts lieacutes agrave la lumiegravere tels que les photons les ondes eacutelectromagneacutetiques ainsi que les spectres drsquoeacutemission et drsquoabsorption Nous avons transposeacute ce savoir en un savoir enseignable par le biais drsquoun travail de contextualisation et de reacuteadaptation Nous avons eacuteteacute ameneacutes agrave remplacer des modegraveles scientifiques (par exemple les modegraveles de synthegraveses additive et soustractive) par des modegraveles accessibles agrave un niveau scolaire et agrave changer les conditions drsquoeacutemergence des problegravemes Ainsi notre travail de transposition consistait agrave montrer aux eacutelegraveves la partie eacutemergeacutee de lrsquoiceberg du concept de couleur le reacutesultat apparent plutocirct que lrsquoorigine eacutelectromagneacutetique Tout au long de la seacutequence et par le biais de situations-shyproblegravemes et de diffeacuterentes eacutetapes de reacutesolution des activiteacutes les eacutelegraveves ont eacuteteacute guideacutes dans le processus de construction de leur apprentissage En nous focalisant sur les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves nous avons eacutelaboreacute nos exercices de maniegravere agrave proposer des situations deacuteclenchantes afin de faciliter le transfert de la responsabiliteacute de la reacutesolution des problegravemes aux eacutelegraveves Cette derniegravere srsquoeffectue par des deacutemarches drsquoexpeacuterimentation mais surtout de modeacutelisation

Dans notre sceacutenario les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave deux types de donneacutees theacuteoriques et empiriques Drsquoune part ils ont agrave disposition deux theacuteories principales la premiegravere est que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs de lrsquoarc-shyen-shyciel tandis que la seconde deacutecrit l a maniegravere dont la couleur drsquoun objet deacutepend des couleurs qursquoil va absorber Drsquoautre part ils disposent de donneacutees empiriques qursquoils sont ameneacutes agrave reacutecolter en superposant des lumiegraveres de diffeacuterentes couleurs en meacutelangeant de la peinture et en projetant de la lumiegravere coloreacutee sur diffeacuterents objets coloreacutes Dans le cadre drsquoune deacutemarche drsquoexpeacuterimentation ils ont eacutemis des hypothegraveses observeacute manipuleacute du mateacuteriel utiliseacute des appliquettes en ligne et veacuterifieacute leurs reacutesultats Crsquoest ainsi les modegraveles que nous avons preacutesenteacutes et que les eacutelegraveves ont eacutelaboreacutes vont ecirctre des ponts qui vont relier le monde theacuteorique et le monde empirique Par ailleurs nous avons eacuteteacute attentifs agrave la seacutemiotique lors de nos choix des repreacutesentations utiliseacutees nous nous sommes reacutefeacutereacutes agrave la notion de registre seacutemiotique afin drsquoeacutelaborer des scheacutemas nrsquoengendrant pas de difficulteacutes de lecture chez les eacutelegraveves

Nous avons analyseacute lrsquoorigine des conceptions erroneacutees et avons remarqueacute qursquoelles eacutetaient principalement dues agrave des repreacutesentations concourantes engendreacutees par les diffeacuterents contextes et cadres de rationaliteacutes dans lesquelles les eacutelegraveves eacutevoluent Notre sceacutenario permet aux eacutelegraveves drsquoeacutetablir des liens entre ces diffeacuterents cadres et de construire une nouvelle repreacutesentation de la couleur celle drsquoun objet de la physique

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6 Bibliographie

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Meirieu P Avanzin Gi (1987) Apprendre oui mais comment Edition ESF Verret M (1975) Le temps des eacutetudes (Vols 1ndash2) Lille France Atelier Reproduction des thegraveses

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Page 40: Physique Optique Lescouleurs · Sciences naturelles Les couleurs 10 11 Harmos 1.Introduction Comme nous allons le détailler dans le chapitre 4, les conceptions erronées des élèves

Documents des eacutelegraveves

Sciences naturelles 10-shy11H seacutequence 5 les couleurs

Chapitre 4 Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur (corrigeacute) Rappel

2 Nous pouvons reacutesumer la composition de la lumiegravere blanche aux 3 couleurs primaires le rouge le vert et le bleu Ce sont des couleurs qui ne peuvent pas ecirctre creacuteeacutees Ce sont elles qui composent les autres couleurs Crsquo‛est agrave dire qursquo‛en les meacutelangeant on peut obtenir les autres couleurs le cyan est composeacute du bleu et du vert le magenta est composeacute du bleu et du rouge et le jaune est composeacute du vert et du rouge

Theacuteorie

Le sujet que nous allons traiter aujourdrsquo‛hui concerne la couleur de lrsquo‛objet Un objet a-t-il toujours la mecircme couleur Formule une hypothegravese ____________________________________________ Projeter cette image elle napparaicirct pas dans le cours de lrsquo‛eacutelegraveve

Que retiens-tu de cette photo _______________________________________________________________ La lumiegravere coloreacutee qui est refleacuteteacutee par un objet correspond agrave la lumiegravere non absorbeacutee

Ici toutes les lumiegraveres coloreacutees sont absorbeacutees sauf le bleu qui lui est refleacuteteacute La couleur propre de lrsquo‛objet sera le bleu

En effet un objet absorbe ou reflegravete diffeacuterentes lumiegraveres coloreacutees Crsquo‛est cette lumiegravere coloreacutee refleacuteteacutee que nous verrons

Activiteacute 41

Reacuteponds agrave ces diffeacuterentes questions dans le tableau ci-dessous De quelle couleur penses-tu que tu verras cet objet Confronte ton ideacutee avec ton voisin De quelle couleur le vois-tu reacuteellement

Couleur de lrsquo‛objet

Couleur de la lumiegravere

Hypothegravese formuleacutee

Observation

rouge Magenta (rouge)

cyan Vert (vert)

jaune Bleu (noir)

Par quel pheacutenomegravene peut-on observer ce changement de couleur ___________________________________ (synthegravese soustractive)

Quelle deacuteductions peux-tu faire (fonctionne comme un filtre) _________________________________________________________________

Activiteacute 42

Marche agrave suivre

6 Eacutecris sur une feuille blanche le nom des 2 couleurs que ton enseignant te donne avec la peinture qui y correspond

7 Pendant que ces mots segravechent remplis les colonnes ldquocouleur du mot 1rdquo et ldquocouleur du mot 2rdquo et ldquocouleur de la feuillerdquo agrave la lumiegravere blanche

8 Formule tes hypothegraveses note-les au crayon agrave papier en petit 9 Eacuteclaire tes mots agrave lrsquo‛aide de lumiegraveres coloreacutees 10 Note tes observations

Lumiegravere coloreacutee

Couleur du mot 1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur du mot 2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur de la feuille helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Blanche

Rouge

Verte

Bleue

Magenta

Cyan

Jaune

Activiteacute 43

Tu observes un drapeau eacuteclaireacute par une lumiegravere blanche Puis tu observes ce mecircme drapeau eacuteclaireacute par deux lumiegraveres coloreacutees diffeacuterentes Trouve la lumiegravere coloreacutee utiliseacutee dans chaque cas et justifie ta reacuteponse par la modeacutelisation vue preacuteceacutedemment

Lumiegravere blanche Lumiegravere coloreacutee 1 Lumiegravere coloreacutee 2

De quelle couleur est la premiegravere lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Bleu)

Modeacutelisation 1

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Vert)

Modeacutelisation 2

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Fiches de synthegravese Les couleurs Activiteacute 2 Reacutesumeacute theacuteorique pour les eacutelegraveves Le modegravele trichromique et la synthegravese additive des couleurs La couleur nrsquo‛existe pas sans lumiegravere et lrsquo‛on peut dire que lrsquo‛on perccediloit le monde gracircce aux meacutelanges de ces couleurs qui correspondent aux diffeacuterentes composantes de la lumiegravere Lorsque lrsquo‛on parle de la perception des couleurs on srsquo‛aperccediloit que seules trois lumiegraveres primaires de couleurs rouge vert et bleu sont neacutecessaires pour obtenir la sensation de toutes les autres couleurs Cette maniegravere de modeacuteliser la perception des couleurs est ce qursquo‛on appelle le modegravele trichromique (lsquorsquo‛trois couleursrsquo‛rsquo‛) Dans cette repreacutesentation toutes les autres lumiegraveres coloreacutees sont perccedilues par superposition des trois lumiegraveres rouge verte et bleue La superposition simultaneacutee et en dosage identique des trois couleurs donne de la lumiegravere blanche Le noir correspond agrave une absence de lumiegravere

Illustration du modegravele

Image MER

Lrsquo‛image montre trois projecteurs de lumiegraveres rouge verte et bleue eacuteclairant une table blanche Si les trois couleurs sont projeteacutees en intensiteacute identique nous obtenons par superposition trois autres couleurs le cyan le magenta et le jaune Les couleurs primaires et les couleurs obtenues sont codeacutees sur lrsquo‛image puis reacutecapituleacutees dans le tableau ci-dessous

Image MER

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Si nous modifions le dosage des couleurs eacuteleacutementaires il est possible drsquo‛obtenir toutes les couleurs imaginables Le pheacutenomegravene de perception des couleurs par superposition des trois couleurs primaires se nomme synthegravese additive les couleurs sont additionneacutees entre elles pour permettre la synthegravese drsquo‛autres couleurs

Drsquo‛ailleurs si lrsquo‛on observe au microscope un eacutecran blanc de smartphone ou drsquo‛ordinateur on remarque qursquo‛il est en fait constitueacute drsquo‛un grand nombre de minuscules rectangles de lumiegraveres rouge verte et bleue (voir image ci-contre) Crsquo‛est justement par un jeu de dosage de chacune de ces lumiegraveres que lrsquo‛on perccediloit les diffeacuterentes couleurs sur nos eacutecrans

Pourquoi un modegravele sur trois couleurs La raison pour laquelle les scientifiques ont construit ce modegravele sur trois couleurs est directement lieacutee agrave la structure de notre œil En effet ce dernier contient des cellules sensibles agrave la lumiegravere que lrsquo‛on appelle cocircnes et bacirctonnets Alors que les bacirctonnets perccediloivent les intensiteacutes de lumiegravere les cocircnes nous permettent de percevoir les couleurs Cependant ils ne sont sensibles qursquo‛agrave certaines composantes de la lumiegravere blanche celles correspondant justement aux couleurs rouge vert et bleu Lorsque lrsquo‛on regarde un objet notre cerveau analyse le dosage de chacune de ces composantes perccedilues par notre œil et en interpregravete ainsi la couleur de lrsquo‛objet

Qursquo‛est-ce que le daltonisme Certaines personnes preacutesentent une anomalie de la vision qui les empecircche de distinguer certaines couleurs Drsquo‛origine geacuteneacutetique ce trouble est ducirc agrave un dysfonctionnement des cocircnes preacutesents dans la reacutetine Bien que la plupart des personnes daltoniennes aient de la peine agrave distinguer le vert du rouge drsquo‛autres ne distinguent pas drsquo‛autres couleurs Dans certaines formes de daltonisme le monde est perccedilu par la personne atteinte en teintes de gris

Sciences naturelles Optique synthegravese soustractive et additive

La synthegravese additive est le proceacutedeacute gracircce

auquel en combinant les couleurs

___________ ___________ et ___________

on obtient du blanc

On la retrouve lorsque lrsquoon meacutelange des

lumiegraveres coloreacutees composeacutees de ces 3 couleurs

diffeacuterentes car les laquo additionner raquo donne la

lumiegravere blanche

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon exploite aujourdrsquohui

pour les teacuteleacuteviseurs ou tout eacutecran composeacute de

pixels

La synthegravese soustractive consiste agrave soustraire

les couleurs de la lumiegravere blanche (RVB) agrave

travers des filtres de couleurs ___________

___________ et ___________ qui absorbent la

totaliteacute des couleurs de la lumiegravere blanche pour

un rendu noir au final (absence de lumiegravere)

Lrsquo __________________ des 3 couleurs donne

le ____________

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon retrouve par exemple en

meacutelangeant de la peinture notamment en

imprimerie

Sciences naturelles Optique les filtres

Qursquoest-shyce qursquoun filtre coloreacute et comment fonctionne-shyt-shyil

Un filtre est un dispositif qui permet de filtrer la lumiegravere de laisser passer certains rayons

lumineux et drsquoen absorber drsquoautres

Pour savoir quelles lumiegravere coloreacutees le filtre laisse passer il faut lrsquoobserver agrave la lumiegravere

blanche

Le filtre laissera alors passer uniquement les rayons lumineux de sa couleur propre

Par exemple

Un filtre vert laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee verte

Un filtre magenta laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee magenta crsquoest agrave dire les rayons rouge et bleu

Pour connaicirctre la lumiegravere coloreacutee qui ldquosortrdquo du filtre il faut donc

deacutecomposer la lumiegravere qui arrive sur ce filtre et en soustraire les

rayons qui sont absorbeacutes par le filtre On se reacutefegravere alors au modegravele de

la synthegravese soustractive

Image httpswww123couleursfrboutique-shy1filtres-shycolorC3A9s

Tableau reacutecapitulatif

Sciences naturelles Optique les filtres

Modeacutelisation

Nous pouvons modeacuteliser lrsquoaction drsquoun filtre

1 Noter la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur le filtre

2 Deacutecomposer la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur filtre et la coder (en RVB)

3 Repreacutesenter le filtre et coder les rayons absorbeacutes par le filtre 4 Prolonger les rayons lumineux coloreacutes que le filtre laisse passer et les coder (en RVB)

5 Noter la lumiegravere coloreacutee qui sort du filtre

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre magenta sur la lumiegravere blanche

Lorsque plusieurs filtres sont superposeacutes ou aligneacutes il faut modeacuteliser lrsquoaction du premier filtre

sur la lumiegravere projeteacutee puis lrsquoaction du deuxiegraveme filtre sur la lumiegravere qui sort du premier filtre

etc

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre cyan puis drsquoun filtre vert sur la lumiegravere jaune

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

De quelle couleur apparaicirctra un objet de couleur eacuteclaireacute par une lumiegravere coloreacutee

Il y 3 cas

1) Un objet de couleur blanche renvoie toutes les couleurs il apparaicirctra de la couleur eacuteclaireacutee

2) Un objet de couleur noire absorbe toutes les couleurs Peu importe la couleur avec laquelle

lrsquoobjet est eacuteclaireacute lrsquoobjet apparaicirct de couleur noire

3) Pour un objet de couleur il suffit de deacutecomposer les couleurs secondaires par exemple

Jrsquoai un objet jaune

Je lui projette une lumiegravere magenta

Or jaune = rouge + vert

et magenta = bleu + rouge

Le rouge est commun au jaune et au magenta donc lrsquoobjet paraicirctra rouge

En revanche si la lumiegravere est bleue comme il nrsquoy a pas de bleu dans le jaune lrsquoobjet paraicirctra

noir

1

Tableau reacutecapitulatif

1 httpscommunitygoodgamestudioscombigfarmfrdiscussion51685langage-shy‐des-shy‐couleurs

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

Modegravele de reacuteponse

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

______

______

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

______

______

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation avec propositions

de reacuteponses)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

(rouge vert bleu Nous percevons les diffeacuterentes couleurs agrave partir de ces trois couleurs) ________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

(Explication relative aux cocircnes et bacirctonnets de lrsquo‛oeil)

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Corrigeacute vert bleu blanc cyan

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________ (vert)

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________ (bleu)

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________ (aucunenoir)

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

(selon modegravele eacutetudieacute)

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

(les deux selon que lrsquo‛on parle de synthegravese additive ou soustractive)

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

Bleu

______

Bleu

______

Noir

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________ (lumiegravere rouge)

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

Noir

______

Rouge

______

Rouge

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

(Bleu)

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

(selon modegravele eacutetudieacute)

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

(Explication citant la synthegravese soustractive et lrsquo‛effet des lumiegraveres coloreacutees

concerneacutees sur le haut du cambrioleur)

Evaluation - Analyse

Ce commentaire comprend les diffeacuterents objectifs eacutevalueacutes ainsi que ce qui est attendu

preacuteciseacutement des eacutelegraveves et les niveaux taxonomiques correspondants

Ce sont des pistes drsquo‛eacutevaluation qui sont ici proposeacutees non une eacutevaluation suivie

Exercice 1

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- Mettre en lien des notions theacuteoriques apprises en cours (cocircnes et

bacirctonnets de lrsquo‛oeil) avec drsquo‛autres (synthegravese additive)

Lrsquo‛eacutevaluation deacutebute par deux questions au niveau taxonomique peu eacuteleveacute La

premiegravere de lrsquo‛ordre de la compreacutehension demande aux eacutelegraveves de restituer une

connaissance de base agrave lrsquo‛aide de leurs propres mots La deuxiegraveme propose de

tester les connaissances theacuteoriques des eacutelegraveves en veacuterifiant que des liens entre

deux notions aient eacuteteacute faits

Exercice 2

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutedire la couleur perccedilue en fonction des meacutelanges de couleurs RVB

- deacutechiffrer un scheacutema et les codes de la repreacutesentation de la trajectoire

des lumiegraveres coloreacutees

Le deuxiegraveme exercice relegraveve du niveau taxonomique de lrsquo‛application car il

neacutecessite une compreacutehension de la maniegravere de repreacutesenter la lumiegravere (scheacutema de

la trajectoire rectiligne codes de couleurs RVB) et drsquo‛appliquer ce modegravele tout en

utilisant les connaissances des couleurs fondamentales et compleacutementaires de la

synthegravese additive

Exercice 3

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet drsquo‛un filtre sur une lumiegravere coloreacutee agrave lrsquo‛aide des codes

propres agrave lrsquo‛optique

Lrsquo‛exercice 3 relegraveve de lrsquo‛application car les eacutelegraveves se reacutefegraverent agrave la modeacutelisation

eacutetablie durant le cours et au diagramme de Venn de la synthegravese soustractive et

les adaptent aux items preacutesenteacutes

Exercice 4

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- mettre en perspective la distinction entre synthegravese additive et

soustractive en terme de lsquorsquo‛naturersquo‛rsquo‛ de la couleur (couleurs matiegraveres vs

couleurs lumiegraveres)

Cet exercice requiert des eacutelegraveves qursquo‛ils mobilisent leur faculteacute drsquo‛analyse (niveau

taxonomique plutocirct eacuteleveacute) pour expliquer les diffeacuterences entre les

repreacutesentations de la couleur en arts visuels et en physique Le but est qursquo‛ils

reconnaissent qursquo‛il srsquo‛agit dans le premier cas de la synthegravese soustractive et dans

le second cas de la synthegravese additive

Exercice 5

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutevoir la couleur perccedilue drsquo‛un objet en fonction des lumiegraveres coloreacutees

projeteacutees et coder le pheacutenomegravene

Les eacutelegraveves appliquent la modeacutelisation drsquo‛une lumiegravere coloreacutee sur un objet coloreacute

pour deacuteterminer la couleur perccedilue du drapeau franccedilais Cette question fait

reacutefeacuterence agrave un niveau taxonomique bas Puis ils trouvent la lumiegravere coloreacutee qui

permet de voir les deux drapeaux preacutesenteacutes de la mecircme couleur Ils trouveront

cette reacuteponse en modeacutelisant les lumiegraveres coloreacutees sur lrsquo‛objet de couleur

Plusieurs scheacutemas sont neacutecessaires pour trouver la reacuteponse Crsquo‛est une question

taxonomiquement haute qui demande aux eacutelegraveves de faire une synthegravese

Exercice 6

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet de la lumiegravere coloreacutee sur un objet et en deacuteduire la

couleur perccedilue

- justifier sa reacuteponse avec des mots en faisant la synthegravese des diffeacuterents

concepts vus dans la seacutequence de cours

Les eacutelegraveves doivent comprendre ce qursquo‛ils lisent et deacuteterminer la couleur propre du

haut du cambrioleur Cette question est taxonomiquement haute elle demande de

lrsquo‛analyse Puis ils justifient leur reacuteponse par le modegravele de lrsquo‛effet de la lumiegravere

coloreacutee sur un objet Cette question est drsquo‛un niveau taxonomique infeacuterieur

drsquo‛application Finalement ils deacuteterminent pourquoi la description de la jeune fille

ne correspond pas agrave la couleur propre en faisant le lien avec la synthegravese

soustractive demandant un niveau taxonomiquement tregraves eacuteleveacute la synthegravese

Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

4 Argumentation scientifique Nous avons choisi de construire notre seacutequence de cours de maniegravere agrave ce qursquoelle srsquoinscrive dans une deacutemarche constructiviste de type piageacutetienne Dans cette deacutemarche lrsquoenseignant anticipe les conceptions erroneacutees que les eacutelegraveves peuvent avoir puis eacutetablit une situation-shyproblegraveme permettant ideacutealement de deacuteconstruire ces repreacutesentations incomplegravetes puis finalement drsquoen construire de nouvelles plus justes Dans ce qui suit nous allons deacutefinir ces diffeacuterents concepts mis en eacutevidence puis expliciter la maniegravere dont nous les avons pris en compte dans notre planification

41 Les conceptions des eacutelegraveves et les situations-shyproblegravemes

411 Deacutefinitions Conception Selon Giordan et al (1994) une conception ou repreacutesentation peut ecirctre consideacutereacutee comme une ideacutee un objet ou un eacutevegravenement qui aide lrsquoeacutelegraveve agrave comprendre le monde qui lrsquoentoure Elle est le fruit de son expeacuterience personnelle dans laquelle il va puiser pour comprendre les nouveaux savoirs que lrsquoon va chercher agrave lui inculquer Elle peut ecirctre consideacutereacutee comme une connaissance ldquodeacutejagrave-shylagraverdquo acquise dans un certain contexte par lrsquoapprenant et qui peut ecirctre correcte ou erroneacutee Les mauvaises conceptions (ou misconception en anglais) peuvent donc ecirctre deacutecrites comme des ideacutees qui proviennent drsquoune mauvaise compreacutehension drsquoobjets ou eacutevegravenements Elles sont issues principalement de lrsquoenvironnement avec lequel lrsquoeacutelegraveve interagit et du contexte dans lequel il se situe mais elles deacutecoulent eacutegalement des systegravemes seacutemiotiques mis en oeuvre Ces derniers sont abordeacutes plus en deacutetail dans ce qui suit Seacutemiologie En seacutemiologie (lrsquoeacutetude des systegravemes de signes) une repreacutesentation (ou un signe) est double elle est doteacutee drsquoun signifiant et drsquoun signifieacute (de Saussure 1916) Le signifiant qui fait lrsquoobjet de la seacutemiologie deacutesigne la forme et laspect du signe tandis que le signifieacute eacutetudieacute dans le cadre de la seacutemantique deacutesigne le concept eacutevoqueacute par le signe A partir du moment ougrave le signe possegravede plusieurs signifieacutes il devient symbole et crsquoest ainsi que les incompreacutehensions peuvent survenir Selon R Duval (1995) le concept de laquo registre seacutemiotique raquo permet de distinguer les repreacutesentations qui relegravevent de diffeacuterents registres ou types visuels numeacuteriques graphiques symboliques formels scheacutematiques etc En didactique ce concept est fondamental car les diffeacuterences de registre au sein drsquoune mecircme repreacutesentation ou drsquoun

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

modegravele peut induire des difficulteacutes de lecture Ils risquent drsquoajouter des difficulteacutes suppleacutementaires en empecircchant les eacutelegraveves de se focaliser sur le problegraveme poseacute par lrsquoactiviteacute et les menant agrave formuler des conclusions diffeacuterentes de celles attendues par lrsquoenseignant Crsquoest pour cela qursquoun choix pertinent de registre seacutemiotique facilite la compreacutehension du concept introduit Dans notre cours un exemple typique que nous pouvons donner est la forte ressemblance des diagrammes de Venn pour les synthegraveses additive et soustractive Dans les deux modegraveles les diagrammes sont communeacutement scheacutematiseacutes sous forme circulaire De plus bien que inverseacutees au niveau de leurs superpositions les mecircmes couleurs sont repreacutesenteacutees dans les deux diagrammes Ces similitudes peuvent rendre la diffeacuterenciation complexe pour les eacutelegraveves Crsquoest pourquoi nous avons estimeacute important drsquoapporter un changement agrave la repreacutesentation de ces diagrammes Ainsi dans lrsquoune de nos fiches de synthegravese nous avons preacutefeacutereacute utiliser des formes rectangulaires plutocirct que circulaires pour repreacutesenter la synthegravese soustractive car cette forme eacutevoque plus fortement le filtre et ainsi lrsquoabsorption de la lumiegravere Cadre de rationaliteacute origine des conceptions En srsquoappuyant sur les travaux de R Douady (1984) A Lerouge (1992) deacutefinit laquo un cadre de rationaliteacuteraquo comme laquoun ensemble coheacuterent de fonctionnement de la penseacuteeraquo caracteacuteriseacute principalement par les composantes suivantes

1 Les objets du cadre dans notre cas il peut srsquoagir de peinture de feuille de papier de lampes de poche de filtres etc

2 Le type de processus de conceptualisation Dans un cadre scientifique il peut srsquoagir drsquoun processus par modeacutelisation ou par expeacuterimentation par exemple

3 Les registres seacutemiotiques que nous avons traiteacutes plus haut Les conceptions des eacutelegraveves et les conflits de perceptions en reacutesultant sont issus des diffeacuterents cadres de rationaliteacute dans lesquels ils eacutevoluent Ce sont les cadres familiers (personnel) et culturels (eacutecole) qui sont responsable de ces conceptions et repreacutesentations mentales tantocirct concourantes tantocirct inexistantes voire erroneacutees Elles se manifestent principalement agrave travers la seacutemiotique Les eacutelegraveves eacuteprouvent de la difficulteacute agrave repreacutesenter des objets issus de registres seacutemiotiques diffeacuterents ou encore agrave simplement les reconnaicirctre Dans le contexte de notre seacutequence sur les couleurs ces cadres de rationaliteacute sont centraux En effet crsquoest dans son quotidien et donc dans son cadre familier que lrsquoeacutelegraveve va deacutecouvrir la notion de couleur notamment par le biais de la peinture ou drsquoobservation drsquoarc-shyen-shyciel Cette deacutecouverte qui a souvent lieu tregraves tocirct dans la vie de lrsquoenfant ne fera pourtant pas pour autant lrsquoobjet de questionnement sur le pheacutenomegravene de perception des couleurs La notion de cadre culturel ou scolaire quand agrave elle peut ecirctre eacutetendue dans notre cas agrave deux sous-shycateacutegories de cadres culturels diffeacuterents qui vont ecirctre agrave lrsquoorigine de conceptions erroneacutees ou incomplegravetes Premiegraverement il y a le cadre que nous appelons laquo arts visuelsraquo et qui a ses propres regravegles de rationaliteacutes Les cours de dessin ou drsquoactiviteacutes creacuteatrices en sont de parfaits exemples car crsquoest dans ce cadre que les eacutelegraveves vont premiegraverement aborder la

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

theacutematique des couleurs primaires et de leurs meacutelanges Mais cette theacutematique est eacutegalement abordeacutee dans le cadre laquophysiqueraquo agrave travers les expeacuteriences de deacutecomposition de la lumiegravere ou de superposition de lumiegraveres coloreacutees Ainsi nous retrouvons trois cadres de rationaliteacute concourants (familier physique arts visuels) dans lesquels les eacutelegraveves eacutevoluent et qui engendrent indubitablement des conceptions erroneacutees sur la lumiegravere et les couleurs puisque les eacutelegraveves ne sont pas ameneacutes agrave les diffeacuterencier dans chacun des cadres Et comme la communication entre les diffeacuterents cadres nrsquoest pas eacutetablie le lien agrave faire entre les diffeacuterentes conceptions issues de ces cadres est agrave la charge de lrsquoeacutelegraveve ce qui repreacutesente une lourde responsabiliteacute dans son apprentissage Astolfi (2008) appelle eacutegalement ces conceptions issues de diffeacuterents cadres des ldquotrames conceptuelles rdquoqui peuvent ecirctre deacutefinies comme ldquoun ensemble de concepts-shycleacutes propres agrave un domaine et logiquement hieacuterarchiseacutes entre eux qui structurent les disciplines et engendrent des situations-shyproblegravemesrdquo Mais encore on verra eacutemerger des problegravemes de contrat didactique dans chacun des cadres lrsquoeacutelegraveve va tenter de donner une reacuteponse qui va satisfaire lrsquoenseignant sans pour autant ecirctre ameneacute agrave confronter ses conceptions

Situation-shyproblegraveme Pour de Vecchi (2006) une situation-shyproblegraveme est une activiteacute qui consiste agrave mettre lrsquoeacutelegraveve dans une situation ougrave il va ecirctre ameneacute agrave eacutelaborer des strateacutegies de reacutesolution de problegraveme Lrsquoun des points cleacutes des situations-shyproblegravemes est qursquoelles eacutetablissent un lien eacutetroit entre les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves En drsquoautres termes une situation-shyproblegraveme est construite de telle sorte que les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave remettre en question des repreacutesentations actuelles qui srsquoavegraverent erroneacutees agrave les deacuteconstruire pour en construire de nouvelles Ainsi dans une deacutemarche de type constructiviste lrsquoeacutelegraveve construit son savoir en renversant ses anciennes conceptions Une situation-shyproblegraveme nrsquoest donc pas une deacutemarche ponctuelle dans laquelle lrsquoeacutelegraveve devra reacutesoudre une liste drsquoexercices teacuteleacuteguideacutee par lrsquoenseignant Ce qui justifie lrsquoefficaciteacute des situations problegravemes est qursquo laquoapprendreraquo ne consiste pas agrave cumuler les savoirs mais agrave en construire et agrave en deacuteconstruire

Une situation-shyproblegraveme doit comprendre plusieurs eacuteleacutements

-shy Un objectif-shyobstacle Pour Meirieu (1987) un objectif-shyobstacle est ldquoun objectif dont lrsquoacquisition permet au sujet de franchir un palier deacutecisif de progression en modifiant son systegraveme de repreacutesentation et en le faisant acceacuteder un niveau supeacuterieur de formulation rdquo Dans notre cas lrsquoeacutelegraveve pense que tous les meacutelanges de 3 couleurs primaires (de peinture ou de lumiegravere) vont donner le mecircme reacutesultat La distinction entre synthegraveses additive et soustractive nrsquoest pas connue des eacutelegraveves De plus projeter de la lumiegravere monochromatique sur un objet drsquoune certaine couleur ne donne pas toujours la mecircme couleur Lrsquoexemple avec le drapeau (activiteacute 4) est parlant

-shy Une situation centreacutee sur cet obstacle prenant en compte une deacutemarche expeacuterimentale ou une deacutemarche de modeacutelisation Dans notre cours les deux deacutemarches sont mises en oeuvre mais notre deacutemarche principale est la modeacutelisation Les eacutelegraveves vont effectivement ecirctre ameneacutes agrave eacutemettre des hypothegraveses manipuler reacutecolter des reacutesultats et les confronter agrave

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

leurs hypothegraveses mais il srsquoagit surtout drsquoune deacutemarche de modeacutelisation car les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave creacuteer des scheacutemas dans plusieurs exercices

-shy Une probleacutematisation et la deacutevolution on probleacutematise la conception erroneacutee en introduisant une situation-shyproblegraveme crsquoest-shyagrave-shydire qursquoon construit un problegraveme centreacute sur lrsquoobstacle La surprise face agrave une situation incoheacuterente va intriguer lrsquoeacutelegraveve exciter sa motivation et le pousser agrave vouloir srsquoimpliquer dans le problegraveme ce qui va aider sa deacutevolution Brousseau (1998) qualifie la notion de deacutevolution par le ldquo processus par lequel lenseignant parvient agrave placer leacutelegraveve comme simple actant dans une situation a-shydidactique (agrave modegravele non didactique) Il cherche par lagrave agrave ce que lrsquoaction de lrsquoeacutelegraveve ne soit produite et justifieacutee que par les neacutecessiteacutes du milieu et par ses connaissances et non par lrsquointerpreacutetation des proceacutedeacutes didactiques du professeurrdquo Pour enrocircler les eacutelegraveves et les aider agrave identifier la probleacutematique en met on place une situation deacuteclenchante Dans notre cas lrsquoexemple avec le meacutelange de peinture et de lumiegraveres coloreacutees est un parfait exemple de situation deacuteclenchante car les eacutelegraveves ne sattendent probablement pas par exemple agrave ce que le meacutelange de vert et bleu donne du cyan ou encore qursquoon perccediloive un citron noir lorsque lrsquoon projette de la lumiegravere bleue sur ce celui-shyci

412 La prise en compte des conceptions des eacutelegraveves dans notre seacutequence La theacutematique de la lumiegravere et des couleurs est complexe et comprend de nombreux concepts difficiles agrave assimiler En effet bon nombre de personnes ont des repreacutesentations erroneacutees qui peuvent rester profondeacutement ancreacutees Parmi les conceptions erroneacutees les plus communes on retrouve selon le site internet des MER

La lumiegravere blanche est sans couleur pure quand la lumiegravere blanche passe dans un prisme ou traverse un filtre de la couleur lui est ajouteacutee

La lumiegravere blanche nous permet de voir la vraie couleur des objets laquoMa feuille est blanche parce que je nai pas ajouteacute dautres couleurs agrave celle-shyciraquo

Les couleurs sont lieacutees agrave des proprieacuteteacutes de lrsquoobjet exclusivement sans reacutefeacuterence agrave la lumiegravere qui eacuteclaire lrsquoobjet Ne dit-shyon pas quun pull est rouge

Confusion entre les couleurs primaires en couleur peinture et en couleur lumiegravere

Dans notre planification nous avons anticipeacute ces conceptions et avons construit notre cours de maniegravere agrave ce qursquoelles soient mises en eacutevidence le plus tocirct possible afin de tenter de les deacuteconstruire agrave travers nos activiteacutes

Ainsi degraves deacutebut de lrsquoactiviteacute 2 les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave une situation-shyproblegraveme dans laquelle ils comprennent qursquoil existe une contradiction entre leur conception de deacutepart sur les meacutelanges de couleurs (issue de leurs cadres de rationaliteacute familier et scolaire lsquorsquoart visuelrsquorsquo) et leurs observations (nouveau cadre lsquorsquophysiquersquorsquo) Crsquoest sur la base de ce conflit cognitif que les diffeacuterentes notions de la seacutequence pourront ecirctre abordeacutees Les autres conceptions sont mises en eacutevidence puis deacuteconstruites agrave travers les diffeacuterentes activiteacutes Par exemple les

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

activiteacutes du chapitre 3 permettent de montrer que la lumiegravere blanche nrsquoest pas pure mais qursquoelle est composeacutee de toutes les couleurs et ce gracircce agrave lrsquoobservation des objets agrave la lumiegravere blanche puis agrave travers un filtre

De plus lrsquoactiviteacute 3 srsquoarticule autour drsquoune conception erroneacutee repeacutereacutee dans certaines classes Bon nombre drsquoeacutelegraveves eacutetaient persuadeacutes qursquoun filtre ne laissait pas passer les lumiegraveres de sa couleur propre car crsquoest la couleur dont est perccedilue le filtre Un conflit cognitif est alors provoqueacute afin de deacuteconstruire cette conception les eacutelegraveves observent que la lumiegravere coloreacutee nrsquoest pas absorbeacutee par le filtre mais qursquoelle se propage bien jusqursquoagrave lrsquoeacutecran blanc

En introduction de lrsquoactiviteacute 4 une nouvelle situation-shyproblegraveme est preacutesenteacutee par le biais drsquoune image montrant que la couleur drsquoun objet peut varier en fonction de la lumiegravere coloreacutee par laquelle il est eacuteclaireacute Elle servira agrave provoquer un conflit cognitif chez les eacutelegraveves car cette situation intervient apregraves une phase drsquohypothegravese reacutepondant agrave la question suivante un objet peut-shyil avoir diffeacuterentes couleurs La reacuteponse donneacutee par lrsquoimage contredira probablement lrsquohypothegravese preacuteceacutedemment formuleacutee et devrait susciter de la curiositeacute chez lrsquoeacutelegraveve et lui donner lrsquoenvie de comprendre le pheacutenomegravene Nous deacutemontrons ensuite tout au long de lrsquoactiviteacute 4 sur les lumiegraveres coloreacutees que crsquoest le pheacutenomegravene drsquoabsorption et de reacuteflection de la lumiegravere qui nous permet de voir la couleur des objets et non pas la lumiegravere blanche Crsquoest donc par le biais de ces deacuteconstructions successives de conceptions que lrsquoenseignant peut guider les eacutelegraveves sur la voie de la reacutesolution du problegraveme de lrsquoorigine de ces contradictions dans le but drsquoeacutetablir le lien entre les diffeacuterents cadres de rationaliteacute

42 Modeacutelisation

421 Deacutefinition

Un modegravele est communeacutement deacutefini comme un objet ou un concept qui va permettre de repreacutesenter la reacutealiteacute de diffeacuterentes maniegraveres Bunge (1974) ou encore Martinand (1994) le deacutefinissent eacutegalement comme un moyen permettant de mettre en relation le monde theacuteorique avec le monde empirique Il peut ecirctre consideacutereacute en quelque sorte comme un monde intermeacutediaire ou une sorte de lunette conceptuelle (Halloun 2004) qui va permettre drsquoobserver des pheacutenomegravenes naturels Un modegravele ne constitue pas la reacutealiteacute mais la repreacutesente en simplifiant certains de ses aspects ce qui peut causer des conflits pour les repreacutesentations cognitives chez lrsquoeacutelegraveve

422 La modeacutelisation dans notre seacutequence Dans notre planification la modeacutelisation est centrale afin de conceptualiser des pheacutenomegravenes complexes comme la composition de la lumiegravere et la perception des couleurs Elle est lrsquooutil qui permet drsquoamener les eacutelegraveves agrave se faccedilonner une repreacutesentation de la deacutecomposition de la lumiegravere blanche de labsorption de la lumiegravere agrave travers les filtres et des synthegraveses additive et soustractive des couleurs

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

De plus elle constitue un objectif de formation meacutethodologique qui va de pair avec toute formation scientifique Crsquoest pourquoi nous avons inclus la modeacutelisation dans les objectifs drsquoapprentissage Dans la terminologie du PER la modeacutelisation correspond agrave lrsquoobjectif geacuteneacuteral MSN37

bull MSN 1525 mdash Modeacuteliser des pheacutenomegravenes naturels techniques sociaux ou des situations matheacutematiques

bull en imaginant et en utilisant divers outils de repreacutesentation (codes scheacutemas graphiques tableauxhellip)

Lrsquoactiviteacute 2 propose aux eacutelegraveves de reporter les couleurs observeacutees sur trois cercles superposeacutes En les coloriant les eacutelegraveves reacutealisent en reacutealiteacute une forme simple de modeacutelisation par un diagramme de Venn de la synthegravese additive Il nous a sembleacute pertinent drsquointroduire ce scheacutema de cette maniegravere car ainsi les eacutelegraveves comprennent reacuteellement qursquoil correspond agrave la lumiegravere projeteacutee et superposeacutee sur un eacutecran En derniegravere partie drsquoactiviteacute les eacutelegraveves se familiarisent avec un logiciel de modeacutelisation de la synthegravese additive 3

Lrsquoutilisation drsquoun modegravele dans ce cas est indispensable pour des raisons pratiques Il serait en effet tregraves difficile de faire des observations similaires avec un dispositif reacuteel constitueacute de projecteurs et drsquoun eacutecran comme dans la premiegravere partie drsquoactiviteacute Nous avons veilleacute agrave choisir un logiciel simple drsquousage sur lequel seules deux manipulations sont possibles allumereacuteteindre les projecteurs et varier leurs intensiteacutes Ainsi il est possible pour les eacutelegraveves de faire rapidement et sans difficulteacutes de lrsquoordre du registre seacutemiotique la deacuteduction attendue les diffeacuterentes couleurs srsquoobtiennent par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

Dans lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves sont ameneacutes agrave modeacuteliser lrsquoeffet drsquoun filtre sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee Ils ancrent ainsi le fonctionnement drsquoun filtre dans leur apprentissage et deacuteveloppent une meacutethodologie systeacutematique dans la reacutesolution de problegravemes mettant en scegravene des filtres Gracircce au modegravele deacuteveloppeacute les eacutelegraveves deacuteconstruisent deacutefinitivement leur eacuteventuelle conception erroneacutee selon laquelle un filtre absorberait sa propre couleur Lrsquoactiviteacute 43 a pour but que les eacutelegraveves modeacutelisent les pheacutenomegravenes de reacutefraction et drsquoabsorption en justifiant leur reacuteponse par un modegravele de reacuteponse Ce dernier comprend les couleurs RVB qui se reflegravetent ou qui sont absorbeacutees par une surface Ainsi lrsquoeacutelegraveve peut trouver une meacutethode systeacutematique de reacuteponse en testant les diffeacuterentes couleurs Gracircce agrave cette modeacutelisation et agrave celle de lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves comprennent que les fonctionnements des filtres et des lumiegraveres coloreacutees sont fondeacutes sur le mecircme principe

3(httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

43 Deacutemarche expeacuterimentale

431 Deacutefinition Pour de Vecchi il est important de ne pas confondre les notions lieacutees agrave lrsquoexpeacuterimental qui sont les suivantes

-shy Une deacutemarche scientifique nrsquoest pas exclusive au domaine des sciences expeacuterimentales mais peut aussi ecirctre mobiliseacutee dans les sciences humaines socialeshellip Elle utilise drsquoautres outils que lrsquoexpeacuterimentale Toute recherche digne de ce nom est de nature scientifique

-shy La meacutethode expeacuterimentale eacutequivaut plutocirct agrave un plan agrave suivre un mode drsquoemploi ou agrave une marche agrave suivre qui suit un ordre strict que lrsquoon peut aussi appeler protocole Par exemple parmi les plus ceacutelegravebres protocoles nous retrouvons celui de Claude Bernard (1865) que lrsquoon abregravege par les initiales OHERIC qui correspondent agrave observation hypothegravese expeacuterience reacutesultats interpreacutetation et conclusion De maniegravere geacuteneacuterale il srsquoagit du protocole caricatural que lrsquoon emploie le plus souvent dans les salles de classes

-shy Une deacutemarche expeacuterimentale est une approche plus reacutealiste moins stricte et integravegre

une approche plus tacirctonnante Il nrsquoest pas constitueacute drsquoeacutetapes preacutedeacutetermineacutees et est donc moins affecteacutee par les directives de lrsquoenseignant Il peut donc laisser des liberteacutes dans la maniegravere de reacutesoudre le problegraveme

432 La deacutemarche expeacuterimentale dans notre seacutequence Dans notre seacutequence la meacutethode expeacuterimentale est preacutesente de maniegravere partielle du scheacutema caricatural OHERIC nous nous inteacuteressons en particulier aux phases drsquoobservation et drsquoeacutemission drsquohypothegraveses Crsquoest pourquoi nous parlons donc plutocirct de ldquodeacutemarche expeacuterimentalerdquo En effet tout au long des diffeacuterentes activiteacutes il est reacuteguliegraverement demandeacute aux eacutelegraveves de formuler une hypothegravese agrave partir de leurs connaissances au preacutealable puis de faire de nouvelles observations en contexte expeacuterimental Crsquoest sur la base de ces derniegraveres qursquoils pourront reacutealiser leurs deacuteductions sur le pheacutenomegravene en question et construire de nouvelles conceptions Dans lrsquoactiviteacute 2 ce type de deacutemarche est central pour la creacuteation de la premiegravere situation-shyproblegraveme Par la suite la deacutemarche permet de guider les eacutelegraveves dans le processus de deacuteduction du fonctionnement geacuteneacuteral des diffeacuterents pheacutenomegravenes Dans lrsquoactiviteacute 41 par exemple les pheacutenomegravenes agrave deacuteduire sont la synthegravese soustractive et le fonctionnement de la lumiegravere coloreacutee Lrsquoemploi drsquoobjets familiers permet un ancrage dans le quotidien

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Dans lrsquoactiviteacute 3 lrsquoeacutetude de lrsquoeffet des filtres constitue agrave son tour un deacutemarche expeacuterimentale En effet les eacutelegraveves doivent tout drsquoabord eacutemettre leurs hypothegraveses puis les veacuterifient par lrsquoexpeacuterimentation et ses reacutesultats provoquant probablement un conflit cognitif avant drsquoen conclure lrsquoeffet drsquoun filtre Dans lrsquoactiviteacute 42 nous retrouvons toujours le mecircme principe de deacutemarche expeacuterimentale Les eacutelegraveves formulent des hypothegraveses sur la couleur perccedilue de diffeacuterents mots coloreacutes eacuteclaireacutes par une lumiegravere coloreacutee puis les veacuterifient lors de la phase drsquoobservation La confrontation entre leurs attentes lieacutees agrave leurs conceptions et la reacutealiteacute creacutee le conflit cognitif rechercheacute

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

5 Conclusion Pour seacutelectionner notre thegraveme et eacutelaborer notre seacutequence nous nous sommes fondeacutes sur les objectifs du PER et crsquoest sur lrsquooptique que notre choix srsquoest porteacute Le savoir savant auquel nous nous sommes reacutefeacutereacutes comprend principalement des concepts lieacutes agrave la lumiegravere tels que les photons les ondes eacutelectromagneacutetiques ainsi que les spectres drsquoeacutemission et drsquoabsorption Nous avons transposeacute ce savoir en un savoir enseignable par le biais drsquoun travail de contextualisation et de reacuteadaptation Nous avons eacuteteacute ameneacutes agrave remplacer des modegraveles scientifiques (par exemple les modegraveles de synthegraveses additive et soustractive) par des modegraveles accessibles agrave un niveau scolaire et agrave changer les conditions drsquoeacutemergence des problegravemes Ainsi notre travail de transposition consistait agrave montrer aux eacutelegraveves la partie eacutemergeacutee de lrsquoiceberg du concept de couleur le reacutesultat apparent plutocirct que lrsquoorigine eacutelectromagneacutetique Tout au long de la seacutequence et par le biais de situations-shyproblegravemes et de diffeacuterentes eacutetapes de reacutesolution des activiteacutes les eacutelegraveves ont eacuteteacute guideacutes dans le processus de construction de leur apprentissage En nous focalisant sur les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves nous avons eacutelaboreacute nos exercices de maniegravere agrave proposer des situations deacuteclenchantes afin de faciliter le transfert de la responsabiliteacute de la reacutesolution des problegravemes aux eacutelegraveves Cette derniegravere srsquoeffectue par des deacutemarches drsquoexpeacuterimentation mais surtout de modeacutelisation

Dans notre sceacutenario les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave deux types de donneacutees theacuteoriques et empiriques Drsquoune part ils ont agrave disposition deux theacuteories principales la premiegravere est que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs de lrsquoarc-shyen-shyciel tandis que la seconde deacutecrit l a maniegravere dont la couleur drsquoun objet deacutepend des couleurs qursquoil va absorber Drsquoautre part ils disposent de donneacutees empiriques qursquoils sont ameneacutes agrave reacutecolter en superposant des lumiegraveres de diffeacuterentes couleurs en meacutelangeant de la peinture et en projetant de la lumiegravere coloreacutee sur diffeacuterents objets coloreacutes Dans le cadre drsquoune deacutemarche drsquoexpeacuterimentation ils ont eacutemis des hypothegraveses observeacute manipuleacute du mateacuteriel utiliseacute des appliquettes en ligne et veacuterifieacute leurs reacutesultats Crsquoest ainsi les modegraveles que nous avons preacutesenteacutes et que les eacutelegraveves ont eacutelaboreacutes vont ecirctre des ponts qui vont relier le monde theacuteorique et le monde empirique Par ailleurs nous avons eacuteteacute attentifs agrave la seacutemiotique lors de nos choix des repreacutesentations utiliseacutees nous nous sommes reacutefeacutereacutes agrave la notion de registre seacutemiotique afin drsquoeacutelaborer des scheacutemas nrsquoengendrant pas de difficulteacutes de lecture chez les eacutelegraveves

Nous avons analyseacute lrsquoorigine des conceptions erroneacutees et avons remarqueacute qursquoelles eacutetaient principalement dues agrave des repreacutesentations concourantes engendreacutees par les diffeacuterents contextes et cadres de rationaliteacutes dans lesquelles les eacutelegraveves eacutevoluent Notre sceacutenario permet aux eacutelegraveves drsquoeacutetablir des liens entre ces diffeacuterents cadres et de construire une nouvelle repreacutesentation de la couleur celle drsquoun objet de la physique

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

6 Bibliographie

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Meirieu P Avanzin Gi (1987) Apprendre oui mais comment Edition ESF Verret M (1975) Le temps des eacutetudes (Vols 1ndash2) Lille France Atelier Reproduction des thegraveses

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Page 41: Physique Optique Lescouleurs · Sciences naturelles Les couleurs 10 11 Harmos 1.Introduction Comme nous allons le détailler dans le chapitre 4, les conceptions erronées des élèves

Ici toutes les lumiegraveres coloreacutees sont absorbeacutees sauf le bleu qui lui est refleacuteteacute La couleur propre de lrsquo‛objet sera le bleu

En effet un objet absorbe ou reflegravete diffeacuterentes lumiegraveres coloreacutees Crsquo‛est cette lumiegravere coloreacutee refleacuteteacutee que nous verrons

Activiteacute 41

Reacuteponds agrave ces diffeacuterentes questions dans le tableau ci-dessous De quelle couleur penses-tu que tu verras cet objet Confronte ton ideacutee avec ton voisin De quelle couleur le vois-tu reacuteellement

Couleur de lrsquo‛objet

Couleur de la lumiegravere

Hypothegravese formuleacutee

Observation

rouge Magenta (rouge)

cyan Vert (vert)

jaune Bleu (noir)

Par quel pheacutenomegravene peut-on observer ce changement de couleur ___________________________________ (synthegravese soustractive)

Quelle deacuteductions peux-tu faire (fonctionne comme un filtre) _________________________________________________________________

Activiteacute 42

Marche agrave suivre

6 Eacutecris sur une feuille blanche le nom des 2 couleurs que ton enseignant te donne avec la peinture qui y correspond

7 Pendant que ces mots segravechent remplis les colonnes ldquocouleur du mot 1rdquo et ldquocouleur du mot 2rdquo et ldquocouleur de la feuillerdquo agrave la lumiegravere blanche

8 Formule tes hypothegraveses note-les au crayon agrave papier en petit 9 Eacuteclaire tes mots agrave lrsquo‛aide de lumiegraveres coloreacutees 10 Note tes observations

Lumiegravere coloreacutee

Couleur du mot 1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur du mot 2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur de la feuille helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Blanche

Rouge

Verte

Bleue

Magenta

Cyan

Jaune

Activiteacute 43

Tu observes un drapeau eacuteclaireacute par une lumiegravere blanche Puis tu observes ce mecircme drapeau eacuteclaireacute par deux lumiegraveres coloreacutees diffeacuterentes Trouve la lumiegravere coloreacutee utiliseacutee dans chaque cas et justifie ta reacuteponse par la modeacutelisation vue preacuteceacutedemment

Lumiegravere blanche Lumiegravere coloreacutee 1 Lumiegravere coloreacutee 2

De quelle couleur est la premiegravere lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Bleu)

Modeacutelisation 1

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Vert)

Modeacutelisation 2

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Fiches de synthegravese Les couleurs Activiteacute 2 Reacutesumeacute theacuteorique pour les eacutelegraveves Le modegravele trichromique et la synthegravese additive des couleurs La couleur nrsquo‛existe pas sans lumiegravere et lrsquo‛on peut dire que lrsquo‛on perccediloit le monde gracircce aux meacutelanges de ces couleurs qui correspondent aux diffeacuterentes composantes de la lumiegravere Lorsque lrsquo‛on parle de la perception des couleurs on srsquo‛aperccediloit que seules trois lumiegraveres primaires de couleurs rouge vert et bleu sont neacutecessaires pour obtenir la sensation de toutes les autres couleurs Cette maniegravere de modeacuteliser la perception des couleurs est ce qursquo‛on appelle le modegravele trichromique (lsquorsquo‛trois couleursrsquo‛rsquo‛) Dans cette repreacutesentation toutes les autres lumiegraveres coloreacutees sont perccedilues par superposition des trois lumiegraveres rouge verte et bleue La superposition simultaneacutee et en dosage identique des trois couleurs donne de la lumiegravere blanche Le noir correspond agrave une absence de lumiegravere

Illustration du modegravele

Image MER

Lrsquo‛image montre trois projecteurs de lumiegraveres rouge verte et bleue eacuteclairant une table blanche Si les trois couleurs sont projeteacutees en intensiteacute identique nous obtenons par superposition trois autres couleurs le cyan le magenta et le jaune Les couleurs primaires et les couleurs obtenues sont codeacutees sur lrsquo‛image puis reacutecapituleacutees dans le tableau ci-dessous

Image MER

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Si nous modifions le dosage des couleurs eacuteleacutementaires il est possible drsquo‛obtenir toutes les couleurs imaginables Le pheacutenomegravene de perception des couleurs par superposition des trois couleurs primaires se nomme synthegravese additive les couleurs sont additionneacutees entre elles pour permettre la synthegravese drsquo‛autres couleurs

Drsquo‛ailleurs si lrsquo‛on observe au microscope un eacutecran blanc de smartphone ou drsquo‛ordinateur on remarque qursquo‛il est en fait constitueacute drsquo‛un grand nombre de minuscules rectangles de lumiegraveres rouge verte et bleue (voir image ci-contre) Crsquo‛est justement par un jeu de dosage de chacune de ces lumiegraveres que lrsquo‛on perccediloit les diffeacuterentes couleurs sur nos eacutecrans

Pourquoi un modegravele sur trois couleurs La raison pour laquelle les scientifiques ont construit ce modegravele sur trois couleurs est directement lieacutee agrave la structure de notre œil En effet ce dernier contient des cellules sensibles agrave la lumiegravere que lrsquo‛on appelle cocircnes et bacirctonnets Alors que les bacirctonnets perccediloivent les intensiteacutes de lumiegravere les cocircnes nous permettent de percevoir les couleurs Cependant ils ne sont sensibles qursquo‛agrave certaines composantes de la lumiegravere blanche celles correspondant justement aux couleurs rouge vert et bleu Lorsque lrsquo‛on regarde un objet notre cerveau analyse le dosage de chacune de ces composantes perccedilues par notre œil et en interpregravete ainsi la couleur de lrsquo‛objet

Qursquo‛est-ce que le daltonisme Certaines personnes preacutesentent une anomalie de la vision qui les empecircche de distinguer certaines couleurs Drsquo‛origine geacuteneacutetique ce trouble est ducirc agrave un dysfonctionnement des cocircnes preacutesents dans la reacutetine Bien que la plupart des personnes daltoniennes aient de la peine agrave distinguer le vert du rouge drsquo‛autres ne distinguent pas drsquo‛autres couleurs Dans certaines formes de daltonisme le monde est perccedilu par la personne atteinte en teintes de gris

Sciences naturelles Optique synthegravese soustractive et additive

La synthegravese additive est le proceacutedeacute gracircce

auquel en combinant les couleurs

___________ ___________ et ___________

on obtient du blanc

On la retrouve lorsque lrsquoon meacutelange des

lumiegraveres coloreacutees composeacutees de ces 3 couleurs

diffeacuterentes car les laquo additionner raquo donne la

lumiegravere blanche

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon exploite aujourdrsquohui

pour les teacuteleacuteviseurs ou tout eacutecran composeacute de

pixels

La synthegravese soustractive consiste agrave soustraire

les couleurs de la lumiegravere blanche (RVB) agrave

travers des filtres de couleurs ___________

___________ et ___________ qui absorbent la

totaliteacute des couleurs de la lumiegravere blanche pour

un rendu noir au final (absence de lumiegravere)

Lrsquo __________________ des 3 couleurs donne

le ____________

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon retrouve par exemple en

meacutelangeant de la peinture notamment en

imprimerie

Sciences naturelles Optique les filtres

Qursquoest-shyce qursquoun filtre coloreacute et comment fonctionne-shyt-shyil

Un filtre est un dispositif qui permet de filtrer la lumiegravere de laisser passer certains rayons

lumineux et drsquoen absorber drsquoautres

Pour savoir quelles lumiegravere coloreacutees le filtre laisse passer il faut lrsquoobserver agrave la lumiegravere

blanche

Le filtre laissera alors passer uniquement les rayons lumineux de sa couleur propre

Par exemple

Un filtre vert laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee verte

Un filtre magenta laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee magenta crsquoest agrave dire les rayons rouge et bleu

Pour connaicirctre la lumiegravere coloreacutee qui ldquosortrdquo du filtre il faut donc

deacutecomposer la lumiegravere qui arrive sur ce filtre et en soustraire les

rayons qui sont absorbeacutes par le filtre On se reacutefegravere alors au modegravele de

la synthegravese soustractive

Image httpswww123couleursfrboutique-shy1filtres-shycolorC3A9s

Tableau reacutecapitulatif

Sciences naturelles Optique les filtres

Modeacutelisation

Nous pouvons modeacuteliser lrsquoaction drsquoun filtre

1 Noter la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur le filtre

2 Deacutecomposer la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur filtre et la coder (en RVB)

3 Repreacutesenter le filtre et coder les rayons absorbeacutes par le filtre 4 Prolonger les rayons lumineux coloreacutes que le filtre laisse passer et les coder (en RVB)

5 Noter la lumiegravere coloreacutee qui sort du filtre

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre magenta sur la lumiegravere blanche

Lorsque plusieurs filtres sont superposeacutes ou aligneacutes il faut modeacuteliser lrsquoaction du premier filtre

sur la lumiegravere projeteacutee puis lrsquoaction du deuxiegraveme filtre sur la lumiegravere qui sort du premier filtre

etc

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre cyan puis drsquoun filtre vert sur la lumiegravere jaune

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

De quelle couleur apparaicirctra un objet de couleur eacuteclaireacute par une lumiegravere coloreacutee

Il y 3 cas

1) Un objet de couleur blanche renvoie toutes les couleurs il apparaicirctra de la couleur eacuteclaireacutee

2) Un objet de couleur noire absorbe toutes les couleurs Peu importe la couleur avec laquelle

lrsquoobjet est eacuteclaireacute lrsquoobjet apparaicirct de couleur noire

3) Pour un objet de couleur il suffit de deacutecomposer les couleurs secondaires par exemple

Jrsquoai un objet jaune

Je lui projette une lumiegravere magenta

Or jaune = rouge + vert

et magenta = bleu + rouge

Le rouge est commun au jaune et au magenta donc lrsquoobjet paraicirctra rouge

En revanche si la lumiegravere est bleue comme il nrsquoy a pas de bleu dans le jaune lrsquoobjet paraicirctra

noir

1

Tableau reacutecapitulatif

1 httpscommunitygoodgamestudioscombigfarmfrdiscussion51685langage-shy‐des-shy‐couleurs

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

Modegravele de reacuteponse

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

______

______

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

______

______

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation avec propositions

de reacuteponses)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

(rouge vert bleu Nous percevons les diffeacuterentes couleurs agrave partir de ces trois couleurs) ________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

(Explication relative aux cocircnes et bacirctonnets de lrsquo‛oeil)

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Corrigeacute vert bleu blanc cyan

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________ (vert)

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________ (bleu)

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________ (aucunenoir)

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

(selon modegravele eacutetudieacute)

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

(les deux selon que lrsquo‛on parle de synthegravese additive ou soustractive)

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

Bleu

______

Bleu

______

Noir

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________ (lumiegravere rouge)

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

Noir

______

Rouge

______

Rouge

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

(Bleu)

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

(selon modegravele eacutetudieacute)

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

(Explication citant la synthegravese soustractive et lrsquo‛effet des lumiegraveres coloreacutees

concerneacutees sur le haut du cambrioleur)

Evaluation - Analyse

Ce commentaire comprend les diffeacuterents objectifs eacutevalueacutes ainsi que ce qui est attendu

preacuteciseacutement des eacutelegraveves et les niveaux taxonomiques correspondants

Ce sont des pistes drsquo‛eacutevaluation qui sont ici proposeacutees non une eacutevaluation suivie

Exercice 1

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- Mettre en lien des notions theacuteoriques apprises en cours (cocircnes et

bacirctonnets de lrsquo‛oeil) avec drsquo‛autres (synthegravese additive)

Lrsquo‛eacutevaluation deacutebute par deux questions au niveau taxonomique peu eacuteleveacute La

premiegravere de lrsquo‛ordre de la compreacutehension demande aux eacutelegraveves de restituer une

connaissance de base agrave lrsquo‛aide de leurs propres mots La deuxiegraveme propose de

tester les connaissances theacuteoriques des eacutelegraveves en veacuterifiant que des liens entre

deux notions aient eacuteteacute faits

Exercice 2

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutedire la couleur perccedilue en fonction des meacutelanges de couleurs RVB

- deacutechiffrer un scheacutema et les codes de la repreacutesentation de la trajectoire

des lumiegraveres coloreacutees

Le deuxiegraveme exercice relegraveve du niveau taxonomique de lrsquo‛application car il

neacutecessite une compreacutehension de la maniegravere de repreacutesenter la lumiegravere (scheacutema de

la trajectoire rectiligne codes de couleurs RVB) et drsquo‛appliquer ce modegravele tout en

utilisant les connaissances des couleurs fondamentales et compleacutementaires de la

synthegravese additive

Exercice 3

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet drsquo‛un filtre sur une lumiegravere coloreacutee agrave lrsquo‛aide des codes

propres agrave lrsquo‛optique

Lrsquo‛exercice 3 relegraveve de lrsquo‛application car les eacutelegraveves se reacutefegraverent agrave la modeacutelisation

eacutetablie durant le cours et au diagramme de Venn de la synthegravese soustractive et

les adaptent aux items preacutesenteacutes

Exercice 4

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- mettre en perspective la distinction entre synthegravese additive et

soustractive en terme de lsquorsquo‛naturersquo‛rsquo‛ de la couleur (couleurs matiegraveres vs

couleurs lumiegraveres)

Cet exercice requiert des eacutelegraveves qursquo‛ils mobilisent leur faculteacute drsquo‛analyse (niveau

taxonomique plutocirct eacuteleveacute) pour expliquer les diffeacuterences entre les

repreacutesentations de la couleur en arts visuels et en physique Le but est qursquo‛ils

reconnaissent qursquo‛il srsquo‛agit dans le premier cas de la synthegravese soustractive et dans

le second cas de la synthegravese additive

Exercice 5

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutevoir la couleur perccedilue drsquo‛un objet en fonction des lumiegraveres coloreacutees

projeteacutees et coder le pheacutenomegravene

Les eacutelegraveves appliquent la modeacutelisation drsquo‛une lumiegravere coloreacutee sur un objet coloreacute

pour deacuteterminer la couleur perccedilue du drapeau franccedilais Cette question fait

reacutefeacuterence agrave un niveau taxonomique bas Puis ils trouvent la lumiegravere coloreacutee qui

permet de voir les deux drapeaux preacutesenteacutes de la mecircme couleur Ils trouveront

cette reacuteponse en modeacutelisant les lumiegraveres coloreacutees sur lrsquo‛objet de couleur

Plusieurs scheacutemas sont neacutecessaires pour trouver la reacuteponse Crsquo‛est une question

taxonomiquement haute qui demande aux eacutelegraveves de faire une synthegravese

Exercice 6

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet de la lumiegravere coloreacutee sur un objet et en deacuteduire la

couleur perccedilue

- justifier sa reacuteponse avec des mots en faisant la synthegravese des diffeacuterents

concepts vus dans la seacutequence de cours

Les eacutelegraveves doivent comprendre ce qursquo‛ils lisent et deacuteterminer la couleur propre du

haut du cambrioleur Cette question est taxonomiquement haute elle demande de

lrsquo‛analyse Puis ils justifient leur reacuteponse par le modegravele de lrsquo‛effet de la lumiegravere

coloreacutee sur un objet Cette question est drsquo‛un niveau taxonomique infeacuterieur

drsquo‛application Finalement ils deacuteterminent pourquoi la description de la jeune fille

ne correspond pas agrave la couleur propre en faisant le lien avec la synthegravese

soustractive demandant un niveau taxonomiquement tregraves eacuteleveacute la synthegravese

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4 Argumentation scientifique Nous avons choisi de construire notre seacutequence de cours de maniegravere agrave ce qursquoelle srsquoinscrive dans une deacutemarche constructiviste de type piageacutetienne Dans cette deacutemarche lrsquoenseignant anticipe les conceptions erroneacutees que les eacutelegraveves peuvent avoir puis eacutetablit une situation-shyproblegraveme permettant ideacutealement de deacuteconstruire ces repreacutesentations incomplegravetes puis finalement drsquoen construire de nouvelles plus justes Dans ce qui suit nous allons deacutefinir ces diffeacuterents concepts mis en eacutevidence puis expliciter la maniegravere dont nous les avons pris en compte dans notre planification

41 Les conceptions des eacutelegraveves et les situations-shyproblegravemes

411 Deacutefinitions Conception Selon Giordan et al (1994) une conception ou repreacutesentation peut ecirctre consideacutereacutee comme une ideacutee un objet ou un eacutevegravenement qui aide lrsquoeacutelegraveve agrave comprendre le monde qui lrsquoentoure Elle est le fruit de son expeacuterience personnelle dans laquelle il va puiser pour comprendre les nouveaux savoirs que lrsquoon va chercher agrave lui inculquer Elle peut ecirctre consideacutereacutee comme une connaissance ldquodeacutejagrave-shylagraverdquo acquise dans un certain contexte par lrsquoapprenant et qui peut ecirctre correcte ou erroneacutee Les mauvaises conceptions (ou misconception en anglais) peuvent donc ecirctre deacutecrites comme des ideacutees qui proviennent drsquoune mauvaise compreacutehension drsquoobjets ou eacutevegravenements Elles sont issues principalement de lrsquoenvironnement avec lequel lrsquoeacutelegraveve interagit et du contexte dans lequel il se situe mais elles deacutecoulent eacutegalement des systegravemes seacutemiotiques mis en oeuvre Ces derniers sont abordeacutes plus en deacutetail dans ce qui suit Seacutemiologie En seacutemiologie (lrsquoeacutetude des systegravemes de signes) une repreacutesentation (ou un signe) est double elle est doteacutee drsquoun signifiant et drsquoun signifieacute (de Saussure 1916) Le signifiant qui fait lrsquoobjet de la seacutemiologie deacutesigne la forme et laspect du signe tandis que le signifieacute eacutetudieacute dans le cadre de la seacutemantique deacutesigne le concept eacutevoqueacute par le signe A partir du moment ougrave le signe possegravede plusieurs signifieacutes il devient symbole et crsquoest ainsi que les incompreacutehensions peuvent survenir Selon R Duval (1995) le concept de laquo registre seacutemiotique raquo permet de distinguer les repreacutesentations qui relegravevent de diffeacuterents registres ou types visuels numeacuteriques graphiques symboliques formels scheacutematiques etc En didactique ce concept est fondamental car les diffeacuterences de registre au sein drsquoune mecircme repreacutesentation ou drsquoun

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modegravele peut induire des difficulteacutes de lecture Ils risquent drsquoajouter des difficulteacutes suppleacutementaires en empecircchant les eacutelegraveves de se focaliser sur le problegraveme poseacute par lrsquoactiviteacute et les menant agrave formuler des conclusions diffeacuterentes de celles attendues par lrsquoenseignant Crsquoest pour cela qursquoun choix pertinent de registre seacutemiotique facilite la compreacutehension du concept introduit Dans notre cours un exemple typique que nous pouvons donner est la forte ressemblance des diagrammes de Venn pour les synthegraveses additive et soustractive Dans les deux modegraveles les diagrammes sont communeacutement scheacutematiseacutes sous forme circulaire De plus bien que inverseacutees au niveau de leurs superpositions les mecircmes couleurs sont repreacutesenteacutees dans les deux diagrammes Ces similitudes peuvent rendre la diffeacuterenciation complexe pour les eacutelegraveves Crsquoest pourquoi nous avons estimeacute important drsquoapporter un changement agrave la repreacutesentation de ces diagrammes Ainsi dans lrsquoune de nos fiches de synthegravese nous avons preacutefeacutereacute utiliser des formes rectangulaires plutocirct que circulaires pour repreacutesenter la synthegravese soustractive car cette forme eacutevoque plus fortement le filtre et ainsi lrsquoabsorption de la lumiegravere Cadre de rationaliteacute origine des conceptions En srsquoappuyant sur les travaux de R Douady (1984) A Lerouge (1992) deacutefinit laquo un cadre de rationaliteacuteraquo comme laquoun ensemble coheacuterent de fonctionnement de la penseacuteeraquo caracteacuteriseacute principalement par les composantes suivantes

1 Les objets du cadre dans notre cas il peut srsquoagir de peinture de feuille de papier de lampes de poche de filtres etc

2 Le type de processus de conceptualisation Dans un cadre scientifique il peut srsquoagir drsquoun processus par modeacutelisation ou par expeacuterimentation par exemple

3 Les registres seacutemiotiques que nous avons traiteacutes plus haut Les conceptions des eacutelegraveves et les conflits de perceptions en reacutesultant sont issus des diffeacuterents cadres de rationaliteacute dans lesquels ils eacutevoluent Ce sont les cadres familiers (personnel) et culturels (eacutecole) qui sont responsable de ces conceptions et repreacutesentations mentales tantocirct concourantes tantocirct inexistantes voire erroneacutees Elles se manifestent principalement agrave travers la seacutemiotique Les eacutelegraveves eacuteprouvent de la difficulteacute agrave repreacutesenter des objets issus de registres seacutemiotiques diffeacuterents ou encore agrave simplement les reconnaicirctre Dans le contexte de notre seacutequence sur les couleurs ces cadres de rationaliteacute sont centraux En effet crsquoest dans son quotidien et donc dans son cadre familier que lrsquoeacutelegraveve va deacutecouvrir la notion de couleur notamment par le biais de la peinture ou drsquoobservation drsquoarc-shyen-shyciel Cette deacutecouverte qui a souvent lieu tregraves tocirct dans la vie de lrsquoenfant ne fera pourtant pas pour autant lrsquoobjet de questionnement sur le pheacutenomegravene de perception des couleurs La notion de cadre culturel ou scolaire quand agrave elle peut ecirctre eacutetendue dans notre cas agrave deux sous-shycateacutegories de cadres culturels diffeacuterents qui vont ecirctre agrave lrsquoorigine de conceptions erroneacutees ou incomplegravetes Premiegraverement il y a le cadre que nous appelons laquo arts visuelsraquo et qui a ses propres regravegles de rationaliteacutes Les cours de dessin ou drsquoactiviteacutes creacuteatrices en sont de parfaits exemples car crsquoest dans ce cadre que les eacutelegraveves vont premiegraverement aborder la

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theacutematique des couleurs primaires et de leurs meacutelanges Mais cette theacutematique est eacutegalement abordeacutee dans le cadre laquophysiqueraquo agrave travers les expeacuteriences de deacutecomposition de la lumiegravere ou de superposition de lumiegraveres coloreacutees Ainsi nous retrouvons trois cadres de rationaliteacute concourants (familier physique arts visuels) dans lesquels les eacutelegraveves eacutevoluent et qui engendrent indubitablement des conceptions erroneacutees sur la lumiegravere et les couleurs puisque les eacutelegraveves ne sont pas ameneacutes agrave les diffeacuterencier dans chacun des cadres Et comme la communication entre les diffeacuterents cadres nrsquoest pas eacutetablie le lien agrave faire entre les diffeacuterentes conceptions issues de ces cadres est agrave la charge de lrsquoeacutelegraveve ce qui repreacutesente une lourde responsabiliteacute dans son apprentissage Astolfi (2008) appelle eacutegalement ces conceptions issues de diffeacuterents cadres des ldquotrames conceptuelles rdquoqui peuvent ecirctre deacutefinies comme ldquoun ensemble de concepts-shycleacutes propres agrave un domaine et logiquement hieacuterarchiseacutes entre eux qui structurent les disciplines et engendrent des situations-shyproblegravemesrdquo Mais encore on verra eacutemerger des problegravemes de contrat didactique dans chacun des cadres lrsquoeacutelegraveve va tenter de donner une reacuteponse qui va satisfaire lrsquoenseignant sans pour autant ecirctre ameneacute agrave confronter ses conceptions

Situation-shyproblegraveme Pour de Vecchi (2006) une situation-shyproblegraveme est une activiteacute qui consiste agrave mettre lrsquoeacutelegraveve dans une situation ougrave il va ecirctre ameneacute agrave eacutelaborer des strateacutegies de reacutesolution de problegraveme Lrsquoun des points cleacutes des situations-shyproblegravemes est qursquoelles eacutetablissent un lien eacutetroit entre les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves En drsquoautres termes une situation-shyproblegraveme est construite de telle sorte que les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave remettre en question des repreacutesentations actuelles qui srsquoavegraverent erroneacutees agrave les deacuteconstruire pour en construire de nouvelles Ainsi dans une deacutemarche de type constructiviste lrsquoeacutelegraveve construit son savoir en renversant ses anciennes conceptions Une situation-shyproblegraveme nrsquoest donc pas une deacutemarche ponctuelle dans laquelle lrsquoeacutelegraveve devra reacutesoudre une liste drsquoexercices teacuteleacuteguideacutee par lrsquoenseignant Ce qui justifie lrsquoefficaciteacute des situations problegravemes est qursquo laquoapprendreraquo ne consiste pas agrave cumuler les savoirs mais agrave en construire et agrave en deacuteconstruire

Une situation-shyproblegraveme doit comprendre plusieurs eacuteleacutements

-shy Un objectif-shyobstacle Pour Meirieu (1987) un objectif-shyobstacle est ldquoun objectif dont lrsquoacquisition permet au sujet de franchir un palier deacutecisif de progression en modifiant son systegraveme de repreacutesentation et en le faisant acceacuteder un niveau supeacuterieur de formulation rdquo Dans notre cas lrsquoeacutelegraveve pense que tous les meacutelanges de 3 couleurs primaires (de peinture ou de lumiegravere) vont donner le mecircme reacutesultat La distinction entre synthegraveses additive et soustractive nrsquoest pas connue des eacutelegraveves De plus projeter de la lumiegravere monochromatique sur un objet drsquoune certaine couleur ne donne pas toujours la mecircme couleur Lrsquoexemple avec le drapeau (activiteacute 4) est parlant

-shy Une situation centreacutee sur cet obstacle prenant en compte une deacutemarche expeacuterimentale ou une deacutemarche de modeacutelisation Dans notre cours les deux deacutemarches sont mises en oeuvre mais notre deacutemarche principale est la modeacutelisation Les eacutelegraveves vont effectivement ecirctre ameneacutes agrave eacutemettre des hypothegraveses manipuler reacutecolter des reacutesultats et les confronter agrave

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leurs hypothegraveses mais il srsquoagit surtout drsquoune deacutemarche de modeacutelisation car les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave creacuteer des scheacutemas dans plusieurs exercices

-shy Une probleacutematisation et la deacutevolution on probleacutematise la conception erroneacutee en introduisant une situation-shyproblegraveme crsquoest-shyagrave-shydire qursquoon construit un problegraveme centreacute sur lrsquoobstacle La surprise face agrave une situation incoheacuterente va intriguer lrsquoeacutelegraveve exciter sa motivation et le pousser agrave vouloir srsquoimpliquer dans le problegraveme ce qui va aider sa deacutevolution Brousseau (1998) qualifie la notion de deacutevolution par le ldquo processus par lequel lenseignant parvient agrave placer leacutelegraveve comme simple actant dans une situation a-shydidactique (agrave modegravele non didactique) Il cherche par lagrave agrave ce que lrsquoaction de lrsquoeacutelegraveve ne soit produite et justifieacutee que par les neacutecessiteacutes du milieu et par ses connaissances et non par lrsquointerpreacutetation des proceacutedeacutes didactiques du professeurrdquo Pour enrocircler les eacutelegraveves et les aider agrave identifier la probleacutematique en met on place une situation deacuteclenchante Dans notre cas lrsquoexemple avec le meacutelange de peinture et de lumiegraveres coloreacutees est un parfait exemple de situation deacuteclenchante car les eacutelegraveves ne sattendent probablement pas par exemple agrave ce que le meacutelange de vert et bleu donne du cyan ou encore qursquoon perccediloive un citron noir lorsque lrsquoon projette de la lumiegravere bleue sur ce celui-shyci

412 La prise en compte des conceptions des eacutelegraveves dans notre seacutequence La theacutematique de la lumiegravere et des couleurs est complexe et comprend de nombreux concepts difficiles agrave assimiler En effet bon nombre de personnes ont des repreacutesentations erroneacutees qui peuvent rester profondeacutement ancreacutees Parmi les conceptions erroneacutees les plus communes on retrouve selon le site internet des MER

La lumiegravere blanche est sans couleur pure quand la lumiegravere blanche passe dans un prisme ou traverse un filtre de la couleur lui est ajouteacutee

La lumiegravere blanche nous permet de voir la vraie couleur des objets laquoMa feuille est blanche parce que je nai pas ajouteacute dautres couleurs agrave celle-shyciraquo

Les couleurs sont lieacutees agrave des proprieacuteteacutes de lrsquoobjet exclusivement sans reacutefeacuterence agrave la lumiegravere qui eacuteclaire lrsquoobjet Ne dit-shyon pas quun pull est rouge

Confusion entre les couleurs primaires en couleur peinture et en couleur lumiegravere

Dans notre planification nous avons anticipeacute ces conceptions et avons construit notre cours de maniegravere agrave ce qursquoelles soient mises en eacutevidence le plus tocirct possible afin de tenter de les deacuteconstruire agrave travers nos activiteacutes

Ainsi degraves deacutebut de lrsquoactiviteacute 2 les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave une situation-shyproblegraveme dans laquelle ils comprennent qursquoil existe une contradiction entre leur conception de deacutepart sur les meacutelanges de couleurs (issue de leurs cadres de rationaliteacute familier et scolaire lsquorsquoart visuelrsquorsquo) et leurs observations (nouveau cadre lsquorsquophysiquersquorsquo) Crsquoest sur la base de ce conflit cognitif que les diffeacuterentes notions de la seacutequence pourront ecirctre abordeacutees Les autres conceptions sont mises en eacutevidence puis deacuteconstruites agrave travers les diffeacuterentes activiteacutes Par exemple les

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activiteacutes du chapitre 3 permettent de montrer que la lumiegravere blanche nrsquoest pas pure mais qursquoelle est composeacutee de toutes les couleurs et ce gracircce agrave lrsquoobservation des objets agrave la lumiegravere blanche puis agrave travers un filtre

De plus lrsquoactiviteacute 3 srsquoarticule autour drsquoune conception erroneacutee repeacutereacutee dans certaines classes Bon nombre drsquoeacutelegraveves eacutetaient persuadeacutes qursquoun filtre ne laissait pas passer les lumiegraveres de sa couleur propre car crsquoest la couleur dont est perccedilue le filtre Un conflit cognitif est alors provoqueacute afin de deacuteconstruire cette conception les eacutelegraveves observent que la lumiegravere coloreacutee nrsquoest pas absorbeacutee par le filtre mais qursquoelle se propage bien jusqursquoagrave lrsquoeacutecran blanc

En introduction de lrsquoactiviteacute 4 une nouvelle situation-shyproblegraveme est preacutesenteacutee par le biais drsquoune image montrant que la couleur drsquoun objet peut varier en fonction de la lumiegravere coloreacutee par laquelle il est eacuteclaireacute Elle servira agrave provoquer un conflit cognitif chez les eacutelegraveves car cette situation intervient apregraves une phase drsquohypothegravese reacutepondant agrave la question suivante un objet peut-shyil avoir diffeacuterentes couleurs La reacuteponse donneacutee par lrsquoimage contredira probablement lrsquohypothegravese preacuteceacutedemment formuleacutee et devrait susciter de la curiositeacute chez lrsquoeacutelegraveve et lui donner lrsquoenvie de comprendre le pheacutenomegravene Nous deacutemontrons ensuite tout au long de lrsquoactiviteacute 4 sur les lumiegraveres coloreacutees que crsquoest le pheacutenomegravene drsquoabsorption et de reacuteflection de la lumiegravere qui nous permet de voir la couleur des objets et non pas la lumiegravere blanche Crsquoest donc par le biais de ces deacuteconstructions successives de conceptions que lrsquoenseignant peut guider les eacutelegraveves sur la voie de la reacutesolution du problegraveme de lrsquoorigine de ces contradictions dans le but drsquoeacutetablir le lien entre les diffeacuterents cadres de rationaliteacute

42 Modeacutelisation

421 Deacutefinition

Un modegravele est communeacutement deacutefini comme un objet ou un concept qui va permettre de repreacutesenter la reacutealiteacute de diffeacuterentes maniegraveres Bunge (1974) ou encore Martinand (1994) le deacutefinissent eacutegalement comme un moyen permettant de mettre en relation le monde theacuteorique avec le monde empirique Il peut ecirctre consideacutereacute en quelque sorte comme un monde intermeacutediaire ou une sorte de lunette conceptuelle (Halloun 2004) qui va permettre drsquoobserver des pheacutenomegravenes naturels Un modegravele ne constitue pas la reacutealiteacute mais la repreacutesente en simplifiant certains de ses aspects ce qui peut causer des conflits pour les repreacutesentations cognitives chez lrsquoeacutelegraveve

422 La modeacutelisation dans notre seacutequence Dans notre planification la modeacutelisation est centrale afin de conceptualiser des pheacutenomegravenes complexes comme la composition de la lumiegravere et la perception des couleurs Elle est lrsquooutil qui permet drsquoamener les eacutelegraveves agrave se faccedilonner une repreacutesentation de la deacutecomposition de la lumiegravere blanche de labsorption de la lumiegravere agrave travers les filtres et des synthegraveses additive et soustractive des couleurs

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De plus elle constitue un objectif de formation meacutethodologique qui va de pair avec toute formation scientifique Crsquoest pourquoi nous avons inclus la modeacutelisation dans les objectifs drsquoapprentissage Dans la terminologie du PER la modeacutelisation correspond agrave lrsquoobjectif geacuteneacuteral MSN37

bull MSN 1525 mdash Modeacuteliser des pheacutenomegravenes naturels techniques sociaux ou des situations matheacutematiques

bull en imaginant et en utilisant divers outils de repreacutesentation (codes scheacutemas graphiques tableauxhellip)

Lrsquoactiviteacute 2 propose aux eacutelegraveves de reporter les couleurs observeacutees sur trois cercles superposeacutes En les coloriant les eacutelegraveves reacutealisent en reacutealiteacute une forme simple de modeacutelisation par un diagramme de Venn de la synthegravese additive Il nous a sembleacute pertinent drsquointroduire ce scheacutema de cette maniegravere car ainsi les eacutelegraveves comprennent reacuteellement qursquoil correspond agrave la lumiegravere projeteacutee et superposeacutee sur un eacutecran En derniegravere partie drsquoactiviteacute les eacutelegraveves se familiarisent avec un logiciel de modeacutelisation de la synthegravese additive 3

Lrsquoutilisation drsquoun modegravele dans ce cas est indispensable pour des raisons pratiques Il serait en effet tregraves difficile de faire des observations similaires avec un dispositif reacuteel constitueacute de projecteurs et drsquoun eacutecran comme dans la premiegravere partie drsquoactiviteacute Nous avons veilleacute agrave choisir un logiciel simple drsquousage sur lequel seules deux manipulations sont possibles allumereacuteteindre les projecteurs et varier leurs intensiteacutes Ainsi il est possible pour les eacutelegraveves de faire rapidement et sans difficulteacutes de lrsquoordre du registre seacutemiotique la deacuteduction attendue les diffeacuterentes couleurs srsquoobtiennent par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

Dans lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves sont ameneacutes agrave modeacuteliser lrsquoeffet drsquoun filtre sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee Ils ancrent ainsi le fonctionnement drsquoun filtre dans leur apprentissage et deacuteveloppent une meacutethodologie systeacutematique dans la reacutesolution de problegravemes mettant en scegravene des filtres Gracircce au modegravele deacuteveloppeacute les eacutelegraveves deacuteconstruisent deacutefinitivement leur eacuteventuelle conception erroneacutee selon laquelle un filtre absorberait sa propre couleur Lrsquoactiviteacute 43 a pour but que les eacutelegraveves modeacutelisent les pheacutenomegravenes de reacutefraction et drsquoabsorption en justifiant leur reacuteponse par un modegravele de reacuteponse Ce dernier comprend les couleurs RVB qui se reflegravetent ou qui sont absorbeacutees par une surface Ainsi lrsquoeacutelegraveve peut trouver une meacutethode systeacutematique de reacuteponse en testant les diffeacuterentes couleurs Gracircce agrave cette modeacutelisation et agrave celle de lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves comprennent que les fonctionnements des filtres et des lumiegraveres coloreacutees sont fondeacutes sur le mecircme principe

3(httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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43 Deacutemarche expeacuterimentale

431 Deacutefinition Pour de Vecchi il est important de ne pas confondre les notions lieacutees agrave lrsquoexpeacuterimental qui sont les suivantes

-shy Une deacutemarche scientifique nrsquoest pas exclusive au domaine des sciences expeacuterimentales mais peut aussi ecirctre mobiliseacutee dans les sciences humaines socialeshellip Elle utilise drsquoautres outils que lrsquoexpeacuterimentale Toute recherche digne de ce nom est de nature scientifique

-shy La meacutethode expeacuterimentale eacutequivaut plutocirct agrave un plan agrave suivre un mode drsquoemploi ou agrave une marche agrave suivre qui suit un ordre strict que lrsquoon peut aussi appeler protocole Par exemple parmi les plus ceacutelegravebres protocoles nous retrouvons celui de Claude Bernard (1865) que lrsquoon abregravege par les initiales OHERIC qui correspondent agrave observation hypothegravese expeacuterience reacutesultats interpreacutetation et conclusion De maniegravere geacuteneacuterale il srsquoagit du protocole caricatural que lrsquoon emploie le plus souvent dans les salles de classes

-shy Une deacutemarche expeacuterimentale est une approche plus reacutealiste moins stricte et integravegre

une approche plus tacirctonnante Il nrsquoest pas constitueacute drsquoeacutetapes preacutedeacutetermineacutees et est donc moins affecteacutee par les directives de lrsquoenseignant Il peut donc laisser des liberteacutes dans la maniegravere de reacutesoudre le problegraveme

432 La deacutemarche expeacuterimentale dans notre seacutequence Dans notre seacutequence la meacutethode expeacuterimentale est preacutesente de maniegravere partielle du scheacutema caricatural OHERIC nous nous inteacuteressons en particulier aux phases drsquoobservation et drsquoeacutemission drsquohypothegraveses Crsquoest pourquoi nous parlons donc plutocirct de ldquodeacutemarche expeacuterimentalerdquo En effet tout au long des diffeacuterentes activiteacutes il est reacuteguliegraverement demandeacute aux eacutelegraveves de formuler une hypothegravese agrave partir de leurs connaissances au preacutealable puis de faire de nouvelles observations en contexte expeacuterimental Crsquoest sur la base de ces derniegraveres qursquoils pourront reacutealiser leurs deacuteductions sur le pheacutenomegravene en question et construire de nouvelles conceptions Dans lrsquoactiviteacute 2 ce type de deacutemarche est central pour la creacuteation de la premiegravere situation-shyproblegraveme Par la suite la deacutemarche permet de guider les eacutelegraveves dans le processus de deacuteduction du fonctionnement geacuteneacuteral des diffeacuterents pheacutenomegravenes Dans lrsquoactiviteacute 41 par exemple les pheacutenomegravenes agrave deacuteduire sont la synthegravese soustractive et le fonctionnement de la lumiegravere coloreacutee Lrsquoemploi drsquoobjets familiers permet un ancrage dans le quotidien

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Dans lrsquoactiviteacute 3 lrsquoeacutetude de lrsquoeffet des filtres constitue agrave son tour un deacutemarche expeacuterimentale En effet les eacutelegraveves doivent tout drsquoabord eacutemettre leurs hypothegraveses puis les veacuterifient par lrsquoexpeacuterimentation et ses reacutesultats provoquant probablement un conflit cognitif avant drsquoen conclure lrsquoeffet drsquoun filtre Dans lrsquoactiviteacute 42 nous retrouvons toujours le mecircme principe de deacutemarche expeacuterimentale Les eacutelegraveves formulent des hypothegraveses sur la couleur perccedilue de diffeacuterents mots coloreacutes eacuteclaireacutes par une lumiegravere coloreacutee puis les veacuterifient lors de la phase drsquoobservation La confrontation entre leurs attentes lieacutees agrave leurs conceptions et la reacutealiteacute creacutee le conflit cognitif rechercheacute

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

5 Conclusion Pour seacutelectionner notre thegraveme et eacutelaborer notre seacutequence nous nous sommes fondeacutes sur les objectifs du PER et crsquoest sur lrsquooptique que notre choix srsquoest porteacute Le savoir savant auquel nous nous sommes reacutefeacutereacutes comprend principalement des concepts lieacutes agrave la lumiegravere tels que les photons les ondes eacutelectromagneacutetiques ainsi que les spectres drsquoeacutemission et drsquoabsorption Nous avons transposeacute ce savoir en un savoir enseignable par le biais drsquoun travail de contextualisation et de reacuteadaptation Nous avons eacuteteacute ameneacutes agrave remplacer des modegraveles scientifiques (par exemple les modegraveles de synthegraveses additive et soustractive) par des modegraveles accessibles agrave un niveau scolaire et agrave changer les conditions drsquoeacutemergence des problegravemes Ainsi notre travail de transposition consistait agrave montrer aux eacutelegraveves la partie eacutemergeacutee de lrsquoiceberg du concept de couleur le reacutesultat apparent plutocirct que lrsquoorigine eacutelectromagneacutetique Tout au long de la seacutequence et par le biais de situations-shyproblegravemes et de diffeacuterentes eacutetapes de reacutesolution des activiteacutes les eacutelegraveves ont eacuteteacute guideacutes dans le processus de construction de leur apprentissage En nous focalisant sur les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves nous avons eacutelaboreacute nos exercices de maniegravere agrave proposer des situations deacuteclenchantes afin de faciliter le transfert de la responsabiliteacute de la reacutesolution des problegravemes aux eacutelegraveves Cette derniegravere srsquoeffectue par des deacutemarches drsquoexpeacuterimentation mais surtout de modeacutelisation

Dans notre sceacutenario les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave deux types de donneacutees theacuteoriques et empiriques Drsquoune part ils ont agrave disposition deux theacuteories principales la premiegravere est que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs de lrsquoarc-shyen-shyciel tandis que la seconde deacutecrit l a maniegravere dont la couleur drsquoun objet deacutepend des couleurs qursquoil va absorber Drsquoautre part ils disposent de donneacutees empiriques qursquoils sont ameneacutes agrave reacutecolter en superposant des lumiegraveres de diffeacuterentes couleurs en meacutelangeant de la peinture et en projetant de la lumiegravere coloreacutee sur diffeacuterents objets coloreacutes Dans le cadre drsquoune deacutemarche drsquoexpeacuterimentation ils ont eacutemis des hypothegraveses observeacute manipuleacute du mateacuteriel utiliseacute des appliquettes en ligne et veacuterifieacute leurs reacutesultats Crsquoest ainsi les modegraveles que nous avons preacutesenteacutes et que les eacutelegraveves ont eacutelaboreacutes vont ecirctre des ponts qui vont relier le monde theacuteorique et le monde empirique Par ailleurs nous avons eacuteteacute attentifs agrave la seacutemiotique lors de nos choix des repreacutesentations utiliseacutees nous nous sommes reacutefeacutereacutes agrave la notion de registre seacutemiotique afin drsquoeacutelaborer des scheacutemas nrsquoengendrant pas de difficulteacutes de lecture chez les eacutelegraveves

Nous avons analyseacute lrsquoorigine des conceptions erroneacutees et avons remarqueacute qursquoelles eacutetaient principalement dues agrave des repreacutesentations concourantes engendreacutees par les diffeacuterents contextes et cadres de rationaliteacutes dans lesquelles les eacutelegraveves eacutevoluent Notre sceacutenario permet aux eacutelegraveves drsquoeacutetablir des liens entre ces diffeacuterents cadres et de construire une nouvelle repreacutesentation de la couleur celle drsquoun objet de la physique

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

6 Bibliographie

Astolfi J Ginsburger-shyVogel Y amp Toussaint J (2008) Mots-shycleacutes de la didactique des sciences De Boeck Supeacuterieur Beaufils D Ramage M-shyJ DidaScO (2004) Simulation informatique et enseignement de la physique regards didactiques Universiteacute Paris-shySud Centre scientifique drsquoOrsay -shy 91405 Orsay Cedex Brahic A Grenier I ( 2008) Lumiegraveres deacutetoiles les couleurs invisibles Odile Jacob Brousseau G (1998) Glossaire de quelques concepts de la theacuteorie des situations didactiques en matheacutematiques DAEST-shy Faculteacute des Sciences de lHomme-shyUniversiteacute Victor Segalen Bordeaux 2 Bunge M (1975) Philosophie de la physique Paris France Editions du Seuil Chevallard Y amp Johsua M-shyA (1986) Transposition didactique  Du savoir savant au savoir enseigneacute -shy Un exemple drsquoanalyse de la transposition didactique Penseacutee sauvage Chevallard Y A du texte Chevallard Y A du texte Chevallard Y amp Johsua M-shyA A du texte (1991) La transposition didactique  du savoir savant au savoir enseigneacute Suivi de Un exemple de la transposition didactique ([2e eacuted revue et augm]) Yves Chevallard  Yves Chevallard et Marie-shyAlberte Johsua [texte imprimeacute] Retrieved October 19 2016 de Vecchi G (2006) Enseigner lrsquoexpeacuterimental en classe  Pour une veacuteritable eacuteducation scientifique Hachette Editions (p 221-shy229) de Vecchi G (2006) Enseigner lrsquoexpeacuterimental en classe  Pour une veacuteritable eacuteducation scientifique Hachette Editions (p 55 -shy65) de Saussure F (2005) Cours de linguistique geacuteneacuterale Arbres drsquoOr Develay M (1987) A propos de la transposition didactique en sciences biologiques Aster [ISSN 0297-shy9373] 1987 Ndeg 4 p 119 Duval R (1988) Eacutecarts seacutemantiques et coheacuterence matheacutematique introduction aux problegravemes de congruences in Annales de Didactique et de Sciences Cognitives de lIREM de Strasbourg Giordan A Girault Y et Clement P (1994) Conceptions et connaissance Peter Lang Halloun I A (2004) Modeling theory in science education Dordrecht Holland Kluwer Academic Publishers Kane J Sternheim M (1989) Cours QCM exemple et exercices corrigeacutes -shy 1er cycle Licence PCEM PCEP Physique 3egraveme eacutedition revue par Philipe Ghosez Maryse Hoebeke et Gabriel Llabreacutes DUNOD Lerouge A (1992) Repreacutesentation carteacutesienne rationaliteacute matheacutematique et rationaliteacute du quotidien chez des eacutelegraveves de collegravege Thegravese de doctorat Universiteacute Montpellier II Malafosse D Lerouge A Dusseau J-shyM (2000) Notions de registre et de cadre de rationaliteacute en inter-shydidactique des matheacutematiques et de la physiqu e Treacutema Martinand J-shyL (nd) Introduction agrave la modeacutelisation In Actes du seacuteminaire de didactique des disciplines technologiques Cachan (p 126ndash138)

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Meirieu P Avanzin Gi (1987) Apprendre oui mais comment Edition ESF Verret M (1975) Le temps des eacutetudes (Vols 1ndash2) Lille France Atelier Reproduction des thegraveses

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Page 42: Physique Optique Lescouleurs · Sciences naturelles Les couleurs 10 11 Harmos 1.Introduction Comme nous allons le détailler dans le chapitre 4, les conceptions erronées des élèves

Activiteacute 42

Marche agrave suivre

6 Eacutecris sur une feuille blanche le nom des 2 couleurs que ton enseignant te donne avec la peinture qui y correspond

7 Pendant que ces mots segravechent remplis les colonnes ldquocouleur du mot 1rdquo et ldquocouleur du mot 2rdquo et ldquocouleur de la feuillerdquo agrave la lumiegravere blanche

8 Formule tes hypothegraveses note-les au crayon agrave papier en petit 9 Eacuteclaire tes mots agrave lrsquo‛aide de lumiegraveres coloreacutees 10 Note tes observations

Lumiegravere coloreacutee

Couleur du mot 1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur du mot 2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Couleur de la feuille helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Blanche

Rouge

Verte

Bleue

Magenta

Cyan

Jaune

Activiteacute 43

Tu observes un drapeau eacuteclaireacute par une lumiegravere blanche Puis tu observes ce mecircme drapeau eacuteclaireacute par deux lumiegraveres coloreacutees diffeacuterentes Trouve la lumiegravere coloreacutee utiliseacutee dans chaque cas et justifie ta reacuteponse par la modeacutelisation vue preacuteceacutedemment

Lumiegravere blanche Lumiegravere coloreacutee 1 Lumiegravere coloreacutee 2

De quelle couleur est la premiegravere lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Bleu)

Modeacutelisation 1

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Vert)

Modeacutelisation 2

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Fiches de synthegravese Les couleurs Activiteacute 2 Reacutesumeacute theacuteorique pour les eacutelegraveves Le modegravele trichromique et la synthegravese additive des couleurs La couleur nrsquo‛existe pas sans lumiegravere et lrsquo‛on peut dire que lrsquo‛on perccediloit le monde gracircce aux meacutelanges de ces couleurs qui correspondent aux diffeacuterentes composantes de la lumiegravere Lorsque lrsquo‛on parle de la perception des couleurs on srsquo‛aperccediloit que seules trois lumiegraveres primaires de couleurs rouge vert et bleu sont neacutecessaires pour obtenir la sensation de toutes les autres couleurs Cette maniegravere de modeacuteliser la perception des couleurs est ce qursquo‛on appelle le modegravele trichromique (lsquorsquo‛trois couleursrsquo‛rsquo‛) Dans cette repreacutesentation toutes les autres lumiegraveres coloreacutees sont perccedilues par superposition des trois lumiegraveres rouge verte et bleue La superposition simultaneacutee et en dosage identique des trois couleurs donne de la lumiegravere blanche Le noir correspond agrave une absence de lumiegravere

Illustration du modegravele

Image MER

Lrsquo‛image montre trois projecteurs de lumiegraveres rouge verte et bleue eacuteclairant une table blanche Si les trois couleurs sont projeteacutees en intensiteacute identique nous obtenons par superposition trois autres couleurs le cyan le magenta et le jaune Les couleurs primaires et les couleurs obtenues sont codeacutees sur lrsquo‛image puis reacutecapituleacutees dans le tableau ci-dessous

Image MER

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Si nous modifions le dosage des couleurs eacuteleacutementaires il est possible drsquo‛obtenir toutes les couleurs imaginables Le pheacutenomegravene de perception des couleurs par superposition des trois couleurs primaires se nomme synthegravese additive les couleurs sont additionneacutees entre elles pour permettre la synthegravese drsquo‛autres couleurs

Drsquo‛ailleurs si lrsquo‛on observe au microscope un eacutecran blanc de smartphone ou drsquo‛ordinateur on remarque qursquo‛il est en fait constitueacute drsquo‛un grand nombre de minuscules rectangles de lumiegraveres rouge verte et bleue (voir image ci-contre) Crsquo‛est justement par un jeu de dosage de chacune de ces lumiegraveres que lrsquo‛on perccediloit les diffeacuterentes couleurs sur nos eacutecrans

Pourquoi un modegravele sur trois couleurs La raison pour laquelle les scientifiques ont construit ce modegravele sur trois couleurs est directement lieacutee agrave la structure de notre œil En effet ce dernier contient des cellules sensibles agrave la lumiegravere que lrsquo‛on appelle cocircnes et bacirctonnets Alors que les bacirctonnets perccediloivent les intensiteacutes de lumiegravere les cocircnes nous permettent de percevoir les couleurs Cependant ils ne sont sensibles qursquo‛agrave certaines composantes de la lumiegravere blanche celles correspondant justement aux couleurs rouge vert et bleu Lorsque lrsquo‛on regarde un objet notre cerveau analyse le dosage de chacune de ces composantes perccedilues par notre œil et en interpregravete ainsi la couleur de lrsquo‛objet

Qursquo‛est-ce que le daltonisme Certaines personnes preacutesentent une anomalie de la vision qui les empecircche de distinguer certaines couleurs Drsquo‛origine geacuteneacutetique ce trouble est ducirc agrave un dysfonctionnement des cocircnes preacutesents dans la reacutetine Bien que la plupart des personnes daltoniennes aient de la peine agrave distinguer le vert du rouge drsquo‛autres ne distinguent pas drsquo‛autres couleurs Dans certaines formes de daltonisme le monde est perccedilu par la personne atteinte en teintes de gris

Sciences naturelles Optique synthegravese soustractive et additive

La synthegravese additive est le proceacutedeacute gracircce

auquel en combinant les couleurs

___________ ___________ et ___________

on obtient du blanc

On la retrouve lorsque lrsquoon meacutelange des

lumiegraveres coloreacutees composeacutees de ces 3 couleurs

diffeacuterentes car les laquo additionner raquo donne la

lumiegravere blanche

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon exploite aujourdrsquohui

pour les teacuteleacuteviseurs ou tout eacutecran composeacute de

pixels

La synthegravese soustractive consiste agrave soustraire

les couleurs de la lumiegravere blanche (RVB) agrave

travers des filtres de couleurs ___________

___________ et ___________ qui absorbent la

totaliteacute des couleurs de la lumiegravere blanche pour

un rendu noir au final (absence de lumiegravere)

Lrsquo __________________ des 3 couleurs donne

le ____________

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon retrouve par exemple en

meacutelangeant de la peinture notamment en

imprimerie

Sciences naturelles Optique les filtres

Qursquoest-shyce qursquoun filtre coloreacute et comment fonctionne-shyt-shyil

Un filtre est un dispositif qui permet de filtrer la lumiegravere de laisser passer certains rayons

lumineux et drsquoen absorber drsquoautres

Pour savoir quelles lumiegravere coloreacutees le filtre laisse passer il faut lrsquoobserver agrave la lumiegravere

blanche

Le filtre laissera alors passer uniquement les rayons lumineux de sa couleur propre

Par exemple

Un filtre vert laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee verte

Un filtre magenta laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee magenta crsquoest agrave dire les rayons rouge et bleu

Pour connaicirctre la lumiegravere coloreacutee qui ldquosortrdquo du filtre il faut donc

deacutecomposer la lumiegravere qui arrive sur ce filtre et en soustraire les

rayons qui sont absorbeacutes par le filtre On se reacutefegravere alors au modegravele de

la synthegravese soustractive

Image httpswww123couleursfrboutique-shy1filtres-shycolorC3A9s

Tableau reacutecapitulatif

Sciences naturelles Optique les filtres

Modeacutelisation

Nous pouvons modeacuteliser lrsquoaction drsquoun filtre

1 Noter la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur le filtre

2 Deacutecomposer la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur filtre et la coder (en RVB)

3 Repreacutesenter le filtre et coder les rayons absorbeacutes par le filtre 4 Prolonger les rayons lumineux coloreacutes que le filtre laisse passer et les coder (en RVB)

5 Noter la lumiegravere coloreacutee qui sort du filtre

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre magenta sur la lumiegravere blanche

Lorsque plusieurs filtres sont superposeacutes ou aligneacutes il faut modeacuteliser lrsquoaction du premier filtre

sur la lumiegravere projeteacutee puis lrsquoaction du deuxiegraveme filtre sur la lumiegravere qui sort du premier filtre

etc

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre cyan puis drsquoun filtre vert sur la lumiegravere jaune

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

De quelle couleur apparaicirctra un objet de couleur eacuteclaireacute par une lumiegravere coloreacutee

Il y 3 cas

1) Un objet de couleur blanche renvoie toutes les couleurs il apparaicirctra de la couleur eacuteclaireacutee

2) Un objet de couleur noire absorbe toutes les couleurs Peu importe la couleur avec laquelle

lrsquoobjet est eacuteclaireacute lrsquoobjet apparaicirct de couleur noire

3) Pour un objet de couleur il suffit de deacutecomposer les couleurs secondaires par exemple

Jrsquoai un objet jaune

Je lui projette une lumiegravere magenta

Or jaune = rouge + vert

et magenta = bleu + rouge

Le rouge est commun au jaune et au magenta donc lrsquoobjet paraicirctra rouge

En revanche si la lumiegravere est bleue comme il nrsquoy a pas de bleu dans le jaune lrsquoobjet paraicirctra

noir

1

Tableau reacutecapitulatif

1 httpscommunitygoodgamestudioscombigfarmfrdiscussion51685langage-shy‐des-shy‐couleurs

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

Modegravele de reacuteponse

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

______

______

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

______

______

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation avec propositions

de reacuteponses)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

(rouge vert bleu Nous percevons les diffeacuterentes couleurs agrave partir de ces trois couleurs) ________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

(Explication relative aux cocircnes et bacirctonnets de lrsquo‛oeil)

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Corrigeacute vert bleu blanc cyan

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________ (vert)

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________ (bleu)

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________ (aucunenoir)

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

(selon modegravele eacutetudieacute)

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

(les deux selon que lrsquo‛on parle de synthegravese additive ou soustractive)

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

Bleu

______

Bleu

______

Noir

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________ (lumiegravere rouge)

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

Noir

______

Rouge

______

Rouge

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

(Bleu)

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

(selon modegravele eacutetudieacute)

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

(Explication citant la synthegravese soustractive et lrsquo‛effet des lumiegraveres coloreacutees

concerneacutees sur le haut du cambrioleur)

Evaluation - Analyse

Ce commentaire comprend les diffeacuterents objectifs eacutevalueacutes ainsi que ce qui est attendu

preacuteciseacutement des eacutelegraveves et les niveaux taxonomiques correspondants

Ce sont des pistes drsquo‛eacutevaluation qui sont ici proposeacutees non une eacutevaluation suivie

Exercice 1

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- Mettre en lien des notions theacuteoriques apprises en cours (cocircnes et

bacirctonnets de lrsquo‛oeil) avec drsquo‛autres (synthegravese additive)

Lrsquo‛eacutevaluation deacutebute par deux questions au niveau taxonomique peu eacuteleveacute La

premiegravere de lrsquo‛ordre de la compreacutehension demande aux eacutelegraveves de restituer une

connaissance de base agrave lrsquo‛aide de leurs propres mots La deuxiegraveme propose de

tester les connaissances theacuteoriques des eacutelegraveves en veacuterifiant que des liens entre

deux notions aient eacuteteacute faits

Exercice 2

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutedire la couleur perccedilue en fonction des meacutelanges de couleurs RVB

- deacutechiffrer un scheacutema et les codes de la repreacutesentation de la trajectoire

des lumiegraveres coloreacutees

Le deuxiegraveme exercice relegraveve du niveau taxonomique de lrsquo‛application car il

neacutecessite une compreacutehension de la maniegravere de repreacutesenter la lumiegravere (scheacutema de

la trajectoire rectiligne codes de couleurs RVB) et drsquo‛appliquer ce modegravele tout en

utilisant les connaissances des couleurs fondamentales et compleacutementaires de la

synthegravese additive

Exercice 3

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet drsquo‛un filtre sur une lumiegravere coloreacutee agrave lrsquo‛aide des codes

propres agrave lrsquo‛optique

Lrsquo‛exercice 3 relegraveve de lrsquo‛application car les eacutelegraveves se reacutefegraverent agrave la modeacutelisation

eacutetablie durant le cours et au diagramme de Venn de la synthegravese soustractive et

les adaptent aux items preacutesenteacutes

Exercice 4

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- mettre en perspective la distinction entre synthegravese additive et

soustractive en terme de lsquorsquo‛naturersquo‛rsquo‛ de la couleur (couleurs matiegraveres vs

couleurs lumiegraveres)

Cet exercice requiert des eacutelegraveves qursquo‛ils mobilisent leur faculteacute drsquo‛analyse (niveau

taxonomique plutocirct eacuteleveacute) pour expliquer les diffeacuterences entre les

repreacutesentations de la couleur en arts visuels et en physique Le but est qursquo‛ils

reconnaissent qursquo‛il srsquo‛agit dans le premier cas de la synthegravese soustractive et dans

le second cas de la synthegravese additive

Exercice 5

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutevoir la couleur perccedilue drsquo‛un objet en fonction des lumiegraveres coloreacutees

projeteacutees et coder le pheacutenomegravene

Les eacutelegraveves appliquent la modeacutelisation drsquo‛une lumiegravere coloreacutee sur un objet coloreacute

pour deacuteterminer la couleur perccedilue du drapeau franccedilais Cette question fait

reacutefeacuterence agrave un niveau taxonomique bas Puis ils trouvent la lumiegravere coloreacutee qui

permet de voir les deux drapeaux preacutesenteacutes de la mecircme couleur Ils trouveront

cette reacuteponse en modeacutelisant les lumiegraveres coloreacutees sur lrsquo‛objet de couleur

Plusieurs scheacutemas sont neacutecessaires pour trouver la reacuteponse Crsquo‛est une question

taxonomiquement haute qui demande aux eacutelegraveves de faire une synthegravese

Exercice 6

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet de la lumiegravere coloreacutee sur un objet et en deacuteduire la

couleur perccedilue

- justifier sa reacuteponse avec des mots en faisant la synthegravese des diffeacuterents

concepts vus dans la seacutequence de cours

Les eacutelegraveves doivent comprendre ce qursquo‛ils lisent et deacuteterminer la couleur propre du

haut du cambrioleur Cette question est taxonomiquement haute elle demande de

lrsquo‛analyse Puis ils justifient leur reacuteponse par le modegravele de lrsquo‛effet de la lumiegravere

coloreacutee sur un objet Cette question est drsquo‛un niveau taxonomique infeacuterieur

drsquo‛application Finalement ils deacuteterminent pourquoi la description de la jeune fille

ne correspond pas agrave la couleur propre en faisant le lien avec la synthegravese

soustractive demandant un niveau taxonomiquement tregraves eacuteleveacute la synthegravese

Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

4 Argumentation scientifique Nous avons choisi de construire notre seacutequence de cours de maniegravere agrave ce qursquoelle srsquoinscrive dans une deacutemarche constructiviste de type piageacutetienne Dans cette deacutemarche lrsquoenseignant anticipe les conceptions erroneacutees que les eacutelegraveves peuvent avoir puis eacutetablit une situation-shyproblegraveme permettant ideacutealement de deacuteconstruire ces repreacutesentations incomplegravetes puis finalement drsquoen construire de nouvelles plus justes Dans ce qui suit nous allons deacutefinir ces diffeacuterents concepts mis en eacutevidence puis expliciter la maniegravere dont nous les avons pris en compte dans notre planification

41 Les conceptions des eacutelegraveves et les situations-shyproblegravemes

411 Deacutefinitions Conception Selon Giordan et al (1994) une conception ou repreacutesentation peut ecirctre consideacutereacutee comme une ideacutee un objet ou un eacutevegravenement qui aide lrsquoeacutelegraveve agrave comprendre le monde qui lrsquoentoure Elle est le fruit de son expeacuterience personnelle dans laquelle il va puiser pour comprendre les nouveaux savoirs que lrsquoon va chercher agrave lui inculquer Elle peut ecirctre consideacutereacutee comme une connaissance ldquodeacutejagrave-shylagraverdquo acquise dans un certain contexte par lrsquoapprenant et qui peut ecirctre correcte ou erroneacutee Les mauvaises conceptions (ou misconception en anglais) peuvent donc ecirctre deacutecrites comme des ideacutees qui proviennent drsquoune mauvaise compreacutehension drsquoobjets ou eacutevegravenements Elles sont issues principalement de lrsquoenvironnement avec lequel lrsquoeacutelegraveve interagit et du contexte dans lequel il se situe mais elles deacutecoulent eacutegalement des systegravemes seacutemiotiques mis en oeuvre Ces derniers sont abordeacutes plus en deacutetail dans ce qui suit Seacutemiologie En seacutemiologie (lrsquoeacutetude des systegravemes de signes) une repreacutesentation (ou un signe) est double elle est doteacutee drsquoun signifiant et drsquoun signifieacute (de Saussure 1916) Le signifiant qui fait lrsquoobjet de la seacutemiologie deacutesigne la forme et laspect du signe tandis que le signifieacute eacutetudieacute dans le cadre de la seacutemantique deacutesigne le concept eacutevoqueacute par le signe A partir du moment ougrave le signe possegravede plusieurs signifieacutes il devient symbole et crsquoest ainsi que les incompreacutehensions peuvent survenir Selon R Duval (1995) le concept de laquo registre seacutemiotique raquo permet de distinguer les repreacutesentations qui relegravevent de diffeacuterents registres ou types visuels numeacuteriques graphiques symboliques formels scheacutematiques etc En didactique ce concept est fondamental car les diffeacuterences de registre au sein drsquoune mecircme repreacutesentation ou drsquoun

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

modegravele peut induire des difficulteacutes de lecture Ils risquent drsquoajouter des difficulteacutes suppleacutementaires en empecircchant les eacutelegraveves de se focaliser sur le problegraveme poseacute par lrsquoactiviteacute et les menant agrave formuler des conclusions diffeacuterentes de celles attendues par lrsquoenseignant Crsquoest pour cela qursquoun choix pertinent de registre seacutemiotique facilite la compreacutehension du concept introduit Dans notre cours un exemple typique que nous pouvons donner est la forte ressemblance des diagrammes de Venn pour les synthegraveses additive et soustractive Dans les deux modegraveles les diagrammes sont communeacutement scheacutematiseacutes sous forme circulaire De plus bien que inverseacutees au niveau de leurs superpositions les mecircmes couleurs sont repreacutesenteacutees dans les deux diagrammes Ces similitudes peuvent rendre la diffeacuterenciation complexe pour les eacutelegraveves Crsquoest pourquoi nous avons estimeacute important drsquoapporter un changement agrave la repreacutesentation de ces diagrammes Ainsi dans lrsquoune de nos fiches de synthegravese nous avons preacutefeacutereacute utiliser des formes rectangulaires plutocirct que circulaires pour repreacutesenter la synthegravese soustractive car cette forme eacutevoque plus fortement le filtre et ainsi lrsquoabsorption de la lumiegravere Cadre de rationaliteacute origine des conceptions En srsquoappuyant sur les travaux de R Douady (1984) A Lerouge (1992) deacutefinit laquo un cadre de rationaliteacuteraquo comme laquoun ensemble coheacuterent de fonctionnement de la penseacuteeraquo caracteacuteriseacute principalement par les composantes suivantes

1 Les objets du cadre dans notre cas il peut srsquoagir de peinture de feuille de papier de lampes de poche de filtres etc

2 Le type de processus de conceptualisation Dans un cadre scientifique il peut srsquoagir drsquoun processus par modeacutelisation ou par expeacuterimentation par exemple

3 Les registres seacutemiotiques que nous avons traiteacutes plus haut Les conceptions des eacutelegraveves et les conflits de perceptions en reacutesultant sont issus des diffeacuterents cadres de rationaliteacute dans lesquels ils eacutevoluent Ce sont les cadres familiers (personnel) et culturels (eacutecole) qui sont responsable de ces conceptions et repreacutesentations mentales tantocirct concourantes tantocirct inexistantes voire erroneacutees Elles se manifestent principalement agrave travers la seacutemiotique Les eacutelegraveves eacuteprouvent de la difficulteacute agrave repreacutesenter des objets issus de registres seacutemiotiques diffeacuterents ou encore agrave simplement les reconnaicirctre Dans le contexte de notre seacutequence sur les couleurs ces cadres de rationaliteacute sont centraux En effet crsquoest dans son quotidien et donc dans son cadre familier que lrsquoeacutelegraveve va deacutecouvrir la notion de couleur notamment par le biais de la peinture ou drsquoobservation drsquoarc-shyen-shyciel Cette deacutecouverte qui a souvent lieu tregraves tocirct dans la vie de lrsquoenfant ne fera pourtant pas pour autant lrsquoobjet de questionnement sur le pheacutenomegravene de perception des couleurs La notion de cadre culturel ou scolaire quand agrave elle peut ecirctre eacutetendue dans notre cas agrave deux sous-shycateacutegories de cadres culturels diffeacuterents qui vont ecirctre agrave lrsquoorigine de conceptions erroneacutees ou incomplegravetes Premiegraverement il y a le cadre que nous appelons laquo arts visuelsraquo et qui a ses propres regravegles de rationaliteacutes Les cours de dessin ou drsquoactiviteacutes creacuteatrices en sont de parfaits exemples car crsquoest dans ce cadre que les eacutelegraveves vont premiegraverement aborder la

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theacutematique des couleurs primaires et de leurs meacutelanges Mais cette theacutematique est eacutegalement abordeacutee dans le cadre laquophysiqueraquo agrave travers les expeacuteriences de deacutecomposition de la lumiegravere ou de superposition de lumiegraveres coloreacutees Ainsi nous retrouvons trois cadres de rationaliteacute concourants (familier physique arts visuels) dans lesquels les eacutelegraveves eacutevoluent et qui engendrent indubitablement des conceptions erroneacutees sur la lumiegravere et les couleurs puisque les eacutelegraveves ne sont pas ameneacutes agrave les diffeacuterencier dans chacun des cadres Et comme la communication entre les diffeacuterents cadres nrsquoest pas eacutetablie le lien agrave faire entre les diffeacuterentes conceptions issues de ces cadres est agrave la charge de lrsquoeacutelegraveve ce qui repreacutesente une lourde responsabiliteacute dans son apprentissage Astolfi (2008) appelle eacutegalement ces conceptions issues de diffeacuterents cadres des ldquotrames conceptuelles rdquoqui peuvent ecirctre deacutefinies comme ldquoun ensemble de concepts-shycleacutes propres agrave un domaine et logiquement hieacuterarchiseacutes entre eux qui structurent les disciplines et engendrent des situations-shyproblegravemesrdquo Mais encore on verra eacutemerger des problegravemes de contrat didactique dans chacun des cadres lrsquoeacutelegraveve va tenter de donner une reacuteponse qui va satisfaire lrsquoenseignant sans pour autant ecirctre ameneacute agrave confronter ses conceptions

Situation-shyproblegraveme Pour de Vecchi (2006) une situation-shyproblegraveme est une activiteacute qui consiste agrave mettre lrsquoeacutelegraveve dans une situation ougrave il va ecirctre ameneacute agrave eacutelaborer des strateacutegies de reacutesolution de problegraveme Lrsquoun des points cleacutes des situations-shyproblegravemes est qursquoelles eacutetablissent un lien eacutetroit entre les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves En drsquoautres termes une situation-shyproblegraveme est construite de telle sorte que les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave remettre en question des repreacutesentations actuelles qui srsquoavegraverent erroneacutees agrave les deacuteconstruire pour en construire de nouvelles Ainsi dans une deacutemarche de type constructiviste lrsquoeacutelegraveve construit son savoir en renversant ses anciennes conceptions Une situation-shyproblegraveme nrsquoest donc pas une deacutemarche ponctuelle dans laquelle lrsquoeacutelegraveve devra reacutesoudre une liste drsquoexercices teacuteleacuteguideacutee par lrsquoenseignant Ce qui justifie lrsquoefficaciteacute des situations problegravemes est qursquo laquoapprendreraquo ne consiste pas agrave cumuler les savoirs mais agrave en construire et agrave en deacuteconstruire

Une situation-shyproblegraveme doit comprendre plusieurs eacuteleacutements

-shy Un objectif-shyobstacle Pour Meirieu (1987) un objectif-shyobstacle est ldquoun objectif dont lrsquoacquisition permet au sujet de franchir un palier deacutecisif de progression en modifiant son systegraveme de repreacutesentation et en le faisant acceacuteder un niveau supeacuterieur de formulation rdquo Dans notre cas lrsquoeacutelegraveve pense que tous les meacutelanges de 3 couleurs primaires (de peinture ou de lumiegravere) vont donner le mecircme reacutesultat La distinction entre synthegraveses additive et soustractive nrsquoest pas connue des eacutelegraveves De plus projeter de la lumiegravere monochromatique sur un objet drsquoune certaine couleur ne donne pas toujours la mecircme couleur Lrsquoexemple avec le drapeau (activiteacute 4) est parlant

-shy Une situation centreacutee sur cet obstacle prenant en compte une deacutemarche expeacuterimentale ou une deacutemarche de modeacutelisation Dans notre cours les deux deacutemarches sont mises en oeuvre mais notre deacutemarche principale est la modeacutelisation Les eacutelegraveves vont effectivement ecirctre ameneacutes agrave eacutemettre des hypothegraveses manipuler reacutecolter des reacutesultats et les confronter agrave

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leurs hypothegraveses mais il srsquoagit surtout drsquoune deacutemarche de modeacutelisation car les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave creacuteer des scheacutemas dans plusieurs exercices

-shy Une probleacutematisation et la deacutevolution on probleacutematise la conception erroneacutee en introduisant une situation-shyproblegraveme crsquoest-shyagrave-shydire qursquoon construit un problegraveme centreacute sur lrsquoobstacle La surprise face agrave une situation incoheacuterente va intriguer lrsquoeacutelegraveve exciter sa motivation et le pousser agrave vouloir srsquoimpliquer dans le problegraveme ce qui va aider sa deacutevolution Brousseau (1998) qualifie la notion de deacutevolution par le ldquo processus par lequel lenseignant parvient agrave placer leacutelegraveve comme simple actant dans une situation a-shydidactique (agrave modegravele non didactique) Il cherche par lagrave agrave ce que lrsquoaction de lrsquoeacutelegraveve ne soit produite et justifieacutee que par les neacutecessiteacutes du milieu et par ses connaissances et non par lrsquointerpreacutetation des proceacutedeacutes didactiques du professeurrdquo Pour enrocircler les eacutelegraveves et les aider agrave identifier la probleacutematique en met on place une situation deacuteclenchante Dans notre cas lrsquoexemple avec le meacutelange de peinture et de lumiegraveres coloreacutees est un parfait exemple de situation deacuteclenchante car les eacutelegraveves ne sattendent probablement pas par exemple agrave ce que le meacutelange de vert et bleu donne du cyan ou encore qursquoon perccediloive un citron noir lorsque lrsquoon projette de la lumiegravere bleue sur ce celui-shyci

412 La prise en compte des conceptions des eacutelegraveves dans notre seacutequence La theacutematique de la lumiegravere et des couleurs est complexe et comprend de nombreux concepts difficiles agrave assimiler En effet bon nombre de personnes ont des repreacutesentations erroneacutees qui peuvent rester profondeacutement ancreacutees Parmi les conceptions erroneacutees les plus communes on retrouve selon le site internet des MER

La lumiegravere blanche est sans couleur pure quand la lumiegravere blanche passe dans un prisme ou traverse un filtre de la couleur lui est ajouteacutee

La lumiegravere blanche nous permet de voir la vraie couleur des objets laquoMa feuille est blanche parce que je nai pas ajouteacute dautres couleurs agrave celle-shyciraquo

Les couleurs sont lieacutees agrave des proprieacuteteacutes de lrsquoobjet exclusivement sans reacutefeacuterence agrave la lumiegravere qui eacuteclaire lrsquoobjet Ne dit-shyon pas quun pull est rouge

Confusion entre les couleurs primaires en couleur peinture et en couleur lumiegravere

Dans notre planification nous avons anticipeacute ces conceptions et avons construit notre cours de maniegravere agrave ce qursquoelles soient mises en eacutevidence le plus tocirct possible afin de tenter de les deacuteconstruire agrave travers nos activiteacutes

Ainsi degraves deacutebut de lrsquoactiviteacute 2 les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave une situation-shyproblegraveme dans laquelle ils comprennent qursquoil existe une contradiction entre leur conception de deacutepart sur les meacutelanges de couleurs (issue de leurs cadres de rationaliteacute familier et scolaire lsquorsquoart visuelrsquorsquo) et leurs observations (nouveau cadre lsquorsquophysiquersquorsquo) Crsquoest sur la base de ce conflit cognitif que les diffeacuterentes notions de la seacutequence pourront ecirctre abordeacutees Les autres conceptions sont mises en eacutevidence puis deacuteconstruites agrave travers les diffeacuterentes activiteacutes Par exemple les

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activiteacutes du chapitre 3 permettent de montrer que la lumiegravere blanche nrsquoest pas pure mais qursquoelle est composeacutee de toutes les couleurs et ce gracircce agrave lrsquoobservation des objets agrave la lumiegravere blanche puis agrave travers un filtre

De plus lrsquoactiviteacute 3 srsquoarticule autour drsquoune conception erroneacutee repeacutereacutee dans certaines classes Bon nombre drsquoeacutelegraveves eacutetaient persuadeacutes qursquoun filtre ne laissait pas passer les lumiegraveres de sa couleur propre car crsquoest la couleur dont est perccedilue le filtre Un conflit cognitif est alors provoqueacute afin de deacuteconstruire cette conception les eacutelegraveves observent que la lumiegravere coloreacutee nrsquoest pas absorbeacutee par le filtre mais qursquoelle se propage bien jusqursquoagrave lrsquoeacutecran blanc

En introduction de lrsquoactiviteacute 4 une nouvelle situation-shyproblegraveme est preacutesenteacutee par le biais drsquoune image montrant que la couleur drsquoun objet peut varier en fonction de la lumiegravere coloreacutee par laquelle il est eacuteclaireacute Elle servira agrave provoquer un conflit cognitif chez les eacutelegraveves car cette situation intervient apregraves une phase drsquohypothegravese reacutepondant agrave la question suivante un objet peut-shyil avoir diffeacuterentes couleurs La reacuteponse donneacutee par lrsquoimage contredira probablement lrsquohypothegravese preacuteceacutedemment formuleacutee et devrait susciter de la curiositeacute chez lrsquoeacutelegraveve et lui donner lrsquoenvie de comprendre le pheacutenomegravene Nous deacutemontrons ensuite tout au long de lrsquoactiviteacute 4 sur les lumiegraveres coloreacutees que crsquoest le pheacutenomegravene drsquoabsorption et de reacuteflection de la lumiegravere qui nous permet de voir la couleur des objets et non pas la lumiegravere blanche Crsquoest donc par le biais de ces deacuteconstructions successives de conceptions que lrsquoenseignant peut guider les eacutelegraveves sur la voie de la reacutesolution du problegraveme de lrsquoorigine de ces contradictions dans le but drsquoeacutetablir le lien entre les diffeacuterents cadres de rationaliteacute

42 Modeacutelisation

421 Deacutefinition

Un modegravele est communeacutement deacutefini comme un objet ou un concept qui va permettre de repreacutesenter la reacutealiteacute de diffeacuterentes maniegraveres Bunge (1974) ou encore Martinand (1994) le deacutefinissent eacutegalement comme un moyen permettant de mettre en relation le monde theacuteorique avec le monde empirique Il peut ecirctre consideacutereacute en quelque sorte comme un monde intermeacutediaire ou une sorte de lunette conceptuelle (Halloun 2004) qui va permettre drsquoobserver des pheacutenomegravenes naturels Un modegravele ne constitue pas la reacutealiteacute mais la repreacutesente en simplifiant certains de ses aspects ce qui peut causer des conflits pour les repreacutesentations cognitives chez lrsquoeacutelegraveve

422 La modeacutelisation dans notre seacutequence Dans notre planification la modeacutelisation est centrale afin de conceptualiser des pheacutenomegravenes complexes comme la composition de la lumiegravere et la perception des couleurs Elle est lrsquooutil qui permet drsquoamener les eacutelegraveves agrave se faccedilonner une repreacutesentation de la deacutecomposition de la lumiegravere blanche de labsorption de la lumiegravere agrave travers les filtres et des synthegraveses additive et soustractive des couleurs

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De plus elle constitue un objectif de formation meacutethodologique qui va de pair avec toute formation scientifique Crsquoest pourquoi nous avons inclus la modeacutelisation dans les objectifs drsquoapprentissage Dans la terminologie du PER la modeacutelisation correspond agrave lrsquoobjectif geacuteneacuteral MSN37

bull MSN 1525 mdash Modeacuteliser des pheacutenomegravenes naturels techniques sociaux ou des situations matheacutematiques

bull en imaginant et en utilisant divers outils de repreacutesentation (codes scheacutemas graphiques tableauxhellip)

Lrsquoactiviteacute 2 propose aux eacutelegraveves de reporter les couleurs observeacutees sur trois cercles superposeacutes En les coloriant les eacutelegraveves reacutealisent en reacutealiteacute une forme simple de modeacutelisation par un diagramme de Venn de la synthegravese additive Il nous a sembleacute pertinent drsquointroduire ce scheacutema de cette maniegravere car ainsi les eacutelegraveves comprennent reacuteellement qursquoil correspond agrave la lumiegravere projeteacutee et superposeacutee sur un eacutecran En derniegravere partie drsquoactiviteacute les eacutelegraveves se familiarisent avec un logiciel de modeacutelisation de la synthegravese additive 3

Lrsquoutilisation drsquoun modegravele dans ce cas est indispensable pour des raisons pratiques Il serait en effet tregraves difficile de faire des observations similaires avec un dispositif reacuteel constitueacute de projecteurs et drsquoun eacutecran comme dans la premiegravere partie drsquoactiviteacute Nous avons veilleacute agrave choisir un logiciel simple drsquousage sur lequel seules deux manipulations sont possibles allumereacuteteindre les projecteurs et varier leurs intensiteacutes Ainsi il est possible pour les eacutelegraveves de faire rapidement et sans difficulteacutes de lrsquoordre du registre seacutemiotique la deacuteduction attendue les diffeacuterentes couleurs srsquoobtiennent par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

Dans lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves sont ameneacutes agrave modeacuteliser lrsquoeffet drsquoun filtre sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee Ils ancrent ainsi le fonctionnement drsquoun filtre dans leur apprentissage et deacuteveloppent une meacutethodologie systeacutematique dans la reacutesolution de problegravemes mettant en scegravene des filtres Gracircce au modegravele deacuteveloppeacute les eacutelegraveves deacuteconstruisent deacutefinitivement leur eacuteventuelle conception erroneacutee selon laquelle un filtre absorberait sa propre couleur Lrsquoactiviteacute 43 a pour but que les eacutelegraveves modeacutelisent les pheacutenomegravenes de reacutefraction et drsquoabsorption en justifiant leur reacuteponse par un modegravele de reacuteponse Ce dernier comprend les couleurs RVB qui se reflegravetent ou qui sont absorbeacutees par une surface Ainsi lrsquoeacutelegraveve peut trouver une meacutethode systeacutematique de reacuteponse en testant les diffeacuterentes couleurs Gracircce agrave cette modeacutelisation et agrave celle de lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves comprennent que les fonctionnements des filtres et des lumiegraveres coloreacutees sont fondeacutes sur le mecircme principe

3(httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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43 Deacutemarche expeacuterimentale

431 Deacutefinition Pour de Vecchi il est important de ne pas confondre les notions lieacutees agrave lrsquoexpeacuterimental qui sont les suivantes

-shy Une deacutemarche scientifique nrsquoest pas exclusive au domaine des sciences expeacuterimentales mais peut aussi ecirctre mobiliseacutee dans les sciences humaines socialeshellip Elle utilise drsquoautres outils que lrsquoexpeacuterimentale Toute recherche digne de ce nom est de nature scientifique

-shy La meacutethode expeacuterimentale eacutequivaut plutocirct agrave un plan agrave suivre un mode drsquoemploi ou agrave une marche agrave suivre qui suit un ordre strict que lrsquoon peut aussi appeler protocole Par exemple parmi les plus ceacutelegravebres protocoles nous retrouvons celui de Claude Bernard (1865) que lrsquoon abregravege par les initiales OHERIC qui correspondent agrave observation hypothegravese expeacuterience reacutesultats interpreacutetation et conclusion De maniegravere geacuteneacuterale il srsquoagit du protocole caricatural que lrsquoon emploie le plus souvent dans les salles de classes

-shy Une deacutemarche expeacuterimentale est une approche plus reacutealiste moins stricte et integravegre

une approche plus tacirctonnante Il nrsquoest pas constitueacute drsquoeacutetapes preacutedeacutetermineacutees et est donc moins affecteacutee par les directives de lrsquoenseignant Il peut donc laisser des liberteacutes dans la maniegravere de reacutesoudre le problegraveme

432 La deacutemarche expeacuterimentale dans notre seacutequence Dans notre seacutequence la meacutethode expeacuterimentale est preacutesente de maniegravere partielle du scheacutema caricatural OHERIC nous nous inteacuteressons en particulier aux phases drsquoobservation et drsquoeacutemission drsquohypothegraveses Crsquoest pourquoi nous parlons donc plutocirct de ldquodeacutemarche expeacuterimentalerdquo En effet tout au long des diffeacuterentes activiteacutes il est reacuteguliegraverement demandeacute aux eacutelegraveves de formuler une hypothegravese agrave partir de leurs connaissances au preacutealable puis de faire de nouvelles observations en contexte expeacuterimental Crsquoest sur la base de ces derniegraveres qursquoils pourront reacutealiser leurs deacuteductions sur le pheacutenomegravene en question et construire de nouvelles conceptions Dans lrsquoactiviteacute 2 ce type de deacutemarche est central pour la creacuteation de la premiegravere situation-shyproblegraveme Par la suite la deacutemarche permet de guider les eacutelegraveves dans le processus de deacuteduction du fonctionnement geacuteneacuteral des diffeacuterents pheacutenomegravenes Dans lrsquoactiviteacute 41 par exemple les pheacutenomegravenes agrave deacuteduire sont la synthegravese soustractive et le fonctionnement de la lumiegravere coloreacutee Lrsquoemploi drsquoobjets familiers permet un ancrage dans le quotidien

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Dans lrsquoactiviteacute 3 lrsquoeacutetude de lrsquoeffet des filtres constitue agrave son tour un deacutemarche expeacuterimentale En effet les eacutelegraveves doivent tout drsquoabord eacutemettre leurs hypothegraveses puis les veacuterifient par lrsquoexpeacuterimentation et ses reacutesultats provoquant probablement un conflit cognitif avant drsquoen conclure lrsquoeffet drsquoun filtre Dans lrsquoactiviteacute 42 nous retrouvons toujours le mecircme principe de deacutemarche expeacuterimentale Les eacutelegraveves formulent des hypothegraveses sur la couleur perccedilue de diffeacuterents mots coloreacutes eacuteclaireacutes par une lumiegravere coloreacutee puis les veacuterifient lors de la phase drsquoobservation La confrontation entre leurs attentes lieacutees agrave leurs conceptions et la reacutealiteacute creacutee le conflit cognitif rechercheacute

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5 Conclusion Pour seacutelectionner notre thegraveme et eacutelaborer notre seacutequence nous nous sommes fondeacutes sur les objectifs du PER et crsquoest sur lrsquooptique que notre choix srsquoest porteacute Le savoir savant auquel nous nous sommes reacutefeacutereacutes comprend principalement des concepts lieacutes agrave la lumiegravere tels que les photons les ondes eacutelectromagneacutetiques ainsi que les spectres drsquoeacutemission et drsquoabsorption Nous avons transposeacute ce savoir en un savoir enseignable par le biais drsquoun travail de contextualisation et de reacuteadaptation Nous avons eacuteteacute ameneacutes agrave remplacer des modegraveles scientifiques (par exemple les modegraveles de synthegraveses additive et soustractive) par des modegraveles accessibles agrave un niveau scolaire et agrave changer les conditions drsquoeacutemergence des problegravemes Ainsi notre travail de transposition consistait agrave montrer aux eacutelegraveves la partie eacutemergeacutee de lrsquoiceberg du concept de couleur le reacutesultat apparent plutocirct que lrsquoorigine eacutelectromagneacutetique Tout au long de la seacutequence et par le biais de situations-shyproblegravemes et de diffeacuterentes eacutetapes de reacutesolution des activiteacutes les eacutelegraveves ont eacuteteacute guideacutes dans le processus de construction de leur apprentissage En nous focalisant sur les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves nous avons eacutelaboreacute nos exercices de maniegravere agrave proposer des situations deacuteclenchantes afin de faciliter le transfert de la responsabiliteacute de la reacutesolution des problegravemes aux eacutelegraveves Cette derniegravere srsquoeffectue par des deacutemarches drsquoexpeacuterimentation mais surtout de modeacutelisation

Dans notre sceacutenario les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave deux types de donneacutees theacuteoriques et empiriques Drsquoune part ils ont agrave disposition deux theacuteories principales la premiegravere est que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs de lrsquoarc-shyen-shyciel tandis que la seconde deacutecrit l a maniegravere dont la couleur drsquoun objet deacutepend des couleurs qursquoil va absorber Drsquoautre part ils disposent de donneacutees empiriques qursquoils sont ameneacutes agrave reacutecolter en superposant des lumiegraveres de diffeacuterentes couleurs en meacutelangeant de la peinture et en projetant de la lumiegravere coloreacutee sur diffeacuterents objets coloreacutes Dans le cadre drsquoune deacutemarche drsquoexpeacuterimentation ils ont eacutemis des hypothegraveses observeacute manipuleacute du mateacuteriel utiliseacute des appliquettes en ligne et veacuterifieacute leurs reacutesultats Crsquoest ainsi les modegraveles que nous avons preacutesenteacutes et que les eacutelegraveves ont eacutelaboreacutes vont ecirctre des ponts qui vont relier le monde theacuteorique et le monde empirique Par ailleurs nous avons eacuteteacute attentifs agrave la seacutemiotique lors de nos choix des repreacutesentations utiliseacutees nous nous sommes reacutefeacutereacutes agrave la notion de registre seacutemiotique afin drsquoeacutelaborer des scheacutemas nrsquoengendrant pas de difficulteacutes de lecture chez les eacutelegraveves

Nous avons analyseacute lrsquoorigine des conceptions erroneacutees et avons remarqueacute qursquoelles eacutetaient principalement dues agrave des repreacutesentations concourantes engendreacutees par les diffeacuterents contextes et cadres de rationaliteacutes dans lesquelles les eacutelegraveves eacutevoluent Notre sceacutenario permet aux eacutelegraveves drsquoeacutetablir des liens entre ces diffeacuterents cadres et de construire une nouvelle repreacutesentation de la couleur celle drsquoun objet de la physique

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6 Bibliographie

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Meirieu P Avanzin Gi (1987) Apprendre oui mais comment Edition ESF Verret M (1975) Le temps des eacutetudes (Vols 1ndash2) Lille France Atelier Reproduction des thegraveses

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Page 43: Physique Optique Lescouleurs · Sciences naturelles Les couleurs 10 11 Harmos 1.Introduction Comme nous allons le détailler dans le chapitre 4, les conceptions erronées des élèves

Activiteacute 43

Tu observes un drapeau eacuteclaireacute par une lumiegravere blanche Puis tu observes ce mecircme drapeau eacuteclaireacute par deux lumiegraveres coloreacutees diffeacuterentes Trouve la lumiegravere coloreacutee utiliseacutee dans chaque cas et justifie ta reacuteponse par la modeacutelisation vue preacuteceacutedemment

Lumiegravere blanche Lumiegravere coloreacutee 1 Lumiegravere coloreacutee 2

De quelle couleur est la premiegravere lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Bleu)

Modeacutelisation 1

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Vert)

Modeacutelisation 2

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Fiches de synthegravese Les couleurs Activiteacute 2 Reacutesumeacute theacuteorique pour les eacutelegraveves Le modegravele trichromique et la synthegravese additive des couleurs La couleur nrsquo‛existe pas sans lumiegravere et lrsquo‛on peut dire que lrsquo‛on perccediloit le monde gracircce aux meacutelanges de ces couleurs qui correspondent aux diffeacuterentes composantes de la lumiegravere Lorsque lrsquo‛on parle de la perception des couleurs on srsquo‛aperccediloit que seules trois lumiegraveres primaires de couleurs rouge vert et bleu sont neacutecessaires pour obtenir la sensation de toutes les autres couleurs Cette maniegravere de modeacuteliser la perception des couleurs est ce qursquo‛on appelle le modegravele trichromique (lsquorsquo‛trois couleursrsquo‛rsquo‛) Dans cette repreacutesentation toutes les autres lumiegraveres coloreacutees sont perccedilues par superposition des trois lumiegraveres rouge verte et bleue La superposition simultaneacutee et en dosage identique des trois couleurs donne de la lumiegravere blanche Le noir correspond agrave une absence de lumiegravere

Illustration du modegravele

Image MER

Lrsquo‛image montre trois projecteurs de lumiegraveres rouge verte et bleue eacuteclairant une table blanche Si les trois couleurs sont projeteacutees en intensiteacute identique nous obtenons par superposition trois autres couleurs le cyan le magenta et le jaune Les couleurs primaires et les couleurs obtenues sont codeacutees sur lrsquo‛image puis reacutecapituleacutees dans le tableau ci-dessous

Image MER

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Si nous modifions le dosage des couleurs eacuteleacutementaires il est possible drsquo‛obtenir toutes les couleurs imaginables Le pheacutenomegravene de perception des couleurs par superposition des trois couleurs primaires se nomme synthegravese additive les couleurs sont additionneacutees entre elles pour permettre la synthegravese drsquo‛autres couleurs

Drsquo‛ailleurs si lrsquo‛on observe au microscope un eacutecran blanc de smartphone ou drsquo‛ordinateur on remarque qursquo‛il est en fait constitueacute drsquo‛un grand nombre de minuscules rectangles de lumiegraveres rouge verte et bleue (voir image ci-contre) Crsquo‛est justement par un jeu de dosage de chacune de ces lumiegraveres que lrsquo‛on perccediloit les diffeacuterentes couleurs sur nos eacutecrans

Pourquoi un modegravele sur trois couleurs La raison pour laquelle les scientifiques ont construit ce modegravele sur trois couleurs est directement lieacutee agrave la structure de notre œil En effet ce dernier contient des cellules sensibles agrave la lumiegravere que lrsquo‛on appelle cocircnes et bacirctonnets Alors que les bacirctonnets perccediloivent les intensiteacutes de lumiegravere les cocircnes nous permettent de percevoir les couleurs Cependant ils ne sont sensibles qursquo‛agrave certaines composantes de la lumiegravere blanche celles correspondant justement aux couleurs rouge vert et bleu Lorsque lrsquo‛on regarde un objet notre cerveau analyse le dosage de chacune de ces composantes perccedilues par notre œil et en interpregravete ainsi la couleur de lrsquo‛objet

Qursquo‛est-ce que le daltonisme Certaines personnes preacutesentent une anomalie de la vision qui les empecircche de distinguer certaines couleurs Drsquo‛origine geacuteneacutetique ce trouble est ducirc agrave un dysfonctionnement des cocircnes preacutesents dans la reacutetine Bien que la plupart des personnes daltoniennes aient de la peine agrave distinguer le vert du rouge drsquo‛autres ne distinguent pas drsquo‛autres couleurs Dans certaines formes de daltonisme le monde est perccedilu par la personne atteinte en teintes de gris

Sciences naturelles Optique synthegravese soustractive et additive

La synthegravese additive est le proceacutedeacute gracircce

auquel en combinant les couleurs

___________ ___________ et ___________

on obtient du blanc

On la retrouve lorsque lrsquoon meacutelange des

lumiegraveres coloreacutees composeacutees de ces 3 couleurs

diffeacuterentes car les laquo additionner raquo donne la

lumiegravere blanche

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon exploite aujourdrsquohui

pour les teacuteleacuteviseurs ou tout eacutecran composeacute de

pixels

La synthegravese soustractive consiste agrave soustraire

les couleurs de la lumiegravere blanche (RVB) agrave

travers des filtres de couleurs ___________

___________ et ___________ qui absorbent la

totaliteacute des couleurs de la lumiegravere blanche pour

un rendu noir au final (absence de lumiegravere)

Lrsquo __________________ des 3 couleurs donne

le ____________

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon retrouve par exemple en

meacutelangeant de la peinture notamment en

imprimerie

Sciences naturelles Optique les filtres

Qursquoest-shyce qursquoun filtre coloreacute et comment fonctionne-shyt-shyil

Un filtre est un dispositif qui permet de filtrer la lumiegravere de laisser passer certains rayons

lumineux et drsquoen absorber drsquoautres

Pour savoir quelles lumiegravere coloreacutees le filtre laisse passer il faut lrsquoobserver agrave la lumiegravere

blanche

Le filtre laissera alors passer uniquement les rayons lumineux de sa couleur propre

Par exemple

Un filtre vert laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee verte

Un filtre magenta laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee magenta crsquoest agrave dire les rayons rouge et bleu

Pour connaicirctre la lumiegravere coloreacutee qui ldquosortrdquo du filtre il faut donc

deacutecomposer la lumiegravere qui arrive sur ce filtre et en soustraire les

rayons qui sont absorbeacutes par le filtre On se reacutefegravere alors au modegravele de

la synthegravese soustractive

Image httpswww123couleursfrboutique-shy1filtres-shycolorC3A9s

Tableau reacutecapitulatif

Sciences naturelles Optique les filtres

Modeacutelisation

Nous pouvons modeacuteliser lrsquoaction drsquoun filtre

1 Noter la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur le filtre

2 Deacutecomposer la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur filtre et la coder (en RVB)

3 Repreacutesenter le filtre et coder les rayons absorbeacutes par le filtre 4 Prolonger les rayons lumineux coloreacutes que le filtre laisse passer et les coder (en RVB)

5 Noter la lumiegravere coloreacutee qui sort du filtre

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre magenta sur la lumiegravere blanche

Lorsque plusieurs filtres sont superposeacutes ou aligneacutes il faut modeacuteliser lrsquoaction du premier filtre

sur la lumiegravere projeteacutee puis lrsquoaction du deuxiegraveme filtre sur la lumiegravere qui sort du premier filtre

etc

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre cyan puis drsquoun filtre vert sur la lumiegravere jaune

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

De quelle couleur apparaicirctra un objet de couleur eacuteclaireacute par une lumiegravere coloreacutee

Il y 3 cas

1) Un objet de couleur blanche renvoie toutes les couleurs il apparaicirctra de la couleur eacuteclaireacutee

2) Un objet de couleur noire absorbe toutes les couleurs Peu importe la couleur avec laquelle

lrsquoobjet est eacuteclaireacute lrsquoobjet apparaicirct de couleur noire

3) Pour un objet de couleur il suffit de deacutecomposer les couleurs secondaires par exemple

Jrsquoai un objet jaune

Je lui projette une lumiegravere magenta

Or jaune = rouge + vert

et magenta = bleu + rouge

Le rouge est commun au jaune et au magenta donc lrsquoobjet paraicirctra rouge

En revanche si la lumiegravere est bleue comme il nrsquoy a pas de bleu dans le jaune lrsquoobjet paraicirctra

noir

1

Tableau reacutecapitulatif

1 httpscommunitygoodgamestudioscombigfarmfrdiscussion51685langage-shy‐des-shy‐couleurs

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

Modegravele de reacuteponse

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

______

______

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

______

______

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation avec propositions

de reacuteponses)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

(rouge vert bleu Nous percevons les diffeacuterentes couleurs agrave partir de ces trois couleurs) ________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

(Explication relative aux cocircnes et bacirctonnets de lrsquo‛oeil)

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Corrigeacute vert bleu blanc cyan

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________ (vert)

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________ (bleu)

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________ (aucunenoir)

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

(selon modegravele eacutetudieacute)

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

(les deux selon que lrsquo‛on parle de synthegravese additive ou soustractive)

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

Bleu

______

Bleu

______

Noir

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________ (lumiegravere rouge)

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

Noir

______

Rouge

______

Rouge

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

(Bleu)

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

(selon modegravele eacutetudieacute)

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

(Explication citant la synthegravese soustractive et lrsquo‛effet des lumiegraveres coloreacutees

concerneacutees sur le haut du cambrioleur)

Evaluation - Analyse

Ce commentaire comprend les diffeacuterents objectifs eacutevalueacutes ainsi que ce qui est attendu

preacuteciseacutement des eacutelegraveves et les niveaux taxonomiques correspondants

Ce sont des pistes drsquo‛eacutevaluation qui sont ici proposeacutees non une eacutevaluation suivie

Exercice 1

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- Mettre en lien des notions theacuteoriques apprises en cours (cocircnes et

bacirctonnets de lrsquo‛oeil) avec drsquo‛autres (synthegravese additive)

Lrsquo‛eacutevaluation deacutebute par deux questions au niveau taxonomique peu eacuteleveacute La

premiegravere de lrsquo‛ordre de la compreacutehension demande aux eacutelegraveves de restituer une

connaissance de base agrave lrsquo‛aide de leurs propres mots La deuxiegraveme propose de

tester les connaissances theacuteoriques des eacutelegraveves en veacuterifiant que des liens entre

deux notions aient eacuteteacute faits

Exercice 2

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutedire la couleur perccedilue en fonction des meacutelanges de couleurs RVB

- deacutechiffrer un scheacutema et les codes de la repreacutesentation de la trajectoire

des lumiegraveres coloreacutees

Le deuxiegraveme exercice relegraveve du niveau taxonomique de lrsquo‛application car il

neacutecessite une compreacutehension de la maniegravere de repreacutesenter la lumiegravere (scheacutema de

la trajectoire rectiligne codes de couleurs RVB) et drsquo‛appliquer ce modegravele tout en

utilisant les connaissances des couleurs fondamentales et compleacutementaires de la

synthegravese additive

Exercice 3

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet drsquo‛un filtre sur une lumiegravere coloreacutee agrave lrsquo‛aide des codes

propres agrave lrsquo‛optique

Lrsquo‛exercice 3 relegraveve de lrsquo‛application car les eacutelegraveves se reacutefegraverent agrave la modeacutelisation

eacutetablie durant le cours et au diagramme de Venn de la synthegravese soustractive et

les adaptent aux items preacutesenteacutes

Exercice 4

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- mettre en perspective la distinction entre synthegravese additive et

soustractive en terme de lsquorsquo‛naturersquo‛rsquo‛ de la couleur (couleurs matiegraveres vs

couleurs lumiegraveres)

Cet exercice requiert des eacutelegraveves qursquo‛ils mobilisent leur faculteacute drsquo‛analyse (niveau

taxonomique plutocirct eacuteleveacute) pour expliquer les diffeacuterences entre les

repreacutesentations de la couleur en arts visuels et en physique Le but est qursquo‛ils

reconnaissent qursquo‛il srsquo‛agit dans le premier cas de la synthegravese soustractive et dans

le second cas de la synthegravese additive

Exercice 5

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutevoir la couleur perccedilue drsquo‛un objet en fonction des lumiegraveres coloreacutees

projeteacutees et coder le pheacutenomegravene

Les eacutelegraveves appliquent la modeacutelisation drsquo‛une lumiegravere coloreacutee sur un objet coloreacute

pour deacuteterminer la couleur perccedilue du drapeau franccedilais Cette question fait

reacutefeacuterence agrave un niveau taxonomique bas Puis ils trouvent la lumiegravere coloreacutee qui

permet de voir les deux drapeaux preacutesenteacutes de la mecircme couleur Ils trouveront

cette reacuteponse en modeacutelisant les lumiegraveres coloreacutees sur lrsquo‛objet de couleur

Plusieurs scheacutemas sont neacutecessaires pour trouver la reacuteponse Crsquo‛est une question

taxonomiquement haute qui demande aux eacutelegraveves de faire une synthegravese

Exercice 6

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet de la lumiegravere coloreacutee sur un objet et en deacuteduire la

couleur perccedilue

- justifier sa reacuteponse avec des mots en faisant la synthegravese des diffeacuterents

concepts vus dans la seacutequence de cours

Les eacutelegraveves doivent comprendre ce qursquo‛ils lisent et deacuteterminer la couleur propre du

haut du cambrioleur Cette question est taxonomiquement haute elle demande de

lrsquo‛analyse Puis ils justifient leur reacuteponse par le modegravele de lrsquo‛effet de la lumiegravere

coloreacutee sur un objet Cette question est drsquo‛un niveau taxonomique infeacuterieur

drsquo‛application Finalement ils deacuteterminent pourquoi la description de la jeune fille

ne correspond pas agrave la couleur propre en faisant le lien avec la synthegravese

soustractive demandant un niveau taxonomiquement tregraves eacuteleveacute la synthegravese

Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

4 Argumentation scientifique Nous avons choisi de construire notre seacutequence de cours de maniegravere agrave ce qursquoelle srsquoinscrive dans une deacutemarche constructiviste de type piageacutetienne Dans cette deacutemarche lrsquoenseignant anticipe les conceptions erroneacutees que les eacutelegraveves peuvent avoir puis eacutetablit une situation-shyproblegraveme permettant ideacutealement de deacuteconstruire ces repreacutesentations incomplegravetes puis finalement drsquoen construire de nouvelles plus justes Dans ce qui suit nous allons deacutefinir ces diffeacuterents concepts mis en eacutevidence puis expliciter la maniegravere dont nous les avons pris en compte dans notre planification

41 Les conceptions des eacutelegraveves et les situations-shyproblegravemes

411 Deacutefinitions Conception Selon Giordan et al (1994) une conception ou repreacutesentation peut ecirctre consideacutereacutee comme une ideacutee un objet ou un eacutevegravenement qui aide lrsquoeacutelegraveve agrave comprendre le monde qui lrsquoentoure Elle est le fruit de son expeacuterience personnelle dans laquelle il va puiser pour comprendre les nouveaux savoirs que lrsquoon va chercher agrave lui inculquer Elle peut ecirctre consideacutereacutee comme une connaissance ldquodeacutejagrave-shylagraverdquo acquise dans un certain contexte par lrsquoapprenant et qui peut ecirctre correcte ou erroneacutee Les mauvaises conceptions (ou misconception en anglais) peuvent donc ecirctre deacutecrites comme des ideacutees qui proviennent drsquoune mauvaise compreacutehension drsquoobjets ou eacutevegravenements Elles sont issues principalement de lrsquoenvironnement avec lequel lrsquoeacutelegraveve interagit et du contexte dans lequel il se situe mais elles deacutecoulent eacutegalement des systegravemes seacutemiotiques mis en oeuvre Ces derniers sont abordeacutes plus en deacutetail dans ce qui suit Seacutemiologie En seacutemiologie (lrsquoeacutetude des systegravemes de signes) une repreacutesentation (ou un signe) est double elle est doteacutee drsquoun signifiant et drsquoun signifieacute (de Saussure 1916) Le signifiant qui fait lrsquoobjet de la seacutemiologie deacutesigne la forme et laspect du signe tandis que le signifieacute eacutetudieacute dans le cadre de la seacutemantique deacutesigne le concept eacutevoqueacute par le signe A partir du moment ougrave le signe possegravede plusieurs signifieacutes il devient symbole et crsquoest ainsi que les incompreacutehensions peuvent survenir Selon R Duval (1995) le concept de laquo registre seacutemiotique raquo permet de distinguer les repreacutesentations qui relegravevent de diffeacuterents registres ou types visuels numeacuteriques graphiques symboliques formels scheacutematiques etc En didactique ce concept est fondamental car les diffeacuterences de registre au sein drsquoune mecircme repreacutesentation ou drsquoun

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

modegravele peut induire des difficulteacutes de lecture Ils risquent drsquoajouter des difficulteacutes suppleacutementaires en empecircchant les eacutelegraveves de se focaliser sur le problegraveme poseacute par lrsquoactiviteacute et les menant agrave formuler des conclusions diffeacuterentes de celles attendues par lrsquoenseignant Crsquoest pour cela qursquoun choix pertinent de registre seacutemiotique facilite la compreacutehension du concept introduit Dans notre cours un exemple typique que nous pouvons donner est la forte ressemblance des diagrammes de Venn pour les synthegraveses additive et soustractive Dans les deux modegraveles les diagrammes sont communeacutement scheacutematiseacutes sous forme circulaire De plus bien que inverseacutees au niveau de leurs superpositions les mecircmes couleurs sont repreacutesenteacutees dans les deux diagrammes Ces similitudes peuvent rendre la diffeacuterenciation complexe pour les eacutelegraveves Crsquoest pourquoi nous avons estimeacute important drsquoapporter un changement agrave la repreacutesentation de ces diagrammes Ainsi dans lrsquoune de nos fiches de synthegravese nous avons preacutefeacutereacute utiliser des formes rectangulaires plutocirct que circulaires pour repreacutesenter la synthegravese soustractive car cette forme eacutevoque plus fortement le filtre et ainsi lrsquoabsorption de la lumiegravere Cadre de rationaliteacute origine des conceptions En srsquoappuyant sur les travaux de R Douady (1984) A Lerouge (1992) deacutefinit laquo un cadre de rationaliteacuteraquo comme laquoun ensemble coheacuterent de fonctionnement de la penseacuteeraquo caracteacuteriseacute principalement par les composantes suivantes

1 Les objets du cadre dans notre cas il peut srsquoagir de peinture de feuille de papier de lampes de poche de filtres etc

2 Le type de processus de conceptualisation Dans un cadre scientifique il peut srsquoagir drsquoun processus par modeacutelisation ou par expeacuterimentation par exemple

3 Les registres seacutemiotiques que nous avons traiteacutes plus haut Les conceptions des eacutelegraveves et les conflits de perceptions en reacutesultant sont issus des diffeacuterents cadres de rationaliteacute dans lesquels ils eacutevoluent Ce sont les cadres familiers (personnel) et culturels (eacutecole) qui sont responsable de ces conceptions et repreacutesentations mentales tantocirct concourantes tantocirct inexistantes voire erroneacutees Elles se manifestent principalement agrave travers la seacutemiotique Les eacutelegraveves eacuteprouvent de la difficulteacute agrave repreacutesenter des objets issus de registres seacutemiotiques diffeacuterents ou encore agrave simplement les reconnaicirctre Dans le contexte de notre seacutequence sur les couleurs ces cadres de rationaliteacute sont centraux En effet crsquoest dans son quotidien et donc dans son cadre familier que lrsquoeacutelegraveve va deacutecouvrir la notion de couleur notamment par le biais de la peinture ou drsquoobservation drsquoarc-shyen-shyciel Cette deacutecouverte qui a souvent lieu tregraves tocirct dans la vie de lrsquoenfant ne fera pourtant pas pour autant lrsquoobjet de questionnement sur le pheacutenomegravene de perception des couleurs La notion de cadre culturel ou scolaire quand agrave elle peut ecirctre eacutetendue dans notre cas agrave deux sous-shycateacutegories de cadres culturels diffeacuterents qui vont ecirctre agrave lrsquoorigine de conceptions erroneacutees ou incomplegravetes Premiegraverement il y a le cadre que nous appelons laquo arts visuelsraquo et qui a ses propres regravegles de rationaliteacutes Les cours de dessin ou drsquoactiviteacutes creacuteatrices en sont de parfaits exemples car crsquoest dans ce cadre que les eacutelegraveves vont premiegraverement aborder la

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

theacutematique des couleurs primaires et de leurs meacutelanges Mais cette theacutematique est eacutegalement abordeacutee dans le cadre laquophysiqueraquo agrave travers les expeacuteriences de deacutecomposition de la lumiegravere ou de superposition de lumiegraveres coloreacutees Ainsi nous retrouvons trois cadres de rationaliteacute concourants (familier physique arts visuels) dans lesquels les eacutelegraveves eacutevoluent et qui engendrent indubitablement des conceptions erroneacutees sur la lumiegravere et les couleurs puisque les eacutelegraveves ne sont pas ameneacutes agrave les diffeacuterencier dans chacun des cadres Et comme la communication entre les diffeacuterents cadres nrsquoest pas eacutetablie le lien agrave faire entre les diffeacuterentes conceptions issues de ces cadres est agrave la charge de lrsquoeacutelegraveve ce qui repreacutesente une lourde responsabiliteacute dans son apprentissage Astolfi (2008) appelle eacutegalement ces conceptions issues de diffeacuterents cadres des ldquotrames conceptuelles rdquoqui peuvent ecirctre deacutefinies comme ldquoun ensemble de concepts-shycleacutes propres agrave un domaine et logiquement hieacuterarchiseacutes entre eux qui structurent les disciplines et engendrent des situations-shyproblegravemesrdquo Mais encore on verra eacutemerger des problegravemes de contrat didactique dans chacun des cadres lrsquoeacutelegraveve va tenter de donner une reacuteponse qui va satisfaire lrsquoenseignant sans pour autant ecirctre ameneacute agrave confronter ses conceptions

Situation-shyproblegraveme Pour de Vecchi (2006) une situation-shyproblegraveme est une activiteacute qui consiste agrave mettre lrsquoeacutelegraveve dans une situation ougrave il va ecirctre ameneacute agrave eacutelaborer des strateacutegies de reacutesolution de problegraveme Lrsquoun des points cleacutes des situations-shyproblegravemes est qursquoelles eacutetablissent un lien eacutetroit entre les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves En drsquoautres termes une situation-shyproblegraveme est construite de telle sorte que les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave remettre en question des repreacutesentations actuelles qui srsquoavegraverent erroneacutees agrave les deacuteconstruire pour en construire de nouvelles Ainsi dans une deacutemarche de type constructiviste lrsquoeacutelegraveve construit son savoir en renversant ses anciennes conceptions Une situation-shyproblegraveme nrsquoest donc pas une deacutemarche ponctuelle dans laquelle lrsquoeacutelegraveve devra reacutesoudre une liste drsquoexercices teacuteleacuteguideacutee par lrsquoenseignant Ce qui justifie lrsquoefficaciteacute des situations problegravemes est qursquo laquoapprendreraquo ne consiste pas agrave cumuler les savoirs mais agrave en construire et agrave en deacuteconstruire

Une situation-shyproblegraveme doit comprendre plusieurs eacuteleacutements

-shy Un objectif-shyobstacle Pour Meirieu (1987) un objectif-shyobstacle est ldquoun objectif dont lrsquoacquisition permet au sujet de franchir un palier deacutecisif de progression en modifiant son systegraveme de repreacutesentation et en le faisant acceacuteder un niveau supeacuterieur de formulation rdquo Dans notre cas lrsquoeacutelegraveve pense que tous les meacutelanges de 3 couleurs primaires (de peinture ou de lumiegravere) vont donner le mecircme reacutesultat La distinction entre synthegraveses additive et soustractive nrsquoest pas connue des eacutelegraveves De plus projeter de la lumiegravere monochromatique sur un objet drsquoune certaine couleur ne donne pas toujours la mecircme couleur Lrsquoexemple avec le drapeau (activiteacute 4) est parlant

-shy Une situation centreacutee sur cet obstacle prenant en compte une deacutemarche expeacuterimentale ou une deacutemarche de modeacutelisation Dans notre cours les deux deacutemarches sont mises en oeuvre mais notre deacutemarche principale est la modeacutelisation Les eacutelegraveves vont effectivement ecirctre ameneacutes agrave eacutemettre des hypothegraveses manipuler reacutecolter des reacutesultats et les confronter agrave

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

leurs hypothegraveses mais il srsquoagit surtout drsquoune deacutemarche de modeacutelisation car les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave creacuteer des scheacutemas dans plusieurs exercices

-shy Une probleacutematisation et la deacutevolution on probleacutematise la conception erroneacutee en introduisant une situation-shyproblegraveme crsquoest-shyagrave-shydire qursquoon construit un problegraveme centreacute sur lrsquoobstacle La surprise face agrave une situation incoheacuterente va intriguer lrsquoeacutelegraveve exciter sa motivation et le pousser agrave vouloir srsquoimpliquer dans le problegraveme ce qui va aider sa deacutevolution Brousseau (1998) qualifie la notion de deacutevolution par le ldquo processus par lequel lenseignant parvient agrave placer leacutelegraveve comme simple actant dans une situation a-shydidactique (agrave modegravele non didactique) Il cherche par lagrave agrave ce que lrsquoaction de lrsquoeacutelegraveve ne soit produite et justifieacutee que par les neacutecessiteacutes du milieu et par ses connaissances et non par lrsquointerpreacutetation des proceacutedeacutes didactiques du professeurrdquo Pour enrocircler les eacutelegraveves et les aider agrave identifier la probleacutematique en met on place une situation deacuteclenchante Dans notre cas lrsquoexemple avec le meacutelange de peinture et de lumiegraveres coloreacutees est un parfait exemple de situation deacuteclenchante car les eacutelegraveves ne sattendent probablement pas par exemple agrave ce que le meacutelange de vert et bleu donne du cyan ou encore qursquoon perccediloive un citron noir lorsque lrsquoon projette de la lumiegravere bleue sur ce celui-shyci

412 La prise en compte des conceptions des eacutelegraveves dans notre seacutequence La theacutematique de la lumiegravere et des couleurs est complexe et comprend de nombreux concepts difficiles agrave assimiler En effet bon nombre de personnes ont des repreacutesentations erroneacutees qui peuvent rester profondeacutement ancreacutees Parmi les conceptions erroneacutees les plus communes on retrouve selon le site internet des MER

La lumiegravere blanche est sans couleur pure quand la lumiegravere blanche passe dans un prisme ou traverse un filtre de la couleur lui est ajouteacutee

La lumiegravere blanche nous permet de voir la vraie couleur des objets laquoMa feuille est blanche parce que je nai pas ajouteacute dautres couleurs agrave celle-shyciraquo

Les couleurs sont lieacutees agrave des proprieacuteteacutes de lrsquoobjet exclusivement sans reacutefeacuterence agrave la lumiegravere qui eacuteclaire lrsquoobjet Ne dit-shyon pas quun pull est rouge

Confusion entre les couleurs primaires en couleur peinture et en couleur lumiegravere

Dans notre planification nous avons anticipeacute ces conceptions et avons construit notre cours de maniegravere agrave ce qursquoelles soient mises en eacutevidence le plus tocirct possible afin de tenter de les deacuteconstruire agrave travers nos activiteacutes

Ainsi degraves deacutebut de lrsquoactiviteacute 2 les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave une situation-shyproblegraveme dans laquelle ils comprennent qursquoil existe une contradiction entre leur conception de deacutepart sur les meacutelanges de couleurs (issue de leurs cadres de rationaliteacute familier et scolaire lsquorsquoart visuelrsquorsquo) et leurs observations (nouveau cadre lsquorsquophysiquersquorsquo) Crsquoest sur la base de ce conflit cognitif que les diffeacuterentes notions de la seacutequence pourront ecirctre abordeacutees Les autres conceptions sont mises en eacutevidence puis deacuteconstruites agrave travers les diffeacuterentes activiteacutes Par exemple les

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

activiteacutes du chapitre 3 permettent de montrer que la lumiegravere blanche nrsquoest pas pure mais qursquoelle est composeacutee de toutes les couleurs et ce gracircce agrave lrsquoobservation des objets agrave la lumiegravere blanche puis agrave travers un filtre

De plus lrsquoactiviteacute 3 srsquoarticule autour drsquoune conception erroneacutee repeacutereacutee dans certaines classes Bon nombre drsquoeacutelegraveves eacutetaient persuadeacutes qursquoun filtre ne laissait pas passer les lumiegraveres de sa couleur propre car crsquoest la couleur dont est perccedilue le filtre Un conflit cognitif est alors provoqueacute afin de deacuteconstruire cette conception les eacutelegraveves observent que la lumiegravere coloreacutee nrsquoest pas absorbeacutee par le filtre mais qursquoelle se propage bien jusqursquoagrave lrsquoeacutecran blanc

En introduction de lrsquoactiviteacute 4 une nouvelle situation-shyproblegraveme est preacutesenteacutee par le biais drsquoune image montrant que la couleur drsquoun objet peut varier en fonction de la lumiegravere coloreacutee par laquelle il est eacuteclaireacute Elle servira agrave provoquer un conflit cognitif chez les eacutelegraveves car cette situation intervient apregraves une phase drsquohypothegravese reacutepondant agrave la question suivante un objet peut-shyil avoir diffeacuterentes couleurs La reacuteponse donneacutee par lrsquoimage contredira probablement lrsquohypothegravese preacuteceacutedemment formuleacutee et devrait susciter de la curiositeacute chez lrsquoeacutelegraveve et lui donner lrsquoenvie de comprendre le pheacutenomegravene Nous deacutemontrons ensuite tout au long de lrsquoactiviteacute 4 sur les lumiegraveres coloreacutees que crsquoest le pheacutenomegravene drsquoabsorption et de reacuteflection de la lumiegravere qui nous permet de voir la couleur des objets et non pas la lumiegravere blanche Crsquoest donc par le biais de ces deacuteconstructions successives de conceptions que lrsquoenseignant peut guider les eacutelegraveves sur la voie de la reacutesolution du problegraveme de lrsquoorigine de ces contradictions dans le but drsquoeacutetablir le lien entre les diffeacuterents cadres de rationaliteacute

42 Modeacutelisation

421 Deacutefinition

Un modegravele est communeacutement deacutefini comme un objet ou un concept qui va permettre de repreacutesenter la reacutealiteacute de diffeacuterentes maniegraveres Bunge (1974) ou encore Martinand (1994) le deacutefinissent eacutegalement comme un moyen permettant de mettre en relation le monde theacuteorique avec le monde empirique Il peut ecirctre consideacutereacute en quelque sorte comme un monde intermeacutediaire ou une sorte de lunette conceptuelle (Halloun 2004) qui va permettre drsquoobserver des pheacutenomegravenes naturels Un modegravele ne constitue pas la reacutealiteacute mais la repreacutesente en simplifiant certains de ses aspects ce qui peut causer des conflits pour les repreacutesentations cognitives chez lrsquoeacutelegraveve

422 La modeacutelisation dans notre seacutequence Dans notre planification la modeacutelisation est centrale afin de conceptualiser des pheacutenomegravenes complexes comme la composition de la lumiegravere et la perception des couleurs Elle est lrsquooutil qui permet drsquoamener les eacutelegraveves agrave se faccedilonner une repreacutesentation de la deacutecomposition de la lumiegravere blanche de labsorption de la lumiegravere agrave travers les filtres et des synthegraveses additive et soustractive des couleurs

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

De plus elle constitue un objectif de formation meacutethodologique qui va de pair avec toute formation scientifique Crsquoest pourquoi nous avons inclus la modeacutelisation dans les objectifs drsquoapprentissage Dans la terminologie du PER la modeacutelisation correspond agrave lrsquoobjectif geacuteneacuteral MSN37

bull MSN 1525 mdash Modeacuteliser des pheacutenomegravenes naturels techniques sociaux ou des situations matheacutematiques

bull en imaginant et en utilisant divers outils de repreacutesentation (codes scheacutemas graphiques tableauxhellip)

Lrsquoactiviteacute 2 propose aux eacutelegraveves de reporter les couleurs observeacutees sur trois cercles superposeacutes En les coloriant les eacutelegraveves reacutealisent en reacutealiteacute une forme simple de modeacutelisation par un diagramme de Venn de la synthegravese additive Il nous a sembleacute pertinent drsquointroduire ce scheacutema de cette maniegravere car ainsi les eacutelegraveves comprennent reacuteellement qursquoil correspond agrave la lumiegravere projeteacutee et superposeacutee sur un eacutecran En derniegravere partie drsquoactiviteacute les eacutelegraveves se familiarisent avec un logiciel de modeacutelisation de la synthegravese additive 3

Lrsquoutilisation drsquoun modegravele dans ce cas est indispensable pour des raisons pratiques Il serait en effet tregraves difficile de faire des observations similaires avec un dispositif reacuteel constitueacute de projecteurs et drsquoun eacutecran comme dans la premiegravere partie drsquoactiviteacute Nous avons veilleacute agrave choisir un logiciel simple drsquousage sur lequel seules deux manipulations sont possibles allumereacuteteindre les projecteurs et varier leurs intensiteacutes Ainsi il est possible pour les eacutelegraveves de faire rapidement et sans difficulteacutes de lrsquoordre du registre seacutemiotique la deacuteduction attendue les diffeacuterentes couleurs srsquoobtiennent par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

Dans lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves sont ameneacutes agrave modeacuteliser lrsquoeffet drsquoun filtre sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee Ils ancrent ainsi le fonctionnement drsquoun filtre dans leur apprentissage et deacuteveloppent une meacutethodologie systeacutematique dans la reacutesolution de problegravemes mettant en scegravene des filtres Gracircce au modegravele deacuteveloppeacute les eacutelegraveves deacuteconstruisent deacutefinitivement leur eacuteventuelle conception erroneacutee selon laquelle un filtre absorberait sa propre couleur Lrsquoactiviteacute 43 a pour but que les eacutelegraveves modeacutelisent les pheacutenomegravenes de reacutefraction et drsquoabsorption en justifiant leur reacuteponse par un modegravele de reacuteponse Ce dernier comprend les couleurs RVB qui se reflegravetent ou qui sont absorbeacutees par une surface Ainsi lrsquoeacutelegraveve peut trouver une meacutethode systeacutematique de reacuteponse en testant les diffeacuterentes couleurs Gracircce agrave cette modeacutelisation et agrave celle de lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves comprennent que les fonctionnements des filtres et des lumiegraveres coloreacutees sont fondeacutes sur le mecircme principe

3(httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

43 Deacutemarche expeacuterimentale

431 Deacutefinition Pour de Vecchi il est important de ne pas confondre les notions lieacutees agrave lrsquoexpeacuterimental qui sont les suivantes

-shy Une deacutemarche scientifique nrsquoest pas exclusive au domaine des sciences expeacuterimentales mais peut aussi ecirctre mobiliseacutee dans les sciences humaines socialeshellip Elle utilise drsquoautres outils que lrsquoexpeacuterimentale Toute recherche digne de ce nom est de nature scientifique

-shy La meacutethode expeacuterimentale eacutequivaut plutocirct agrave un plan agrave suivre un mode drsquoemploi ou agrave une marche agrave suivre qui suit un ordre strict que lrsquoon peut aussi appeler protocole Par exemple parmi les plus ceacutelegravebres protocoles nous retrouvons celui de Claude Bernard (1865) que lrsquoon abregravege par les initiales OHERIC qui correspondent agrave observation hypothegravese expeacuterience reacutesultats interpreacutetation et conclusion De maniegravere geacuteneacuterale il srsquoagit du protocole caricatural que lrsquoon emploie le plus souvent dans les salles de classes

-shy Une deacutemarche expeacuterimentale est une approche plus reacutealiste moins stricte et integravegre

une approche plus tacirctonnante Il nrsquoest pas constitueacute drsquoeacutetapes preacutedeacutetermineacutees et est donc moins affecteacutee par les directives de lrsquoenseignant Il peut donc laisser des liberteacutes dans la maniegravere de reacutesoudre le problegraveme

432 La deacutemarche expeacuterimentale dans notre seacutequence Dans notre seacutequence la meacutethode expeacuterimentale est preacutesente de maniegravere partielle du scheacutema caricatural OHERIC nous nous inteacuteressons en particulier aux phases drsquoobservation et drsquoeacutemission drsquohypothegraveses Crsquoest pourquoi nous parlons donc plutocirct de ldquodeacutemarche expeacuterimentalerdquo En effet tout au long des diffeacuterentes activiteacutes il est reacuteguliegraverement demandeacute aux eacutelegraveves de formuler une hypothegravese agrave partir de leurs connaissances au preacutealable puis de faire de nouvelles observations en contexte expeacuterimental Crsquoest sur la base de ces derniegraveres qursquoils pourront reacutealiser leurs deacuteductions sur le pheacutenomegravene en question et construire de nouvelles conceptions Dans lrsquoactiviteacute 2 ce type de deacutemarche est central pour la creacuteation de la premiegravere situation-shyproblegraveme Par la suite la deacutemarche permet de guider les eacutelegraveves dans le processus de deacuteduction du fonctionnement geacuteneacuteral des diffeacuterents pheacutenomegravenes Dans lrsquoactiviteacute 41 par exemple les pheacutenomegravenes agrave deacuteduire sont la synthegravese soustractive et le fonctionnement de la lumiegravere coloreacutee Lrsquoemploi drsquoobjets familiers permet un ancrage dans le quotidien

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Dans lrsquoactiviteacute 3 lrsquoeacutetude de lrsquoeffet des filtres constitue agrave son tour un deacutemarche expeacuterimentale En effet les eacutelegraveves doivent tout drsquoabord eacutemettre leurs hypothegraveses puis les veacuterifient par lrsquoexpeacuterimentation et ses reacutesultats provoquant probablement un conflit cognitif avant drsquoen conclure lrsquoeffet drsquoun filtre Dans lrsquoactiviteacute 42 nous retrouvons toujours le mecircme principe de deacutemarche expeacuterimentale Les eacutelegraveves formulent des hypothegraveses sur la couleur perccedilue de diffeacuterents mots coloreacutes eacuteclaireacutes par une lumiegravere coloreacutee puis les veacuterifient lors de la phase drsquoobservation La confrontation entre leurs attentes lieacutees agrave leurs conceptions et la reacutealiteacute creacutee le conflit cognitif rechercheacute

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

5 Conclusion Pour seacutelectionner notre thegraveme et eacutelaborer notre seacutequence nous nous sommes fondeacutes sur les objectifs du PER et crsquoest sur lrsquooptique que notre choix srsquoest porteacute Le savoir savant auquel nous nous sommes reacutefeacutereacutes comprend principalement des concepts lieacutes agrave la lumiegravere tels que les photons les ondes eacutelectromagneacutetiques ainsi que les spectres drsquoeacutemission et drsquoabsorption Nous avons transposeacute ce savoir en un savoir enseignable par le biais drsquoun travail de contextualisation et de reacuteadaptation Nous avons eacuteteacute ameneacutes agrave remplacer des modegraveles scientifiques (par exemple les modegraveles de synthegraveses additive et soustractive) par des modegraveles accessibles agrave un niveau scolaire et agrave changer les conditions drsquoeacutemergence des problegravemes Ainsi notre travail de transposition consistait agrave montrer aux eacutelegraveves la partie eacutemergeacutee de lrsquoiceberg du concept de couleur le reacutesultat apparent plutocirct que lrsquoorigine eacutelectromagneacutetique Tout au long de la seacutequence et par le biais de situations-shyproblegravemes et de diffeacuterentes eacutetapes de reacutesolution des activiteacutes les eacutelegraveves ont eacuteteacute guideacutes dans le processus de construction de leur apprentissage En nous focalisant sur les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves nous avons eacutelaboreacute nos exercices de maniegravere agrave proposer des situations deacuteclenchantes afin de faciliter le transfert de la responsabiliteacute de la reacutesolution des problegravemes aux eacutelegraveves Cette derniegravere srsquoeffectue par des deacutemarches drsquoexpeacuterimentation mais surtout de modeacutelisation

Dans notre sceacutenario les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave deux types de donneacutees theacuteoriques et empiriques Drsquoune part ils ont agrave disposition deux theacuteories principales la premiegravere est que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs de lrsquoarc-shyen-shyciel tandis que la seconde deacutecrit l a maniegravere dont la couleur drsquoun objet deacutepend des couleurs qursquoil va absorber Drsquoautre part ils disposent de donneacutees empiriques qursquoils sont ameneacutes agrave reacutecolter en superposant des lumiegraveres de diffeacuterentes couleurs en meacutelangeant de la peinture et en projetant de la lumiegravere coloreacutee sur diffeacuterents objets coloreacutes Dans le cadre drsquoune deacutemarche drsquoexpeacuterimentation ils ont eacutemis des hypothegraveses observeacute manipuleacute du mateacuteriel utiliseacute des appliquettes en ligne et veacuterifieacute leurs reacutesultats Crsquoest ainsi les modegraveles que nous avons preacutesenteacutes et que les eacutelegraveves ont eacutelaboreacutes vont ecirctre des ponts qui vont relier le monde theacuteorique et le monde empirique Par ailleurs nous avons eacuteteacute attentifs agrave la seacutemiotique lors de nos choix des repreacutesentations utiliseacutees nous nous sommes reacutefeacutereacutes agrave la notion de registre seacutemiotique afin drsquoeacutelaborer des scheacutemas nrsquoengendrant pas de difficulteacutes de lecture chez les eacutelegraveves

Nous avons analyseacute lrsquoorigine des conceptions erroneacutees et avons remarqueacute qursquoelles eacutetaient principalement dues agrave des repreacutesentations concourantes engendreacutees par les diffeacuterents contextes et cadres de rationaliteacutes dans lesquelles les eacutelegraveves eacutevoluent Notre sceacutenario permet aux eacutelegraveves drsquoeacutetablir des liens entre ces diffeacuterents cadres et de construire une nouvelle repreacutesentation de la couleur celle drsquoun objet de la physique

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

6 Bibliographie

Astolfi J Ginsburger-shyVogel Y amp Toussaint J (2008) Mots-shycleacutes de la didactique des sciences De Boeck Supeacuterieur Beaufils D Ramage M-shyJ DidaScO (2004) Simulation informatique et enseignement de la physique regards didactiques Universiteacute Paris-shySud Centre scientifique drsquoOrsay -shy 91405 Orsay Cedex Brahic A Grenier I ( 2008) Lumiegraveres deacutetoiles les couleurs invisibles Odile Jacob Brousseau G (1998) Glossaire de quelques concepts de la theacuteorie des situations didactiques en matheacutematiques DAEST-shy Faculteacute des Sciences de lHomme-shyUniversiteacute Victor Segalen Bordeaux 2 Bunge M (1975) Philosophie de la physique Paris France Editions du Seuil Chevallard Y amp Johsua M-shyA (1986) Transposition didactique  Du savoir savant au savoir enseigneacute -shy Un exemple drsquoanalyse de la transposition didactique Penseacutee sauvage Chevallard Y A du texte Chevallard Y A du texte Chevallard Y amp Johsua M-shyA A du texte (1991) La transposition didactique  du savoir savant au savoir enseigneacute Suivi de Un exemple de la transposition didactique ([2e eacuted revue et augm]) Yves Chevallard  Yves Chevallard et Marie-shyAlberte Johsua [texte imprimeacute] Retrieved October 19 2016 de Vecchi G (2006) Enseigner lrsquoexpeacuterimental en classe  Pour une veacuteritable eacuteducation scientifique Hachette Editions (p 221-shy229) de Vecchi G (2006) Enseigner lrsquoexpeacuterimental en classe  Pour une veacuteritable eacuteducation scientifique Hachette Editions (p 55 -shy65) de Saussure F (2005) Cours de linguistique geacuteneacuterale Arbres drsquoOr Develay M (1987) A propos de la transposition didactique en sciences biologiques Aster [ISSN 0297-shy9373] 1987 Ndeg 4 p 119 Duval R (1988) Eacutecarts seacutemantiques et coheacuterence matheacutematique introduction aux problegravemes de congruences in Annales de Didactique et de Sciences Cognitives de lIREM de Strasbourg Giordan A Girault Y et Clement P (1994) Conceptions et connaissance Peter Lang Halloun I A (2004) Modeling theory in science education Dordrecht Holland Kluwer Academic Publishers Kane J Sternheim M (1989) Cours QCM exemple et exercices corrigeacutes -shy 1er cycle Licence PCEM PCEP Physique 3egraveme eacutedition revue par Philipe Ghosez Maryse Hoebeke et Gabriel Llabreacutes DUNOD Lerouge A (1992) Repreacutesentation carteacutesienne rationaliteacute matheacutematique et rationaliteacute du quotidien chez des eacutelegraveves de collegravege Thegravese de doctorat Universiteacute Montpellier II Malafosse D Lerouge A Dusseau J-shyM (2000) Notions de registre et de cadre de rationaliteacute en inter-shydidactique des matheacutematiques et de la physiqu e Treacutema Martinand J-shyL (nd) Introduction agrave la modeacutelisation In Actes du seacuteminaire de didactique des disciplines technologiques Cachan (p 126ndash138)

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Meirieu P Avanzin Gi (1987) Apprendre oui mais comment Edition ESF Verret M (1975) Le temps des eacutetudes (Vols 1ndash2) Lille France Atelier Reproduction des thegraveses

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Page 44: Physique Optique Lescouleurs · Sciences naturelles Les couleurs 10 11 Harmos 1.Introduction Comme nous allons le détailler dans le chapitre 4, les conceptions erronées des élèves

De quelle couleur est la deuxiegraveme lumiegravere coloreacutee ___________________________ (Vert)

Modeacutelisation 2

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Fiches de synthegravese Les couleurs Activiteacute 2 Reacutesumeacute theacuteorique pour les eacutelegraveves Le modegravele trichromique et la synthegravese additive des couleurs La couleur nrsquo‛existe pas sans lumiegravere et lrsquo‛on peut dire que lrsquo‛on perccediloit le monde gracircce aux meacutelanges de ces couleurs qui correspondent aux diffeacuterentes composantes de la lumiegravere Lorsque lrsquo‛on parle de la perception des couleurs on srsquo‛aperccediloit que seules trois lumiegraveres primaires de couleurs rouge vert et bleu sont neacutecessaires pour obtenir la sensation de toutes les autres couleurs Cette maniegravere de modeacuteliser la perception des couleurs est ce qursquo‛on appelle le modegravele trichromique (lsquorsquo‛trois couleursrsquo‛rsquo‛) Dans cette repreacutesentation toutes les autres lumiegraveres coloreacutees sont perccedilues par superposition des trois lumiegraveres rouge verte et bleue La superposition simultaneacutee et en dosage identique des trois couleurs donne de la lumiegravere blanche Le noir correspond agrave une absence de lumiegravere

Illustration du modegravele

Image MER

Lrsquo‛image montre trois projecteurs de lumiegraveres rouge verte et bleue eacuteclairant une table blanche Si les trois couleurs sont projeteacutees en intensiteacute identique nous obtenons par superposition trois autres couleurs le cyan le magenta et le jaune Les couleurs primaires et les couleurs obtenues sont codeacutees sur lrsquo‛image puis reacutecapituleacutees dans le tableau ci-dessous

Image MER

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Si nous modifions le dosage des couleurs eacuteleacutementaires il est possible drsquo‛obtenir toutes les couleurs imaginables Le pheacutenomegravene de perception des couleurs par superposition des trois couleurs primaires se nomme synthegravese additive les couleurs sont additionneacutees entre elles pour permettre la synthegravese drsquo‛autres couleurs

Drsquo‛ailleurs si lrsquo‛on observe au microscope un eacutecran blanc de smartphone ou drsquo‛ordinateur on remarque qursquo‛il est en fait constitueacute drsquo‛un grand nombre de minuscules rectangles de lumiegraveres rouge verte et bleue (voir image ci-contre) Crsquo‛est justement par un jeu de dosage de chacune de ces lumiegraveres que lrsquo‛on perccediloit les diffeacuterentes couleurs sur nos eacutecrans

Pourquoi un modegravele sur trois couleurs La raison pour laquelle les scientifiques ont construit ce modegravele sur trois couleurs est directement lieacutee agrave la structure de notre œil En effet ce dernier contient des cellules sensibles agrave la lumiegravere que lrsquo‛on appelle cocircnes et bacirctonnets Alors que les bacirctonnets perccediloivent les intensiteacutes de lumiegravere les cocircnes nous permettent de percevoir les couleurs Cependant ils ne sont sensibles qursquo‛agrave certaines composantes de la lumiegravere blanche celles correspondant justement aux couleurs rouge vert et bleu Lorsque lrsquo‛on regarde un objet notre cerveau analyse le dosage de chacune de ces composantes perccedilues par notre œil et en interpregravete ainsi la couleur de lrsquo‛objet

Qursquo‛est-ce que le daltonisme Certaines personnes preacutesentent une anomalie de la vision qui les empecircche de distinguer certaines couleurs Drsquo‛origine geacuteneacutetique ce trouble est ducirc agrave un dysfonctionnement des cocircnes preacutesents dans la reacutetine Bien que la plupart des personnes daltoniennes aient de la peine agrave distinguer le vert du rouge drsquo‛autres ne distinguent pas drsquo‛autres couleurs Dans certaines formes de daltonisme le monde est perccedilu par la personne atteinte en teintes de gris

Sciences naturelles Optique synthegravese soustractive et additive

La synthegravese additive est le proceacutedeacute gracircce

auquel en combinant les couleurs

___________ ___________ et ___________

on obtient du blanc

On la retrouve lorsque lrsquoon meacutelange des

lumiegraveres coloreacutees composeacutees de ces 3 couleurs

diffeacuterentes car les laquo additionner raquo donne la

lumiegravere blanche

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon exploite aujourdrsquohui

pour les teacuteleacuteviseurs ou tout eacutecran composeacute de

pixels

La synthegravese soustractive consiste agrave soustraire

les couleurs de la lumiegravere blanche (RVB) agrave

travers des filtres de couleurs ___________

___________ et ___________ qui absorbent la

totaliteacute des couleurs de la lumiegravere blanche pour

un rendu noir au final (absence de lumiegravere)

Lrsquo __________________ des 3 couleurs donne

le ____________

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon retrouve par exemple en

meacutelangeant de la peinture notamment en

imprimerie

Sciences naturelles Optique les filtres

Qursquoest-shyce qursquoun filtre coloreacute et comment fonctionne-shyt-shyil

Un filtre est un dispositif qui permet de filtrer la lumiegravere de laisser passer certains rayons

lumineux et drsquoen absorber drsquoautres

Pour savoir quelles lumiegravere coloreacutees le filtre laisse passer il faut lrsquoobserver agrave la lumiegravere

blanche

Le filtre laissera alors passer uniquement les rayons lumineux de sa couleur propre

Par exemple

Un filtre vert laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee verte

Un filtre magenta laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee magenta crsquoest agrave dire les rayons rouge et bleu

Pour connaicirctre la lumiegravere coloreacutee qui ldquosortrdquo du filtre il faut donc

deacutecomposer la lumiegravere qui arrive sur ce filtre et en soustraire les

rayons qui sont absorbeacutes par le filtre On se reacutefegravere alors au modegravele de

la synthegravese soustractive

Image httpswww123couleursfrboutique-shy1filtres-shycolorC3A9s

Tableau reacutecapitulatif

Sciences naturelles Optique les filtres

Modeacutelisation

Nous pouvons modeacuteliser lrsquoaction drsquoun filtre

1 Noter la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur le filtre

2 Deacutecomposer la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur filtre et la coder (en RVB)

3 Repreacutesenter le filtre et coder les rayons absorbeacutes par le filtre 4 Prolonger les rayons lumineux coloreacutes que le filtre laisse passer et les coder (en RVB)

5 Noter la lumiegravere coloreacutee qui sort du filtre

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre magenta sur la lumiegravere blanche

Lorsque plusieurs filtres sont superposeacutes ou aligneacutes il faut modeacuteliser lrsquoaction du premier filtre

sur la lumiegravere projeteacutee puis lrsquoaction du deuxiegraveme filtre sur la lumiegravere qui sort du premier filtre

etc

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre cyan puis drsquoun filtre vert sur la lumiegravere jaune

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

De quelle couleur apparaicirctra un objet de couleur eacuteclaireacute par une lumiegravere coloreacutee

Il y 3 cas

1) Un objet de couleur blanche renvoie toutes les couleurs il apparaicirctra de la couleur eacuteclaireacutee

2) Un objet de couleur noire absorbe toutes les couleurs Peu importe la couleur avec laquelle

lrsquoobjet est eacuteclaireacute lrsquoobjet apparaicirct de couleur noire

3) Pour un objet de couleur il suffit de deacutecomposer les couleurs secondaires par exemple

Jrsquoai un objet jaune

Je lui projette une lumiegravere magenta

Or jaune = rouge + vert

et magenta = bleu + rouge

Le rouge est commun au jaune et au magenta donc lrsquoobjet paraicirctra rouge

En revanche si la lumiegravere est bleue comme il nrsquoy a pas de bleu dans le jaune lrsquoobjet paraicirctra

noir

1

Tableau reacutecapitulatif

1 httpscommunitygoodgamestudioscombigfarmfrdiscussion51685langage-shy‐des-shy‐couleurs

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

Modegravele de reacuteponse

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

______

______

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

______

______

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation avec propositions

de reacuteponses)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

(rouge vert bleu Nous percevons les diffeacuterentes couleurs agrave partir de ces trois couleurs) ________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

(Explication relative aux cocircnes et bacirctonnets de lrsquo‛oeil)

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Corrigeacute vert bleu blanc cyan

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________ (vert)

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________ (bleu)

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________ (aucunenoir)

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

(selon modegravele eacutetudieacute)

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

(les deux selon que lrsquo‛on parle de synthegravese additive ou soustractive)

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

Bleu

______

Bleu

______

Noir

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________ (lumiegravere rouge)

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

Noir

______

Rouge

______

Rouge

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

(Bleu)

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

(selon modegravele eacutetudieacute)

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

(Explication citant la synthegravese soustractive et lrsquo‛effet des lumiegraveres coloreacutees

concerneacutees sur le haut du cambrioleur)

Evaluation - Analyse

Ce commentaire comprend les diffeacuterents objectifs eacutevalueacutes ainsi que ce qui est attendu

preacuteciseacutement des eacutelegraveves et les niveaux taxonomiques correspondants

Ce sont des pistes drsquo‛eacutevaluation qui sont ici proposeacutees non une eacutevaluation suivie

Exercice 1

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- Mettre en lien des notions theacuteoriques apprises en cours (cocircnes et

bacirctonnets de lrsquo‛oeil) avec drsquo‛autres (synthegravese additive)

Lrsquo‛eacutevaluation deacutebute par deux questions au niveau taxonomique peu eacuteleveacute La

premiegravere de lrsquo‛ordre de la compreacutehension demande aux eacutelegraveves de restituer une

connaissance de base agrave lrsquo‛aide de leurs propres mots La deuxiegraveme propose de

tester les connaissances theacuteoriques des eacutelegraveves en veacuterifiant que des liens entre

deux notions aient eacuteteacute faits

Exercice 2

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutedire la couleur perccedilue en fonction des meacutelanges de couleurs RVB

- deacutechiffrer un scheacutema et les codes de la repreacutesentation de la trajectoire

des lumiegraveres coloreacutees

Le deuxiegraveme exercice relegraveve du niveau taxonomique de lrsquo‛application car il

neacutecessite une compreacutehension de la maniegravere de repreacutesenter la lumiegravere (scheacutema de

la trajectoire rectiligne codes de couleurs RVB) et drsquo‛appliquer ce modegravele tout en

utilisant les connaissances des couleurs fondamentales et compleacutementaires de la

synthegravese additive

Exercice 3

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet drsquo‛un filtre sur une lumiegravere coloreacutee agrave lrsquo‛aide des codes

propres agrave lrsquo‛optique

Lrsquo‛exercice 3 relegraveve de lrsquo‛application car les eacutelegraveves se reacutefegraverent agrave la modeacutelisation

eacutetablie durant le cours et au diagramme de Venn de la synthegravese soustractive et

les adaptent aux items preacutesenteacutes

Exercice 4

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- mettre en perspective la distinction entre synthegravese additive et

soustractive en terme de lsquorsquo‛naturersquo‛rsquo‛ de la couleur (couleurs matiegraveres vs

couleurs lumiegraveres)

Cet exercice requiert des eacutelegraveves qursquo‛ils mobilisent leur faculteacute drsquo‛analyse (niveau

taxonomique plutocirct eacuteleveacute) pour expliquer les diffeacuterences entre les

repreacutesentations de la couleur en arts visuels et en physique Le but est qursquo‛ils

reconnaissent qursquo‛il srsquo‛agit dans le premier cas de la synthegravese soustractive et dans

le second cas de la synthegravese additive

Exercice 5

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutevoir la couleur perccedilue drsquo‛un objet en fonction des lumiegraveres coloreacutees

projeteacutees et coder le pheacutenomegravene

Les eacutelegraveves appliquent la modeacutelisation drsquo‛une lumiegravere coloreacutee sur un objet coloreacute

pour deacuteterminer la couleur perccedilue du drapeau franccedilais Cette question fait

reacutefeacuterence agrave un niveau taxonomique bas Puis ils trouvent la lumiegravere coloreacutee qui

permet de voir les deux drapeaux preacutesenteacutes de la mecircme couleur Ils trouveront

cette reacuteponse en modeacutelisant les lumiegraveres coloreacutees sur lrsquo‛objet de couleur

Plusieurs scheacutemas sont neacutecessaires pour trouver la reacuteponse Crsquo‛est une question

taxonomiquement haute qui demande aux eacutelegraveves de faire une synthegravese

Exercice 6

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet de la lumiegravere coloreacutee sur un objet et en deacuteduire la

couleur perccedilue

- justifier sa reacuteponse avec des mots en faisant la synthegravese des diffeacuterents

concepts vus dans la seacutequence de cours

Les eacutelegraveves doivent comprendre ce qursquo‛ils lisent et deacuteterminer la couleur propre du

haut du cambrioleur Cette question est taxonomiquement haute elle demande de

lrsquo‛analyse Puis ils justifient leur reacuteponse par le modegravele de lrsquo‛effet de la lumiegravere

coloreacutee sur un objet Cette question est drsquo‛un niveau taxonomique infeacuterieur

drsquo‛application Finalement ils deacuteterminent pourquoi la description de la jeune fille

ne correspond pas agrave la couleur propre en faisant le lien avec la synthegravese

soustractive demandant un niveau taxonomiquement tregraves eacuteleveacute la synthegravese

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4 Argumentation scientifique Nous avons choisi de construire notre seacutequence de cours de maniegravere agrave ce qursquoelle srsquoinscrive dans une deacutemarche constructiviste de type piageacutetienne Dans cette deacutemarche lrsquoenseignant anticipe les conceptions erroneacutees que les eacutelegraveves peuvent avoir puis eacutetablit une situation-shyproblegraveme permettant ideacutealement de deacuteconstruire ces repreacutesentations incomplegravetes puis finalement drsquoen construire de nouvelles plus justes Dans ce qui suit nous allons deacutefinir ces diffeacuterents concepts mis en eacutevidence puis expliciter la maniegravere dont nous les avons pris en compte dans notre planification

41 Les conceptions des eacutelegraveves et les situations-shyproblegravemes

411 Deacutefinitions Conception Selon Giordan et al (1994) une conception ou repreacutesentation peut ecirctre consideacutereacutee comme une ideacutee un objet ou un eacutevegravenement qui aide lrsquoeacutelegraveve agrave comprendre le monde qui lrsquoentoure Elle est le fruit de son expeacuterience personnelle dans laquelle il va puiser pour comprendre les nouveaux savoirs que lrsquoon va chercher agrave lui inculquer Elle peut ecirctre consideacutereacutee comme une connaissance ldquodeacutejagrave-shylagraverdquo acquise dans un certain contexte par lrsquoapprenant et qui peut ecirctre correcte ou erroneacutee Les mauvaises conceptions (ou misconception en anglais) peuvent donc ecirctre deacutecrites comme des ideacutees qui proviennent drsquoune mauvaise compreacutehension drsquoobjets ou eacutevegravenements Elles sont issues principalement de lrsquoenvironnement avec lequel lrsquoeacutelegraveve interagit et du contexte dans lequel il se situe mais elles deacutecoulent eacutegalement des systegravemes seacutemiotiques mis en oeuvre Ces derniers sont abordeacutes plus en deacutetail dans ce qui suit Seacutemiologie En seacutemiologie (lrsquoeacutetude des systegravemes de signes) une repreacutesentation (ou un signe) est double elle est doteacutee drsquoun signifiant et drsquoun signifieacute (de Saussure 1916) Le signifiant qui fait lrsquoobjet de la seacutemiologie deacutesigne la forme et laspect du signe tandis que le signifieacute eacutetudieacute dans le cadre de la seacutemantique deacutesigne le concept eacutevoqueacute par le signe A partir du moment ougrave le signe possegravede plusieurs signifieacutes il devient symbole et crsquoest ainsi que les incompreacutehensions peuvent survenir Selon R Duval (1995) le concept de laquo registre seacutemiotique raquo permet de distinguer les repreacutesentations qui relegravevent de diffeacuterents registres ou types visuels numeacuteriques graphiques symboliques formels scheacutematiques etc En didactique ce concept est fondamental car les diffeacuterences de registre au sein drsquoune mecircme repreacutesentation ou drsquoun

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modegravele peut induire des difficulteacutes de lecture Ils risquent drsquoajouter des difficulteacutes suppleacutementaires en empecircchant les eacutelegraveves de se focaliser sur le problegraveme poseacute par lrsquoactiviteacute et les menant agrave formuler des conclusions diffeacuterentes de celles attendues par lrsquoenseignant Crsquoest pour cela qursquoun choix pertinent de registre seacutemiotique facilite la compreacutehension du concept introduit Dans notre cours un exemple typique que nous pouvons donner est la forte ressemblance des diagrammes de Venn pour les synthegraveses additive et soustractive Dans les deux modegraveles les diagrammes sont communeacutement scheacutematiseacutes sous forme circulaire De plus bien que inverseacutees au niveau de leurs superpositions les mecircmes couleurs sont repreacutesenteacutees dans les deux diagrammes Ces similitudes peuvent rendre la diffeacuterenciation complexe pour les eacutelegraveves Crsquoest pourquoi nous avons estimeacute important drsquoapporter un changement agrave la repreacutesentation de ces diagrammes Ainsi dans lrsquoune de nos fiches de synthegravese nous avons preacutefeacutereacute utiliser des formes rectangulaires plutocirct que circulaires pour repreacutesenter la synthegravese soustractive car cette forme eacutevoque plus fortement le filtre et ainsi lrsquoabsorption de la lumiegravere Cadre de rationaliteacute origine des conceptions En srsquoappuyant sur les travaux de R Douady (1984) A Lerouge (1992) deacutefinit laquo un cadre de rationaliteacuteraquo comme laquoun ensemble coheacuterent de fonctionnement de la penseacuteeraquo caracteacuteriseacute principalement par les composantes suivantes

1 Les objets du cadre dans notre cas il peut srsquoagir de peinture de feuille de papier de lampes de poche de filtres etc

2 Le type de processus de conceptualisation Dans un cadre scientifique il peut srsquoagir drsquoun processus par modeacutelisation ou par expeacuterimentation par exemple

3 Les registres seacutemiotiques que nous avons traiteacutes plus haut Les conceptions des eacutelegraveves et les conflits de perceptions en reacutesultant sont issus des diffeacuterents cadres de rationaliteacute dans lesquels ils eacutevoluent Ce sont les cadres familiers (personnel) et culturels (eacutecole) qui sont responsable de ces conceptions et repreacutesentations mentales tantocirct concourantes tantocirct inexistantes voire erroneacutees Elles se manifestent principalement agrave travers la seacutemiotique Les eacutelegraveves eacuteprouvent de la difficulteacute agrave repreacutesenter des objets issus de registres seacutemiotiques diffeacuterents ou encore agrave simplement les reconnaicirctre Dans le contexte de notre seacutequence sur les couleurs ces cadres de rationaliteacute sont centraux En effet crsquoest dans son quotidien et donc dans son cadre familier que lrsquoeacutelegraveve va deacutecouvrir la notion de couleur notamment par le biais de la peinture ou drsquoobservation drsquoarc-shyen-shyciel Cette deacutecouverte qui a souvent lieu tregraves tocirct dans la vie de lrsquoenfant ne fera pourtant pas pour autant lrsquoobjet de questionnement sur le pheacutenomegravene de perception des couleurs La notion de cadre culturel ou scolaire quand agrave elle peut ecirctre eacutetendue dans notre cas agrave deux sous-shycateacutegories de cadres culturels diffeacuterents qui vont ecirctre agrave lrsquoorigine de conceptions erroneacutees ou incomplegravetes Premiegraverement il y a le cadre que nous appelons laquo arts visuelsraquo et qui a ses propres regravegles de rationaliteacutes Les cours de dessin ou drsquoactiviteacutes creacuteatrices en sont de parfaits exemples car crsquoest dans ce cadre que les eacutelegraveves vont premiegraverement aborder la

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theacutematique des couleurs primaires et de leurs meacutelanges Mais cette theacutematique est eacutegalement abordeacutee dans le cadre laquophysiqueraquo agrave travers les expeacuteriences de deacutecomposition de la lumiegravere ou de superposition de lumiegraveres coloreacutees Ainsi nous retrouvons trois cadres de rationaliteacute concourants (familier physique arts visuels) dans lesquels les eacutelegraveves eacutevoluent et qui engendrent indubitablement des conceptions erroneacutees sur la lumiegravere et les couleurs puisque les eacutelegraveves ne sont pas ameneacutes agrave les diffeacuterencier dans chacun des cadres Et comme la communication entre les diffeacuterents cadres nrsquoest pas eacutetablie le lien agrave faire entre les diffeacuterentes conceptions issues de ces cadres est agrave la charge de lrsquoeacutelegraveve ce qui repreacutesente une lourde responsabiliteacute dans son apprentissage Astolfi (2008) appelle eacutegalement ces conceptions issues de diffeacuterents cadres des ldquotrames conceptuelles rdquoqui peuvent ecirctre deacutefinies comme ldquoun ensemble de concepts-shycleacutes propres agrave un domaine et logiquement hieacuterarchiseacutes entre eux qui structurent les disciplines et engendrent des situations-shyproblegravemesrdquo Mais encore on verra eacutemerger des problegravemes de contrat didactique dans chacun des cadres lrsquoeacutelegraveve va tenter de donner une reacuteponse qui va satisfaire lrsquoenseignant sans pour autant ecirctre ameneacute agrave confronter ses conceptions

Situation-shyproblegraveme Pour de Vecchi (2006) une situation-shyproblegraveme est une activiteacute qui consiste agrave mettre lrsquoeacutelegraveve dans une situation ougrave il va ecirctre ameneacute agrave eacutelaborer des strateacutegies de reacutesolution de problegraveme Lrsquoun des points cleacutes des situations-shyproblegravemes est qursquoelles eacutetablissent un lien eacutetroit entre les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves En drsquoautres termes une situation-shyproblegraveme est construite de telle sorte que les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave remettre en question des repreacutesentations actuelles qui srsquoavegraverent erroneacutees agrave les deacuteconstruire pour en construire de nouvelles Ainsi dans une deacutemarche de type constructiviste lrsquoeacutelegraveve construit son savoir en renversant ses anciennes conceptions Une situation-shyproblegraveme nrsquoest donc pas une deacutemarche ponctuelle dans laquelle lrsquoeacutelegraveve devra reacutesoudre une liste drsquoexercices teacuteleacuteguideacutee par lrsquoenseignant Ce qui justifie lrsquoefficaciteacute des situations problegravemes est qursquo laquoapprendreraquo ne consiste pas agrave cumuler les savoirs mais agrave en construire et agrave en deacuteconstruire

Une situation-shyproblegraveme doit comprendre plusieurs eacuteleacutements

-shy Un objectif-shyobstacle Pour Meirieu (1987) un objectif-shyobstacle est ldquoun objectif dont lrsquoacquisition permet au sujet de franchir un palier deacutecisif de progression en modifiant son systegraveme de repreacutesentation et en le faisant acceacuteder un niveau supeacuterieur de formulation rdquo Dans notre cas lrsquoeacutelegraveve pense que tous les meacutelanges de 3 couleurs primaires (de peinture ou de lumiegravere) vont donner le mecircme reacutesultat La distinction entre synthegraveses additive et soustractive nrsquoest pas connue des eacutelegraveves De plus projeter de la lumiegravere monochromatique sur un objet drsquoune certaine couleur ne donne pas toujours la mecircme couleur Lrsquoexemple avec le drapeau (activiteacute 4) est parlant

-shy Une situation centreacutee sur cet obstacle prenant en compte une deacutemarche expeacuterimentale ou une deacutemarche de modeacutelisation Dans notre cours les deux deacutemarches sont mises en oeuvre mais notre deacutemarche principale est la modeacutelisation Les eacutelegraveves vont effectivement ecirctre ameneacutes agrave eacutemettre des hypothegraveses manipuler reacutecolter des reacutesultats et les confronter agrave

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leurs hypothegraveses mais il srsquoagit surtout drsquoune deacutemarche de modeacutelisation car les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave creacuteer des scheacutemas dans plusieurs exercices

-shy Une probleacutematisation et la deacutevolution on probleacutematise la conception erroneacutee en introduisant une situation-shyproblegraveme crsquoest-shyagrave-shydire qursquoon construit un problegraveme centreacute sur lrsquoobstacle La surprise face agrave une situation incoheacuterente va intriguer lrsquoeacutelegraveve exciter sa motivation et le pousser agrave vouloir srsquoimpliquer dans le problegraveme ce qui va aider sa deacutevolution Brousseau (1998) qualifie la notion de deacutevolution par le ldquo processus par lequel lenseignant parvient agrave placer leacutelegraveve comme simple actant dans une situation a-shydidactique (agrave modegravele non didactique) Il cherche par lagrave agrave ce que lrsquoaction de lrsquoeacutelegraveve ne soit produite et justifieacutee que par les neacutecessiteacutes du milieu et par ses connaissances et non par lrsquointerpreacutetation des proceacutedeacutes didactiques du professeurrdquo Pour enrocircler les eacutelegraveves et les aider agrave identifier la probleacutematique en met on place une situation deacuteclenchante Dans notre cas lrsquoexemple avec le meacutelange de peinture et de lumiegraveres coloreacutees est un parfait exemple de situation deacuteclenchante car les eacutelegraveves ne sattendent probablement pas par exemple agrave ce que le meacutelange de vert et bleu donne du cyan ou encore qursquoon perccediloive un citron noir lorsque lrsquoon projette de la lumiegravere bleue sur ce celui-shyci

412 La prise en compte des conceptions des eacutelegraveves dans notre seacutequence La theacutematique de la lumiegravere et des couleurs est complexe et comprend de nombreux concepts difficiles agrave assimiler En effet bon nombre de personnes ont des repreacutesentations erroneacutees qui peuvent rester profondeacutement ancreacutees Parmi les conceptions erroneacutees les plus communes on retrouve selon le site internet des MER

La lumiegravere blanche est sans couleur pure quand la lumiegravere blanche passe dans un prisme ou traverse un filtre de la couleur lui est ajouteacutee

La lumiegravere blanche nous permet de voir la vraie couleur des objets laquoMa feuille est blanche parce que je nai pas ajouteacute dautres couleurs agrave celle-shyciraquo

Les couleurs sont lieacutees agrave des proprieacuteteacutes de lrsquoobjet exclusivement sans reacutefeacuterence agrave la lumiegravere qui eacuteclaire lrsquoobjet Ne dit-shyon pas quun pull est rouge

Confusion entre les couleurs primaires en couleur peinture et en couleur lumiegravere

Dans notre planification nous avons anticipeacute ces conceptions et avons construit notre cours de maniegravere agrave ce qursquoelles soient mises en eacutevidence le plus tocirct possible afin de tenter de les deacuteconstruire agrave travers nos activiteacutes

Ainsi degraves deacutebut de lrsquoactiviteacute 2 les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave une situation-shyproblegraveme dans laquelle ils comprennent qursquoil existe une contradiction entre leur conception de deacutepart sur les meacutelanges de couleurs (issue de leurs cadres de rationaliteacute familier et scolaire lsquorsquoart visuelrsquorsquo) et leurs observations (nouveau cadre lsquorsquophysiquersquorsquo) Crsquoest sur la base de ce conflit cognitif que les diffeacuterentes notions de la seacutequence pourront ecirctre abordeacutees Les autres conceptions sont mises en eacutevidence puis deacuteconstruites agrave travers les diffeacuterentes activiteacutes Par exemple les

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activiteacutes du chapitre 3 permettent de montrer que la lumiegravere blanche nrsquoest pas pure mais qursquoelle est composeacutee de toutes les couleurs et ce gracircce agrave lrsquoobservation des objets agrave la lumiegravere blanche puis agrave travers un filtre

De plus lrsquoactiviteacute 3 srsquoarticule autour drsquoune conception erroneacutee repeacutereacutee dans certaines classes Bon nombre drsquoeacutelegraveves eacutetaient persuadeacutes qursquoun filtre ne laissait pas passer les lumiegraveres de sa couleur propre car crsquoest la couleur dont est perccedilue le filtre Un conflit cognitif est alors provoqueacute afin de deacuteconstruire cette conception les eacutelegraveves observent que la lumiegravere coloreacutee nrsquoest pas absorbeacutee par le filtre mais qursquoelle se propage bien jusqursquoagrave lrsquoeacutecran blanc

En introduction de lrsquoactiviteacute 4 une nouvelle situation-shyproblegraveme est preacutesenteacutee par le biais drsquoune image montrant que la couleur drsquoun objet peut varier en fonction de la lumiegravere coloreacutee par laquelle il est eacuteclaireacute Elle servira agrave provoquer un conflit cognitif chez les eacutelegraveves car cette situation intervient apregraves une phase drsquohypothegravese reacutepondant agrave la question suivante un objet peut-shyil avoir diffeacuterentes couleurs La reacuteponse donneacutee par lrsquoimage contredira probablement lrsquohypothegravese preacuteceacutedemment formuleacutee et devrait susciter de la curiositeacute chez lrsquoeacutelegraveve et lui donner lrsquoenvie de comprendre le pheacutenomegravene Nous deacutemontrons ensuite tout au long de lrsquoactiviteacute 4 sur les lumiegraveres coloreacutees que crsquoest le pheacutenomegravene drsquoabsorption et de reacuteflection de la lumiegravere qui nous permet de voir la couleur des objets et non pas la lumiegravere blanche Crsquoest donc par le biais de ces deacuteconstructions successives de conceptions que lrsquoenseignant peut guider les eacutelegraveves sur la voie de la reacutesolution du problegraveme de lrsquoorigine de ces contradictions dans le but drsquoeacutetablir le lien entre les diffeacuterents cadres de rationaliteacute

42 Modeacutelisation

421 Deacutefinition

Un modegravele est communeacutement deacutefini comme un objet ou un concept qui va permettre de repreacutesenter la reacutealiteacute de diffeacuterentes maniegraveres Bunge (1974) ou encore Martinand (1994) le deacutefinissent eacutegalement comme un moyen permettant de mettre en relation le monde theacuteorique avec le monde empirique Il peut ecirctre consideacutereacute en quelque sorte comme un monde intermeacutediaire ou une sorte de lunette conceptuelle (Halloun 2004) qui va permettre drsquoobserver des pheacutenomegravenes naturels Un modegravele ne constitue pas la reacutealiteacute mais la repreacutesente en simplifiant certains de ses aspects ce qui peut causer des conflits pour les repreacutesentations cognitives chez lrsquoeacutelegraveve

422 La modeacutelisation dans notre seacutequence Dans notre planification la modeacutelisation est centrale afin de conceptualiser des pheacutenomegravenes complexes comme la composition de la lumiegravere et la perception des couleurs Elle est lrsquooutil qui permet drsquoamener les eacutelegraveves agrave se faccedilonner une repreacutesentation de la deacutecomposition de la lumiegravere blanche de labsorption de la lumiegravere agrave travers les filtres et des synthegraveses additive et soustractive des couleurs

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De plus elle constitue un objectif de formation meacutethodologique qui va de pair avec toute formation scientifique Crsquoest pourquoi nous avons inclus la modeacutelisation dans les objectifs drsquoapprentissage Dans la terminologie du PER la modeacutelisation correspond agrave lrsquoobjectif geacuteneacuteral MSN37

bull MSN 1525 mdash Modeacuteliser des pheacutenomegravenes naturels techniques sociaux ou des situations matheacutematiques

bull en imaginant et en utilisant divers outils de repreacutesentation (codes scheacutemas graphiques tableauxhellip)

Lrsquoactiviteacute 2 propose aux eacutelegraveves de reporter les couleurs observeacutees sur trois cercles superposeacutes En les coloriant les eacutelegraveves reacutealisent en reacutealiteacute une forme simple de modeacutelisation par un diagramme de Venn de la synthegravese additive Il nous a sembleacute pertinent drsquointroduire ce scheacutema de cette maniegravere car ainsi les eacutelegraveves comprennent reacuteellement qursquoil correspond agrave la lumiegravere projeteacutee et superposeacutee sur un eacutecran En derniegravere partie drsquoactiviteacute les eacutelegraveves se familiarisent avec un logiciel de modeacutelisation de la synthegravese additive 3

Lrsquoutilisation drsquoun modegravele dans ce cas est indispensable pour des raisons pratiques Il serait en effet tregraves difficile de faire des observations similaires avec un dispositif reacuteel constitueacute de projecteurs et drsquoun eacutecran comme dans la premiegravere partie drsquoactiviteacute Nous avons veilleacute agrave choisir un logiciel simple drsquousage sur lequel seules deux manipulations sont possibles allumereacuteteindre les projecteurs et varier leurs intensiteacutes Ainsi il est possible pour les eacutelegraveves de faire rapidement et sans difficulteacutes de lrsquoordre du registre seacutemiotique la deacuteduction attendue les diffeacuterentes couleurs srsquoobtiennent par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

Dans lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves sont ameneacutes agrave modeacuteliser lrsquoeffet drsquoun filtre sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee Ils ancrent ainsi le fonctionnement drsquoun filtre dans leur apprentissage et deacuteveloppent une meacutethodologie systeacutematique dans la reacutesolution de problegravemes mettant en scegravene des filtres Gracircce au modegravele deacuteveloppeacute les eacutelegraveves deacuteconstruisent deacutefinitivement leur eacuteventuelle conception erroneacutee selon laquelle un filtre absorberait sa propre couleur Lrsquoactiviteacute 43 a pour but que les eacutelegraveves modeacutelisent les pheacutenomegravenes de reacutefraction et drsquoabsorption en justifiant leur reacuteponse par un modegravele de reacuteponse Ce dernier comprend les couleurs RVB qui se reflegravetent ou qui sont absorbeacutees par une surface Ainsi lrsquoeacutelegraveve peut trouver une meacutethode systeacutematique de reacuteponse en testant les diffeacuterentes couleurs Gracircce agrave cette modeacutelisation et agrave celle de lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves comprennent que les fonctionnements des filtres et des lumiegraveres coloreacutees sont fondeacutes sur le mecircme principe

3(httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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43 Deacutemarche expeacuterimentale

431 Deacutefinition Pour de Vecchi il est important de ne pas confondre les notions lieacutees agrave lrsquoexpeacuterimental qui sont les suivantes

-shy Une deacutemarche scientifique nrsquoest pas exclusive au domaine des sciences expeacuterimentales mais peut aussi ecirctre mobiliseacutee dans les sciences humaines socialeshellip Elle utilise drsquoautres outils que lrsquoexpeacuterimentale Toute recherche digne de ce nom est de nature scientifique

-shy La meacutethode expeacuterimentale eacutequivaut plutocirct agrave un plan agrave suivre un mode drsquoemploi ou agrave une marche agrave suivre qui suit un ordre strict que lrsquoon peut aussi appeler protocole Par exemple parmi les plus ceacutelegravebres protocoles nous retrouvons celui de Claude Bernard (1865) que lrsquoon abregravege par les initiales OHERIC qui correspondent agrave observation hypothegravese expeacuterience reacutesultats interpreacutetation et conclusion De maniegravere geacuteneacuterale il srsquoagit du protocole caricatural que lrsquoon emploie le plus souvent dans les salles de classes

-shy Une deacutemarche expeacuterimentale est une approche plus reacutealiste moins stricte et integravegre

une approche plus tacirctonnante Il nrsquoest pas constitueacute drsquoeacutetapes preacutedeacutetermineacutees et est donc moins affecteacutee par les directives de lrsquoenseignant Il peut donc laisser des liberteacutes dans la maniegravere de reacutesoudre le problegraveme

432 La deacutemarche expeacuterimentale dans notre seacutequence Dans notre seacutequence la meacutethode expeacuterimentale est preacutesente de maniegravere partielle du scheacutema caricatural OHERIC nous nous inteacuteressons en particulier aux phases drsquoobservation et drsquoeacutemission drsquohypothegraveses Crsquoest pourquoi nous parlons donc plutocirct de ldquodeacutemarche expeacuterimentalerdquo En effet tout au long des diffeacuterentes activiteacutes il est reacuteguliegraverement demandeacute aux eacutelegraveves de formuler une hypothegravese agrave partir de leurs connaissances au preacutealable puis de faire de nouvelles observations en contexte expeacuterimental Crsquoest sur la base de ces derniegraveres qursquoils pourront reacutealiser leurs deacuteductions sur le pheacutenomegravene en question et construire de nouvelles conceptions Dans lrsquoactiviteacute 2 ce type de deacutemarche est central pour la creacuteation de la premiegravere situation-shyproblegraveme Par la suite la deacutemarche permet de guider les eacutelegraveves dans le processus de deacuteduction du fonctionnement geacuteneacuteral des diffeacuterents pheacutenomegravenes Dans lrsquoactiviteacute 41 par exemple les pheacutenomegravenes agrave deacuteduire sont la synthegravese soustractive et le fonctionnement de la lumiegravere coloreacutee Lrsquoemploi drsquoobjets familiers permet un ancrage dans le quotidien

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Dans lrsquoactiviteacute 3 lrsquoeacutetude de lrsquoeffet des filtres constitue agrave son tour un deacutemarche expeacuterimentale En effet les eacutelegraveves doivent tout drsquoabord eacutemettre leurs hypothegraveses puis les veacuterifient par lrsquoexpeacuterimentation et ses reacutesultats provoquant probablement un conflit cognitif avant drsquoen conclure lrsquoeffet drsquoun filtre Dans lrsquoactiviteacute 42 nous retrouvons toujours le mecircme principe de deacutemarche expeacuterimentale Les eacutelegraveves formulent des hypothegraveses sur la couleur perccedilue de diffeacuterents mots coloreacutes eacuteclaireacutes par une lumiegravere coloreacutee puis les veacuterifient lors de la phase drsquoobservation La confrontation entre leurs attentes lieacutees agrave leurs conceptions et la reacutealiteacute creacutee le conflit cognitif rechercheacute

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5 Conclusion Pour seacutelectionner notre thegraveme et eacutelaborer notre seacutequence nous nous sommes fondeacutes sur les objectifs du PER et crsquoest sur lrsquooptique que notre choix srsquoest porteacute Le savoir savant auquel nous nous sommes reacutefeacutereacutes comprend principalement des concepts lieacutes agrave la lumiegravere tels que les photons les ondes eacutelectromagneacutetiques ainsi que les spectres drsquoeacutemission et drsquoabsorption Nous avons transposeacute ce savoir en un savoir enseignable par le biais drsquoun travail de contextualisation et de reacuteadaptation Nous avons eacuteteacute ameneacutes agrave remplacer des modegraveles scientifiques (par exemple les modegraveles de synthegraveses additive et soustractive) par des modegraveles accessibles agrave un niveau scolaire et agrave changer les conditions drsquoeacutemergence des problegravemes Ainsi notre travail de transposition consistait agrave montrer aux eacutelegraveves la partie eacutemergeacutee de lrsquoiceberg du concept de couleur le reacutesultat apparent plutocirct que lrsquoorigine eacutelectromagneacutetique Tout au long de la seacutequence et par le biais de situations-shyproblegravemes et de diffeacuterentes eacutetapes de reacutesolution des activiteacutes les eacutelegraveves ont eacuteteacute guideacutes dans le processus de construction de leur apprentissage En nous focalisant sur les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves nous avons eacutelaboreacute nos exercices de maniegravere agrave proposer des situations deacuteclenchantes afin de faciliter le transfert de la responsabiliteacute de la reacutesolution des problegravemes aux eacutelegraveves Cette derniegravere srsquoeffectue par des deacutemarches drsquoexpeacuterimentation mais surtout de modeacutelisation

Dans notre sceacutenario les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave deux types de donneacutees theacuteoriques et empiriques Drsquoune part ils ont agrave disposition deux theacuteories principales la premiegravere est que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs de lrsquoarc-shyen-shyciel tandis que la seconde deacutecrit l a maniegravere dont la couleur drsquoun objet deacutepend des couleurs qursquoil va absorber Drsquoautre part ils disposent de donneacutees empiriques qursquoils sont ameneacutes agrave reacutecolter en superposant des lumiegraveres de diffeacuterentes couleurs en meacutelangeant de la peinture et en projetant de la lumiegravere coloreacutee sur diffeacuterents objets coloreacutes Dans le cadre drsquoune deacutemarche drsquoexpeacuterimentation ils ont eacutemis des hypothegraveses observeacute manipuleacute du mateacuteriel utiliseacute des appliquettes en ligne et veacuterifieacute leurs reacutesultats Crsquoest ainsi les modegraveles que nous avons preacutesenteacutes et que les eacutelegraveves ont eacutelaboreacutes vont ecirctre des ponts qui vont relier le monde theacuteorique et le monde empirique Par ailleurs nous avons eacuteteacute attentifs agrave la seacutemiotique lors de nos choix des repreacutesentations utiliseacutees nous nous sommes reacutefeacutereacutes agrave la notion de registre seacutemiotique afin drsquoeacutelaborer des scheacutemas nrsquoengendrant pas de difficulteacutes de lecture chez les eacutelegraveves

Nous avons analyseacute lrsquoorigine des conceptions erroneacutees et avons remarqueacute qursquoelles eacutetaient principalement dues agrave des repreacutesentations concourantes engendreacutees par les diffeacuterents contextes et cadres de rationaliteacutes dans lesquelles les eacutelegraveves eacutevoluent Notre sceacutenario permet aux eacutelegraveves drsquoeacutetablir des liens entre ces diffeacuterents cadres et de construire une nouvelle repreacutesentation de la couleur celle drsquoun objet de la physique

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Page 45: Physique Optique Lescouleurs · Sciences naturelles Les couleurs 10 11 Harmos 1.Introduction Comme nous allons le détailler dans le chapitre 4, les conceptions erronées des élèves

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Fiches de synthegravese Les couleurs Activiteacute 2 Reacutesumeacute theacuteorique pour les eacutelegraveves Le modegravele trichromique et la synthegravese additive des couleurs La couleur nrsquo‛existe pas sans lumiegravere et lrsquo‛on peut dire que lrsquo‛on perccediloit le monde gracircce aux meacutelanges de ces couleurs qui correspondent aux diffeacuterentes composantes de la lumiegravere Lorsque lrsquo‛on parle de la perception des couleurs on srsquo‛aperccediloit que seules trois lumiegraveres primaires de couleurs rouge vert et bleu sont neacutecessaires pour obtenir la sensation de toutes les autres couleurs Cette maniegravere de modeacuteliser la perception des couleurs est ce qursquo‛on appelle le modegravele trichromique (lsquorsquo‛trois couleursrsquo‛rsquo‛) Dans cette repreacutesentation toutes les autres lumiegraveres coloreacutees sont perccedilues par superposition des trois lumiegraveres rouge verte et bleue La superposition simultaneacutee et en dosage identique des trois couleurs donne de la lumiegravere blanche Le noir correspond agrave une absence de lumiegravere

Illustration du modegravele

Image MER

Lrsquo‛image montre trois projecteurs de lumiegraveres rouge verte et bleue eacuteclairant une table blanche Si les trois couleurs sont projeteacutees en intensiteacute identique nous obtenons par superposition trois autres couleurs le cyan le magenta et le jaune Les couleurs primaires et les couleurs obtenues sont codeacutees sur lrsquo‛image puis reacutecapituleacutees dans le tableau ci-dessous

Image MER

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Si nous modifions le dosage des couleurs eacuteleacutementaires il est possible drsquo‛obtenir toutes les couleurs imaginables Le pheacutenomegravene de perception des couleurs par superposition des trois couleurs primaires se nomme synthegravese additive les couleurs sont additionneacutees entre elles pour permettre la synthegravese drsquo‛autres couleurs

Drsquo‛ailleurs si lrsquo‛on observe au microscope un eacutecran blanc de smartphone ou drsquo‛ordinateur on remarque qursquo‛il est en fait constitueacute drsquo‛un grand nombre de minuscules rectangles de lumiegraveres rouge verte et bleue (voir image ci-contre) Crsquo‛est justement par un jeu de dosage de chacune de ces lumiegraveres que lrsquo‛on perccediloit les diffeacuterentes couleurs sur nos eacutecrans

Pourquoi un modegravele sur trois couleurs La raison pour laquelle les scientifiques ont construit ce modegravele sur trois couleurs est directement lieacutee agrave la structure de notre œil En effet ce dernier contient des cellules sensibles agrave la lumiegravere que lrsquo‛on appelle cocircnes et bacirctonnets Alors que les bacirctonnets perccediloivent les intensiteacutes de lumiegravere les cocircnes nous permettent de percevoir les couleurs Cependant ils ne sont sensibles qursquo‛agrave certaines composantes de la lumiegravere blanche celles correspondant justement aux couleurs rouge vert et bleu Lorsque lrsquo‛on regarde un objet notre cerveau analyse le dosage de chacune de ces composantes perccedilues par notre œil et en interpregravete ainsi la couleur de lrsquo‛objet

Qursquo‛est-ce que le daltonisme Certaines personnes preacutesentent une anomalie de la vision qui les empecircche de distinguer certaines couleurs Drsquo‛origine geacuteneacutetique ce trouble est ducirc agrave un dysfonctionnement des cocircnes preacutesents dans la reacutetine Bien que la plupart des personnes daltoniennes aient de la peine agrave distinguer le vert du rouge drsquo‛autres ne distinguent pas drsquo‛autres couleurs Dans certaines formes de daltonisme le monde est perccedilu par la personne atteinte en teintes de gris

Sciences naturelles Optique synthegravese soustractive et additive

La synthegravese additive est le proceacutedeacute gracircce

auquel en combinant les couleurs

___________ ___________ et ___________

on obtient du blanc

On la retrouve lorsque lrsquoon meacutelange des

lumiegraveres coloreacutees composeacutees de ces 3 couleurs

diffeacuterentes car les laquo additionner raquo donne la

lumiegravere blanche

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon exploite aujourdrsquohui

pour les teacuteleacuteviseurs ou tout eacutecran composeacute de

pixels

La synthegravese soustractive consiste agrave soustraire

les couleurs de la lumiegravere blanche (RVB) agrave

travers des filtres de couleurs ___________

___________ et ___________ qui absorbent la

totaliteacute des couleurs de la lumiegravere blanche pour

un rendu noir au final (absence de lumiegravere)

Lrsquo __________________ des 3 couleurs donne

le ____________

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon retrouve par exemple en

meacutelangeant de la peinture notamment en

imprimerie

Sciences naturelles Optique les filtres

Qursquoest-shyce qursquoun filtre coloreacute et comment fonctionne-shyt-shyil

Un filtre est un dispositif qui permet de filtrer la lumiegravere de laisser passer certains rayons

lumineux et drsquoen absorber drsquoautres

Pour savoir quelles lumiegravere coloreacutees le filtre laisse passer il faut lrsquoobserver agrave la lumiegravere

blanche

Le filtre laissera alors passer uniquement les rayons lumineux de sa couleur propre

Par exemple

Un filtre vert laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee verte

Un filtre magenta laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee magenta crsquoest agrave dire les rayons rouge et bleu

Pour connaicirctre la lumiegravere coloreacutee qui ldquosortrdquo du filtre il faut donc

deacutecomposer la lumiegravere qui arrive sur ce filtre et en soustraire les

rayons qui sont absorbeacutes par le filtre On se reacutefegravere alors au modegravele de

la synthegravese soustractive

Image httpswww123couleursfrboutique-shy1filtres-shycolorC3A9s

Tableau reacutecapitulatif

Sciences naturelles Optique les filtres

Modeacutelisation

Nous pouvons modeacuteliser lrsquoaction drsquoun filtre

1 Noter la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur le filtre

2 Deacutecomposer la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur filtre et la coder (en RVB)

3 Repreacutesenter le filtre et coder les rayons absorbeacutes par le filtre 4 Prolonger les rayons lumineux coloreacutes que le filtre laisse passer et les coder (en RVB)

5 Noter la lumiegravere coloreacutee qui sort du filtre

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre magenta sur la lumiegravere blanche

Lorsque plusieurs filtres sont superposeacutes ou aligneacutes il faut modeacuteliser lrsquoaction du premier filtre

sur la lumiegravere projeteacutee puis lrsquoaction du deuxiegraveme filtre sur la lumiegravere qui sort du premier filtre

etc

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre cyan puis drsquoun filtre vert sur la lumiegravere jaune

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

De quelle couleur apparaicirctra un objet de couleur eacuteclaireacute par une lumiegravere coloreacutee

Il y 3 cas

1) Un objet de couleur blanche renvoie toutes les couleurs il apparaicirctra de la couleur eacuteclaireacutee

2) Un objet de couleur noire absorbe toutes les couleurs Peu importe la couleur avec laquelle

lrsquoobjet est eacuteclaireacute lrsquoobjet apparaicirct de couleur noire

3) Pour un objet de couleur il suffit de deacutecomposer les couleurs secondaires par exemple

Jrsquoai un objet jaune

Je lui projette une lumiegravere magenta

Or jaune = rouge + vert

et magenta = bleu + rouge

Le rouge est commun au jaune et au magenta donc lrsquoobjet paraicirctra rouge

En revanche si la lumiegravere est bleue comme il nrsquoy a pas de bleu dans le jaune lrsquoobjet paraicirctra

noir

1

Tableau reacutecapitulatif

1 httpscommunitygoodgamestudioscombigfarmfrdiscussion51685langage-shy‐des-shy‐couleurs

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

Modegravele de reacuteponse

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

______

______

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

______

______

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation avec propositions

de reacuteponses)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

(rouge vert bleu Nous percevons les diffeacuterentes couleurs agrave partir de ces trois couleurs) ________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

(Explication relative aux cocircnes et bacirctonnets de lrsquo‛oeil)

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Corrigeacute vert bleu blanc cyan

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________ (vert)

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________ (bleu)

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________ (aucunenoir)

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

(selon modegravele eacutetudieacute)

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

(les deux selon que lrsquo‛on parle de synthegravese additive ou soustractive)

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

Bleu

______

Bleu

______

Noir

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________ (lumiegravere rouge)

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

Noir

______

Rouge

______

Rouge

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

(Bleu)

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

(selon modegravele eacutetudieacute)

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

(Explication citant la synthegravese soustractive et lrsquo‛effet des lumiegraveres coloreacutees

concerneacutees sur le haut du cambrioleur)

Evaluation - Analyse

Ce commentaire comprend les diffeacuterents objectifs eacutevalueacutes ainsi que ce qui est attendu

preacuteciseacutement des eacutelegraveves et les niveaux taxonomiques correspondants

Ce sont des pistes drsquo‛eacutevaluation qui sont ici proposeacutees non une eacutevaluation suivie

Exercice 1

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- Mettre en lien des notions theacuteoriques apprises en cours (cocircnes et

bacirctonnets de lrsquo‛oeil) avec drsquo‛autres (synthegravese additive)

Lrsquo‛eacutevaluation deacutebute par deux questions au niveau taxonomique peu eacuteleveacute La

premiegravere de lrsquo‛ordre de la compreacutehension demande aux eacutelegraveves de restituer une

connaissance de base agrave lrsquo‛aide de leurs propres mots La deuxiegraveme propose de

tester les connaissances theacuteoriques des eacutelegraveves en veacuterifiant que des liens entre

deux notions aient eacuteteacute faits

Exercice 2

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutedire la couleur perccedilue en fonction des meacutelanges de couleurs RVB

- deacutechiffrer un scheacutema et les codes de la repreacutesentation de la trajectoire

des lumiegraveres coloreacutees

Le deuxiegraveme exercice relegraveve du niveau taxonomique de lrsquo‛application car il

neacutecessite une compreacutehension de la maniegravere de repreacutesenter la lumiegravere (scheacutema de

la trajectoire rectiligne codes de couleurs RVB) et drsquo‛appliquer ce modegravele tout en

utilisant les connaissances des couleurs fondamentales et compleacutementaires de la

synthegravese additive

Exercice 3

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet drsquo‛un filtre sur une lumiegravere coloreacutee agrave lrsquo‛aide des codes

propres agrave lrsquo‛optique

Lrsquo‛exercice 3 relegraveve de lrsquo‛application car les eacutelegraveves se reacutefegraverent agrave la modeacutelisation

eacutetablie durant le cours et au diagramme de Venn de la synthegravese soustractive et

les adaptent aux items preacutesenteacutes

Exercice 4

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- mettre en perspective la distinction entre synthegravese additive et

soustractive en terme de lsquorsquo‛naturersquo‛rsquo‛ de la couleur (couleurs matiegraveres vs

couleurs lumiegraveres)

Cet exercice requiert des eacutelegraveves qursquo‛ils mobilisent leur faculteacute drsquo‛analyse (niveau

taxonomique plutocirct eacuteleveacute) pour expliquer les diffeacuterences entre les

repreacutesentations de la couleur en arts visuels et en physique Le but est qursquo‛ils

reconnaissent qursquo‛il srsquo‛agit dans le premier cas de la synthegravese soustractive et dans

le second cas de la synthegravese additive

Exercice 5

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutevoir la couleur perccedilue drsquo‛un objet en fonction des lumiegraveres coloreacutees

projeteacutees et coder le pheacutenomegravene

Les eacutelegraveves appliquent la modeacutelisation drsquo‛une lumiegravere coloreacutee sur un objet coloreacute

pour deacuteterminer la couleur perccedilue du drapeau franccedilais Cette question fait

reacutefeacuterence agrave un niveau taxonomique bas Puis ils trouvent la lumiegravere coloreacutee qui

permet de voir les deux drapeaux preacutesenteacutes de la mecircme couleur Ils trouveront

cette reacuteponse en modeacutelisant les lumiegraveres coloreacutees sur lrsquo‛objet de couleur

Plusieurs scheacutemas sont neacutecessaires pour trouver la reacuteponse Crsquo‛est une question

taxonomiquement haute qui demande aux eacutelegraveves de faire une synthegravese

Exercice 6

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet de la lumiegravere coloreacutee sur un objet et en deacuteduire la

couleur perccedilue

- justifier sa reacuteponse avec des mots en faisant la synthegravese des diffeacuterents

concepts vus dans la seacutequence de cours

Les eacutelegraveves doivent comprendre ce qursquo‛ils lisent et deacuteterminer la couleur propre du

haut du cambrioleur Cette question est taxonomiquement haute elle demande de

lrsquo‛analyse Puis ils justifient leur reacuteponse par le modegravele de lrsquo‛effet de la lumiegravere

coloreacutee sur un objet Cette question est drsquo‛un niveau taxonomique infeacuterieur

drsquo‛application Finalement ils deacuteterminent pourquoi la description de la jeune fille

ne correspond pas agrave la couleur propre en faisant le lien avec la synthegravese

soustractive demandant un niveau taxonomiquement tregraves eacuteleveacute la synthegravese

Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

4 Argumentation scientifique Nous avons choisi de construire notre seacutequence de cours de maniegravere agrave ce qursquoelle srsquoinscrive dans une deacutemarche constructiviste de type piageacutetienne Dans cette deacutemarche lrsquoenseignant anticipe les conceptions erroneacutees que les eacutelegraveves peuvent avoir puis eacutetablit une situation-shyproblegraveme permettant ideacutealement de deacuteconstruire ces repreacutesentations incomplegravetes puis finalement drsquoen construire de nouvelles plus justes Dans ce qui suit nous allons deacutefinir ces diffeacuterents concepts mis en eacutevidence puis expliciter la maniegravere dont nous les avons pris en compte dans notre planification

41 Les conceptions des eacutelegraveves et les situations-shyproblegravemes

411 Deacutefinitions Conception Selon Giordan et al (1994) une conception ou repreacutesentation peut ecirctre consideacutereacutee comme une ideacutee un objet ou un eacutevegravenement qui aide lrsquoeacutelegraveve agrave comprendre le monde qui lrsquoentoure Elle est le fruit de son expeacuterience personnelle dans laquelle il va puiser pour comprendre les nouveaux savoirs que lrsquoon va chercher agrave lui inculquer Elle peut ecirctre consideacutereacutee comme une connaissance ldquodeacutejagrave-shylagraverdquo acquise dans un certain contexte par lrsquoapprenant et qui peut ecirctre correcte ou erroneacutee Les mauvaises conceptions (ou misconception en anglais) peuvent donc ecirctre deacutecrites comme des ideacutees qui proviennent drsquoune mauvaise compreacutehension drsquoobjets ou eacutevegravenements Elles sont issues principalement de lrsquoenvironnement avec lequel lrsquoeacutelegraveve interagit et du contexte dans lequel il se situe mais elles deacutecoulent eacutegalement des systegravemes seacutemiotiques mis en oeuvre Ces derniers sont abordeacutes plus en deacutetail dans ce qui suit Seacutemiologie En seacutemiologie (lrsquoeacutetude des systegravemes de signes) une repreacutesentation (ou un signe) est double elle est doteacutee drsquoun signifiant et drsquoun signifieacute (de Saussure 1916) Le signifiant qui fait lrsquoobjet de la seacutemiologie deacutesigne la forme et laspect du signe tandis que le signifieacute eacutetudieacute dans le cadre de la seacutemantique deacutesigne le concept eacutevoqueacute par le signe A partir du moment ougrave le signe possegravede plusieurs signifieacutes il devient symbole et crsquoest ainsi que les incompreacutehensions peuvent survenir Selon R Duval (1995) le concept de laquo registre seacutemiotique raquo permet de distinguer les repreacutesentations qui relegravevent de diffeacuterents registres ou types visuels numeacuteriques graphiques symboliques formels scheacutematiques etc En didactique ce concept est fondamental car les diffeacuterences de registre au sein drsquoune mecircme repreacutesentation ou drsquoun

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

modegravele peut induire des difficulteacutes de lecture Ils risquent drsquoajouter des difficulteacutes suppleacutementaires en empecircchant les eacutelegraveves de se focaliser sur le problegraveme poseacute par lrsquoactiviteacute et les menant agrave formuler des conclusions diffeacuterentes de celles attendues par lrsquoenseignant Crsquoest pour cela qursquoun choix pertinent de registre seacutemiotique facilite la compreacutehension du concept introduit Dans notre cours un exemple typique que nous pouvons donner est la forte ressemblance des diagrammes de Venn pour les synthegraveses additive et soustractive Dans les deux modegraveles les diagrammes sont communeacutement scheacutematiseacutes sous forme circulaire De plus bien que inverseacutees au niveau de leurs superpositions les mecircmes couleurs sont repreacutesenteacutees dans les deux diagrammes Ces similitudes peuvent rendre la diffeacuterenciation complexe pour les eacutelegraveves Crsquoest pourquoi nous avons estimeacute important drsquoapporter un changement agrave la repreacutesentation de ces diagrammes Ainsi dans lrsquoune de nos fiches de synthegravese nous avons preacutefeacutereacute utiliser des formes rectangulaires plutocirct que circulaires pour repreacutesenter la synthegravese soustractive car cette forme eacutevoque plus fortement le filtre et ainsi lrsquoabsorption de la lumiegravere Cadre de rationaliteacute origine des conceptions En srsquoappuyant sur les travaux de R Douady (1984) A Lerouge (1992) deacutefinit laquo un cadre de rationaliteacuteraquo comme laquoun ensemble coheacuterent de fonctionnement de la penseacuteeraquo caracteacuteriseacute principalement par les composantes suivantes

1 Les objets du cadre dans notre cas il peut srsquoagir de peinture de feuille de papier de lampes de poche de filtres etc

2 Le type de processus de conceptualisation Dans un cadre scientifique il peut srsquoagir drsquoun processus par modeacutelisation ou par expeacuterimentation par exemple

3 Les registres seacutemiotiques que nous avons traiteacutes plus haut Les conceptions des eacutelegraveves et les conflits de perceptions en reacutesultant sont issus des diffeacuterents cadres de rationaliteacute dans lesquels ils eacutevoluent Ce sont les cadres familiers (personnel) et culturels (eacutecole) qui sont responsable de ces conceptions et repreacutesentations mentales tantocirct concourantes tantocirct inexistantes voire erroneacutees Elles se manifestent principalement agrave travers la seacutemiotique Les eacutelegraveves eacuteprouvent de la difficulteacute agrave repreacutesenter des objets issus de registres seacutemiotiques diffeacuterents ou encore agrave simplement les reconnaicirctre Dans le contexte de notre seacutequence sur les couleurs ces cadres de rationaliteacute sont centraux En effet crsquoest dans son quotidien et donc dans son cadre familier que lrsquoeacutelegraveve va deacutecouvrir la notion de couleur notamment par le biais de la peinture ou drsquoobservation drsquoarc-shyen-shyciel Cette deacutecouverte qui a souvent lieu tregraves tocirct dans la vie de lrsquoenfant ne fera pourtant pas pour autant lrsquoobjet de questionnement sur le pheacutenomegravene de perception des couleurs La notion de cadre culturel ou scolaire quand agrave elle peut ecirctre eacutetendue dans notre cas agrave deux sous-shycateacutegories de cadres culturels diffeacuterents qui vont ecirctre agrave lrsquoorigine de conceptions erroneacutees ou incomplegravetes Premiegraverement il y a le cadre que nous appelons laquo arts visuelsraquo et qui a ses propres regravegles de rationaliteacutes Les cours de dessin ou drsquoactiviteacutes creacuteatrices en sont de parfaits exemples car crsquoest dans ce cadre que les eacutelegraveves vont premiegraverement aborder la

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

theacutematique des couleurs primaires et de leurs meacutelanges Mais cette theacutematique est eacutegalement abordeacutee dans le cadre laquophysiqueraquo agrave travers les expeacuteriences de deacutecomposition de la lumiegravere ou de superposition de lumiegraveres coloreacutees Ainsi nous retrouvons trois cadres de rationaliteacute concourants (familier physique arts visuels) dans lesquels les eacutelegraveves eacutevoluent et qui engendrent indubitablement des conceptions erroneacutees sur la lumiegravere et les couleurs puisque les eacutelegraveves ne sont pas ameneacutes agrave les diffeacuterencier dans chacun des cadres Et comme la communication entre les diffeacuterents cadres nrsquoest pas eacutetablie le lien agrave faire entre les diffeacuterentes conceptions issues de ces cadres est agrave la charge de lrsquoeacutelegraveve ce qui repreacutesente une lourde responsabiliteacute dans son apprentissage Astolfi (2008) appelle eacutegalement ces conceptions issues de diffeacuterents cadres des ldquotrames conceptuelles rdquoqui peuvent ecirctre deacutefinies comme ldquoun ensemble de concepts-shycleacutes propres agrave un domaine et logiquement hieacuterarchiseacutes entre eux qui structurent les disciplines et engendrent des situations-shyproblegravemesrdquo Mais encore on verra eacutemerger des problegravemes de contrat didactique dans chacun des cadres lrsquoeacutelegraveve va tenter de donner une reacuteponse qui va satisfaire lrsquoenseignant sans pour autant ecirctre ameneacute agrave confronter ses conceptions

Situation-shyproblegraveme Pour de Vecchi (2006) une situation-shyproblegraveme est une activiteacute qui consiste agrave mettre lrsquoeacutelegraveve dans une situation ougrave il va ecirctre ameneacute agrave eacutelaborer des strateacutegies de reacutesolution de problegraveme Lrsquoun des points cleacutes des situations-shyproblegravemes est qursquoelles eacutetablissent un lien eacutetroit entre les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves En drsquoautres termes une situation-shyproblegraveme est construite de telle sorte que les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave remettre en question des repreacutesentations actuelles qui srsquoavegraverent erroneacutees agrave les deacuteconstruire pour en construire de nouvelles Ainsi dans une deacutemarche de type constructiviste lrsquoeacutelegraveve construit son savoir en renversant ses anciennes conceptions Une situation-shyproblegraveme nrsquoest donc pas une deacutemarche ponctuelle dans laquelle lrsquoeacutelegraveve devra reacutesoudre une liste drsquoexercices teacuteleacuteguideacutee par lrsquoenseignant Ce qui justifie lrsquoefficaciteacute des situations problegravemes est qursquo laquoapprendreraquo ne consiste pas agrave cumuler les savoirs mais agrave en construire et agrave en deacuteconstruire

Une situation-shyproblegraveme doit comprendre plusieurs eacuteleacutements

-shy Un objectif-shyobstacle Pour Meirieu (1987) un objectif-shyobstacle est ldquoun objectif dont lrsquoacquisition permet au sujet de franchir un palier deacutecisif de progression en modifiant son systegraveme de repreacutesentation et en le faisant acceacuteder un niveau supeacuterieur de formulation rdquo Dans notre cas lrsquoeacutelegraveve pense que tous les meacutelanges de 3 couleurs primaires (de peinture ou de lumiegravere) vont donner le mecircme reacutesultat La distinction entre synthegraveses additive et soustractive nrsquoest pas connue des eacutelegraveves De plus projeter de la lumiegravere monochromatique sur un objet drsquoune certaine couleur ne donne pas toujours la mecircme couleur Lrsquoexemple avec le drapeau (activiteacute 4) est parlant

-shy Une situation centreacutee sur cet obstacle prenant en compte une deacutemarche expeacuterimentale ou une deacutemarche de modeacutelisation Dans notre cours les deux deacutemarches sont mises en oeuvre mais notre deacutemarche principale est la modeacutelisation Les eacutelegraveves vont effectivement ecirctre ameneacutes agrave eacutemettre des hypothegraveses manipuler reacutecolter des reacutesultats et les confronter agrave

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

leurs hypothegraveses mais il srsquoagit surtout drsquoune deacutemarche de modeacutelisation car les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave creacuteer des scheacutemas dans plusieurs exercices

-shy Une probleacutematisation et la deacutevolution on probleacutematise la conception erroneacutee en introduisant une situation-shyproblegraveme crsquoest-shyagrave-shydire qursquoon construit un problegraveme centreacute sur lrsquoobstacle La surprise face agrave une situation incoheacuterente va intriguer lrsquoeacutelegraveve exciter sa motivation et le pousser agrave vouloir srsquoimpliquer dans le problegraveme ce qui va aider sa deacutevolution Brousseau (1998) qualifie la notion de deacutevolution par le ldquo processus par lequel lenseignant parvient agrave placer leacutelegraveve comme simple actant dans une situation a-shydidactique (agrave modegravele non didactique) Il cherche par lagrave agrave ce que lrsquoaction de lrsquoeacutelegraveve ne soit produite et justifieacutee que par les neacutecessiteacutes du milieu et par ses connaissances et non par lrsquointerpreacutetation des proceacutedeacutes didactiques du professeurrdquo Pour enrocircler les eacutelegraveves et les aider agrave identifier la probleacutematique en met on place une situation deacuteclenchante Dans notre cas lrsquoexemple avec le meacutelange de peinture et de lumiegraveres coloreacutees est un parfait exemple de situation deacuteclenchante car les eacutelegraveves ne sattendent probablement pas par exemple agrave ce que le meacutelange de vert et bleu donne du cyan ou encore qursquoon perccediloive un citron noir lorsque lrsquoon projette de la lumiegravere bleue sur ce celui-shyci

412 La prise en compte des conceptions des eacutelegraveves dans notre seacutequence La theacutematique de la lumiegravere et des couleurs est complexe et comprend de nombreux concepts difficiles agrave assimiler En effet bon nombre de personnes ont des repreacutesentations erroneacutees qui peuvent rester profondeacutement ancreacutees Parmi les conceptions erroneacutees les plus communes on retrouve selon le site internet des MER

La lumiegravere blanche est sans couleur pure quand la lumiegravere blanche passe dans un prisme ou traverse un filtre de la couleur lui est ajouteacutee

La lumiegravere blanche nous permet de voir la vraie couleur des objets laquoMa feuille est blanche parce que je nai pas ajouteacute dautres couleurs agrave celle-shyciraquo

Les couleurs sont lieacutees agrave des proprieacuteteacutes de lrsquoobjet exclusivement sans reacutefeacuterence agrave la lumiegravere qui eacuteclaire lrsquoobjet Ne dit-shyon pas quun pull est rouge

Confusion entre les couleurs primaires en couleur peinture et en couleur lumiegravere

Dans notre planification nous avons anticipeacute ces conceptions et avons construit notre cours de maniegravere agrave ce qursquoelles soient mises en eacutevidence le plus tocirct possible afin de tenter de les deacuteconstruire agrave travers nos activiteacutes

Ainsi degraves deacutebut de lrsquoactiviteacute 2 les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave une situation-shyproblegraveme dans laquelle ils comprennent qursquoil existe une contradiction entre leur conception de deacutepart sur les meacutelanges de couleurs (issue de leurs cadres de rationaliteacute familier et scolaire lsquorsquoart visuelrsquorsquo) et leurs observations (nouveau cadre lsquorsquophysiquersquorsquo) Crsquoest sur la base de ce conflit cognitif que les diffeacuterentes notions de la seacutequence pourront ecirctre abordeacutees Les autres conceptions sont mises en eacutevidence puis deacuteconstruites agrave travers les diffeacuterentes activiteacutes Par exemple les

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

activiteacutes du chapitre 3 permettent de montrer que la lumiegravere blanche nrsquoest pas pure mais qursquoelle est composeacutee de toutes les couleurs et ce gracircce agrave lrsquoobservation des objets agrave la lumiegravere blanche puis agrave travers un filtre

De plus lrsquoactiviteacute 3 srsquoarticule autour drsquoune conception erroneacutee repeacutereacutee dans certaines classes Bon nombre drsquoeacutelegraveves eacutetaient persuadeacutes qursquoun filtre ne laissait pas passer les lumiegraveres de sa couleur propre car crsquoest la couleur dont est perccedilue le filtre Un conflit cognitif est alors provoqueacute afin de deacuteconstruire cette conception les eacutelegraveves observent que la lumiegravere coloreacutee nrsquoest pas absorbeacutee par le filtre mais qursquoelle se propage bien jusqursquoagrave lrsquoeacutecran blanc

En introduction de lrsquoactiviteacute 4 une nouvelle situation-shyproblegraveme est preacutesenteacutee par le biais drsquoune image montrant que la couleur drsquoun objet peut varier en fonction de la lumiegravere coloreacutee par laquelle il est eacuteclaireacute Elle servira agrave provoquer un conflit cognitif chez les eacutelegraveves car cette situation intervient apregraves une phase drsquohypothegravese reacutepondant agrave la question suivante un objet peut-shyil avoir diffeacuterentes couleurs La reacuteponse donneacutee par lrsquoimage contredira probablement lrsquohypothegravese preacuteceacutedemment formuleacutee et devrait susciter de la curiositeacute chez lrsquoeacutelegraveve et lui donner lrsquoenvie de comprendre le pheacutenomegravene Nous deacutemontrons ensuite tout au long de lrsquoactiviteacute 4 sur les lumiegraveres coloreacutees que crsquoest le pheacutenomegravene drsquoabsorption et de reacuteflection de la lumiegravere qui nous permet de voir la couleur des objets et non pas la lumiegravere blanche Crsquoest donc par le biais de ces deacuteconstructions successives de conceptions que lrsquoenseignant peut guider les eacutelegraveves sur la voie de la reacutesolution du problegraveme de lrsquoorigine de ces contradictions dans le but drsquoeacutetablir le lien entre les diffeacuterents cadres de rationaliteacute

42 Modeacutelisation

421 Deacutefinition

Un modegravele est communeacutement deacutefini comme un objet ou un concept qui va permettre de repreacutesenter la reacutealiteacute de diffeacuterentes maniegraveres Bunge (1974) ou encore Martinand (1994) le deacutefinissent eacutegalement comme un moyen permettant de mettre en relation le monde theacuteorique avec le monde empirique Il peut ecirctre consideacutereacute en quelque sorte comme un monde intermeacutediaire ou une sorte de lunette conceptuelle (Halloun 2004) qui va permettre drsquoobserver des pheacutenomegravenes naturels Un modegravele ne constitue pas la reacutealiteacute mais la repreacutesente en simplifiant certains de ses aspects ce qui peut causer des conflits pour les repreacutesentations cognitives chez lrsquoeacutelegraveve

422 La modeacutelisation dans notre seacutequence Dans notre planification la modeacutelisation est centrale afin de conceptualiser des pheacutenomegravenes complexes comme la composition de la lumiegravere et la perception des couleurs Elle est lrsquooutil qui permet drsquoamener les eacutelegraveves agrave se faccedilonner une repreacutesentation de la deacutecomposition de la lumiegravere blanche de labsorption de la lumiegravere agrave travers les filtres et des synthegraveses additive et soustractive des couleurs

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

De plus elle constitue un objectif de formation meacutethodologique qui va de pair avec toute formation scientifique Crsquoest pourquoi nous avons inclus la modeacutelisation dans les objectifs drsquoapprentissage Dans la terminologie du PER la modeacutelisation correspond agrave lrsquoobjectif geacuteneacuteral MSN37

bull MSN 1525 mdash Modeacuteliser des pheacutenomegravenes naturels techniques sociaux ou des situations matheacutematiques

bull en imaginant et en utilisant divers outils de repreacutesentation (codes scheacutemas graphiques tableauxhellip)

Lrsquoactiviteacute 2 propose aux eacutelegraveves de reporter les couleurs observeacutees sur trois cercles superposeacutes En les coloriant les eacutelegraveves reacutealisent en reacutealiteacute une forme simple de modeacutelisation par un diagramme de Venn de la synthegravese additive Il nous a sembleacute pertinent drsquointroduire ce scheacutema de cette maniegravere car ainsi les eacutelegraveves comprennent reacuteellement qursquoil correspond agrave la lumiegravere projeteacutee et superposeacutee sur un eacutecran En derniegravere partie drsquoactiviteacute les eacutelegraveves se familiarisent avec un logiciel de modeacutelisation de la synthegravese additive 3

Lrsquoutilisation drsquoun modegravele dans ce cas est indispensable pour des raisons pratiques Il serait en effet tregraves difficile de faire des observations similaires avec un dispositif reacuteel constitueacute de projecteurs et drsquoun eacutecran comme dans la premiegravere partie drsquoactiviteacute Nous avons veilleacute agrave choisir un logiciel simple drsquousage sur lequel seules deux manipulations sont possibles allumereacuteteindre les projecteurs et varier leurs intensiteacutes Ainsi il est possible pour les eacutelegraveves de faire rapidement et sans difficulteacutes de lrsquoordre du registre seacutemiotique la deacuteduction attendue les diffeacuterentes couleurs srsquoobtiennent par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

Dans lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves sont ameneacutes agrave modeacuteliser lrsquoeffet drsquoun filtre sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee Ils ancrent ainsi le fonctionnement drsquoun filtre dans leur apprentissage et deacuteveloppent une meacutethodologie systeacutematique dans la reacutesolution de problegravemes mettant en scegravene des filtres Gracircce au modegravele deacuteveloppeacute les eacutelegraveves deacuteconstruisent deacutefinitivement leur eacuteventuelle conception erroneacutee selon laquelle un filtre absorberait sa propre couleur Lrsquoactiviteacute 43 a pour but que les eacutelegraveves modeacutelisent les pheacutenomegravenes de reacutefraction et drsquoabsorption en justifiant leur reacuteponse par un modegravele de reacuteponse Ce dernier comprend les couleurs RVB qui se reflegravetent ou qui sont absorbeacutees par une surface Ainsi lrsquoeacutelegraveve peut trouver une meacutethode systeacutematique de reacuteponse en testant les diffeacuterentes couleurs Gracircce agrave cette modeacutelisation et agrave celle de lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves comprennent que les fonctionnements des filtres et des lumiegraveres coloreacutees sont fondeacutes sur le mecircme principe

3(httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

43 Deacutemarche expeacuterimentale

431 Deacutefinition Pour de Vecchi il est important de ne pas confondre les notions lieacutees agrave lrsquoexpeacuterimental qui sont les suivantes

-shy Une deacutemarche scientifique nrsquoest pas exclusive au domaine des sciences expeacuterimentales mais peut aussi ecirctre mobiliseacutee dans les sciences humaines socialeshellip Elle utilise drsquoautres outils que lrsquoexpeacuterimentale Toute recherche digne de ce nom est de nature scientifique

-shy La meacutethode expeacuterimentale eacutequivaut plutocirct agrave un plan agrave suivre un mode drsquoemploi ou agrave une marche agrave suivre qui suit un ordre strict que lrsquoon peut aussi appeler protocole Par exemple parmi les plus ceacutelegravebres protocoles nous retrouvons celui de Claude Bernard (1865) que lrsquoon abregravege par les initiales OHERIC qui correspondent agrave observation hypothegravese expeacuterience reacutesultats interpreacutetation et conclusion De maniegravere geacuteneacuterale il srsquoagit du protocole caricatural que lrsquoon emploie le plus souvent dans les salles de classes

-shy Une deacutemarche expeacuterimentale est une approche plus reacutealiste moins stricte et integravegre

une approche plus tacirctonnante Il nrsquoest pas constitueacute drsquoeacutetapes preacutedeacutetermineacutees et est donc moins affecteacutee par les directives de lrsquoenseignant Il peut donc laisser des liberteacutes dans la maniegravere de reacutesoudre le problegraveme

432 La deacutemarche expeacuterimentale dans notre seacutequence Dans notre seacutequence la meacutethode expeacuterimentale est preacutesente de maniegravere partielle du scheacutema caricatural OHERIC nous nous inteacuteressons en particulier aux phases drsquoobservation et drsquoeacutemission drsquohypothegraveses Crsquoest pourquoi nous parlons donc plutocirct de ldquodeacutemarche expeacuterimentalerdquo En effet tout au long des diffeacuterentes activiteacutes il est reacuteguliegraverement demandeacute aux eacutelegraveves de formuler une hypothegravese agrave partir de leurs connaissances au preacutealable puis de faire de nouvelles observations en contexte expeacuterimental Crsquoest sur la base de ces derniegraveres qursquoils pourront reacutealiser leurs deacuteductions sur le pheacutenomegravene en question et construire de nouvelles conceptions Dans lrsquoactiviteacute 2 ce type de deacutemarche est central pour la creacuteation de la premiegravere situation-shyproblegraveme Par la suite la deacutemarche permet de guider les eacutelegraveves dans le processus de deacuteduction du fonctionnement geacuteneacuteral des diffeacuterents pheacutenomegravenes Dans lrsquoactiviteacute 41 par exemple les pheacutenomegravenes agrave deacuteduire sont la synthegravese soustractive et le fonctionnement de la lumiegravere coloreacutee Lrsquoemploi drsquoobjets familiers permet un ancrage dans le quotidien

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Dans lrsquoactiviteacute 3 lrsquoeacutetude de lrsquoeffet des filtres constitue agrave son tour un deacutemarche expeacuterimentale En effet les eacutelegraveves doivent tout drsquoabord eacutemettre leurs hypothegraveses puis les veacuterifient par lrsquoexpeacuterimentation et ses reacutesultats provoquant probablement un conflit cognitif avant drsquoen conclure lrsquoeffet drsquoun filtre Dans lrsquoactiviteacute 42 nous retrouvons toujours le mecircme principe de deacutemarche expeacuterimentale Les eacutelegraveves formulent des hypothegraveses sur la couleur perccedilue de diffeacuterents mots coloreacutes eacuteclaireacutes par une lumiegravere coloreacutee puis les veacuterifient lors de la phase drsquoobservation La confrontation entre leurs attentes lieacutees agrave leurs conceptions et la reacutealiteacute creacutee le conflit cognitif rechercheacute

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

5 Conclusion Pour seacutelectionner notre thegraveme et eacutelaborer notre seacutequence nous nous sommes fondeacutes sur les objectifs du PER et crsquoest sur lrsquooptique que notre choix srsquoest porteacute Le savoir savant auquel nous nous sommes reacutefeacutereacutes comprend principalement des concepts lieacutes agrave la lumiegravere tels que les photons les ondes eacutelectromagneacutetiques ainsi que les spectres drsquoeacutemission et drsquoabsorption Nous avons transposeacute ce savoir en un savoir enseignable par le biais drsquoun travail de contextualisation et de reacuteadaptation Nous avons eacuteteacute ameneacutes agrave remplacer des modegraveles scientifiques (par exemple les modegraveles de synthegraveses additive et soustractive) par des modegraveles accessibles agrave un niveau scolaire et agrave changer les conditions drsquoeacutemergence des problegravemes Ainsi notre travail de transposition consistait agrave montrer aux eacutelegraveves la partie eacutemergeacutee de lrsquoiceberg du concept de couleur le reacutesultat apparent plutocirct que lrsquoorigine eacutelectromagneacutetique Tout au long de la seacutequence et par le biais de situations-shyproblegravemes et de diffeacuterentes eacutetapes de reacutesolution des activiteacutes les eacutelegraveves ont eacuteteacute guideacutes dans le processus de construction de leur apprentissage En nous focalisant sur les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves nous avons eacutelaboreacute nos exercices de maniegravere agrave proposer des situations deacuteclenchantes afin de faciliter le transfert de la responsabiliteacute de la reacutesolution des problegravemes aux eacutelegraveves Cette derniegravere srsquoeffectue par des deacutemarches drsquoexpeacuterimentation mais surtout de modeacutelisation

Dans notre sceacutenario les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave deux types de donneacutees theacuteoriques et empiriques Drsquoune part ils ont agrave disposition deux theacuteories principales la premiegravere est que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs de lrsquoarc-shyen-shyciel tandis que la seconde deacutecrit l a maniegravere dont la couleur drsquoun objet deacutepend des couleurs qursquoil va absorber Drsquoautre part ils disposent de donneacutees empiriques qursquoils sont ameneacutes agrave reacutecolter en superposant des lumiegraveres de diffeacuterentes couleurs en meacutelangeant de la peinture et en projetant de la lumiegravere coloreacutee sur diffeacuterents objets coloreacutes Dans le cadre drsquoune deacutemarche drsquoexpeacuterimentation ils ont eacutemis des hypothegraveses observeacute manipuleacute du mateacuteriel utiliseacute des appliquettes en ligne et veacuterifieacute leurs reacutesultats Crsquoest ainsi les modegraveles que nous avons preacutesenteacutes et que les eacutelegraveves ont eacutelaboreacutes vont ecirctre des ponts qui vont relier le monde theacuteorique et le monde empirique Par ailleurs nous avons eacuteteacute attentifs agrave la seacutemiotique lors de nos choix des repreacutesentations utiliseacutees nous nous sommes reacutefeacutereacutes agrave la notion de registre seacutemiotique afin drsquoeacutelaborer des scheacutemas nrsquoengendrant pas de difficulteacutes de lecture chez les eacutelegraveves

Nous avons analyseacute lrsquoorigine des conceptions erroneacutees et avons remarqueacute qursquoelles eacutetaient principalement dues agrave des repreacutesentations concourantes engendreacutees par les diffeacuterents contextes et cadres de rationaliteacutes dans lesquelles les eacutelegraveves eacutevoluent Notre sceacutenario permet aux eacutelegraveves drsquoeacutetablir des liens entre ces diffeacuterents cadres et de construire une nouvelle repreacutesentation de la couleur celle drsquoun objet de la physique

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

6 Bibliographie

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Meirieu P Avanzin Gi (1987) Apprendre oui mais comment Edition ESF Verret M (1975) Le temps des eacutetudes (Vols 1ndash2) Lille France Atelier Reproduction des thegraveses

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Page 46: Physique Optique Lescouleurs · Sciences naturelles Les couleurs 10 11 Harmos 1.Introduction Comme nous allons le détailler dans le chapitre 4, les conceptions erronées des élèves

Sciences naturelles Optique Modegravele trichromique

Si nous modifions le dosage des couleurs eacuteleacutementaires il est possible drsquo‛obtenir toutes les couleurs imaginables Le pheacutenomegravene de perception des couleurs par superposition des trois couleurs primaires se nomme synthegravese additive les couleurs sont additionneacutees entre elles pour permettre la synthegravese drsquo‛autres couleurs

Drsquo‛ailleurs si lrsquo‛on observe au microscope un eacutecran blanc de smartphone ou drsquo‛ordinateur on remarque qursquo‛il est en fait constitueacute drsquo‛un grand nombre de minuscules rectangles de lumiegraveres rouge verte et bleue (voir image ci-contre) Crsquo‛est justement par un jeu de dosage de chacune de ces lumiegraveres que lrsquo‛on perccediloit les diffeacuterentes couleurs sur nos eacutecrans

Pourquoi un modegravele sur trois couleurs La raison pour laquelle les scientifiques ont construit ce modegravele sur trois couleurs est directement lieacutee agrave la structure de notre œil En effet ce dernier contient des cellules sensibles agrave la lumiegravere que lrsquo‛on appelle cocircnes et bacirctonnets Alors que les bacirctonnets perccediloivent les intensiteacutes de lumiegravere les cocircnes nous permettent de percevoir les couleurs Cependant ils ne sont sensibles qursquo‛agrave certaines composantes de la lumiegravere blanche celles correspondant justement aux couleurs rouge vert et bleu Lorsque lrsquo‛on regarde un objet notre cerveau analyse le dosage de chacune de ces composantes perccedilues par notre œil et en interpregravete ainsi la couleur de lrsquo‛objet

Qursquo‛est-ce que le daltonisme Certaines personnes preacutesentent une anomalie de la vision qui les empecircche de distinguer certaines couleurs Drsquo‛origine geacuteneacutetique ce trouble est ducirc agrave un dysfonctionnement des cocircnes preacutesents dans la reacutetine Bien que la plupart des personnes daltoniennes aient de la peine agrave distinguer le vert du rouge drsquo‛autres ne distinguent pas drsquo‛autres couleurs Dans certaines formes de daltonisme le monde est perccedilu par la personne atteinte en teintes de gris

Sciences naturelles Optique synthegravese soustractive et additive

La synthegravese additive est le proceacutedeacute gracircce

auquel en combinant les couleurs

___________ ___________ et ___________

on obtient du blanc

On la retrouve lorsque lrsquoon meacutelange des

lumiegraveres coloreacutees composeacutees de ces 3 couleurs

diffeacuterentes car les laquo additionner raquo donne la

lumiegravere blanche

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon exploite aujourdrsquohui

pour les teacuteleacuteviseurs ou tout eacutecran composeacute de

pixels

La synthegravese soustractive consiste agrave soustraire

les couleurs de la lumiegravere blanche (RVB) agrave

travers des filtres de couleurs ___________

___________ et ___________ qui absorbent la

totaliteacute des couleurs de la lumiegravere blanche pour

un rendu noir au final (absence de lumiegravere)

Lrsquo __________________ des 3 couleurs donne

le ____________

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon retrouve par exemple en

meacutelangeant de la peinture notamment en

imprimerie

Sciences naturelles Optique les filtres

Qursquoest-shyce qursquoun filtre coloreacute et comment fonctionne-shyt-shyil

Un filtre est un dispositif qui permet de filtrer la lumiegravere de laisser passer certains rayons

lumineux et drsquoen absorber drsquoautres

Pour savoir quelles lumiegravere coloreacutees le filtre laisse passer il faut lrsquoobserver agrave la lumiegravere

blanche

Le filtre laissera alors passer uniquement les rayons lumineux de sa couleur propre

Par exemple

Un filtre vert laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee verte

Un filtre magenta laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee magenta crsquoest agrave dire les rayons rouge et bleu

Pour connaicirctre la lumiegravere coloreacutee qui ldquosortrdquo du filtre il faut donc

deacutecomposer la lumiegravere qui arrive sur ce filtre et en soustraire les

rayons qui sont absorbeacutes par le filtre On se reacutefegravere alors au modegravele de

la synthegravese soustractive

Image httpswww123couleursfrboutique-shy1filtres-shycolorC3A9s

Tableau reacutecapitulatif

Sciences naturelles Optique les filtres

Modeacutelisation

Nous pouvons modeacuteliser lrsquoaction drsquoun filtre

1 Noter la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur le filtre

2 Deacutecomposer la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur filtre et la coder (en RVB)

3 Repreacutesenter le filtre et coder les rayons absorbeacutes par le filtre 4 Prolonger les rayons lumineux coloreacutes que le filtre laisse passer et les coder (en RVB)

5 Noter la lumiegravere coloreacutee qui sort du filtre

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre magenta sur la lumiegravere blanche

Lorsque plusieurs filtres sont superposeacutes ou aligneacutes il faut modeacuteliser lrsquoaction du premier filtre

sur la lumiegravere projeteacutee puis lrsquoaction du deuxiegraveme filtre sur la lumiegravere qui sort du premier filtre

etc

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre cyan puis drsquoun filtre vert sur la lumiegravere jaune

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

De quelle couleur apparaicirctra un objet de couleur eacuteclaireacute par une lumiegravere coloreacutee

Il y 3 cas

1) Un objet de couleur blanche renvoie toutes les couleurs il apparaicirctra de la couleur eacuteclaireacutee

2) Un objet de couleur noire absorbe toutes les couleurs Peu importe la couleur avec laquelle

lrsquoobjet est eacuteclaireacute lrsquoobjet apparaicirct de couleur noire

3) Pour un objet de couleur il suffit de deacutecomposer les couleurs secondaires par exemple

Jrsquoai un objet jaune

Je lui projette une lumiegravere magenta

Or jaune = rouge + vert

et magenta = bleu + rouge

Le rouge est commun au jaune et au magenta donc lrsquoobjet paraicirctra rouge

En revanche si la lumiegravere est bleue comme il nrsquoy a pas de bleu dans le jaune lrsquoobjet paraicirctra

noir

1

Tableau reacutecapitulatif

1 httpscommunitygoodgamestudioscombigfarmfrdiscussion51685langage-shy‐des-shy‐couleurs

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

Modegravele de reacuteponse

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

______

______

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

______

______

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation avec propositions

de reacuteponses)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

(rouge vert bleu Nous percevons les diffeacuterentes couleurs agrave partir de ces trois couleurs) ________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

(Explication relative aux cocircnes et bacirctonnets de lrsquo‛oeil)

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Corrigeacute vert bleu blanc cyan

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________ (vert)

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________ (bleu)

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________ (aucunenoir)

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

(selon modegravele eacutetudieacute)

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

(les deux selon que lrsquo‛on parle de synthegravese additive ou soustractive)

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

Bleu

______

Bleu

______

Noir

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________ (lumiegravere rouge)

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

Noir

______

Rouge

______

Rouge

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

(Bleu)

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

(selon modegravele eacutetudieacute)

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

(Explication citant la synthegravese soustractive et lrsquo‛effet des lumiegraveres coloreacutees

concerneacutees sur le haut du cambrioleur)

Evaluation - Analyse

Ce commentaire comprend les diffeacuterents objectifs eacutevalueacutes ainsi que ce qui est attendu

preacuteciseacutement des eacutelegraveves et les niveaux taxonomiques correspondants

Ce sont des pistes drsquo‛eacutevaluation qui sont ici proposeacutees non une eacutevaluation suivie

Exercice 1

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- Mettre en lien des notions theacuteoriques apprises en cours (cocircnes et

bacirctonnets de lrsquo‛oeil) avec drsquo‛autres (synthegravese additive)

Lrsquo‛eacutevaluation deacutebute par deux questions au niveau taxonomique peu eacuteleveacute La

premiegravere de lrsquo‛ordre de la compreacutehension demande aux eacutelegraveves de restituer une

connaissance de base agrave lrsquo‛aide de leurs propres mots La deuxiegraveme propose de

tester les connaissances theacuteoriques des eacutelegraveves en veacuterifiant que des liens entre

deux notions aient eacuteteacute faits

Exercice 2

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutedire la couleur perccedilue en fonction des meacutelanges de couleurs RVB

- deacutechiffrer un scheacutema et les codes de la repreacutesentation de la trajectoire

des lumiegraveres coloreacutees

Le deuxiegraveme exercice relegraveve du niveau taxonomique de lrsquo‛application car il

neacutecessite une compreacutehension de la maniegravere de repreacutesenter la lumiegravere (scheacutema de

la trajectoire rectiligne codes de couleurs RVB) et drsquo‛appliquer ce modegravele tout en

utilisant les connaissances des couleurs fondamentales et compleacutementaires de la

synthegravese additive

Exercice 3

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet drsquo‛un filtre sur une lumiegravere coloreacutee agrave lrsquo‛aide des codes

propres agrave lrsquo‛optique

Lrsquo‛exercice 3 relegraveve de lrsquo‛application car les eacutelegraveves se reacutefegraverent agrave la modeacutelisation

eacutetablie durant le cours et au diagramme de Venn de la synthegravese soustractive et

les adaptent aux items preacutesenteacutes

Exercice 4

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- mettre en perspective la distinction entre synthegravese additive et

soustractive en terme de lsquorsquo‛naturersquo‛rsquo‛ de la couleur (couleurs matiegraveres vs

couleurs lumiegraveres)

Cet exercice requiert des eacutelegraveves qursquo‛ils mobilisent leur faculteacute drsquo‛analyse (niveau

taxonomique plutocirct eacuteleveacute) pour expliquer les diffeacuterences entre les

repreacutesentations de la couleur en arts visuels et en physique Le but est qursquo‛ils

reconnaissent qursquo‛il srsquo‛agit dans le premier cas de la synthegravese soustractive et dans

le second cas de la synthegravese additive

Exercice 5

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutevoir la couleur perccedilue drsquo‛un objet en fonction des lumiegraveres coloreacutees

projeteacutees et coder le pheacutenomegravene

Les eacutelegraveves appliquent la modeacutelisation drsquo‛une lumiegravere coloreacutee sur un objet coloreacute

pour deacuteterminer la couleur perccedilue du drapeau franccedilais Cette question fait

reacutefeacuterence agrave un niveau taxonomique bas Puis ils trouvent la lumiegravere coloreacutee qui

permet de voir les deux drapeaux preacutesenteacutes de la mecircme couleur Ils trouveront

cette reacuteponse en modeacutelisant les lumiegraveres coloreacutees sur lrsquo‛objet de couleur

Plusieurs scheacutemas sont neacutecessaires pour trouver la reacuteponse Crsquo‛est une question

taxonomiquement haute qui demande aux eacutelegraveves de faire une synthegravese

Exercice 6

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet de la lumiegravere coloreacutee sur un objet et en deacuteduire la

couleur perccedilue

- justifier sa reacuteponse avec des mots en faisant la synthegravese des diffeacuterents

concepts vus dans la seacutequence de cours

Les eacutelegraveves doivent comprendre ce qursquo‛ils lisent et deacuteterminer la couleur propre du

haut du cambrioleur Cette question est taxonomiquement haute elle demande de

lrsquo‛analyse Puis ils justifient leur reacuteponse par le modegravele de lrsquo‛effet de la lumiegravere

coloreacutee sur un objet Cette question est drsquo‛un niveau taxonomique infeacuterieur

drsquo‛application Finalement ils deacuteterminent pourquoi la description de la jeune fille

ne correspond pas agrave la couleur propre en faisant le lien avec la synthegravese

soustractive demandant un niveau taxonomiquement tregraves eacuteleveacute la synthegravese

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4 Argumentation scientifique Nous avons choisi de construire notre seacutequence de cours de maniegravere agrave ce qursquoelle srsquoinscrive dans une deacutemarche constructiviste de type piageacutetienne Dans cette deacutemarche lrsquoenseignant anticipe les conceptions erroneacutees que les eacutelegraveves peuvent avoir puis eacutetablit une situation-shyproblegraveme permettant ideacutealement de deacuteconstruire ces repreacutesentations incomplegravetes puis finalement drsquoen construire de nouvelles plus justes Dans ce qui suit nous allons deacutefinir ces diffeacuterents concepts mis en eacutevidence puis expliciter la maniegravere dont nous les avons pris en compte dans notre planification

41 Les conceptions des eacutelegraveves et les situations-shyproblegravemes

411 Deacutefinitions Conception Selon Giordan et al (1994) une conception ou repreacutesentation peut ecirctre consideacutereacutee comme une ideacutee un objet ou un eacutevegravenement qui aide lrsquoeacutelegraveve agrave comprendre le monde qui lrsquoentoure Elle est le fruit de son expeacuterience personnelle dans laquelle il va puiser pour comprendre les nouveaux savoirs que lrsquoon va chercher agrave lui inculquer Elle peut ecirctre consideacutereacutee comme une connaissance ldquodeacutejagrave-shylagraverdquo acquise dans un certain contexte par lrsquoapprenant et qui peut ecirctre correcte ou erroneacutee Les mauvaises conceptions (ou misconception en anglais) peuvent donc ecirctre deacutecrites comme des ideacutees qui proviennent drsquoune mauvaise compreacutehension drsquoobjets ou eacutevegravenements Elles sont issues principalement de lrsquoenvironnement avec lequel lrsquoeacutelegraveve interagit et du contexte dans lequel il se situe mais elles deacutecoulent eacutegalement des systegravemes seacutemiotiques mis en oeuvre Ces derniers sont abordeacutes plus en deacutetail dans ce qui suit Seacutemiologie En seacutemiologie (lrsquoeacutetude des systegravemes de signes) une repreacutesentation (ou un signe) est double elle est doteacutee drsquoun signifiant et drsquoun signifieacute (de Saussure 1916) Le signifiant qui fait lrsquoobjet de la seacutemiologie deacutesigne la forme et laspect du signe tandis que le signifieacute eacutetudieacute dans le cadre de la seacutemantique deacutesigne le concept eacutevoqueacute par le signe A partir du moment ougrave le signe possegravede plusieurs signifieacutes il devient symbole et crsquoest ainsi que les incompreacutehensions peuvent survenir Selon R Duval (1995) le concept de laquo registre seacutemiotique raquo permet de distinguer les repreacutesentations qui relegravevent de diffeacuterents registres ou types visuels numeacuteriques graphiques symboliques formels scheacutematiques etc En didactique ce concept est fondamental car les diffeacuterences de registre au sein drsquoune mecircme repreacutesentation ou drsquoun

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modegravele peut induire des difficulteacutes de lecture Ils risquent drsquoajouter des difficulteacutes suppleacutementaires en empecircchant les eacutelegraveves de se focaliser sur le problegraveme poseacute par lrsquoactiviteacute et les menant agrave formuler des conclusions diffeacuterentes de celles attendues par lrsquoenseignant Crsquoest pour cela qursquoun choix pertinent de registre seacutemiotique facilite la compreacutehension du concept introduit Dans notre cours un exemple typique que nous pouvons donner est la forte ressemblance des diagrammes de Venn pour les synthegraveses additive et soustractive Dans les deux modegraveles les diagrammes sont communeacutement scheacutematiseacutes sous forme circulaire De plus bien que inverseacutees au niveau de leurs superpositions les mecircmes couleurs sont repreacutesenteacutees dans les deux diagrammes Ces similitudes peuvent rendre la diffeacuterenciation complexe pour les eacutelegraveves Crsquoest pourquoi nous avons estimeacute important drsquoapporter un changement agrave la repreacutesentation de ces diagrammes Ainsi dans lrsquoune de nos fiches de synthegravese nous avons preacutefeacutereacute utiliser des formes rectangulaires plutocirct que circulaires pour repreacutesenter la synthegravese soustractive car cette forme eacutevoque plus fortement le filtre et ainsi lrsquoabsorption de la lumiegravere Cadre de rationaliteacute origine des conceptions En srsquoappuyant sur les travaux de R Douady (1984) A Lerouge (1992) deacutefinit laquo un cadre de rationaliteacuteraquo comme laquoun ensemble coheacuterent de fonctionnement de la penseacuteeraquo caracteacuteriseacute principalement par les composantes suivantes

1 Les objets du cadre dans notre cas il peut srsquoagir de peinture de feuille de papier de lampes de poche de filtres etc

2 Le type de processus de conceptualisation Dans un cadre scientifique il peut srsquoagir drsquoun processus par modeacutelisation ou par expeacuterimentation par exemple

3 Les registres seacutemiotiques que nous avons traiteacutes plus haut Les conceptions des eacutelegraveves et les conflits de perceptions en reacutesultant sont issus des diffeacuterents cadres de rationaliteacute dans lesquels ils eacutevoluent Ce sont les cadres familiers (personnel) et culturels (eacutecole) qui sont responsable de ces conceptions et repreacutesentations mentales tantocirct concourantes tantocirct inexistantes voire erroneacutees Elles se manifestent principalement agrave travers la seacutemiotique Les eacutelegraveves eacuteprouvent de la difficulteacute agrave repreacutesenter des objets issus de registres seacutemiotiques diffeacuterents ou encore agrave simplement les reconnaicirctre Dans le contexte de notre seacutequence sur les couleurs ces cadres de rationaliteacute sont centraux En effet crsquoest dans son quotidien et donc dans son cadre familier que lrsquoeacutelegraveve va deacutecouvrir la notion de couleur notamment par le biais de la peinture ou drsquoobservation drsquoarc-shyen-shyciel Cette deacutecouverte qui a souvent lieu tregraves tocirct dans la vie de lrsquoenfant ne fera pourtant pas pour autant lrsquoobjet de questionnement sur le pheacutenomegravene de perception des couleurs La notion de cadre culturel ou scolaire quand agrave elle peut ecirctre eacutetendue dans notre cas agrave deux sous-shycateacutegories de cadres culturels diffeacuterents qui vont ecirctre agrave lrsquoorigine de conceptions erroneacutees ou incomplegravetes Premiegraverement il y a le cadre que nous appelons laquo arts visuelsraquo et qui a ses propres regravegles de rationaliteacutes Les cours de dessin ou drsquoactiviteacutes creacuteatrices en sont de parfaits exemples car crsquoest dans ce cadre que les eacutelegraveves vont premiegraverement aborder la

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theacutematique des couleurs primaires et de leurs meacutelanges Mais cette theacutematique est eacutegalement abordeacutee dans le cadre laquophysiqueraquo agrave travers les expeacuteriences de deacutecomposition de la lumiegravere ou de superposition de lumiegraveres coloreacutees Ainsi nous retrouvons trois cadres de rationaliteacute concourants (familier physique arts visuels) dans lesquels les eacutelegraveves eacutevoluent et qui engendrent indubitablement des conceptions erroneacutees sur la lumiegravere et les couleurs puisque les eacutelegraveves ne sont pas ameneacutes agrave les diffeacuterencier dans chacun des cadres Et comme la communication entre les diffeacuterents cadres nrsquoest pas eacutetablie le lien agrave faire entre les diffeacuterentes conceptions issues de ces cadres est agrave la charge de lrsquoeacutelegraveve ce qui repreacutesente une lourde responsabiliteacute dans son apprentissage Astolfi (2008) appelle eacutegalement ces conceptions issues de diffeacuterents cadres des ldquotrames conceptuelles rdquoqui peuvent ecirctre deacutefinies comme ldquoun ensemble de concepts-shycleacutes propres agrave un domaine et logiquement hieacuterarchiseacutes entre eux qui structurent les disciplines et engendrent des situations-shyproblegravemesrdquo Mais encore on verra eacutemerger des problegravemes de contrat didactique dans chacun des cadres lrsquoeacutelegraveve va tenter de donner une reacuteponse qui va satisfaire lrsquoenseignant sans pour autant ecirctre ameneacute agrave confronter ses conceptions

Situation-shyproblegraveme Pour de Vecchi (2006) une situation-shyproblegraveme est une activiteacute qui consiste agrave mettre lrsquoeacutelegraveve dans une situation ougrave il va ecirctre ameneacute agrave eacutelaborer des strateacutegies de reacutesolution de problegraveme Lrsquoun des points cleacutes des situations-shyproblegravemes est qursquoelles eacutetablissent un lien eacutetroit entre les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves En drsquoautres termes une situation-shyproblegraveme est construite de telle sorte que les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave remettre en question des repreacutesentations actuelles qui srsquoavegraverent erroneacutees agrave les deacuteconstruire pour en construire de nouvelles Ainsi dans une deacutemarche de type constructiviste lrsquoeacutelegraveve construit son savoir en renversant ses anciennes conceptions Une situation-shyproblegraveme nrsquoest donc pas une deacutemarche ponctuelle dans laquelle lrsquoeacutelegraveve devra reacutesoudre une liste drsquoexercices teacuteleacuteguideacutee par lrsquoenseignant Ce qui justifie lrsquoefficaciteacute des situations problegravemes est qursquo laquoapprendreraquo ne consiste pas agrave cumuler les savoirs mais agrave en construire et agrave en deacuteconstruire

Une situation-shyproblegraveme doit comprendre plusieurs eacuteleacutements

-shy Un objectif-shyobstacle Pour Meirieu (1987) un objectif-shyobstacle est ldquoun objectif dont lrsquoacquisition permet au sujet de franchir un palier deacutecisif de progression en modifiant son systegraveme de repreacutesentation et en le faisant acceacuteder un niveau supeacuterieur de formulation rdquo Dans notre cas lrsquoeacutelegraveve pense que tous les meacutelanges de 3 couleurs primaires (de peinture ou de lumiegravere) vont donner le mecircme reacutesultat La distinction entre synthegraveses additive et soustractive nrsquoest pas connue des eacutelegraveves De plus projeter de la lumiegravere monochromatique sur un objet drsquoune certaine couleur ne donne pas toujours la mecircme couleur Lrsquoexemple avec le drapeau (activiteacute 4) est parlant

-shy Une situation centreacutee sur cet obstacle prenant en compte une deacutemarche expeacuterimentale ou une deacutemarche de modeacutelisation Dans notre cours les deux deacutemarches sont mises en oeuvre mais notre deacutemarche principale est la modeacutelisation Les eacutelegraveves vont effectivement ecirctre ameneacutes agrave eacutemettre des hypothegraveses manipuler reacutecolter des reacutesultats et les confronter agrave

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leurs hypothegraveses mais il srsquoagit surtout drsquoune deacutemarche de modeacutelisation car les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave creacuteer des scheacutemas dans plusieurs exercices

-shy Une probleacutematisation et la deacutevolution on probleacutematise la conception erroneacutee en introduisant une situation-shyproblegraveme crsquoest-shyagrave-shydire qursquoon construit un problegraveme centreacute sur lrsquoobstacle La surprise face agrave une situation incoheacuterente va intriguer lrsquoeacutelegraveve exciter sa motivation et le pousser agrave vouloir srsquoimpliquer dans le problegraveme ce qui va aider sa deacutevolution Brousseau (1998) qualifie la notion de deacutevolution par le ldquo processus par lequel lenseignant parvient agrave placer leacutelegraveve comme simple actant dans une situation a-shydidactique (agrave modegravele non didactique) Il cherche par lagrave agrave ce que lrsquoaction de lrsquoeacutelegraveve ne soit produite et justifieacutee que par les neacutecessiteacutes du milieu et par ses connaissances et non par lrsquointerpreacutetation des proceacutedeacutes didactiques du professeurrdquo Pour enrocircler les eacutelegraveves et les aider agrave identifier la probleacutematique en met on place une situation deacuteclenchante Dans notre cas lrsquoexemple avec le meacutelange de peinture et de lumiegraveres coloreacutees est un parfait exemple de situation deacuteclenchante car les eacutelegraveves ne sattendent probablement pas par exemple agrave ce que le meacutelange de vert et bleu donne du cyan ou encore qursquoon perccediloive un citron noir lorsque lrsquoon projette de la lumiegravere bleue sur ce celui-shyci

412 La prise en compte des conceptions des eacutelegraveves dans notre seacutequence La theacutematique de la lumiegravere et des couleurs est complexe et comprend de nombreux concepts difficiles agrave assimiler En effet bon nombre de personnes ont des repreacutesentations erroneacutees qui peuvent rester profondeacutement ancreacutees Parmi les conceptions erroneacutees les plus communes on retrouve selon le site internet des MER

La lumiegravere blanche est sans couleur pure quand la lumiegravere blanche passe dans un prisme ou traverse un filtre de la couleur lui est ajouteacutee

La lumiegravere blanche nous permet de voir la vraie couleur des objets laquoMa feuille est blanche parce que je nai pas ajouteacute dautres couleurs agrave celle-shyciraquo

Les couleurs sont lieacutees agrave des proprieacuteteacutes de lrsquoobjet exclusivement sans reacutefeacuterence agrave la lumiegravere qui eacuteclaire lrsquoobjet Ne dit-shyon pas quun pull est rouge

Confusion entre les couleurs primaires en couleur peinture et en couleur lumiegravere

Dans notre planification nous avons anticipeacute ces conceptions et avons construit notre cours de maniegravere agrave ce qursquoelles soient mises en eacutevidence le plus tocirct possible afin de tenter de les deacuteconstruire agrave travers nos activiteacutes

Ainsi degraves deacutebut de lrsquoactiviteacute 2 les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave une situation-shyproblegraveme dans laquelle ils comprennent qursquoil existe une contradiction entre leur conception de deacutepart sur les meacutelanges de couleurs (issue de leurs cadres de rationaliteacute familier et scolaire lsquorsquoart visuelrsquorsquo) et leurs observations (nouveau cadre lsquorsquophysiquersquorsquo) Crsquoest sur la base de ce conflit cognitif que les diffeacuterentes notions de la seacutequence pourront ecirctre abordeacutees Les autres conceptions sont mises en eacutevidence puis deacuteconstruites agrave travers les diffeacuterentes activiteacutes Par exemple les

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activiteacutes du chapitre 3 permettent de montrer que la lumiegravere blanche nrsquoest pas pure mais qursquoelle est composeacutee de toutes les couleurs et ce gracircce agrave lrsquoobservation des objets agrave la lumiegravere blanche puis agrave travers un filtre

De plus lrsquoactiviteacute 3 srsquoarticule autour drsquoune conception erroneacutee repeacutereacutee dans certaines classes Bon nombre drsquoeacutelegraveves eacutetaient persuadeacutes qursquoun filtre ne laissait pas passer les lumiegraveres de sa couleur propre car crsquoest la couleur dont est perccedilue le filtre Un conflit cognitif est alors provoqueacute afin de deacuteconstruire cette conception les eacutelegraveves observent que la lumiegravere coloreacutee nrsquoest pas absorbeacutee par le filtre mais qursquoelle se propage bien jusqursquoagrave lrsquoeacutecran blanc

En introduction de lrsquoactiviteacute 4 une nouvelle situation-shyproblegraveme est preacutesenteacutee par le biais drsquoune image montrant que la couleur drsquoun objet peut varier en fonction de la lumiegravere coloreacutee par laquelle il est eacuteclaireacute Elle servira agrave provoquer un conflit cognitif chez les eacutelegraveves car cette situation intervient apregraves une phase drsquohypothegravese reacutepondant agrave la question suivante un objet peut-shyil avoir diffeacuterentes couleurs La reacuteponse donneacutee par lrsquoimage contredira probablement lrsquohypothegravese preacuteceacutedemment formuleacutee et devrait susciter de la curiositeacute chez lrsquoeacutelegraveve et lui donner lrsquoenvie de comprendre le pheacutenomegravene Nous deacutemontrons ensuite tout au long de lrsquoactiviteacute 4 sur les lumiegraveres coloreacutees que crsquoest le pheacutenomegravene drsquoabsorption et de reacuteflection de la lumiegravere qui nous permet de voir la couleur des objets et non pas la lumiegravere blanche Crsquoest donc par le biais de ces deacuteconstructions successives de conceptions que lrsquoenseignant peut guider les eacutelegraveves sur la voie de la reacutesolution du problegraveme de lrsquoorigine de ces contradictions dans le but drsquoeacutetablir le lien entre les diffeacuterents cadres de rationaliteacute

42 Modeacutelisation

421 Deacutefinition

Un modegravele est communeacutement deacutefini comme un objet ou un concept qui va permettre de repreacutesenter la reacutealiteacute de diffeacuterentes maniegraveres Bunge (1974) ou encore Martinand (1994) le deacutefinissent eacutegalement comme un moyen permettant de mettre en relation le monde theacuteorique avec le monde empirique Il peut ecirctre consideacutereacute en quelque sorte comme un monde intermeacutediaire ou une sorte de lunette conceptuelle (Halloun 2004) qui va permettre drsquoobserver des pheacutenomegravenes naturels Un modegravele ne constitue pas la reacutealiteacute mais la repreacutesente en simplifiant certains de ses aspects ce qui peut causer des conflits pour les repreacutesentations cognitives chez lrsquoeacutelegraveve

422 La modeacutelisation dans notre seacutequence Dans notre planification la modeacutelisation est centrale afin de conceptualiser des pheacutenomegravenes complexes comme la composition de la lumiegravere et la perception des couleurs Elle est lrsquooutil qui permet drsquoamener les eacutelegraveves agrave se faccedilonner une repreacutesentation de la deacutecomposition de la lumiegravere blanche de labsorption de la lumiegravere agrave travers les filtres et des synthegraveses additive et soustractive des couleurs

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De plus elle constitue un objectif de formation meacutethodologique qui va de pair avec toute formation scientifique Crsquoest pourquoi nous avons inclus la modeacutelisation dans les objectifs drsquoapprentissage Dans la terminologie du PER la modeacutelisation correspond agrave lrsquoobjectif geacuteneacuteral MSN37

bull MSN 1525 mdash Modeacuteliser des pheacutenomegravenes naturels techniques sociaux ou des situations matheacutematiques

bull en imaginant et en utilisant divers outils de repreacutesentation (codes scheacutemas graphiques tableauxhellip)

Lrsquoactiviteacute 2 propose aux eacutelegraveves de reporter les couleurs observeacutees sur trois cercles superposeacutes En les coloriant les eacutelegraveves reacutealisent en reacutealiteacute une forme simple de modeacutelisation par un diagramme de Venn de la synthegravese additive Il nous a sembleacute pertinent drsquointroduire ce scheacutema de cette maniegravere car ainsi les eacutelegraveves comprennent reacuteellement qursquoil correspond agrave la lumiegravere projeteacutee et superposeacutee sur un eacutecran En derniegravere partie drsquoactiviteacute les eacutelegraveves se familiarisent avec un logiciel de modeacutelisation de la synthegravese additive 3

Lrsquoutilisation drsquoun modegravele dans ce cas est indispensable pour des raisons pratiques Il serait en effet tregraves difficile de faire des observations similaires avec un dispositif reacuteel constitueacute de projecteurs et drsquoun eacutecran comme dans la premiegravere partie drsquoactiviteacute Nous avons veilleacute agrave choisir un logiciel simple drsquousage sur lequel seules deux manipulations sont possibles allumereacuteteindre les projecteurs et varier leurs intensiteacutes Ainsi il est possible pour les eacutelegraveves de faire rapidement et sans difficulteacutes de lrsquoordre du registre seacutemiotique la deacuteduction attendue les diffeacuterentes couleurs srsquoobtiennent par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

Dans lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves sont ameneacutes agrave modeacuteliser lrsquoeffet drsquoun filtre sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee Ils ancrent ainsi le fonctionnement drsquoun filtre dans leur apprentissage et deacuteveloppent une meacutethodologie systeacutematique dans la reacutesolution de problegravemes mettant en scegravene des filtres Gracircce au modegravele deacuteveloppeacute les eacutelegraveves deacuteconstruisent deacutefinitivement leur eacuteventuelle conception erroneacutee selon laquelle un filtre absorberait sa propre couleur Lrsquoactiviteacute 43 a pour but que les eacutelegraveves modeacutelisent les pheacutenomegravenes de reacutefraction et drsquoabsorption en justifiant leur reacuteponse par un modegravele de reacuteponse Ce dernier comprend les couleurs RVB qui se reflegravetent ou qui sont absorbeacutees par une surface Ainsi lrsquoeacutelegraveve peut trouver une meacutethode systeacutematique de reacuteponse en testant les diffeacuterentes couleurs Gracircce agrave cette modeacutelisation et agrave celle de lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves comprennent que les fonctionnements des filtres et des lumiegraveres coloreacutees sont fondeacutes sur le mecircme principe

3(httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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43 Deacutemarche expeacuterimentale

431 Deacutefinition Pour de Vecchi il est important de ne pas confondre les notions lieacutees agrave lrsquoexpeacuterimental qui sont les suivantes

-shy Une deacutemarche scientifique nrsquoest pas exclusive au domaine des sciences expeacuterimentales mais peut aussi ecirctre mobiliseacutee dans les sciences humaines socialeshellip Elle utilise drsquoautres outils que lrsquoexpeacuterimentale Toute recherche digne de ce nom est de nature scientifique

-shy La meacutethode expeacuterimentale eacutequivaut plutocirct agrave un plan agrave suivre un mode drsquoemploi ou agrave une marche agrave suivre qui suit un ordre strict que lrsquoon peut aussi appeler protocole Par exemple parmi les plus ceacutelegravebres protocoles nous retrouvons celui de Claude Bernard (1865) que lrsquoon abregravege par les initiales OHERIC qui correspondent agrave observation hypothegravese expeacuterience reacutesultats interpreacutetation et conclusion De maniegravere geacuteneacuterale il srsquoagit du protocole caricatural que lrsquoon emploie le plus souvent dans les salles de classes

-shy Une deacutemarche expeacuterimentale est une approche plus reacutealiste moins stricte et integravegre

une approche plus tacirctonnante Il nrsquoest pas constitueacute drsquoeacutetapes preacutedeacutetermineacutees et est donc moins affecteacutee par les directives de lrsquoenseignant Il peut donc laisser des liberteacutes dans la maniegravere de reacutesoudre le problegraveme

432 La deacutemarche expeacuterimentale dans notre seacutequence Dans notre seacutequence la meacutethode expeacuterimentale est preacutesente de maniegravere partielle du scheacutema caricatural OHERIC nous nous inteacuteressons en particulier aux phases drsquoobservation et drsquoeacutemission drsquohypothegraveses Crsquoest pourquoi nous parlons donc plutocirct de ldquodeacutemarche expeacuterimentalerdquo En effet tout au long des diffeacuterentes activiteacutes il est reacuteguliegraverement demandeacute aux eacutelegraveves de formuler une hypothegravese agrave partir de leurs connaissances au preacutealable puis de faire de nouvelles observations en contexte expeacuterimental Crsquoest sur la base de ces derniegraveres qursquoils pourront reacutealiser leurs deacuteductions sur le pheacutenomegravene en question et construire de nouvelles conceptions Dans lrsquoactiviteacute 2 ce type de deacutemarche est central pour la creacuteation de la premiegravere situation-shyproblegraveme Par la suite la deacutemarche permet de guider les eacutelegraveves dans le processus de deacuteduction du fonctionnement geacuteneacuteral des diffeacuterents pheacutenomegravenes Dans lrsquoactiviteacute 41 par exemple les pheacutenomegravenes agrave deacuteduire sont la synthegravese soustractive et le fonctionnement de la lumiegravere coloreacutee Lrsquoemploi drsquoobjets familiers permet un ancrage dans le quotidien

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Dans lrsquoactiviteacute 3 lrsquoeacutetude de lrsquoeffet des filtres constitue agrave son tour un deacutemarche expeacuterimentale En effet les eacutelegraveves doivent tout drsquoabord eacutemettre leurs hypothegraveses puis les veacuterifient par lrsquoexpeacuterimentation et ses reacutesultats provoquant probablement un conflit cognitif avant drsquoen conclure lrsquoeffet drsquoun filtre Dans lrsquoactiviteacute 42 nous retrouvons toujours le mecircme principe de deacutemarche expeacuterimentale Les eacutelegraveves formulent des hypothegraveses sur la couleur perccedilue de diffeacuterents mots coloreacutes eacuteclaireacutes par une lumiegravere coloreacutee puis les veacuterifient lors de la phase drsquoobservation La confrontation entre leurs attentes lieacutees agrave leurs conceptions et la reacutealiteacute creacutee le conflit cognitif rechercheacute

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5 Conclusion Pour seacutelectionner notre thegraveme et eacutelaborer notre seacutequence nous nous sommes fondeacutes sur les objectifs du PER et crsquoest sur lrsquooptique que notre choix srsquoest porteacute Le savoir savant auquel nous nous sommes reacutefeacutereacutes comprend principalement des concepts lieacutes agrave la lumiegravere tels que les photons les ondes eacutelectromagneacutetiques ainsi que les spectres drsquoeacutemission et drsquoabsorption Nous avons transposeacute ce savoir en un savoir enseignable par le biais drsquoun travail de contextualisation et de reacuteadaptation Nous avons eacuteteacute ameneacutes agrave remplacer des modegraveles scientifiques (par exemple les modegraveles de synthegraveses additive et soustractive) par des modegraveles accessibles agrave un niveau scolaire et agrave changer les conditions drsquoeacutemergence des problegravemes Ainsi notre travail de transposition consistait agrave montrer aux eacutelegraveves la partie eacutemergeacutee de lrsquoiceberg du concept de couleur le reacutesultat apparent plutocirct que lrsquoorigine eacutelectromagneacutetique Tout au long de la seacutequence et par le biais de situations-shyproblegravemes et de diffeacuterentes eacutetapes de reacutesolution des activiteacutes les eacutelegraveves ont eacuteteacute guideacutes dans le processus de construction de leur apprentissage En nous focalisant sur les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves nous avons eacutelaboreacute nos exercices de maniegravere agrave proposer des situations deacuteclenchantes afin de faciliter le transfert de la responsabiliteacute de la reacutesolution des problegravemes aux eacutelegraveves Cette derniegravere srsquoeffectue par des deacutemarches drsquoexpeacuterimentation mais surtout de modeacutelisation

Dans notre sceacutenario les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave deux types de donneacutees theacuteoriques et empiriques Drsquoune part ils ont agrave disposition deux theacuteories principales la premiegravere est que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs de lrsquoarc-shyen-shyciel tandis que la seconde deacutecrit l a maniegravere dont la couleur drsquoun objet deacutepend des couleurs qursquoil va absorber Drsquoautre part ils disposent de donneacutees empiriques qursquoils sont ameneacutes agrave reacutecolter en superposant des lumiegraveres de diffeacuterentes couleurs en meacutelangeant de la peinture et en projetant de la lumiegravere coloreacutee sur diffeacuterents objets coloreacutes Dans le cadre drsquoune deacutemarche drsquoexpeacuterimentation ils ont eacutemis des hypothegraveses observeacute manipuleacute du mateacuteriel utiliseacute des appliquettes en ligne et veacuterifieacute leurs reacutesultats Crsquoest ainsi les modegraveles que nous avons preacutesenteacutes et que les eacutelegraveves ont eacutelaboreacutes vont ecirctre des ponts qui vont relier le monde theacuteorique et le monde empirique Par ailleurs nous avons eacuteteacute attentifs agrave la seacutemiotique lors de nos choix des repreacutesentations utiliseacutees nous nous sommes reacutefeacutereacutes agrave la notion de registre seacutemiotique afin drsquoeacutelaborer des scheacutemas nrsquoengendrant pas de difficulteacutes de lecture chez les eacutelegraveves

Nous avons analyseacute lrsquoorigine des conceptions erroneacutees et avons remarqueacute qursquoelles eacutetaient principalement dues agrave des repreacutesentations concourantes engendreacutees par les diffeacuterents contextes et cadres de rationaliteacutes dans lesquelles les eacutelegraveves eacutevoluent Notre sceacutenario permet aux eacutelegraveves drsquoeacutetablir des liens entre ces diffeacuterents cadres et de construire une nouvelle repreacutesentation de la couleur celle drsquoun objet de la physique

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

6 Bibliographie

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Meirieu P Avanzin Gi (1987) Apprendre oui mais comment Edition ESF Verret M (1975) Le temps des eacutetudes (Vols 1ndash2) Lille France Atelier Reproduction des thegraveses

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Page 47: Physique Optique Lescouleurs · Sciences naturelles Les couleurs 10 11 Harmos 1.Introduction Comme nous allons le détailler dans le chapitre 4, les conceptions erronées des élèves

Sciences naturelles Optique synthegravese soustractive et additive

La synthegravese additive est le proceacutedeacute gracircce

auquel en combinant les couleurs

___________ ___________ et ___________

on obtient du blanc

On la retrouve lorsque lrsquoon meacutelange des

lumiegraveres coloreacutees composeacutees de ces 3 couleurs

diffeacuterentes car les laquo additionner raquo donne la

lumiegravere blanche

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon exploite aujourdrsquohui

pour les teacuteleacuteviseurs ou tout eacutecran composeacute de

pixels

La synthegravese soustractive consiste agrave soustraire

les couleurs de la lumiegravere blanche (RVB) agrave

travers des filtres de couleurs ___________

___________ et ___________ qui absorbent la

totaliteacute des couleurs de la lumiegravere blanche pour

un rendu noir au final (absence de lumiegravere)

Lrsquo __________________ des 3 couleurs donne

le ____________

Crsquoest le proceacutedeacute que lrsquoon retrouve par exemple en

meacutelangeant de la peinture notamment en

imprimerie

Sciences naturelles Optique les filtres

Qursquoest-shyce qursquoun filtre coloreacute et comment fonctionne-shyt-shyil

Un filtre est un dispositif qui permet de filtrer la lumiegravere de laisser passer certains rayons

lumineux et drsquoen absorber drsquoautres

Pour savoir quelles lumiegravere coloreacutees le filtre laisse passer il faut lrsquoobserver agrave la lumiegravere

blanche

Le filtre laissera alors passer uniquement les rayons lumineux de sa couleur propre

Par exemple

Un filtre vert laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee verte

Un filtre magenta laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee magenta crsquoest agrave dire les rayons rouge et bleu

Pour connaicirctre la lumiegravere coloreacutee qui ldquosortrdquo du filtre il faut donc

deacutecomposer la lumiegravere qui arrive sur ce filtre et en soustraire les

rayons qui sont absorbeacutes par le filtre On se reacutefegravere alors au modegravele de

la synthegravese soustractive

Image httpswww123couleursfrboutique-shy1filtres-shycolorC3A9s

Tableau reacutecapitulatif

Sciences naturelles Optique les filtres

Modeacutelisation

Nous pouvons modeacuteliser lrsquoaction drsquoun filtre

1 Noter la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur le filtre

2 Deacutecomposer la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur filtre et la coder (en RVB)

3 Repreacutesenter le filtre et coder les rayons absorbeacutes par le filtre 4 Prolonger les rayons lumineux coloreacutes que le filtre laisse passer et les coder (en RVB)

5 Noter la lumiegravere coloreacutee qui sort du filtre

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre magenta sur la lumiegravere blanche

Lorsque plusieurs filtres sont superposeacutes ou aligneacutes il faut modeacuteliser lrsquoaction du premier filtre

sur la lumiegravere projeteacutee puis lrsquoaction du deuxiegraveme filtre sur la lumiegravere qui sort du premier filtre

etc

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre cyan puis drsquoun filtre vert sur la lumiegravere jaune

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

De quelle couleur apparaicirctra un objet de couleur eacuteclaireacute par une lumiegravere coloreacutee

Il y 3 cas

1) Un objet de couleur blanche renvoie toutes les couleurs il apparaicirctra de la couleur eacuteclaireacutee

2) Un objet de couleur noire absorbe toutes les couleurs Peu importe la couleur avec laquelle

lrsquoobjet est eacuteclaireacute lrsquoobjet apparaicirct de couleur noire

3) Pour un objet de couleur il suffit de deacutecomposer les couleurs secondaires par exemple

Jrsquoai un objet jaune

Je lui projette une lumiegravere magenta

Or jaune = rouge + vert

et magenta = bleu + rouge

Le rouge est commun au jaune et au magenta donc lrsquoobjet paraicirctra rouge

En revanche si la lumiegravere est bleue comme il nrsquoy a pas de bleu dans le jaune lrsquoobjet paraicirctra

noir

1

Tableau reacutecapitulatif

1 httpscommunitygoodgamestudioscombigfarmfrdiscussion51685langage-shy‐des-shy‐couleurs

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

Modegravele de reacuteponse

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

______

______

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

______

______

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation avec propositions

de reacuteponses)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

(rouge vert bleu Nous percevons les diffeacuterentes couleurs agrave partir de ces trois couleurs) ________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

(Explication relative aux cocircnes et bacirctonnets de lrsquo‛oeil)

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Corrigeacute vert bleu blanc cyan

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________ (vert)

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________ (bleu)

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________ (aucunenoir)

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

(selon modegravele eacutetudieacute)

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

(les deux selon que lrsquo‛on parle de synthegravese additive ou soustractive)

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

Bleu

______

Bleu

______

Noir

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________ (lumiegravere rouge)

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

Noir

______

Rouge

______

Rouge

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

(Bleu)

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

(selon modegravele eacutetudieacute)

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

(Explication citant la synthegravese soustractive et lrsquo‛effet des lumiegraveres coloreacutees

concerneacutees sur le haut du cambrioleur)

Evaluation - Analyse

Ce commentaire comprend les diffeacuterents objectifs eacutevalueacutes ainsi que ce qui est attendu

preacuteciseacutement des eacutelegraveves et les niveaux taxonomiques correspondants

Ce sont des pistes drsquo‛eacutevaluation qui sont ici proposeacutees non une eacutevaluation suivie

Exercice 1

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- Mettre en lien des notions theacuteoriques apprises en cours (cocircnes et

bacirctonnets de lrsquo‛oeil) avec drsquo‛autres (synthegravese additive)

Lrsquo‛eacutevaluation deacutebute par deux questions au niveau taxonomique peu eacuteleveacute La

premiegravere de lrsquo‛ordre de la compreacutehension demande aux eacutelegraveves de restituer une

connaissance de base agrave lrsquo‛aide de leurs propres mots La deuxiegraveme propose de

tester les connaissances theacuteoriques des eacutelegraveves en veacuterifiant que des liens entre

deux notions aient eacuteteacute faits

Exercice 2

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutedire la couleur perccedilue en fonction des meacutelanges de couleurs RVB

- deacutechiffrer un scheacutema et les codes de la repreacutesentation de la trajectoire

des lumiegraveres coloreacutees

Le deuxiegraveme exercice relegraveve du niveau taxonomique de lrsquo‛application car il

neacutecessite une compreacutehension de la maniegravere de repreacutesenter la lumiegravere (scheacutema de

la trajectoire rectiligne codes de couleurs RVB) et drsquo‛appliquer ce modegravele tout en

utilisant les connaissances des couleurs fondamentales et compleacutementaires de la

synthegravese additive

Exercice 3

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet drsquo‛un filtre sur une lumiegravere coloreacutee agrave lrsquo‛aide des codes

propres agrave lrsquo‛optique

Lrsquo‛exercice 3 relegraveve de lrsquo‛application car les eacutelegraveves se reacutefegraverent agrave la modeacutelisation

eacutetablie durant le cours et au diagramme de Venn de la synthegravese soustractive et

les adaptent aux items preacutesenteacutes

Exercice 4

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- mettre en perspective la distinction entre synthegravese additive et

soustractive en terme de lsquorsquo‛naturersquo‛rsquo‛ de la couleur (couleurs matiegraveres vs

couleurs lumiegraveres)

Cet exercice requiert des eacutelegraveves qursquo‛ils mobilisent leur faculteacute drsquo‛analyse (niveau

taxonomique plutocirct eacuteleveacute) pour expliquer les diffeacuterences entre les

repreacutesentations de la couleur en arts visuels et en physique Le but est qursquo‛ils

reconnaissent qursquo‛il srsquo‛agit dans le premier cas de la synthegravese soustractive et dans

le second cas de la synthegravese additive

Exercice 5

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutevoir la couleur perccedilue drsquo‛un objet en fonction des lumiegraveres coloreacutees

projeteacutees et coder le pheacutenomegravene

Les eacutelegraveves appliquent la modeacutelisation drsquo‛une lumiegravere coloreacutee sur un objet coloreacute

pour deacuteterminer la couleur perccedilue du drapeau franccedilais Cette question fait

reacutefeacuterence agrave un niveau taxonomique bas Puis ils trouvent la lumiegravere coloreacutee qui

permet de voir les deux drapeaux preacutesenteacutes de la mecircme couleur Ils trouveront

cette reacuteponse en modeacutelisant les lumiegraveres coloreacutees sur lrsquo‛objet de couleur

Plusieurs scheacutemas sont neacutecessaires pour trouver la reacuteponse Crsquo‛est une question

taxonomiquement haute qui demande aux eacutelegraveves de faire une synthegravese

Exercice 6

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet de la lumiegravere coloreacutee sur un objet et en deacuteduire la

couleur perccedilue

- justifier sa reacuteponse avec des mots en faisant la synthegravese des diffeacuterents

concepts vus dans la seacutequence de cours

Les eacutelegraveves doivent comprendre ce qursquo‛ils lisent et deacuteterminer la couleur propre du

haut du cambrioleur Cette question est taxonomiquement haute elle demande de

lrsquo‛analyse Puis ils justifient leur reacuteponse par le modegravele de lrsquo‛effet de la lumiegravere

coloreacutee sur un objet Cette question est drsquo‛un niveau taxonomique infeacuterieur

drsquo‛application Finalement ils deacuteterminent pourquoi la description de la jeune fille

ne correspond pas agrave la couleur propre en faisant le lien avec la synthegravese

soustractive demandant un niveau taxonomiquement tregraves eacuteleveacute la synthegravese

Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

4 Argumentation scientifique Nous avons choisi de construire notre seacutequence de cours de maniegravere agrave ce qursquoelle srsquoinscrive dans une deacutemarche constructiviste de type piageacutetienne Dans cette deacutemarche lrsquoenseignant anticipe les conceptions erroneacutees que les eacutelegraveves peuvent avoir puis eacutetablit une situation-shyproblegraveme permettant ideacutealement de deacuteconstruire ces repreacutesentations incomplegravetes puis finalement drsquoen construire de nouvelles plus justes Dans ce qui suit nous allons deacutefinir ces diffeacuterents concepts mis en eacutevidence puis expliciter la maniegravere dont nous les avons pris en compte dans notre planification

41 Les conceptions des eacutelegraveves et les situations-shyproblegravemes

411 Deacutefinitions Conception Selon Giordan et al (1994) une conception ou repreacutesentation peut ecirctre consideacutereacutee comme une ideacutee un objet ou un eacutevegravenement qui aide lrsquoeacutelegraveve agrave comprendre le monde qui lrsquoentoure Elle est le fruit de son expeacuterience personnelle dans laquelle il va puiser pour comprendre les nouveaux savoirs que lrsquoon va chercher agrave lui inculquer Elle peut ecirctre consideacutereacutee comme une connaissance ldquodeacutejagrave-shylagraverdquo acquise dans un certain contexte par lrsquoapprenant et qui peut ecirctre correcte ou erroneacutee Les mauvaises conceptions (ou misconception en anglais) peuvent donc ecirctre deacutecrites comme des ideacutees qui proviennent drsquoune mauvaise compreacutehension drsquoobjets ou eacutevegravenements Elles sont issues principalement de lrsquoenvironnement avec lequel lrsquoeacutelegraveve interagit et du contexte dans lequel il se situe mais elles deacutecoulent eacutegalement des systegravemes seacutemiotiques mis en oeuvre Ces derniers sont abordeacutes plus en deacutetail dans ce qui suit Seacutemiologie En seacutemiologie (lrsquoeacutetude des systegravemes de signes) une repreacutesentation (ou un signe) est double elle est doteacutee drsquoun signifiant et drsquoun signifieacute (de Saussure 1916) Le signifiant qui fait lrsquoobjet de la seacutemiologie deacutesigne la forme et laspect du signe tandis que le signifieacute eacutetudieacute dans le cadre de la seacutemantique deacutesigne le concept eacutevoqueacute par le signe A partir du moment ougrave le signe possegravede plusieurs signifieacutes il devient symbole et crsquoest ainsi que les incompreacutehensions peuvent survenir Selon R Duval (1995) le concept de laquo registre seacutemiotique raquo permet de distinguer les repreacutesentations qui relegravevent de diffeacuterents registres ou types visuels numeacuteriques graphiques symboliques formels scheacutematiques etc En didactique ce concept est fondamental car les diffeacuterences de registre au sein drsquoune mecircme repreacutesentation ou drsquoun

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

modegravele peut induire des difficulteacutes de lecture Ils risquent drsquoajouter des difficulteacutes suppleacutementaires en empecircchant les eacutelegraveves de se focaliser sur le problegraveme poseacute par lrsquoactiviteacute et les menant agrave formuler des conclusions diffeacuterentes de celles attendues par lrsquoenseignant Crsquoest pour cela qursquoun choix pertinent de registre seacutemiotique facilite la compreacutehension du concept introduit Dans notre cours un exemple typique que nous pouvons donner est la forte ressemblance des diagrammes de Venn pour les synthegraveses additive et soustractive Dans les deux modegraveles les diagrammes sont communeacutement scheacutematiseacutes sous forme circulaire De plus bien que inverseacutees au niveau de leurs superpositions les mecircmes couleurs sont repreacutesenteacutees dans les deux diagrammes Ces similitudes peuvent rendre la diffeacuterenciation complexe pour les eacutelegraveves Crsquoest pourquoi nous avons estimeacute important drsquoapporter un changement agrave la repreacutesentation de ces diagrammes Ainsi dans lrsquoune de nos fiches de synthegravese nous avons preacutefeacutereacute utiliser des formes rectangulaires plutocirct que circulaires pour repreacutesenter la synthegravese soustractive car cette forme eacutevoque plus fortement le filtre et ainsi lrsquoabsorption de la lumiegravere Cadre de rationaliteacute origine des conceptions En srsquoappuyant sur les travaux de R Douady (1984) A Lerouge (1992) deacutefinit laquo un cadre de rationaliteacuteraquo comme laquoun ensemble coheacuterent de fonctionnement de la penseacuteeraquo caracteacuteriseacute principalement par les composantes suivantes

1 Les objets du cadre dans notre cas il peut srsquoagir de peinture de feuille de papier de lampes de poche de filtres etc

2 Le type de processus de conceptualisation Dans un cadre scientifique il peut srsquoagir drsquoun processus par modeacutelisation ou par expeacuterimentation par exemple

3 Les registres seacutemiotiques que nous avons traiteacutes plus haut Les conceptions des eacutelegraveves et les conflits de perceptions en reacutesultant sont issus des diffeacuterents cadres de rationaliteacute dans lesquels ils eacutevoluent Ce sont les cadres familiers (personnel) et culturels (eacutecole) qui sont responsable de ces conceptions et repreacutesentations mentales tantocirct concourantes tantocirct inexistantes voire erroneacutees Elles se manifestent principalement agrave travers la seacutemiotique Les eacutelegraveves eacuteprouvent de la difficulteacute agrave repreacutesenter des objets issus de registres seacutemiotiques diffeacuterents ou encore agrave simplement les reconnaicirctre Dans le contexte de notre seacutequence sur les couleurs ces cadres de rationaliteacute sont centraux En effet crsquoest dans son quotidien et donc dans son cadre familier que lrsquoeacutelegraveve va deacutecouvrir la notion de couleur notamment par le biais de la peinture ou drsquoobservation drsquoarc-shyen-shyciel Cette deacutecouverte qui a souvent lieu tregraves tocirct dans la vie de lrsquoenfant ne fera pourtant pas pour autant lrsquoobjet de questionnement sur le pheacutenomegravene de perception des couleurs La notion de cadre culturel ou scolaire quand agrave elle peut ecirctre eacutetendue dans notre cas agrave deux sous-shycateacutegories de cadres culturels diffeacuterents qui vont ecirctre agrave lrsquoorigine de conceptions erroneacutees ou incomplegravetes Premiegraverement il y a le cadre que nous appelons laquo arts visuelsraquo et qui a ses propres regravegles de rationaliteacutes Les cours de dessin ou drsquoactiviteacutes creacuteatrices en sont de parfaits exemples car crsquoest dans ce cadre que les eacutelegraveves vont premiegraverement aborder la

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theacutematique des couleurs primaires et de leurs meacutelanges Mais cette theacutematique est eacutegalement abordeacutee dans le cadre laquophysiqueraquo agrave travers les expeacuteriences de deacutecomposition de la lumiegravere ou de superposition de lumiegraveres coloreacutees Ainsi nous retrouvons trois cadres de rationaliteacute concourants (familier physique arts visuels) dans lesquels les eacutelegraveves eacutevoluent et qui engendrent indubitablement des conceptions erroneacutees sur la lumiegravere et les couleurs puisque les eacutelegraveves ne sont pas ameneacutes agrave les diffeacuterencier dans chacun des cadres Et comme la communication entre les diffeacuterents cadres nrsquoest pas eacutetablie le lien agrave faire entre les diffeacuterentes conceptions issues de ces cadres est agrave la charge de lrsquoeacutelegraveve ce qui repreacutesente une lourde responsabiliteacute dans son apprentissage Astolfi (2008) appelle eacutegalement ces conceptions issues de diffeacuterents cadres des ldquotrames conceptuelles rdquoqui peuvent ecirctre deacutefinies comme ldquoun ensemble de concepts-shycleacutes propres agrave un domaine et logiquement hieacuterarchiseacutes entre eux qui structurent les disciplines et engendrent des situations-shyproblegravemesrdquo Mais encore on verra eacutemerger des problegravemes de contrat didactique dans chacun des cadres lrsquoeacutelegraveve va tenter de donner une reacuteponse qui va satisfaire lrsquoenseignant sans pour autant ecirctre ameneacute agrave confronter ses conceptions

Situation-shyproblegraveme Pour de Vecchi (2006) une situation-shyproblegraveme est une activiteacute qui consiste agrave mettre lrsquoeacutelegraveve dans une situation ougrave il va ecirctre ameneacute agrave eacutelaborer des strateacutegies de reacutesolution de problegraveme Lrsquoun des points cleacutes des situations-shyproblegravemes est qursquoelles eacutetablissent un lien eacutetroit entre les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves En drsquoautres termes une situation-shyproblegraveme est construite de telle sorte que les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave remettre en question des repreacutesentations actuelles qui srsquoavegraverent erroneacutees agrave les deacuteconstruire pour en construire de nouvelles Ainsi dans une deacutemarche de type constructiviste lrsquoeacutelegraveve construit son savoir en renversant ses anciennes conceptions Une situation-shyproblegraveme nrsquoest donc pas une deacutemarche ponctuelle dans laquelle lrsquoeacutelegraveve devra reacutesoudre une liste drsquoexercices teacuteleacuteguideacutee par lrsquoenseignant Ce qui justifie lrsquoefficaciteacute des situations problegravemes est qursquo laquoapprendreraquo ne consiste pas agrave cumuler les savoirs mais agrave en construire et agrave en deacuteconstruire

Une situation-shyproblegraveme doit comprendre plusieurs eacuteleacutements

-shy Un objectif-shyobstacle Pour Meirieu (1987) un objectif-shyobstacle est ldquoun objectif dont lrsquoacquisition permet au sujet de franchir un palier deacutecisif de progression en modifiant son systegraveme de repreacutesentation et en le faisant acceacuteder un niveau supeacuterieur de formulation rdquo Dans notre cas lrsquoeacutelegraveve pense que tous les meacutelanges de 3 couleurs primaires (de peinture ou de lumiegravere) vont donner le mecircme reacutesultat La distinction entre synthegraveses additive et soustractive nrsquoest pas connue des eacutelegraveves De plus projeter de la lumiegravere monochromatique sur un objet drsquoune certaine couleur ne donne pas toujours la mecircme couleur Lrsquoexemple avec le drapeau (activiteacute 4) est parlant

-shy Une situation centreacutee sur cet obstacle prenant en compte une deacutemarche expeacuterimentale ou une deacutemarche de modeacutelisation Dans notre cours les deux deacutemarches sont mises en oeuvre mais notre deacutemarche principale est la modeacutelisation Les eacutelegraveves vont effectivement ecirctre ameneacutes agrave eacutemettre des hypothegraveses manipuler reacutecolter des reacutesultats et les confronter agrave

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

leurs hypothegraveses mais il srsquoagit surtout drsquoune deacutemarche de modeacutelisation car les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave creacuteer des scheacutemas dans plusieurs exercices

-shy Une probleacutematisation et la deacutevolution on probleacutematise la conception erroneacutee en introduisant une situation-shyproblegraveme crsquoest-shyagrave-shydire qursquoon construit un problegraveme centreacute sur lrsquoobstacle La surprise face agrave une situation incoheacuterente va intriguer lrsquoeacutelegraveve exciter sa motivation et le pousser agrave vouloir srsquoimpliquer dans le problegraveme ce qui va aider sa deacutevolution Brousseau (1998) qualifie la notion de deacutevolution par le ldquo processus par lequel lenseignant parvient agrave placer leacutelegraveve comme simple actant dans une situation a-shydidactique (agrave modegravele non didactique) Il cherche par lagrave agrave ce que lrsquoaction de lrsquoeacutelegraveve ne soit produite et justifieacutee que par les neacutecessiteacutes du milieu et par ses connaissances et non par lrsquointerpreacutetation des proceacutedeacutes didactiques du professeurrdquo Pour enrocircler les eacutelegraveves et les aider agrave identifier la probleacutematique en met on place une situation deacuteclenchante Dans notre cas lrsquoexemple avec le meacutelange de peinture et de lumiegraveres coloreacutees est un parfait exemple de situation deacuteclenchante car les eacutelegraveves ne sattendent probablement pas par exemple agrave ce que le meacutelange de vert et bleu donne du cyan ou encore qursquoon perccediloive un citron noir lorsque lrsquoon projette de la lumiegravere bleue sur ce celui-shyci

412 La prise en compte des conceptions des eacutelegraveves dans notre seacutequence La theacutematique de la lumiegravere et des couleurs est complexe et comprend de nombreux concepts difficiles agrave assimiler En effet bon nombre de personnes ont des repreacutesentations erroneacutees qui peuvent rester profondeacutement ancreacutees Parmi les conceptions erroneacutees les plus communes on retrouve selon le site internet des MER

La lumiegravere blanche est sans couleur pure quand la lumiegravere blanche passe dans un prisme ou traverse un filtre de la couleur lui est ajouteacutee

La lumiegravere blanche nous permet de voir la vraie couleur des objets laquoMa feuille est blanche parce que je nai pas ajouteacute dautres couleurs agrave celle-shyciraquo

Les couleurs sont lieacutees agrave des proprieacuteteacutes de lrsquoobjet exclusivement sans reacutefeacuterence agrave la lumiegravere qui eacuteclaire lrsquoobjet Ne dit-shyon pas quun pull est rouge

Confusion entre les couleurs primaires en couleur peinture et en couleur lumiegravere

Dans notre planification nous avons anticipeacute ces conceptions et avons construit notre cours de maniegravere agrave ce qursquoelles soient mises en eacutevidence le plus tocirct possible afin de tenter de les deacuteconstruire agrave travers nos activiteacutes

Ainsi degraves deacutebut de lrsquoactiviteacute 2 les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave une situation-shyproblegraveme dans laquelle ils comprennent qursquoil existe une contradiction entre leur conception de deacutepart sur les meacutelanges de couleurs (issue de leurs cadres de rationaliteacute familier et scolaire lsquorsquoart visuelrsquorsquo) et leurs observations (nouveau cadre lsquorsquophysiquersquorsquo) Crsquoest sur la base de ce conflit cognitif que les diffeacuterentes notions de la seacutequence pourront ecirctre abordeacutees Les autres conceptions sont mises en eacutevidence puis deacuteconstruites agrave travers les diffeacuterentes activiteacutes Par exemple les

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

activiteacutes du chapitre 3 permettent de montrer que la lumiegravere blanche nrsquoest pas pure mais qursquoelle est composeacutee de toutes les couleurs et ce gracircce agrave lrsquoobservation des objets agrave la lumiegravere blanche puis agrave travers un filtre

De plus lrsquoactiviteacute 3 srsquoarticule autour drsquoune conception erroneacutee repeacutereacutee dans certaines classes Bon nombre drsquoeacutelegraveves eacutetaient persuadeacutes qursquoun filtre ne laissait pas passer les lumiegraveres de sa couleur propre car crsquoest la couleur dont est perccedilue le filtre Un conflit cognitif est alors provoqueacute afin de deacuteconstruire cette conception les eacutelegraveves observent que la lumiegravere coloreacutee nrsquoest pas absorbeacutee par le filtre mais qursquoelle se propage bien jusqursquoagrave lrsquoeacutecran blanc

En introduction de lrsquoactiviteacute 4 une nouvelle situation-shyproblegraveme est preacutesenteacutee par le biais drsquoune image montrant que la couleur drsquoun objet peut varier en fonction de la lumiegravere coloreacutee par laquelle il est eacuteclaireacute Elle servira agrave provoquer un conflit cognitif chez les eacutelegraveves car cette situation intervient apregraves une phase drsquohypothegravese reacutepondant agrave la question suivante un objet peut-shyil avoir diffeacuterentes couleurs La reacuteponse donneacutee par lrsquoimage contredira probablement lrsquohypothegravese preacuteceacutedemment formuleacutee et devrait susciter de la curiositeacute chez lrsquoeacutelegraveve et lui donner lrsquoenvie de comprendre le pheacutenomegravene Nous deacutemontrons ensuite tout au long de lrsquoactiviteacute 4 sur les lumiegraveres coloreacutees que crsquoest le pheacutenomegravene drsquoabsorption et de reacuteflection de la lumiegravere qui nous permet de voir la couleur des objets et non pas la lumiegravere blanche Crsquoest donc par le biais de ces deacuteconstructions successives de conceptions que lrsquoenseignant peut guider les eacutelegraveves sur la voie de la reacutesolution du problegraveme de lrsquoorigine de ces contradictions dans le but drsquoeacutetablir le lien entre les diffeacuterents cadres de rationaliteacute

42 Modeacutelisation

421 Deacutefinition

Un modegravele est communeacutement deacutefini comme un objet ou un concept qui va permettre de repreacutesenter la reacutealiteacute de diffeacuterentes maniegraveres Bunge (1974) ou encore Martinand (1994) le deacutefinissent eacutegalement comme un moyen permettant de mettre en relation le monde theacuteorique avec le monde empirique Il peut ecirctre consideacutereacute en quelque sorte comme un monde intermeacutediaire ou une sorte de lunette conceptuelle (Halloun 2004) qui va permettre drsquoobserver des pheacutenomegravenes naturels Un modegravele ne constitue pas la reacutealiteacute mais la repreacutesente en simplifiant certains de ses aspects ce qui peut causer des conflits pour les repreacutesentations cognitives chez lrsquoeacutelegraveve

422 La modeacutelisation dans notre seacutequence Dans notre planification la modeacutelisation est centrale afin de conceptualiser des pheacutenomegravenes complexes comme la composition de la lumiegravere et la perception des couleurs Elle est lrsquooutil qui permet drsquoamener les eacutelegraveves agrave se faccedilonner une repreacutesentation de la deacutecomposition de la lumiegravere blanche de labsorption de la lumiegravere agrave travers les filtres et des synthegraveses additive et soustractive des couleurs

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

De plus elle constitue un objectif de formation meacutethodologique qui va de pair avec toute formation scientifique Crsquoest pourquoi nous avons inclus la modeacutelisation dans les objectifs drsquoapprentissage Dans la terminologie du PER la modeacutelisation correspond agrave lrsquoobjectif geacuteneacuteral MSN37

bull MSN 1525 mdash Modeacuteliser des pheacutenomegravenes naturels techniques sociaux ou des situations matheacutematiques

bull en imaginant et en utilisant divers outils de repreacutesentation (codes scheacutemas graphiques tableauxhellip)

Lrsquoactiviteacute 2 propose aux eacutelegraveves de reporter les couleurs observeacutees sur trois cercles superposeacutes En les coloriant les eacutelegraveves reacutealisent en reacutealiteacute une forme simple de modeacutelisation par un diagramme de Venn de la synthegravese additive Il nous a sembleacute pertinent drsquointroduire ce scheacutema de cette maniegravere car ainsi les eacutelegraveves comprennent reacuteellement qursquoil correspond agrave la lumiegravere projeteacutee et superposeacutee sur un eacutecran En derniegravere partie drsquoactiviteacute les eacutelegraveves se familiarisent avec un logiciel de modeacutelisation de la synthegravese additive 3

Lrsquoutilisation drsquoun modegravele dans ce cas est indispensable pour des raisons pratiques Il serait en effet tregraves difficile de faire des observations similaires avec un dispositif reacuteel constitueacute de projecteurs et drsquoun eacutecran comme dans la premiegravere partie drsquoactiviteacute Nous avons veilleacute agrave choisir un logiciel simple drsquousage sur lequel seules deux manipulations sont possibles allumereacuteteindre les projecteurs et varier leurs intensiteacutes Ainsi il est possible pour les eacutelegraveves de faire rapidement et sans difficulteacutes de lrsquoordre du registre seacutemiotique la deacuteduction attendue les diffeacuterentes couleurs srsquoobtiennent par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

Dans lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves sont ameneacutes agrave modeacuteliser lrsquoeffet drsquoun filtre sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee Ils ancrent ainsi le fonctionnement drsquoun filtre dans leur apprentissage et deacuteveloppent une meacutethodologie systeacutematique dans la reacutesolution de problegravemes mettant en scegravene des filtres Gracircce au modegravele deacuteveloppeacute les eacutelegraveves deacuteconstruisent deacutefinitivement leur eacuteventuelle conception erroneacutee selon laquelle un filtre absorberait sa propre couleur Lrsquoactiviteacute 43 a pour but que les eacutelegraveves modeacutelisent les pheacutenomegravenes de reacutefraction et drsquoabsorption en justifiant leur reacuteponse par un modegravele de reacuteponse Ce dernier comprend les couleurs RVB qui se reflegravetent ou qui sont absorbeacutees par une surface Ainsi lrsquoeacutelegraveve peut trouver une meacutethode systeacutematique de reacuteponse en testant les diffeacuterentes couleurs Gracircce agrave cette modeacutelisation et agrave celle de lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves comprennent que les fonctionnements des filtres et des lumiegraveres coloreacutees sont fondeacutes sur le mecircme principe

3(httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

43 Deacutemarche expeacuterimentale

431 Deacutefinition Pour de Vecchi il est important de ne pas confondre les notions lieacutees agrave lrsquoexpeacuterimental qui sont les suivantes

-shy Une deacutemarche scientifique nrsquoest pas exclusive au domaine des sciences expeacuterimentales mais peut aussi ecirctre mobiliseacutee dans les sciences humaines socialeshellip Elle utilise drsquoautres outils que lrsquoexpeacuterimentale Toute recherche digne de ce nom est de nature scientifique

-shy La meacutethode expeacuterimentale eacutequivaut plutocirct agrave un plan agrave suivre un mode drsquoemploi ou agrave une marche agrave suivre qui suit un ordre strict que lrsquoon peut aussi appeler protocole Par exemple parmi les plus ceacutelegravebres protocoles nous retrouvons celui de Claude Bernard (1865) que lrsquoon abregravege par les initiales OHERIC qui correspondent agrave observation hypothegravese expeacuterience reacutesultats interpreacutetation et conclusion De maniegravere geacuteneacuterale il srsquoagit du protocole caricatural que lrsquoon emploie le plus souvent dans les salles de classes

-shy Une deacutemarche expeacuterimentale est une approche plus reacutealiste moins stricte et integravegre

une approche plus tacirctonnante Il nrsquoest pas constitueacute drsquoeacutetapes preacutedeacutetermineacutees et est donc moins affecteacutee par les directives de lrsquoenseignant Il peut donc laisser des liberteacutes dans la maniegravere de reacutesoudre le problegraveme

432 La deacutemarche expeacuterimentale dans notre seacutequence Dans notre seacutequence la meacutethode expeacuterimentale est preacutesente de maniegravere partielle du scheacutema caricatural OHERIC nous nous inteacuteressons en particulier aux phases drsquoobservation et drsquoeacutemission drsquohypothegraveses Crsquoest pourquoi nous parlons donc plutocirct de ldquodeacutemarche expeacuterimentalerdquo En effet tout au long des diffeacuterentes activiteacutes il est reacuteguliegraverement demandeacute aux eacutelegraveves de formuler une hypothegravese agrave partir de leurs connaissances au preacutealable puis de faire de nouvelles observations en contexte expeacuterimental Crsquoest sur la base de ces derniegraveres qursquoils pourront reacutealiser leurs deacuteductions sur le pheacutenomegravene en question et construire de nouvelles conceptions Dans lrsquoactiviteacute 2 ce type de deacutemarche est central pour la creacuteation de la premiegravere situation-shyproblegraveme Par la suite la deacutemarche permet de guider les eacutelegraveves dans le processus de deacuteduction du fonctionnement geacuteneacuteral des diffeacuterents pheacutenomegravenes Dans lrsquoactiviteacute 41 par exemple les pheacutenomegravenes agrave deacuteduire sont la synthegravese soustractive et le fonctionnement de la lumiegravere coloreacutee Lrsquoemploi drsquoobjets familiers permet un ancrage dans le quotidien

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Dans lrsquoactiviteacute 3 lrsquoeacutetude de lrsquoeffet des filtres constitue agrave son tour un deacutemarche expeacuterimentale En effet les eacutelegraveves doivent tout drsquoabord eacutemettre leurs hypothegraveses puis les veacuterifient par lrsquoexpeacuterimentation et ses reacutesultats provoquant probablement un conflit cognitif avant drsquoen conclure lrsquoeffet drsquoun filtre Dans lrsquoactiviteacute 42 nous retrouvons toujours le mecircme principe de deacutemarche expeacuterimentale Les eacutelegraveves formulent des hypothegraveses sur la couleur perccedilue de diffeacuterents mots coloreacutes eacuteclaireacutes par une lumiegravere coloreacutee puis les veacuterifient lors de la phase drsquoobservation La confrontation entre leurs attentes lieacutees agrave leurs conceptions et la reacutealiteacute creacutee le conflit cognitif rechercheacute

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

5 Conclusion Pour seacutelectionner notre thegraveme et eacutelaborer notre seacutequence nous nous sommes fondeacutes sur les objectifs du PER et crsquoest sur lrsquooptique que notre choix srsquoest porteacute Le savoir savant auquel nous nous sommes reacutefeacutereacutes comprend principalement des concepts lieacutes agrave la lumiegravere tels que les photons les ondes eacutelectromagneacutetiques ainsi que les spectres drsquoeacutemission et drsquoabsorption Nous avons transposeacute ce savoir en un savoir enseignable par le biais drsquoun travail de contextualisation et de reacuteadaptation Nous avons eacuteteacute ameneacutes agrave remplacer des modegraveles scientifiques (par exemple les modegraveles de synthegraveses additive et soustractive) par des modegraveles accessibles agrave un niveau scolaire et agrave changer les conditions drsquoeacutemergence des problegravemes Ainsi notre travail de transposition consistait agrave montrer aux eacutelegraveves la partie eacutemergeacutee de lrsquoiceberg du concept de couleur le reacutesultat apparent plutocirct que lrsquoorigine eacutelectromagneacutetique Tout au long de la seacutequence et par le biais de situations-shyproblegravemes et de diffeacuterentes eacutetapes de reacutesolution des activiteacutes les eacutelegraveves ont eacuteteacute guideacutes dans le processus de construction de leur apprentissage En nous focalisant sur les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves nous avons eacutelaboreacute nos exercices de maniegravere agrave proposer des situations deacuteclenchantes afin de faciliter le transfert de la responsabiliteacute de la reacutesolution des problegravemes aux eacutelegraveves Cette derniegravere srsquoeffectue par des deacutemarches drsquoexpeacuterimentation mais surtout de modeacutelisation

Dans notre sceacutenario les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave deux types de donneacutees theacuteoriques et empiriques Drsquoune part ils ont agrave disposition deux theacuteories principales la premiegravere est que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs de lrsquoarc-shyen-shyciel tandis que la seconde deacutecrit l a maniegravere dont la couleur drsquoun objet deacutepend des couleurs qursquoil va absorber Drsquoautre part ils disposent de donneacutees empiriques qursquoils sont ameneacutes agrave reacutecolter en superposant des lumiegraveres de diffeacuterentes couleurs en meacutelangeant de la peinture et en projetant de la lumiegravere coloreacutee sur diffeacuterents objets coloreacutes Dans le cadre drsquoune deacutemarche drsquoexpeacuterimentation ils ont eacutemis des hypothegraveses observeacute manipuleacute du mateacuteriel utiliseacute des appliquettes en ligne et veacuterifieacute leurs reacutesultats Crsquoest ainsi les modegraveles que nous avons preacutesenteacutes et que les eacutelegraveves ont eacutelaboreacutes vont ecirctre des ponts qui vont relier le monde theacuteorique et le monde empirique Par ailleurs nous avons eacuteteacute attentifs agrave la seacutemiotique lors de nos choix des repreacutesentations utiliseacutees nous nous sommes reacutefeacutereacutes agrave la notion de registre seacutemiotique afin drsquoeacutelaborer des scheacutemas nrsquoengendrant pas de difficulteacutes de lecture chez les eacutelegraveves

Nous avons analyseacute lrsquoorigine des conceptions erroneacutees et avons remarqueacute qursquoelles eacutetaient principalement dues agrave des repreacutesentations concourantes engendreacutees par les diffeacuterents contextes et cadres de rationaliteacutes dans lesquelles les eacutelegraveves eacutevoluent Notre sceacutenario permet aux eacutelegraveves drsquoeacutetablir des liens entre ces diffeacuterents cadres et de construire une nouvelle repreacutesentation de la couleur celle drsquoun objet de la physique

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

6 Bibliographie

Astolfi J Ginsburger-shyVogel Y amp Toussaint J (2008) Mots-shycleacutes de la didactique des sciences De Boeck Supeacuterieur Beaufils D Ramage M-shyJ DidaScO (2004) Simulation informatique et enseignement de la physique regards didactiques Universiteacute Paris-shySud Centre scientifique drsquoOrsay -shy 91405 Orsay Cedex Brahic A Grenier I ( 2008) Lumiegraveres deacutetoiles les couleurs invisibles Odile Jacob Brousseau G (1998) Glossaire de quelques concepts de la theacuteorie des situations didactiques en matheacutematiques DAEST-shy Faculteacute des Sciences de lHomme-shyUniversiteacute Victor Segalen Bordeaux 2 Bunge M (1975) Philosophie de la physique Paris France Editions du Seuil Chevallard Y amp Johsua M-shyA (1986) Transposition didactique  Du savoir savant au savoir enseigneacute -shy Un exemple drsquoanalyse de la transposition didactique Penseacutee sauvage Chevallard Y A du texte Chevallard Y A du texte Chevallard Y amp Johsua M-shyA A du texte (1991) La transposition didactique  du savoir savant au savoir enseigneacute Suivi de Un exemple de la transposition didactique ([2e eacuted revue et augm]) Yves Chevallard  Yves Chevallard et Marie-shyAlberte Johsua [texte imprimeacute] Retrieved October 19 2016 de Vecchi G (2006) Enseigner lrsquoexpeacuterimental en classe  Pour une veacuteritable eacuteducation scientifique Hachette Editions (p 221-shy229) de Vecchi G (2006) Enseigner lrsquoexpeacuterimental en classe  Pour une veacuteritable eacuteducation scientifique Hachette Editions (p 55 -shy65) de Saussure F (2005) Cours de linguistique geacuteneacuterale Arbres drsquoOr Develay M (1987) A propos de la transposition didactique en sciences biologiques Aster [ISSN 0297-shy9373] 1987 Ndeg 4 p 119 Duval R (1988) Eacutecarts seacutemantiques et coheacuterence matheacutematique introduction aux problegravemes de congruences in Annales de Didactique et de Sciences Cognitives de lIREM de Strasbourg Giordan A Girault Y et Clement P (1994) Conceptions et connaissance Peter Lang Halloun I A (2004) Modeling theory in science education Dordrecht Holland Kluwer Academic Publishers Kane J Sternheim M (1989) Cours QCM exemple et exercices corrigeacutes -shy 1er cycle Licence PCEM PCEP Physique 3egraveme eacutedition revue par Philipe Ghosez Maryse Hoebeke et Gabriel Llabreacutes DUNOD Lerouge A (1992) Repreacutesentation carteacutesienne rationaliteacute matheacutematique et rationaliteacute du quotidien chez des eacutelegraveves de collegravege Thegravese de doctorat Universiteacute Montpellier II Malafosse D Lerouge A Dusseau J-shyM (2000) Notions de registre et de cadre de rationaliteacute en inter-shydidactique des matheacutematiques et de la physiqu e Treacutema Martinand J-shyL (nd) Introduction agrave la modeacutelisation In Actes du seacuteminaire de didactique des disciplines technologiques Cachan (p 126ndash138)

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Meirieu P Avanzin Gi (1987) Apprendre oui mais comment Edition ESF Verret M (1975) Le temps des eacutetudes (Vols 1ndash2) Lille France Atelier Reproduction des thegraveses

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Page 48: Physique Optique Lescouleurs · Sciences naturelles Les couleurs 10 11 Harmos 1.Introduction Comme nous allons le détailler dans le chapitre 4, les conceptions erronées des élèves

Sciences naturelles Optique les filtres

Qursquoest-shyce qursquoun filtre coloreacute et comment fonctionne-shyt-shyil

Un filtre est un dispositif qui permet de filtrer la lumiegravere de laisser passer certains rayons

lumineux et drsquoen absorber drsquoautres

Pour savoir quelles lumiegravere coloreacutees le filtre laisse passer il faut lrsquoobserver agrave la lumiegravere

blanche

Le filtre laissera alors passer uniquement les rayons lumineux de sa couleur propre

Par exemple

Un filtre vert laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee verte

Un filtre magenta laissera passer uniquement les rayons de lumiegravere

coloreacutee magenta crsquoest agrave dire les rayons rouge et bleu

Pour connaicirctre la lumiegravere coloreacutee qui ldquosortrdquo du filtre il faut donc

deacutecomposer la lumiegravere qui arrive sur ce filtre et en soustraire les

rayons qui sont absorbeacutes par le filtre On se reacutefegravere alors au modegravele de

la synthegravese soustractive

Image httpswww123couleursfrboutique-shy1filtres-shycolorC3A9s

Tableau reacutecapitulatif

Sciences naturelles Optique les filtres

Modeacutelisation

Nous pouvons modeacuteliser lrsquoaction drsquoun filtre

1 Noter la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur le filtre

2 Deacutecomposer la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur filtre et la coder (en RVB)

3 Repreacutesenter le filtre et coder les rayons absorbeacutes par le filtre 4 Prolonger les rayons lumineux coloreacutes que le filtre laisse passer et les coder (en RVB)

5 Noter la lumiegravere coloreacutee qui sort du filtre

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre magenta sur la lumiegravere blanche

Lorsque plusieurs filtres sont superposeacutes ou aligneacutes il faut modeacuteliser lrsquoaction du premier filtre

sur la lumiegravere projeteacutee puis lrsquoaction du deuxiegraveme filtre sur la lumiegravere qui sort du premier filtre

etc

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre cyan puis drsquoun filtre vert sur la lumiegravere jaune

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

De quelle couleur apparaicirctra un objet de couleur eacuteclaireacute par une lumiegravere coloreacutee

Il y 3 cas

1) Un objet de couleur blanche renvoie toutes les couleurs il apparaicirctra de la couleur eacuteclaireacutee

2) Un objet de couleur noire absorbe toutes les couleurs Peu importe la couleur avec laquelle

lrsquoobjet est eacuteclaireacute lrsquoobjet apparaicirct de couleur noire

3) Pour un objet de couleur il suffit de deacutecomposer les couleurs secondaires par exemple

Jrsquoai un objet jaune

Je lui projette une lumiegravere magenta

Or jaune = rouge + vert

et magenta = bleu + rouge

Le rouge est commun au jaune et au magenta donc lrsquoobjet paraicirctra rouge

En revanche si la lumiegravere est bleue comme il nrsquoy a pas de bleu dans le jaune lrsquoobjet paraicirctra

noir

1

Tableau reacutecapitulatif

1 httpscommunitygoodgamestudioscombigfarmfrdiscussion51685langage-shy‐des-shy‐couleurs

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

Modegravele de reacuteponse

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

______

______

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

______

______

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation avec propositions

de reacuteponses)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

(rouge vert bleu Nous percevons les diffeacuterentes couleurs agrave partir de ces trois couleurs) ________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

(Explication relative aux cocircnes et bacirctonnets de lrsquo‛oeil)

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Corrigeacute vert bleu blanc cyan

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________ (vert)

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________ (bleu)

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________ (aucunenoir)

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

(selon modegravele eacutetudieacute)

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

(les deux selon que lrsquo‛on parle de synthegravese additive ou soustractive)

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

Bleu

______

Bleu

______

Noir

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________ (lumiegravere rouge)

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

Noir

______

Rouge

______

Rouge

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

(Bleu)

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

(selon modegravele eacutetudieacute)

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

(Explication citant la synthegravese soustractive et lrsquo‛effet des lumiegraveres coloreacutees

concerneacutees sur le haut du cambrioleur)

Evaluation - Analyse

Ce commentaire comprend les diffeacuterents objectifs eacutevalueacutes ainsi que ce qui est attendu

preacuteciseacutement des eacutelegraveves et les niveaux taxonomiques correspondants

Ce sont des pistes drsquo‛eacutevaluation qui sont ici proposeacutees non une eacutevaluation suivie

Exercice 1

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- Mettre en lien des notions theacuteoriques apprises en cours (cocircnes et

bacirctonnets de lrsquo‛oeil) avec drsquo‛autres (synthegravese additive)

Lrsquo‛eacutevaluation deacutebute par deux questions au niveau taxonomique peu eacuteleveacute La

premiegravere de lrsquo‛ordre de la compreacutehension demande aux eacutelegraveves de restituer une

connaissance de base agrave lrsquo‛aide de leurs propres mots La deuxiegraveme propose de

tester les connaissances theacuteoriques des eacutelegraveves en veacuterifiant que des liens entre

deux notions aient eacuteteacute faits

Exercice 2

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutedire la couleur perccedilue en fonction des meacutelanges de couleurs RVB

- deacutechiffrer un scheacutema et les codes de la repreacutesentation de la trajectoire

des lumiegraveres coloreacutees

Le deuxiegraveme exercice relegraveve du niveau taxonomique de lrsquo‛application car il

neacutecessite une compreacutehension de la maniegravere de repreacutesenter la lumiegravere (scheacutema de

la trajectoire rectiligne codes de couleurs RVB) et drsquo‛appliquer ce modegravele tout en

utilisant les connaissances des couleurs fondamentales et compleacutementaires de la

synthegravese additive

Exercice 3

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet drsquo‛un filtre sur une lumiegravere coloreacutee agrave lrsquo‛aide des codes

propres agrave lrsquo‛optique

Lrsquo‛exercice 3 relegraveve de lrsquo‛application car les eacutelegraveves se reacutefegraverent agrave la modeacutelisation

eacutetablie durant le cours et au diagramme de Venn de la synthegravese soustractive et

les adaptent aux items preacutesenteacutes

Exercice 4

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- mettre en perspective la distinction entre synthegravese additive et

soustractive en terme de lsquorsquo‛naturersquo‛rsquo‛ de la couleur (couleurs matiegraveres vs

couleurs lumiegraveres)

Cet exercice requiert des eacutelegraveves qursquo‛ils mobilisent leur faculteacute drsquo‛analyse (niveau

taxonomique plutocirct eacuteleveacute) pour expliquer les diffeacuterences entre les

repreacutesentations de la couleur en arts visuels et en physique Le but est qursquo‛ils

reconnaissent qursquo‛il srsquo‛agit dans le premier cas de la synthegravese soustractive et dans

le second cas de la synthegravese additive

Exercice 5

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutevoir la couleur perccedilue drsquo‛un objet en fonction des lumiegraveres coloreacutees

projeteacutees et coder le pheacutenomegravene

Les eacutelegraveves appliquent la modeacutelisation drsquo‛une lumiegravere coloreacutee sur un objet coloreacute

pour deacuteterminer la couleur perccedilue du drapeau franccedilais Cette question fait

reacutefeacuterence agrave un niveau taxonomique bas Puis ils trouvent la lumiegravere coloreacutee qui

permet de voir les deux drapeaux preacutesenteacutes de la mecircme couleur Ils trouveront

cette reacuteponse en modeacutelisant les lumiegraveres coloreacutees sur lrsquo‛objet de couleur

Plusieurs scheacutemas sont neacutecessaires pour trouver la reacuteponse Crsquo‛est une question

taxonomiquement haute qui demande aux eacutelegraveves de faire une synthegravese

Exercice 6

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet de la lumiegravere coloreacutee sur un objet et en deacuteduire la

couleur perccedilue

- justifier sa reacuteponse avec des mots en faisant la synthegravese des diffeacuterents

concepts vus dans la seacutequence de cours

Les eacutelegraveves doivent comprendre ce qursquo‛ils lisent et deacuteterminer la couleur propre du

haut du cambrioleur Cette question est taxonomiquement haute elle demande de

lrsquo‛analyse Puis ils justifient leur reacuteponse par le modegravele de lrsquo‛effet de la lumiegravere

coloreacutee sur un objet Cette question est drsquo‛un niveau taxonomique infeacuterieur

drsquo‛application Finalement ils deacuteterminent pourquoi la description de la jeune fille

ne correspond pas agrave la couleur propre en faisant le lien avec la synthegravese

soustractive demandant un niveau taxonomiquement tregraves eacuteleveacute la synthegravese

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4 Argumentation scientifique Nous avons choisi de construire notre seacutequence de cours de maniegravere agrave ce qursquoelle srsquoinscrive dans une deacutemarche constructiviste de type piageacutetienne Dans cette deacutemarche lrsquoenseignant anticipe les conceptions erroneacutees que les eacutelegraveves peuvent avoir puis eacutetablit une situation-shyproblegraveme permettant ideacutealement de deacuteconstruire ces repreacutesentations incomplegravetes puis finalement drsquoen construire de nouvelles plus justes Dans ce qui suit nous allons deacutefinir ces diffeacuterents concepts mis en eacutevidence puis expliciter la maniegravere dont nous les avons pris en compte dans notre planification

41 Les conceptions des eacutelegraveves et les situations-shyproblegravemes

411 Deacutefinitions Conception Selon Giordan et al (1994) une conception ou repreacutesentation peut ecirctre consideacutereacutee comme une ideacutee un objet ou un eacutevegravenement qui aide lrsquoeacutelegraveve agrave comprendre le monde qui lrsquoentoure Elle est le fruit de son expeacuterience personnelle dans laquelle il va puiser pour comprendre les nouveaux savoirs que lrsquoon va chercher agrave lui inculquer Elle peut ecirctre consideacutereacutee comme une connaissance ldquodeacutejagrave-shylagraverdquo acquise dans un certain contexte par lrsquoapprenant et qui peut ecirctre correcte ou erroneacutee Les mauvaises conceptions (ou misconception en anglais) peuvent donc ecirctre deacutecrites comme des ideacutees qui proviennent drsquoune mauvaise compreacutehension drsquoobjets ou eacutevegravenements Elles sont issues principalement de lrsquoenvironnement avec lequel lrsquoeacutelegraveve interagit et du contexte dans lequel il se situe mais elles deacutecoulent eacutegalement des systegravemes seacutemiotiques mis en oeuvre Ces derniers sont abordeacutes plus en deacutetail dans ce qui suit Seacutemiologie En seacutemiologie (lrsquoeacutetude des systegravemes de signes) une repreacutesentation (ou un signe) est double elle est doteacutee drsquoun signifiant et drsquoun signifieacute (de Saussure 1916) Le signifiant qui fait lrsquoobjet de la seacutemiologie deacutesigne la forme et laspect du signe tandis que le signifieacute eacutetudieacute dans le cadre de la seacutemantique deacutesigne le concept eacutevoqueacute par le signe A partir du moment ougrave le signe possegravede plusieurs signifieacutes il devient symbole et crsquoest ainsi que les incompreacutehensions peuvent survenir Selon R Duval (1995) le concept de laquo registre seacutemiotique raquo permet de distinguer les repreacutesentations qui relegravevent de diffeacuterents registres ou types visuels numeacuteriques graphiques symboliques formels scheacutematiques etc En didactique ce concept est fondamental car les diffeacuterences de registre au sein drsquoune mecircme repreacutesentation ou drsquoun

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modegravele peut induire des difficulteacutes de lecture Ils risquent drsquoajouter des difficulteacutes suppleacutementaires en empecircchant les eacutelegraveves de se focaliser sur le problegraveme poseacute par lrsquoactiviteacute et les menant agrave formuler des conclusions diffeacuterentes de celles attendues par lrsquoenseignant Crsquoest pour cela qursquoun choix pertinent de registre seacutemiotique facilite la compreacutehension du concept introduit Dans notre cours un exemple typique que nous pouvons donner est la forte ressemblance des diagrammes de Venn pour les synthegraveses additive et soustractive Dans les deux modegraveles les diagrammes sont communeacutement scheacutematiseacutes sous forme circulaire De plus bien que inverseacutees au niveau de leurs superpositions les mecircmes couleurs sont repreacutesenteacutees dans les deux diagrammes Ces similitudes peuvent rendre la diffeacuterenciation complexe pour les eacutelegraveves Crsquoest pourquoi nous avons estimeacute important drsquoapporter un changement agrave la repreacutesentation de ces diagrammes Ainsi dans lrsquoune de nos fiches de synthegravese nous avons preacutefeacutereacute utiliser des formes rectangulaires plutocirct que circulaires pour repreacutesenter la synthegravese soustractive car cette forme eacutevoque plus fortement le filtre et ainsi lrsquoabsorption de la lumiegravere Cadre de rationaliteacute origine des conceptions En srsquoappuyant sur les travaux de R Douady (1984) A Lerouge (1992) deacutefinit laquo un cadre de rationaliteacuteraquo comme laquoun ensemble coheacuterent de fonctionnement de la penseacuteeraquo caracteacuteriseacute principalement par les composantes suivantes

1 Les objets du cadre dans notre cas il peut srsquoagir de peinture de feuille de papier de lampes de poche de filtres etc

2 Le type de processus de conceptualisation Dans un cadre scientifique il peut srsquoagir drsquoun processus par modeacutelisation ou par expeacuterimentation par exemple

3 Les registres seacutemiotiques que nous avons traiteacutes plus haut Les conceptions des eacutelegraveves et les conflits de perceptions en reacutesultant sont issus des diffeacuterents cadres de rationaliteacute dans lesquels ils eacutevoluent Ce sont les cadres familiers (personnel) et culturels (eacutecole) qui sont responsable de ces conceptions et repreacutesentations mentales tantocirct concourantes tantocirct inexistantes voire erroneacutees Elles se manifestent principalement agrave travers la seacutemiotique Les eacutelegraveves eacuteprouvent de la difficulteacute agrave repreacutesenter des objets issus de registres seacutemiotiques diffeacuterents ou encore agrave simplement les reconnaicirctre Dans le contexte de notre seacutequence sur les couleurs ces cadres de rationaliteacute sont centraux En effet crsquoest dans son quotidien et donc dans son cadre familier que lrsquoeacutelegraveve va deacutecouvrir la notion de couleur notamment par le biais de la peinture ou drsquoobservation drsquoarc-shyen-shyciel Cette deacutecouverte qui a souvent lieu tregraves tocirct dans la vie de lrsquoenfant ne fera pourtant pas pour autant lrsquoobjet de questionnement sur le pheacutenomegravene de perception des couleurs La notion de cadre culturel ou scolaire quand agrave elle peut ecirctre eacutetendue dans notre cas agrave deux sous-shycateacutegories de cadres culturels diffeacuterents qui vont ecirctre agrave lrsquoorigine de conceptions erroneacutees ou incomplegravetes Premiegraverement il y a le cadre que nous appelons laquo arts visuelsraquo et qui a ses propres regravegles de rationaliteacutes Les cours de dessin ou drsquoactiviteacutes creacuteatrices en sont de parfaits exemples car crsquoest dans ce cadre que les eacutelegraveves vont premiegraverement aborder la

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theacutematique des couleurs primaires et de leurs meacutelanges Mais cette theacutematique est eacutegalement abordeacutee dans le cadre laquophysiqueraquo agrave travers les expeacuteriences de deacutecomposition de la lumiegravere ou de superposition de lumiegraveres coloreacutees Ainsi nous retrouvons trois cadres de rationaliteacute concourants (familier physique arts visuels) dans lesquels les eacutelegraveves eacutevoluent et qui engendrent indubitablement des conceptions erroneacutees sur la lumiegravere et les couleurs puisque les eacutelegraveves ne sont pas ameneacutes agrave les diffeacuterencier dans chacun des cadres Et comme la communication entre les diffeacuterents cadres nrsquoest pas eacutetablie le lien agrave faire entre les diffeacuterentes conceptions issues de ces cadres est agrave la charge de lrsquoeacutelegraveve ce qui repreacutesente une lourde responsabiliteacute dans son apprentissage Astolfi (2008) appelle eacutegalement ces conceptions issues de diffeacuterents cadres des ldquotrames conceptuelles rdquoqui peuvent ecirctre deacutefinies comme ldquoun ensemble de concepts-shycleacutes propres agrave un domaine et logiquement hieacuterarchiseacutes entre eux qui structurent les disciplines et engendrent des situations-shyproblegravemesrdquo Mais encore on verra eacutemerger des problegravemes de contrat didactique dans chacun des cadres lrsquoeacutelegraveve va tenter de donner une reacuteponse qui va satisfaire lrsquoenseignant sans pour autant ecirctre ameneacute agrave confronter ses conceptions

Situation-shyproblegraveme Pour de Vecchi (2006) une situation-shyproblegraveme est une activiteacute qui consiste agrave mettre lrsquoeacutelegraveve dans une situation ougrave il va ecirctre ameneacute agrave eacutelaborer des strateacutegies de reacutesolution de problegraveme Lrsquoun des points cleacutes des situations-shyproblegravemes est qursquoelles eacutetablissent un lien eacutetroit entre les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves En drsquoautres termes une situation-shyproblegraveme est construite de telle sorte que les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave remettre en question des repreacutesentations actuelles qui srsquoavegraverent erroneacutees agrave les deacuteconstruire pour en construire de nouvelles Ainsi dans une deacutemarche de type constructiviste lrsquoeacutelegraveve construit son savoir en renversant ses anciennes conceptions Une situation-shyproblegraveme nrsquoest donc pas une deacutemarche ponctuelle dans laquelle lrsquoeacutelegraveve devra reacutesoudre une liste drsquoexercices teacuteleacuteguideacutee par lrsquoenseignant Ce qui justifie lrsquoefficaciteacute des situations problegravemes est qursquo laquoapprendreraquo ne consiste pas agrave cumuler les savoirs mais agrave en construire et agrave en deacuteconstruire

Une situation-shyproblegraveme doit comprendre plusieurs eacuteleacutements

-shy Un objectif-shyobstacle Pour Meirieu (1987) un objectif-shyobstacle est ldquoun objectif dont lrsquoacquisition permet au sujet de franchir un palier deacutecisif de progression en modifiant son systegraveme de repreacutesentation et en le faisant acceacuteder un niveau supeacuterieur de formulation rdquo Dans notre cas lrsquoeacutelegraveve pense que tous les meacutelanges de 3 couleurs primaires (de peinture ou de lumiegravere) vont donner le mecircme reacutesultat La distinction entre synthegraveses additive et soustractive nrsquoest pas connue des eacutelegraveves De plus projeter de la lumiegravere monochromatique sur un objet drsquoune certaine couleur ne donne pas toujours la mecircme couleur Lrsquoexemple avec le drapeau (activiteacute 4) est parlant

-shy Une situation centreacutee sur cet obstacle prenant en compte une deacutemarche expeacuterimentale ou une deacutemarche de modeacutelisation Dans notre cours les deux deacutemarches sont mises en oeuvre mais notre deacutemarche principale est la modeacutelisation Les eacutelegraveves vont effectivement ecirctre ameneacutes agrave eacutemettre des hypothegraveses manipuler reacutecolter des reacutesultats et les confronter agrave

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leurs hypothegraveses mais il srsquoagit surtout drsquoune deacutemarche de modeacutelisation car les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave creacuteer des scheacutemas dans plusieurs exercices

-shy Une probleacutematisation et la deacutevolution on probleacutematise la conception erroneacutee en introduisant une situation-shyproblegraveme crsquoest-shyagrave-shydire qursquoon construit un problegraveme centreacute sur lrsquoobstacle La surprise face agrave une situation incoheacuterente va intriguer lrsquoeacutelegraveve exciter sa motivation et le pousser agrave vouloir srsquoimpliquer dans le problegraveme ce qui va aider sa deacutevolution Brousseau (1998) qualifie la notion de deacutevolution par le ldquo processus par lequel lenseignant parvient agrave placer leacutelegraveve comme simple actant dans une situation a-shydidactique (agrave modegravele non didactique) Il cherche par lagrave agrave ce que lrsquoaction de lrsquoeacutelegraveve ne soit produite et justifieacutee que par les neacutecessiteacutes du milieu et par ses connaissances et non par lrsquointerpreacutetation des proceacutedeacutes didactiques du professeurrdquo Pour enrocircler les eacutelegraveves et les aider agrave identifier la probleacutematique en met on place une situation deacuteclenchante Dans notre cas lrsquoexemple avec le meacutelange de peinture et de lumiegraveres coloreacutees est un parfait exemple de situation deacuteclenchante car les eacutelegraveves ne sattendent probablement pas par exemple agrave ce que le meacutelange de vert et bleu donne du cyan ou encore qursquoon perccediloive un citron noir lorsque lrsquoon projette de la lumiegravere bleue sur ce celui-shyci

412 La prise en compte des conceptions des eacutelegraveves dans notre seacutequence La theacutematique de la lumiegravere et des couleurs est complexe et comprend de nombreux concepts difficiles agrave assimiler En effet bon nombre de personnes ont des repreacutesentations erroneacutees qui peuvent rester profondeacutement ancreacutees Parmi les conceptions erroneacutees les plus communes on retrouve selon le site internet des MER

La lumiegravere blanche est sans couleur pure quand la lumiegravere blanche passe dans un prisme ou traverse un filtre de la couleur lui est ajouteacutee

La lumiegravere blanche nous permet de voir la vraie couleur des objets laquoMa feuille est blanche parce que je nai pas ajouteacute dautres couleurs agrave celle-shyciraquo

Les couleurs sont lieacutees agrave des proprieacuteteacutes de lrsquoobjet exclusivement sans reacutefeacuterence agrave la lumiegravere qui eacuteclaire lrsquoobjet Ne dit-shyon pas quun pull est rouge

Confusion entre les couleurs primaires en couleur peinture et en couleur lumiegravere

Dans notre planification nous avons anticipeacute ces conceptions et avons construit notre cours de maniegravere agrave ce qursquoelles soient mises en eacutevidence le plus tocirct possible afin de tenter de les deacuteconstruire agrave travers nos activiteacutes

Ainsi degraves deacutebut de lrsquoactiviteacute 2 les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave une situation-shyproblegraveme dans laquelle ils comprennent qursquoil existe une contradiction entre leur conception de deacutepart sur les meacutelanges de couleurs (issue de leurs cadres de rationaliteacute familier et scolaire lsquorsquoart visuelrsquorsquo) et leurs observations (nouveau cadre lsquorsquophysiquersquorsquo) Crsquoest sur la base de ce conflit cognitif que les diffeacuterentes notions de la seacutequence pourront ecirctre abordeacutees Les autres conceptions sont mises en eacutevidence puis deacuteconstruites agrave travers les diffeacuterentes activiteacutes Par exemple les

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activiteacutes du chapitre 3 permettent de montrer que la lumiegravere blanche nrsquoest pas pure mais qursquoelle est composeacutee de toutes les couleurs et ce gracircce agrave lrsquoobservation des objets agrave la lumiegravere blanche puis agrave travers un filtre

De plus lrsquoactiviteacute 3 srsquoarticule autour drsquoune conception erroneacutee repeacutereacutee dans certaines classes Bon nombre drsquoeacutelegraveves eacutetaient persuadeacutes qursquoun filtre ne laissait pas passer les lumiegraveres de sa couleur propre car crsquoest la couleur dont est perccedilue le filtre Un conflit cognitif est alors provoqueacute afin de deacuteconstruire cette conception les eacutelegraveves observent que la lumiegravere coloreacutee nrsquoest pas absorbeacutee par le filtre mais qursquoelle se propage bien jusqursquoagrave lrsquoeacutecran blanc

En introduction de lrsquoactiviteacute 4 une nouvelle situation-shyproblegraveme est preacutesenteacutee par le biais drsquoune image montrant que la couleur drsquoun objet peut varier en fonction de la lumiegravere coloreacutee par laquelle il est eacuteclaireacute Elle servira agrave provoquer un conflit cognitif chez les eacutelegraveves car cette situation intervient apregraves une phase drsquohypothegravese reacutepondant agrave la question suivante un objet peut-shyil avoir diffeacuterentes couleurs La reacuteponse donneacutee par lrsquoimage contredira probablement lrsquohypothegravese preacuteceacutedemment formuleacutee et devrait susciter de la curiositeacute chez lrsquoeacutelegraveve et lui donner lrsquoenvie de comprendre le pheacutenomegravene Nous deacutemontrons ensuite tout au long de lrsquoactiviteacute 4 sur les lumiegraveres coloreacutees que crsquoest le pheacutenomegravene drsquoabsorption et de reacuteflection de la lumiegravere qui nous permet de voir la couleur des objets et non pas la lumiegravere blanche Crsquoest donc par le biais de ces deacuteconstructions successives de conceptions que lrsquoenseignant peut guider les eacutelegraveves sur la voie de la reacutesolution du problegraveme de lrsquoorigine de ces contradictions dans le but drsquoeacutetablir le lien entre les diffeacuterents cadres de rationaliteacute

42 Modeacutelisation

421 Deacutefinition

Un modegravele est communeacutement deacutefini comme un objet ou un concept qui va permettre de repreacutesenter la reacutealiteacute de diffeacuterentes maniegraveres Bunge (1974) ou encore Martinand (1994) le deacutefinissent eacutegalement comme un moyen permettant de mettre en relation le monde theacuteorique avec le monde empirique Il peut ecirctre consideacutereacute en quelque sorte comme un monde intermeacutediaire ou une sorte de lunette conceptuelle (Halloun 2004) qui va permettre drsquoobserver des pheacutenomegravenes naturels Un modegravele ne constitue pas la reacutealiteacute mais la repreacutesente en simplifiant certains de ses aspects ce qui peut causer des conflits pour les repreacutesentations cognitives chez lrsquoeacutelegraveve

422 La modeacutelisation dans notre seacutequence Dans notre planification la modeacutelisation est centrale afin de conceptualiser des pheacutenomegravenes complexes comme la composition de la lumiegravere et la perception des couleurs Elle est lrsquooutil qui permet drsquoamener les eacutelegraveves agrave se faccedilonner une repreacutesentation de la deacutecomposition de la lumiegravere blanche de labsorption de la lumiegravere agrave travers les filtres et des synthegraveses additive et soustractive des couleurs

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De plus elle constitue un objectif de formation meacutethodologique qui va de pair avec toute formation scientifique Crsquoest pourquoi nous avons inclus la modeacutelisation dans les objectifs drsquoapprentissage Dans la terminologie du PER la modeacutelisation correspond agrave lrsquoobjectif geacuteneacuteral MSN37

bull MSN 1525 mdash Modeacuteliser des pheacutenomegravenes naturels techniques sociaux ou des situations matheacutematiques

bull en imaginant et en utilisant divers outils de repreacutesentation (codes scheacutemas graphiques tableauxhellip)

Lrsquoactiviteacute 2 propose aux eacutelegraveves de reporter les couleurs observeacutees sur trois cercles superposeacutes En les coloriant les eacutelegraveves reacutealisent en reacutealiteacute une forme simple de modeacutelisation par un diagramme de Venn de la synthegravese additive Il nous a sembleacute pertinent drsquointroduire ce scheacutema de cette maniegravere car ainsi les eacutelegraveves comprennent reacuteellement qursquoil correspond agrave la lumiegravere projeteacutee et superposeacutee sur un eacutecran En derniegravere partie drsquoactiviteacute les eacutelegraveves se familiarisent avec un logiciel de modeacutelisation de la synthegravese additive 3

Lrsquoutilisation drsquoun modegravele dans ce cas est indispensable pour des raisons pratiques Il serait en effet tregraves difficile de faire des observations similaires avec un dispositif reacuteel constitueacute de projecteurs et drsquoun eacutecran comme dans la premiegravere partie drsquoactiviteacute Nous avons veilleacute agrave choisir un logiciel simple drsquousage sur lequel seules deux manipulations sont possibles allumereacuteteindre les projecteurs et varier leurs intensiteacutes Ainsi il est possible pour les eacutelegraveves de faire rapidement et sans difficulteacutes de lrsquoordre du registre seacutemiotique la deacuteduction attendue les diffeacuterentes couleurs srsquoobtiennent par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

Dans lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves sont ameneacutes agrave modeacuteliser lrsquoeffet drsquoun filtre sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee Ils ancrent ainsi le fonctionnement drsquoun filtre dans leur apprentissage et deacuteveloppent une meacutethodologie systeacutematique dans la reacutesolution de problegravemes mettant en scegravene des filtres Gracircce au modegravele deacuteveloppeacute les eacutelegraveves deacuteconstruisent deacutefinitivement leur eacuteventuelle conception erroneacutee selon laquelle un filtre absorberait sa propre couleur Lrsquoactiviteacute 43 a pour but que les eacutelegraveves modeacutelisent les pheacutenomegravenes de reacutefraction et drsquoabsorption en justifiant leur reacuteponse par un modegravele de reacuteponse Ce dernier comprend les couleurs RVB qui se reflegravetent ou qui sont absorbeacutees par une surface Ainsi lrsquoeacutelegraveve peut trouver une meacutethode systeacutematique de reacuteponse en testant les diffeacuterentes couleurs Gracircce agrave cette modeacutelisation et agrave celle de lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves comprennent que les fonctionnements des filtres et des lumiegraveres coloreacutees sont fondeacutes sur le mecircme principe

3(httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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43 Deacutemarche expeacuterimentale

431 Deacutefinition Pour de Vecchi il est important de ne pas confondre les notions lieacutees agrave lrsquoexpeacuterimental qui sont les suivantes

-shy Une deacutemarche scientifique nrsquoest pas exclusive au domaine des sciences expeacuterimentales mais peut aussi ecirctre mobiliseacutee dans les sciences humaines socialeshellip Elle utilise drsquoautres outils que lrsquoexpeacuterimentale Toute recherche digne de ce nom est de nature scientifique

-shy La meacutethode expeacuterimentale eacutequivaut plutocirct agrave un plan agrave suivre un mode drsquoemploi ou agrave une marche agrave suivre qui suit un ordre strict que lrsquoon peut aussi appeler protocole Par exemple parmi les plus ceacutelegravebres protocoles nous retrouvons celui de Claude Bernard (1865) que lrsquoon abregravege par les initiales OHERIC qui correspondent agrave observation hypothegravese expeacuterience reacutesultats interpreacutetation et conclusion De maniegravere geacuteneacuterale il srsquoagit du protocole caricatural que lrsquoon emploie le plus souvent dans les salles de classes

-shy Une deacutemarche expeacuterimentale est une approche plus reacutealiste moins stricte et integravegre

une approche plus tacirctonnante Il nrsquoest pas constitueacute drsquoeacutetapes preacutedeacutetermineacutees et est donc moins affecteacutee par les directives de lrsquoenseignant Il peut donc laisser des liberteacutes dans la maniegravere de reacutesoudre le problegraveme

432 La deacutemarche expeacuterimentale dans notre seacutequence Dans notre seacutequence la meacutethode expeacuterimentale est preacutesente de maniegravere partielle du scheacutema caricatural OHERIC nous nous inteacuteressons en particulier aux phases drsquoobservation et drsquoeacutemission drsquohypothegraveses Crsquoest pourquoi nous parlons donc plutocirct de ldquodeacutemarche expeacuterimentalerdquo En effet tout au long des diffeacuterentes activiteacutes il est reacuteguliegraverement demandeacute aux eacutelegraveves de formuler une hypothegravese agrave partir de leurs connaissances au preacutealable puis de faire de nouvelles observations en contexte expeacuterimental Crsquoest sur la base de ces derniegraveres qursquoils pourront reacutealiser leurs deacuteductions sur le pheacutenomegravene en question et construire de nouvelles conceptions Dans lrsquoactiviteacute 2 ce type de deacutemarche est central pour la creacuteation de la premiegravere situation-shyproblegraveme Par la suite la deacutemarche permet de guider les eacutelegraveves dans le processus de deacuteduction du fonctionnement geacuteneacuteral des diffeacuterents pheacutenomegravenes Dans lrsquoactiviteacute 41 par exemple les pheacutenomegravenes agrave deacuteduire sont la synthegravese soustractive et le fonctionnement de la lumiegravere coloreacutee Lrsquoemploi drsquoobjets familiers permet un ancrage dans le quotidien

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Dans lrsquoactiviteacute 3 lrsquoeacutetude de lrsquoeffet des filtres constitue agrave son tour un deacutemarche expeacuterimentale En effet les eacutelegraveves doivent tout drsquoabord eacutemettre leurs hypothegraveses puis les veacuterifient par lrsquoexpeacuterimentation et ses reacutesultats provoquant probablement un conflit cognitif avant drsquoen conclure lrsquoeffet drsquoun filtre Dans lrsquoactiviteacute 42 nous retrouvons toujours le mecircme principe de deacutemarche expeacuterimentale Les eacutelegraveves formulent des hypothegraveses sur la couleur perccedilue de diffeacuterents mots coloreacutes eacuteclaireacutes par une lumiegravere coloreacutee puis les veacuterifient lors de la phase drsquoobservation La confrontation entre leurs attentes lieacutees agrave leurs conceptions et la reacutealiteacute creacutee le conflit cognitif rechercheacute

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5 Conclusion Pour seacutelectionner notre thegraveme et eacutelaborer notre seacutequence nous nous sommes fondeacutes sur les objectifs du PER et crsquoest sur lrsquooptique que notre choix srsquoest porteacute Le savoir savant auquel nous nous sommes reacutefeacutereacutes comprend principalement des concepts lieacutes agrave la lumiegravere tels que les photons les ondes eacutelectromagneacutetiques ainsi que les spectres drsquoeacutemission et drsquoabsorption Nous avons transposeacute ce savoir en un savoir enseignable par le biais drsquoun travail de contextualisation et de reacuteadaptation Nous avons eacuteteacute ameneacutes agrave remplacer des modegraveles scientifiques (par exemple les modegraveles de synthegraveses additive et soustractive) par des modegraveles accessibles agrave un niveau scolaire et agrave changer les conditions drsquoeacutemergence des problegravemes Ainsi notre travail de transposition consistait agrave montrer aux eacutelegraveves la partie eacutemergeacutee de lrsquoiceberg du concept de couleur le reacutesultat apparent plutocirct que lrsquoorigine eacutelectromagneacutetique Tout au long de la seacutequence et par le biais de situations-shyproblegravemes et de diffeacuterentes eacutetapes de reacutesolution des activiteacutes les eacutelegraveves ont eacuteteacute guideacutes dans le processus de construction de leur apprentissage En nous focalisant sur les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves nous avons eacutelaboreacute nos exercices de maniegravere agrave proposer des situations deacuteclenchantes afin de faciliter le transfert de la responsabiliteacute de la reacutesolution des problegravemes aux eacutelegraveves Cette derniegravere srsquoeffectue par des deacutemarches drsquoexpeacuterimentation mais surtout de modeacutelisation

Dans notre sceacutenario les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave deux types de donneacutees theacuteoriques et empiriques Drsquoune part ils ont agrave disposition deux theacuteories principales la premiegravere est que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs de lrsquoarc-shyen-shyciel tandis que la seconde deacutecrit l a maniegravere dont la couleur drsquoun objet deacutepend des couleurs qursquoil va absorber Drsquoautre part ils disposent de donneacutees empiriques qursquoils sont ameneacutes agrave reacutecolter en superposant des lumiegraveres de diffeacuterentes couleurs en meacutelangeant de la peinture et en projetant de la lumiegravere coloreacutee sur diffeacuterents objets coloreacutes Dans le cadre drsquoune deacutemarche drsquoexpeacuterimentation ils ont eacutemis des hypothegraveses observeacute manipuleacute du mateacuteriel utiliseacute des appliquettes en ligne et veacuterifieacute leurs reacutesultats Crsquoest ainsi les modegraveles que nous avons preacutesenteacutes et que les eacutelegraveves ont eacutelaboreacutes vont ecirctre des ponts qui vont relier le monde theacuteorique et le monde empirique Par ailleurs nous avons eacuteteacute attentifs agrave la seacutemiotique lors de nos choix des repreacutesentations utiliseacutees nous nous sommes reacutefeacutereacutes agrave la notion de registre seacutemiotique afin drsquoeacutelaborer des scheacutemas nrsquoengendrant pas de difficulteacutes de lecture chez les eacutelegraveves

Nous avons analyseacute lrsquoorigine des conceptions erroneacutees et avons remarqueacute qursquoelles eacutetaient principalement dues agrave des repreacutesentations concourantes engendreacutees par les diffeacuterents contextes et cadres de rationaliteacutes dans lesquelles les eacutelegraveves eacutevoluent Notre sceacutenario permet aux eacutelegraveves drsquoeacutetablir des liens entre ces diffeacuterents cadres et de construire une nouvelle repreacutesentation de la couleur celle drsquoun objet de la physique

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Meirieu P Avanzin Gi (1987) Apprendre oui mais comment Edition ESF Verret M (1975) Le temps des eacutetudes (Vols 1ndash2) Lille France Atelier Reproduction des thegraveses

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Page 49: Physique Optique Lescouleurs · Sciences naturelles Les couleurs 10 11 Harmos 1.Introduction Comme nous allons le détailler dans le chapitre 4, les conceptions erronées des élèves

Sciences naturelles Optique les filtres

Modeacutelisation

Nous pouvons modeacuteliser lrsquoaction drsquoun filtre

1 Noter la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur le filtre

2 Deacutecomposer la lumiegravere coloreacutee qui arrive sur filtre et la coder (en RVB)

3 Repreacutesenter le filtre et coder les rayons absorbeacutes par le filtre 4 Prolonger les rayons lumineux coloreacutes que le filtre laisse passer et les coder (en RVB)

5 Noter la lumiegravere coloreacutee qui sort du filtre

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre magenta sur la lumiegravere blanche

Lorsque plusieurs filtres sont superposeacutes ou aligneacutes il faut modeacuteliser lrsquoaction du premier filtre

sur la lumiegravere projeteacutee puis lrsquoaction du deuxiegraveme filtre sur la lumiegravere qui sort du premier filtre

etc

Par exemple lrsquoeffet drsquoun filtre cyan puis drsquoun filtre vert sur la lumiegravere jaune

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

De quelle couleur apparaicirctra un objet de couleur eacuteclaireacute par une lumiegravere coloreacutee

Il y 3 cas

1) Un objet de couleur blanche renvoie toutes les couleurs il apparaicirctra de la couleur eacuteclaireacutee

2) Un objet de couleur noire absorbe toutes les couleurs Peu importe la couleur avec laquelle

lrsquoobjet est eacuteclaireacute lrsquoobjet apparaicirct de couleur noire

3) Pour un objet de couleur il suffit de deacutecomposer les couleurs secondaires par exemple

Jrsquoai un objet jaune

Je lui projette une lumiegravere magenta

Or jaune = rouge + vert

et magenta = bleu + rouge

Le rouge est commun au jaune et au magenta donc lrsquoobjet paraicirctra rouge

En revanche si la lumiegravere est bleue comme il nrsquoy a pas de bleu dans le jaune lrsquoobjet paraicirctra

noir

1

Tableau reacutecapitulatif

1 httpscommunitygoodgamestudioscombigfarmfrdiscussion51685langage-shy‐des-shy‐couleurs

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

Modegravele de reacuteponse

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

______

______

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

______

______

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation avec propositions

de reacuteponses)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

(rouge vert bleu Nous percevons les diffeacuterentes couleurs agrave partir de ces trois couleurs) ________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

(Explication relative aux cocircnes et bacirctonnets de lrsquo‛oeil)

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Corrigeacute vert bleu blanc cyan

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________ (vert)

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________ (bleu)

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________ (aucunenoir)

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

(selon modegravele eacutetudieacute)

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

(les deux selon que lrsquo‛on parle de synthegravese additive ou soustractive)

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

Bleu

______

Bleu

______

Noir

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________ (lumiegravere rouge)

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

Noir

______

Rouge

______

Rouge

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

(Bleu)

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

(selon modegravele eacutetudieacute)

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

(Explication citant la synthegravese soustractive et lrsquo‛effet des lumiegraveres coloreacutees

concerneacutees sur le haut du cambrioleur)

Evaluation - Analyse

Ce commentaire comprend les diffeacuterents objectifs eacutevalueacutes ainsi que ce qui est attendu

preacuteciseacutement des eacutelegraveves et les niveaux taxonomiques correspondants

Ce sont des pistes drsquo‛eacutevaluation qui sont ici proposeacutees non une eacutevaluation suivie

Exercice 1

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- Mettre en lien des notions theacuteoriques apprises en cours (cocircnes et

bacirctonnets de lrsquo‛oeil) avec drsquo‛autres (synthegravese additive)

Lrsquo‛eacutevaluation deacutebute par deux questions au niveau taxonomique peu eacuteleveacute La

premiegravere de lrsquo‛ordre de la compreacutehension demande aux eacutelegraveves de restituer une

connaissance de base agrave lrsquo‛aide de leurs propres mots La deuxiegraveme propose de

tester les connaissances theacuteoriques des eacutelegraveves en veacuterifiant que des liens entre

deux notions aient eacuteteacute faits

Exercice 2

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutedire la couleur perccedilue en fonction des meacutelanges de couleurs RVB

- deacutechiffrer un scheacutema et les codes de la repreacutesentation de la trajectoire

des lumiegraveres coloreacutees

Le deuxiegraveme exercice relegraveve du niveau taxonomique de lrsquo‛application car il

neacutecessite une compreacutehension de la maniegravere de repreacutesenter la lumiegravere (scheacutema de

la trajectoire rectiligne codes de couleurs RVB) et drsquo‛appliquer ce modegravele tout en

utilisant les connaissances des couleurs fondamentales et compleacutementaires de la

synthegravese additive

Exercice 3

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet drsquo‛un filtre sur une lumiegravere coloreacutee agrave lrsquo‛aide des codes

propres agrave lrsquo‛optique

Lrsquo‛exercice 3 relegraveve de lrsquo‛application car les eacutelegraveves se reacutefegraverent agrave la modeacutelisation

eacutetablie durant le cours et au diagramme de Venn de la synthegravese soustractive et

les adaptent aux items preacutesenteacutes

Exercice 4

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- mettre en perspective la distinction entre synthegravese additive et

soustractive en terme de lsquorsquo‛naturersquo‛rsquo‛ de la couleur (couleurs matiegraveres vs

couleurs lumiegraveres)

Cet exercice requiert des eacutelegraveves qursquo‛ils mobilisent leur faculteacute drsquo‛analyse (niveau

taxonomique plutocirct eacuteleveacute) pour expliquer les diffeacuterences entre les

repreacutesentations de la couleur en arts visuels et en physique Le but est qursquo‛ils

reconnaissent qursquo‛il srsquo‛agit dans le premier cas de la synthegravese soustractive et dans

le second cas de la synthegravese additive

Exercice 5

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutevoir la couleur perccedilue drsquo‛un objet en fonction des lumiegraveres coloreacutees

projeteacutees et coder le pheacutenomegravene

Les eacutelegraveves appliquent la modeacutelisation drsquo‛une lumiegravere coloreacutee sur un objet coloreacute

pour deacuteterminer la couleur perccedilue du drapeau franccedilais Cette question fait

reacutefeacuterence agrave un niveau taxonomique bas Puis ils trouvent la lumiegravere coloreacutee qui

permet de voir les deux drapeaux preacutesenteacutes de la mecircme couleur Ils trouveront

cette reacuteponse en modeacutelisant les lumiegraveres coloreacutees sur lrsquo‛objet de couleur

Plusieurs scheacutemas sont neacutecessaires pour trouver la reacuteponse Crsquo‛est une question

taxonomiquement haute qui demande aux eacutelegraveves de faire une synthegravese

Exercice 6

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet de la lumiegravere coloreacutee sur un objet et en deacuteduire la

couleur perccedilue

- justifier sa reacuteponse avec des mots en faisant la synthegravese des diffeacuterents

concepts vus dans la seacutequence de cours

Les eacutelegraveves doivent comprendre ce qursquo‛ils lisent et deacuteterminer la couleur propre du

haut du cambrioleur Cette question est taxonomiquement haute elle demande de

lrsquo‛analyse Puis ils justifient leur reacuteponse par le modegravele de lrsquo‛effet de la lumiegravere

coloreacutee sur un objet Cette question est drsquo‛un niveau taxonomique infeacuterieur

drsquo‛application Finalement ils deacuteterminent pourquoi la description de la jeune fille

ne correspond pas agrave la couleur propre en faisant le lien avec la synthegravese

soustractive demandant un niveau taxonomiquement tregraves eacuteleveacute la synthegravese

Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

4 Argumentation scientifique Nous avons choisi de construire notre seacutequence de cours de maniegravere agrave ce qursquoelle srsquoinscrive dans une deacutemarche constructiviste de type piageacutetienne Dans cette deacutemarche lrsquoenseignant anticipe les conceptions erroneacutees que les eacutelegraveves peuvent avoir puis eacutetablit une situation-shyproblegraveme permettant ideacutealement de deacuteconstruire ces repreacutesentations incomplegravetes puis finalement drsquoen construire de nouvelles plus justes Dans ce qui suit nous allons deacutefinir ces diffeacuterents concepts mis en eacutevidence puis expliciter la maniegravere dont nous les avons pris en compte dans notre planification

41 Les conceptions des eacutelegraveves et les situations-shyproblegravemes

411 Deacutefinitions Conception Selon Giordan et al (1994) une conception ou repreacutesentation peut ecirctre consideacutereacutee comme une ideacutee un objet ou un eacutevegravenement qui aide lrsquoeacutelegraveve agrave comprendre le monde qui lrsquoentoure Elle est le fruit de son expeacuterience personnelle dans laquelle il va puiser pour comprendre les nouveaux savoirs que lrsquoon va chercher agrave lui inculquer Elle peut ecirctre consideacutereacutee comme une connaissance ldquodeacutejagrave-shylagraverdquo acquise dans un certain contexte par lrsquoapprenant et qui peut ecirctre correcte ou erroneacutee Les mauvaises conceptions (ou misconception en anglais) peuvent donc ecirctre deacutecrites comme des ideacutees qui proviennent drsquoune mauvaise compreacutehension drsquoobjets ou eacutevegravenements Elles sont issues principalement de lrsquoenvironnement avec lequel lrsquoeacutelegraveve interagit et du contexte dans lequel il se situe mais elles deacutecoulent eacutegalement des systegravemes seacutemiotiques mis en oeuvre Ces derniers sont abordeacutes plus en deacutetail dans ce qui suit Seacutemiologie En seacutemiologie (lrsquoeacutetude des systegravemes de signes) une repreacutesentation (ou un signe) est double elle est doteacutee drsquoun signifiant et drsquoun signifieacute (de Saussure 1916) Le signifiant qui fait lrsquoobjet de la seacutemiologie deacutesigne la forme et laspect du signe tandis que le signifieacute eacutetudieacute dans le cadre de la seacutemantique deacutesigne le concept eacutevoqueacute par le signe A partir du moment ougrave le signe possegravede plusieurs signifieacutes il devient symbole et crsquoest ainsi que les incompreacutehensions peuvent survenir Selon R Duval (1995) le concept de laquo registre seacutemiotique raquo permet de distinguer les repreacutesentations qui relegravevent de diffeacuterents registres ou types visuels numeacuteriques graphiques symboliques formels scheacutematiques etc En didactique ce concept est fondamental car les diffeacuterences de registre au sein drsquoune mecircme repreacutesentation ou drsquoun

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

modegravele peut induire des difficulteacutes de lecture Ils risquent drsquoajouter des difficulteacutes suppleacutementaires en empecircchant les eacutelegraveves de se focaliser sur le problegraveme poseacute par lrsquoactiviteacute et les menant agrave formuler des conclusions diffeacuterentes de celles attendues par lrsquoenseignant Crsquoest pour cela qursquoun choix pertinent de registre seacutemiotique facilite la compreacutehension du concept introduit Dans notre cours un exemple typique que nous pouvons donner est la forte ressemblance des diagrammes de Venn pour les synthegraveses additive et soustractive Dans les deux modegraveles les diagrammes sont communeacutement scheacutematiseacutes sous forme circulaire De plus bien que inverseacutees au niveau de leurs superpositions les mecircmes couleurs sont repreacutesenteacutees dans les deux diagrammes Ces similitudes peuvent rendre la diffeacuterenciation complexe pour les eacutelegraveves Crsquoest pourquoi nous avons estimeacute important drsquoapporter un changement agrave la repreacutesentation de ces diagrammes Ainsi dans lrsquoune de nos fiches de synthegravese nous avons preacutefeacutereacute utiliser des formes rectangulaires plutocirct que circulaires pour repreacutesenter la synthegravese soustractive car cette forme eacutevoque plus fortement le filtre et ainsi lrsquoabsorption de la lumiegravere Cadre de rationaliteacute origine des conceptions En srsquoappuyant sur les travaux de R Douady (1984) A Lerouge (1992) deacutefinit laquo un cadre de rationaliteacuteraquo comme laquoun ensemble coheacuterent de fonctionnement de la penseacuteeraquo caracteacuteriseacute principalement par les composantes suivantes

1 Les objets du cadre dans notre cas il peut srsquoagir de peinture de feuille de papier de lampes de poche de filtres etc

2 Le type de processus de conceptualisation Dans un cadre scientifique il peut srsquoagir drsquoun processus par modeacutelisation ou par expeacuterimentation par exemple

3 Les registres seacutemiotiques que nous avons traiteacutes plus haut Les conceptions des eacutelegraveves et les conflits de perceptions en reacutesultant sont issus des diffeacuterents cadres de rationaliteacute dans lesquels ils eacutevoluent Ce sont les cadres familiers (personnel) et culturels (eacutecole) qui sont responsable de ces conceptions et repreacutesentations mentales tantocirct concourantes tantocirct inexistantes voire erroneacutees Elles se manifestent principalement agrave travers la seacutemiotique Les eacutelegraveves eacuteprouvent de la difficulteacute agrave repreacutesenter des objets issus de registres seacutemiotiques diffeacuterents ou encore agrave simplement les reconnaicirctre Dans le contexte de notre seacutequence sur les couleurs ces cadres de rationaliteacute sont centraux En effet crsquoest dans son quotidien et donc dans son cadre familier que lrsquoeacutelegraveve va deacutecouvrir la notion de couleur notamment par le biais de la peinture ou drsquoobservation drsquoarc-shyen-shyciel Cette deacutecouverte qui a souvent lieu tregraves tocirct dans la vie de lrsquoenfant ne fera pourtant pas pour autant lrsquoobjet de questionnement sur le pheacutenomegravene de perception des couleurs La notion de cadre culturel ou scolaire quand agrave elle peut ecirctre eacutetendue dans notre cas agrave deux sous-shycateacutegories de cadres culturels diffeacuterents qui vont ecirctre agrave lrsquoorigine de conceptions erroneacutees ou incomplegravetes Premiegraverement il y a le cadre que nous appelons laquo arts visuelsraquo et qui a ses propres regravegles de rationaliteacutes Les cours de dessin ou drsquoactiviteacutes creacuteatrices en sont de parfaits exemples car crsquoest dans ce cadre que les eacutelegraveves vont premiegraverement aborder la

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

theacutematique des couleurs primaires et de leurs meacutelanges Mais cette theacutematique est eacutegalement abordeacutee dans le cadre laquophysiqueraquo agrave travers les expeacuteriences de deacutecomposition de la lumiegravere ou de superposition de lumiegraveres coloreacutees Ainsi nous retrouvons trois cadres de rationaliteacute concourants (familier physique arts visuels) dans lesquels les eacutelegraveves eacutevoluent et qui engendrent indubitablement des conceptions erroneacutees sur la lumiegravere et les couleurs puisque les eacutelegraveves ne sont pas ameneacutes agrave les diffeacuterencier dans chacun des cadres Et comme la communication entre les diffeacuterents cadres nrsquoest pas eacutetablie le lien agrave faire entre les diffeacuterentes conceptions issues de ces cadres est agrave la charge de lrsquoeacutelegraveve ce qui repreacutesente une lourde responsabiliteacute dans son apprentissage Astolfi (2008) appelle eacutegalement ces conceptions issues de diffeacuterents cadres des ldquotrames conceptuelles rdquoqui peuvent ecirctre deacutefinies comme ldquoun ensemble de concepts-shycleacutes propres agrave un domaine et logiquement hieacuterarchiseacutes entre eux qui structurent les disciplines et engendrent des situations-shyproblegravemesrdquo Mais encore on verra eacutemerger des problegravemes de contrat didactique dans chacun des cadres lrsquoeacutelegraveve va tenter de donner une reacuteponse qui va satisfaire lrsquoenseignant sans pour autant ecirctre ameneacute agrave confronter ses conceptions

Situation-shyproblegraveme Pour de Vecchi (2006) une situation-shyproblegraveme est une activiteacute qui consiste agrave mettre lrsquoeacutelegraveve dans une situation ougrave il va ecirctre ameneacute agrave eacutelaborer des strateacutegies de reacutesolution de problegraveme Lrsquoun des points cleacutes des situations-shyproblegravemes est qursquoelles eacutetablissent un lien eacutetroit entre les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves En drsquoautres termes une situation-shyproblegraveme est construite de telle sorte que les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave remettre en question des repreacutesentations actuelles qui srsquoavegraverent erroneacutees agrave les deacuteconstruire pour en construire de nouvelles Ainsi dans une deacutemarche de type constructiviste lrsquoeacutelegraveve construit son savoir en renversant ses anciennes conceptions Une situation-shyproblegraveme nrsquoest donc pas une deacutemarche ponctuelle dans laquelle lrsquoeacutelegraveve devra reacutesoudre une liste drsquoexercices teacuteleacuteguideacutee par lrsquoenseignant Ce qui justifie lrsquoefficaciteacute des situations problegravemes est qursquo laquoapprendreraquo ne consiste pas agrave cumuler les savoirs mais agrave en construire et agrave en deacuteconstruire

Une situation-shyproblegraveme doit comprendre plusieurs eacuteleacutements

-shy Un objectif-shyobstacle Pour Meirieu (1987) un objectif-shyobstacle est ldquoun objectif dont lrsquoacquisition permet au sujet de franchir un palier deacutecisif de progression en modifiant son systegraveme de repreacutesentation et en le faisant acceacuteder un niveau supeacuterieur de formulation rdquo Dans notre cas lrsquoeacutelegraveve pense que tous les meacutelanges de 3 couleurs primaires (de peinture ou de lumiegravere) vont donner le mecircme reacutesultat La distinction entre synthegraveses additive et soustractive nrsquoest pas connue des eacutelegraveves De plus projeter de la lumiegravere monochromatique sur un objet drsquoune certaine couleur ne donne pas toujours la mecircme couleur Lrsquoexemple avec le drapeau (activiteacute 4) est parlant

-shy Une situation centreacutee sur cet obstacle prenant en compte une deacutemarche expeacuterimentale ou une deacutemarche de modeacutelisation Dans notre cours les deux deacutemarches sont mises en oeuvre mais notre deacutemarche principale est la modeacutelisation Les eacutelegraveves vont effectivement ecirctre ameneacutes agrave eacutemettre des hypothegraveses manipuler reacutecolter des reacutesultats et les confronter agrave

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

leurs hypothegraveses mais il srsquoagit surtout drsquoune deacutemarche de modeacutelisation car les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave creacuteer des scheacutemas dans plusieurs exercices

-shy Une probleacutematisation et la deacutevolution on probleacutematise la conception erroneacutee en introduisant une situation-shyproblegraveme crsquoest-shyagrave-shydire qursquoon construit un problegraveme centreacute sur lrsquoobstacle La surprise face agrave une situation incoheacuterente va intriguer lrsquoeacutelegraveve exciter sa motivation et le pousser agrave vouloir srsquoimpliquer dans le problegraveme ce qui va aider sa deacutevolution Brousseau (1998) qualifie la notion de deacutevolution par le ldquo processus par lequel lenseignant parvient agrave placer leacutelegraveve comme simple actant dans une situation a-shydidactique (agrave modegravele non didactique) Il cherche par lagrave agrave ce que lrsquoaction de lrsquoeacutelegraveve ne soit produite et justifieacutee que par les neacutecessiteacutes du milieu et par ses connaissances et non par lrsquointerpreacutetation des proceacutedeacutes didactiques du professeurrdquo Pour enrocircler les eacutelegraveves et les aider agrave identifier la probleacutematique en met on place une situation deacuteclenchante Dans notre cas lrsquoexemple avec le meacutelange de peinture et de lumiegraveres coloreacutees est un parfait exemple de situation deacuteclenchante car les eacutelegraveves ne sattendent probablement pas par exemple agrave ce que le meacutelange de vert et bleu donne du cyan ou encore qursquoon perccediloive un citron noir lorsque lrsquoon projette de la lumiegravere bleue sur ce celui-shyci

412 La prise en compte des conceptions des eacutelegraveves dans notre seacutequence La theacutematique de la lumiegravere et des couleurs est complexe et comprend de nombreux concepts difficiles agrave assimiler En effet bon nombre de personnes ont des repreacutesentations erroneacutees qui peuvent rester profondeacutement ancreacutees Parmi les conceptions erroneacutees les plus communes on retrouve selon le site internet des MER

La lumiegravere blanche est sans couleur pure quand la lumiegravere blanche passe dans un prisme ou traverse un filtre de la couleur lui est ajouteacutee

La lumiegravere blanche nous permet de voir la vraie couleur des objets laquoMa feuille est blanche parce que je nai pas ajouteacute dautres couleurs agrave celle-shyciraquo

Les couleurs sont lieacutees agrave des proprieacuteteacutes de lrsquoobjet exclusivement sans reacutefeacuterence agrave la lumiegravere qui eacuteclaire lrsquoobjet Ne dit-shyon pas quun pull est rouge

Confusion entre les couleurs primaires en couleur peinture et en couleur lumiegravere

Dans notre planification nous avons anticipeacute ces conceptions et avons construit notre cours de maniegravere agrave ce qursquoelles soient mises en eacutevidence le plus tocirct possible afin de tenter de les deacuteconstruire agrave travers nos activiteacutes

Ainsi degraves deacutebut de lrsquoactiviteacute 2 les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave une situation-shyproblegraveme dans laquelle ils comprennent qursquoil existe une contradiction entre leur conception de deacutepart sur les meacutelanges de couleurs (issue de leurs cadres de rationaliteacute familier et scolaire lsquorsquoart visuelrsquorsquo) et leurs observations (nouveau cadre lsquorsquophysiquersquorsquo) Crsquoest sur la base de ce conflit cognitif que les diffeacuterentes notions de la seacutequence pourront ecirctre abordeacutees Les autres conceptions sont mises en eacutevidence puis deacuteconstruites agrave travers les diffeacuterentes activiteacutes Par exemple les

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

activiteacutes du chapitre 3 permettent de montrer que la lumiegravere blanche nrsquoest pas pure mais qursquoelle est composeacutee de toutes les couleurs et ce gracircce agrave lrsquoobservation des objets agrave la lumiegravere blanche puis agrave travers un filtre

De plus lrsquoactiviteacute 3 srsquoarticule autour drsquoune conception erroneacutee repeacutereacutee dans certaines classes Bon nombre drsquoeacutelegraveves eacutetaient persuadeacutes qursquoun filtre ne laissait pas passer les lumiegraveres de sa couleur propre car crsquoest la couleur dont est perccedilue le filtre Un conflit cognitif est alors provoqueacute afin de deacuteconstruire cette conception les eacutelegraveves observent que la lumiegravere coloreacutee nrsquoest pas absorbeacutee par le filtre mais qursquoelle se propage bien jusqursquoagrave lrsquoeacutecran blanc

En introduction de lrsquoactiviteacute 4 une nouvelle situation-shyproblegraveme est preacutesenteacutee par le biais drsquoune image montrant que la couleur drsquoun objet peut varier en fonction de la lumiegravere coloreacutee par laquelle il est eacuteclaireacute Elle servira agrave provoquer un conflit cognitif chez les eacutelegraveves car cette situation intervient apregraves une phase drsquohypothegravese reacutepondant agrave la question suivante un objet peut-shyil avoir diffeacuterentes couleurs La reacuteponse donneacutee par lrsquoimage contredira probablement lrsquohypothegravese preacuteceacutedemment formuleacutee et devrait susciter de la curiositeacute chez lrsquoeacutelegraveve et lui donner lrsquoenvie de comprendre le pheacutenomegravene Nous deacutemontrons ensuite tout au long de lrsquoactiviteacute 4 sur les lumiegraveres coloreacutees que crsquoest le pheacutenomegravene drsquoabsorption et de reacuteflection de la lumiegravere qui nous permet de voir la couleur des objets et non pas la lumiegravere blanche Crsquoest donc par le biais de ces deacuteconstructions successives de conceptions que lrsquoenseignant peut guider les eacutelegraveves sur la voie de la reacutesolution du problegraveme de lrsquoorigine de ces contradictions dans le but drsquoeacutetablir le lien entre les diffeacuterents cadres de rationaliteacute

42 Modeacutelisation

421 Deacutefinition

Un modegravele est communeacutement deacutefini comme un objet ou un concept qui va permettre de repreacutesenter la reacutealiteacute de diffeacuterentes maniegraveres Bunge (1974) ou encore Martinand (1994) le deacutefinissent eacutegalement comme un moyen permettant de mettre en relation le monde theacuteorique avec le monde empirique Il peut ecirctre consideacutereacute en quelque sorte comme un monde intermeacutediaire ou une sorte de lunette conceptuelle (Halloun 2004) qui va permettre drsquoobserver des pheacutenomegravenes naturels Un modegravele ne constitue pas la reacutealiteacute mais la repreacutesente en simplifiant certains de ses aspects ce qui peut causer des conflits pour les repreacutesentations cognitives chez lrsquoeacutelegraveve

422 La modeacutelisation dans notre seacutequence Dans notre planification la modeacutelisation est centrale afin de conceptualiser des pheacutenomegravenes complexes comme la composition de la lumiegravere et la perception des couleurs Elle est lrsquooutil qui permet drsquoamener les eacutelegraveves agrave se faccedilonner une repreacutesentation de la deacutecomposition de la lumiegravere blanche de labsorption de la lumiegravere agrave travers les filtres et des synthegraveses additive et soustractive des couleurs

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

De plus elle constitue un objectif de formation meacutethodologique qui va de pair avec toute formation scientifique Crsquoest pourquoi nous avons inclus la modeacutelisation dans les objectifs drsquoapprentissage Dans la terminologie du PER la modeacutelisation correspond agrave lrsquoobjectif geacuteneacuteral MSN37

bull MSN 1525 mdash Modeacuteliser des pheacutenomegravenes naturels techniques sociaux ou des situations matheacutematiques

bull en imaginant et en utilisant divers outils de repreacutesentation (codes scheacutemas graphiques tableauxhellip)

Lrsquoactiviteacute 2 propose aux eacutelegraveves de reporter les couleurs observeacutees sur trois cercles superposeacutes En les coloriant les eacutelegraveves reacutealisent en reacutealiteacute une forme simple de modeacutelisation par un diagramme de Venn de la synthegravese additive Il nous a sembleacute pertinent drsquointroduire ce scheacutema de cette maniegravere car ainsi les eacutelegraveves comprennent reacuteellement qursquoil correspond agrave la lumiegravere projeteacutee et superposeacutee sur un eacutecran En derniegravere partie drsquoactiviteacute les eacutelegraveves se familiarisent avec un logiciel de modeacutelisation de la synthegravese additive 3

Lrsquoutilisation drsquoun modegravele dans ce cas est indispensable pour des raisons pratiques Il serait en effet tregraves difficile de faire des observations similaires avec un dispositif reacuteel constitueacute de projecteurs et drsquoun eacutecran comme dans la premiegravere partie drsquoactiviteacute Nous avons veilleacute agrave choisir un logiciel simple drsquousage sur lequel seules deux manipulations sont possibles allumereacuteteindre les projecteurs et varier leurs intensiteacutes Ainsi il est possible pour les eacutelegraveves de faire rapidement et sans difficulteacutes de lrsquoordre du registre seacutemiotique la deacuteduction attendue les diffeacuterentes couleurs srsquoobtiennent par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

Dans lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves sont ameneacutes agrave modeacuteliser lrsquoeffet drsquoun filtre sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee Ils ancrent ainsi le fonctionnement drsquoun filtre dans leur apprentissage et deacuteveloppent une meacutethodologie systeacutematique dans la reacutesolution de problegravemes mettant en scegravene des filtres Gracircce au modegravele deacuteveloppeacute les eacutelegraveves deacuteconstruisent deacutefinitivement leur eacuteventuelle conception erroneacutee selon laquelle un filtre absorberait sa propre couleur Lrsquoactiviteacute 43 a pour but que les eacutelegraveves modeacutelisent les pheacutenomegravenes de reacutefraction et drsquoabsorption en justifiant leur reacuteponse par un modegravele de reacuteponse Ce dernier comprend les couleurs RVB qui se reflegravetent ou qui sont absorbeacutees par une surface Ainsi lrsquoeacutelegraveve peut trouver une meacutethode systeacutematique de reacuteponse en testant les diffeacuterentes couleurs Gracircce agrave cette modeacutelisation et agrave celle de lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves comprennent que les fonctionnements des filtres et des lumiegraveres coloreacutees sont fondeacutes sur le mecircme principe

3(httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

43 Deacutemarche expeacuterimentale

431 Deacutefinition Pour de Vecchi il est important de ne pas confondre les notions lieacutees agrave lrsquoexpeacuterimental qui sont les suivantes

-shy Une deacutemarche scientifique nrsquoest pas exclusive au domaine des sciences expeacuterimentales mais peut aussi ecirctre mobiliseacutee dans les sciences humaines socialeshellip Elle utilise drsquoautres outils que lrsquoexpeacuterimentale Toute recherche digne de ce nom est de nature scientifique

-shy La meacutethode expeacuterimentale eacutequivaut plutocirct agrave un plan agrave suivre un mode drsquoemploi ou agrave une marche agrave suivre qui suit un ordre strict que lrsquoon peut aussi appeler protocole Par exemple parmi les plus ceacutelegravebres protocoles nous retrouvons celui de Claude Bernard (1865) que lrsquoon abregravege par les initiales OHERIC qui correspondent agrave observation hypothegravese expeacuterience reacutesultats interpreacutetation et conclusion De maniegravere geacuteneacuterale il srsquoagit du protocole caricatural que lrsquoon emploie le plus souvent dans les salles de classes

-shy Une deacutemarche expeacuterimentale est une approche plus reacutealiste moins stricte et integravegre

une approche plus tacirctonnante Il nrsquoest pas constitueacute drsquoeacutetapes preacutedeacutetermineacutees et est donc moins affecteacutee par les directives de lrsquoenseignant Il peut donc laisser des liberteacutes dans la maniegravere de reacutesoudre le problegraveme

432 La deacutemarche expeacuterimentale dans notre seacutequence Dans notre seacutequence la meacutethode expeacuterimentale est preacutesente de maniegravere partielle du scheacutema caricatural OHERIC nous nous inteacuteressons en particulier aux phases drsquoobservation et drsquoeacutemission drsquohypothegraveses Crsquoest pourquoi nous parlons donc plutocirct de ldquodeacutemarche expeacuterimentalerdquo En effet tout au long des diffeacuterentes activiteacutes il est reacuteguliegraverement demandeacute aux eacutelegraveves de formuler une hypothegravese agrave partir de leurs connaissances au preacutealable puis de faire de nouvelles observations en contexte expeacuterimental Crsquoest sur la base de ces derniegraveres qursquoils pourront reacutealiser leurs deacuteductions sur le pheacutenomegravene en question et construire de nouvelles conceptions Dans lrsquoactiviteacute 2 ce type de deacutemarche est central pour la creacuteation de la premiegravere situation-shyproblegraveme Par la suite la deacutemarche permet de guider les eacutelegraveves dans le processus de deacuteduction du fonctionnement geacuteneacuteral des diffeacuterents pheacutenomegravenes Dans lrsquoactiviteacute 41 par exemple les pheacutenomegravenes agrave deacuteduire sont la synthegravese soustractive et le fonctionnement de la lumiegravere coloreacutee Lrsquoemploi drsquoobjets familiers permet un ancrage dans le quotidien

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Dans lrsquoactiviteacute 3 lrsquoeacutetude de lrsquoeffet des filtres constitue agrave son tour un deacutemarche expeacuterimentale En effet les eacutelegraveves doivent tout drsquoabord eacutemettre leurs hypothegraveses puis les veacuterifient par lrsquoexpeacuterimentation et ses reacutesultats provoquant probablement un conflit cognitif avant drsquoen conclure lrsquoeffet drsquoun filtre Dans lrsquoactiviteacute 42 nous retrouvons toujours le mecircme principe de deacutemarche expeacuterimentale Les eacutelegraveves formulent des hypothegraveses sur la couleur perccedilue de diffeacuterents mots coloreacutes eacuteclaireacutes par une lumiegravere coloreacutee puis les veacuterifient lors de la phase drsquoobservation La confrontation entre leurs attentes lieacutees agrave leurs conceptions et la reacutealiteacute creacutee le conflit cognitif rechercheacute

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

5 Conclusion Pour seacutelectionner notre thegraveme et eacutelaborer notre seacutequence nous nous sommes fondeacutes sur les objectifs du PER et crsquoest sur lrsquooptique que notre choix srsquoest porteacute Le savoir savant auquel nous nous sommes reacutefeacutereacutes comprend principalement des concepts lieacutes agrave la lumiegravere tels que les photons les ondes eacutelectromagneacutetiques ainsi que les spectres drsquoeacutemission et drsquoabsorption Nous avons transposeacute ce savoir en un savoir enseignable par le biais drsquoun travail de contextualisation et de reacuteadaptation Nous avons eacuteteacute ameneacutes agrave remplacer des modegraveles scientifiques (par exemple les modegraveles de synthegraveses additive et soustractive) par des modegraveles accessibles agrave un niveau scolaire et agrave changer les conditions drsquoeacutemergence des problegravemes Ainsi notre travail de transposition consistait agrave montrer aux eacutelegraveves la partie eacutemergeacutee de lrsquoiceberg du concept de couleur le reacutesultat apparent plutocirct que lrsquoorigine eacutelectromagneacutetique Tout au long de la seacutequence et par le biais de situations-shyproblegravemes et de diffeacuterentes eacutetapes de reacutesolution des activiteacutes les eacutelegraveves ont eacuteteacute guideacutes dans le processus de construction de leur apprentissage En nous focalisant sur les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves nous avons eacutelaboreacute nos exercices de maniegravere agrave proposer des situations deacuteclenchantes afin de faciliter le transfert de la responsabiliteacute de la reacutesolution des problegravemes aux eacutelegraveves Cette derniegravere srsquoeffectue par des deacutemarches drsquoexpeacuterimentation mais surtout de modeacutelisation

Dans notre sceacutenario les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave deux types de donneacutees theacuteoriques et empiriques Drsquoune part ils ont agrave disposition deux theacuteories principales la premiegravere est que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs de lrsquoarc-shyen-shyciel tandis que la seconde deacutecrit l a maniegravere dont la couleur drsquoun objet deacutepend des couleurs qursquoil va absorber Drsquoautre part ils disposent de donneacutees empiriques qursquoils sont ameneacutes agrave reacutecolter en superposant des lumiegraveres de diffeacuterentes couleurs en meacutelangeant de la peinture et en projetant de la lumiegravere coloreacutee sur diffeacuterents objets coloreacutes Dans le cadre drsquoune deacutemarche drsquoexpeacuterimentation ils ont eacutemis des hypothegraveses observeacute manipuleacute du mateacuteriel utiliseacute des appliquettes en ligne et veacuterifieacute leurs reacutesultats Crsquoest ainsi les modegraveles que nous avons preacutesenteacutes et que les eacutelegraveves ont eacutelaboreacutes vont ecirctre des ponts qui vont relier le monde theacuteorique et le monde empirique Par ailleurs nous avons eacuteteacute attentifs agrave la seacutemiotique lors de nos choix des repreacutesentations utiliseacutees nous nous sommes reacutefeacutereacutes agrave la notion de registre seacutemiotique afin drsquoeacutelaborer des scheacutemas nrsquoengendrant pas de difficulteacutes de lecture chez les eacutelegraveves

Nous avons analyseacute lrsquoorigine des conceptions erroneacutees et avons remarqueacute qursquoelles eacutetaient principalement dues agrave des repreacutesentations concourantes engendreacutees par les diffeacuterents contextes et cadres de rationaliteacutes dans lesquelles les eacutelegraveves eacutevoluent Notre sceacutenario permet aux eacutelegraveves drsquoeacutetablir des liens entre ces diffeacuterents cadres et de construire une nouvelle repreacutesentation de la couleur celle drsquoun objet de la physique

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

6 Bibliographie

Astolfi J Ginsburger-shyVogel Y amp Toussaint J (2008) Mots-shycleacutes de la didactique des sciences De Boeck Supeacuterieur Beaufils D Ramage M-shyJ DidaScO (2004) Simulation informatique et enseignement de la physique regards didactiques Universiteacute Paris-shySud Centre scientifique drsquoOrsay -shy 91405 Orsay Cedex Brahic A Grenier I ( 2008) Lumiegraveres deacutetoiles les couleurs invisibles Odile Jacob Brousseau G (1998) Glossaire de quelques concepts de la theacuteorie des situations didactiques en matheacutematiques DAEST-shy Faculteacute des Sciences de lHomme-shyUniversiteacute Victor Segalen Bordeaux 2 Bunge M (1975) Philosophie de la physique Paris France Editions du Seuil Chevallard Y amp Johsua M-shyA (1986) Transposition didactique  Du savoir savant au savoir enseigneacute -shy Un exemple drsquoanalyse de la transposition didactique Penseacutee sauvage Chevallard Y A du texte Chevallard Y A du texte Chevallard Y amp Johsua M-shyA A du texte (1991) La transposition didactique  du savoir savant au savoir enseigneacute Suivi de Un exemple de la transposition didactique ([2e eacuted revue et augm]) Yves Chevallard  Yves Chevallard et Marie-shyAlberte Johsua [texte imprimeacute] Retrieved October 19 2016 de Vecchi G (2006) Enseigner lrsquoexpeacuterimental en classe  Pour une veacuteritable eacuteducation scientifique Hachette Editions (p 221-shy229) de Vecchi G (2006) Enseigner lrsquoexpeacuterimental en classe  Pour une veacuteritable eacuteducation scientifique Hachette Editions (p 55 -shy65) de Saussure F (2005) Cours de linguistique geacuteneacuterale Arbres drsquoOr Develay M (1987) A propos de la transposition didactique en sciences biologiques Aster [ISSN 0297-shy9373] 1987 Ndeg 4 p 119 Duval R (1988) Eacutecarts seacutemantiques et coheacuterence matheacutematique introduction aux problegravemes de congruences in Annales de Didactique et de Sciences Cognitives de lIREM de Strasbourg Giordan A Girault Y et Clement P (1994) Conceptions et connaissance Peter Lang Halloun I A (2004) Modeling theory in science education Dordrecht Holland Kluwer Academic Publishers Kane J Sternheim M (1989) Cours QCM exemple et exercices corrigeacutes -shy 1er cycle Licence PCEM PCEP Physique 3egraveme eacutedition revue par Philipe Ghosez Maryse Hoebeke et Gabriel Llabreacutes DUNOD Lerouge A (1992) Repreacutesentation carteacutesienne rationaliteacute matheacutematique et rationaliteacute du quotidien chez des eacutelegraveves de collegravege Thegravese de doctorat Universiteacute Montpellier II Malafosse D Lerouge A Dusseau J-shyM (2000) Notions de registre et de cadre de rationaliteacute en inter-shydidactique des matheacutematiques et de la physiqu e Treacutema Martinand J-shyL (nd) Introduction agrave la modeacutelisation In Actes du seacuteminaire de didactique des disciplines technologiques Cachan (p 126ndash138)

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Meirieu P Avanzin Gi (1987) Apprendre oui mais comment Edition ESF Verret M (1975) Le temps des eacutetudes (Vols 1ndash2) Lille France Atelier Reproduction des thegraveses

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Page 50: Physique Optique Lescouleurs · Sciences naturelles Les couleurs 10 11 Harmos 1.Introduction Comme nous allons le détailler dans le chapitre 4, les conceptions erronées des élèves

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

De quelle couleur apparaicirctra un objet de couleur eacuteclaireacute par une lumiegravere coloreacutee

Il y 3 cas

1) Un objet de couleur blanche renvoie toutes les couleurs il apparaicirctra de la couleur eacuteclaireacutee

2) Un objet de couleur noire absorbe toutes les couleurs Peu importe la couleur avec laquelle

lrsquoobjet est eacuteclaireacute lrsquoobjet apparaicirct de couleur noire

3) Pour un objet de couleur il suffit de deacutecomposer les couleurs secondaires par exemple

Jrsquoai un objet jaune

Je lui projette une lumiegravere magenta

Or jaune = rouge + vert

et magenta = bleu + rouge

Le rouge est commun au jaune et au magenta donc lrsquoobjet paraicirctra rouge

En revanche si la lumiegravere est bleue comme il nrsquoy a pas de bleu dans le jaune lrsquoobjet paraicirctra

noir

1

Tableau reacutecapitulatif

1 httpscommunitygoodgamestudioscombigfarmfrdiscussion51685langage-shy‐des-shy‐couleurs

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

Modegravele de reacuteponse

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

______

______

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

______

______

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation avec propositions

de reacuteponses)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

(rouge vert bleu Nous percevons les diffeacuterentes couleurs agrave partir de ces trois couleurs) ________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

(Explication relative aux cocircnes et bacirctonnets de lrsquo‛oeil)

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Corrigeacute vert bleu blanc cyan

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________ (vert)

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________ (bleu)

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________ (aucunenoir)

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

(selon modegravele eacutetudieacute)

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

(les deux selon que lrsquo‛on parle de synthegravese additive ou soustractive)

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

Bleu

______

Bleu

______

Noir

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________ (lumiegravere rouge)

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

Noir

______

Rouge

______

Rouge

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

(Bleu)

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

(selon modegravele eacutetudieacute)

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

(Explication citant la synthegravese soustractive et lrsquo‛effet des lumiegraveres coloreacutees

concerneacutees sur le haut du cambrioleur)

Evaluation - Analyse

Ce commentaire comprend les diffeacuterents objectifs eacutevalueacutes ainsi que ce qui est attendu

preacuteciseacutement des eacutelegraveves et les niveaux taxonomiques correspondants

Ce sont des pistes drsquo‛eacutevaluation qui sont ici proposeacutees non une eacutevaluation suivie

Exercice 1

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- Mettre en lien des notions theacuteoriques apprises en cours (cocircnes et

bacirctonnets de lrsquo‛oeil) avec drsquo‛autres (synthegravese additive)

Lrsquo‛eacutevaluation deacutebute par deux questions au niveau taxonomique peu eacuteleveacute La

premiegravere de lrsquo‛ordre de la compreacutehension demande aux eacutelegraveves de restituer une

connaissance de base agrave lrsquo‛aide de leurs propres mots La deuxiegraveme propose de

tester les connaissances theacuteoriques des eacutelegraveves en veacuterifiant que des liens entre

deux notions aient eacuteteacute faits

Exercice 2

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutedire la couleur perccedilue en fonction des meacutelanges de couleurs RVB

- deacutechiffrer un scheacutema et les codes de la repreacutesentation de la trajectoire

des lumiegraveres coloreacutees

Le deuxiegraveme exercice relegraveve du niveau taxonomique de lrsquo‛application car il

neacutecessite une compreacutehension de la maniegravere de repreacutesenter la lumiegravere (scheacutema de

la trajectoire rectiligne codes de couleurs RVB) et drsquo‛appliquer ce modegravele tout en

utilisant les connaissances des couleurs fondamentales et compleacutementaires de la

synthegravese additive

Exercice 3

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet drsquo‛un filtre sur une lumiegravere coloreacutee agrave lrsquo‛aide des codes

propres agrave lrsquo‛optique

Lrsquo‛exercice 3 relegraveve de lrsquo‛application car les eacutelegraveves se reacutefegraverent agrave la modeacutelisation

eacutetablie durant le cours et au diagramme de Venn de la synthegravese soustractive et

les adaptent aux items preacutesenteacutes

Exercice 4

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- mettre en perspective la distinction entre synthegravese additive et

soustractive en terme de lsquorsquo‛naturersquo‛rsquo‛ de la couleur (couleurs matiegraveres vs

couleurs lumiegraveres)

Cet exercice requiert des eacutelegraveves qursquo‛ils mobilisent leur faculteacute drsquo‛analyse (niveau

taxonomique plutocirct eacuteleveacute) pour expliquer les diffeacuterences entre les

repreacutesentations de la couleur en arts visuels et en physique Le but est qursquo‛ils

reconnaissent qursquo‛il srsquo‛agit dans le premier cas de la synthegravese soustractive et dans

le second cas de la synthegravese additive

Exercice 5

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutevoir la couleur perccedilue drsquo‛un objet en fonction des lumiegraveres coloreacutees

projeteacutees et coder le pheacutenomegravene

Les eacutelegraveves appliquent la modeacutelisation drsquo‛une lumiegravere coloreacutee sur un objet coloreacute

pour deacuteterminer la couleur perccedilue du drapeau franccedilais Cette question fait

reacutefeacuterence agrave un niveau taxonomique bas Puis ils trouvent la lumiegravere coloreacutee qui

permet de voir les deux drapeaux preacutesenteacutes de la mecircme couleur Ils trouveront

cette reacuteponse en modeacutelisant les lumiegraveres coloreacutees sur lrsquo‛objet de couleur

Plusieurs scheacutemas sont neacutecessaires pour trouver la reacuteponse Crsquo‛est une question

taxonomiquement haute qui demande aux eacutelegraveves de faire une synthegravese

Exercice 6

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet de la lumiegravere coloreacutee sur un objet et en deacuteduire la

couleur perccedilue

- justifier sa reacuteponse avec des mots en faisant la synthegravese des diffeacuterents

concepts vus dans la seacutequence de cours

Les eacutelegraveves doivent comprendre ce qursquo‛ils lisent et deacuteterminer la couleur propre du

haut du cambrioleur Cette question est taxonomiquement haute elle demande de

lrsquo‛analyse Puis ils justifient leur reacuteponse par le modegravele de lrsquo‛effet de la lumiegravere

coloreacutee sur un objet Cette question est drsquo‛un niveau taxonomique infeacuterieur

drsquo‛application Finalement ils deacuteterminent pourquoi la description de la jeune fille

ne correspond pas agrave la couleur propre en faisant le lien avec la synthegravese

soustractive demandant un niveau taxonomiquement tregraves eacuteleveacute la synthegravese

Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

4 Argumentation scientifique Nous avons choisi de construire notre seacutequence de cours de maniegravere agrave ce qursquoelle srsquoinscrive dans une deacutemarche constructiviste de type piageacutetienne Dans cette deacutemarche lrsquoenseignant anticipe les conceptions erroneacutees que les eacutelegraveves peuvent avoir puis eacutetablit une situation-shyproblegraveme permettant ideacutealement de deacuteconstruire ces repreacutesentations incomplegravetes puis finalement drsquoen construire de nouvelles plus justes Dans ce qui suit nous allons deacutefinir ces diffeacuterents concepts mis en eacutevidence puis expliciter la maniegravere dont nous les avons pris en compte dans notre planification

41 Les conceptions des eacutelegraveves et les situations-shyproblegravemes

411 Deacutefinitions Conception Selon Giordan et al (1994) une conception ou repreacutesentation peut ecirctre consideacutereacutee comme une ideacutee un objet ou un eacutevegravenement qui aide lrsquoeacutelegraveve agrave comprendre le monde qui lrsquoentoure Elle est le fruit de son expeacuterience personnelle dans laquelle il va puiser pour comprendre les nouveaux savoirs que lrsquoon va chercher agrave lui inculquer Elle peut ecirctre consideacutereacutee comme une connaissance ldquodeacutejagrave-shylagraverdquo acquise dans un certain contexte par lrsquoapprenant et qui peut ecirctre correcte ou erroneacutee Les mauvaises conceptions (ou misconception en anglais) peuvent donc ecirctre deacutecrites comme des ideacutees qui proviennent drsquoune mauvaise compreacutehension drsquoobjets ou eacutevegravenements Elles sont issues principalement de lrsquoenvironnement avec lequel lrsquoeacutelegraveve interagit et du contexte dans lequel il se situe mais elles deacutecoulent eacutegalement des systegravemes seacutemiotiques mis en oeuvre Ces derniers sont abordeacutes plus en deacutetail dans ce qui suit Seacutemiologie En seacutemiologie (lrsquoeacutetude des systegravemes de signes) une repreacutesentation (ou un signe) est double elle est doteacutee drsquoun signifiant et drsquoun signifieacute (de Saussure 1916) Le signifiant qui fait lrsquoobjet de la seacutemiologie deacutesigne la forme et laspect du signe tandis que le signifieacute eacutetudieacute dans le cadre de la seacutemantique deacutesigne le concept eacutevoqueacute par le signe A partir du moment ougrave le signe possegravede plusieurs signifieacutes il devient symbole et crsquoest ainsi que les incompreacutehensions peuvent survenir Selon R Duval (1995) le concept de laquo registre seacutemiotique raquo permet de distinguer les repreacutesentations qui relegravevent de diffeacuterents registres ou types visuels numeacuteriques graphiques symboliques formels scheacutematiques etc En didactique ce concept est fondamental car les diffeacuterences de registre au sein drsquoune mecircme repreacutesentation ou drsquoun

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

modegravele peut induire des difficulteacutes de lecture Ils risquent drsquoajouter des difficulteacutes suppleacutementaires en empecircchant les eacutelegraveves de se focaliser sur le problegraveme poseacute par lrsquoactiviteacute et les menant agrave formuler des conclusions diffeacuterentes de celles attendues par lrsquoenseignant Crsquoest pour cela qursquoun choix pertinent de registre seacutemiotique facilite la compreacutehension du concept introduit Dans notre cours un exemple typique que nous pouvons donner est la forte ressemblance des diagrammes de Venn pour les synthegraveses additive et soustractive Dans les deux modegraveles les diagrammes sont communeacutement scheacutematiseacutes sous forme circulaire De plus bien que inverseacutees au niveau de leurs superpositions les mecircmes couleurs sont repreacutesenteacutees dans les deux diagrammes Ces similitudes peuvent rendre la diffeacuterenciation complexe pour les eacutelegraveves Crsquoest pourquoi nous avons estimeacute important drsquoapporter un changement agrave la repreacutesentation de ces diagrammes Ainsi dans lrsquoune de nos fiches de synthegravese nous avons preacutefeacutereacute utiliser des formes rectangulaires plutocirct que circulaires pour repreacutesenter la synthegravese soustractive car cette forme eacutevoque plus fortement le filtre et ainsi lrsquoabsorption de la lumiegravere Cadre de rationaliteacute origine des conceptions En srsquoappuyant sur les travaux de R Douady (1984) A Lerouge (1992) deacutefinit laquo un cadre de rationaliteacuteraquo comme laquoun ensemble coheacuterent de fonctionnement de la penseacuteeraquo caracteacuteriseacute principalement par les composantes suivantes

1 Les objets du cadre dans notre cas il peut srsquoagir de peinture de feuille de papier de lampes de poche de filtres etc

2 Le type de processus de conceptualisation Dans un cadre scientifique il peut srsquoagir drsquoun processus par modeacutelisation ou par expeacuterimentation par exemple

3 Les registres seacutemiotiques que nous avons traiteacutes plus haut Les conceptions des eacutelegraveves et les conflits de perceptions en reacutesultant sont issus des diffeacuterents cadres de rationaliteacute dans lesquels ils eacutevoluent Ce sont les cadres familiers (personnel) et culturels (eacutecole) qui sont responsable de ces conceptions et repreacutesentations mentales tantocirct concourantes tantocirct inexistantes voire erroneacutees Elles se manifestent principalement agrave travers la seacutemiotique Les eacutelegraveves eacuteprouvent de la difficulteacute agrave repreacutesenter des objets issus de registres seacutemiotiques diffeacuterents ou encore agrave simplement les reconnaicirctre Dans le contexte de notre seacutequence sur les couleurs ces cadres de rationaliteacute sont centraux En effet crsquoest dans son quotidien et donc dans son cadre familier que lrsquoeacutelegraveve va deacutecouvrir la notion de couleur notamment par le biais de la peinture ou drsquoobservation drsquoarc-shyen-shyciel Cette deacutecouverte qui a souvent lieu tregraves tocirct dans la vie de lrsquoenfant ne fera pourtant pas pour autant lrsquoobjet de questionnement sur le pheacutenomegravene de perception des couleurs La notion de cadre culturel ou scolaire quand agrave elle peut ecirctre eacutetendue dans notre cas agrave deux sous-shycateacutegories de cadres culturels diffeacuterents qui vont ecirctre agrave lrsquoorigine de conceptions erroneacutees ou incomplegravetes Premiegraverement il y a le cadre que nous appelons laquo arts visuelsraquo et qui a ses propres regravegles de rationaliteacutes Les cours de dessin ou drsquoactiviteacutes creacuteatrices en sont de parfaits exemples car crsquoest dans ce cadre que les eacutelegraveves vont premiegraverement aborder la

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theacutematique des couleurs primaires et de leurs meacutelanges Mais cette theacutematique est eacutegalement abordeacutee dans le cadre laquophysiqueraquo agrave travers les expeacuteriences de deacutecomposition de la lumiegravere ou de superposition de lumiegraveres coloreacutees Ainsi nous retrouvons trois cadres de rationaliteacute concourants (familier physique arts visuels) dans lesquels les eacutelegraveves eacutevoluent et qui engendrent indubitablement des conceptions erroneacutees sur la lumiegravere et les couleurs puisque les eacutelegraveves ne sont pas ameneacutes agrave les diffeacuterencier dans chacun des cadres Et comme la communication entre les diffeacuterents cadres nrsquoest pas eacutetablie le lien agrave faire entre les diffeacuterentes conceptions issues de ces cadres est agrave la charge de lrsquoeacutelegraveve ce qui repreacutesente une lourde responsabiliteacute dans son apprentissage Astolfi (2008) appelle eacutegalement ces conceptions issues de diffeacuterents cadres des ldquotrames conceptuelles rdquoqui peuvent ecirctre deacutefinies comme ldquoun ensemble de concepts-shycleacutes propres agrave un domaine et logiquement hieacuterarchiseacutes entre eux qui structurent les disciplines et engendrent des situations-shyproblegravemesrdquo Mais encore on verra eacutemerger des problegravemes de contrat didactique dans chacun des cadres lrsquoeacutelegraveve va tenter de donner une reacuteponse qui va satisfaire lrsquoenseignant sans pour autant ecirctre ameneacute agrave confronter ses conceptions

Situation-shyproblegraveme Pour de Vecchi (2006) une situation-shyproblegraveme est une activiteacute qui consiste agrave mettre lrsquoeacutelegraveve dans une situation ougrave il va ecirctre ameneacute agrave eacutelaborer des strateacutegies de reacutesolution de problegraveme Lrsquoun des points cleacutes des situations-shyproblegravemes est qursquoelles eacutetablissent un lien eacutetroit entre les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves En drsquoautres termes une situation-shyproblegraveme est construite de telle sorte que les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave remettre en question des repreacutesentations actuelles qui srsquoavegraverent erroneacutees agrave les deacuteconstruire pour en construire de nouvelles Ainsi dans une deacutemarche de type constructiviste lrsquoeacutelegraveve construit son savoir en renversant ses anciennes conceptions Une situation-shyproblegraveme nrsquoest donc pas une deacutemarche ponctuelle dans laquelle lrsquoeacutelegraveve devra reacutesoudre une liste drsquoexercices teacuteleacuteguideacutee par lrsquoenseignant Ce qui justifie lrsquoefficaciteacute des situations problegravemes est qursquo laquoapprendreraquo ne consiste pas agrave cumuler les savoirs mais agrave en construire et agrave en deacuteconstruire

Une situation-shyproblegraveme doit comprendre plusieurs eacuteleacutements

-shy Un objectif-shyobstacle Pour Meirieu (1987) un objectif-shyobstacle est ldquoun objectif dont lrsquoacquisition permet au sujet de franchir un palier deacutecisif de progression en modifiant son systegraveme de repreacutesentation et en le faisant acceacuteder un niveau supeacuterieur de formulation rdquo Dans notre cas lrsquoeacutelegraveve pense que tous les meacutelanges de 3 couleurs primaires (de peinture ou de lumiegravere) vont donner le mecircme reacutesultat La distinction entre synthegraveses additive et soustractive nrsquoest pas connue des eacutelegraveves De plus projeter de la lumiegravere monochromatique sur un objet drsquoune certaine couleur ne donne pas toujours la mecircme couleur Lrsquoexemple avec le drapeau (activiteacute 4) est parlant

-shy Une situation centreacutee sur cet obstacle prenant en compte une deacutemarche expeacuterimentale ou une deacutemarche de modeacutelisation Dans notre cours les deux deacutemarches sont mises en oeuvre mais notre deacutemarche principale est la modeacutelisation Les eacutelegraveves vont effectivement ecirctre ameneacutes agrave eacutemettre des hypothegraveses manipuler reacutecolter des reacutesultats et les confronter agrave

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leurs hypothegraveses mais il srsquoagit surtout drsquoune deacutemarche de modeacutelisation car les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave creacuteer des scheacutemas dans plusieurs exercices

-shy Une probleacutematisation et la deacutevolution on probleacutematise la conception erroneacutee en introduisant une situation-shyproblegraveme crsquoest-shyagrave-shydire qursquoon construit un problegraveme centreacute sur lrsquoobstacle La surprise face agrave une situation incoheacuterente va intriguer lrsquoeacutelegraveve exciter sa motivation et le pousser agrave vouloir srsquoimpliquer dans le problegraveme ce qui va aider sa deacutevolution Brousseau (1998) qualifie la notion de deacutevolution par le ldquo processus par lequel lenseignant parvient agrave placer leacutelegraveve comme simple actant dans une situation a-shydidactique (agrave modegravele non didactique) Il cherche par lagrave agrave ce que lrsquoaction de lrsquoeacutelegraveve ne soit produite et justifieacutee que par les neacutecessiteacutes du milieu et par ses connaissances et non par lrsquointerpreacutetation des proceacutedeacutes didactiques du professeurrdquo Pour enrocircler les eacutelegraveves et les aider agrave identifier la probleacutematique en met on place une situation deacuteclenchante Dans notre cas lrsquoexemple avec le meacutelange de peinture et de lumiegraveres coloreacutees est un parfait exemple de situation deacuteclenchante car les eacutelegraveves ne sattendent probablement pas par exemple agrave ce que le meacutelange de vert et bleu donne du cyan ou encore qursquoon perccediloive un citron noir lorsque lrsquoon projette de la lumiegravere bleue sur ce celui-shyci

412 La prise en compte des conceptions des eacutelegraveves dans notre seacutequence La theacutematique de la lumiegravere et des couleurs est complexe et comprend de nombreux concepts difficiles agrave assimiler En effet bon nombre de personnes ont des repreacutesentations erroneacutees qui peuvent rester profondeacutement ancreacutees Parmi les conceptions erroneacutees les plus communes on retrouve selon le site internet des MER

La lumiegravere blanche est sans couleur pure quand la lumiegravere blanche passe dans un prisme ou traverse un filtre de la couleur lui est ajouteacutee

La lumiegravere blanche nous permet de voir la vraie couleur des objets laquoMa feuille est blanche parce que je nai pas ajouteacute dautres couleurs agrave celle-shyciraquo

Les couleurs sont lieacutees agrave des proprieacuteteacutes de lrsquoobjet exclusivement sans reacutefeacuterence agrave la lumiegravere qui eacuteclaire lrsquoobjet Ne dit-shyon pas quun pull est rouge

Confusion entre les couleurs primaires en couleur peinture et en couleur lumiegravere

Dans notre planification nous avons anticipeacute ces conceptions et avons construit notre cours de maniegravere agrave ce qursquoelles soient mises en eacutevidence le plus tocirct possible afin de tenter de les deacuteconstruire agrave travers nos activiteacutes

Ainsi degraves deacutebut de lrsquoactiviteacute 2 les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave une situation-shyproblegraveme dans laquelle ils comprennent qursquoil existe une contradiction entre leur conception de deacutepart sur les meacutelanges de couleurs (issue de leurs cadres de rationaliteacute familier et scolaire lsquorsquoart visuelrsquorsquo) et leurs observations (nouveau cadre lsquorsquophysiquersquorsquo) Crsquoest sur la base de ce conflit cognitif que les diffeacuterentes notions de la seacutequence pourront ecirctre abordeacutees Les autres conceptions sont mises en eacutevidence puis deacuteconstruites agrave travers les diffeacuterentes activiteacutes Par exemple les

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

activiteacutes du chapitre 3 permettent de montrer que la lumiegravere blanche nrsquoest pas pure mais qursquoelle est composeacutee de toutes les couleurs et ce gracircce agrave lrsquoobservation des objets agrave la lumiegravere blanche puis agrave travers un filtre

De plus lrsquoactiviteacute 3 srsquoarticule autour drsquoune conception erroneacutee repeacutereacutee dans certaines classes Bon nombre drsquoeacutelegraveves eacutetaient persuadeacutes qursquoun filtre ne laissait pas passer les lumiegraveres de sa couleur propre car crsquoest la couleur dont est perccedilue le filtre Un conflit cognitif est alors provoqueacute afin de deacuteconstruire cette conception les eacutelegraveves observent que la lumiegravere coloreacutee nrsquoest pas absorbeacutee par le filtre mais qursquoelle se propage bien jusqursquoagrave lrsquoeacutecran blanc

En introduction de lrsquoactiviteacute 4 une nouvelle situation-shyproblegraveme est preacutesenteacutee par le biais drsquoune image montrant que la couleur drsquoun objet peut varier en fonction de la lumiegravere coloreacutee par laquelle il est eacuteclaireacute Elle servira agrave provoquer un conflit cognitif chez les eacutelegraveves car cette situation intervient apregraves une phase drsquohypothegravese reacutepondant agrave la question suivante un objet peut-shyil avoir diffeacuterentes couleurs La reacuteponse donneacutee par lrsquoimage contredira probablement lrsquohypothegravese preacuteceacutedemment formuleacutee et devrait susciter de la curiositeacute chez lrsquoeacutelegraveve et lui donner lrsquoenvie de comprendre le pheacutenomegravene Nous deacutemontrons ensuite tout au long de lrsquoactiviteacute 4 sur les lumiegraveres coloreacutees que crsquoest le pheacutenomegravene drsquoabsorption et de reacuteflection de la lumiegravere qui nous permet de voir la couleur des objets et non pas la lumiegravere blanche Crsquoest donc par le biais de ces deacuteconstructions successives de conceptions que lrsquoenseignant peut guider les eacutelegraveves sur la voie de la reacutesolution du problegraveme de lrsquoorigine de ces contradictions dans le but drsquoeacutetablir le lien entre les diffeacuterents cadres de rationaliteacute

42 Modeacutelisation

421 Deacutefinition

Un modegravele est communeacutement deacutefini comme un objet ou un concept qui va permettre de repreacutesenter la reacutealiteacute de diffeacuterentes maniegraveres Bunge (1974) ou encore Martinand (1994) le deacutefinissent eacutegalement comme un moyen permettant de mettre en relation le monde theacuteorique avec le monde empirique Il peut ecirctre consideacutereacute en quelque sorte comme un monde intermeacutediaire ou une sorte de lunette conceptuelle (Halloun 2004) qui va permettre drsquoobserver des pheacutenomegravenes naturels Un modegravele ne constitue pas la reacutealiteacute mais la repreacutesente en simplifiant certains de ses aspects ce qui peut causer des conflits pour les repreacutesentations cognitives chez lrsquoeacutelegraveve

422 La modeacutelisation dans notre seacutequence Dans notre planification la modeacutelisation est centrale afin de conceptualiser des pheacutenomegravenes complexes comme la composition de la lumiegravere et la perception des couleurs Elle est lrsquooutil qui permet drsquoamener les eacutelegraveves agrave se faccedilonner une repreacutesentation de la deacutecomposition de la lumiegravere blanche de labsorption de la lumiegravere agrave travers les filtres et des synthegraveses additive et soustractive des couleurs

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De plus elle constitue un objectif de formation meacutethodologique qui va de pair avec toute formation scientifique Crsquoest pourquoi nous avons inclus la modeacutelisation dans les objectifs drsquoapprentissage Dans la terminologie du PER la modeacutelisation correspond agrave lrsquoobjectif geacuteneacuteral MSN37

bull MSN 1525 mdash Modeacuteliser des pheacutenomegravenes naturels techniques sociaux ou des situations matheacutematiques

bull en imaginant et en utilisant divers outils de repreacutesentation (codes scheacutemas graphiques tableauxhellip)

Lrsquoactiviteacute 2 propose aux eacutelegraveves de reporter les couleurs observeacutees sur trois cercles superposeacutes En les coloriant les eacutelegraveves reacutealisent en reacutealiteacute une forme simple de modeacutelisation par un diagramme de Venn de la synthegravese additive Il nous a sembleacute pertinent drsquointroduire ce scheacutema de cette maniegravere car ainsi les eacutelegraveves comprennent reacuteellement qursquoil correspond agrave la lumiegravere projeteacutee et superposeacutee sur un eacutecran En derniegravere partie drsquoactiviteacute les eacutelegraveves se familiarisent avec un logiciel de modeacutelisation de la synthegravese additive 3

Lrsquoutilisation drsquoun modegravele dans ce cas est indispensable pour des raisons pratiques Il serait en effet tregraves difficile de faire des observations similaires avec un dispositif reacuteel constitueacute de projecteurs et drsquoun eacutecran comme dans la premiegravere partie drsquoactiviteacute Nous avons veilleacute agrave choisir un logiciel simple drsquousage sur lequel seules deux manipulations sont possibles allumereacuteteindre les projecteurs et varier leurs intensiteacutes Ainsi il est possible pour les eacutelegraveves de faire rapidement et sans difficulteacutes de lrsquoordre du registre seacutemiotique la deacuteduction attendue les diffeacuterentes couleurs srsquoobtiennent par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

Dans lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves sont ameneacutes agrave modeacuteliser lrsquoeffet drsquoun filtre sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee Ils ancrent ainsi le fonctionnement drsquoun filtre dans leur apprentissage et deacuteveloppent une meacutethodologie systeacutematique dans la reacutesolution de problegravemes mettant en scegravene des filtres Gracircce au modegravele deacuteveloppeacute les eacutelegraveves deacuteconstruisent deacutefinitivement leur eacuteventuelle conception erroneacutee selon laquelle un filtre absorberait sa propre couleur Lrsquoactiviteacute 43 a pour but que les eacutelegraveves modeacutelisent les pheacutenomegravenes de reacutefraction et drsquoabsorption en justifiant leur reacuteponse par un modegravele de reacuteponse Ce dernier comprend les couleurs RVB qui se reflegravetent ou qui sont absorbeacutees par une surface Ainsi lrsquoeacutelegraveve peut trouver une meacutethode systeacutematique de reacuteponse en testant les diffeacuterentes couleurs Gracircce agrave cette modeacutelisation et agrave celle de lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves comprennent que les fonctionnements des filtres et des lumiegraveres coloreacutees sont fondeacutes sur le mecircme principe

3(httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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43 Deacutemarche expeacuterimentale

431 Deacutefinition Pour de Vecchi il est important de ne pas confondre les notions lieacutees agrave lrsquoexpeacuterimental qui sont les suivantes

-shy Une deacutemarche scientifique nrsquoest pas exclusive au domaine des sciences expeacuterimentales mais peut aussi ecirctre mobiliseacutee dans les sciences humaines socialeshellip Elle utilise drsquoautres outils que lrsquoexpeacuterimentale Toute recherche digne de ce nom est de nature scientifique

-shy La meacutethode expeacuterimentale eacutequivaut plutocirct agrave un plan agrave suivre un mode drsquoemploi ou agrave une marche agrave suivre qui suit un ordre strict que lrsquoon peut aussi appeler protocole Par exemple parmi les plus ceacutelegravebres protocoles nous retrouvons celui de Claude Bernard (1865) que lrsquoon abregravege par les initiales OHERIC qui correspondent agrave observation hypothegravese expeacuterience reacutesultats interpreacutetation et conclusion De maniegravere geacuteneacuterale il srsquoagit du protocole caricatural que lrsquoon emploie le plus souvent dans les salles de classes

-shy Une deacutemarche expeacuterimentale est une approche plus reacutealiste moins stricte et integravegre

une approche plus tacirctonnante Il nrsquoest pas constitueacute drsquoeacutetapes preacutedeacutetermineacutees et est donc moins affecteacutee par les directives de lrsquoenseignant Il peut donc laisser des liberteacutes dans la maniegravere de reacutesoudre le problegraveme

432 La deacutemarche expeacuterimentale dans notre seacutequence Dans notre seacutequence la meacutethode expeacuterimentale est preacutesente de maniegravere partielle du scheacutema caricatural OHERIC nous nous inteacuteressons en particulier aux phases drsquoobservation et drsquoeacutemission drsquohypothegraveses Crsquoest pourquoi nous parlons donc plutocirct de ldquodeacutemarche expeacuterimentalerdquo En effet tout au long des diffeacuterentes activiteacutes il est reacuteguliegraverement demandeacute aux eacutelegraveves de formuler une hypothegravese agrave partir de leurs connaissances au preacutealable puis de faire de nouvelles observations en contexte expeacuterimental Crsquoest sur la base de ces derniegraveres qursquoils pourront reacutealiser leurs deacuteductions sur le pheacutenomegravene en question et construire de nouvelles conceptions Dans lrsquoactiviteacute 2 ce type de deacutemarche est central pour la creacuteation de la premiegravere situation-shyproblegraveme Par la suite la deacutemarche permet de guider les eacutelegraveves dans le processus de deacuteduction du fonctionnement geacuteneacuteral des diffeacuterents pheacutenomegravenes Dans lrsquoactiviteacute 41 par exemple les pheacutenomegravenes agrave deacuteduire sont la synthegravese soustractive et le fonctionnement de la lumiegravere coloreacutee Lrsquoemploi drsquoobjets familiers permet un ancrage dans le quotidien

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Dans lrsquoactiviteacute 3 lrsquoeacutetude de lrsquoeffet des filtres constitue agrave son tour un deacutemarche expeacuterimentale En effet les eacutelegraveves doivent tout drsquoabord eacutemettre leurs hypothegraveses puis les veacuterifient par lrsquoexpeacuterimentation et ses reacutesultats provoquant probablement un conflit cognitif avant drsquoen conclure lrsquoeffet drsquoun filtre Dans lrsquoactiviteacute 42 nous retrouvons toujours le mecircme principe de deacutemarche expeacuterimentale Les eacutelegraveves formulent des hypothegraveses sur la couleur perccedilue de diffeacuterents mots coloreacutes eacuteclaireacutes par une lumiegravere coloreacutee puis les veacuterifient lors de la phase drsquoobservation La confrontation entre leurs attentes lieacutees agrave leurs conceptions et la reacutealiteacute creacutee le conflit cognitif rechercheacute

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5 Conclusion Pour seacutelectionner notre thegraveme et eacutelaborer notre seacutequence nous nous sommes fondeacutes sur les objectifs du PER et crsquoest sur lrsquooptique que notre choix srsquoest porteacute Le savoir savant auquel nous nous sommes reacutefeacutereacutes comprend principalement des concepts lieacutes agrave la lumiegravere tels que les photons les ondes eacutelectromagneacutetiques ainsi que les spectres drsquoeacutemission et drsquoabsorption Nous avons transposeacute ce savoir en un savoir enseignable par le biais drsquoun travail de contextualisation et de reacuteadaptation Nous avons eacuteteacute ameneacutes agrave remplacer des modegraveles scientifiques (par exemple les modegraveles de synthegraveses additive et soustractive) par des modegraveles accessibles agrave un niveau scolaire et agrave changer les conditions drsquoeacutemergence des problegravemes Ainsi notre travail de transposition consistait agrave montrer aux eacutelegraveves la partie eacutemergeacutee de lrsquoiceberg du concept de couleur le reacutesultat apparent plutocirct que lrsquoorigine eacutelectromagneacutetique Tout au long de la seacutequence et par le biais de situations-shyproblegravemes et de diffeacuterentes eacutetapes de reacutesolution des activiteacutes les eacutelegraveves ont eacuteteacute guideacutes dans le processus de construction de leur apprentissage En nous focalisant sur les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves nous avons eacutelaboreacute nos exercices de maniegravere agrave proposer des situations deacuteclenchantes afin de faciliter le transfert de la responsabiliteacute de la reacutesolution des problegravemes aux eacutelegraveves Cette derniegravere srsquoeffectue par des deacutemarches drsquoexpeacuterimentation mais surtout de modeacutelisation

Dans notre sceacutenario les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave deux types de donneacutees theacuteoriques et empiriques Drsquoune part ils ont agrave disposition deux theacuteories principales la premiegravere est que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs de lrsquoarc-shyen-shyciel tandis que la seconde deacutecrit l a maniegravere dont la couleur drsquoun objet deacutepend des couleurs qursquoil va absorber Drsquoautre part ils disposent de donneacutees empiriques qursquoils sont ameneacutes agrave reacutecolter en superposant des lumiegraveres de diffeacuterentes couleurs en meacutelangeant de la peinture et en projetant de la lumiegravere coloreacutee sur diffeacuterents objets coloreacutes Dans le cadre drsquoune deacutemarche drsquoexpeacuterimentation ils ont eacutemis des hypothegraveses observeacute manipuleacute du mateacuteriel utiliseacute des appliquettes en ligne et veacuterifieacute leurs reacutesultats Crsquoest ainsi les modegraveles que nous avons preacutesenteacutes et que les eacutelegraveves ont eacutelaboreacutes vont ecirctre des ponts qui vont relier le monde theacuteorique et le monde empirique Par ailleurs nous avons eacuteteacute attentifs agrave la seacutemiotique lors de nos choix des repreacutesentations utiliseacutees nous nous sommes reacutefeacutereacutes agrave la notion de registre seacutemiotique afin drsquoeacutelaborer des scheacutemas nrsquoengendrant pas de difficulteacutes de lecture chez les eacutelegraveves

Nous avons analyseacute lrsquoorigine des conceptions erroneacutees et avons remarqueacute qursquoelles eacutetaient principalement dues agrave des repreacutesentations concourantes engendreacutees par les diffeacuterents contextes et cadres de rationaliteacutes dans lesquelles les eacutelegraveves eacutevoluent Notre sceacutenario permet aux eacutelegraveves drsquoeacutetablir des liens entre ces diffeacuterents cadres et de construire une nouvelle repreacutesentation de la couleur celle drsquoun objet de la physique

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6 Bibliographie

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Meirieu P Avanzin Gi (1987) Apprendre oui mais comment Edition ESF Verret M (1975) Le temps des eacutetudes (Vols 1ndash2) Lille France Atelier Reproduction des thegraveses

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Page 51: Physique Optique Lescouleurs · Sciences naturelles Les couleurs 10 11 Harmos 1.Introduction Comme nous allons le détailler dans le chapitre 4, les conceptions erronées des élèves

Sciences naturelles Optique Couleur drsquoun objet

Modegravele de reacuteponse

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

______

______

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

______

______

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation avec propositions

de reacuteponses)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

(rouge vert bleu Nous percevons les diffeacuterentes couleurs agrave partir de ces trois couleurs) ________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

(Explication relative aux cocircnes et bacirctonnets de lrsquo‛oeil)

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Corrigeacute vert bleu blanc cyan

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________ (vert)

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________ (bleu)

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________ (aucunenoir)

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

(selon modegravele eacutetudieacute)

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

(les deux selon que lrsquo‛on parle de synthegravese additive ou soustractive)

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

Bleu

______

Bleu

______

Noir

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________ (lumiegravere rouge)

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

Noir

______

Rouge

______

Rouge

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

(Bleu)

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

(selon modegravele eacutetudieacute)

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

(Explication citant la synthegravese soustractive et lrsquo‛effet des lumiegraveres coloreacutees

concerneacutees sur le haut du cambrioleur)

Evaluation - Analyse

Ce commentaire comprend les diffeacuterents objectifs eacutevalueacutes ainsi que ce qui est attendu

preacuteciseacutement des eacutelegraveves et les niveaux taxonomiques correspondants

Ce sont des pistes drsquo‛eacutevaluation qui sont ici proposeacutees non une eacutevaluation suivie

Exercice 1

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- Mettre en lien des notions theacuteoriques apprises en cours (cocircnes et

bacirctonnets de lrsquo‛oeil) avec drsquo‛autres (synthegravese additive)

Lrsquo‛eacutevaluation deacutebute par deux questions au niveau taxonomique peu eacuteleveacute La

premiegravere de lrsquo‛ordre de la compreacutehension demande aux eacutelegraveves de restituer une

connaissance de base agrave lrsquo‛aide de leurs propres mots La deuxiegraveme propose de

tester les connaissances theacuteoriques des eacutelegraveves en veacuterifiant que des liens entre

deux notions aient eacuteteacute faits

Exercice 2

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutedire la couleur perccedilue en fonction des meacutelanges de couleurs RVB

- deacutechiffrer un scheacutema et les codes de la repreacutesentation de la trajectoire

des lumiegraveres coloreacutees

Le deuxiegraveme exercice relegraveve du niveau taxonomique de lrsquo‛application car il

neacutecessite une compreacutehension de la maniegravere de repreacutesenter la lumiegravere (scheacutema de

la trajectoire rectiligne codes de couleurs RVB) et drsquo‛appliquer ce modegravele tout en

utilisant les connaissances des couleurs fondamentales et compleacutementaires de la

synthegravese additive

Exercice 3

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet drsquo‛un filtre sur une lumiegravere coloreacutee agrave lrsquo‛aide des codes

propres agrave lrsquo‛optique

Lrsquo‛exercice 3 relegraveve de lrsquo‛application car les eacutelegraveves se reacutefegraverent agrave la modeacutelisation

eacutetablie durant le cours et au diagramme de Venn de la synthegravese soustractive et

les adaptent aux items preacutesenteacutes

Exercice 4

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- mettre en perspective la distinction entre synthegravese additive et

soustractive en terme de lsquorsquo‛naturersquo‛rsquo‛ de la couleur (couleurs matiegraveres vs

couleurs lumiegraveres)

Cet exercice requiert des eacutelegraveves qursquo‛ils mobilisent leur faculteacute drsquo‛analyse (niveau

taxonomique plutocirct eacuteleveacute) pour expliquer les diffeacuterences entre les

repreacutesentations de la couleur en arts visuels et en physique Le but est qursquo‛ils

reconnaissent qursquo‛il srsquo‛agit dans le premier cas de la synthegravese soustractive et dans

le second cas de la synthegravese additive

Exercice 5

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutevoir la couleur perccedilue drsquo‛un objet en fonction des lumiegraveres coloreacutees

projeteacutees et coder le pheacutenomegravene

Les eacutelegraveves appliquent la modeacutelisation drsquo‛une lumiegravere coloreacutee sur un objet coloreacute

pour deacuteterminer la couleur perccedilue du drapeau franccedilais Cette question fait

reacutefeacuterence agrave un niveau taxonomique bas Puis ils trouvent la lumiegravere coloreacutee qui

permet de voir les deux drapeaux preacutesenteacutes de la mecircme couleur Ils trouveront

cette reacuteponse en modeacutelisant les lumiegraveres coloreacutees sur lrsquo‛objet de couleur

Plusieurs scheacutemas sont neacutecessaires pour trouver la reacuteponse Crsquo‛est une question

taxonomiquement haute qui demande aux eacutelegraveves de faire une synthegravese

Exercice 6

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet de la lumiegravere coloreacutee sur un objet et en deacuteduire la

couleur perccedilue

- justifier sa reacuteponse avec des mots en faisant la synthegravese des diffeacuterents

concepts vus dans la seacutequence de cours

Les eacutelegraveves doivent comprendre ce qursquo‛ils lisent et deacuteterminer la couleur propre du

haut du cambrioleur Cette question est taxonomiquement haute elle demande de

lrsquo‛analyse Puis ils justifient leur reacuteponse par le modegravele de lrsquo‛effet de la lumiegravere

coloreacutee sur un objet Cette question est drsquo‛un niveau taxonomique infeacuterieur

drsquo‛application Finalement ils deacuteterminent pourquoi la description de la jeune fille

ne correspond pas agrave la couleur propre en faisant le lien avec la synthegravese

soustractive demandant un niveau taxonomiquement tregraves eacuteleveacute la synthegravese

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4 Argumentation scientifique Nous avons choisi de construire notre seacutequence de cours de maniegravere agrave ce qursquoelle srsquoinscrive dans une deacutemarche constructiviste de type piageacutetienne Dans cette deacutemarche lrsquoenseignant anticipe les conceptions erroneacutees que les eacutelegraveves peuvent avoir puis eacutetablit une situation-shyproblegraveme permettant ideacutealement de deacuteconstruire ces repreacutesentations incomplegravetes puis finalement drsquoen construire de nouvelles plus justes Dans ce qui suit nous allons deacutefinir ces diffeacuterents concepts mis en eacutevidence puis expliciter la maniegravere dont nous les avons pris en compte dans notre planification

41 Les conceptions des eacutelegraveves et les situations-shyproblegravemes

411 Deacutefinitions Conception Selon Giordan et al (1994) une conception ou repreacutesentation peut ecirctre consideacutereacutee comme une ideacutee un objet ou un eacutevegravenement qui aide lrsquoeacutelegraveve agrave comprendre le monde qui lrsquoentoure Elle est le fruit de son expeacuterience personnelle dans laquelle il va puiser pour comprendre les nouveaux savoirs que lrsquoon va chercher agrave lui inculquer Elle peut ecirctre consideacutereacutee comme une connaissance ldquodeacutejagrave-shylagraverdquo acquise dans un certain contexte par lrsquoapprenant et qui peut ecirctre correcte ou erroneacutee Les mauvaises conceptions (ou misconception en anglais) peuvent donc ecirctre deacutecrites comme des ideacutees qui proviennent drsquoune mauvaise compreacutehension drsquoobjets ou eacutevegravenements Elles sont issues principalement de lrsquoenvironnement avec lequel lrsquoeacutelegraveve interagit et du contexte dans lequel il se situe mais elles deacutecoulent eacutegalement des systegravemes seacutemiotiques mis en oeuvre Ces derniers sont abordeacutes plus en deacutetail dans ce qui suit Seacutemiologie En seacutemiologie (lrsquoeacutetude des systegravemes de signes) une repreacutesentation (ou un signe) est double elle est doteacutee drsquoun signifiant et drsquoun signifieacute (de Saussure 1916) Le signifiant qui fait lrsquoobjet de la seacutemiologie deacutesigne la forme et laspect du signe tandis que le signifieacute eacutetudieacute dans le cadre de la seacutemantique deacutesigne le concept eacutevoqueacute par le signe A partir du moment ougrave le signe possegravede plusieurs signifieacutes il devient symbole et crsquoest ainsi que les incompreacutehensions peuvent survenir Selon R Duval (1995) le concept de laquo registre seacutemiotique raquo permet de distinguer les repreacutesentations qui relegravevent de diffeacuterents registres ou types visuels numeacuteriques graphiques symboliques formels scheacutematiques etc En didactique ce concept est fondamental car les diffeacuterences de registre au sein drsquoune mecircme repreacutesentation ou drsquoun

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modegravele peut induire des difficulteacutes de lecture Ils risquent drsquoajouter des difficulteacutes suppleacutementaires en empecircchant les eacutelegraveves de se focaliser sur le problegraveme poseacute par lrsquoactiviteacute et les menant agrave formuler des conclusions diffeacuterentes de celles attendues par lrsquoenseignant Crsquoest pour cela qursquoun choix pertinent de registre seacutemiotique facilite la compreacutehension du concept introduit Dans notre cours un exemple typique que nous pouvons donner est la forte ressemblance des diagrammes de Venn pour les synthegraveses additive et soustractive Dans les deux modegraveles les diagrammes sont communeacutement scheacutematiseacutes sous forme circulaire De plus bien que inverseacutees au niveau de leurs superpositions les mecircmes couleurs sont repreacutesenteacutees dans les deux diagrammes Ces similitudes peuvent rendre la diffeacuterenciation complexe pour les eacutelegraveves Crsquoest pourquoi nous avons estimeacute important drsquoapporter un changement agrave la repreacutesentation de ces diagrammes Ainsi dans lrsquoune de nos fiches de synthegravese nous avons preacutefeacutereacute utiliser des formes rectangulaires plutocirct que circulaires pour repreacutesenter la synthegravese soustractive car cette forme eacutevoque plus fortement le filtre et ainsi lrsquoabsorption de la lumiegravere Cadre de rationaliteacute origine des conceptions En srsquoappuyant sur les travaux de R Douady (1984) A Lerouge (1992) deacutefinit laquo un cadre de rationaliteacuteraquo comme laquoun ensemble coheacuterent de fonctionnement de la penseacuteeraquo caracteacuteriseacute principalement par les composantes suivantes

1 Les objets du cadre dans notre cas il peut srsquoagir de peinture de feuille de papier de lampes de poche de filtres etc

2 Le type de processus de conceptualisation Dans un cadre scientifique il peut srsquoagir drsquoun processus par modeacutelisation ou par expeacuterimentation par exemple

3 Les registres seacutemiotiques que nous avons traiteacutes plus haut Les conceptions des eacutelegraveves et les conflits de perceptions en reacutesultant sont issus des diffeacuterents cadres de rationaliteacute dans lesquels ils eacutevoluent Ce sont les cadres familiers (personnel) et culturels (eacutecole) qui sont responsable de ces conceptions et repreacutesentations mentales tantocirct concourantes tantocirct inexistantes voire erroneacutees Elles se manifestent principalement agrave travers la seacutemiotique Les eacutelegraveves eacuteprouvent de la difficulteacute agrave repreacutesenter des objets issus de registres seacutemiotiques diffeacuterents ou encore agrave simplement les reconnaicirctre Dans le contexte de notre seacutequence sur les couleurs ces cadres de rationaliteacute sont centraux En effet crsquoest dans son quotidien et donc dans son cadre familier que lrsquoeacutelegraveve va deacutecouvrir la notion de couleur notamment par le biais de la peinture ou drsquoobservation drsquoarc-shyen-shyciel Cette deacutecouverte qui a souvent lieu tregraves tocirct dans la vie de lrsquoenfant ne fera pourtant pas pour autant lrsquoobjet de questionnement sur le pheacutenomegravene de perception des couleurs La notion de cadre culturel ou scolaire quand agrave elle peut ecirctre eacutetendue dans notre cas agrave deux sous-shycateacutegories de cadres culturels diffeacuterents qui vont ecirctre agrave lrsquoorigine de conceptions erroneacutees ou incomplegravetes Premiegraverement il y a le cadre que nous appelons laquo arts visuelsraquo et qui a ses propres regravegles de rationaliteacutes Les cours de dessin ou drsquoactiviteacutes creacuteatrices en sont de parfaits exemples car crsquoest dans ce cadre que les eacutelegraveves vont premiegraverement aborder la

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theacutematique des couleurs primaires et de leurs meacutelanges Mais cette theacutematique est eacutegalement abordeacutee dans le cadre laquophysiqueraquo agrave travers les expeacuteriences de deacutecomposition de la lumiegravere ou de superposition de lumiegraveres coloreacutees Ainsi nous retrouvons trois cadres de rationaliteacute concourants (familier physique arts visuels) dans lesquels les eacutelegraveves eacutevoluent et qui engendrent indubitablement des conceptions erroneacutees sur la lumiegravere et les couleurs puisque les eacutelegraveves ne sont pas ameneacutes agrave les diffeacuterencier dans chacun des cadres Et comme la communication entre les diffeacuterents cadres nrsquoest pas eacutetablie le lien agrave faire entre les diffeacuterentes conceptions issues de ces cadres est agrave la charge de lrsquoeacutelegraveve ce qui repreacutesente une lourde responsabiliteacute dans son apprentissage Astolfi (2008) appelle eacutegalement ces conceptions issues de diffeacuterents cadres des ldquotrames conceptuelles rdquoqui peuvent ecirctre deacutefinies comme ldquoun ensemble de concepts-shycleacutes propres agrave un domaine et logiquement hieacuterarchiseacutes entre eux qui structurent les disciplines et engendrent des situations-shyproblegravemesrdquo Mais encore on verra eacutemerger des problegravemes de contrat didactique dans chacun des cadres lrsquoeacutelegraveve va tenter de donner une reacuteponse qui va satisfaire lrsquoenseignant sans pour autant ecirctre ameneacute agrave confronter ses conceptions

Situation-shyproblegraveme Pour de Vecchi (2006) une situation-shyproblegraveme est une activiteacute qui consiste agrave mettre lrsquoeacutelegraveve dans une situation ougrave il va ecirctre ameneacute agrave eacutelaborer des strateacutegies de reacutesolution de problegraveme Lrsquoun des points cleacutes des situations-shyproblegravemes est qursquoelles eacutetablissent un lien eacutetroit entre les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves En drsquoautres termes une situation-shyproblegraveme est construite de telle sorte que les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave remettre en question des repreacutesentations actuelles qui srsquoavegraverent erroneacutees agrave les deacuteconstruire pour en construire de nouvelles Ainsi dans une deacutemarche de type constructiviste lrsquoeacutelegraveve construit son savoir en renversant ses anciennes conceptions Une situation-shyproblegraveme nrsquoest donc pas une deacutemarche ponctuelle dans laquelle lrsquoeacutelegraveve devra reacutesoudre une liste drsquoexercices teacuteleacuteguideacutee par lrsquoenseignant Ce qui justifie lrsquoefficaciteacute des situations problegravemes est qursquo laquoapprendreraquo ne consiste pas agrave cumuler les savoirs mais agrave en construire et agrave en deacuteconstruire

Une situation-shyproblegraveme doit comprendre plusieurs eacuteleacutements

-shy Un objectif-shyobstacle Pour Meirieu (1987) un objectif-shyobstacle est ldquoun objectif dont lrsquoacquisition permet au sujet de franchir un palier deacutecisif de progression en modifiant son systegraveme de repreacutesentation et en le faisant acceacuteder un niveau supeacuterieur de formulation rdquo Dans notre cas lrsquoeacutelegraveve pense que tous les meacutelanges de 3 couleurs primaires (de peinture ou de lumiegravere) vont donner le mecircme reacutesultat La distinction entre synthegraveses additive et soustractive nrsquoest pas connue des eacutelegraveves De plus projeter de la lumiegravere monochromatique sur un objet drsquoune certaine couleur ne donne pas toujours la mecircme couleur Lrsquoexemple avec le drapeau (activiteacute 4) est parlant

-shy Une situation centreacutee sur cet obstacle prenant en compte une deacutemarche expeacuterimentale ou une deacutemarche de modeacutelisation Dans notre cours les deux deacutemarches sont mises en oeuvre mais notre deacutemarche principale est la modeacutelisation Les eacutelegraveves vont effectivement ecirctre ameneacutes agrave eacutemettre des hypothegraveses manipuler reacutecolter des reacutesultats et les confronter agrave

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leurs hypothegraveses mais il srsquoagit surtout drsquoune deacutemarche de modeacutelisation car les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave creacuteer des scheacutemas dans plusieurs exercices

-shy Une probleacutematisation et la deacutevolution on probleacutematise la conception erroneacutee en introduisant une situation-shyproblegraveme crsquoest-shyagrave-shydire qursquoon construit un problegraveme centreacute sur lrsquoobstacle La surprise face agrave une situation incoheacuterente va intriguer lrsquoeacutelegraveve exciter sa motivation et le pousser agrave vouloir srsquoimpliquer dans le problegraveme ce qui va aider sa deacutevolution Brousseau (1998) qualifie la notion de deacutevolution par le ldquo processus par lequel lenseignant parvient agrave placer leacutelegraveve comme simple actant dans une situation a-shydidactique (agrave modegravele non didactique) Il cherche par lagrave agrave ce que lrsquoaction de lrsquoeacutelegraveve ne soit produite et justifieacutee que par les neacutecessiteacutes du milieu et par ses connaissances et non par lrsquointerpreacutetation des proceacutedeacutes didactiques du professeurrdquo Pour enrocircler les eacutelegraveves et les aider agrave identifier la probleacutematique en met on place une situation deacuteclenchante Dans notre cas lrsquoexemple avec le meacutelange de peinture et de lumiegraveres coloreacutees est un parfait exemple de situation deacuteclenchante car les eacutelegraveves ne sattendent probablement pas par exemple agrave ce que le meacutelange de vert et bleu donne du cyan ou encore qursquoon perccediloive un citron noir lorsque lrsquoon projette de la lumiegravere bleue sur ce celui-shyci

412 La prise en compte des conceptions des eacutelegraveves dans notre seacutequence La theacutematique de la lumiegravere et des couleurs est complexe et comprend de nombreux concepts difficiles agrave assimiler En effet bon nombre de personnes ont des repreacutesentations erroneacutees qui peuvent rester profondeacutement ancreacutees Parmi les conceptions erroneacutees les plus communes on retrouve selon le site internet des MER

La lumiegravere blanche est sans couleur pure quand la lumiegravere blanche passe dans un prisme ou traverse un filtre de la couleur lui est ajouteacutee

La lumiegravere blanche nous permet de voir la vraie couleur des objets laquoMa feuille est blanche parce que je nai pas ajouteacute dautres couleurs agrave celle-shyciraquo

Les couleurs sont lieacutees agrave des proprieacuteteacutes de lrsquoobjet exclusivement sans reacutefeacuterence agrave la lumiegravere qui eacuteclaire lrsquoobjet Ne dit-shyon pas quun pull est rouge

Confusion entre les couleurs primaires en couleur peinture et en couleur lumiegravere

Dans notre planification nous avons anticipeacute ces conceptions et avons construit notre cours de maniegravere agrave ce qursquoelles soient mises en eacutevidence le plus tocirct possible afin de tenter de les deacuteconstruire agrave travers nos activiteacutes

Ainsi degraves deacutebut de lrsquoactiviteacute 2 les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave une situation-shyproblegraveme dans laquelle ils comprennent qursquoil existe une contradiction entre leur conception de deacutepart sur les meacutelanges de couleurs (issue de leurs cadres de rationaliteacute familier et scolaire lsquorsquoart visuelrsquorsquo) et leurs observations (nouveau cadre lsquorsquophysiquersquorsquo) Crsquoest sur la base de ce conflit cognitif que les diffeacuterentes notions de la seacutequence pourront ecirctre abordeacutees Les autres conceptions sont mises en eacutevidence puis deacuteconstruites agrave travers les diffeacuterentes activiteacutes Par exemple les

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activiteacutes du chapitre 3 permettent de montrer que la lumiegravere blanche nrsquoest pas pure mais qursquoelle est composeacutee de toutes les couleurs et ce gracircce agrave lrsquoobservation des objets agrave la lumiegravere blanche puis agrave travers un filtre

De plus lrsquoactiviteacute 3 srsquoarticule autour drsquoune conception erroneacutee repeacutereacutee dans certaines classes Bon nombre drsquoeacutelegraveves eacutetaient persuadeacutes qursquoun filtre ne laissait pas passer les lumiegraveres de sa couleur propre car crsquoest la couleur dont est perccedilue le filtre Un conflit cognitif est alors provoqueacute afin de deacuteconstruire cette conception les eacutelegraveves observent que la lumiegravere coloreacutee nrsquoest pas absorbeacutee par le filtre mais qursquoelle se propage bien jusqursquoagrave lrsquoeacutecran blanc

En introduction de lrsquoactiviteacute 4 une nouvelle situation-shyproblegraveme est preacutesenteacutee par le biais drsquoune image montrant que la couleur drsquoun objet peut varier en fonction de la lumiegravere coloreacutee par laquelle il est eacuteclaireacute Elle servira agrave provoquer un conflit cognitif chez les eacutelegraveves car cette situation intervient apregraves une phase drsquohypothegravese reacutepondant agrave la question suivante un objet peut-shyil avoir diffeacuterentes couleurs La reacuteponse donneacutee par lrsquoimage contredira probablement lrsquohypothegravese preacuteceacutedemment formuleacutee et devrait susciter de la curiositeacute chez lrsquoeacutelegraveve et lui donner lrsquoenvie de comprendre le pheacutenomegravene Nous deacutemontrons ensuite tout au long de lrsquoactiviteacute 4 sur les lumiegraveres coloreacutees que crsquoest le pheacutenomegravene drsquoabsorption et de reacuteflection de la lumiegravere qui nous permet de voir la couleur des objets et non pas la lumiegravere blanche Crsquoest donc par le biais de ces deacuteconstructions successives de conceptions que lrsquoenseignant peut guider les eacutelegraveves sur la voie de la reacutesolution du problegraveme de lrsquoorigine de ces contradictions dans le but drsquoeacutetablir le lien entre les diffeacuterents cadres de rationaliteacute

42 Modeacutelisation

421 Deacutefinition

Un modegravele est communeacutement deacutefini comme un objet ou un concept qui va permettre de repreacutesenter la reacutealiteacute de diffeacuterentes maniegraveres Bunge (1974) ou encore Martinand (1994) le deacutefinissent eacutegalement comme un moyen permettant de mettre en relation le monde theacuteorique avec le monde empirique Il peut ecirctre consideacutereacute en quelque sorte comme un monde intermeacutediaire ou une sorte de lunette conceptuelle (Halloun 2004) qui va permettre drsquoobserver des pheacutenomegravenes naturels Un modegravele ne constitue pas la reacutealiteacute mais la repreacutesente en simplifiant certains de ses aspects ce qui peut causer des conflits pour les repreacutesentations cognitives chez lrsquoeacutelegraveve

422 La modeacutelisation dans notre seacutequence Dans notre planification la modeacutelisation est centrale afin de conceptualiser des pheacutenomegravenes complexes comme la composition de la lumiegravere et la perception des couleurs Elle est lrsquooutil qui permet drsquoamener les eacutelegraveves agrave se faccedilonner une repreacutesentation de la deacutecomposition de la lumiegravere blanche de labsorption de la lumiegravere agrave travers les filtres et des synthegraveses additive et soustractive des couleurs

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De plus elle constitue un objectif de formation meacutethodologique qui va de pair avec toute formation scientifique Crsquoest pourquoi nous avons inclus la modeacutelisation dans les objectifs drsquoapprentissage Dans la terminologie du PER la modeacutelisation correspond agrave lrsquoobjectif geacuteneacuteral MSN37

bull MSN 1525 mdash Modeacuteliser des pheacutenomegravenes naturels techniques sociaux ou des situations matheacutematiques

bull en imaginant et en utilisant divers outils de repreacutesentation (codes scheacutemas graphiques tableauxhellip)

Lrsquoactiviteacute 2 propose aux eacutelegraveves de reporter les couleurs observeacutees sur trois cercles superposeacutes En les coloriant les eacutelegraveves reacutealisent en reacutealiteacute une forme simple de modeacutelisation par un diagramme de Venn de la synthegravese additive Il nous a sembleacute pertinent drsquointroduire ce scheacutema de cette maniegravere car ainsi les eacutelegraveves comprennent reacuteellement qursquoil correspond agrave la lumiegravere projeteacutee et superposeacutee sur un eacutecran En derniegravere partie drsquoactiviteacute les eacutelegraveves se familiarisent avec un logiciel de modeacutelisation de la synthegravese additive 3

Lrsquoutilisation drsquoun modegravele dans ce cas est indispensable pour des raisons pratiques Il serait en effet tregraves difficile de faire des observations similaires avec un dispositif reacuteel constitueacute de projecteurs et drsquoun eacutecran comme dans la premiegravere partie drsquoactiviteacute Nous avons veilleacute agrave choisir un logiciel simple drsquousage sur lequel seules deux manipulations sont possibles allumereacuteteindre les projecteurs et varier leurs intensiteacutes Ainsi il est possible pour les eacutelegraveves de faire rapidement et sans difficulteacutes de lrsquoordre du registre seacutemiotique la deacuteduction attendue les diffeacuterentes couleurs srsquoobtiennent par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

Dans lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves sont ameneacutes agrave modeacuteliser lrsquoeffet drsquoun filtre sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee Ils ancrent ainsi le fonctionnement drsquoun filtre dans leur apprentissage et deacuteveloppent une meacutethodologie systeacutematique dans la reacutesolution de problegravemes mettant en scegravene des filtres Gracircce au modegravele deacuteveloppeacute les eacutelegraveves deacuteconstruisent deacutefinitivement leur eacuteventuelle conception erroneacutee selon laquelle un filtre absorberait sa propre couleur Lrsquoactiviteacute 43 a pour but que les eacutelegraveves modeacutelisent les pheacutenomegravenes de reacutefraction et drsquoabsorption en justifiant leur reacuteponse par un modegravele de reacuteponse Ce dernier comprend les couleurs RVB qui se reflegravetent ou qui sont absorbeacutees par une surface Ainsi lrsquoeacutelegraveve peut trouver une meacutethode systeacutematique de reacuteponse en testant les diffeacuterentes couleurs Gracircce agrave cette modeacutelisation et agrave celle de lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves comprennent que les fonctionnements des filtres et des lumiegraveres coloreacutees sont fondeacutes sur le mecircme principe

3(httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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43 Deacutemarche expeacuterimentale

431 Deacutefinition Pour de Vecchi il est important de ne pas confondre les notions lieacutees agrave lrsquoexpeacuterimental qui sont les suivantes

-shy Une deacutemarche scientifique nrsquoest pas exclusive au domaine des sciences expeacuterimentales mais peut aussi ecirctre mobiliseacutee dans les sciences humaines socialeshellip Elle utilise drsquoautres outils que lrsquoexpeacuterimentale Toute recherche digne de ce nom est de nature scientifique

-shy La meacutethode expeacuterimentale eacutequivaut plutocirct agrave un plan agrave suivre un mode drsquoemploi ou agrave une marche agrave suivre qui suit un ordre strict que lrsquoon peut aussi appeler protocole Par exemple parmi les plus ceacutelegravebres protocoles nous retrouvons celui de Claude Bernard (1865) que lrsquoon abregravege par les initiales OHERIC qui correspondent agrave observation hypothegravese expeacuterience reacutesultats interpreacutetation et conclusion De maniegravere geacuteneacuterale il srsquoagit du protocole caricatural que lrsquoon emploie le plus souvent dans les salles de classes

-shy Une deacutemarche expeacuterimentale est une approche plus reacutealiste moins stricte et integravegre

une approche plus tacirctonnante Il nrsquoest pas constitueacute drsquoeacutetapes preacutedeacutetermineacutees et est donc moins affecteacutee par les directives de lrsquoenseignant Il peut donc laisser des liberteacutes dans la maniegravere de reacutesoudre le problegraveme

432 La deacutemarche expeacuterimentale dans notre seacutequence Dans notre seacutequence la meacutethode expeacuterimentale est preacutesente de maniegravere partielle du scheacutema caricatural OHERIC nous nous inteacuteressons en particulier aux phases drsquoobservation et drsquoeacutemission drsquohypothegraveses Crsquoest pourquoi nous parlons donc plutocirct de ldquodeacutemarche expeacuterimentalerdquo En effet tout au long des diffeacuterentes activiteacutes il est reacuteguliegraverement demandeacute aux eacutelegraveves de formuler une hypothegravese agrave partir de leurs connaissances au preacutealable puis de faire de nouvelles observations en contexte expeacuterimental Crsquoest sur la base de ces derniegraveres qursquoils pourront reacutealiser leurs deacuteductions sur le pheacutenomegravene en question et construire de nouvelles conceptions Dans lrsquoactiviteacute 2 ce type de deacutemarche est central pour la creacuteation de la premiegravere situation-shyproblegraveme Par la suite la deacutemarche permet de guider les eacutelegraveves dans le processus de deacuteduction du fonctionnement geacuteneacuteral des diffeacuterents pheacutenomegravenes Dans lrsquoactiviteacute 41 par exemple les pheacutenomegravenes agrave deacuteduire sont la synthegravese soustractive et le fonctionnement de la lumiegravere coloreacutee Lrsquoemploi drsquoobjets familiers permet un ancrage dans le quotidien

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Dans lrsquoactiviteacute 3 lrsquoeacutetude de lrsquoeffet des filtres constitue agrave son tour un deacutemarche expeacuterimentale En effet les eacutelegraveves doivent tout drsquoabord eacutemettre leurs hypothegraveses puis les veacuterifient par lrsquoexpeacuterimentation et ses reacutesultats provoquant probablement un conflit cognitif avant drsquoen conclure lrsquoeffet drsquoun filtre Dans lrsquoactiviteacute 42 nous retrouvons toujours le mecircme principe de deacutemarche expeacuterimentale Les eacutelegraveves formulent des hypothegraveses sur la couleur perccedilue de diffeacuterents mots coloreacutes eacuteclaireacutes par une lumiegravere coloreacutee puis les veacuterifient lors de la phase drsquoobservation La confrontation entre leurs attentes lieacutees agrave leurs conceptions et la reacutealiteacute creacutee le conflit cognitif rechercheacute

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5 Conclusion Pour seacutelectionner notre thegraveme et eacutelaborer notre seacutequence nous nous sommes fondeacutes sur les objectifs du PER et crsquoest sur lrsquooptique que notre choix srsquoest porteacute Le savoir savant auquel nous nous sommes reacutefeacutereacutes comprend principalement des concepts lieacutes agrave la lumiegravere tels que les photons les ondes eacutelectromagneacutetiques ainsi que les spectres drsquoeacutemission et drsquoabsorption Nous avons transposeacute ce savoir en un savoir enseignable par le biais drsquoun travail de contextualisation et de reacuteadaptation Nous avons eacuteteacute ameneacutes agrave remplacer des modegraveles scientifiques (par exemple les modegraveles de synthegraveses additive et soustractive) par des modegraveles accessibles agrave un niveau scolaire et agrave changer les conditions drsquoeacutemergence des problegravemes Ainsi notre travail de transposition consistait agrave montrer aux eacutelegraveves la partie eacutemergeacutee de lrsquoiceberg du concept de couleur le reacutesultat apparent plutocirct que lrsquoorigine eacutelectromagneacutetique Tout au long de la seacutequence et par le biais de situations-shyproblegravemes et de diffeacuterentes eacutetapes de reacutesolution des activiteacutes les eacutelegraveves ont eacuteteacute guideacutes dans le processus de construction de leur apprentissage En nous focalisant sur les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves nous avons eacutelaboreacute nos exercices de maniegravere agrave proposer des situations deacuteclenchantes afin de faciliter le transfert de la responsabiliteacute de la reacutesolution des problegravemes aux eacutelegraveves Cette derniegravere srsquoeffectue par des deacutemarches drsquoexpeacuterimentation mais surtout de modeacutelisation

Dans notre sceacutenario les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave deux types de donneacutees theacuteoriques et empiriques Drsquoune part ils ont agrave disposition deux theacuteories principales la premiegravere est que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs de lrsquoarc-shyen-shyciel tandis que la seconde deacutecrit l a maniegravere dont la couleur drsquoun objet deacutepend des couleurs qursquoil va absorber Drsquoautre part ils disposent de donneacutees empiriques qursquoils sont ameneacutes agrave reacutecolter en superposant des lumiegraveres de diffeacuterentes couleurs en meacutelangeant de la peinture et en projetant de la lumiegravere coloreacutee sur diffeacuterents objets coloreacutes Dans le cadre drsquoune deacutemarche drsquoexpeacuterimentation ils ont eacutemis des hypothegraveses observeacute manipuleacute du mateacuteriel utiliseacute des appliquettes en ligne et veacuterifieacute leurs reacutesultats Crsquoest ainsi les modegraveles que nous avons preacutesenteacutes et que les eacutelegraveves ont eacutelaboreacutes vont ecirctre des ponts qui vont relier le monde theacuteorique et le monde empirique Par ailleurs nous avons eacuteteacute attentifs agrave la seacutemiotique lors de nos choix des repreacutesentations utiliseacutees nous nous sommes reacutefeacutereacutes agrave la notion de registre seacutemiotique afin drsquoeacutelaborer des scheacutemas nrsquoengendrant pas de difficulteacutes de lecture chez les eacutelegraveves

Nous avons analyseacute lrsquoorigine des conceptions erroneacutees et avons remarqueacute qursquoelles eacutetaient principalement dues agrave des repreacutesentations concourantes engendreacutees par les diffeacuterents contextes et cadres de rationaliteacutes dans lesquelles les eacutelegraveves eacutevoluent Notre sceacutenario permet aux eacutelegraveves drsquoeacutetablir des liens entre ces diffeacuterents cadres et de construire une nouvelle repreacutesentation de la couleur celle drsquoun objet de la physique

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

6 Bibliographie

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

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Page 52: Physique Optique Lescouleurs · Sciences naturelles Les couleurs 10 11 Harmos 1.Introduction Comme nous allons le détailler dans le chapitre 4, les conceptions erronées des élèves

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

______

______

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

______

______

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation avec propositions

de reacuteponses)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

(rouge vert bleu Nous percevons les diffeacuterentes couleurs agrave partir de ces trois couleurs) ________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

(Explication relative aux cocircnes et bacirctonnets de lrsquo‛oeil)

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Corrigeacute vert bleu blanc cyan

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________ (vert)

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________ (bleu)

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________ (aucunenoir)

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

(selon modegravele eacutetudieacute)

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

(les deux selon que lrsquo‛on parle de synthegravese additive ou soustractive)

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

Bleu

______

Bleu

______

Noir

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________ (lumiegravere rouge)

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

Noir

______

Rouge

______

Rouge

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

(Bleu)

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

(selon modegravele eacutetudieacute)

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

(Explication citant la synthegravese soustractive et lrsquo‛effet des lumiegraveres coloreacutees

concerneacutees sur le haut du cambrioleur)

Evaluation - Analyse

Ce commentaire comprend les diffeacuterents objectifs eacutevalueacutes ainsi que ce qui est attendu

preacuteciseacutement des eacutelegraveves et les niveaux taxonomiques correspondants

Ce sont des pistes drsquo‛eacutevaluation qui sont ici proposeacutees non une eacutevaluation suivie

Exercice 1

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- Mettre en lien des notions theacuteoriques apprises en cours (cocircnes et

bacirctonnets de lrsquo‛oeil) avec drsquo‛autres (synthegravese additive)

Lrsquo‛eacutevaluation deacutebute par deux questions au niveau taxonomique peu eacuteleveacute La

premiegravere de lrsquo‛ordre de la compreacutehension demande aux eacutelegraveves de restituer une

connaissance de base agrave lrsquo‛aide de leurs propres mots La deuxiegraveme propose de

tester les connaissances theacuteoriques des eacutelegraveves en veacuterifiant que des liens entre

deux notions aient eacuteteacute faits

Exercice 2

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutedire la couleur perccedilue en fonction des meacutelanges de couleurs RVB

- deacutechiffrer un scheacutema et les codes de la repreacutesentation de la trajectoire

des lumiegraveres coloreacutees

Le deuxiegraveme exercice relegraveve du niveau taxonomique de lrsquo‛application car il

neacutecessite une compreacutehension de la maniegravere de repreacutesenter la lumiegravere (scheacutema de

la trajectoire rectiligne codes de couleurs RVB) et drsquo‛appliquer ce modegravele tout en

utilisant les connaissances des couleurs fondamentales et compleacutementaires de la

synthegravese additive

Exercice 3

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet drsquo‛un filtre sur une lumiegravere coloreacutee agrave lrsquo‛aide des codes

propres agrave lrsquo‛optique

Lrsquo‛exercice 3 relegraveve de lrsquo‛application car les eacutelegraveves se reacutefegraverent agrave la modeacutelisation

eacutetablie durant le cours et au diagramme de Venn de la synthegravese soustractive et

les adaptent aux items preacutesenteacutes

Exercice 4

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- mettre en perspective la distinction entre synthegravese additive et

soustractive en terme de lsquorsquo‛naturersquo‛rsquo‛ de la couleur (couleurs matiegraveres vs

couleurs lumiegraveres)

Cet exercice requiert des eacutelegraveves qursquo‛ils mobilisent leur faculteacute drsquo‛analyse (niveau

taxonomique plutocirct eacuteleveacute) pour expliquer les diffeacuterences entre les

repreacutesentations de la couleur en arts visuels et en physique Le but est qursquo‛ils

reconnaissent qursquo‛il srsquo‛agit dans le premier cas de la synthegravese soustractive et dans

le second cas de la synthegravese additive

Exercice 5

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutevoir la couleur perccedilue drsquo‛un objet en fonction des lumiegraveres coloreacutees

projeteacutees et coder le pheacutenomegravene

Les eacutelegraveves appliquent la modeacutelisation drsquo‛une lumiegravere coloreacutee sur un objet coloreacute

pour deacuteterminer la couleur perccedilue du drapeau franccedilais Cette question fait

reacutefeacuterence agrave un niveau taxonomique bas Puis ils trouvent la lumiegravere coloreacutee qui

permet de voir les deux drapeaux preacutesenteacutes de la mecircme couleur Ils trouveront

cette reacuteponse en modeacutelisant les lumiegraveres coloreacutees sur lrsquo‛objet de couleur

Plusieurs scheacutemas sont neacutecessaires pour trouver la reacuteponse Crsquo‛est une question

taxonomiquement haute qui demande aux eacutelegraveves de faire une synthegravese

Exercice 6

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet de la lumiegravere coloreacutee sur un objet et en deacuteduire la

couleur perccedilue

- justifier sa reacuteponse avec des mots en faisant la synthegravese des diffeacuterents

concepts vus dans la seacutequence de cours

Les eacutelegraveves doivent comprendre ce qursquo‛ils lisent et deacuteterminer la couleur propre du

haut du cambrioleur Cette question est taxonomiquement haute elle demande de

lrsquo‛analyse Puis ils justifient leur reacuteponse par le modegravele de lrsquo‛effet de la lumiegravere

coloreacutee sur un objet Cette question est drsquo‛un niveau taxonomique infeacuterieur

drsquo‛application Finalement ils deacuteterminent pourquoi la description de la jeune fille

ne correspond pas agrave la couleur propre en faisant le lien avec la synthegravese

soustractive demandant un niveau taxonomiquement tregraves eacuteleveacute la synthegravese

Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

4 Argumentation scientifique Nous avons choisi de construire notre seacutequence de cours de maniegravere agrave ce qursquoelle srsquoinscrive dans une deacutemarche constructiviste de type piageacutetienne Dans cette deacutemarche lrsquoenseignant anticipe les conceptions erroneacutees que les eacutelegraveves peuvent avoir puis eacutetablit une situation-shyproblegraveme permettant ideacutealement de deacuteconstruire ces repreacutesentations incomplegravetes puis finalement drsquoen construire de nouvelles plus justes Dans ce qui suit nous allons deacutefinir ces diffeacuterents concepts mis en eacutevidence puis expliciter la maniegravere dont nous les avons pris en compte dans notre planification

41 Les conceptions des eacutelegraveves et les situations-shyproblegravemes

411 Deacutefinitions Conception Selon Giordan et al (1994) une conception ou repreacutesentation peut ecirctre consideacutereacutee comme une ideacutee un objet ou un eacutevegravenement qui aide lrsquoeacutelegraveve agrave comprendre le monde qui lrsquoentoure Elle est le fruit de son expeacuterience personnelle dans laquelle il va puiser pour comprendre les nouveaux savoirs que lrsquoon va chercher agrave lui inculquer Elle peut ecirctre consideacutereacutee comme une connaissance ldquodeacutejagrave-shylagraverdquo acquise dans un certain contexte par lrsquoapprenant et qui peut ecirctre correcte ou erroneacutee Les mauvaises conceptions (ou misconception en anglais) peuvent donc ecirctre deacutecrites comme des ideacutees qui proviennent drsquoune mauvaise compreacutehension drsquoobjets ou eacutevegravenements Elles sont issues principalement de lrsquoenvironnement avec lequel lrsquoeacutelegraveve interagit et du contexte dans lequel il se situe mais elles deacutecoulent eacutegalement des systegravemes seacutemiotiques mis en oeuvre Ces derniers sont abordeacutes plus en deacutetail dans ce qui suit Seacutemiologie En seacutemiologie (lrsquoeacutetude des systegravemes de signes) une repreacutesentation (ou un signe) est double elle est doteacutee drsquoun signifiant et drsquoun signifieacute (de Saussure 1916) Le signifiant qui fait lrsquoobjet de la seacutemiologie deacutesigne la forme et laspect du signe tandis que le signifieacute eacutetudieacute dans le cadre de la seacutemantique deacutesigne le concept eacutevoqueacute par le signe A partir du moment ougrave le signe possegravede plusieurs signifieacutes il devient symbole et crsquoest ainsi que les incompreacutehensions peuvent survenir Selon R Duval (1995) le concept de laquo registre seacutemiotique raquo permet de distinguer les repreacutesentations qui relegravevent de diffeacuterents registres ou types visuels numeacuteriques graphiques symboliques formels scheacutematiques etc En didactique ce concept est fondamental car les diffeacuterences de registre au sein drsquoune mecircme repreacutesentation ou drsquoun

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

modegravele peut induire des difficulteacutes de lecture Ils risquent drsquoajouter des difficulteacutes suppleacutementaires en empecircchant les eacutelegraveves de se focaliser sur le problegraveme poseacute par lrsquoactiviteacute et les menant agrave formuler des conclusions diffeacuterentes de celles attendues par lrsquoenseignant Crsquoest pour cela qursquoun choix pertinent de registre seacutemiotique facilite la compreacutehension du concept introduit Dans notre cours un exemple typique que nous pouvons donner est la forte ressemblance des diagrammes de Venn pour les synthegraveses additive et soustractive Dans les deux modegraveles les diagrammes sont communeacutement scheacutematiseacutes sous forme circulaire De plus bien que inverseacutees au niveau de leurs superpositions les mecircmes couleurs sont repreacutesenteacutees dans les deux diagrammes Ces similitudes peuvent rendre la diffeacuterenciation complexe pour les eacutelegraveves Crsquoest pourquoi nous avons estimeacute important drsquoapporter un changement agrave la repreacutesentation de ces diagrammes Ainsi dans lrsquoune de nos fiches de synthegravese nous avons preacutefeacutereacute utiliser des formes rectangulaires plutocirct que circulaires pour repreacutesenter la synthegravese soustractive car cette forme eacutevoque plus fortement le filtre et ainsi lrsquoabsorption de la lumiegravere Cadre de rationaliteacute origine des conceptions En srsquoappuyant sur les travaux de R Douady (1984) A Lerouge (1992) deacutefinit laquo un cadre de rationaliteacuteraquo comme laquoun ensemble coheacuterent de fonctionnement de la penseacuteeraquo caracteacuteriseacute principalement par les composantes suivantes

1 Les objets du cadre dans notre cas il peut srsquoagir de peinture de feuille de papier de lampes de poche de filtres etc

2 Le type de processus de conceptualisation Dans un cadre scientifique il peut srsquoagir drsquoun processus par modeacutelisation ou par expeacuterimentation par exemple

3 Les registres seacutemiotiques que nous avons traiteacutes plus haut Les conceptions des eacutelegraveves et les conflits de perceptions en reacutesultant sont issus des diffeacuterents cadres de rationaliteacute dans lesquels ils eacutevoluent Ce sont les cadres familiers (personnel) et culturels (eacutecole) qui sont responsable de ces conceptions et repreacutesentations mentales tantocirct concourantes tantocirct inexistantes voire erroneacutees Elles se manifestent principalement agrave travers la seacutemiotique Les eacutelegraveves eacuteprouvent de la difficulteacute agrave repreacutesenter des objets issus de registres seacutemiotiques diffeacuterents ou encore agrave simplement les reconnaicirctre Dans le contexte de notre seacutequence sur les couleurs ces cadres de rationaliteacute sont centraux En effet crsquoest dans son quotidien et donc dans son cadre familier que lrsquoeacutelegraveve va deacutecouvrir la notion de couleur notamment par le biais de la peinture ou drsquoobservation drsquoarc-shyen-shyciel Cette deacutecouverte qui a souvent lieu tregraves tocirct dans la vie de lrsquoenfant ne fera pourtant pas pour autant lrsquoobjet de questionnement sur le pheacutenomegravene de perception des couleurs La notion de cadre culturel ou scolaire quand agrave elle peut ecirctre eacutetendue dans notre cas agrave deux sous-shycateacutegories de cadres culturels diffeacuterents qui vont ecirctre agrave lrsquoorigine de conceptions erroneacutees ou incomplegravetes Premiegraverement il y a le cadre que nous appelons laquo arts visuelsraquo et qui a ses propres regravegles de rationaliteacutes Les cours de dessin ou drsquoactiviteacutes creacuteatrices en sont de parfaits exemples car crsquoest dans ce cadre que les eacutelegraveves vont premiegraverement aborder la

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

theacutematique des couleurs primaires et de leurs meacutelanges Mais cette theacutematique est eacutegalement abordeacutee dans le cadre laquophysiqueraquo agrave travers les expeacuteriences de deacutecomposition de la lumiegravere ou de superposition de lumiegraveres coloreacutees Ainsi nous retrouvons trois cadres de rationaliteacute concourants (familier physique arts visuels) dans lesquels les eacutelegraveves eacutevoluent et qui engendrent indubitablement des conceptions erroneacutees sur la lumiegravere et les couleurs puisque les eacutelegraveves ne sont pas ameneacutes agrave les diffeacuterencier dans chacun des cadres Et comme la communication entre les diffeacuterents cadres nrsquoest pas eacutetablie le lien agrave faire entre les diffeacuterentes conceptions issues de ces cadres est agrave la charge de lrsquoeacutelegraveve ce qui repreacutesente une lourde responsabiliteacute dans son apprentissage Astolfi (2008) appelle eacutegalement ces conceptions issues de diffeacuterents cadres des ldquotrames conceptuelles rdquoqui peuvent ecirctre deacutefinies comme ldquoun ensemble de concepts-shycleacutes propres agrave un domaine et logiquement hieacuterarchiseacutes entre eux qui structurent les disciplines et engendrent des situations-shyproblegravemesrdquo Mais encore on verra eacutemerger des problegravemes de contrat didactique dans chacun des cadres lrsquoeacutelegraveve va tenter de donner une reacuteponse qui va satisfaire lrsquoenseignant sans pour autant ecirctre ameneacute agrave confronter ses conceptions

Situation-shyproblegraveme Pour de Vecchi (2006) une situation-shyproblegraveme est une activiteacute qui consiste agrave mettre lrsquoeacutelegraveve dans une situation ougrave il va ecirctre ameneacute agrave eacutelaborer des strateacutegies de reacutesolution de problegraveme Lrsquoun des points cleacutes des situations-shyproblegravemes est qursquoelles eacutetablissent un lien eacutetroit entre les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves En drsquoautres termes une situation-shyproblegraveme est construite de telle sorte que les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave remettre en question des repreacutesentations actuelles qui srsquoavegraverent erroneacutees agrave les deacuteconstruire pour en construire de nouvelles Ainsi dans une deacutemarche de type constructiviste lrsquoeacutelegraveve construit son savoir en renversant ses anciennes conceptions Une situation-shyproblegraveme nrsquoest donc pas une deacutemarche ponctuelle dans laquelle lrsquoeacutelegraveve devra reacutesoudre une liste drsquoexercices teacuteleacuteguideacutee par lrsquoenseignant Ce qui justifie lrsquoefficaciteacute des situations problegravemes est qursquo laquoapprendreraquo ne consiste pas agrave cumuler les savoirs mais agrave en construire et agrave en deacuteconstruire

Une situation-shyproblegraveme doit comprendre plusieurs eacuteleacutements

-shy Un objectif-shyobstacle Pour Meirieu (1987) un objectif-shyobstacle est ldquoun objectif dont lrsquoacquisition permet au sujet de franchir un palier deacutecisif de progression en modifiant son systegraveme de repreacutesentation et en le faisant acceacuteder un niveau supeacuterieur de formulation rdquo Dans notre cas lrsquoeacutelegraveve pense que tous les meacutelanges de 3 couleurs primaires (de peinture ou de lumiegravere) vont donner le mecircme reacutesultat La distinction entre synthegraveses additive et soustractive nrsquoest pas connue des eacutelegraveves De plus projeter de la lumiegravere monochromatique sur un objet drsquoune certaine couleur ne donne pas toujours la mecircme couleur Lrsquoexemple avec le drapeau (activiteacute 4) est parlant

-shy Une situation centreacutee sur cet obstacle prenant en compte une deacutemarche expeacuterimentale ou une deacutemarche de modeacutelisation Dans notre cours les deux deacutemarches sont mises en oeuvre mais notre deacutemarche principale est la modeacutelisation Les eacutelegraveves vont effectivement ecirctre ameneacutes agrave eacutemettre des hypothegraveses manipuler reacutecolter des reacutesultats et les confronter agrave

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

leurs hypothegraveses mais il srsquoagit surtout drsquoune deacutemarche de modeacutelisation car les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave creacuteer des scheacutemas dans plusieurs exercices

-shy Une probleacutematisation et la deacutevolution on probleacutematise la conception erroneacutee en introduisant une situation-shyproblegraveme crsquoest-shyagrave-shydire qursquoon construit un problegraveme centreacute sur lrsquoobstacle La surprise face agrave une situation incoheacuterente va intriguer lrsquoeacutelegraveve exciter sa motivation et le pousser agrave vouloir srsquoimpliquer dans le problegraveme ce qui va aider sa deacutevolution Brousseau (1998) qualifie la notion de deacutevolution par le ldquo processus par lequel lenseignant parvient agrave placer leacutelegraveve comme simple actant dans une situation a-shydidactique (agrave modegravele non didactique) Il cherche par lagrave agrave ce que lrsquoaction de lrsquoeacutelegraveve ne soit produite et justifieacutee que par les neacutecessiteacutes du milieu et par ses connaissances et non par lrsquointerpreacutetation des proceacutedeacutes didactiques du professeurrdquo Pour enrocircler les eacutelegraveves et les aider agrave identifier la probleacutematique en met on place une situation deacuteclenchante Dans notre cas lrsquoexemple avec le meacutelange de peinture et de lumiegraveres coloreacutees est un parfait exemple de situation deacuteclenchante car les eacutelegraveves ne sattendent probablement pas par exemple agrave ce que le meacutelange de vert et bleu donne du cyan ou encore qursquoon perccediloive un citron noir lorsque lrsquoon projette de la lumiegravere bleue sur ce celui-shyci

412 La prise en compte des conceptions des eacutelegraveves dans notre seacutequence La theacutematique de la lumiegravere et des couleurs est complexe et comprend de nombreux concepts difficiles agrave assimiler En effet bon nombre de personnes ont des repreacutesentations erroneacutees qui peuvent rester profondeacutement ancreacutees Parmi les conceptions erroneacutees les plus communes on retrouve selon le site internet des MER

La lumiegravere blanche est sans couleur pure quand la lumiegravere blanche passe dans un prisme ou traverse un filtre de la couleur lui est ajouteacutee

La lumiegravere blanche nous permet de voir la vraie couleur des objets laquoMa feuille est blanche parce que je nai pas ajouteacute dautres couleurs agrave celle-shyciraquo

Les couleurs sont lieacutees agrave des proprieacuteteacutes de lrsquoobjet exclusivement sans reacutefeacuterence agrave la lumiegravere qui eacuteclaire lrsquoobjet Ne dit-shyon pas quun pull est rouge

Confusion entre les couleurs primaires en couleur peinture et en couleur lumiegravere

Dans notre planification nous avons anticipeacute ces conceptions et avons construit notre cours de maniegravere agrave ce qursquoelles soient mises en eacutevidence le plus tocirct possible afin de tenter de les deacuteconstruire agrave travers nos activiteacutes

Ainsi degraves deacutebut de lrsquoactiviteacute 2 les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave une situation-shyproblegraveme dans laquelle ils comprennent qursquoil existe une contradiction entre leur conception de deacutepart sur les meacutelanges de couleurs (issue de leurs cadres de rationaliteacute familier et scolaire lsquorsquoart visuelrsquorsquo) et leurs observations (nouveau cadre lsquorsquophysiquersquorsquo) Crsquoest sur la base de ce conflit cognitif que les diffeacuterentes notions de la seacutequence pourront ecirctre abordeacutees Les autres conceptions sont mises en eacutevidence puis deacuteconstruites agrave travers les diffeacuterentes activiteacutes Par exemple les

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

activiteacutes du chapitre 3 permettent de montrer que la lumiegravere blanche nrsquoest pas pure mais qursquoelle est composeacutee de toutes les couleurs et ce gracircce agrave lrsquoobservation des objets agrave la lumiegravere blanche puis agrave travers un filtre

De plus lrsquoactiviteacute 3 srsquoarticule autour drsquoune conception erroneacutee repeacutereacutee dans certaines classes Bon nombre drsquoeacutelegraveves eacutetaient persuadeacutes qursquoun filtre ne laissait pas passer les lumiegraveres de sa couleur propre car crsquoest la couleur dont est perccedilue le filtre Un conflit cognitif est alors provoqueacute afin de deacuteconstruire cette conception les eacutelegraveves observent que la lumiegravere coloreacutee nrsquoest pas absorbeacutee par le filtre mais qursquoelle se propage bien jusqursquoagrave lrsquoeacutecran blanc

En introduction de lrsquoactiviteacute 4 une nouvelle situation-shyproblegraveme est preacutesenteacutee par le biais drsquoune image montrant que la couleur drsquoun objet peut varier en fonction de la lumiegravere coloreacutee par laquelle il est eacuteclaireacute Elle servira agrave provoquer un conflit cognitif chez les eacutelegraveves car cette situation intervient apregraves une phase drsquohypothegravese reacutepondant agrave la question suivante un objet peut-shyil avoir diffeacuterentes couleurs La reacuteponse donneacutee par lrsquoimage contredira probablement lrsquohypothegravese preacuteceacutedemment formuleacutee et devrait susciter de la curiositeacute chez lrsquoeacutelegraveve et lui donner lrsquoenvie de comprendre le pheacutenomegravene Nous deacutemontrons ensuite tout au long de lrsquoactiviteacute 4 sur les lumiegraveres coloreacutees que crsquoest le pheacutenomegravene drsquoabsorption et de reacuteflection de la lumiegravere qui nous permet de voir la couleur des objets et non pas la lumiegravere blanche Crsquoest donc par le biais de ces deacuteconstructions successives de conceptions que lrsquoenseignant peut guider les eacutelegraveves sur la voie de la reacutesolution du problegraveme de lrsquoorigine de ces contradictions dans le but drsquoeacutetablir le lien entre les diffeacuterents cadres de rationaliteacute

42 Modeacutelisation

421 Deacutefinition

Un modegravele est communeacutement deacutefini comme un objet ou un concept qui va permettre de repreacutesenter la reacutealiteacute de diffeacuterentes maniegraveres Bunge (1974) ou encore Martinand (1994) le deacutefinissent eacutegalement comme un moyen permettant de mettre en relation le monde theacuteorique avec le monde empirique Il peut ecirctre consideacutereacute en quelque sorte comme un monde intermeacutediaire ou une sorte de lunette conceptuelle (Halloun 2004) qui va permettre drsquoobserver des pheacutenomegravenes naturels Un modegravele ne constitue pas la reacutealiteacute mais la repreacutesente en simplifiant certains de ses aspects ce qui peut causer des conflits pour les repreacutesentations cognitives chez lrsquoeacutelegraveve

422 La modeacutelisation dans notre seacutequence Dans notre planification la modeacutelisation est centrale afin de conceptualiser des pheacutenomegravenes complexes comme la composition de la lumiegravere et la perception des couleurs Elle est lrsquooutil qui permet drsquoamener les eacutelegraveves agrave se faccedilonner une repreacutesentation de la deacutecomposition de la lumiegravere blanche de labsorption de la lumiegravere agrave travers les filtres et des synthegraveses additive et soustractive des couleurs

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

De plus elle constitue un objectif de formation meacutethodologique qui va de pair avec toute formation scientifique Crsquoest pourquoi nous avons inclus la modeacutelisation dans les objectifs drsquoapprentissage Dans la terminologie du PER la modeacutelisation correspond agrave lrsquoobjectif geacuteneacuteral MSN37

bull MSN 1525 mdash Modeacuteliser des pheacutenomegravenes naturels techniques sociaux ou des situations matheacutematiques

bull en imaginant et en utilisant divers outils de repreacutesentation (codes scheacutemas graphiques tableauxhellip)

Lrsquoactiviteacute 2 propose aux eacutelegraveves de reporter les couleurs observeacutees sur trois cercles superposeacutes En les coloriant les eacutelegraveves reacutealisent en reacutealiteacute une forme simple de modeacutelisation par un diagramme de Venn de la synthegravese additive Il nous a sembleacute pertinent drsquointroduire ce scheacutema de cette maniegravere car ainsi les eacutelegraveves comprennent reacuteellement qursquoil correspond agrave la lumiegravere projeteacutee et superposeacutee sur un eacutecran En derniegravere partie drsquoactiviteacute les eacutelegraveves se familiarisent avec un logiciel de modeacutelisation de la synthegravese additive 3

Lrsquoutilisation drsquoun modegravele dans ce cas est indispensable pour des raisons pratiques Il serait en effet tregraves difficile de faire des observations similaires avec un dispositif reacuteel constitueacute de projecteurs et drsquoun eacutecran comme dans la premiegravere partie drsquoactiviteacute Nous avons veilleacute agrave choisir un logiciel simple drsquousage sur lequel seules deux manipulations sont possibles allumereacuteteindre les projecteurs et varier leurs intensiteacutes Ainsi il est possible pour les eacutelegraveves de faire rapidement et sans difficulteacutes de lrsquoordre du registre seacutemiotique la deacuteduction attendue les diffeacuterentes couleurs srsquoobtiennent par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

Dans lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves sont ameneacutes agrave modeacuteliser lrsquoeffet drsquoun filtre sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee Ils ancrent ainsi le fonctionnement drsquoun filtre dans leur apprentissage et deacuteveloppent une meacutethodologie systeacutematique dans la reacutesolution de problegravemes mettant en scegravene des filtres Gracircce au modegravele deacuteveloppeacute les eacutelegraveves deacuteconstruisent deacutefinitivement leur eacuteventuelle conception erroneacutee selon laquelle un filtre absorberait sa propre couleur Lrsquoactiviteacute 43 a pour but que les eacutelegraveves modeacutelisent les pheacutenomegravenes de reacutefraction et drsquoabsorption en justifiant leur reacuteponse par un modegravele de reacuteponse Ce dernier comprend les couleurs RVB qui se reflegravetent ou qui sont absorbeacutees par une surface Ainsi lrsquoeacutelegraveve peut trouver une meacutethode systeacutematique de reacuteponse en testant les diffeacuterentes couleurs Gracircce agrave cette modeacutelisation et agrave celle de lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves comprennent que les fonctionnements des filtres et des lumiegraveres coloreacutees sont fondeacutes sur le mecircme principe

3(httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

43 Deacutemarche expeacuterimentale

431 Deacutefinition Pour de Vecchi il est important de ne pas confondre les notions lieacutees agrave lrsquoexpeacuterimental qui sont les suivantes

-shy Une deacutemarche scientifique nrsquoest pas exclusive au domaine des sciences expeacuterimentales mais peut aussi ecirctre mobiliseacutee dans les sciences humaines socialeshellip Elle utilise drsquoautres outils que lrsquoexpeacuterimentale Toute recherche digne de ce nom est de nature scientifique

-shy La meacutethode expeacuterimentale eacutequivaut plutocirct agrave un plan agrave suivre un mode drsquoemploi ou agrave une marche agrave suivre qui suit un ordre strict que lrsquoon peut aussi appeler protocole Par exemple parmi les plus ceacutelegravebres protocoles nous retrouvons celui de Claude Bernard (1865) que lrsquoon abregravege par les initiales OHERIC qui correspondent agrave observation hypothegravese expeacuterience reacutesultats interpreacutetation et conclusion De maniegravere geacuteneacuterale il srsquoagit du protocole caricatural que lrsquoon emploie le plus souvent dans les salles de classes

-shy Une deacutemarche expeacuterimentale est une approche plus reacutealiste moins stricte et integravegre

une approche plus tacirctonnante Il nrsquoest pas constitueacute drsquoeacutetapes preacutedeacutetermineacutees et est donc moins affecteacutee par les directives de lrsquoenseignant Il peut donc laisser des liberteacutes dans la maniegravere de reacutesoudre le problegraveme

432 La deacutemarche expeacuterimentale dans notre seacutequence Dans notre seacutequence la meacutethode expeacuterimentale est preacutesente de maniegravere partielle du scheacutema caricatural OHERIC nous nous inteacuteressons en particulier aux phases drsquoobservation et drsquoeacutemission drsquohypothegraveses Crsquoest pourquoi nous parlons donc plutocirct de ldquodeacutemarche expeacuterimentalerdquo En effet tout au long des diffeacuterentes activiteacutes il est reacuteguliegraverement demandeacute aux eacutelegraveves de formuler une hypothegravese agrave partir de leurs connaissances au preacutealable puis de faire de nouvelles observations en contexte expeacuterimental Crsquoest sur la base de ces derniegraveres qursquoils pourront reacutealiser leurs deacuteductions sur le pheacutenomegravene en question et construire de nouvelles conceptions Dans lrsquoactiviteacute 2 ce type de deacutemarche est central pour la creacuteation de la premiegravere situation-shyproblegraveme Par la suite la deacutemarche permet de guider les eacutelegraveves dans le processus de deacuteduction du fonctionnement geacuteneacuteral des diffeacuterents pheacutenomegravenes Dans lrsquoactiviteacute 41 par exemple les pheacutenomegravenes agrave deacuteduire sont la synthegravese soustractive et le fonctionnement de la lumiegravere coloreacutee Lrsquoemploi drsquoobjets familiers permet un ancrage dans le quotidien

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Dans lrsquoactiviteacute 3 lrsquoeacutetude de lrsquoeffet des filtres constitue agrave son tour un deacutemarche expeacuterimentale En effet les eacutelegraveves doivent tout drsquoabord eacutemettre leurs hypothegraveses puis les veacuterifient par lrsquoexpeacuterimentation et ses reacutesultats provoquant probablement un conflit cognitif avant drsquoen conclure lrsquoeffet drsquoun filtre Dans lrsquoactiviteacute 42 nous retrouvons toujours le mecircme principe de deacutemarche expeacuterimentale Les eacutelegraveves formulent des hypothegraveses sur la couleur perccedilue de diffeacuterents mots coloreacutes eacuteclaireacutes par une lumiegravere coloreacutee puis les veacuterifient lors de la phase drsquoobservation La confrontation entre leurs attentes lieacutees agrave leurs conceptions et la reacutealiteacute creacutee le conflit cognitif rechercheacute

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

5 Conclusion Pour seacutelectionner notre thegraveme et eacutelaborer notre seacutequence nous nous sommes fondeacutes sur les objectifs du PER et crsquoest sur lrsquooptique que notre choix srsquoest porteacute Le savoir savant auquel nous nous sommes reacutefeacutereacutes comprend principalement des concepts lieacutes agrave la lumiegravere tels que les photons les ondes eacutelectromagneacutetiques ainsi que les spectres drsquoeacutemission et drsquoabsorption Nous avons transposeacute ce savoir en un savoir enseignable par le biais drsquoun travail de contextualisation et de reacuteadaptation Nous avons eacuteteacute ameneacutes agrave remplacer des modegraveles scientifiques (par exemple les modegraveles de synthegraveses additive et soustractive) par des modegraveles accessibles agrave un niveau scolaire et agrave changer les conditions drsquoeacutemergence des problegravemes Ainsi notre travail de transposition consistait agrave montrer aux eacutelegraveves la partie eacutemergeacutee de lrsquoiceberg du concept de couleur le reacutesultat apparent plutocirct que lrsquoorigine eacutelectromagneacutetique Tout au long de la seacutequence et par le biais de situations-shyproblegravemes et de diffeacuterentes eacutetapes de reacutesolution des activiteacutes les eacutelegraveves ont eacuteteacute guideacutes dans le processus de construction de leur apprentissage En nous focalisant sur les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves nous avons eacutelaboreacute nos exercices de maniegravere agrave proposer des situations deacuteclenchantes afin de faciliter le transfert de la responsabiliteacute de la reacutesolution des problegravemes aux eacutelegraveves Cette derniegravere srsquoeffectue par des deacutemarches drsquoexpeacuterimentation mais surtout de modeacutelisation

Dans notre sceacutenario les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave deux types de donneacutees theacuteoriques et empiriques Drsquoune part ils ont agrave disposition deux theacuteories principales la premiegravere est que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs de lrsquoarc-shyen-shyciel tandis que la seconde deacutecrit l a maniegravere dont la couleur drsquoun objet deacutepend des couleurs qursquoil va absorber Drsquoautre part ils disposent de donneacutees empiriques qursquoils sont ameneacutes agrave reacutecolter en superposant des lumiegraveres de diffeacuterentes couleurs en meacutelangeant de la peinture et en projetant de la lumiegravere coloreacutee sur diffeacuterents objets coloreacutes Dans le cadre drsquoune deacutemarche drsquoexpeacuterimentation ils ont eacutemis des hypothegraveses observeacute manipuleacute du mateacuteriel utiliseacute des appliquettes en ligne et veacuterifieacute leurs reacutesultats Crsquoest ainsi les modegraveles que nous avons preacutesenteacutes et que les eacutelegraveves ont eacutelaboreacutes vont ecirctre des ponts qui vont relier le monde theacuteorique et le monde empirique Par ailleurs nous avons eacuteteacute attentifs agrave la seacutemiotique lors de nos choix des repreacutesentations utiliseacutees nous nous sommes reacutefeacutereacutes agrave la notion de registre seacutemiotique afin drsquoeacutelaborer des scheacutemas nrsquoengendrant pas de difficulteacutes de lecture chez les eacutelegraveves

Nous avons analyseacute lrsquoorigine des conceptions erroneacutees et avons remarqueacute qursquoelles eacutetaient principalement dues agrave des repreacutesentations concourantes engendreacutees par les diffeacuterents contextes et cadres de rationaliteacutes dans lesquelles les eacutelegraveves eacutevoluent Notre sceacutenario permet aux eacutelegraveves drsquoeacutetablir des liens entre ces diffeacuterents cadres et de construire une nouvelle repreacutesentation de la couleur celle drsquoun objet de la physique

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

6 Bibliographie

Astolfi J Ginsburger-shyVogel Y amp Toussaint J (2008) Mots-shycleacutes de la didactique des sciences De Boeck Supeacuterieur Beaufils D Ramage M-shyJ DidaScO (2004) Simulation informatique et enseignement de la physique regards didactiques Universiteacute Paris-shySud Centre scientifique drsquoOrsay -shy 91405 Orsay Cedex Brahic A Grenier I ( 2008) Lumiegraveres deacutetoiles les couleurs invisibles Odile Jacob Brousseau G (1998) Glossaire de quelques concepts de la theacuteorie des situations didactiques en matheacutematiques DAEST-shy Faculteacute des Sciences de lHomme-shyUniversiteacute Victor Segalen Bordeaux 2 Bunge M (1975) Philosophie de la physique Paris France Editions du Seuil Chevallard Y amp Johsua M-shyA (1986) Transposition didactique  Du savoir savant au savoir enseigneacute -shy Un exemple drsquoanalyse de la transposition didactique Penseacutee sauvage Chevallard Y A du texte Chevallard Y A du texte Chevallard Y amp Johsua M-shyA A du texte (1991) La transposition didactique  du savoir savant au savoir enseigneacute Suivi de Un exemple de la transposition didactique ([2e eacuted revue et augm]) Yves Chevallard  Yves Chevallard et Marie-shyAlberte Johsua [texte imprimeacute] Retrieved October 19 2016 de Vecchi G (2006) Enseigner lrsquoexpeacuterimental en classe  Pour une veacuteritable eacuteducation scientifique Hachette Editions (p 221-shy229) de Vecchi G (2006) Enseigner lrsquoexpeacuterimental en classe  Pour une veacuteritable eacuteducation scientifique Hachette Editions (p 55 -shy65) de Saussure F (2005) Cours de linguistique geacuteneacuterale Arbres drsquoOr Develay M (1987) A propos de la transposition didactique en sciences biologiques Aster [ISSN 0297-shy9373] 1987 Ndeg 4 p 119 Duval R (1988) Eacutecarts seacutemantiques et coheacuterence matheacutematique introduction aux problegravemes de congruences in Annales de Didactique et de Sciences Cognitives de lIREM de Strasbourg Giordan A Girault Y et Clement P (1994) Conceptions et connaissance Peter Lang Halloun I A (2004) Modeling theory in science education Dordrecht Holland Kluwer Academic Publishers Kane J Sternheim M (1989) Cours QCM exemple et exercices corrigeacutes -shy 1er cycle Licence PCEM PCEP Physique 3egraveme eacutedition revue par Philipe Ghosez Maryse Hoebeke et Gabriel Llabreacutes DUNOD Lerouge A (1992) Repreacutesentation carteacutesienne rationaliteacute matheacutematique et rationaliteacute du quotidien chez des eacutelegraveves de collegravege Thegravese de doctorat Universiteacute Montpellier II Malafosse D Lerouge A Dusseau J-shyM (2000) Notions de registre et de cadre de rationaliteacute en inter-shydidactique des matheacutematiques et de la physiqu e Treacutema Martinand J-shyL (nd) Introduction agrave la modeacutelisation In Actes du seacuteminaire de didactique des disciplines technologiques Cachan (p 126ndash138)

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Meirieu P Avanzin Gi (1987) Apprendre oui mais comment Edition ESF Verret M (1975) Le temps des eacutetudes (Vols 1ndash2) Lille France Atelier Reproduction des thegraveses

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Page 53: Physique Optique Lescouleurs · Sciences naturelles Les couleurs 10 11 Harmos 1.Introduction Comme nous allons le détailler dans le chapitre 4, les conceptions erronées des élèves

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

______

______

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

______

______

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation avec propositions

de reacuteponses)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

(rouge vert bleu Nous percevons les diffeacuterentes couleurs agrave partir de ces trois couleurs) ________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

(Explication relative aux cocircnes et bacirctonnets de lrsquo‛oeil)

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Corrigeacute vert bleu blanc cyan

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________ (vert)

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________ (bleu)

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________ (aucunenoir)

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

(selon modegravele eacutetudieacute)

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

(les deux selon que lrsquo‛on parle de synthegravese additive ou soustractive)

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

Bleu

______

Bleu

______

Noir

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________ (lumiegravere rouge)

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

Noir

______

Rouge

______

Rouge

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

(Bleu)

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

(selon modegravele eacutetudieacute)

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

(Explication citant la synthegravese soustractive et lrsquo‛effet des lumiegraveres coloreacutees

concerneacutees sur le haut du cambrioleur)

Evaluation - Analyse

Ce commentaire comprend les diffeacuterents objectifs eacutevalueacutes ainsi que ce qui est attendu

preacuteciseacutement des eacutelegraveves et les niveaux taxonomiques correspondants

Ce sont des pistes drsquo‛eacutevaluation qui sont ici proposeacutees non une eacutevaluation suivie

Exercice 1

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- Mettre en lien des notions theacuteoriques apprises en cours (cocircnes et

bacirctonnets de lrsquo‛oeil) avec drsquo‛autres (synthegravese additive)

Lrsquo‛eacutevaluation deacutebute par deux questions au niveau taxonomique peu eacuteleveacute La

premiegravere de lrsquo‛ordre de la compreacutehension demande aux eacutelegraveves de restituer une

connaissance de base agrave lrsquo‛aide de leurs propres mots La deuxiegraveme propose de

tester les connaissances theacuteoriques des eacutelegraveves en veacuterifiant que des liens entre

deux notions aient eacuteteacute faits

Exercice 2

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutedire la couleur perccedilue en fonction des meacutelanges de couleurs RVB

- deacutechiffrer un scheacutema et les codes de la repreacutesentation de la trajectoire

des lumiegraveres coloreacutees

Le deuxiegraveme exercice relegraveve du niveau taxonomique de lrsquo‛application car il

neacutecessite une compreacutehension de la maniegravere de repreacutesenter la lumiegravere (scheacutema de

la trajectoire rectiligne codes de couleurs RVB) et drsquo‛appliquer ce modegravele tout en

utilisant les connaissances des couleurs fondamentales et compleacutementaires de la

synthegravese additive

Exercice 3

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet drsquo‛un filtre sur une lumiegravere coloreacutee agrave lrsquo‛aide des codes

propres agrave lrsquo‛optique

Lrsquo‛exercice 3 relegraveve de lrsquo‛application car les eacutelegraveves se reacutefegraverent agrave la modeacutelisation

eacutetablie durant le cours et au diagramme de Venn de la synthegravese soustractive et

les adaptent aux items preacutesenteacutes

Exercice 4

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- mettre en perspective la distinction entre synthegravese additive et

soustractive en terme de lsquorsquo‛naturersquo‛rsquo‛ de la couleur (couleurs matiegraveres vs

couleurs lumiegraveres)

Cet exercice requiert des eacutelegraveves qursquo‛ils mobilisent leur faculteacute drsquo‛analyse (niveau

taxonomique plutocirct eacuteleveacute) pour expliquer les diffeacuterences entre les

repreacutesentations de la couleur en arts visuels et en physique Le but est qursquo‛ils

reconnaissent qursquo‛il srsquo‛agit dans le premier cas de la synthegravese soustractive et dans

le second cas de la synthegravese additive

Exercice 5

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutevoir la couleur perccedilue drsquo‛un objet en fonction des lumiegraveres coloreacutees

projeteacutees et coder le pheacutenomegravene

Les eacutelegraveves appliquent la modeacutelisation drsquo‛une lumiegravere coloreacutee sur un objet coloreacute

pour deacuteterminer la couleur perccedilue du drapeau franccedilais Cette question fait

reacutefeacuterence agrave un niveau taxonomique bas Puis ils trouvent la lumiegravere coloreacutee qui

permet de voir les deux drapeaux preacutesenteacutes de la mecircme couleur Ils trouveront

cette reacuteponse en modeacutelisant les lumiegraveres coloreacutees sur lrsquo‛objet de couleur

Plusieurs scheacutemas sont neacutecessaires pour trouver la reacuteponse Crsquo‛est une question

taxonomiquement haute qui demande aux eacutelegraveves de faire une synthegravese

Exercice 6

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet de la lumiegravere coloreacutee sur un objet et en deacuteduire la

couleur perccedilue

- justifier sa reacuteponse avec des mots en faisant la synthegravese des diffeacuterents

concepts vus dans la seacutequence de cours

Les eacutelegraveves doivent comprendre ce qursquo‛ils lisent et deacuteterminer la couleur propre du

haut du cambrioleur Cette question est taxonomiquement haute elle demande de

lrsquo‛analyse Puis ils justifient leur reacuteponse par le modegravele de lrsquo‛effet de la lumiegravere

coloreacutee sur un objet Cette question est drsquo‛un niveau taxonomique infeacuterieur

drsquo‛application Finalement ils deacuteterminent pourquoi la description de la jeune fille

ne correspond pas agrave la couleur propre en faisant le lien avec la synthegravese

soustractive demandant un niveau taxonomiquement tregraves eacuteleveacute la synthegravese

Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

4 Argumentation scientifique Nous avons choisi de construire notre seacutequence de cours de maniegravere agrave ce qursquoelle srsquoinscrive dans une deacutemarche constructiviste de type piageacutetienne Dans cette deacutemarche lrsquoenseignant anticipe les conceptions erroneacutees que les eacutelegraveves peuvent avoir puis eacutetablit une situation-shyproblegraveme permettant ideacutealement de deacuteconstruire ces repreacutesentations incomplegravetes puis finalement drsquoen construire de nouvelles plus justes Dans ce qui suit nous allons deacutefinir ces diffeacuterents concepts mis en eacutevidence puis expliciter la maniegravere dont nous les avons pris en compte dans notre planification

41 Les conceptions des eacutelegraveves et les situations-shyproblegravemes

411 Deacutefinitions Conception Selon Giordan et al (1994) une conception ou repreacutesentation peut ecirctre consideacutereacutee comme une ideacutee un objet ou un eacutevegravenement qui aide lrsquoeacutelegraveve agrave comprendre le monde qui lrsquoentoure Elle est le fruit de son expeacuterience personnelle dans laquelle il va puiser pour comprendre les nouveaux savoirs que lrsquoon va chercher agrave lui inculquer Elle peut ecirctre consideacutereacutee comme une connaissance ldquodeacutejagrave-shylagraverdquo acquise dans un certain contexte par lrsquoapprenant et qui peut ecirctre correcte ou erroneacutee Les mauvaises conceptions (ou misconception en anglais) peuvent donc ecirctre deacutecrites comme des ideacutees qui proviennent drsquoune mauvaise compreacutehension drsquoobjets ou eacutevegravenements Elles sont issues principalement de lrsquoenvironnement avec lequel lrsquoeacutelegraveve interagit et du contexte dans lequel il se situe mais elles deacutecoulent eacutegalement des systegravemes seacutemiotiques mis en oeuvre Ces derniers sont abordeacutes plus en deacutetail dans ce qui suit Seacutemiologie En seacutemiologie (lrsquoeacutetude des systegravemes de signes) une repreacutesentation (ou un signe) est double elle est doteacutee drsquoun signifiant et drsquoun signifieacute (de Saussure 1916) Le signifiant qui fait lrsquoobjet de la seacutemiologie deacutesigne la forme et laspect du signe tandis que le signifieacute eacutetudieacute dans le cadre de la seacutemantique deacutesigne le concept eacutevoqueacute par le signe A partir du moment ougrave le signe possegravede plusieurs signifieacutes il devient symbole et crsquoest ainsi que les incompreacutehensions peuvent survenir Selon R Duval (1995) le concept de laquo registre seacutemiotique raquo permet de distinguer les repreacutesentations qui relegravevent de diffeacuterents registres ou types visuels numeacuteriques graphiques symboliques formels scheacutematiques etc En didactique ce concept est fondamental car les diffeacuterences de registre au sein drsquoune mecircme repreacutesentation ou drsquoun

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

modegravele peut induire des difficulteacutes de lecture Ils risquent drsquoajouter des difficulteacutes suppleacutementaires en empecircchant les eacutelegraveves de se focaliser sur le problegraveme poseacute par lrsquoactiviteacute et les menant agrave formuler des conclusions diffeacuterentes de celles attendues par lrsquoenseignant Crsquoest pour cela qursquoun choix pertinent de registre seacutemiotique facilite la compreacutehension du concept introduit Dans notre cours un exemple typique que nous pouvons donner est la forte ressemblance des diagrammes de Venn pour les synthegraveses additive et soustractive Dans les deux modegraveles les diagrammes sont communeacutement scheacutematiseacutes sous forme circulaire De plus bien que inverseacutees au niveau de leurs superpositions les mecircmes couleurs sont repreacutesenteacutees dans les deux diagrammes Ces similitudes peuvent rendre la diffeacuterenciation complexe pour les eacutelegraveves Crsquoest pourquoi nous avons estimeacute important drsquoapporter un changement agrave la repreacutesentation de ces diagrammes Ainsi dans lrsquoune de nos fiches de synthegravese nous avons preacutefeacutereacute utiliser des formes rectangulaires plutocirct que circulaires pour repreacutesenter la synthegravese soustractive car cette forme eacutevoque plus fortement le filtre et ainsi lrsquoabsorption de la lumiegravere Cadre de rationaliteacute origine des conceptions En srsquoappuyant sur les travaux de R Douady (1984) A Lerouge (1992) deacutefinit laquo un cadre de rationaliteacuteraquo comme laquoun ensemble coheacuterent de fonctionnement de la penseacuteeraquo caracteacuteriseacute principalement par les composantes suivantes

1 Les objets du cadre dans notre cas il peut srsquoagir de peinture de feuille de papier de lampes de poche de filtres etc

2 Le type de processus de conceptualisation Dans un cadre scientifique il peut srsquoagir drsquoun processus par modeacutelisation ou par expeacuterimentation par exemple

3 Les registres seacutemiotiques que nous avons traiteacutes plus haut Les conceptions des eacutelegraveves et les conflits de perceptions en reacutesultant sont issus des diffeacuterents cadres de rationaliteacute dans lesquels ils eacutevoluent Ce sont les cadres familiers (personnel) et culturels (eacutecole) qui sont responsable de ces conceptions et repreacutesentations mentales tantocirct concourantes tantocirct inexistantes voire erroneacutees Elles se manifestent principalement agrave travers la seacutemiotique Les eacutelegraveves eacuteprouvent de la difficulteacute agrave repreacutesenter des objets issus de registres seacutemiotiques diffeacuterents ou encore agrave simplement les reconnaicirctre Dans le contexte de notre seacutequence sur les couleurs ces cadres de rationaliteacute sont centraux En effet crsquoest dans son quotidien et donc dans son cadre familier que lrsquoeacutelegraveve va deacutecouvrir la notion de couleur notamment par le biais de la peinture ou drsquoobservation drsquoarc-shyen-shyciel Cette deacutecouverte qui a souvent lieu tregraves tocirct dans la vie de lrsquoenfant ne fera pourtant pas pour autant lrsquoobjet de questionnement sur le pheacutenomegravene de perception des couleurs La notion de cadre culturel ou scolaire quand agrave elle peut ecirctre eacutetendue dans notre cas agrave deux sous-shycateacutegories de cadres culturels diffeacuterents qui vont ecirctre agrave lrsquoorigine de conceptions erroneacutees ou incomplegravetes Premiegraverement il y a le cadre que nous appelons laquo arts visuelsraquo et qui a ses propres regravegles de rationaliteacutes Les cours de dessin ou drsquoactiviteacutes creacuteatrices en sont de parfaits exemples car crsquoest dans ce cadre que les eacutelegraveves vont premiegraverement aborder la

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

theacutematique des couleurs primaires et de leurs meacutelanges Mais cette theacutematique est eacutegalement abordeacutee dans le cadre laquophysiqueraquo agrave travers les expeacuteriences de deacutecomposition de la lumiegravere ou de superposition de lumiegraveres coloreacutees Ainsi nous retrouvons trois cadres de rationaliteacute concourants (familier physique arts visuels) dans lesquels les eacutelegraveves eacutevoluent et qui engendrent indubitablement des conceptions erroneacutees sur la lumiegravere et les couleurs puisque les eacutelegraveves ne sont pas ameneacutes agrave les diffeacuterencier dans chacun des cadres Et comme la communication entre les diffeacuterents cadres nrsquoest pas eacutetablie le lien agrave faire entre les diffeacuterentes conceptions issues de ces cadres est agrave la charge de lrsquoeacutelegraveve ce qui repreacutesente une lourde responsabiliteacute dans son apprentissage Astolfi (2008) appelle eacutegalement ces conceptions issues de diffeacuterents cadres des ldquotrames conceptuelles rdquoqui peuvent ecirctre deacutefinies comme ldquoun ensemble de concepts-shycleacutes propres agrave un domaine et logiquement hieacuterarchiseacutes entre eux qui structurent les disciplines et engendrent des situations-shyproblegravemesrdquo Mais encore on verra eacutemerger des problegravemes de contrat didactique dans chacun des cadres lrsquoeacutelegraveve va tenter de donner une reacuteponse qui va satisfaire lrsquoenseignant sans pour autant ecirctre ameneacute agrave confronter ses conceptions

Situation-shyproblegraveme Pour de Vecchi (2006) une situation-shyproblegraveme est une activiteacute qui consiste agrave mettre lrsquoeacutelegraveve dans une situation ougrave il va ecirctre ameneacute agrave eacutelaborer des strateacutegies de reacutesolution de problegraveme Lrsquoun des points cleacutes des situations-shyproblegravemes est qursquoelles eacutetablissent un lien eacutetroit entre les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves En drsquoautres termes une situation-shyproblegraveme est construite de telle sorte que les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave remettre en question des repreacutesentations actuelles qui srsquoavegraverent erroneacutees agrave les deacuteconstruire pour en construire de nouvelles Ainsi dans une deacutemarche de type constructiviste lrsquoeacutelegraveve construit son savoir en renversant ses anciennes conceptions Une situation-shyproblegraveme nrsquoest donc pas une deacutemarche ponctuelle dans laquelle lrsquoeacutelegraveve devra reacutesoudre une liste drsquoexercices teacuteleacuteguideacutee par lrsquoenseignant Ce qui justifie lrsquoefficaciteacute des situations problegravemes est qursquo laquoapprendreraquo ne consiste pas agrave cumuler les savoirs mais agrave en construire et agrave en deacuteconstruire

Une situation-shyproblegraveme doit comprendre plusieurs eacuteleacutements

-shy Un objectif-shyobstacle Pour Meirieu (1987) un objectif-shyobstacle est ldquoun objectif dont lrsquoacquisition permet au sujet de franchir un palier deacutecisif de progression en modifiant son systegraveme de repreacutesentation et en le faisant acceacuteder un niveau supeacuterieur de formulation rdquo Dans notre cas lrsquoeacutelegraveve pense que tous les meacutelanges de 3 couleurs primaires (de peinture ou de lumiegravere) vont donner le mecircme reacutesultat La distinction entre synthegraveses additive et soustractive nrsquoest pas connue des eacutelegraveves De plus projeter de la lumiegravere monochromatique sur un objet drsquoune certaine couleur ne donne pas toujours la mecircme couleur Lrsquoexemple avec le drapeau (activiteacute 4) est parlant

-shy Une situation centreacutee sur cet obstacle prenant en compte une deacutemarche expeacuterimentale ou une deacutemarche de modeacutelisation Dans notre cours les deux deacutemarches sont mises en oeuvre mais notre deacutemarche principale est la modeacutelisation Les eacutelegraveves vont effectivement ecirctre ameneacutes agrave eacutemettre des hypothegraveses manipuler reacutecolter des reacutesultats et les confronter agrave

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leurs hypothegraveses mais il srsquoagit surtout drsquoune deacutemarche de modeacutelisation car les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave creacuteer des scheacutemas dans plusieurs exercices

-shy Une probleacutematisation et la deacutevolution on probleacutematise la conception erroneacutee en introduisant une situation-shyproblegraveme crsquoest-shyagrave-shydire qursquoon construit un problegraveme centreacute sur lrsquoobstacle La surprise face agrave une situation incoheacuterente va intriguer lrsquoeacutelegraveve exciter sa motivation et le pousser agrave vouloir srsquoimpliquer dans le problegraveme ce qui va aider sa deacutevolution Brousseau (1998) qualifie la notion de deacutevolution par le ldquo processus par lequel lenseignant parvient agrave placer leacutelegraveve comme simple actant dans une situation a-shydidactique (agrave modegravele non didactique) Il cherche par lagrave agrave ce que lrsquoaction de lrsquoeacutelegraveve ne soit produite et justifieacutee que par les neacutecessiteacutes du milieu et par ses connaissances et non par lrsquointerpreacutetation des proceacutedeacutes didactiques du professeurrdquo Pour enrocircler les eacutelegraveves et les aider agrave identifier la probleacutematique en met on place une situation deacuteclenchante Dans notre cas lrsquoexemple avec le meacutelange de peinture et de lumiegraveres coloreacutees est un parfait exemple de situation deacuteclenchante car les eacutelegraveves ne sattendent probablement pas par exemple agrave ce que le meacutelange de vert et bleu donne du cyan ou encore qursquoon perccediloive un citron noir lorsque lrsquoon projette de la lumiegravere bleue sur ce celui-shyci

412 La prise en compte des conceptions des eacutelegraveves dans notre seacutequence La theacutematique de la lumiegravere et des couleurs est complexe et comprend de nombreux concepts difficiles agrave assimiler En effet bon nombre de personnes ont des repreacutesentations erroneacutees qui peuvent rester profondeacutement ancreacutees Parmi les conceptions erroneacutees les plus communes on retrouve selon le site internet des MER

La lumiegravere blanche est sans couleur pure quand la lumiegravere blanche passe dans un prisme ou traverse un filtre de la couleur lui est ajouteacutee

La lumiegravere blanche nous permet de voir la vraie couleur des objets laquoMa feuille est blanche parce que je nai pas ajouteacute dautres couleurs agrave celle-shyciraquo

Les couleurs sont lieacutees agrave des proprieacuteteacutes de lrsquoobjet exclusivement sans reacutefeacuterence agrave la lumiegravere qui eacuteclaire lrsquoobjet Ne dit-shyon pas quun pull est rouge

Confusion entre les couleurs primaires en couleur peinture et en couleur lumiegravere

Dans notre planification nous avons anticipeacute ces conceptions et avons construit notre cours de maniegravere agrave ce qursquoelles soient mises en eacutevidence le plus tocirct possible afin de tenter de les deacuteconstruire agrave travers nos activiteacutes

Ainsi degraves deacutebut de lrsquoactiviteacute 2 les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave une situation-shyproblegraveme dans laquelle ils comprennent qursquoil existe une contradiction entre leur conception de deacutepart sur les meacutelanges de couleurs (issue de leurs cadres de rationaliteacute familier et scolaire lsquorsquoart visuelrsquorsquo) et leurs observations (nouveau cadre lsquorsquophysiquersquorsquo) Crsquoest sur la base de ce conflit cognitif que les diffeacuterentes notions de la seacutequence pourront ecirctre abordeacutees Les autres conceptions sont mises en eacutevidence puis deacuteconstruites agrave travers les diffeacuterentes activiteacutes Par exemple les

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activiteacutes du chapitre 3 permettent de montrer que la lumiegravere blanche nrsquoest pas pure mais qursquoelle est composeacutee de toutes les couleurs et ce gracircce agrave lrsquoobservation des objets agrave la lumiegravere blanche puis agrave travers un filtre

De plus lrsquoactiviteacute 3 srsquoarticule autour drsquoune conception erroneacutee repeacutereacutee dans certaines classes Bon nombre drsquoeacutelegraveves eacutetaient persuadeacutes qursquoun filtre ne laissait pas passer les lumiegraveres de sa couleur propre car crsquoest la couleur dont est perccedilue le filtre Un conflit cognitif est alors provoqueacute afin de deacuteconstruire cette conception les eacutelegraveves observent que la lumiegravere coloreacutee nrsquoest pas absorbeacutee par le filtre mais qursquoelle se propage bien jusqursquoagrave lrsquoeacutecran blanc

En introduction de lrsquoactiviteacute 4 une nouvelle situation-shyproblegraveme est preacutesenteacutee par le biais drsquoune image montrant que la couleur drsquoun objet peut varier en fonction de la lumiegravere coloreacutee par laquelle il est eacuteclaireacute Elle servira agrave provoquer un conflit cognitif chez les eacutelegraveves car cette situation intervient apregraves une phase drsquohypothegravese reacutepondant agrave la question suivante un objet peut-shyil avoir diffeacuterentes couleurs La reacuteponse donneacutee par lrsquoimage contredira probablement lrsquohypothegravese preacuteceacutedemment formuleacutee et devrait susciter de la curiositeacute chez lrsquoeacutelegraveve et lui donner lrsquoenvie de comprendre le pheacutenomegravene Nous deacutemontrons ensuite tout au long de lrsquoactiviteacute 4 sur les lumiegraveres coloreacutees que crsquoest le pheacutenomegravene drsquoabsorption et de reacuteflection de la lumiegravere qui nous permet de voir la couleur des objets et non pas la lumiegravere blanche Crsquoest donc par le biais de ces deacuteconstructions successives de conceptions que lrsquoenseignant peut guider les eacutelegraveves sur la voie de la reacutesolution du problegraveme de lrsquoorigine de ces contradictions dans le but drsquoeacutetablir le lien entre les diffeacuterents cadres de rationaliteacute

42 Modeacutelisation

421 Deacutefinition

Un modegravele est communeacutement deacutefini comme un objet ou un concept qui va permettre de repreacutesenter la reacutealiteacute de diffeacuterentes maniegraveres Bunge (1974) ou encore Martinand (1994) le deacutefinissent eacutegalement comme un moyen permettant de mettre en relation le monde theacuteorique avec le monde empirique Il peut ecirctre consideacutereacute en quelque sorte comme un monde intermeacutediaire ou une sorte de lunette conceptuelle (Halloun 2004) qui va permettre drsquoobserver des pheacutenomegravenes naturels Un modegravele ne constitue pas la reacutealiteacute mais la repreacutesente en simplifiant certains de ses aspects ce qui peut causer des conflits pour les repreacutesentations cognitives chez lrsquoeacutelegraveve

422 La modeacutelisation dans notre seacutequence Dans notre planification la modeacutelisation est centrale afin de conceptualiser des pheacutenomegravenes complexes comme la composition de la lumiegravere et la perception des couleurs Elle est lrsquooutil qui permet drsquoamener les eacutelegraveves agrave se faccedilonner une repreacutesentation de la deacutecomposition de la lumiegravere blanche de labsorption de la lumiegravere agrave travers les filtres et des synthegraveses additive et soustractive des couleurs

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De plus elle constitue un objectif de formation meacutethodologique qui va de pair avec toute formation scientifique Crsquoest pourquoi nous avons inclus la modeacutelisation dans les objectifs drsquoapprentissage Dans la terminologie du PER la modeacutelisation correspond agrave lrsquoobjectif geacuteneacuteral MSN37

bull MSN 1525 mdash Modeacuteliser des pheacutenomegravenes naturels techniques sociaux ou des situations matheacutematiques

bull en imaginant et en utilisant divers outils de repreacutesentation (codes scheacutemas graphiques tableauxhellip)

Lrsquoactiviteacute 2 propose aux eacutelegraveves de reporter les couleurs observeacutees sur trois cercles superposeacutes En les coloriant les eacutelegraveves reacutealisent en reacutealiteacute une forme simple de modeacutelisation par un diagramme de Venn de la synthegravese additive Il nous a sembleacute pertinent drsquointroduire ce scheacutema de cette maniegravere car ainsi les eacutelegraveves comprennent reacuteellement qursquoil correspond agrave la lumiegravere projeteacutee et superposeacutee sur un eacutecran En derniegravere partie drsquoactiviteacute les eacutelegraveves se familiarisent avec un logiciel de modeacutelisation de la synthegravese additive 3

Lrsquoutilisation drsquoun modegravele dans ce cas est indispensable pour des raisons pratiques Il serait en effet tregraves difficile de faire des observations similaires avec un dispositif reacuteel constitueacute de projecteurs et drsquoun eacutecran comme dans la premiegravere partie drsquoactiviteacute Nous avons veilleacute agrave choisir un logiciel simple drsquousage sur lequel seules deux manipulations sont possibles allumereacuteteindre les projecteurs et varier leurs intensiteacutes Ainsi il est possible pour les eacutelegraveves de faire rapidement et sans difficulteacutes de lrsquoordre du registre seacutemiotique la deacuteduction attendue les diffeacuterentes couleurs srsquoobtiennent par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

Dans lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves sont ameneacutes agrave modeacuteliser lrsquoeffet drsquoun filtre sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee Ils ancrent ainsi le fonctionnement drsquoun filtre dans leur apprentissage et deacuteveloppent une meacutethodologie systeacutematique dans la reacutesolution de problegravemes mettant en scegravene des filtres Gracircce au modegravele deacuteveloppeacute les eacutelegraveves deacuteconstruisent deacutefinitivement leur eacuteventuelle conception erroneacutee selon laquelle un filtre absorberait sa propre couleur Lrsquoactiviteacute 43 a pour but que les eacutelegraveves modeacutelisent les pheacutenomegravenes de reacutefraction et drsquoabsorption en justifiant leur reacuteponse par un modegravele de reacuteponse Ce dernier comprend les couleurs RVB qui se reflegravetent ou qui sont absorbeacutees par une surface Ainsi lrsquoeacutelegraveve peut trouver une meacutethode systeacutematique de reacuteponse en testant les diffeacuterentes couleurs Gracircce agrave cette modeacutelisation et agrave celle de lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves comprennent que les fonctionnements des filtres et des lumiegraveres coloreacutees sont fondeacutes sur le mecircme principe

3(httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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43 Deacutemarche expeacuterimentale

431 Deacutefinition Pour de Vecchi il est important de ne pas confondre les notions lieacutees agrave lrsquoexpeacuterimental qui sont les suivantes

-shy Une deacutemarche scientifique nrsquoest pas exclusive au domaine des sciences expeacuterimentales mais peut aussi ecirctre mobiliseacutee dans les sciences humaines socialeshellip Elle utilise drsquoautres outils que lrsquoexpeacuterimentale Toute recherche digne de ce nom est de nature scientifique

-shy La meacutethode expeacuterimentale eacutequivaut plutocirct agrave un plan agrave suivre un mode drsquoemploi ou agrave une marche agrave suivre qui suit un ordre strict que lrsquoon peut aussi appeler protocole Par exemple parmi les plus ceacutelegravebres protocoles nous retrouvons celui de Claude Bernard (1865) que lrsquoon abregravege par les initiales OHERIC qui correspondent agrave observation hypothegravese expeacuterience reacutesultats interpreacutetation et conclusion De maniegravere geacuteneacuterale il srsquoagit du protocole caricatural que lrsquoon emploie le plus souvent dans les salles de classes

-shy Une deacutemarche expeacuterimentale est une approche plus reacutealiste moins stricte et integravegre

une approche plus tacirctonnante Il nrsquoest pas constitueacute drsquoeacutetapes preacutedeacutetermineacutees et est donc moins affecteacutee par les directives de lrsquoenseignant Il peut donc laisser des liberteacutes dans la maniegravere de reacutesoudre le problegraveme

432 La deacutemarche expeacuterimentale dans notre seacutequence Dans notre seacutequence la meacutethode expeacuterimentale est preacutesente de maniegravere partielle du scheacutema caricatural OHERIC nous nous inteacuteressons en particulier aux phases drsquoobservation et drsquoeacutemission drsquohypothegraveses Crsquoest pourquoi nous parlons donc plutocirct de ldquodeacutemarche expeacuterimentalerdquo En effet tout au long des diffeacuterentes activiteacutes il est reacuteguliegraverement demandeacute aux eacutelegraveves de formuler une hypothegravese agrave partir de leurs connaissances au preacutealable puis de faire de nouvelles observations en contexte expeacuterimental Crsquoest sur la base de ces derniegraveres qursquoils pourront reacutealiser leurs deacuteductions sur le pheacutenomegravene en question et construire de nouvelles conceptions Dans lrsquoactiviteacute 2 ce type de deacutemarche est central pour la creacuteation de la premiegravere situation-shyproblegraveme Par la suite la deacutemarche permet de guider les eacutelegraveves dans le processus de deacuteduction du fonctionnement geacuteneacuteral des diffeacuterents pheacutenomegravenes Dans lrsquoactiviteacute 41 par exemple les pheacutenomegravenes agrave deacuteduire sont la synthegravese soustractive et le fonctionnement de la lumiegravere coloreacutee Lrsquoemploi drsquoobjets familiers permet un ancrage dans le quotidien

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Dans lrsquoactiviteacute 3 lrsquoeacutetude de lrsquoeffet des filtres constitue agrave son tour un deacutemarche expeacuterimentale En effet les eacutelegraveves doivent tout drsquoabord eacutemettre leurs hypothegraveses puis les veacuterifient par lrsquoexpeacuterimentation et ses reacutesultats provoquant probablement un conflit cognitif avant drsquoen conclure lrsquoeffet drsquoun filtre Dans lrsquoactiviteacute 42 nous retrouvons toujours le mecircme principe de deacutemarche expeacuterimentale Les eacutelegraveves formulent des hypothegraveses sur la couleur perccedilue de diffeacuterents mots coloreacutes eacuteclaireacutes par une lumiegravere coloreacutee puis les veacuterifient lors de la phase drsquoobservation La confrontation entre leurs attentes lieacutees agrave leurs conceptions et la reacutealiteacute creacutee le conflit cognitif rechercheacute

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5 Conclusion Pour seacutelectionner notre thegraveme et eacutelaborer notre seacutequence nous nous sommes fondeacutes sur les objectifs du PER et crsquoest sur lrsquooptique que notre choix srsquoest porteacute Le savoir savant auquel nous nous sommes reacutefeacutereacutes comprend principalement des concepts lieacutes agrave la lumiegravere tels que les photons les ondes eacutelectromagneacutetiques ainsi que les spectres drsquoeacutemission et drsquoabsorption Nous avons transposeacute ce savoir en un savoir enseignable par le biais drsquoun travail de contextualisation et de reacuteadaptation Nous avons eacuteteacute ameneacutes agrave remplacer des modegraveles scientifiques (par exemple les modegraveles de synthegraveses additive et soustractive) par des modegraveles accessibles agrave un niveau scolaire et agrave changer les conditions drsquoeacutemergence des problegravemes Ainsi notre travail de transposition consistait agrave montrer aux eacutelegraveves la partie eacutemergeacutee de lrsquoiceberg du concept de couleur le reacutesultat apparent plutocirct que lrsquoorigine eacutelectromagneacutetique Tout au long de la seacutequence et par le biais de situations-shyproblegravemes et de diffeacuterentes eacutetapes de reacutesolution des activiteacutes les eacutelegraveves ont eacuteteacute guideacutes dans le processus de construction de leur apprentissage En nous focalisant sur les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves nous avons eacutelaboreacute nos exercices de maniegravere agrave proposer des situations deacuteclenchantes afin de faciliter le transfert de la responsabiliteacute de la reacutesolution des problegravemes aux eacutelegraveves Cette derniegravere srsquoeffectue par des deacutemarches drsquoexpeacuterimentation mais surtout de modeacutelisation

Dans notre sceacutenario les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave deux types de donneacutees theacuteoriques et empiriques Drsquoune part ils ont agrave disposition deux theacuteories principales la premiegravere est que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs de lrsquoarc-shyen-shyciel tandis que la seconde deacutecrit l a maniegravere dont la couleur drsquoun objet deacutepend des couleurs qursquoil va absorber Drsquoautre part ils disposent de donneacutees empiriques qursquoils sont ameneacutes agrave reacutecolter en superposant des lumiegraveres de diffeacuterentes couleurs en meacutelangeant de la peinture et en projetant de la lumiegravere coloreacutee sur diffeacuterents objets coloreacutes Dans le cadre drsquoune deacutemarche drsquoexpeacuterimentation ils ont eacutemis des hypothegraveses observeacute manipuleacute du mateacuteriel utiliseacute des appliquettes en ligne et veacuterifieacute leurs reacutesultats Crsquoest ainsi les modegraveles que nous avons preacutesenteacutes et que les eacutelegraveves ont eacutelaboreacutes vont ecirctre des ponts qui vont relier le monde theacuteorique et le monde empirique Par ailleurs nous avons eacuteteacute attentifs agrave la seacutemiotique lors de nos choix des repreacutesentations utiliseacutees nous nous sommes reacutefeacutereacutes agrave la notion de registre seacutemiotique afin drsquoeacutelaborer des scheacutemas nrsquoengendrant pas de difficulteacutes de lecture chez les eacutelegraveves

Nous avons analyseacute lrsquoorigine des conceptions erroneacutees et avons remarqueacute qursquoelles eacutetaient principalement dues agrave des repreacutesentations concourantes engendreacutees par les diffeacuterents contextes et cadres de rationaliteacutes dans lesquelles les eacutelegraveves eacutevoluent Notre sceacutenario permet aux eacutelegraveves drsquoeacutetablir des liens entre ces diffeacuterents cadres et de construire une nouvelle repreacutesentation de la couleur celle drsquoun objet de la physique

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6 Bibliographie

Astolfi J Ginsburger-shyVogel Y amp Toussaint J (2008) Mots-shycleacutes de la didactique des sciences De Boeck Supeacuterieur Beaufils D Ramage M-shyJ DidaScO (2004) Simulation informatique et enseignement de la physique regards didactiques Universiteacute Paris-shySud Centre scientifique drsquoOrsay -shy 91405 Orsay Cedex Brahic A Grenier I ( 2008) Lumiegraveres deacutetoiles les couleurs invisibles Odile Jacob Brousseau G (1998) Glossaire de quelques concepts de la theacuteorie des situations didactiques en matheacutematiques DAEST-shy Faculteacute des Sciences de lHomme-shyUniversiteacute Victor Segalen Bordeaux 2 Bunge M (1975) Philosophie de la physique Paris France Editions du Seuil Chevallard Y amp Johsua M-shyA (1986) Transposition didactique  Du savoir savant au savoir enseigneacute -shy Un exemple drsquoanalyse de la transposition didactique Penseacutee sauvage Chevallard Y A du texte Chevallard Y A du texte Chevallard Y amp Johsua M-shyA A du texte (1991) La transposition didactique  du savoir savant au savoir enseigneacute Suivi de Un exemple de la transposition didactique ([2e eacuted revue et augm]) Yves Chevallard  Yves Chevallard et Marie-shyAlberte Johsua [texte imprimeacute] Retrieved October 19 2016 de Vecchi G (2006) Enseigner lrsquoexpeacuterimental en classe  Pour une veacuteritable eacuteducation scientifique Hachette Editions (p 221-shy229) de Vecchi G (2006) Enseigner lrsquoexpeacuterimental en classe  Pour une veacuteritable eacuteducation scientifique Hachette Editions (p 55 -shy65) de Saussure F (2005) Cours de linguistique geacuteneacuterale Arbres drsquoOr Develay M (1987) A propos de la transposition didactique en sciences biologiques Aster [ISSN 0297-shy9373] 1987 Ndeg 4 p 119 Duval R (1988) Eacutecarts seacutemantiques et coheacuterence matheacutematique introduction aux problegravemes de congruences in Annales de Didactique et de Sciences Cognitives de lIREM de Strasbourg Giordan A Girault Y et Clement P (1994) Conceptions et connaissance Peter Lang Halloun I A (2004) Modeling theory in science education Dordrecht Holland Kluwer Academic Publishers Kane J Sternheim M (1989) Cours QCM exemple et exercices corrigeacutes -shy 1er cycle Licence PCEM PCEP Physique 3egraveme eacutedition revue par Philipe Ghosez Maryse Hoebeke et Gabriel Llabreacutes DUNOD Lerouge A (1992) Repreacutesentation carteacutesienne rationaliteacute matheacutematique et rationaliteacute du quotidien chez des eacutelegraveves de collegravege Thegravese de doctorat Universiteacute Montpellier II Malafosse D Lerouge A Dusseau J-shyM (2000) Notions de registre et de cadre de rationaliteacute en inter-shydidactique des matheacutematiques et de la physiqu e Treacutema Martinand J-shyL (nd) Introduction agrave la modeacutelisation In Actes du seacuteminaire de didactique des disciplines technologiques Cachan (p 126ndash138)

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Meirieu P Avanzin Gi (1987) Apprendre oui mais comment Edition ESF Verret M (1975) Le temps des eacutetudes (Vols 1ndash2) Lille France Atelier Reproduction des thegraveses

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Page 54: Physique Optique Lescouleurs · Sciences naturelles Les couleurs 10 11 Harmos 1.Introduction Comme nous allons le détailler dans le chapitre 4, les conceptions erronées des élèves

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

______

______

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

______

______

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation avec propositions

de reacuteponses)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

(rouge vert bleu Nous percevons les diffeacuterentes couleurs agrave partir de ces trois couleurs) ________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

(Explication relative aux cocircnes et bacirctonnets de lrsquo‛oeil)

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Corrigeacute vert bleu blanc cyan

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________ (vert)

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________ (bleu)

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________ (aucunenoir)

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

(selon modegravele eacutetudieacute)

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

(les deux selon que lrsquo‛on parle de synthegravese additive ou soustractive)

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

Bleu

______

Bleu

______

Noir

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________ (lumiegravere rouge)

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

Noir

______

Rouge

______

Rouge

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

(Bleu)

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

(selon modegravele eacutetudieacute)

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

(Explication citant la synthegravese soustractive et lrsquo‛effet des lumiegraveres coloreacutees

concerneacutees sur le haut du cambrioleur)

Evaluation - Analyse

Ce commentaire comprend les diffeacuterents objectifs eacutevalueacutes ainsi que ce qui est attendu

preacuteciseacutement des eacutelegraveves et les niveaux taxonomiques correspondants

Ce sont des pistes drsquo‛eacutevaluation qui sont ici proposeacutees non une eacutevaluation suivie

Exercice 1

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- Mettre en lien des notions theacuteoriques apprises en cours (cocircnes et

bacirctonnets de lrsquo‛oeil) avec drsquo‛autres (synthegravese additive)

Lrsquo‛eacutevaluation deacutebute par deux questions au niveau taxonomique peu eacuteleveacute La

premiegravere de lrsquo‛ordre de la compreacutehension demande aux eacutelegraveves de restituer une

connaissance de base agrave lrsquo‛aide de leurs propres mots La deuxiegraveme propose de

tester les connaissances theacuteoriques des eacutelegraveves en veacuterifiant que des liens entre

deux notions aient eacuteteacute faits

Exercice 2

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutedire la couleur perccedilue en fonction des meacutelanges de couleurs RVB

- deacutechiffrer un scheacutema et les codes de la repreacutesentation de la trajectoire

des lumiegraveres coloreacutees

Le deuxiegraveme exercice relegraveve du niveau taxonomique de lrsquo‛application car il

neacutecessite une compreacutehension de la maniegravere de repreacutesenter la lumiegravere (scheacutema de

la trajectoire rectiligne codes de couleurs RVB) et drsquo‛appliquer ce modegravele tout en

utilisant les connaissances des couleurs fondamentales et compleacutementaires de la

synthegravese additive

Exercice 3

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet drsquo‛un filtre sur une lumiegravere coloreacutee agrave lrsquo‛aide des codes

propres agrave lrsquo‛optique

Lrsquo‛exercice 3 relegraveve de lrsquo‛application car les eacutelegraveves se reacutefegraverent agrave la modeacutelisation

eacutetablie durant le cours et au diagramme de Venn de la synthegravese soustractive et

les adaptent aux items preacutesenteacutes

Exercice 4

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- mettre en perspective la distinction entre synthegravese additive et

soustractive en terme de lsquorsquo‛naturersquo‛rsquo‛ de la couleur (couleurs matiegraveres vs

couleurs lumiegraveres)

Cet exercice requiert des eacutelegraveves qursquo‛ils mobilisent leur faculteacute drsquo‛analyse (niveau

taxonomique plutocirct eacuteleveacute) pour expliquer les diffeacuterences entre les

repreacutesentations de la couleur en arts visuels et en physique Le but est qursquo‛ils

reconnaissent qursquo‛il srsquo‛agit dans le premier cas de la synthegravese soustractive et dans

le second cas de la synthegravese additive

Exercice 5

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutevoir la couleur perccedilue drsquo‛un objet en fonction des lumiegraveres coloreacutees

projeteacutees et coder le pheacutenomegravene

Les eacutelegraveves appliquent la modeacutelisation drsquo‛une lumiegravere coloreacutee sur un objet coloreacute

pour deacuteterminer la couleur perccedilue du drapeau franccedilais Cette question fait

reacutefeacuterence agrave un niveau taxonomique bas Puis ils trouvent la lumiegravere coloreacutee qui

permet de voir les deux drapeaux preacutesenteacutes de la mecircme couleur Ils trouveront

cette reacuteponse en modeacutelisant les lumiegraveres coloreacutees sur lrsquo‛objet de couleur

Plusieurs scheacutemas sont neacutecessaires pour trouver la reacuteponse Crsquo‛est une question

taxonomiquement haute qui demande aux eacutelegraveves de faire une synthegravese

Exercice 6

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet de la lumiegravere coloreacutee sur un objet et en deacuteduire la

couleur perccedilue

- justifier sa reacuteponse avec des mots en faisant la synthegravese des diffeacuterents

concepts vus dans la seacutequence de cours

Les eacutelegraveves doivent comprendre ce qursquo‛ils lisent et deacuteterminer la couleur propre du

haut du cambrioleur Cette question est taxonomiquement haute elle demande de

lrsquo‛analyse Puis ils justifient leur reacuteponse par le modegravele de lrsquo‛effet de la lumiegravere

coloreacutee sur un objet Cette question est drsquo‛un niveau taxonomique infeacuterieur

drsquo‛application Finalement ils deacuteterminent pourquoi la description de la jeune fille

ne correspond pas agrave la couleur propre en faisant le lien avec la synthegravese

soustractive demandant un niveau taxonomiquement tregraves eacuteleveacute la synthegravese

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4 Argumentation scientifique Nous avons choisi de construire notre seacutequence de cours de maniegravere agrave ce qursquoelle srsquoinscrive dans une deacutemarche constructiviste de type piageacutetienne Dans cette deacutemarche lrsquoenseignant anticipe les conceptions erroneacutees que les eacutelegraveves peuvent avoir puis eacutetablit une situation-shyproblegraveme permettant ideacutealement de deacuteconstruire ces repreacutesentations incomplegravetes puis finalement drsquoen construire de nouvelles plus justes Dans ce qui suit nous allons deacutefinir ces diffeacuterents concepts mis en eacutevidence puis expliciter la maniegravere dont nous les avons pris en compte dans notre planification

41 Les conceptions des eacutelegraveves et les situations-shyproblegravemes

411 Deacutefinitions Conception Selon Giordan et al (1994) une conception ou repreacutesentation peut ecirctre consideacutereacutee comme une ideacutee un objet ou un eacutevegravenement qui aide lrsquoeacutelegraveve agrave comprendre le monde qui lrsquoentoure Elle est le fruit de son expeacuterience personnelle dans laquelle il va puiser pour comprendre les nouveaux savoirs que lrsquoon va chercher agrave lui inculquer Elle peut ecirctre consideacutereacutee comme une connaissance ldquodeacutejagrave-shylagraverdquo acquise dans un certain contexte par lrsquoapprenant et qui peut ecirctre correcte ou erroneacutee Les mauvaises conceptions (ou misconception en anglais) peuvent donc ecirctre deacutecrites comme des ideacutees qui proviennent drsquoune mauvaise compreacutehension drsquoobjets ou eacutevegravenements Elles sont issues principalement de lrsquoenvironnement avec lequel lrsquoeacutelegraveve interagit et du contexte dans lequel il se situe mais elles deacutecoulent eacutegalement des systegravemes seacutemiotiques mis en oeuvre Ces derniers sont abordeacutes plus en deacutetail dans ce qui suit Seacutemiologie En seacutemiologie (lrsquoeacutetude des systegravemes de signes) une repreacutesentation (ou un signe) est double elle est doteacutee drsquoun signifiant et drsquoun signifieacute (de Saussure 1916) Le signifiant qui fait lrsquoobjet de la seacutemiologie deacutesigne la forme et laspect du signe tandis que le signifieacute eacutetudieacute dans le cadre de la seacutemantique deacutesigne le concept eacutevoqueacute par le signe A partir du moment ougrave le signe possegravede plusieurs signifieacutes il devient symbole et crsquoest ainsi que les incompreacutehensions peuvent survenir Selon R Duval (1995) le concept de laquo registre seacutemiotique raquo permet de distinguer les repreacutesentations qui relegravevent de diffeacuterents registres ou types visuels numeacuteriques graphiques symboliques formels scheacutematiques etc En didactique ce concept est fondamental car les diffeacuterences de registre au sein drsquoune mecircme repreacutesentation ou drsquoun

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modegravele peut induire des difficulteacutes de lecture Ils risquent drsquoajouter des difficulteacutes suppleacutementaires en empecircchant les eacutelegraveves de se focaliser sur le problegraveme poseacute par lrsquoactiviteacute et les menant agrave formuler des conclusions diffeacuterentes de celles attendues par lrsquoenseignant Crsquoest pour cela qursquoun choix pertinent de registre seacutemiotique facilite la compreacutehension du concept introduit Dans notre cours un exemple typique que nous pouvons donner est la forte ressemblance des diagrammes de Venn pour les synthegraveses additive et soustractive Dans les deux modegraveles les diagrammes sont communeacutement scheacutematiseacutes sous forme circulaire De plus bien que inverseacutees au niveau de leurs superpositions les mecircmes couleurs sont repreacutesenteacutees dans les deux diagrammes Ces similitudes peuvent rendre la diffeacuterenciation complexe pour les eacutelegraveves Crsquoest pourquoi nous avons estimeacute important drsquoapporter un changement agrave la repreacutesentation de ces diagrammes Ainsi dans lrsquoune de nos fiches de synthegravese nous avons preacutefeacutereacute utiliser des formes rectangulaires plutocirct que circulaires pour repreacutesenter la synthegravese soustractive car cette forme eacutevoque plus fortement le filtre et ainsi lrsquoabsorption de la lumiegravere Cadre de rationaliteacute origine des conceptions En srsquoappuyant sur les travaux de R Douady (1984) A Lerouge (1992) deacutefinit laquo un cadre de rationaliteacuteraquo comme laquoun ensemble coheacuterent de fonctionnement de la penseacuteeraquo caracteacuteriseacute principalement par les composantes suivantes

1 Les objets du cadre dans notre cas il peut srsquoagir de peinture de feuille de papier de lampes de poche de filtres etc

2 Le type de processus de conceptualisation Dans un cadre scientifique il peut srsquoagir drsquoun processus par modeacutelisation ou par expeacuterimentation par exemple

3 Les registres seacutemiotiques que nous avons traiteacutes plus haut Les conceptions des eacutelegraveves et les conflits de perceptions en reacutesultant sont issus des diffeacuterents cadres de rationaliteacute dans lesquels ils eacutevoluent Ce sont les cadres familiers (personnel) et culturels (eacutecole) qui sont responsable de ces conceptions et repreacutesentations mentales tantocirct concourantes tantocirct inexistantes voire erroneacutees Elles se manifestent principalement agrave travers la seacutemiotique Les eacutelegraveves eacuteprouvent de la difficulteacute agrave repreacutesenter des objets issus de registres seacutemiotiques diffeacuterents ou encore agrave simplement les reconnaicirctre Dans le contexte de notre seacutequence sur les couleurs ces cadres de rationaliteacute sont centraux En effet crsquoest dans son quotidien et donc dans son cadre familier que lrsquoeacutelegraveve va deacutecouvrir la notion de couleur notamment par le biais de la peinture ou drsquoobservation drsquoarc-shyen-shyciel Cette deacutecouverte qui a souvent lieu tregraves tocirct dans la vie de lrsquoenfant ne fera pourtant pas pour autant lrsquoobjet de questionnement sur le pheacutenomegravene de perception des couleurs La notion de cadre culturel ou scolaire quand agrave elle peut ecirctre eacutetendue dans notre cas agrave deux sous-shycateacutegories de cadres culturels diffeacuterents qui vont ecirctre agrave lrsquoorigine de conceptions erroneacutees ou incomplegravetes Premiegraverement il y a le cadre que nous appelons laquo arts visuelsraquo et qui a ses propres regravegles de rationaliteacutes Les cours de dessin ou drsquoactiviteacutes creacuteatrices en sont de parfaits exemples car crsquoest dans ce cadre que les eacutelegraveves vont premiegraverement aborder la

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theacutematique des couleurs primaires et de leurs meacutelanges Mais cette theacutematique est eacutegalement abordeacutee dans le cadre laquophysiqueraquo agrave travers les expeacuteriences de deacutecomposition de la lumiegravere ou de superposition de lumiegraveres coloreacutees Ainsi nous retrouvons trois cadres de rationaliteacute concourants (familier physique arts visuels) dans lesquels les eacutelegraveves eacutevoluent et qui engendrent indubitablement des conceptions erroneacutees sur la lumiegravere et les couleurs puisque les eacutelegraveves ne sont pas ameneacutes agrave les diffeacuterencier dans chacun des cadres Et comme la communication entre les diffeacuterents cadres nrsquoest pas eacutetablie le lien agrave faire entre les diffeacuterentes conceptions issues de ces cadres est agrave la charge de lrsquoeacutelegraveve ce qui repreacutesente une lourde responsabiliteacute dans son apprentissage Astolfi (2008) appelle eacutegalement ces conceptions issues de diffeacuterents cadres des ldquotrames conceptuelles rdquoqui peuvent ecirctre deacutefinies comme ldquoun ensemble de concepts-shycleacutes propres agrave un domaine et logiquement hieacuterarchiseacutes entre eux qui structurent les disciplines et engendrent des situations-shyproblegravemesrdquo Mais encore on verra eacutemerger des problegravemes de contrat didactique dans chacun des cadres lrsquoeacutelegraveve va tenter de donner une reacuteponse qui va satisfaire lrsquoenseignant sans pour autant ecirctre ameneacute agrave confronter ses conceptions

Situation-shyproblegraveme Pour de Vecchi (2006) une situation-shyproblegraveme est une activiteacute qui consiste agrave mettre lrsquoeacutelegraveve dans une situation ougrave il va ecirctre ameneacute agrave eacutelaborer des strateacutegies de reacutesolution de problegraveme Lrsquoun des points cleacutes des situations-shyproblegravemes est qursquoelles eacutetablissent un lien eacutetroit entre les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves En drsquoautres termes une situation-shyproblegraveme est construite de telle sorte que les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave remettre en question des repreacutesentations actuelles qui srsquoavegraverent erroneacutees agrave les deacuteconstruire pour en construire de nouvelles Ainsi dans une deacutemarche de type constructiviste lrsquoeacutelegraveve construit son savoir en renversant ses anciennes conceptions Une situation-shyproblegraveme nrsquoest donc pas une deacutemarche ponctuelle dans laquelle lrsquoeacutelegraveve devra reacutesoudre une liste drsquoexercices teacuteleacuteguideacutee par lrsquoenseignant Ce qui justifie lrsquoefficaciteacute des situations problegravemes est qursquo laquoapprendreraquo ne consiste pas agrave cumuler les savoirs mais agrave en construire et agrave en deacuteconstruire

Une situation-shyproblegraveme doit comprendre plusieurs eacuteleacutements

-shy Un objectif-shyobstacle Pour Meirieu (1987) un objectif-shyobstacle est ldquoun objectif dont lrsquoacquisition permet au sujet de franchir un palier deacutecisif de progression en modifiant son systegraveme de repreacutesentation et en le faisant acceacuteder un niveau supeacuterieur de formulation rdquo Dans notre cas lrsquoeacutelegraveve pense que tous les meacutelanges de 3 couleurs primaires (de peinture ou de lumiegravere) vont donner le mecircme reacutesultat La distinction entre synthegraveses additive et soustractive nrsquoest pas connue des eacutelegraveves De plus projeter de la lumiegravere monochromatique sur un objet drsquoune certaine couleur ne donne pas toujours la mecircme couleur Lrsquoexemple avec le drapeau (activiteacute 4) est parlant

-shy Une situation centreacutee sur cet obstacle prenant en compte une deacutemarche expeacuterimentale ou une deacutemarche de modeacutelisation Dans notre cours les deux deacutemarches sont mises en oeuvre mais notre deacutemarche principale est la modeacutelisation Les eacutelegraveves vont effectivement ecirctre ameneacutes agrave eacutemettre des hypothegraveses manipuler reacutecolter des reacutesultats et les confronter agrave

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leurs hypothegraveses mais il srsquoagit surtout drsquoune deacutemarche de modeacutelisation car les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave creacuteer des scheacutemas dans plusieurs exercices

-shy Une probleacutematisation et la deacutevolution on probleacutematise la conception erroneacutee en introduisant une situation-shyproblegraveme crsquoest-shyagrave-shydire qursquoon construit un problegraveme centreacute sur lrsquoobstacle La surprise face agrave une situation incoheacuterente va intriguer lrsquoeacutelegraveve exciter sa motivation et le pousser agrave vouloir srsquoimpliquer dans le problegraveme ce qui va aider sa deacutevolution Brousseau (1998) qualifie la notion de deacutevolution par le ldquo processus par lequel lenseignant parvient agrave placer leacutelegraveve comme simple actant dans une situation a-shydidactique (agrave modegravele non didactique) Il cherche par lagrave agrave ce que lrsquoaction de lrsquoeacutelegraveve ne soit produite et justifieacutee que par les neacutecessiteacutes du milieu et par ses connaissances et non par lrsquointerpreacutetation des proceacutedeacutes didactiques du professeurrdquo Pour enrocircler les eacutelegraveves et les aider agrave identifier la probleacutematique en met on place une situation deacuteclenchante Dans notre cas lrsquoexemple avec le meacutelange de peinture et de lumiegraveres coloreacutees est un parfait exemple de situation deacuteclenchante car les eacutelegraveves ne sattendent probablement pas par exemple agrave ce que le meacutelange de vert et bleu donne du cyan ou encore qursquoon perccediloive un citron noir lorsque lrsquoon projette de la lumiegravere bleue sur ce celui-shyci

412 La prise en compte des conceptions des eacutelegraveves dans notre seacutequence La theacutematique de la lumiegravere et des couleurs est complexe et comprend de nombreux concepts difficiles agrave assimiler En effet bon nombre de personnes ont des repreacutesentations erroneacutees qui peuvent rester profondeacutement ancreacutees Parmi les conceptions erroneacutees les plus communes on retrouve selon le site internet des MER

La lumiegravere blanche est sans couleur pure quand la lumiegravere blanche passe dans un prisme ou traverse un filtre de la couleur lui est ajouteacutee

La lumiegravere blanche nous permet de voir la vraie couleur des objets laquoMa feuille est blanche parce que je nai pas ajouteacute dautres couleurs agrave celle-shyciraquo

Les couleurs sont lieacutees agrave des proprieacuteteacutes de lrsquoobjet exclusivement sans reacutefeacuterence agrave la lumiegravere qui eacuteclaire lrsquoobjet Ne dit-shyon pas quun pull est rouge

Confusion entre les couleurs primaires en couleur peinture et en couleur lumiegravere

Dans notre planification nous avons anticipeacute ces conceptions et avons construit notre cours de maniegravere agrave ce qursquoelles soient mises en eacutevidence le plus tocirct possible afin de tenter de les deacuteconstruire agrave travers nos activiteacutes

Ainsi degraves deacutebut de lrsquoactiviteacute 2 les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave une situation-shyproblegraveme dans laquelle ils comprennent qursquoil existe une contradiction entre leur conception de deacutepart sur les meacutelanges de couleurs (issue de leurs cadres de rationaliteacute familier et scolaire lsquorsquoart visuelrsquorsquo) et leurs observations (nouveau cadre lsquorsquophysiquersquorsquo) Crsquoest sur la base de ce conflit cognitif que les diffeacuterentes notions de la seacutequence pourront ecirctre abordeacutees Les autres conceptions sont mises en eacutevidence puis deacuteconstruites agrave travers les diffeacuterentes activiteacutes Par exemple les

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activiteacutes du chapitre 3 permettent de montrer que la lumiegravere blanche nrsquoest pas pure mais qursquoelle est composeacutee de toutes les couleurs et ce gracircce agrave lrsquoobservation des objets agrave la lumiegravere blanche puis agrave travers un filtre

De plus lrsquoactiviteacute 3 srsquoarticule autour drsquoune conception erroneacutee repeacutereacutee dans certaines classes Bon nombre drsquoeacutelegraveves eacutetaient persuadeacutes qursquoun filtre ne laissait pas passer les lumiegraveres de sa couleur propre car crsquoest la couleur dont est perccedilue le filtre Un conflit cognitif est alors provoqueacute afin de deacuteconstruire cette conception les eacutelegraveves observent que la lumiegravere coloreacutee nrsquoest pas absorbeacutee par le filtre mais qursquoelle se propage bien jusqursquoagrave lrsquoeacutecran blanc

En introduction de lrsquoactiviteacute 4 une nouvelle situation-shyproblegraveme est preacutesenteacutee par le biais drsquoune image montrant que la couleur drsquoun objet peut varier en fonction de la lumiegravere coloreacutee par laquelle il est eacuteclaireacute Elle servira agrave provoquer un conflit cognitif chez les eacutelegraveves car cette situation intervient apregraves une phase drsquohypothegravese reacutepondant agrave la question suivante un objet peut-shyil avoir diffeacuterentes couleurs La reacuteponse donneacutee par lrsquoimage contredira probablement lrsquohypothegravese preacuteceacutedemment formuleacutee et devrait susciter de la curiositeacute chez lrsquoeacutelegraveve et lui donner lrsquoenvie de comprendre le pheacutenomegravene Nous deacutemontrons ensuite tout au long de lrsquoactiviteacute 4 sur les lumiegraveres coloreacutees que crsquoest le pheacutenomegravene drsquoabsorption et de reacuteflection de la lumiegravere qui nous permet de voir la couleur des objets et non pas la lumiegravere blanche Crsquoest donc par le biais de ces deacuteconstructions successives de conceptions que lrsquoenseignant peut guider les eacutelegraveves sur la voie de la reacutesolution du problegraveme de lrsquoorigine de ces contradictions dans le but drsquoeacutetablir le lien entre les diffeacuterents cadres de rationaliteacute

42 Modeacutelisation

421 Deacutefinition

Un modegravele est communeacutement deacutefini comme un objet ou un concept qui va permettre de repreacutesenter la reacutealiteacute de diffeacuterentes maniegraveres Bunge (1974) ou encore Martinand (1994) le deacutefinissent eacutegalement comme un moyen permettant de mettre en relation le monde theacuteorique avec le monde empirique Il peut ecirctre consideacutereacute en quelque sorte comme un monde intermeacutediaire ou une sorte de lunette conceptuelle (Halloun 2004) qui va permettre drsquoobserver des pheacutenomegravenes naturels Un modegravele ne constitue pas la reacutealiteacute mais la repreacutesente en simplifiant certains de ses aspects ce qui peut causer des conflits pour les repreacutesentations cognitives chez lrsquoeacutelegraveve

422 La modeacutelisation dans notre seacutequence Dans notre planification la modeacutelisation est centrale afin de conceptualiser des pheacutenomegravenes complexes comme la composition de la lumiegravere et la perception des couleurs Elle est lrsquooutil qui permet drsquoamener les eacutelegraveves agrave se faccedilonner une repreacutesentation de la deacutecomposition de la lumiegravere blanche de labsorption de la lumiegravere agrave travers les filtres et des synthegraveses additive et soustractive des couleurs

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De plus elle constitue un objectif de formation meacutethodologique qui va de pair avec toute formation scientifique Crsquoest pourquoi nous avons inclus la modeacutelisation dans les objectifs drsquoapprentissage Dans la terminologie du PER la modeacutelisation correspond agrave lrsquoobjectif geacuteneacuteral MSN37

bull MSN 1525 mdash Modeacuteliser des pheacutenomegravenes naturels techniques sociaux ou des situations matheacutematiques

bull en imaginant et en utilisant divers outils de repreacutesentation (codes scheacutemas graphiques tableauxhellip)

Lrsquoactiviteacute 2 propose aux eacutelegraveves de reporter les couleurs observeacutees sur trois cercles superposeacutes En les coloriant les eacutelegraveves reacutealisent en reacutealiteacute une forme simple de modeacutelisation par un diagramme de Venn de la synthegravese additive Il nous a sembleacute pertinent drsquointroduire ce scheacutema de cette maniegravere car ainsi les eacutelegraveves comprennent reacuteellement qursquoil correspond agrave la lumiegravere projeteacutee et superposeacutee sur un eacutecran En derniegravere partie drsquoactiviteacute les eacutelegraveves se familiarisent avec un logiciel de modeacutelisation de la synthegravese additive 3

Lrsquoutilisation drsquoun modegravele dans ce cas est indispensable pour des raisons pratiques Il serait en effet tregraves difficile de faire des observations similaires avec un dispositif reacuteel constitueacute de projecteurs et drsquoun eacutecran comme dans la premiegravere partie drsquoactiviteacute Nous avons veilleacute agrave choisir un logiciel simple drsquousage sur lequel seules deux manipulations sont possibles allumereacuteteindre les projecteurs et varier leurs intensiteacutes Ainsi il est possible pour les eacutelegraveves de faire rapidement et sans difficulteacutes de lrsquoordre du registre seacutemiotique la deacuteduction attendue les diffeacuterentes couleurs srsquoobtiennent par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

Dans lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves sont ameneacutes agrave modeacuteliser lrsquoeffet drsquoun filtre sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee Ils ancrent ainsi le fonctionnement drsquoun filtre dans leur apprentissage et deacuteveloppent une meacutethodologie systeacutematique dans la reacutesolution de problegravemes mettant en scegravene des filtres Gracircce au modegravele deacuteveloppeacute les eacutelegraveves deacuteconstruisent deacutefinitivement leur eacuteventuelle conception erroneacutee selon laquelle un filtre absorberait sa propre couleur Lrsquoactiviteacute 43 a pour but que les eacutelegraveves modeacutelisent les pheacutenomegravenes de reacutefraction et drsquoabsorption en justifiant leur reacuteponse par un modegravele de reacuteponse Ce dernier comprend les couleurs RVB qui se reflegravetent ou qui sont absorbeacutees par une surface Ainsi lrsquoeacutelegraveve peut trouver une meacutethode systeacutematique de reacuteponse en testant les diffeacuterentes couleurs Gracircce agrave cette modeacutelisation et agrave celle de lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves comprennent que les fonctionnements des filtres et des lumiegraveres coloreacutees sont fondeacutes sur le mecircme principe

3(httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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43 Deacutemarche expeacuterimentale

431 Deacutefinition Pour de Vecchi il est important de ne pas confondre les notions lieacutees agrave lrsquoexpeacuterimental qui sont les suivantes

-shy Une deacutemarche scientifique nrsquoest pas exclusive au domaine des sciences expeacuterimentales mais peut aussi ecirctre mobiliseacutee dans les sciences humaines socialeshellip Elle utilise drsquoautres outils que lrsquoexpeacuterimentale Toute recherche digne de ce nom est de nature scientifique

-shy La meacutethode expeacuterimentale eacutequivaut plutocirct agrave un plan agrave suivre un mode drsquoemploi ou agrave une marche agrave suivre qui suit un ordre strict que lrsquoon peut aussi appeler protocole Par exemple parmi les plus ceacutelegravebres protocoles nous retrouvons celui de Claude Bernard (1865) que lrsquoon abregravege par les initiales OHERIC qui correspondent agrave observation hypothegravese expeacuterience reacutesultats interpreacutetation et conclusion De maniegravere geacuteneacuterale il srsquoagit du protocole caricatural que lrsquoon emploie le plus souvent dans les salles de classes

-shy Une deacutemarche expeacuterimentale est une approche plus reacutealiste moins stricte et integravegre

une approche plus tacirctonnante Il nrsquoest pas constitueacute drsquoeacutetapes preacutedeacutetermineacutees et est donc moins affecteacutee par les directives de lrsquoenseignant Il peut donc laisser des liberteacutes dans la maniegravere de reacutesoudre le problegraveme

432 La deacutemarche expeacuterimentale dans notre seacutequence Dans notre seacutequence la meacutethode expeacuterimentale est preacutesente de maniegravere partielle du scheacutema caricatural OHERIC nous nous inteacuteressons en particulier aux phases drsquoobservation et drsquoeacutemission drsquohypothegraveses Crsquoest pourquoi nous parlons donc plutocirct de ldquodeacutemarche expeacuterimentalerdquo En effet tout au long des diffeacuterentes activiteacutes il est reacuteguliegraverement demandeacute aux eacutelegraveves de formuler une hypothegravese agrave partir de leurs connaissances au preacutealable puis de faire de nouvelles observations en contexte expeacuterimental Crsquoest sur la base de ces derniegraveres qursquoils pourront reacutealiser leurs deacuteductions sur le pheacutenomegravene en question et construire de nouvelles conceptions Dans lrsquoactiviteacute 2 ce type de deacutemarche est central pour la creacuteation de la premiegravere situation-shyproblegraveme Par la suite la deacutemarche permet de guider les eacutelegraveves dans le processus de deacuteduction du fonctionnement geacuteneacuteral des diffeacuterents pheacutenomegravenes Dans lrsquoactiviteacute 41 par exemple les pheacutenomegravenes agrave deacuteduire sont la synthegravese soustractive et le fonctionnement de la lumiegravere coloreacutee Lrsquoemploi drsquoobjets familiers permet un ancrage dans le quotidien

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Dans lrsquoactiviteacute 3 lrsquoeacutetude de lrsquoeffet des filtres constitue agrave son tour un deacutemarche expeacuterimentale En effet les eacutelegraveves doivent tout drsquoabord eacutemettre leurs hypothegraveses puis les veacuterifient par lrsquoexpeacuterimentation et ses reacutesultats provoquant probablement un conflit cognitif avant drsquoen conclure lrsquoeffet drsquoun filtre Dans lrsquoactiviteacute 42 nous retrouvons toujours le mecircme principe de deacutemarche expeacuterimentale Les eacutelegraveves formulent des hypothegraveses sur la couleur perccedilue de diffeacuterents mots coloreacutes eacuteclaireacutes par une lumiegravere coloreacutee puis les veacuterifient lors de la phase drsquoobservation La confrontation entre leurs attentes lieacutees agrave leurs conceptions et la reacutealiteacute creacutee le conflit cognitif rechercheacute

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5 Conclusion Pour seacutelectionner notre thegraveme et eacutelaborer notre seacutequence nous nous sommes fondeacutes sur les objectifs du PER et crsquoest sur lrsquooptique que notre choix srsquoest porteacute Le savoir savant auquel nous nous sommes reacutefeacutereacutes comprend principalement des concepts lieacutes agrave la lumiegravere tels que les photons les ondes eacutelectromagneacutetiques ainsi que les spectres drsquoeacutemission et drsquoabsorption Nous avons transposeacute ce savoir en un savoir enseignable par le biais drsquoun travail de contextualisation et de reacuteadaptation Nous avons eacuteteacute ameneacutes agrave remplacer des modegraveles scientifiques (par exemple les modegraveles de synthegraveses additive et soustractive) par des modegraveles accessibles agrave un niveau scolaire et agrave changer les conditions drsquoeacutemergence des problegravemes Ainsi notre travail de transposition consistait agrave montrer aux eacutelegraveves la partie eacutemergeacutee de lrsquoiceberg du concept de couleur le reacutesultat apparent plutocirct que lrsquoorigine eacutelectromagneacutetique Tout au long de la seacutequence et par le biais de situations-shyproblegravemes et de diffeacuterentes eacutetapes de reacutesolution des activiteacutes les eacutelegraveves ont eacuteteacute guideacutes dans le processus de construction de leur apprentissage En nous focalisant sur les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves nous avons eacutelaboreacute nos exercices de maniegravere agrave proposer des situations deacuteclenchantes afin de faciliter le transfert de la responsabiliteacute de la reacutesolution des problegravemes aux eacutelegraveves Cette derniegravere srsquoeffectue par des deacutemarches drsquoexpeacuterimentation mais surtout de modeacutelisation

Dans notre sceacutenario les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave deux types de donneacutees theacuteoriques et empiriques Drsquoune part ils ont agrave disposition deux theacuteories principales la premiegravere est que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs de lrsquoarc-shyen-shyciel tandis que la seconde deacutecrit l a maniegravere dont la couleur drsquoun objet deacutepend des couleurs qursquoil va absorber Drsquoautre part ils disposent de donneacutees empiriques qursquoils sont ameneacutes agrave reacutecolter en superposant des lumiegraveres de diffeacuterentes couleurs en meacutelangeant de la peinture et en projetant de la lumiegravere coloreacutee sur diffeacuterents objets coloreacutes Dans le cadre drsquoune deacutemarche drsquoexpeacuterimentation ils ont eacutemis des hypothegraveses observeacute manipuleacute du mateacuteriel utiliseacute des appliquettes en ligne et veacuterifieacute leurs reacutesultats Crsquoest ainsi les modegraveles que nous avons preacutesenteacutes et que les eacutelegraveves ont eacutelaboreacutes vont ecirctre des ponts qui vont relier le monde theacuteorique et le monde empirique Par ailleurs nous avons eacuteteacute attentifs agrave la seacutemiotique lors de nos choix des repreacutesentations utiliseacutees nous nous sommes reacutefeacutereacutes agrave la notion de registre seacutemiotique afin drsquoeacutelaborer des scheacutemas nrsquoengendrant pas de difficulteacutes de lecture chez les eacutelegraveves

Nous avons analyseacute lrsquoorigine des conceptions erroneacutees et avons remarqueacute qursquoelles eacutetaient principalement dues agrave des repreacutesentations concourantes engendreacutees par les diffeacuterents contextes et cadres de rationaliteacutes dans lesquelles les eacutelegraveves eacutevoluent Notre sceacutenario permet aux eacutelegraveves drsquoeacutetablir des liens entre ces diffeacuterents cadres et de construire une nouvelle repreacutesentation de la couleur celle drsquoun objet de la physique

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6 Bibliographie

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Meirieu P Avanzin Gi (1987) Apprendre oui mais comment Edition ESF Verret M (1975) Le temps des eacutetudes (Vols 1ndash2) Lille France Atelier Reproduction des thegraveses

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Page 55: Physique Optique Lescouleurs · Sciences naturelles Les couleurs 10 11 Harmos 1.Introduction Comme nous allons le détailler dans le chapitre 4, les conceptions erronées des élèves

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

______

______

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

______

______

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation avec propositions

de reacuteponses)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

(rouge vert bleu Nous percevons les diffeacuterentes couleurs agrave partir de ces trois couleurs) ________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

(Explication relative aux cocircnes et bacirctonnets de lrsquo‛oeil)

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Corrigeacute vert bleu blanc cyan

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________ (vert)

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________ (bleu)

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________ (aucunenoir)

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

(selon modegravele eacutetudieacute)

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

(les deux selon que lrsquo‛on parle de synthegravese additive ou soustractive)

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

Bleu

______

Bleu

______

Noir

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________ (lumiegravere rouge)

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

Noir

______

Rouge

______

Rouge

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

(Bleu)

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

(selon modegravele eacutetudieacute)

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

(Explication citant la synthegravese soustractive et lrsquo‛effet des lumiegraveres coloreacutees

concerneacutees sur le haut du cambrioleur)

Evaluation - Analyse

Ce commentaire comprend les diffeacuterents objectifs eacutevalueacutes ainsi que ce qui est attendu

preacuteciseacutement des eacutelegraveves et les niveaux taxonomiques correspondants

Ce sont des pistes drsquo‛eacutevaluation qui sont ici proposeacutees non une eacutevaluation suivie

Exercice 1

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- Mettre en lien des notions theacuteoriques apprises en cours (cocircnes et

bacirctonnets de lrsquo‛oeil) avec drsquo‛autres (synthegravese additive)

Lrsquo‛eacutevaluation deacutebute par deux questions au niveau taxonomique peu eacuteleveacute La

premiegravere de lrsquo‛ordre de la compreacutehension demande aux eacutelegraveves de restituer une

connaissance de base agrave lrsquo‛aide de leurs propres mots La deuxiegraveme propose de

tester les connaissances theacuteoriques des eacutelegraveves en veacuterifiant que des liens entre

deux notions aient eacuteteacute faits

Exercice 2

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutedire la couleur perccedilue en fonction des meacutelanges de couleurs RVB

- deacutechiffrer un scheacutema et les codes de la repreacutesentation de la trajectoire

des lumiegraveres coloreacutees

Le deuxiegraveme exercice relegraveve du niveau taxonomique de lrsquo‛application car il

neacutecessite une compreacutehension de la maniegravere de repreacutesenter la lumiegravere (scheacutema de

la trajectoire rectiligne codes de couleurs RVB) et drsquo‛appliquer ce modegravele tout en

utilisant les connaissances des couleurs fondamentales et compleacutementaires de la

synthegravese additive

Exercice 3

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet drsquo‛un filtre sur une lumiegravere coloreacutee agrave lrsquo‛aide des codes

propres agrave lrsquo‛optique

Lrsquo‛exercice 3 relegraveve de lrsquo‛application car les eacutelegraveves se reacutefegraverent agrave la modeacutelisation

eacutetablie durant le cours et au diagramme de Venn de la synthegravese soustractive et

les adaptent aux items preacutesenteacutes

Exercice 4

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- mettre en perspective la distinction entre synthegravese additive et

soustractive en terme de lsquorsquo‛naturersquo‛rsquo‛ de la couleur (couleurs matiegraveres vs

couleurs lumiegraveres)

Cet exercice requiert des eacutelegraveves qursquo‛ils mobilisent leur faculteacute drsquo‛analyse (niveau

taxonomique plutocirct eacuteleveacute) pour expliquer les diffeacuterences entre les

repreacutesentations de la couleur en arts visuels et en physique Le but est qursquo‛ils

reconnaissent qursquo‛il srsquo‛agit dans le premier cas de la synthegravese soustractive et dans

le second cas de la synthegravese additive

Exercice 5

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutevoir la couleur perccedilue drsquo‛un objet en fonction des lumiegraveres coloreacutees

projeteacutees et coder le pheacutenomegravene

Les eacutelegraveves appliquent la modeacutelisation drsquo‛une lumiegravere coloreacutee sur un objet coloreacute

pour deacuteterminer la couleur perccedilue du drapeau franccedilais Cette question fait

reacutefeacuterence agrave un niveau taxonomique bas Puis ils trouvent la lumiegravere coloreacutee qui

permet de voir les deux drapeaux preacutesenteacutes de la mecircme couleur Ils trouveront

cette reacuteponse en modeacutelisant les lumiegraveres coloreacutees sur lrsquo‛objet de couleur

Plusieurs scheacutemas sont neacutecessaires pour trouver la reacuteponse Crsquo‛est une question

taxonomiquement haute qui demande aux eacutelegraveves de faire une synthegravese

Exercice 6

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet de la lumiegravere coloreacutee sur un objet et en deacuteduire la

couleur perccedilue

- justifier sa reacuteponse avec des mots en faisant la synthegravese des diffeacuterents

concepts vus dans la seacutequence de cours

Les eacutelegraveves doivent comprendre ce qursquo‛ils lisent et deacuteterminer la couleur propre du

haut du cambrioleur Cette question est taxonomiquement haute elle demande de

lrsquo‛analyse Puis ils justifient leur reacuteponse par le modegravele de lrsquo‛effet de la lumiegravere

coloreacutee sur un objet Cette question est drsquo‛un niveau taxonomique infeacuterieur

drsquo‛application Finalement ils deacuteterminent pourquoi la description de la jeune fille

ne correspond pas agrave la couleur propre en faisant le lien avec la synthegravese

soustractive demandant un niveau taxonomiquement tregraves eacuteleveacute la synthegravese

Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

4 Argumentation scientifique Nous avons choisi de construire notre seacutequence de cours de maniegravere agrave ce qursquoelle srsquoinscrive dans une deacutemarche constructiviste de type piageacutetienne Dans cette deacutemarche lrsquoenseignant anticipe les conceptions erroneacutees que les eacutelegraveves peuvent avoir puis eacutetablit une situation-shyproblegraveme permettant ideacutealement de deacuteconstruire ces repreacutesentations incomplegravetes puis finalement drsquoen construire de nouvelles plus justes Dans ce qui suit nous allons deacutefinir ces diffeacuterents concepts mis en eacutevidence puis expliciter la maniegravere dont nous les avons pris en compte dans notre planification

41 Les conceptions des eacutelegraveves et les situations-shyproblegravemes

411 Deacutefinitions Conception Selon Giordan et al (1994) une conception ou repreacutesentation peut ecirctre consideacutereacutee comme une ideacutee un objet ou un eacutevegravenement qui aide lrsquoeacutelegraveve agrave comprendre le monde qui lrsquoentoure Elle est le fruit de son expeacuterience personnelle dans laquelle il va puiser pour comprendre les nouveaux savoirs que lrsquoon va chercher agrave lui inculquer Elle peut ecirctre consideacutereacutee comme une connaissance ldquodeacutejagrave-shylagraverdquo acquise dans un certain contexte par lrsquoapprenant et qui peut ecirctre correcte ou erroneacutee Les mauvaises conceptions (ou misconception en anglais) peuvent donc ecirctre deacutecrites comme des ideacutees qui proviennent drsquoune mauvaise compreacutehension drsquoobjets ou eacutevegravenements Elles sont issues principalement de lrsquoenvironnement avec lequel lrsquoeacutelegraveve interagit et du contexte dans lequel il se situe mais elles deacutecoulent eacutegalement des systegravemes seacutemiotiques mis en oeuvre Ces derniers sont abordeacutes plus en deacutetail dans ce qui suit Seacutemiologie En seacutemiologie (lrsquoeacutetude des systegravemes de signes) une repreacutesentation (ou un signe) est double elle est doteacutee drsquoun signifiant et drsquoun signifieacute (de Saussure 1916) Le signifiant qui fait lrsquoobjet de la seacutemiologie deacutesigne la forme et laspect du signe tandis que le signifieacute eacutetudieacute dans le cadre de la seacutemantique deacutesigne le concept eacutevoqueacute par le signe A partir du moment ougrave le signe possegravede plusieurs signifieacutes il devient symbole et crsquoest ainsi que les incompreacutehensions peuvent survenir Selon R Duval (1995) le concept de laquo registre seacutemiotique raquo permet de distinguer les repreacutesentations qui relegravevent de diffeacuterents registres ou types visuels numeacuteriques graphiques symboliques formels scheacutematiques etc En didactique ce concept est fondamental car les diffeacuterences de registre au sein drsquoune mecircme repreacutesentation ou drsquoun

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

modegravele peut induire des difficulteacutes de lecture Ils risquent drsquoajouter des difficulteacutes suppleacutementaires en empecircchant les eacutelegraveves de se focaliser sur le problegraveme poseacute par lrsquoactiviteacute et les menant agrave formuler des conclusions diffeacuterentes de celles attendues par lrsquoenseignant Crsquoest pour cela qursquoun choix pertinent de registre seacutemiotique facilite la compreacutehension du concept introduit Dans notre cours un exemple typique que nous pouvons donner est la forte ressemblance des diagrammes de Venn pour les synthegraveses additive et soustractive Dans les deux modegraveles les diagrammes sont communeacutement scheacutematiseacutes sous forme circulaire De plus bien que inverseacutees au niveau de leurs superpositions les mecircmes couleurs sont repreacutesenteacutees dans les deux diagrammes Ces similitudes peuvent rendre la diffeacuterenciation complexe pour les eacutelegraveves Crsquoest pourquoi nous avons estimeacute important drsquoapporter un changement agrave la repreacutesentation de ces diagrammes Ainsi dans lrsquoune de nos fiches de synthegravese nous avons preacutefeacutereacute utiliser des formes rectangulaires plutocirct que circulaires pour repreacutesenter la synthegravese soustractive car cette forme eacutevoque plus fortement le filtre et ainsi lrsquoabsorption de la lumiegravere Cadre de rationaliteacute origine des conceptions En srsquoappuyant sur les travaux de R Douady (1984) A Lerouge (1992) deacutefinit laquo un cadre de rationaliteacuteraquo comme laquoun ensemble coheacuterent de fonctionnement de la penseacuteeraquo caracteacuteriseacute principalement par les composantes suivantes

1 Les objets du cadre dans notre cas il peut srsquoagir de peinture de feuille de papier de lampes de poche de filtres etc

2 Le type de processus de conceptualisation Dans un cadre scientifique il peut srsquoagir drsquoun processus par modeacutelisation ou par expeacuterimentation par exemple

3 Les registres seacutemiotiques que nous avons traiteacutes plus haut Les conceptions des eacutelegraveves et les conflits de perceptions en reacutesultant sont issus des diffeacuterents cadres de rationaliteacute dans lesquels ils eacutevoluent Ce sont les cadres familiers (personnel) et culturels (eacutecole) qui sont responsable de ces conceptions et repreacutesentations mentales tantocirct concourantes tantocirct inexistantes voire erroneacutees Elles se manifestent principalement agrave travers la seacutemiotique Les eacutelegraveves eacuteprouvent de la difficulteacute agrave repreacutesenter des objets issus de registres seacutemiotiques diffeacuterents ou encore agrave simplement les reconnaicirctre Dans le contexte de notre seacutequence sur les couleurs ces cadres de rationaliteacute sont centraux En effet crsquoest dans son quotidien et donc dans son cadre familier que lrsquoeacutelegraveve va deacutecouvrir la notion de couleur notamment par le biais de la peinture ou drsquoobservation drsquoarc-shyen-shyciel Cette deacutecouverte qui a souvent lieu tregraves tocirct dans la vie de lrsquoenfant ne fera pourtant pas pour autant lrsquoobjet de questionnement sur le pheacutenomegravene de perception des couleurs La notion de cadre culturel ou scolaire quand agrave elle peut ecirctre eacutetendue dans notre cas agrave deux sous-shycateacutegories de cadres culturels diffeacuterents qui vont ecirctre agrave lrsquoorigine de conceptions erroneacutees ou incomplegravetes Premiegraverement il y a le cadre que nous appelons laquo arts visuelsraquo et qui a ses propres regravegles de rationaliteacutes Les cours de dessin ou drsquoactiviteacutes creacuteatrices en sont de parfaits exemples car crsquoest dans ce cadre que les eacutelegraveves vont premiegraverement aborder la

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theacutematique des couleurs primaires et de leurs meacutelanges Mais cette theacutematique est eacutegalement abordeacutee dans le cadre laquophysiqueraquo agrave travers les expeacuteriences de deacutecomposition de la lumiegravere ou de superposition de lumiegraveres coloreacutees Ainsi nous retrouvons trois cadres de rationaliteacute concourants (familier physique arts visuels) dans lesquels les eacutelegraveves eacutevoluent et qui engendrent indubitablement des conceptions erroneacutees sur la lumiegravere et les couleurs puisque les eacutelegraveves ne sont pas ameneacutes agrave les diffeacuterencier dans chacun des cadres Et comme la communication entre les diffeacuterents cadres nrsquoest pas eacutetablie le lien agrave faire entre les diffeacuterentes conceptions issues de ces cadres est agrave la charge de lrsquoeacutelegraveve ce qui repreacutesente une lourde responsabiliteacute dans son apprentissage Astolfi (2008) appelle eacutegalement ces conceptions issues de diffeacuterents cadres des ldquotrames conceptuelles rdquoqui peuvent ecirctre deacutefinies comme ldquoun ensemble de concepts-shycleacutes propres agrave un domaine et logiquement hieacuterarchiseacutes entre eux qui structurent les disciplines et engendrent des situations-shyproblegravemesrdquo Mais encore on verra eacutemerger des problegravemes de contrat didactique dans chacun des cadres lrsquoeacutelegraveve va tenter de donner une reacuteponse qui va satisfaire lrsquoenseignant sans pour autant ecirctre ameneacute agrave confronter ses conceptions

Situation-shyproblegraveme Pour de Vecchi (2006) une situation-shyproblegraveme est une activiteacute qui consiste agrave mettre lrsquoeacutelegraveve dans une situation ougrave il va ecirctre ameneacute agrave eacutelaborer des strateacutegies de reacutesolution de problegraveme Lrsquoun des points cleacutes des situations-shyproblegravemes est qursquoelles eacutetablissent un lien eacutetroit entre les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves En drsquoautres termes une situation-shyproblegraveme est construite de telle sorte que les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave remettre en question des repreacutesentations actuelles qui srsquoavegraverent erroneacutees agrave les deacuteconstruire pour en construire de nouvelles Ainsi dans une deacutemarche de type constructiviste lrsquoeacutelegraveve construit son savoir en renversant ses anciennes conceptions Une situation-shyproblegraveme nrsquoest donc pas une deacutemarche ponctuelle dans laquelle lrsquoeacutelegraveve devra reacutesoudre une liste drsquoexercices teacuteleacuteguideacutee par lrsquoenseignant Ce qui justifie lrsquoefficaciteacute des situations problegravemes est qursquo laquoapprendreraquo ne consiste pas agrave cumuler les savoirs mais agrave en construire et agrave en deacuteconstruire

Une situation-shyproblegraveme doit comprendre plusieurs eacuteleacutements

-shy Un objectif-shyobstacle Pour Meirieu (1987) un objectif-shyobstacle est ldquoun objectif dont lrsquoacquisition permet au sujet de franchir un palier deacutecisif de progression en modifiant son systegraveme de repreacutesentation et en le faisant acceacuteder un niveau supeacuterieur de formulation rdquo Dans notre cas lrsquoeacutelegraveve pense que tous les meacutelanges de 3 couleurs primaires (de peinture ou de lumiegravere) vont donner le mecircme reacutesultat La distinction entre synthegraveses additive et soustractive nrsquoest pas connue des eacutelegraveves De plus projeter de la lumiegravere monochromatique sur un objet drsquoune certaine couleur ne donne pas toujours la mecircme couleur Lrsquoexemple avec le drapeau (activiteacute 4) est parlant

-shy Une situation centreacutee sur cet obstacle prenant en compte une deacutemarche expeacuterimentale ou une deacutemarche de modeacutelisation Dans notre cours les deux deacutemarches sont mises en oeuvre mais notre deacutemarche principale est la modeacutelisation Les eacutelegraveves vont effectivement ecirctre ameneacutes agrave eacutemettre des hypothegraveses manipuler reacutecolter des reacutesultats et les confronter agrave

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leurs hypothegraveses mais il srsquoagit surtout drsquoune deacutemarche de modeacutelisation car les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave creacuteer des scheacutemas dans plusieurs exercices

-shy Une probleacutematisation et la deacutevolution on probleacutematise la conception erroneacutee en introduisant une situation-shyproblegraveme crsquoest-shyagrave-shydire qursquoon construit un problegraveme centreacute sur lrsquoobstacle La surprise face agrave une situation incoheacuterente va intriguer lrsquoeacutelegraveve exciter sa motivation et le pousser agrave vouloir srsquoimpliquer dans le problegraveme ce qui va aider sa deacutevolution Brousseau (1998) qualifie la notion de deacutevolution par le ldquo processus par lequel lenseignant parvient agrave placer leacutelegraveve comme simple actant dans une situation a-shydidactique (agrave modegravele non didactique) Il cherche par lagrave agrave ce que lrsquoaction de lrsquoeacutelegraveve ne soit produite et justifieacutee que par les neacutecessiteacutes du milieu et par ses connaissances et non par lrsquointerpreacutetation des proceacutedeacutes didactiques du professeurrdquo Pour enrocircler les eacutelegraveves et les aider agrave identifier la probleacutematique en met on place une situation deacuteclenchante Dans notre cas lrsquoexemple avec le meacutelange de peinture et de lumiegraveres coloreacutees est un parfait exemple de situation deacuteclenchante car les eacutelegraveves ne sattendent probablement pas par exemple agrave ce que le meacutelange de vert et bleu donne du cyan ou encore qursquoon perccediloive un citron noir lorsque lrsquoon projette de la lumiegravere bleue sur ce celui-shyci

412 La prise en compte des conceptions des eacutelegraveves dans notre seacutequence La theacutematique de la lumiegravere et des couleurs est complexe et comprend de nombreux concepts difficiles agrave assimiler En effet bon nombre de personnes ont des repreacutesentations erroneacutees qui peuvent rester profondeacutement ancreacutees Parmi les conceptions erroneacutees les plus communes on retrouve selon le site internet des MER

La lumiegravere blanche est sans couleur pure quand la lumiegravere blanche passe dans un prisme ou traverse un filtre de la couleur lui est ajouteacutee

La lumiegravere blanche nous permet de voir la vraie couleur des objets laquoMa feuille est blanche parce que je nai pas ajouteacute dautres couleurs agrave celle-shyciraquo

Les couleurs sont lieacutees agrave des proprieacuteteacutes de lrsquoobjet exclusivement sans reacutefeacuterence agrave la lumiegravere qui eacuteclaire lrsquoobjet Ne dit-shyon pas quun pull est rouge

Confusion entre les couleurs primaires en couleur peinture et en couleur lumiegravere

Dans notre planification nous avons anticipeacute ces conceptions et avons construit notre cours de maniegravere agrave ce qursquoelles soient mises en eacutevidence le plus tocirct possible afin de tenter de les deacuteconstruire agrave travers nos activiteacutes

Ainsi degraves deacutebut de lrsquoactiviteacute 2 les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave une situation-shyproblegraveme dans laquelle ils comprennent qursquoil existe une contradiction entre leur conception de deacutepart sur les meacutelanges de couleurs (issue de leurs cadres de rationaliteacute familier et scolaire lsquorsquoart visuelrsquorsquo) et leurs observations (nouveau cadre lsquorsquophysiquersquorsquo) Crsquoest sur la base de ce conflit cognitif que les diffeacuterentes notions de la seacutequence pourront ecirctre abordeacutees Les autres conceptions sont mises en eacutevidence puis deacuteconstruites agrave travers les diffeacuterentes activiteacutes Par exemple les

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

activiteacutes du chapitre 3 permettent de montrer que la lumiegravere blanche nrsquoest pas pure mais qursquoelle est composeacutee de toutes les couleurs et ce gracircce agrave lrsquoobservation des objets agrave la lumiegravere blanche puis agrave travers un filtre

De plus lrsquoactiviteacute 3 srsquoarticule autour drsquoune conception erroneacutee repeacutereacutee dans certaines classes Bon nombre drsquoeacutelegraveves eacutetaient persuadeacutes qursquoun filtre ne laissait pas passer les lumiegraveres de sa couleur propre car crsquoest la couleur dont est perccedilue le filtre Un conflit cognitif est alors provoqueacute afin de deacuteconstruire cette conception les eacutelegraveves observent que la lumiegravere coloreacutee nrsquoest pas absorbeacutee par le filtre mais qursquoelle se propage bien jusqursquoagrave lrsquoeacutecran blanc

En introduction de lrsquoactiviteacute 4 une nouvelle situation-shyproblegraveme est preacutesenteacutee par le biais drsquoune image montrant que la couleur drsquoun objet peut varier en fonction de la lumiegravere coloreacutee par laquelle il est eacuteclaireacute Elle servira agrave provoquer un conflit cognitif chez les eacutelegraveves car cette situation intervient apregraves une phase drsquohypothegravese reacutepondant agrave la question suivante un objet peut-shyil avoir diffeacuterentes couleurs La reacuteponse donneacutee par lrsquoimage contredira probablement lrsquohypothegravese preacuteceacutedemment formuleacutee et devrait susciter de la curiositeacute chez lrsquoeacutelegraveve et lui donner lrsquoenvie de comprendre le pheacutenomegravene Nous deacutemontrons ensuite tout au long de lrsquoactiviteacute 4 sur les lumiegraveres coloreacutees que crsquoest le pheacutenomegravene drsquoabsorption et de reacuteflection de la lumiegravere qui nous permet de voir la couleur des objets et non pas la lumiegravere blanche Crsquoest donc par le biais de ces deacuteconstructions successives de conceptions que lrsquoenseignant peut guider les eacutelegraveves sur la voie de la reacutesolution du problegraveme de lrsquoorigine de ces contradictions dans le but drsquoeacutetablir le lien entre les diffeacuterents cadres de rationaliteacute

42 Modeacutelisation

421 Deacutefinition

Un modegravele est communeacutement deacutefini comme un objet ou un concept qui va permettre de repreacutesenter la reacutealiteacute de diffeacuterentes maniegraveres Bunge (1974) ou encore Martinand (1994) le deacutefinissent eacutegalement comme un moyen permettant de mettre en relation le monde theacuteorique avec le monde empirique Il peut ecirctre consideacutereacute en quelque sorte comme un monde intermeacutediaire ou une sorte de lunette conceptuelle (Halloun 2004) qui va permettre drsquoobserver des pheacutenomegravenes naturels Un modegravele ne constitue pas la reacutealiteacute mais la repreacutesente en simplifiant certains de ses aspects ce qui peut causer des conflits pour les repreacutesentations cognitives chez lrsquoeacutelegraveve

422 La modeacutelisation dans notre seacutequence Dans notre planification la modeacutelisation est centrale afin de conceptualiser des pheacutenomegravenes complexes comme la composition de la lumiegravere et la perception des couleurs Elle est lrsquooutil qui permet drsquoamener les eacutelegraveves agrave se faccedilonner une repreacutesentation de la deacutecomposition de la lumiegravere blanche de labsorption de la lumiegravere agrave travers les filtres et des synthegraveses additive et soustractive des couleurs

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

De plus elle constitue un objectif de formation meacutethodologique qui va de pair avec toute formation scientifique Crsquoest pourquoi nous avons inclus la modeacutelisation dans les objectifs drsquoapprentissage Dans la terminologie du PER la modeacutelisation correspond agrave lrsquoobjectif geacuteneacuteral MSN37

bull MSN 1525 mdash Modeacuteliser des pheacutenomegravenes naturels techniques sociaux ou des situations matheacutematiques

bull en imaginant et en utilisant divers outils de repreacutesentation (codes scheacutemas graphiques tableauxhellip)

Lrsquoactiviteacute 2 propose aux eacutelegraveves de reporter les couleurs observeacutees sur trois cercles superposeacutes En les coloriant les eacutelegraveves reacutealisent en reacutealiteacute une forme simple de modeacutelisation par un diagramme de Venn de la synthegravese additive Il nous a sembleacute pertinent drsquointroduire ce scheacutema de cette maniegravere car ainsi les eacutelegraveves comprennent reacuteellement qursquoil correspond agrave la lumiegravere projeteacutee et superposeacutee sur un eacutecran En derniegravere partie drsquoactiviteacute les eacutelegraveves se familiarisent avec un logiciel de modeacutelisation de la synthegravese additive 3

Lrsquoutilisation drsquoun modegravele dans ce cas est indispensable pour des raisons pratiques Il serait en effet tregraves difficile de faire des observations similaires avec un dispositif reacuteel constitueacute de projecteurs et drsquoun eacutecran comme dans la premiegravere partie drsquoactiviteacute Nous avons veilleacute agrave choisir un logiciel simple drsquousage sur lequel seules deux manipulations sont possibles allumereacuteteindre les projecteurs et varier leurs intensiteacutes Ainsi il est possible pour les eacutelegraveves de faire rapidement et sans difficulteacutes de lrsquoordre du registre seacutemiotique la deacuteduction attendue les diffeacuterentes couleurs srsquoobtiennent par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

Dans lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves sont ameneacutes agrave modeacuteliser lrsquoeffet drsquoun filtre sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee Ils ancrent ainsi le fonctionnement drsquoun filtre dans leur apprentissage et deacuteveloppent une meacutethodologie systeacutematique dans la reacutesolution de problegravemes mettant en scegravene des filtres Gracircce au modegravele deacuteveloppeacute les eacutelegraveves deacuteconstruisent deacutefinitivement leur eacuteventuelle conception erroneacutee selon laquelle un filtre absorberait sa propre couleur Lrsquoactiviteacute 43 a pour but que les eacutelegraveves modeacutelisent les pheacutenomegravenes de reacutefraction et drsquoabsorption en justifiant leur reacuteponse par un modegravele de reacuteponse Ce dernier comprend les couleurs RVB qui se reflegravetent ou qui sont absorbeacutees par une surface Ainsi lrsquoeacutelegraveve peut trouver une meacutethode systeacutematique de reacuteponse en testant les diffeacuterentes couleurs Gracircce agrave cette modeacutelisation et agrave celle de lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves comprennent que les fonctionnements des filtres et des lumiegraveres coloreacutees sont fondeacutes sur le mecircme principe

3(httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

43 Deacutemarche expeacuterimentale

431 Deacutefinition Pour de Vecchi il est important de ne pas confondre les notions lieacutees agrave lrsquoexpeacuterimental qui sont les suivantes

-shy Une deacutemarche scientifique nrsquoest pas exclusive au domaine des sciences expeacuterimentales mais peut aussi ecirctre mobiliseacutee dans les sciences humaines socialeshellip Elle utilise drsquoautres outils que lrsquoexpeacuterimentale Toute recherche digne de ce nom est de nature scientifique

-shy La meacutethode expeacuterimentale eacutequivaut plutocirct agrave un plan agrave suivre un mode drsquoemploi ou agrave une marche agrave suivre qui suit un ordre strict que lrsquoon peut aussi appeler protocole Par exemple parmi les plus ceacutelegravebres protocoles nous retrouvons celui de Claude Bernard (1865) que lrsquoon abregravege par les initiales OHERIC qui correspondent agrave observation hypothegravese expeacuterience reacutesultats interpreacutetation et conclusion De maniegravere geacuteneacuterale il srsquoagit du protocole caricatural que lrsquoon emploie le plus souvent dans les salles de classes

-shy Une deacutemarche expeacuterimentale est une approche plus reacutealiste moins stricte et integravegre

une approche plus tacirctonnante Il nrsquoest pas constitueacute drsquoeacutetapes preacutedeacutetermineacutees et est donc moins affecteacutee par les directives de lrsquoenseignant Il peut donc laisser des liberteacutes dans la maniegravere de reacutesoudre le problegraveme

432 La deacutemarche expeacuterimentale dans notre seacutequence Dans notre seacutequence la meacutethode expeacuterimentale est preacutesente de maniegravere partielle du scheacutema caricatural OHERIC nous nous inteacuteressons en particulier aux phases drsquoobservation et drsquoeacutemission drsquohypothegraveses Crsquoest pourquoi nous parlons donc plutocirct de ldquodeacutemarche expeacuterimentalerdquo En effet tout au long des diffeacuterentes activiteacutes il est reacuteguliegraverement demandeacute aux eacutelegraveves de formuler une hypothegravese agrave partir de leurs connaissances au preacutealable puis de faire de nouvelles observations en contexte expeacuterimental Crsquoest sur la base de ces derniegraveres qursquoils pourront reacutealiser leurs deacuteductions sur le pheacutenomegravene en question et construire de nouvelles conceptions Dans lrsquoactiviteacute 2 ce type de deacutemarche est central pour la creacuteation de la premiegravere situation-shyproblegraveme Par la suite la deacutemarche permet de guider les eacutelegraveves dans le processus de deacuteduction du fonctionnement geacuteneacuteral des diffeacuterents pheacutenomegravenes Dans lrsquoactiviteacute 41 par exemple les pheacutenomegravenes agrave deacuteduire sont la synthegravese soustractive et le fonctionnement de la lumiegravere coloreacutee Lrsquoemploi drsquoobjets familiers permet un ancrage dans le quotidien

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Dans lrsquoactiviteacute 3 lrsquoeacutetude de lrsquoeffet des filtres constitue agrave son tour un deacutemarche expeacuterimentale En effet les eacutelegraveves doivent tout drsquoabord eacutemettre leurs hypothegraveses puis les veacuterifient par lrsquoexpeacuterimentation et ses reacutesultats provoquant probablement un conflit cognitif avant drsquoen conclure lrsquoeffet drsquoun filtre Dans lrsquoactiviteacute 42 nous retrouvons toujours le mecircme principe de deacutemarche expeacuterimentale Les eacutelegraveves formulent des hypothegraveses sur la couleur perccedilue de diffeacuterents mots coloreacutes eacuteclaireacutes par une lumiegravere coloreacutee puis les veacuterifient lors de la phase drsquoobservation La confrontation entre leurs attentes lieacutees agrave leurs conceptions et la reacutealiteacute creacutee le conflit cognitif rechercheacute

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

5 Conclusion Pour seacutelectionner notre thegraveme et eacutelaborer notre seacutequence nous nous sommes fondeacutes sur les objectifs du PER et crsquoest sur lrsquooptique que notre choix srsquoest porteacute Le savoir savant auquel nous nous sommes reacutefeacutereacutes comprend principalement des concepts lieacutes agrave la lumiegravere tels que les photons les ondes eacutelectromagneacutetiques ainsi que les spectres drsquoeacutemission et drsquoabsorption Nous avons transposeacute ce savoir en un savoir enseignable par le biais drsquoun travail de contextualisation et de reacuteadaptation Nous avons eacuteteacute ameneacutes agrave remplacer des modegraveles scientifiques (par exemple les modegraveles de synthegraveses additive et soustractive) par des modegraveles accessibles agrave un niveau scolaire et agrave changer les conditions drsquoeacutemergence des problegravemes Ainsi notre travail de transposition consistait agrave montrer aux eacutelegraveves la partie eacutemergeacutee de lrsquoiceberg du concept de couleur le reacutesultat apparent plutocirct que lrsquoorigine eacutelectromagneacutetique Tout au long de la seacutequence et par le biais de situations-shyproblegravemes et de diffeacuterentes eacutetapes de reacutesolution des activiteacutes les eacutelegraveves ont eacuteteacute guideacutes dans le processus de construction de leur apprentissage En nous focalisant sur les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves nous avons eacutelaboreacute nos exercices de maniegravere agrave proposer des situations deacuteclenchantes afin de faciliter le transfert de la responsabiliteacute de la reacutesolution des problegravemes aux eacutelegraveves Cette derniegravere srsquoeffectue par des deacutemarches drsquoexpeacuterimentation mais surtout de modeacutelisation

Dans notre sceacutenario les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave deux types de donneacutees theacuteoriques et empiriques Drsquoune part ils ont agrave disposition deux theacuteories principales la premiegravere est que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs de lrsquoarc-shyen-shyciel tandis que la seconde deacutecrit l a maniegravere dont la couleur drsquoun objet deacutepend des couleurs qursquoil va absorber Drsquoautre part ils disposent de donneacutees empiriques qursquoils sont ameneacutes agrave reacutecolter en superposant des lumiegraveres de diffeacuterentes couleurs en meacutelangeant de la peinture et en projetant de la lumiegravere coloreacutee sur diffeacuterents objets coloreacutes Dans le cadre drsquoune deacutemarche drsquoexpeacuterimentation ils ont eacutemis des hypothegraveses observeacute manipuleacute du mateacuteriel utiliseacute des appliquettes en ligne et veacuterifieacute leurs reacutesultats Crsquoest ainsi les modegraveles que nous avons preacutesenteacutes et que les eacutelegraveves ont eacutelaboreacutes vont ecirctre des ponts qui vont relier le monde theacuteorique et le monde empirique Par ailleurs nous avons eacuteteacute attentifs agrave la seacutemiotique lors de nos choix des repreacutesentations utiliseacutees nous nous sommes reacutefeacutereacutes agrave la notion de registre seacutemiotique afin drsquoeacutelaborer des scheacutemas nrsquoengendrant pas de difficulteacutes de lecture chez les eacutelegraveves

Nous avons analyseacute lrsquoorigine des conceptions erroneacutees et avons remarqueacute qursquoelles eacutetaient principalement dues agrave des repreacutesentations concourantes engendreacutees par les diffeacuterents contextes et cadres de rationaliteacutes dans lesquelles les eacutelegraveves eacutevoluent Notre sceacutenario permet aux eacutelegraveves drsquoeacutetablir des liens entre ces diffeacuterents cadres et de construire une nouvelle repreacutesentation de la couleur celle drsquoun objet de la physique

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

6 Bibliographie

Astolfi J Ginsburger-shyVogel Y amp Toussaint J (2008) Mots-shycleacutes de la didactique des sciences De Boeck Supeacuterieur Beaufils D Ramage M-shyJ DidaScO (2004) Simulation informatique et enseignement de la physique regards didactiques Universiteacute Paris-shySud Centre scientifique drsquoOrsay -shy 91405 Orsay Cedex Brahic A Grenier I ( 2008) Lumiegraveres deacutetoiles les couleurs invisibles Odile Jacob Brousseau G (1998) Glossaire de quelques concepts de la theacuteorie des situations didactiques en matheacutematiques DAEST-shy Faculteacute des Sciences de lHomme-shyUniversiteacute Victor Segalen Bordeaux 2 Bunge M (1975) Philosophie de la physique Paris France Editions du Seuil Chevallard Y amp Johsua M-shyA (1986) Transposition didactique  Du savoir savant au savoir enseigneacute -shy Un exemple drsquoanalyse de la transposition didactique Penseacutee sauvage Chevallard Y A du texte Chevallard Y A du texte Chevallard Y amp Johsua M-shyA A du texte (1991) La transposition didactique  du savoir savant au savoir enseigneacute Suivi de Un exemple de la transposition didactique ([2e eacuted revue et augm]) Yves Chevallard  Yves Chevallard et Marie-shyAlberte Johsua [texte imprimeacute] Retrieved October 19 2016 de Vecchi G (2006) Enseigner lrsquoexpeacuterimental en classe  Pour une veacuteritable eacuteducation scientifique Hachette Editions (p 221-shy229) de Vecchi G (2006) Enseigner lrsquoexpeacuterimental en classe  Pour une veacuteritable eacuteducation scientifique Hachette Editions (p 55 -shy65) de Saussure F (2005) Cours de linguistique geacuteneacuterale Arbres drsquoOr Develay M (1987) A propos de la transposition didactique en sciences biologiques Aster [ISSN 0297-shy9373] 1987 Ndeg 4 p 119 Duval R (1988) Eacutecarts seacutemantiques et coheacuterence matheacutematique introduction aux problegravemes de congruences in Annales de Didactique et de Sciences Cognitives de lIREM de Strasbourg Giordan A Girault Y et Clement P (1994) Conceptions et connaissance Peter Lang Halloun I A (2004) Modeling theory in science education Dordrecht Holland Kluwer Academic Publishers Kane J Sternheim M (1989) Cours QCM exemple et exercices corrigeacutes -shy 1er cycle Licence PCEM PCEP Physique 3egraveme eacutedition revue par Philipe Ghosez Maryse Hoebeke et Gabriel Llabreacutes DUNOD Lerouge A (1992) Repreacutesentation carteacutesienne rationaliteacute matheacutematique et rationaliteacute du quotidien chez des eacutelegraveves de collegravege Thegravese de doctorat Universiteacute Montpellier II Malafosse D Lerouge A Dusseau J-shyM (2000) Notions de registre et de cadre de rationaliteacute en inter-shydidactique des matheacutematiques et de la physiqu e Treacutema Martinand J-shyL (nd) Introduction agrave la modeacutelisation In Actes du seacuteminaire de didactique des disciplines technologiques Cachan (p 126ndash138)

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

Meirieu P Avanzin Gi (1987) Apprendre oui mais comment Edition ESF Verret M (1975) Le temps des eacutetudes (Vols 1ndash2) Lille France Atelier Reproduction des thegraveses

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Page 56: Physique Optique Lescouleurs · Sciences naturelles Les couleurs 10 11 Harmos 1.Introduction Comme nous allons le détailler dans le chapitre 4, les conceptions erronées des élèves

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation avec propositions

de reacuteponses)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

(rouge vert bleu Nous percevons les diffeacuterentes couleurs agrave partir de ces trois couleurs) ________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

(Explication relative aux cocircnes et bacirctonnets de lrsquo‛oeil)

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Corrigeacute vert bleu blanc cyan

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________ (vert)

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________ (bleu)

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________ (aucunenoir)

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

(selon modegravele eacutetudieacute)

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

(les deux selon que lrsquo‛on parle de synthegravese additive ou soustractive)

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

Bleu

______

Bleu

______

Noir

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________ (lumiegravere rouge)

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

Noir

______

Rouge

______

Rouge

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

(Bleu)

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

(selon modegravele eacutetudieacute)

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

(Explication citant la synthegravese soustractive et lrsquo‛effet des lumiegraveres coloreacutees

concerneacutees sur le haut du cambrioleur)

Evaluation - Analyse

Ce commentaire comprend les diffeacuterents objectifs eacutevalueacutes ainsi que ce qui est attendu

preacuteciseacutement des eacutelegraveves et les niveaux taxonomiques correspondants

Ce sont des pistes drsquo‛eacutevaluation qui sont ici proposeacutees non une eacutevaluation suivie

Exercice 1

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- Mettre en lien des notions theacuteoriques apprises en cours (cocircnes et

bacirctonnets de lrsquo‛oeil) avec drsquo‛autres (synthegravese additive)

Lrsquo‛eacutevaluation deacutebute par deux questions au niveau taxonomique peu eacuteleveacute La

premiegravere de lrsquo‛ordre de la compreacutehension demande aux eacutelegraveves de restituer une

connaissance de base agrave lrsquo‛aide de leurs propres mots La deuxiegraveme propose de

tester les connaissances theacuteoriques des eacutelegraveves en veacuterifiant que des liens entre

deux notions aient eacuteteacute faits

Exercice 2

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutedire la couleur perccedilue en fonction des meacutelanges de couleurs RVB

- deacutechiffrer un scheacutema et les codes de la repreacutesentation de la trajectoire

des lumiegraveres coloreacutees

Le deuxiegraveme exercice relegraveve du niveau taxonomique de lrsquo‛application car il

neacutecessite une compreacutehension de la maniegravere de repreacutesenter la lumiegravere (scheacutema de

la trajectoire rectiligne codes de couleurs RVB) et drsquo‛appliquer ce modegravele tout en

utilisant les connaissances des couleurs fondamentales et compleacutementaires de la

synthegravese additive

Exercice 3

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet drsquo‛un filtre sur une lumiegravere coloreacutee agrave lrsquo‛aide des codes

propres agrave lrsquo‛optique

Lrsquo‛exercice 3 relegraveve de lrsquo‛application car les eacutelegraveves se reacutefegraverent agrave la modeacutelisation

eacutetablie durant le cours et au diagramme de Venn de la synthegravese soustractive et

les adaptent aux items preacutesenteacutes

Exercice 4

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- mettre en perspective la distinction entre synthegravese additive et

soustractive en terme de lsquorsquo‛naturersquo‛rsquo‛ de la couleur (couleurs matiegraveres vs

couleurs lumiegraveres)

Cet exercice requiert des eacutelegraveves qursquo‛ils mobilisent leur faculteacute drsquo‛analyse (niveau

taxonomique plutocirct eacuteleveacute) pour expliquer les diffeacuterences entre les

repreacutesentations de la couleur en arts visuels et en physique Le but est qursquo‛ils

reconnaissent qursquo‛il srsquo‛agit dans le premier cas de la synthegravese soustractive et dans

le second cas de la synthegravese additive

Exercice 5

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutevoir la couleur perccedilue drsquo‛un objet en fonction des lumiegraveres coloreacutees

projeteacutees et coder le pheacutenomegravene

Les eacutelegraveves appliquent la modeacutelisation drsquo‛une lumiegravere coloreacutee sur un objet coloreacute

pour deacuteterminer la couleur perccedilue du drapeau franccedilais Cette question fait

reacutefeacuterence agrave un niveau taxonomique bas Puis ils trouvent la lumiegravere coloreacutee qui

permet de voir les deux drapeaux preacutesenteacutes de la mecircme couleur Ils trouveront

cette reacuteponse en modeacutelisant les lumiegraveres coloreacutees sur lrsquo‛objet de couleur

Plusieurs scheacutemas sont neacutecessaires pour trouver la reacuteponse Crsquo‛est une question

taxonomiquement haute qui demande aux eacutelegraveves de faire une synthegravese

Exercice 6

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet de la lumiegravere coloreacutee sur un objet et en deacuteduire la

couleur perccedilue

- justifier sa reacuteponse avec des mots en faisant la synthegravese des diffeacuterents

concepts vus dans la seacutequence de cours

Les eacutelegraveves doivent comprendre ce qursquo‛ils lisent et deacuteterminer la couleur propre du

haut du cambrioleur Cette question est taxonomiquement haute elle demande de

lrsquo‛analyse Puis ils justifient leur reacuteponse par le modegravele de lrsquo‛effet de la lumiegravere

coloreacutee sur un objet Cette question est drsquo‛un niveau taxonomique infeacuterieur

drsquo‛application Finalement ils deacuteterminent pourquoi la description de la jeune fille

ne correspond pas agrave la couleur propre en faisant le lien avec la synthegravese

soustractive demandant un niveau taxonomiquement tregraves eacuteleveacute la synthegravese

Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

4 Argumentation scientifique Nous avons choisi de construire notre seacutequence de cours de maniegravere agrave ce qursquoelle srsquoinscrive dans une deacutemarche constructiviste de type piageacutetienne Dans cette deacutemarche lrsquoenseignant anticipe les conceptions erroneacutees que les eacutelegraveves peuvent avoir puis eacutetablit une situation-shyproblegraveme permettant ideacutealement de deacuteconstruire ces repreacutesentations incomplegravetes puis finalement drsquoen construire de nouvelles plus justes Dans ce qui suit nous allons deacutefinir ces diffeacuterents concepts mis en eacutevidence puis expliciter la maniegravere dont nous les avons pris en compte dans notre planification

41 Les conceptions des eacutelegraveves et les situations-shyproblegravemes

411 Deacutefinitions Conception Selon Giordan et al (1994) une conception ou repreacutesentation peut ecirctre consideacutereacutee comme une ideacutee un objet ou un eacutevegravenement qui aide lrsquoeacutelegraveve agrave comprendre le monde qui lrsquoentoure Elle est le fruit de son expeacuterience personnelle dans laquelle il va puiser pour comprendre les nouveaux savoirs que lrsquoon va chercher agrave lui inculquer Elle peut ecirctre consideacutereacutee comme une connaissance ldquodeacutejagrave-shylagraverdquo acquise dans un certain contexte par lrsquoapprenant et qui peut ecirctre correcte ou erroneacutee Les mauvaises conceptions (ou misconception en anglais) peuvent donc ecirctre deacutecrites comme des ideacutees qui proviennent drsquoune mauvaise compreacutehension drsquoobjets ou eacutevegravenements Elles sont issues principalement de lrsquoenvironnement avec lequel lrsquoeacutelegraveve interagit et du contexte dans lequel il se situe mais elles deacutecoulent eacutegalement des systegravemes seacutemiotiques mis en oeuvre Ces derniers sont abordeacutes plus en deacutetail dans ce qui suit Seacutemiologie En seacutemiologie (lrsquoeacutetude des systegravemes de signes) une repreacutesentation (ou un signe) est double elle est doteacutee drsquoun signifiant et drsquoun signifieacute (de Saussure 1916) Le signifiant qui fait lrsquoobjet de la seacutemiologie deacutesigne la forme et laspect du signe tandis que le signifieacute eacutetudieacute dans le cadre de la seacutemantique deacutesigne le concept eacutevoqueacute par le signe A partir du moment ougrave le signe possegravede plusieurs signifieacutes il devient symbole et crsquoest ainsi que les incompreacutehensions peuvent survenir Selon R Duval (1995) le concept de laquo registre seacutemiotique raquo permet de distinguer les repreacutesentations qui relegravevent de diffeacuterents registres ou types visuels numeacuteriques graphiques symboliques formels scheacutematiques etc En didactique ce concept est fondamental car les diffeacuterences de registre au sein drsquoune mecircme repreacutesentation ou drsquoun

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

modegravele peut induire des difficulteacutes de lecture Ils risquent drsquoajouter des difficulteacutes suppleacutementaires en empecircchant les eacutelegraveves de se focaliser sur le problegraveme poseacute par lrsquoactiviteacute et les menant agrave formuler des conclusions diffeacuterentes de celles attendues par lrsquoenseignant Crsquoest pour cela qursquoun choix pertinent de registre seacutemiotique facilite la compreacutehension du concept introduit Dans notre cours un exemple typique que nous pouvons donner est la forte ressemblance des diagrammes de Venn pour les synthegraveses additive et soustractive Dans les deux modegraveles les diagrammes sont communeacutement scheacutematiseacutes sous forme circulaire De plus bien que inverseacutees au niveau de leurs superpositions les mecircmes couleurs sont repreacutesenteacutees dans les deux diagrammes Ces similitudes peuvent rendre la diffeacuterenciation complexe pour les eacutelegraveves Crsquoest pourquoi nous avons estimeacute important drsquoapporter un changement agrave la repreacutesentation de ces diagrammes Ainsi dans lrsquoune de nos fiches de synthegravese nous avons preacutefeacutereacute utiliser des formes rectangulaires plutocirct que circulaires pour repreacutesenter la synthegravese soustractive car cette forme eacutevoque plus fortement le filtre et ainsi lrsquoabsorption de la lumiegravere Cadre de rationaliteacute origine des conceptions En srsquoappuyant sur les travaux de R Douady (1984) A Lerouge (1992) deacutefinit laquo un cadre de rationaliteacuteraquo comme laquoun ensemble coheacuterent de fonctionnement de la penseacuteeraquo caracteacuteriseacute principalement par les composantes suivantes

1 Les objets du cadre dans notre cas il peut srsquoagir de peinture de feuille de papier de lampes de poche de filtres etc

2 Le type de processus de conceptualisation Dans un cadre scientifique il peut srsquoagir drsquoun processus par modeacutelisation ou par expeacuterimentation par exemple

3 Les registres seacutemiotiques que nous avons traiteacutes plus haut Les conceptions des eacutelegraveves et les conflits de perceptions en reacutesultant sont issus des diffeacuterents cadres de rationaliteacute dans lesquels ils eacutevoluent Ce sont les cadres familiers (personnel) et culturels (eacutecole) qui sont responsable de ces conceptions et repreacutesentations mentales tantocirct concourantes tantocirct inexistantes voire erroneacutees Elles se manifestent principalement agrave travers la seacutemiotique Les eacutelegraveves eacuteprouvent de la difficulteacute agrave repreacutesenter des objets issus de registres seacutemiotiques diffeacuterents ou encore agrave simplement les reconnaicirctre Dans le contexte de notre seacutequence sur les couleurs ces cadres de rationaliteacute sont centraux En effet crsquoest dans son quotidien et donc dans son cadre familier que lrsquoeacutelegraveve va deacutecouvrir la notion de couleur notamment par le biais de la peinture ou drsquoobservation drsquoarc-shyen-shyciel Cette deacutecouverte qui a souvent lieu tregraves tocirct dans la vie de lrsquoenfant ne fera pourtant pas pour autant lrsquoobjet de questionnement sur le pheacutenomegravene de perception des couleurs La notion de cadre culturel ou scolaire quand agrave elle peut ecirctre eacutetendue dans notre cas agrave deux sous-shycateacutegories de cadres culturels diffeacuterents qui vont ecirctre agrave lrsquoorigine de conceptions erroneacutees ou incomplegravetes Premiegraverement il y a le cadre que nous appelons laquo arts visuelsraquo et qui a ses propres regravegles de rationaliteacutes Les cours de dessin ou drsquoactiviteacutes creacuteatrices en sont de parfaits exemples car crsquoest dans ce cadre que les eacutelegraveves vont premiegraverement aborder la

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

theacutematique des couleurs primaires et de leurs meacutelanges Mais cette theacutematique est eacutegalement abordeacutee dans le cadre laquophysiqueraquo agrave travers les expeacuteriences de deacutecomposition de la lumiegravere ou de superposition de lumiegraveres coloreacutees Ainsi nous retrouvons trois cadres de rationaliteacute concourants (familier physique arts visuels) dans lesquels les eacutelegraveves eacutevoluent et qui engendrent indubitablement des conceptions erroneacutees sur la lumiegravere et les couleurs puisque les eacutelegraveves ne sont pas ameneacutes agrave les diffeacuterencier dans chacun des cadres Et comme la communication entre les diffeacuterents cadres nrsquoest pas eacutetablie le lien agrave faire entre les diffeacuterentes conceptions issues de ces cadres est agrave la charge de lrsquoeacutelegraveve ce qui repreacutesente une lourde responsabiliteacute dans son apprentissage Astolfi (2008) appelle eacutegalement ces conceptions issues de diffeacuterents cadres des ldquotrames conceptuelles rdquoqui peuvent ecirctre deacutefinies comme ldquoun ensemble de concepts-shycleacutes propres agrave un domaine et logiquement hieacuterarchiseacutes entre eux qui structurent les disciplines et engendrent des situations-shyproblegravemesrdquo Mais encore on verra eacutemerger des problegravemes de contrat didactique dans chacun des cadres lrsquoeacutelegraveve va tenter de donner une reacuteponse qui va satisfaire lrsquoenseignant sans pour autant ecirctre ameneacute agrave confronter ses conceptions

Situation-shyproblegraveme Pour de Vecchi (2006) une situation-shyproblegraveme est une activiteacute qui consiste agrave mettre lrsquoeacutelegraveve dans une situation ougrave il va ecirctre ameneacute agrave eacutelaborer des strateacutegies de reacutesolution de problegraveme Lrsquoun des points cleacutes des situations-shyproblegravemes est qursquoelles eacutetablissent un lien eacutetroit entre les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves En drsquoautres termes une situation-shyproblegraveme est construite de telle sorte que les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave remettre en question des repreacutesentations actuelles qui srsquoavegraverent erroneacutees agrave les deacuteconstruire pour en construire de nouvelles Ainsi dans une deacutemarche de type constructiviste lrsquoeacutelegraveve construit son savoir en renversant ses anciennes conceptions Une situation-shyproblegraveme nrsquoest donc pas une deacutemarche ponctuelle dans laquelle lrsquoeacutelegraveve devra reacutesoudre une liste drsquoexercices teacuteleacuteguideacutee par lrsquoenseignant Ce qui justifie lrsquoefficaciteacute des situations problegravemes est qursquo laquoapprendreraquo ne consiste pas agrave cumuler les savoirs mais agrave en construire et agrave en deacuteconstruire

Une situation-shyproblegraveme doit comprendre plusieurs eacuteleacutements

-shy Un objectif-shyobstacle Pour Meirieu (1987) un objectif-shyobstacle est ldquoun objectif dont lrsquoacquisition permet au sujet de franchir un palier deacutecisif de progression en modifiant son systegraveme de repreacutesentation et en le faisant acceacuteder un niveau supeacuterieur de formulation rdquo Dans notre cas lrsquoeacutelegraveve pense que tous les meacutelanges de 3 couleurs primaires (de peinture ou de lumiegravere) vont donner le mecircme reacutesultat La distinction entre synthegraveses additive et soustractive nrsquoest pas connue des eacutelegraveves De plus projeter de la lumiegravere monochromatique sur un objet drsquoune certaine couleur ne donne pas toujours la mecircme couleur Lrsquoexemple avec le drapeau (activiteacute 4) est parlant

-shy Une situation centreacutee sur cet obstacle prenant en compte une deacutemarche expeacuterimentale ou une deacutemarche de modeacutelisation Dans notre cours les deux deacutemarches sont mises en oeuvre mais notre deacutemarche principale est la modeacutelisation Les eacutelegraveves vont effectivement ecirctre ameneacutes agrave eacutemettre des hypothegraveses manipuler reacutecolter des reacutesultats et les confronter agrave

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Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

leurs hypothegraveses mais il srsquoagit surtout drsquoune deacutemarche de modeacutelisation car les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave creacuteer des scheacutemas dans plusieurs exercices

-shy Une probleacutematisation et la deacutevolution on probleacutematise la conception erroneacutee en introduisant une situation-shyproblegraveme crsquoest-shyagrave-shydire qursquoon construit un problegraveme centreacute sur lrsquoobstacle La surprise face agrave une situation incoheacuterente va intriguer lrsquoeacutelegraveve exciter sa motivation et le pousser agrave vouloir srsquoimpliquer dans le problegraveme ce qui va aider sa deacutevolution Brousseau (1998) qualifie la notion de deacutevolution par le ldquo processus par lequel lenseignant parvient agrave placer leacutelegraveve comme simple actant dans une situation a-shydidactique (agrave modegravele non didactique) Il cherche par lagrave agrave ce que lrsquoaction de lrsquoeacutelegraveve ne soit produite et justifieacutee que par les neacutecessiteacutes du milieu et par ses connaissances et non par lrsquointerpreacutetation des proceacutedeacutes didactiques du professeurrdquo Pour enrocircler les eacutelegraveves et les aider agrave identifier la probleacutematique en met on place une situation deacuteclenchante Dans notre cas lrsquoexemple avec le meacutelange de peinture et de lumiegraveres coloreacutees est un parfait exemple de situation deacuteclenchante car les eacutelegraveves ne sattendent probablement pas par exemple agrave ce que le meacutelange de vert et bleu donne du cyan ou encore qursquoon perccediloive un citron noir lorsque lrsquoon projette de la lumiegravere bleue sur ce celui-shyci

412 La prise en compte des conceptions des eacutelegraveves dans notre seacutequence La theacutematique de la lumiegravere et des couleurs est complexe et comprend de nombreux concepts difficiles agrave assimiler En effet bon nombre de personnes ont des repreacutesentations erroneacutees qui peuvent rester profondeacutement ancreacutees Parmi les conceptions erroneacutees les plus communes on retrouve selon le site internet des MER

La lumiegravere blanche est sans couleur pure quand la lumiegravere blanche passe dans un prisme ou traverse un filtre de la couleur lui est ajouteacutee

La lumiegravere blanche nous permet de voir la vraie couleur des objets laquoMa feuille est blanche parce que je nai pas ajouteacute dautres couleurs agrave celle-shyciraquo

Les couleurs sont lieacutees agrave des proprieacuteteacutes de lrsquoobjet exclusivement sans reacutefeacuterence agrave la lumiegravere qui eacuteclaire lrsquoobjet Ne dit-shyon pas quun pull est rouge

Confusion entre les couleurs primaires en couleur peinture et en couleur lumiegravere

Dans notre planification nous avons anticipeacute ces conceptions et avons construit notre cours de maniegravere agrave ce qursquoelles soient mises en eacutevidence le plus tocirct possible afin de tenter de les deacuteconstruire agrave travers nos activiteacutes

Ainsi degraves deacutebut de lrsquoactiviteacute 2 les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave une situation-shyproblegraveme dans laquelle ils comprennent qursquoil existe une contradiction entre leur conception de deacutepart sur les meacutelanges de couleurs (issue de leurs cadres de rationaliteacute familier et scolaire lsquorsquoart visuelrsquorsquo) et leurs observations (nouveau cadre lsquorsquophysiquersquorsquo) Crsquoest sur la base de ce conflit cognitif que les diffeacuterentes notions de la seacutequence pourront ecirctre abordeacutees Les autres conceptions sont mises en eacutevidence puis deacuteconstruites agrave travers les diffeacuterentes activiteacutes Par exemple les

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activiteacutes du chapitre 3 permettent de montrer que la lumiegravere blanche nrsquoest pas pure mais qursquoelle est composeacutee de toutes les couleurs et ce gracircce agrave lrsquoobservation des objets agrave la lumiegravere blanche puis agrave travers un filtre

De plus lrsquoactiviteacute 3 srsquoarticule autour drsquoune conception erroneacutee repeacutereacutee dans certaines classes Bon nombre drsquoeacutelegraveves eacutetaient persuadeacutes qursquoun filtre ne laissait pas passer les lumiegraveres de sa couleur propre car crsquoest la couleur dont est perccedilue le filtre Un conflit cognitif est alors provoqueacute afin de deacuteconstruire cette conception les eacutelegraveves observent que la lumiegravere coloreacutee nrsquoest pas absorbeacutee par le filtre mais qursquoelle se propage bien jusqursquoagrave lrsquoeacutecran blanc

En introduction de lrsquoactiviteacute 4 une nouvelle situation-shyproblegraveme est preacutesenteacutee par le biais drsquoune image montrant que la couleur drsquoun objet peut varier en fonction de la lumiegravere coloreacutee par laquelle il est eacuteclaireacute Elle servira agrave provoquer un conflit cognitif chez les eacutelegraveves car cette situation intervient apregraves une phase drsquohypothegravese reacutepondant agrave la question suivante un objet peut-shyil avoir diffeacuterentes couleurs La reacuteponse donneacutee par lrsquoimage contredira probablement lrsquohypothegravese preacuteceacutedemment formuleacutee et devrait susciter de la curiositeacute chez lrsquoeacutelegraveve et lui donner lrsquoenvie de comprendre le pheacutenomegravene Nous deacutemontrons ensuite tout au long de lrsquoactiviteacute 4 sur les lumiegraveres coloreacutees que crsquoest le pheacutenomegravene drsquoabsorption et de reacuteflection de la lumiegravere qui nous permet de voir la couleur des objets et non pas la lumiegravere blanche Crsquoest donc par le biais de ces deacuteconstructions successives de conceptions que lrsquoenseignant peut guider les eacutelegraveves sur la voie de la reacutesolution du problegraveme de lrsquoorigine de ces contradictions dans le but drsquoeacutetablir le lien entre les diffeacuterents cadres de rationaliteacute

42 Modeacutelisation

421 Deacutefinition

Un modegravele est communeacutement deacutefini comme un objet ou un concept qui va permettre de repreacutesenter la reacutealiteacute de diffeacuterentes maniegraveres Bunge (1974) ou encore Martinand (1994) le deacutefinissent eacutegalement comme un moyen permettant de mettre en relation le monde theacuteorique avec le monde empirique Il peut ecirctre consideacutereacute en quelque sorte comme un monde intermeacutediaire ou une sorte de lunette conceptuelle (Halloun 2004) qui va permettre drsquoobserver des pheacutenomegravenes naturels Un modegravele ne constitue pas la reacutealiteacute mais la repreacutesente en simplifiant certains de ses aspects ce qui peut causer des conflits pour les repreacutesentations cognitives chez lrsquoeacutelegraveve

422 La modeacutelisation dans notre seacutequence Dans notre planification la modeacutelisation est centrale afin de conceptualiser des pheacutenomegravenes complexes comme la composition de la lumiegravere et la perception des couleurs Elle est lrsquooutil qui permet drsquoamener les eacutelegraveves agrave se faccedilonner une repreacutesentation de la deacutecomposition de la lumiegravere blanche de labsorption de la lumiegravere agrave travers les filtres et des synthegraveses additive et soustractive des couleurs

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De plus elle constitue un objectif de formation meacutethodologique qui va de pair avec toute formation scientifique Crsquoest pourquoi nous avons inclus la modeacutelisation dans les objectifs drsquoapprentissage Dans la terminologie du PER la modeacutelisation correspond agrave lrsquoobjectif geacuteneacuteral MSN37

bull MSN 1525 mdash Modeacuteliser des pheacutenomegravenes naturels techniques sociaux ou des situations matheacutematiques

bull en imaginant et en utilisant divers outils de repreacutesentation (codes scheacutemas graphiques tableauxhellip)

Lrsquoactiviteacute 2 propose aux eacutelegraveves de reporter les couleurs observeacutees sur trois cercles superposeacutes En les coloriant les eacutelegraveves reacutealisent en reacutealiteacute une forme simple de modeacutelisation par un diagramme de Venn de la synthegravese additive Il nous a sembleacute pertinent drsquointroduire ce scheacutema de cette maniegravere car ainsi les eacutelegraveves comprennent reacuteellement qursquoil correspond agrave la lumiegravere projeteacutee et superposeacutee sur un eacutecran En derniegravere partie drsquoactiviteacute les eacutelegraveves se familiarisent avec un logiciel de modeacutelisation de la synthegravese additive 3

Lrsquoutilisation drsquoun modegravele dans ce cas est indispensable pour des raisons pratiques Il serait en effet tregraves difficile de faire des observations similaires avec un dispositif reacuteel constitueacute de projecteurs et drsquoun eacutecran comme dans la premiegravere partie drsquoactiviteacute Nous avons veilleacute agrave choisir un logiciel simple drsquousage sur lequel seules deux manipulations sont possibles allumereacuteteindre les projecteurs et varier leurs intensiteacutes Ainsi il est possible pour les eacutelegraveves de faire rapidement et sans difficulteacutes de lrsquoordre du registre seacutemiotique la deacuteduction attendue les diffeacuterentes couleurs srsquoobtiennent par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

Dans lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves sont ameneacutes agrave modeacuteliser lrsquoeffet drsquoun filtre sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee Ils ancrent ainsi le fonctionnement drsquoun filtre dans leur apprentissage et deacuteveloppent une meacutethodologie systeacutematique dans la reacutesolution de problegravemes mettant en scegravene des filtres Gracircce au modegravele deacuteveloppeacute les eacutelegraveves deacuteconstruisent deacutefinitivement leur eacuteventuelle conception erroneacutee selon laquelle un filtre absorberait sa propre couleur Lrsquoactiviteacute 43 a pour but que les eacutelegraveves modeacutelisent les pheacutenomegravenes de reacutefraction et drsquoabsorption en justifiant leur reacuteponse par un modegravele de reacuteponse Ce dernier comprend les couleurs RVB qui se reflegravetent ou qui sont absorbeacutees par une surface Ainsi lrsquoeacutelegraveve peut trouver une meacutethode systeacutematique de reacuteponse en testant les diffeacuterentes couleurs Gracircce agrave cette modeacutelisation et agrave celle de lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves comprennent que les fonctionnements des filtres et des lumiegraveres coloreacutees sont fondeacutes sur le mecircme principe

3(httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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43 Deacutemarche expeacuterimentale

431 Deacutefinition Pour de Vecchi il est important de ne pas confondre les notions lieacutees agrave lrsquoexpeacuterimental qui sont les suivantes

-shy Une deacutemarche scientifique nrsquoest pas exclusive au domaine des sciences expeacuterimentales mais peut aussi ecirctre mobiliseacutee dans les sciences humaines socialeshellip Elle utilise drsquoautres outils que lrsquoexpeacuterimentale Toute recherche digne de ce nom est de nature scientifique

-shy La meacutethode expeacuterimentale eacutequivaut plutocirct agrave un plan agrave suivre un mode drsquoemploi ou agrave une marche agrave suivre qui suit un ordre strict que lrsquoon peut aussi appeler protocole Par exemple parmi les plus ceacutelegravebres protocoles nous retrouvons celui de Claude Bernard (1865) que lrsquoon abregravege par les initiales OHERIC qui correspondent agrave observation hypothegravese expeacuterience reacutesultats interpreacutetation et conclusion De maniegravere geacuteneacuterale il srsquoagit du protocole caricatural que lrsquoon emploie le plus souvent dans les salles de classes

-shy Une deacutemarche expeacuterimentale est une approche plus reacutealiste moins stricte et integravegre

une approche plus tacirctonnante Il nrsquoest pas constitueacute drsquoeacutetapes preacutedeacutetermineacutees et est donc moins affecteacutee par les directives de lrsquoenseignant Il peut donc laisser des liberteacutes dans la maniegravere de reacutesoudre le problegraveme

432 La deacutemarche expeacuterimentale dans notre seacutequence Dans notre seacutequence la meacutethode expeacuterimentale est preacutesente de maniegravere partielle du scheacutema caricatural OHERIC nous nous inteacuteressons en particulier aux phases drsquoobservation et drsquoeacutemission drsquohypothegraveses Crsquoest pourquoi nous parlons donc plutocirct de ldquodeacutemarche expeacuterimentalerdquo En effet tout au long des diffeacuterentes activiteacutes il est reacuteguliegraverement demandeacute aux eacutelegraveves de formuler une hypothegravese agrave partir de leurs connaissances au preacutealable puis de faire de nouvelles observations en contexte expeacuterimental Crsquoest sur la base de ces derniegraveres qursquoils pourront reacutealiser leurs deacuteductions sur le pheacutenomegravene en question et construire de nouvelles conceptions Dans lrsquoactiviteacute 2 ce type de deacutemarche est central pour la creacuteation de la premiegravere situation-shyproblegraveme Par la suite la deacutemarche permet de guider les eacutelegraveves dans le processus de deacuteduction du fonctionnement geacuteneacuteral des diffeacuterents pheacutenomegravenes Dans lrsquoactiviteacute 41 par exemple les pheacutenomegravenes agrave deacuteduire sont la synthegravese soustractive et le fonctionnement de la lumiegravere coloreacutee Lrsquoemploi drsquoobjets familiers permet un ancrage dans le quotidien

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Dans lrsquoactiviteacute 3 lrsquoeacutetude de lrsquoeffet des filtres constitue agrave son tour un deacutemarche expeacuterimentale En effet les eacutelegraveves doivent tout drsquoabord eacutemettre leurs hypothegraveses puis les veacuterifient par lrsquoexpeacuterimentation et ses reacutesultats provoquant probablement un conflit cognitif avant drsquoen conclure lrsquoeffet drsquoun filtre Dans lrsquoactiviteacute 42 nous retrouvons toujours le mecircme principe de deacutemarche expeacuterimentale Les eacutelegraveves formulent des hypothegraveses sur la couleur perccedilue de diffeacuterents mots coloreacutes eacuteclaireacutes par une lumiegravere coloreacutee puis les veacuterifient lors de la phase drsquoobservation La confrontation entre leurs attentes lieacutees agrave leurs conceptions et la reacutealiteacute creacutee le conflit cognitif rechercheacute

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5 Conclusion Pour seacutelectionner notre thegraveme et eacutelaborer notre seacutequence nous nous sommes fondeacutes sur les objectifs du PER et crsquoest sur lrsquooptique que notre choix srsquoest porteacute Le savoir savant auquel nous nous sommes reacutefeacutereacutes comprend principalement des concepts lieacutes agrave la lumiegravere tels que les photons les ondes eacutelectromagneacutetiques ainsi que les spectres drsquoeacutemission et drsquoabsorption Nous avons transposeacute ce savoir en un savoir enseignable par le biais drsquoun travail de contextualisation et de reacuteadaptation Nous avons eacuteteacute ameneacutes agrave remplacer des modegraveles scientifiques (par exemple les modegraveles de synthegraveses additive et soustractive) par des modegraveles accessibles agrave un niveau scolaire et agrave changer les conditions drsquoeacutemergence des problegravemes Ainsi notre travail de transposition consistait agrave montrer aux eacutelegraveves la partie eacutemergeacutee de lrsquoiceberg du concept de couleur le reacutesultat apparent plutocirct que lrsquoorigine eacutelectromagneacutetique Tout au long de la seacutequence et par le biais de situations-shyproblegravemes et de diffeacuterentes eacutetapes de reacutesolution des activiteacutes les eacutelegraveves ont eacuteteacute guideacutes dans le processus de construction de leur apprentissage En nous focalisant sur les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves nous avons eacutelaboreacute nos exercices de maniegravere agrave proposer des situations deacuteclenchantes afin de faciliter le transfert de la responsabiliteacute de la reacutesolution des problegravemes aux eacutelegraveves Cette derniegravere srsquoeffectue par des deacutemarches drsquoexpeacuterimentation mais surtout de modeacutelisation

Dans notre sceacutenario les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave deux types de donneacutees theacuteoriques et empiriques Drsquoune part ils ont agrave disposition deux theacuteories principales la premiegravere est que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs de lrsquoarc-shyen-shyciel tandis que la seconde deacutecrit l a maniegravere dont la couleur drsquoun objet deacutepend des couleurs qursquoil va absorber Drsquoautre part ils disposent de donneacutees empiriques qursquoils sont ameneacutes agrave reacutecolter en superposant des lumiegraveres de diffeacuterentes couleurs en meacutelangeant de la peinture et en projetant de la lumiegravere coloreacutee sur diffeacuterents objets coloreacutes Dans le cadre drsquoune deacutemarche drsquoexpeacuterimentation ils ont eacutemis des hypothegraveses observeacute manipuleacute du mateacuteriel utiliseacute des appliquettes en ligne et veacuterifieacute leurs reacutesultats Crsquoest ainsi les modegraveles que nous avons preacutesenteacutes et que les eacutelegraveves ont eacutelaboreacutes vont ecirctre des ponts qui vont relier le monde theacuteorique et le monde empirique Par ailleurs nous avons eacuteteacute attentifs agrave la seacutemiotique lors de nos choix des repreacutesentations utiliseacutees nous nous sommes reacutefeacutereacutes agrave la notion de registre seacutemiotique afin drsquoeacutelaborer des scheacutemas nrsquoengendrant pas de difficulteacutes de lecture chez les eacutelegraveves

Nous avons analyseacute lrsquoorigine des conceptions erroneacutees et avons remarqueacute qursquoelles eacutetaient principalement dues agrave des repreacutesentations concourantes engendreacutees par les diffeacuterents contextes et cadres de rationaliteacutes dans lesquelles les eacutelegraveves eacutevoluent Notre sceacutenario permet aux eacutelegraveves drsquoeacutetablir des liens entre ces diffeacuterents cadres et de construire une nouvelle repreacutesentation de la couleur celle drsquoun objet de la physique

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6 Bibliographie

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Meirieu P Avanzin Gi (1987) Apprendre oui mais comment Edition ESF Verret M (1975) Le temps des eacutetudes (Vols 1ndash2) Lille France Atelier Reproduction des thegraveses

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Page 57: Physique Optique Lescouleurs · Sciences naturelles Les couleurs 10 11 Harmos 1.Introduction Comme nous allons le détailler dans le chapitre 4, les conceptions erronées des élèves

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation avec propositions

de reacuteponses)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

(rouge vert bleu Nous percevons les diffeacuterentes couleurs agrave partir de ces trois couleurs) ________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

(Explication relative aux cocircnes et bacirctonnets de lrsquo‛oeil)

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Corrigeacute vert bleu blanc cyan

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________ (vert)

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________ (bleu)

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________ (aucunenoir)

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

(selon modegravele eacutetudieacute)

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

(les deux selon que lrsquo‛on parle de synthegravese additive ou soustractive)

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

Bleu

______

Bleu

______

Noir

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________ (lumiegravere rouge)

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

Noir

______

Rouge

______

Rouge

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

(Bleu)

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

(selon modegravele eacutetudieacute)

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

(Explication citant la synthegravese soustractive et lrsquo‛effet des lumiegraveres coloreacutees

concerneacutees sur le haut du cambrioleur)

Evaluation - Analyse

Ce commentaire comprend les diffeacuterents objectifs eacutevalueacutes ainsi que ce qui est attendu

preacuteciseacutement des eacutelegraveves et les niveaux taxonomiques correspondants

Ce sont des pistes drsquo‛eacutevaluation qui sont ici proposeacutees non une eacutevaluation suivie

Exercice 1

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- Mettre en lien des notions theacuteoriques apprises en cours (cocircnes et

bacirctonnets de lrsquo‛oeil) avec drsquo‛autres (synthegravese additive)

Lrsquo‛eacutevaluation deacutebute par deux questions au niveau taxonomique peu eacuteleveacute La

premiegravere de lrsquo‛ordre de la compreacutehension demande aux eacutelegraveves de restituer une

connaissance de base agrave lrsquo‛aide de leurs propres mots La deuxiegraveme propose de

tester les connaissances theacuteoriques des eacutelegraveves en veacuterifiant que des liens entre

deux notions aient eacuteteacute faits

Exercice 2

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutedire la couleur perccedilue en fonction des meacutelanges de couleurs RVB

- deacutechiffrer un scheacutema et les codes de la repreacutesentation de la trajectoire

des lumiegraveres coloreacutees

Le deuxiegraveme exercice relegraveve du niveau taxonomique de lrsquo‛application car il

neacutecessite une compreacutehension de la maniegravere de repreacutesenter la lumiegravere (scheacutema de

la trajectoire rectiligne codes de couleurs RVB) et drsquo‛appliquer ce modegravele tout en

utilisant les connaissances des couleurs fondamentales et compleacutementaires de la

synthegravese additive

Exercice 3

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet drsquo‛un filtre sur une lumiegravere coloreacutee agrave lrsquo‛aide des codes

propres agrave lrsquo‛optique

Lrsquo‛exercice 3 relegraveve de lrsquo‛application car les eacutelegraveves se reacutefegraverent agrave la modeacutelisation

eacutetablie durant le cours et au diagramme de Venn de la synthegravese soustractive et

les adaptent aux items preacutesenteacutes

Exercice 4

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- mettre en perspective la distinction entre synthegravese additive et

soustractive en terme de lsquorsquo‛naturersquo‛rsquo‛ de la couleur (couleurs matiegraveres vs

couleurs lumiegraveres)

Cet exercice requiert des eacutelegraveves qursquo‛ils mobilisent leur faculteacute drsquo‛analyse (niveau

taxonomique plutocirct eacuteleveacute) pour expliquer les diffeacuterences entre les

repreacutesentations de la couleur en arts visuels et en physique Le but est qursquo‛ils

reconnaissent qursquo‛il srsquo‛agit dans le premier cas de la synthegravese soustractive et dans

le second cas de la synthegravese additive

Exercice 5

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutevoir la couleur perccedilue drsquo‛un objet en fonction des lumiegraveres coloreacutees

projeteacutees et coder le pheacutenomegravene

Les eacutelegraveves appliquent la modeacutelisation drsquo‛une lumiegravere coloreacutee sur un objet coloreacute

pour deacuteterminer la couleur perccedilue du drapeau franccedilais Cette question fait

reacutefeacuterence agrave un niveau taxonomique bas Puis ils trouvent la lumiegravere coloreacutee qui

permet de voir les deux drapeaux preacutesenteacutes de la mecircme couleur Ils trouveront

cette reacuteponse en modeacutelisant les lumiegraveres coloreacutees sur lrsquo‛objet de couleur

Plusieurs scheacutemas sont neacutecessaires pour trouver la reacuteponse Crsquo‛est une question

taxonomiquement haute qui demande aux eacutelegraveves de faire une synthegravese

Exercice 6

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet de la lumiegravere coloreacutee sur un objet et en deacuteduire la

couleur perccedilue

- justifier sa reacuteponse avec des mots en faisant la synthegravese des diffeacuterents

concepts vus dans la seacutequence de cours

Les eacutelegraveves doivent comprendre ce qursquo‛ils lisent et deacuteterminer la couleur propre du

haut du cambrioleur Cette question est taxonomiquement haute elle demande de

lrsquo‛analyse Puis ils justifient leur reacuteponse par le modegravele de lrsquo‛effet de la lumiegravere

coloreacutee sur un objet Cette question est drsquo‛un niveau taxonomique infeacuterieur

drsquo‛application Finalement ils deacuteterminent pourquoi la description de la jeune fille

ne correspond pas agrave la couleur propre en faisant le lien avec la synthegravese

soustractive demandant un niveau taxonomiquement tregraves eacuteleveacute la synthegravese

Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

4 Argumentation scientifique Nous avons choisi de construire notre seacutequence de cours de maniegravere agrave ce qursquoelle srsquoinscrive dans une deacutemarche constructiviste de type piageacutetienne Dans cette deacutemarche lrsquoenseignant anticipe les conceptions erroneacutees que les eacutelegraveves peuvent avoir puis eacutetablit une situation-shyproblegraveme permettant ideacutealement de deacuteconstruire ces repreacutesentations incomplegravetes puis finalement drsquoen construire de nouvelles plus justes Dans ce qui suit nous allons deacutefinir ces diffeacuterents concepts mis en eacutevidence puis expliciter la maniegravere dont nous les avons pris en compte dans notre planification

41 Les conceptions des eacutelegraveves et les situations-shyproblegravemes

411 Deacutefinitions Conception Selon Giordan et al (1994) une conception ou repreacutesentation peut ecirctre consideacutereacutee comme une ideacutee un objet ou un eacutevegravenement qui aide lrsquoeacutelegraveve agrave comprendre le monde qui lrsquoentoure Elle est le fruit de son expeacuterience personnelle dans laquelle il va puiser pour comprendre les nouveaux savoirs que lrsquoon va chercher agrave lui inculquer Elle peut ecirctre consideacutereacutee comme une connaissance ldquodeacutejagrave-shylagraverdquo acquise dans un certain contexte par lrsquoapprenant et qui peut ecirctre correcte ou erroneacutee Les mauvaises conceptions (ou misconception en anglais) peuvent donc ecirctre deacutecrites comme des ideacutees qui proviennent drsquoune mauvaise compreacutehension drsquoobjets ou eacutevegravenements Elles sont issues principalement de lrsquoenvironnement avec lequel lrsquoeacutelegraveve interagit et du contexte dans lequel il se situe mais elles deacutecoulent eacutegalement des systegravemes seacutemiotiques mis en oeuvre Ces derniers sont abordeacutes plus en deacutetail dans ce qui suit Seacutemiologie En seacutemiologie (lrsquoeacutetude des systegravemes de signes) une repreacutesentation (ou un signe) est double elle est doteacutee drsquoun signifiant et drsquoun signifieacute (de Saussure 1916) Le signifiant qui fait lrsquoobjet de la seacutemiologie deacutesigne la forme et laspect du signe tandis que le signifieacute eacutetudieacute dans le cadre de la seacutemantique deacutesigne le concept eacutevoqueacute par le signe A partir du moment ougrave le signe possegravede plusieurs signifieacutes il devient symbole et crsquoest ainsi que les incompreacutehensions peuvent survenir Selon R Duval (1995) le concept de laquo registre seacutemiotique raquo permet de distinguer les repreacutesentations qui relegravevent de diffeacuterents registres ou types visuels numeacuteriques graphiques symboliques formels scheacutematiques etc En didactique ce concept est fondamental car les diffeacuterences de registre au sein drsquoune mecircme repreacutesentation ou drsquoun

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modegravele peut induire des difficulteacutes de lecture Ils risquent drsquoajouter des difficulteacutes suppleacutementaires en empecircchant les eacutelegraveves de se focaliser sur le problegraveme poseacute par lrsquoactiviteacute et les menant agrave formuler des conclusions diffeacuterentes de celles attendues par lrsquoenseignant Crsquoest pour cela qursquoun choix pertinent de registre seacutemiotique facilite la compreacutehension du concept introduit Dans notre cours un exemple typique que nous pouvons donner est la forte ressemblance des diagrammes de Venn pour les synthegraveses additive et soustractive Dans les deux modegraveles les diagrammes sont communeacutement scheacutematiseacutes sous forme circulaire De plus bien que inverseacutees au niveau de leurs superpositions les mecircmes couleurs sont repreacutesenteacutees dans les deux diagrammes Ces similitudes peuvent rendre la diffeacuterenciation complexe pour les eacutelegraveves Crsquoest pourquoi nous avons estimeacute important drsquoapporter un changement agrave la repreacutesentation de ces diagrammes Ainsi dans lrsquoune de nos fiches de synthegravese nous avons preacutefeacutereacute utiliser des formes rectangulaires plutocirct que circulaires pour repreacutesenter la synthegravese soustractive car cette forme eacutevoque plus fortement le filtre et ainsi lrsquoabsorption de la lumiegravere Cadre de rationaliteacute origine des conceptions En srsquoappuyant sur les travaux de R Douady (1984) A Lerouge (1992) deacutefinit laquo un cadre de rationaliteacuteraquo comme laquoun ensemble coheacuterent de fonctionnement de la penseacuteeraquo caracteacuteriseacute principalement par les composantes suivantes

1 Les objets du cadre dans notre cas il peut srsquoagir de peinture de feuille de papier de lampes de poche de filtres etc

2 Le type de processus de conceptualisation Dans un cadre scientifique il peut srsquoagir drsquoun processus par modeacutelisation ou par expeacuterimentation par exemple

3 Les registres seacutemiotiques que nous avons traiteacutes plus haut Les conceptions des eacutelegraveves et les conflits de perceptions en reacutesultant sont issus des diffeacuterents cadres de rationaliteacute dans lesquels ils eacutevoluent Ce sont les cadres familiers (personnel) et culturels (eacutecole) qui sont responsable de ces conceptions et repreacutesentations mentales tantocirct concourantes tantocirct inexistantes voire erroneacutees Elles se manifestent principalement agrave travers la seacutemiotique Les eacutelegraveves eacuteprouvent de la difficulteacute agrave repreacutesenter des objets issus de registres seacutemiotiques diffeacuterents ou encore agrave simplement les reconnaicirctre Dans le contexte de notre seacutequence sur les couleurs ces cadres de rationaliteacute sont centraux En effet crsquoest dans son quotidien et donc dans son cadre familier que lrsquoeacutelegraveve va deacutecouvrir la notion de couleur notamment par le biais de la peinture ou drsquoobservation drsquoarc-shyen-shyciel Cette deacutecouverte qui a souvent lieu tregraves tocirct dans la vie de lrsquoenfant ne fera pourtant pas pour autant lrsquoobjet de questionnement sur le pheacutenomegravene de perception des couleurs La notion de cadre culturel ou scolaire quand agrave elle peut ecirctre eacutetendue dans notre cas agrave deux sous-shycateacutegories de cadres culturels diffeacuterents qui vont ecirctre agrave lrsquoorigine de conceptions erroneacutees ou incomplegravetes Premiegraverement il y a le cadre que nous appelons laquo arts visuelsraquo et qui a ses propres regravegles de rationaliteacutes Les cours de dessin ou drsquoactiviteacutes creacuteatrices en sont de parfaits exemples car crsquoest dans ce cadre que les eacutelegraveves vont premiegraverement aborder la

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theacutematique des couleurs primaires et de leurs meacutelanges Mais cette theacutematique est eacutegalement abordeacutee dans le cadre laquophysiqueraquo agrave travers les expeacuteriences de deacutecomposition de la lumiegravere ou de superposition de lumiegraveres coloreacutees Ainsi nous retrouvons trois cadres de rationaliteacute concourants (familier physique arts visuels) dans lesquels les eacutelegraveves eacutevoluent et qui engendrent indubitablement des conceptions erroneacutees sur la lumiegravere et les couleurs puisque les eacutelegraveves ne sont pas ameneacutes agrave les diffeacuterencier dans chacun des cadres Et comme la communication entre les diffeacuterents cadres nrsquoest pas eacutetablie le lien agrave faire entre les diffeacuterentes conceptions issues de ces cadres est agrave la charge de lrsquoeacutelegraveve ce qui repreacutesente une lourde responsabiliteacute dans son apprentissage Astolfi (2008) appelle eacutegalement ces conceptions issues de diffeacuterents cadres des ldquotrames conceptuelles rdquoqui peuvent ecirctre deacutefinies comme ldquoun ensemble de concepts-shycleacutes propres agrave un domaine et logiquement hieacuterarchiseacutes entre eux qui structurent les disciplines et engendrent des situations-shyproblegravemesrdquo Mais encore on verra eacutemerger des problegravemes de contrat didactique dans chacun des cadres lrsquoeacutelegraveve va tenter de donner une reacuteponse qui va satisfaire lrsquoenseignant sans pour autant ecirctre ameneacute agrave confronter ses conceptions

Situation-shyproblegraveme Pour de Vecchi (2006) une situation-shyproblegraveme est une activiteacute qui consiste agrave mettre lrsquoeacutelegraveve dans une situation ougrave il va ecirctre ameneacute agrave eacutelaborer des strateacutegies de reacutesolution de problegraveme Lrsquoun des points cleacutes des situations-shyproblegravemes est qursquoelles eacutetablissent un lien eacutetroit entre les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves En drsquoautres termes une situation-shyproblegraveme est construite de telle sorte que les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave remettre en question des repreacutesentations actuelles qui srsquoavegraverent erroneacutees agrave les deacuteconstruire pour en construire de nouvelles Ainsi dans une deacutemarche de type constructiviste lrsquoeacutelegraveve construit son savoir en renversant ses anciennes conceptions Une situation-shyproblegraveme nrsquoest donc pas une deacutemarche ponctuelle dans laquelle lrsquoeacutelegraveve devra reacutesoudre une liste drsquoexercices teacuteleacuteguideacutee par lrsquoenseignant Ce qui justifie lrsquoefficaciteacute des situations problegravemes est qursquo laquoapprendreraquo ne consiste pas agrave cumuler les savoirs mais agrave en construire et agrave en deacuteconstruire

Une situation-shyproblegraveme doit comprendre plusieurs eacuteleacutements

-shy Un objectif-shyobstacle Pour Meirieu (1987) un objectif-shyobstacle est ldquoun objectif dont lrsquoacquisition permet au sujet de franchir un palier deacutecisif de progression en modifiant son systegraveme de repreacutesentation et en le faisant acceacuteder un niveau supeacuterieur de formulation rdquo Dans notre cas lrsquoeacutelegraveve pense que tous les meacutelanges de 3 couleurs primaires (de peinture ou de lumiegravere) vont donner le mecircme reacutesultat La distinction entre synthegraveses additive et soustractive nrsquoest pas connue des eacutelegraveves De plus projeter de la lumiegravere monochromatique sur un objet drsquoune certaine couleur ne donne pas toujours la mecircme couleur Lrsquoexemple avec le drapeau (activiteacute 4) est parlant

-shy Une situation centreacutee sur cet obstacle prenant en compte une deacutemarche expeacuterimentale ou une deacutemarche de modeacutelisation Dans notre cours les deux deacutemarches sont mises en oeuvre mais notre deacutemarche principale est la modeacutelisation Les eacutelegraveves vont effectivement ecirctre ameneacutes agrave eacutemettre des hypothegraveses manipuler reacutecolter des reacutesultats et les confronter agrave

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leurs hypothegraveses mais il srsquoagit surtout drsquoune deacutemarche de modeacutelisation car les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave creacuteer des scheacutemas dans plusieurs exercices

-shy Une probleacutematisation et la deacutevolution on probleacutematise la conception erroneacutee en introduisant une situation-shyproblegraveme crsquoest-shyagrave-shydire qursquoon construit un problegraveme centreacute sur lrsquoobstacle La surprise face agrave une situation incoheacuterente va intriguer lrsquoeacutelegraveve exciter sa motivation et le pousser agrave vouloir srsquoimpliquer dans le problegraveme ce qui va aider sa deacutevolution Brousseau (1998) qualifie la notion de deacutevolution par le ldquo processus par lequel lenseignant parvient agrave placer leacutelegraveve comme simple actant dans une situation a-shydidactique (agrave modegravele non didactique) Il cherche par lagrave agrave ce que lrsquoaction de lrsquoeacutelegraveve ne soit produite et justifieacutee que par les neacutecessiteacutes du milieu et par ses connaissances et non par lrsquointerpreacutetation des proceacutedeacutes didactiques du professeurrdquo Pour enrocircler les eacutelegraveves et les aider agrave identifier la probleacutematique en met on place une situation deacuteclenchante Dans notre cas lrsquoexemple avec le meacutelange de peinture et de lumiegraveres coloreacutees est un parfait exemple de situation deacuteclenchante car les eacutelegraveves ne sattendent probablement pas par exemple agrave ce que le meacutelange de vert et bleu donne du cyan ou encore qursquoon perccediloive un citron noir lorsque lrsquoon projette de la lumiegravere bleue sur ce celui-shyci

412 La prise en compte des conceptions des eacutelegraveves dans notre seacutequence La theacutematique de la lumiegravere et des couleurs est complexe et comprend de nombreux concepts difficiles agrave assimiler En effet bon nombre de personnes ont des repreacutesentations erroneacutees qui peuvent rester profondeacutement ancreacutees Parmi les conceptions erroneacutees les plus communes on retrouve selon le site internet des MER

La lumiegravere blanche est sans couleur pure quand la lumiegravere blanche passe dans un prisme ou traverse un filtre de la couleur lui est ajouteacutee

La lumiegravere blanche nous permet de voir la vraie couleur des objets laquoMa feuille est blanche parce que je nai pas ajouteacute dautres couleurs agrave celle-shyciraquo

Les couleurs sont lieacutees agrave des proprieacuteteacutes de lrsquoobjet exclusivement sans reacutefeacuterence agrave la lumiegravere qui eacuteclaire lrsquoobjet Ne dit-shyon pas quun pull est rouge

Confusion entre les couleurs primaires en couleur peinture et en couleur lumiegravere

Dans notre planification nous avons anticipeacute ces conceptions et avons construit notre cours de maniegravere agrave ce qursquoelles soient mises en eacutevidence le plus tocirct possible afin de tenter de les deacuteconstruire agrave travers nos activiteacutes

Ainsi degraves deacutebut de lrsquoactiviteacute 2 les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave une situation-shyproblegraveme dans laquelle ils comprennent qursquoil existe une contradiction entre leur conception de deacutepart sur les meacutelanges de couleurs (issue de leurs cadres de rationaliteacute familier et scolaire lsquorsquoart visuelrsquorsquo) et leurs observations (nouveau cadre lsquorsquophysiquersquorsquo) Crsquoest sur la base de ce conflit cognitif que les diffeacuterentes notions de la seacutequence pourront ecirctre abordeacutees Les autres conceptions sont mises en eacutevidence puis deacuteconstruites agrave travers les diffeacuterentes activiteacutes Par exemple les

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activiteacutes du chapitre 3 permettent de montrer que la lumiegravere blanche nrsquoest pas pure mais qursquoelle est composeacutee de toutes les couleurs et ce gracircce agrave lrsquoobservation des objets agrave la lumiegravere blanche puis agrave travers un filtre

De plus lrsquoactiviteacute 3 srsquoarticule autour drsquoune conception erroneacutee repeacutereacutee dans certaines classes Bon nombre drsquoeacutelegraveves eacutetaient persuadeacutes qursquoun filtre ne laissait pas passer les lumiegraveres de sa couleur propre car crsquoest la couleur dont est perccedilue le filtre Un conflit cognitif est alors provoqueacute afin de deacuteconstruire cette conception les eacutelegraveves observent que la lumiegravere coloreacutee nrsquoest pas absorbeacutee par le filtre mais qursquoelle se propage bien jusqursquoagrave lrsquoeacutecran blanc

En introduction de lrsquoactiviteacute 4 une nouvelle situation-shyproblegraveme est preacutesenteacutee par le biais drsquoune image montrant que la couleur drsquoun objet peut varier en fonction de la lumiegravere coloreacutee par laquelle il est eacuteclaireacute Elle servira agrave provoquer un conflit cognitif chez les eacutelegraveves car cette situation intervient apregraves une phase drsquohypothegravese reacutepondant agrave la question suivante un objet peut-shyil avoir diffeacuterentes couleurs La reacuteponse donneacutee par lrsquoimage contredira probablement lrsquohypothegravese preacuteceacutedemment formuleacutee et devrait susciter de la curiositeacute chez lrsquoeacutelegraveve et lui donner lrsquoenvie de comprendre le pheacutenomegravene Nous deacutemontrons ensuite tout au long de lrsquoactiviteacute 4 sur les lumiegraveres coloreacutees que crsquoest le pheacutenomegravene drsquoabsorption et de reacuteflection de la lumiegravere qui nous permet de voir la couleur des objets et non pas la lumiegravere blanche Crsquoest donc par le biais de ces deacuteconstructions successives de conceptions que lrsquoenseignant peut guider les eacutelegraveves sur la voie de la reacutesolution du problegraveme de lrsquoorigine de ces contradictions dans le but drsquoeacutetablir le lien entre les diffeacuterents cadres de rationaliteacute

42 Modeacutelisation

421 Deacutefinition

Un modegravele est communeacutement deacutefini comme un objet ou un concept qui va permettre de repreacutesenter la reacutealiteacute de diffeacuterentes maniegraveres Bunge (1974) ou encore Martinand (1994) le deacutefinissent eacutegalement comme un moyen permettant de mettre en relation le monde theacuteorique avec le monde empirique Il peut ecirctre consideacutereacute en quelque sorte comme un monde intermeacutediaire ou une sorte de lunette conceptuelle (Halloun 2004) qui va permettre drsquoobserver des pheacutenomegravenes naturels Un modegravele ne constitue pas la reacutealiteacute mais la repreacutesente en simplifiant certains de ses aspects ce qui peut causer des conflits pour les repreacutesentations cognitives chez lrsquoeacutelegraveve

422 La modeacutelisation dans notre seacutequence Dans notre planification la modeacutelisation est centrale afin de conceptualiser des pheacutenomegravenes complexes comme la composition de la lumiegravere et la perception des couleurs Elle est lrsquooutil qui permet drsquoamener les eacutelegraveves agrave se faccedilonner une repreacutesentation de la deacutecomposition de la lumiegravere blanche de labsorption de la lumiegravere agrave travers les filtres et des synthegraveses additive et soustractive des couleurs

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De plus elle constitue un objectif de formation meacutethodologique qui va de pair avec toute formation scientifique Crsquoest pourquoi nous avons inclus la modeacutelisation dans les objectifs drsquoapprentissage Dans la terminologie du PER la modeacutelisation correspond agrave lrsquoobjectif geacuteneacuteral MSN37

bull MSN 1525 mdash Modeacuteliser des pheacutenomegravenes naturels techniques sociaux ou des situations matheacutematiques

bull en imaginant et en utilisant divers outils de repreacutesentation (codes scheacutemas graphiques tableauxhellip)

Lrsquoactiviteacute 2 propose aux eacutelegraveves de reporter les couleurs observeacutees sur trois cercles superposeacutes En les coloriant les eacutelegraveves reacutealisent en reacutealiteacute une forme simple de modeacutelisation par un diagramme de Venn de la synthegravese additive Il nous a sembleacute pertinent drsquointroduire ce scheacutema de cette maniegravere car ainsi les eacutelegraveves comprennent reacuteellement qursquoil correspond agrave la lumiegravere projeteacutee et superposeacutee sur un eacutecran En derniegravere partie drsquoactiviteacute les eacutelegraveves se familiarisent avec un logiciel de modeacutelisation de la synthegravese additive 3

Lrsquoutilisation drsquoun modegravele dans ce cas est indispensable pour des raisons pratiques Il serait en effet tregraves difficile de faire des observations similaires avec un dispositif reacuteel constitueacute de projecteurs et drsquoun eacutecran comme dans la premiegravere partie drsquoactiviteacute Nous avons veilleacute agrave choisir un logiciel simple drsquousage sur lequel seules deux manipulations sont possibles allumereacuteteindre les projecteurs et varier leurs intensiteacutes Ainsi il est possible pour les eacutelegraveves de faire rapidement et sans difficulteacutes de lrsquoordre du registre seacutemiotique la deacuteduction attendue les diffeacuterentes couleurs srsquoobtiennent par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

Dans lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves sont ameneacutes agrave modeacuteliser lrsquoeffet drsquoun filtre sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee Ils ancrent ainsi le fonctionnement drsquoun filtre dans leur apprentissage et deacuteveloppent une meacutethodologie systeacutematique dans la reacutesolution de problegravemes mettant en scegravene des filtres Gracircce au modegravele deacuteveloppeacute les eacutelegraveves deacuteconstruisent deacutefinitivement leur eacuteventuelle conception erroneacutee selon laquelle un filtre absorberait sa propre couleur Lrsquoactiviteacute 43 a pour but que les eacutelegraveves modeacutelisent les pheacutenomegravenes de reacutefraction et drsquoabsorption en justifiant leur reacuteponse par un modegravele de reacuteponse Ce dernier comprend les couleurs RVB qui se reflegravetent ou qui sont absorbeacutees par une surface Ainsi lrsquoeacutelegraveve peut trouver une meacutethode systeacutematique de reacuteponse en testant les diffeacuterentes couleurs Gracircce agrave cette modeacutelisation et agrave celle de lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves comprennent que les fonctionnements des filtres et des lumiegraveres coloreacutees sont fondeacutes sur le mecircme principe

3(httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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43 Deacutemarche expeacuterimentale

431 Deacutefinition Pour de Vecchi il est important de ne pas confondre les notions lieacutees agrave lrsquoexpeacuterimental qui sont les suivantes

-shy Une deacutemarche scientifique nrsquoest pas exclusive au domaine des sciences expeacuterimentales mais peut aussi ecirctre mobiliseacutee dans les sciences humaines socialeshellip Elle utilise drsquoautres outils que lrsquoexpeacuterimentale Toute recherche digne de ce nom est de nature scientifique

-shy La meacutethode expeacuterimentale eacutequivaut plutocirct agrave un plan agrave suivre un mode drsquoemploi ou agrave une marche agrave suivre qui suit un ordre strict que lrsquoon peut aussi appeler protocole Par exemple parmi les plus ceacutelegravebres protocoles nous retrouvons celui de Claude Bernard (1865) que lrsquoon abregravege par les initiales OHERIC qui correspondent agrave observation hypothegravese expeacuterience reacutesultats interpreacutetation et conclusion De maniegravere geacuteneacuterale il srsquoagit du protocole caricatural que lrsquoon emploie le plus souvent dans les salles de classes

-shy Une deacutemarche expeacuterimentale est une approche plus reacutealiste moins stricte et integravegre

une approche plus tacirctonnante Il nrsquoest pas constitueacute drsquoeacutetapes preacutedeacutetermineacutees et est donc moins affecteacutee par les directives de lrsquoenseignant Il peut donc laisser des liberteacutes dans la maniegravere de reacutesoudre le problegraveme

432 La deacutemarche expeacuterimentale dans notre seacutequence Dans notre seacutequence la meacutethode expeacuterimentale est preacutesente de maniegravere partielle du scheacutema caricatural OHERIC nous nous inteacuteressons en particulier aux phases drsquoobservation et drsquoeacutemission drsquohypothegraveses Crsquoest pourquoi nous parlons donc plutocirct de ldquodeacutemarche expeacuterimentalerdquo En effet tout au long des diffeacuterentes activiteacutes il est reacuteguliegraverement demandeacute aux eacutelegraveves de formuler une hypothegravese agrave partir de leurs connaissances au preacutealable puis de faire de nouvelles observations en contexte expeacuterimental Crsquoest sur la base de ces derniegraveres qursquoils pourront reacutealiser leurs deacuteductions sur le pheacutenomegravene en question et construire de nouvelles conceptions Dans lrsquoactiviteacute 2 ce type de deacutemarche est central pour la creacuteation de la premiegravere situation-shyproblegraveme Par la suite la deacutemarche permet de guider les eacutelegraveves dans le processus de deacuteduction du fonctionnement geacuteneacuteral des diffeacuterents pheacutenomegravenes Dans lrsquoactiviteacute 41 par exemple les pheacutenomegravenes agrave deacuteduire sont la synthegravese soustractive et le fonctionnement de la lumiegravere coloreacutee Lrsquoemploi drsquoobjets familiers permet un ancrage dans le quotidien

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Dans lrsquoactiviteacute 3 lrsquoeacutetude de lrsquoeffet des filtres constitue agrave son tour un deacutemarche expeacuterimentale En effet les eacutelegraveves doivent tout drsquoabord eacutemettre leurs hypothegraveses puis les veacuterifient par lrsquoexpeacuterimentation et ses reacutesultats provoquant probablement un conflit cognitif avant drsquoen conclure lrsquoeffet drsquoun filtre Dans lrsquoactiviteacute 42 nous retrouvons toujours le mecircme principe de deacutemarche expeacuterimentale Les eacutelegraveves formulent des hypothegraveses sur la couleur perccedilue de diffeacuterents mots coloreacutes eacuteclaireacutes par une lumiegravere coloreacutee puis les veacuterifient lors de la phase drsquoobservation La confrontation entre leurs attentes lieacutees agrave leurs conceptions et la reacutealiteacute creacutee le conflit cognitif rechercheacute

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5 Conclusion Pour seacutelectionner notre thegraveme et eacutelaborer notre seacutequence nous nous sommes fondeacutes sur les objectifs du PER et crsquoest sur lrsquooptique que notre choix srsquoest porteacute Le savoir savant auquel nous nous sommes reacutefeacutereacutes comprend principalement des concepts lieacutes agrave la lumiegravere tels que les photons les ondes eacutelectromagneacutetiques ainsi que les spectres drsquoeacutemission et drsquoabsorption Nous avons transposeacute ce savoir en un savoir enseignable par le biais drsquoun travail de contextualisation et de reacuteadaptation Nous avons eacuteteacute ameneacutes agrave remplacer des modegraveles scientifiques (par exemple les modegraveles de synthegraveses additive et soustractive) par des modegraveles accessibles agrave un niveau scolaire et agrave changer les conditions drsquoeacutemergence des problegravemes Ainsi notre travail de transposition consistait agrave montrer aux eacutelegraveves la partie eacutemergeacutee de lrsquoiceberg du concept de couleur le reacutesultat apparent plutocirct que lrsquoorigine eacutelectromagneacutetique Tout au long de la seacutequence et par le biais de situations-shyproblegravemes et de diffeacuterentes eacutetapes de reacutesolution des activiteacutes les eacutelegraveves ont eacuteteacute guideacutes dans le processus de construction de leur apprentissage En nous focalisant sur les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves nous avons eacutelaboreacute nos exercices de maniegravere agrave proposer des situations deacuteclenchantes afin de faciliter le transfert de la responsabiliteacute de la reacutesolution des problegravemes aux eacutelegraveves Cette derniegravere srsquoeffectue par des deacutemarches drsquoexpeacuterimentation mais surtout de modeacutelisation

Dans notre sceacutenario les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave deux types de donneacutees theacuteoriques et empiriques Drsquoune part ils ont agrave disposition deux theacuteories principales la premiegravere est que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs de lrsquoarc-shyen-shyciel tandis que la seconde deacutecrit l a maniegravere dont la couleur drsquoun objet deacutepend des couleurs qursquoil va absorber Drsquoautre part ils disposent de donneacutees empiriques qursquoils sont ameneacutes agrave reacutecolter en superposant des lumiegraveres de diffeacuterentes couleurs en meacutelangeant de la peinture et en projetant de la lumiegravere coloreacutee sur diffeacuterents objets coloreacutes Dans le cadre drsquoune deacutemarche drsquoexpeacuterimentation ils ont eacutemis des hypothegraveses observeacute manipuleacute du mateacuteriel utiliseacute des appliquettes en ligne et veacuterifieacute leurs reacutesultats Crsquoest ainsi les modegraveles que nous avons preacutesenteacutes et que les eacutelegraveves ont eacutelaboreacutes vont ecirctre des ponts qui vont relier le monde theacuteorique et le monde empirique Par ailleurs nous avons eacuteteacute attentifs agrave la seacutemiotique lors de nos choix des repreacutesentations utiliseacutees nous nous sommes reacutefeacutereacutes agrave la notion de registre seacutemiotique afin drsquoeacutelaborer des scheacutemas nrsquoengendrant pas de difficulteacutes de lecture chez les eacutelegraveves

Nous avons analyseacute lrsquoorigine des conceptions erroneacutees et avons remarqueacute qursquoelles eacutetaient principalement dues agrave des repreacutesentations concourantes engendreacutees par les diffeacuterents contextes et cadres de rationaliteacutes dans lesquelles les eacutelegraveves eacutevoluent Notre sceacutenario permet aux eacutelegraveves drsquoeacutetablir des liens entre ces diffeacuterents cadres et de construire une nouvelle repreacutesentation de la couleur celle drsquoun objet de la physique

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6 Bibliographie

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Page 58: Physique Optique Lescouleurs · Sciences naturelles Les couleurs 10 11 Harmos 1.Introduction Comme nous allons le détailler dans le chapitre 4, les conceptions erronées des élèves

Evaluation - Seacutequence 5 - Les couleurs

(Exemples drsquo‛exercices drsquo‛eacutevaluation avec propositions

de reacuteponses)

Exercice 1

a) Explique avec tes propres mots ce qursquo‛est le modegravele trichromique en citant les

trois couleurs en question

(rouge vert bleu Nous percevons les diffeacuterentes couleurs agrave partir de ces trois couleurs) ________________________________________________________________

b) Quelle est la raison biologique de son fonctionnement autour de ces trois

couleurs

(Explication relative aux cocircnes et bacirctonnets de lrsquo‛oeil)

_____________________________________________________________________

Exercice 2

Des projecteurs de lumiegraveres coloreacutees sont installeacutes les uns agrave cocircteacute des autres Complegravete

les scheacutemas ci-dessous en fonction des situations

Corrigeacute vert bleu blanc cyan

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________ (vert)

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________ (bleu)

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________ (aucunenoir)

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

(selon modegravele eacutetudieacute)

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

(les deux selon que lrsquo‛on parle de synthegravese additive ou soustractive)

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

Bleu

______

Bleu

______

Noir

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________ (lumiegravere rouge)

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

Noir

______

Rouge

______

Rouge

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

(Bleu)

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

(selon modegravele eacutetudieacute)

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

(Explication citant la synthegravese soustractive et lrsquo‛effet des lumiegraveres coloreacutees

concerneacutees sur le haut du cambrioleur)

Evaluation - Analyse

Ce commentaire comprend les diffeacuterents objectifs eacutevalueacutes ainsi que ce qui est attendu

preacuteciseacutement des eacutelegraveves et les niveaux taxonomiques correspondants

Ce sont des pistes drsquo‛eacutevaluation qui sont ici proposeacutees non une eacutevaluation suivie

Exercice 1

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- Mettre en lien des notions theacuteoriques apprises en cours (cocircnes et

bacirctonnets de lrsquo‛oeil) avec drsquo‛autres (synthegravese additive)

Lrsquo‛eacutevaluation deacutebute par deux questions au niveau taxonomique peu eacuteleveacute La

premiegravere de lrsquo‛ordre de la compreacutehension demande aux eacutelegraveves de restituer une

connaissance de base agrave lrsquo‛aide de leurs propres mots La deuxiegraveme propose de

tester les connaissances theacuteoriques des eacutelegraveves en veacuterifiant que des liens entre

deux notions aient eacuteteacute faits

Exercice 2

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutedire la couleur perccedilue en fonction des meacutelanges de couleurs RVB

- deacutechiffrer un scheacutema et les codes de la repreacutesentation de la trajectoire

des lumiegraveres coloreacutees

Le deuxiegraveme exercice relegraveve du niveau taxonomique de lrsquo‛application car il

neacutecessite une compreacutehension de la maniegravere de repreacutesenter la lumiegravere (scheacutema de

la trajectoire rectiligne codes de couleurs RVB) et drsquo‛appliquer ce modegravele tout en

utilisant les connaissances des couleurs fondamentales et compleacutementaires de la

synthegravese additive

Exercice 3

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet drsquo‛un filtre sur une lumiegravere coloreacutee agrave lrsquo‛aide des codes

propres agrave lrsquo‛optique

Lrsquo‛exercice 3 relegraveve de lrsquo‛application car les eacutelegraveves se reacutefegraverent agrave la modeacutelisation

eacutetablie durant le cours et au diagramme de Venn de la synthegravese soustractive et

les adaptent aux items preacutesenteacutes

Exercice 4

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- mettre en perspective la distinction entre synthegravese additive et

soustractive en terme de lsquorsquo‛naturersquo‛rsquo‛ de la couleur (couleurs matiegraveres vs

couleurs lumiegraveres)

Cet exercice requiert des eacutelegraveves qursquo‛ils mobilisent leur faculteacute drsquo‛analyse (niveau

taxonomique plutocirct eacuteleveacute) pour expliquer les diffeacuterences entre les

repreacutesentations de la couleur en arts visuels et en physique Le but est qursquo‛ils

reconnaissent qursquo‛il srsquo‛agit dans le premier cas de la synthegravese soustractive et dans

le second cas de la synthegravese additive

Exercice 5

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutevoir la couleur perccedilue drsquo‛un objet en fonction des lumiegraveres coloreacutees

projeteacutees et coder le pheacutenomegravene

Les eacutelegraveves appliquent la modeacutelisation drsquo‛une lumiegravere coloreacutee sur un objet coloreacute

pour deacuteterminer la couleur perccedilue du drapeau franccedilais Cette question fait

reacutefeacuterence agrave un niveau taxonomique bas Puis ils trouvent la lumiegravere coloreacutee qui

permet de voir les deux drapeaux preacutesenteacutes de la mecircme couleur Ils trouveront

cette reacuteponse en modeacutelisant les lumiegraveres coloreacutees sur lrsquo‛objet de couleur

Plusieurs scheacutemas sont neacutecessaires pour trouver la reacuteponse Crsquo‛est une question

taxonomiquement haute qui demande aux eacutelegraveves de faire une synthegravese

Exercice 6

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet de la lumiegravere coloreacutee sur un objet et en deacuteduire la

couleur perccedilue

- justifier sa reacuteponse avec des mots en faisant la synthegravese des diffeacuterents

concepts vus dans la seacutequence de cours

Les eacutelegraveves doivent comprendre ce qursquo‛ils lisent et deacuteterminer la couleur propre du

haut du cambrioleur Cette question est taxonomiquement haute elle demande de

lrsquo‛analyse Puis ils justifient leur reacuteponse par le modegravele de lrsquo‛effet de la lumiegravere

coloreacutee sur un objet Cette question est drsquo‛un niveau taxonomique infeacuterieur

drsquo‛application Finalement ils deacuteterminent pourquoi la description de la jeune fille

ne correspond pas agrave la couleur propre en faisant le lien avec la synthegravese

soustractive demandant un niveau taxonomiquement tregraves eacuteleveacute la synthegravese

Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

4 Argumentation scientifique Nous avons choisi de construire notre seacutequence de cours de maniegravere agrave ce qursquoelle srsquoinscrive dans une deacutemarche constructiviste de type piageacutetienne Dans cette deacutemarche lrsquoenseignant anticipe les conceptions erroneacutees que les eacutelegraveves peuvent avoir puis eacutetablit une situation-shyproblegraveme permettant ideacutealement de deacuteconstruire ces repreacutesentations incomplegravetes puis finalement drsquoen construire de nouvelles plus justes Dans ce qui suit nous allons deacutefinir ces diffeacuterents concepts mis en eacutevidence puis expliciter la maniegravere dont nous les avons pris en compte dans notre planification

41 Les conceptions des eacutelegraveves et les situations-shyproblegravemes

411 Deacutefinitions Conception Selon Giordan et al (1994) une conception ou repreacutesentation peut ecirctre consideacutereacutee comme une ideacutee un objet ou un eacutevegravenement qui aide lrsquoeacutelegraveve agrave comprendre le monde qui lrsquoentoure Elle est le fruit de son expeacuterience personnelle dans laquelle il va puiser pour comprendre les nouveaux savoirs que lrsquoon va chercher agrave lui inculquer Elle peut ecirctre consideacutereacutee comme une connaissance ldquodeacutejagrave-shylagraverdquo acquise dans un certain contexte par lrsquoapprenant et qui peut ecirctre correcte ou erroneacutee Les mauvaises conceptions (ou misconception en anglais) peuvent donc ecirctre deacutecrites comme des ideacutees qui proviennent drsquoune mauvaise compreacutehension drsquoobjets ou eacutevegravenements Elles sont issues principalement de lrsquoenvironnement avec lequel lrsquoeacutelegraveve interagit et du contexte dans lequel il se situe mais elles deacutecoulent eacutegalement des systegravemes seacutemiotiques mis en oeuvre Ces derniers sont abordeacutes plus en deacutetail dans ce qui suit Seacutemiologie En seacutemiologie (lrsquoeacutetude des systegravemes de signes) une repreacutesentation (ou un signe) est double elle est doteacutee drsquoun signifiant et drsquoun signifieacute (de Saussure 1916) Le signifiant qui fait lrsquoobjet de la seacutemiologie deacutesigne la forme et laspect du signe tandis que le signifieacute eacutetudieacute dans le cadre de la seacutemantique deacutesigne le concept eacutevoqueacute par le signe A partir du moment ougrave le signe possegravede plusieurs signifieacutes il devient symbole et crsquoest ainsi que les incompreacutehensions peuvent survenir Selon R Duval (1995) le concept de laquo registre seacutemiotique raquo permet de distinguer les repreacutesentations qui relegravevent de diffeacuterents registres ou types visuels numeacuteriques graphiques symboliques formels scheacutematiques etc En didactique ce concept est fondamental car les diffeacuterences de registre au sein drsquoune mecircme repreacutesentation ou drsquoun

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modegravele peut induire des difficulteacutes de lecture Ils risquent drsquoajouter des difficulteacutes suppleacutementaires en empecircchant les eacutelegraveves de se focaliser sur le problegraveme poseacute par lrsquoactiviteacute et les menant agrave formuler des conclusions diffeacuterentes de celles attendues par lrsquoenseignant Crsquoest pour cela qursquoun choix pertinent de registre seacutemiotique facilite la compreacutehension du concept introduit Dans notre cours un exemple typique que nous pouvons donner est la forte ressemblance des diagrammes de Venn pour les synthegraveses additive et soustractive Dans les deux modegraveles les diagrammes sont communeacutement scheacutematiseacutes sous forme circulaire De plus bien que inverseacutees au niveau de leurs superpositions les mecircmes couleurs sont repreacutesenteacutees dans les deux diagrammes Ces similitudes peuvent rendre la diffeacuterenciation complexe pour les eacutelegraveves Crsquoest pourquoi nous avons estimeacute important drsquoapporter un changement agrave la repreacutesentation de ces diagrammes Ainsi dans lrsquoune de nos fiches de synthegravese nous avons preacutefeacutereacute utiliser des formes rectangulaires plutocirct que circulaires pour repreacutesenter la synthegravese soustractive car cette forme eacutevoque plus fortement le filtre et ainsi lrsquoabsorption de la lumiegravere Cadre de rationaliteacute origine des conceptions En srsquoappuyant sur les travaux de R Douady (1984) A Lerouge (1992) deacutefinit laquo un cadre de rationaliteacuteraquo comme laquoun ensemble coheacuterent de fonctionnement de la penseacuteeraquo caracteacuteriseacute principalement par les composantes suivantes

1 Les objets du cadre dans notre cas il peut srsquoagir de peinture de feuille de papier de lampes de poche de filtres etc

2 Le type de processus de conceptualisation Dans un cadre scientifique il peut srsquoagir drsquoun processus par modeacutelisation ou par expeacuterimentation par exemple

3 Les registres seacutemiotiques que nous avons traiteacutes plus haut Les conceptions des eacutelegraveves et les conflits de perceptions en reacutesultant sont issus des diffeacuterents cadres de rationaliteacute dans lesquels ils eacutevoluent Ce sont les cadres familiers (personnel) et culturels (eacutecole) qui sont responsable de ces conceptions et repreacutesentations mentales tantocirct concourantes tantocirct inexistantes voire erroneacutees Elles se manifestent principalement agrave travers la seacutemiotique Les eacutelegraveves eacuteprouvent de la difficulteacute agrave repreacutesenter des objets issus de registres seacutemiotiques diffeacuterents ou encore agrave simplement les reconnaicirctre Dans le contexte de notre seacutequence sur les couleurs ces cadres de rationaliteacute sont centraux En effet crsquoest dans son quotidien et donc dans son cadre familier que lrsquoeacutelegraveve va deacutecouvrir la notion de couleur notamment par le biais de la peinture ou drsquoobservation drsquoarc-shyen-shyciel Cette deacutecouverte qui a souvent lieu tregraves tocirct dans la vie de lrsquoenfant ne fera pourtant pas pour autant lrsquoobjet de questionnement sur le pheacutenomegravene de perception des couleurs La notion de cadre culturel ou scolaire quand agrave elle peut ecirctre eacutetendue dans notre cas agrave deux sous-shycateacutegories de cadres culturels diffeacuterents qui vont ecirctre agrave lrsquoorigine de conceptions erroneacutees ou incomplegravetes Premiegraverement il y a le cadre que nous appelons laquo arts visuelsraquo et qui a ses propres regravegles de rationaliteacutes Les cours de dessin ou drsquoactiviteacutes creacuteatrices en sont de parfaits exemples car crsquoest dans ce cadre que les eacutelegraveves vont premiegraverement aborder la

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theacutematique des couleurs primaires et de leurs meacutelanges Mais cette theacutematique est eacutegalement abordeacutee dans le cadre laquophysiqueraquo agrave travers les expeacuteriences de deacutecomposition de la lumiegravere ou de superposition de lumiegraveres coloreacutees Ainsi nous retrouvons trois cadres de rationaliteacute concourants (familier physique arts visuels) dans lesquels les eacutelegraveves eacutevoluent et qui engendrent indubitablement des conceptions erroneacutees sur la lumiegravere et les couleurs puisque les eacutelegraveves ne sont pas ameneacutes agrave les diffeacuterencier dans chacun des cadres Et comme la communication entre les diffeacuterents cadres nrsquoest pas eacutetablie le lien agrave faire entre les diffeacuterentes conceptions issues de ces cadres est agrave la charge de lrsquoeacutelegraveve ce qui repreacutesente une lourde responsabiliteacute dans son apprentissage Astolfi (2008) appelle eacutegalement ces conceptions issues de diffeacuterents cadres des ldquotrames conceptuelles rdquoqui peuvent ecirctre deacutefinies comme ldquoun ensemble de concepts-shycleacutes propres agrave un domaine et logiquement hieacuterarchiseacutes entre eux qui structurent les disciplines et engendrent des situations-shyproblegravemesrdquo Mais encore on verra eacutemerger des problegravemes de contrat didactique dans chacun des cadres lrsquoeacutelegraveve va tenter de donner une reacuteponse qui va satisfaire lrsquoenseignant sans pour autant ecirctre ameneacute agrave confronter ses conceptions

Situation-shyproblegraveme Pour de Vecchi (2006) une situation-shyproblegraveme est une activiteacute qui consiste agrave mettre lrsquoeacutelegraveve dans une situation ougrave il va ecirctre ameneacute agrave eacutelaborer des strateacutegies de reacutesolution de problegraveme Lrsquoun des points cleacutes des situations-shyproblegravemes est qursquoelles eacutetablissent un lien eacutetroit entre les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves En drsquoautres termes une situation-shyproblegraveme est construite de telle sorte que les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave remettre en question des repreacutesentations actuelles qui srsquoavegraverent erroneacutees agrave les deacuteconstruire pour en construire de nouvelles Ainsi dans une deacutemarche de type constructiviste lrsquoeacutelegraveve construit son savoir en renversant ses anciennes conceptions Une situation-shyproblegraveme nrsquoest donc pas une deacutemarche ponctuelle dans laquelle lrsquoeacutelegraveve devra reacutesoudre une liste drsquoexercices teacuteleacuteguideacutee par lrsquoenseignant Ce qui justifie lrsquoefficaciteacute des situations problegravemes est qursquo laquoapprendreraquo ne consiste pas agrave cumuler les savoirs mais agrave en construire et agrave en deacuteconstruire

Une situation-shyproblegraveme doit comprendre plusieurs eacuteleacutements

-shy Un objectif-shyobstacle Pour Meirieu (1987) un objectif-shyobstacle est ldquoun objectif dont lrsquoacquisition permet au sujet de franchir un palier deacutecisif de progression en modifiant son systegraveme de repreacutesentation et en le faisant acceacuteder un niveau supeacuterieur de formulation rdquo Dans notre cas lrsquoeacutelegraveve pense que tous les meacutelanges de 3 couleurs primaires (de peinture ou de lumiegravere) vont donner le mecircme reacutesultat La distinction entre synthegraveses additive et soustractive nrsquoest pas connue des eacutelegraveves De plus projeter de la lumiegravere monochromatique sur un objet drsquoune certaine couleur ne donne pas toujours la mecircme couleur Lrsquoexemple avec le drapeau (activiteacute 4) est parlant

-shy Une situation centreacutee sur cet obstacle prenant en compte une deacutemarche expeacuterimentale ou une deacutemarche de modeacutelisation Dans notre cours les deux deacutemarches sont mises en oeuvre mais notre deacutemarche principale est la modeacutelisation Les eacutelegraveves vont effectivement ecirctre ameneacutes agrave eacutemettre des hypothegraveses manipuler reacutecolter des reacutesultats et les confronter agrave

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leurs hypothegraveses mais il srsquoagit surtout drsquoune deacutemarche de modeacutelisation car les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave creacuteer des scheacutemas dans plusieurs exercices

-shy Une probleacutematisation et la deacutevolution on probleacutematise la conception erroneacutee en introduisant une situation-shyproblegraveme crsquoest-shyagrave-shydire qursquoon construit un problegraveme centreacute sur lrsquoobstacle La surprise face agrave une situation incoheacuterente va intriguer lrsquoeacutelegraveve exciter sa motivation et le pousser agrave vouloir srsquoimpliquer dans le problegraveme ce qui va aider sa deacutevolution Brousseau (1998) qualifie la notion de deacutevolution par le ldquo processus par lequel lenseignant parvient agrave placer leacutelegraveve comme simple actant dans une situation a-shydidactique (agrave modegravele non didactique) Il cherche par lagrave agrave ce que lrsquoaction de lrsquoeacutelegraveve ne soit produite et justifieacutee que par les neacutecessiteacutes du milieu et par ses connaissances et non par lrsquointerpreacutetation des proceacutedeacutes didactiques du professeurrdquo Pour enrocircler les eacutelegraveves et les aider agrave identifier la probleacutematique en met on place une situation deacuteclenchante Dans notre cas lrsquoexemple avec le meacutelange de peinture et de lumiegraveres coloreacutees est un parfait exemple de situation deacuteclenchante car les eacutelegraveves ne sattendent probablement pas par exemple agrave ce que le meacutelange de vert et bleu donne du cyan ou encore qursquoon perccediloive un citron noir lorsque lrsquoon projette de la lumiegravere bleue sur ce celui-shyci

412 La prise en compte des conceptions des eacutelegraveves dans notre seacutequence La theacutematique de la lumiegravere et des couleurs est complexe et comprend de nombreux concepts difficiles agrave assimiler En effet bon nombre de personnes ont des repreacutesentations erroneacutees qui peuvent rester profondeacutement ancreacutees Parmi les conceptions erroneacutees les plus communes on retrouve selon le site internet des MER

La lumiegravere blanche est sans couleur pure quand la lumiegravere blanche passe dans un prisme ou traverse un filtre de la couleur lui est ajouteacutee

La lumiegravere blanche nous permet de voir la vraie couleur des objets laquoMa feuille est blanche parce que je nai pas ajouteacute dautres couleurs agrave celle-shyciraquo

Les couleurs sont lieacutees agrave des proprieacuteteacutes de lrsquoobjet exclusivement sans reacutefeacuterence agrave la lumiegravere qui eacuteclaire lrsquoobjet Ne dit-shyon pas quun pull est rouge

Confusion entre les couleurs primaires en couleur peinture et en couleur lumiegravere

Dans notre planification nous avons anticipeacute ces conceptions et avons construit notre cours de maniegravere agrave ce qursquoelles soient mises en eacutevidence le plus tocirct possible afin de tenter de les deacuteconstruire agrave travers nos activiteacutes

Ainsi degraves deacutebut de lrsquoactiviteacute 2 les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave une situation-shyproblegraveme dans laquelle ils comprennent qursquoil existe une contradiction entre leur conception de deacutepart sur les meacutelanges de couleurs (issue de leurs cadres de rationaliteacute familier et scolaire lsquorsquoart visuelrsquorsquo) et leurs observations (nouveau cadre lsquorsquophysiquersquorsquo) Crsquoest sur la base de ce conflit cognitif que les diffeacuterentes notions de la seacutequence pourront ecirctre abordeacutees Les autres conceptions sont mises en eacutevidence puis deacuteconstruites agrave travers les diffeacuterentes activiteacutes Par exemple les

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activiteacutes du chapitre 3 permettent de montrer que la lumiegravere blanche nrsquoest pas pure mais qursquoelle est composeacutee de toutes les couleurs et ce gracircce agrave lrsquoobservation des objets agrave la lumiegravere blanche puis agrave travers un filtre

De plus lrsquoactiviteacute 3 srsquoarticule autour drsquoune conception erroneacutee repeacutereacutee dans certaines classes Bon nombre drsquoeacutelegraveves eacutetaient persuadeacutes qursquoun filtre ne laissait pas passer les lumiegraveres de sa couleur propre car crsquoest la couleur dont est perccedilue le filtre Un conflit cognitif est alors provoqueacute afin de deacuteconstruire cette conception les eacutelegraveves observent que la lumiegravere coloreacutee nrsquoest pas absorbeacutee par le filtre mais qursquoelle se propage bien jusqursquoagrave lrsquoeacutecran blanc

En introduction de lrsquoactiviteacute 4 une nouvelle situation-shyproblegraveme est preacutesenteacutee par le biais drsquoune image montrant que la couleur drsquoun objet peut varier en fonction de la lumiegravere coloreacutee par laquelle il est eacuteclaireacute Elle servira agrave provoquer un conflit cognitif chez les eacutelegraveves car cette situation intervient apregraves une phase drsquohypothegravese reacutepondant agrave la question suivante un objet peut-shyil avoir diffeacuterentes couleurs La reacuteponse donneacutee par lrsquoimage contredira probablement lrsquohypothegravese preacuteceacutedemment formuleacutee et devrait susciter de la curiositeacute chez lrsquoeacutelegraveve et lui donner lrsquoenvie de comprendre le pheacutenomegravene Nous deacutemontrons ensuite tout au long de lrsquoactiviteacute 4 sur les lumiegraveres coloreacutees que crsquoest le pheacutenomegravene drsquoabsorption et de reacuteflection de la lumiegravere qui nous permet de voir la couleur des objets et non pas la lumiegravere blanche Crsquoest donc par le biais de ces deacuteconstructions successives de conceptions que lrsquoenseignant peut guider les eacutelegraveves sur la voie de la reacutesolution du problegraveme de lrsquoorigine de ces contradictions dans le but drsquoeacutetablir le lien entre les diffeacuterents cadres de rationaliteacute

42 Modeacutelisation

421 Deacutefinition

Un modegravele est communeacutement deacutefini comme un objet ou un concept qui va permettre de repreacutesenter la reacutealiteacute de diffeacuterentes maniegraveres Bunge (1974) ou encore Martinand (1994) le deacutefinissent eacutegalement comme un moyen permettant de mettre en relation le monde theacuteorique avec le monde empirique Il peut ecirctre consideacutereacute en quelque sorte comme un monde intermeacutediaire ou une sorte de lunette conceptuelle (Halloun 2004) qui va permettre drsquoobserver des pheacutenomegravenes naturels Un modegravele ne constitue pas la reacutealiteacute mais la repreacutesente en simplifiant certains de ses aspects ce qui peut causer des conflits pour les repreacutesentations cognitives chez lrsquoeacutelegraveve

422 La modeacutelisation dans notre seacutequence Dans notre planification la modeacutelisation est centrale afin de conceptualiser des pheacutenomegravenes complexes comme la composition de la lumiegravere et la perception des couleurs Elle est lrsquooutil qui permet drsquoamener les eacutelegraveves agrave se faccedilonner une repreacutesentation de la deacutecomposition de la lumiegravere blanche de labsorption de la lumiegravere agrave travers les filtres et des synthegraveses additive et soustractive des couleurs

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De plus elle constitue un objectif de formation meacutethodologique qui va de pair avec toute formation scientifique Crsquoest pourquoi nous avons inclus la modeacutelisation dans les objectifs drsquoapprentissage Dans la terminologie du PER la modeacutelisation correspond agrave lrsquoobjectif geacuteneacuteral MSN37

bull MSN 1525 mdash Modeacuteliser des pheacutenomegravenes naturels techniques sociaux ou des situations matheacutematiques

bull en imaginant et en utilisant divers outils de repreacutesentation (codes scheacutemas graphiques tableauxhellip)

Lrsquoactiviteacute 2 propose aux eacutelegraveves de reporter les couleurs observeacutees sur trois cercles superposeacutes En les coloriant les eacutelegraveves reacutealisent en reacutealiteacute une forme simple de modeacutelisation par un diagramme de Venn de la synthegravese additive Il nous a sembleacute pertinent drsquointroduire ce scheacutema de cette maniegravere car ainsi les eacutelegraveves comprennent reacuteellement qursquoil correspond agrave la lumiegravere projeteacutee et superposeacutee sur un eacutecran En derniegravere partie drsquoactiviteacute les eacutelegraveves se familiarisent avec un logiciel de modeacutelisation de la synthegravese additive 3

Lrsquoutilisation drsquoun modegravele dans ce cas est indispensable pour des raisons pratiques Il serait en effet tregraves difficile de faire des observations similaires avec un dispositif reacuteel constitueacute de projecteurs et drsquoun eacutecran comme dans la premiegravere partie drsquoactiviteacute Nous avons veilleacute agrave choisir un logiciel simple drsquousage sur lequel seules deux manipulations sont possibles allumereacuteteindre les projecteurs et varier leurs intensiteacutes Ainsi il est possible pour les eacutelegraveves de faire rapidement et sans difficulteacutes de lrsquoordre du registre seacutemiotique la deacuteduction attendue les diffeacuterentes couleurs srsquoobtiennent par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

Dans lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves sont ameneacutes agrave modeacuteliser lrsquoeffet drsquoun filtre sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee Ils ancrent ainsi le fonctionnement drsquoun filtre dans leur apprentissage et deacuteveloppent une meacutethodologie systeacutematique dans la reacutesolution de problegravemes mettant en scegravene des filtres Gracircce au modegravele deacuteveloppeacute les eacutelegraveves deacuteconstruisent deacutefinitivement leur eacuteventuelle conception erroneacutee selon laquelle un filtre absorberait sa propre couleur Lrsquoactiviteacute 43 a pour but que les eacutelegraveves modeacutelisent les pheacutenomegravenes de reacutefraction et drsquoabsorption en justifiant leur reacuteponse par un modegravele de reacuteponse Ce dernier comprend les couleurs RVB qui se reflegravetent ou qui sont absorbeacutees par une surface Ainsi lrsquoeacutelegraveve peut trouver une meacutethode systeacutematique de reacuteponse en testant les diffeacuterentes couleurs Gracircce agrave cette modeacutelisation et agrave celle de lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves comprennent que les fonctionnements des filtres et des lumiegraveres coloreacutees sont fondeacutes sur le mecircme principe

3(httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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43 Deacutemarche expeacuterimentale

431 Deacutefinition Pour de Vecchi il est important de ne pas confondre les notions lieacutees agrave lrsquoexpeacuterimental qui sont les suivantes

-shy Une deacutemarche scientifique nrsquoest pas exclusive au domaine des sciences expeacuterimentales mais peut aussi ecirctre mobiliseacutee dans les sciences humaines socialeshellip Elle utilise drsquoautres outils que lrsquoexpeacuterimentale Toute recherche digne de ce nom est de nature scientifique

-shy La meacutethode expeacuterimentale eacutequivaut plutocirct agrave un plan agrave suivre un mode drsquoemploi ou agrave une marche agrave suivre qui suit un ordre strict que lrsquoon peut aussi appeler protocole Par exemple parmi les plus ceacutelegravebres protocoles nous retrouvons celui de Claude Bernard (1865) que lrsquoon abregravege par les initiales OHERIC qui correspondent agrave observation hypothegravese expeacuterience reacutesultats interpreacutetation et conclusion De maniegravere geacuteneacuterale il srsquoagit du protocole caricatural que lrsquoon emploie le plus souvent dans les salles de classes

-shy Une deacutemarche expeacuterimentale est une approche plus reacutealiste moins stricte et integravegre

une approche plus tacirctonnante Il nrsquoest pas constitueacute drsquoeacutetapes preacutedeacutetermineacutees et est donc moins affecteacutee par les directives de lrsquoenseignant Il peut donc laisser des liberteacutes dans la maniegravere de reacutesoudre le problegraveme

432 La deacutemarche expeacuterimentale dans notre seacutequence Dans notre seacutequence la meacutethode expeacuterimentale est preacutesente de maniegravere partielle du scheacutema caricatural OHERIC nous nous inteacuteressons en particulier aux phases drsquoobservation et drsquoeacutemission drsquohypothegraveses Crsquoest pourquoi nous parlons donc plutocirct de ldquodeacutemarche expeacuterimentalerdquo En effet tout au long des diffeacuterentes activiteacutes il est reacuteguliegraverement demandeacute aux eacutelegraveves de formuler une hypothegravese agrave partir de leurs connaissances au preacutealable puis de faire de nouvelles observations en contexte expeacuterimental Crsquoest sur la base de ces derniegraveres qursquoils pourront reacutealiser leurs deacuteductions sur le pheacutenomegravene en question et construire de nouvelles conceptions Dans lrsquoactiviteacute 2 ce type de deacutemarche est central pour la creacuteation de la premiegravere situation-shyproblegraveme Par la suite la deacutemarche permet de guider les eacutelegraveves dans le processus de deacuteduction du fonctionnement geacuteneacuteral des diffeacuterents pheacutenomegravenes Dans lrsquoactiviteacute 41 par exemple les pheacutenomegravenes agrave deacuteduire sont la synthegravese soustractive et le fonctionnement de la lumiegravere coloreacutee Lrsquoemploi drsquoobjets familiers permet un ancrage dans le quotidien

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Dans lrsquoactiviteacute 3 lrsquoeacutetude de lrsquoeffet des filtres constitue agrave son tour un deacutemarche expeacuterimentale En effet les eacutelegraveves doivent tout drsquoabord eacutemettre leurs hypothegraveses puis les veacuterifient par lrsquoexpeacuterimentation et ses reacutesultats provoquant probablement un conflit cognitif avant drsquoen conclure lrsquoeffet drsquoun filtre Dans lrsquoactiviteacute 42 nous retrouvons toujours le mecircme principe de deacutemarche expeacuterimentale Les eacutelegraveves formulent des hypothegraveses sur la couleur perccedilue de diffeacuterents mots coloreacutes eacuteclaireacutes par une lumiegravere coloreacutee puis les veacuterifient lors de la phase drsquoobservation La confrontation entre leurs attentes lieacutees agrave leurs conceptions et la reacutealiteacute creacutee le conflit cognitif rechercheacute

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5 Conclusion Pour seacutelectionner notre thegraveme et eacutelaborer notre seacutequence nous nous sommes fondeacutes sur les objectifs du PER et crsquoest sur lrsquooptique que notre choix srsquoest porteacute Le savoir savant auquel nous nous sommes reacutefeacutereacutes comprend principalement des concepts lieacutes agrave la lumiegravere tels que les photons les ondes eacutelectromagneacutetiques ainsi que les spectres drsquoeacutemission et drsquoabsorption Nous avons transposeacute ce savoir en un savoir enseignable par le biais drsquoun travail de contextualisation et de reacuteadaptation Nous avons eacuteteacute ameneacutes agrave remplacer des modegraveles scientifiques (par exemple les modegraveles de synthegraveses additive et soustractive) par des modegraveles accessibles agrave un niveau scolaire et agrave changer les conditions drsquoeacutemergence des problegravemes Ainsi notre travail de transposition consistait agrave montrer aux eacutelegraveves la partie eacutemergeacutee de lrsquoiceberg du concept de couleur le reacutesultat apparent plutocirct que lrsquoorigine eacutelectromagneacutetique Tout au long de la seacutequence et par le biais de situations-shyproblegravemes et de diffeacuterentes eacutetapes de reacutesolution des activiteacutes les eacutelegraveves ont eacuteteacute guideacutes dans le processus de construction de leur apprentissage En nous focalisant sur les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves nous avons eacutelaboreacute nos exercices de maniegravere agrave proposer des situations deacuteclenchantes afin de faciliter le transfert de la responsabiliteacute de la reacutesolution des problegravemes aux eacutelegraveves Cette derniegravere srsquoeffectue par des deacutemarches drsquoexpeacuterimentation mais surtout de modeacutelisation

Dans notre sceacutenario les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave deux types de donneacutees theacuteoriques et empiriques Drsquoune part ils ont agrave disposition deux theacuteories principales la premiegravere est que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs de lrsquoarc-shyen-shyciel tandis que la seconde deacutecrit l a maniegravere dont la couleur drsquoun objet deacutepend des couleurs qursquoil va absorber Drsquoautre part ils disposent de donneacutees empiriques qursquoils sont ameneacutes agrave reacutecolter en superposant des lumiegraveres de diffeacuterentes couleurs en meacutelangeant de la peinture et en projetant de la lumiegravere coloreacutee sur diffeacuterents objets coloreacutes Dans le cadre drsquoune deacutemarche drsquoexpeacuterimentation ils ont eacutemis des hypothegraveses observeacute manipuleacute du mateacuteriel utiliseacute des appliquettes en ligne et veacuterifieacute leurs reacutesultats Crsquoest ainsi les modegraveles que nous avons preacutesenteacutes et que les eacutelegraveves ont eacutelaboreacutes vont ecirctre des ponts qui vont relier le monde theacuteorique et le monde empirique Par ailleurs nous avons eacuteteacute attentifs agrave la seacutemiotique lors de nos choix des repreacutesentations utiliseacutees nous nous sommes reacutefeacutereacutes agrave la notion de registre seacutemiotique afin drsquoeacutelaborer des scheacutemas nrsquoengendrant pas de difficulteacutes de lecture chez les eacutelegraveves

Nous avons analyseacute lrsquoorigine des conceptions erroneacutees et avons remarqueacute qursquoelles eacutetaient principalement dues agrave des repreacutesentations concourantes engendreacutees par les diffeacuterents contextes et cadres de rationaliteacutes dans lesquelles les eacutelegraveves eacutevoluent Notre sceacutenario permet aux eacutelegraveves drsquoeacutetablir des liens entre ces diffeacuterents cadres et de construire une nouvelle repreacutesentation de la couleur celle drsquoun objet de la physique

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6 Bibliographie

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Meirieu P Avanzin Gi (1987) Apprendre oui mais comment Edition ESF Verret M (1975) Le temps des eacutetudes (Vols 1ndash2) Lille France Atelier Reproduction des thegraveses

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Page 59: Physique Optique Lescouleurs · Sciences naturelles Les couleurs 10 11 Harmos 1.Introduction Comme nous allons le détailler dans le chapitre 4, les conceptions erronées des élèves

Exercice 3

Diffeacuterentes lumiegravere coloreacutees traversent des filtres coloreacutes De quelle couleur sera

preacuteciseacutement la lumiegravere coloreacutee observeacutee agrave la sortie de chaque montage

1 Une lumiegravere blanche traverse un filtre vert

____________________________ (vert)

2 Une lumiegravere magenta traverse un filtre cyan

____________________________ (bleu)

3 Une lumiegravere cyan traverse un filtre jaune puis un filtre rouge

____________________________ (aucunenoir)

Repreacutesente la 3egraveme situation par un modegravele leacutegendeacute

(selon modegravele eacutetudieacute)

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

(les deux selon que lrsquo‛on parle de synthegravese additive ou soustractive)

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

Bleu

______

Bleu

______

Noir

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________ (lumiegravere rouge)

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

Noir

______

Rouge

______

Rouge

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

(Bleu)

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

(selon modegravele eacutetudieacute)

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

(Explication citant la synthegravese soustractive et lrsquo‛effet des lumiegraveres coloreacutees

concerneacutees sur le haut du cambrioleur)

Evaluation - Analyse

Ce commentaire comprend les diffeacuterents objectifs eacutevalueacutes ainsi que ce qui est attendu

preacuteciseacutement des eacutelegraveves et les niveaux taxonomiques correspondants

Ce sont des pistes drsquo‛eacutevaluation qui sont ici proposeacutees non une eacutevaluation suivie

Exercice 1

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- Mettre en lien des notions theacuteoriques apprises en cours (cocircnes et

bacirctonnets de lrsquo‛oeil) avec drsquo‛autres (synthegravese additive)

Lrsquo‛eacutevaluation deacutebute par deux questions au niveau taxonomique peu eacuteleveacute La

premiegravere de lrsquo‛ordre de la compreacutehension demande aux eacutelegraveves de restituer une

connaissance de base agrave lrsquo‛aide de leurs propres mots La deuxiegraveme propose de

tester les connaissances theacuteoriques des eacutelegraveves en veacuterifiant que des liens entre

deux notions aient eacuteteacute faits

Exercice 2

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutedire la couleur perccedilue en fonction des meacutelanges de couleurs RVB

- deacutechiffrer un scheacutema et les codes de la repreacutesentation de la trajectoire

des lumiegraveres coloreacutees

Le deuxiegraveme exercice relegraveve du niveau taxonomique de lrsquo‛application car il

neacutecessite une compreacutehension de la maniegravere de repreacutesenter la lumiegravere (scheacutema de

la trajectoire rectiligne codes de couleurs RVB) et drsquo‛appliquer ce modegravele tout en

utilisant les connaissances des couleurs fondamentales et compleacutementaires de la

synthegravese additive

Exercice 3

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet drsquo‛un filtre sur une lumiegravere coloreacutee agrave lrsquo‛aide des codes

propres agrave lrsquo‛optique

Lrsquo‛exercice 3 relegraveve de lrsquo‛application car les eacutelegraveves se reacutefegraverent agrave la modeacutelisation

eacutetablie durant le cours et au diagramme de Venn de la synthegravese soustractive et

les adaptent aux items preacutesenteacutes

Exercice 4

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- mettre en perspective la distinction entre synthegravese additive et

soustractive en terme de lsquorsquo‛naturersquo‛rsquo‛ de la couleur (couleurs matiegraveres vs

couleurs lumiegraveres)

Cet exercice requiert des eacutelegraveves qursquo‛ils mobilisent leur faculteacute drsquo‛analyse (niveau

taxonomique plutocirct eacuteleveacute) pour expliquer les diffeacuterences entre les

repreacutesentations de la couleur en arts visuels et en physique Le but est qursquo‛ils

reconnaissent qursquo‛il srsquo‛agit dans le premier cas de la synthegravese soustractive et dans

le second cas de la synthegravese additive

Exercice 5

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutevoir la couleur perccedilue drsquo‛un objet en fonction des lumiegraveres coloreacutees

projeteacutees et coder le pheacutenomegravene

Les eacutelegraveves appliquent la modeacutelisation drsquo‛une lumiegravere coloreacutee sur un objet coloreacute

pour deacuteterminer la couleur perccedilue du drapeau franccedilais Cette question fait

reacutefeacuterence agrave un niveau taxonomique bas Puis ils trouvent la lumiegravere coloreacutee qui

permet de voir les deux drapeaux preacutesenteacutes de la mecircme couleur Ils trouveront

cette reacuteponse en modeacutelisant les lumiegraveres coloreacutees sur lrsquo‛objet de couleur

Plusieurs scheacutemas sont neacutecessaires pour trouver la reacuteponse Crsquo‛est une question

taxonomiquement haute qui demande aux eacutelegraveves de faire une synthegravese

Exercice 6

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet de la lumiegravere coloreacutee sur un objet et en deacuteduire la

couleur perccedilue

- justifier sa reacuteponse avec des mots en faisant la synthegravese des diffeacuterents

concepts vus dans la seacutequence de cours

Les eacutelegraveves doivent comprendre ce qursquo‛ils lisent et deacuteterminer la couleur propre du

haut du cambrioleur Cette question est taxonomiquement haute elle demande de

lrsquo‛analyse Puis ils justifient leur reacuteponse par le modegravele de lrsquo‛effet de la lumiegravere

coloreacutee sur un objet Cette question est drsquo‛un niveau taxonomique infeacuterieur

drsquo‛application Finalement ils deacuteterminent pourquoi la description de la jeune fille

ne correspond pas agrave la couleur propre en faisant le lien avec la synthegravese

soustractive demandant un niveau taxonomiquement tregraves eacuteleveacute la synthegravese

Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

4 Argumentation scientifique Nous avons choisi de construire notre seacutequence de cours de maniegravere agrave ce qursquoelle srsquoinscrive dans une deacutemarche constructiviste de type piageacutetienne Dans cette deacutemarche lrsquoenseignant anticipe les conceptions erroneacutees que les eacutelegraveves peuvent avoir puis eacutetablit une situation-shyproblegraveme permettant ideacutealement de deacuteconstruire ces repreacutesentations incomplegravetes puis finalement drsquoen construire de nouvelles plus justes Dans ce qui suit nous allons deacutefinir ces diffeacuterents concepts mis en eacutevidence puis expliciter la maniegravere dont nous les avons pris en compte dans notre planification

41 Les conceptions des eacutelegraveves et les situations-shyproblegravemes

411 Deacutefinitions Conception Selon Giordan et al (1994) une conception ou repreacutesentation peut ecirctre consideacutereacutee comme une ideacutee un objet ou un eacutevegravenement qui aide lrsquoeacutelegraveve agrave comprendre le monde qui lrsquoentoure Elle est le fruit de son expeacuterience personnelle dans laquelle il va puiser pour comprendre les nouveaux savoirs que lrsquoon va chercher agrave lui inculquer Elle peut ecirctre consideacutereacutee comme une connaissance ldquodeacutejagrave-shylagraverdquo acquise dans un certain contexte par lrsquoapprenant et qui peut ecirctre correcte ou erroneacutee Les mauvaises conceptions (ou misconception en anglais) peuvent donc ecirctre deacutecrites comme des ideacutees qui proviennent drsquoune mauvaise compreacutehension drsquoobjets ou eacutevegravenements Elles sont issues principalement de lrsquoenvironnement avec lequel lrsquoeacutelegraveve interagit et du contexte dans lequel il se situe mais elles deacutecoulent eacutegalement des systegravemes seacutemiotiques mis en oeuvre Ces derniers sont abordeacutes plus en deacutetail dans ce qui suit Seacutemiologie En seacutemiologie (lrsquoeacutetude des systegravemes de signes) une repreacutesentation (ou un signe) est double elle est doteacutee drsquoun signifiant et drsquoun signifieacute (de Saussure 1916) Le signifiant qui fait lrsquoobjet de la seacutemiologie deacutesigne la forme et laspect du signe tandis que le signifieacute eacutetudieacute dans le cadre de la seacutemantique deacutesigne le concept eacutevoqueacute par le signe A partir du moment ougrave le signe possegravede plusieurs signifieacutes il devient symbole et crsquoest ainsi que les incompreacutehensions peuvent survenir Selon R Duval (1995) le concept de laquo registre seacutemiotique raquo permet de distinguer les repreacutesentations qui relegravevent de diffeacuterents registres ou types visuels numeacuteriques graphiques symboliques formels scheacutematiques etc En didactique ce concept est fondamental car les diffeacuterences de registre au sein drsquoune mecircme repreacutesentation ou drsquoun

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modegravele peut induire des difficulteacutes de lecture Ils risquent drsquoajouter des difficulteacutes suppleacutementaires en empecircchant les eacutelegraveves de se focaliser sur le problegraveme poseacute par lrsquoactiviteacute et les menant agrave formuler des conclusions diffeacuterentes de celles attendues par lrsquoenseignant Crsquoest pour cela qursquoun choix pertinent de registre seacutemiotique facilite la compreacutehension du concept introduit Dans notre cours un exemple typique que nous pouvons donner est la forte ressemblance des diagrammes de Venn pour les synthegraveses additive et soustractive Dans les deux modegraveles les diagrammes sont communeacutement scheacutematiseacutes sous forme circulaire De plus bien que inverseacutees au niveau de leurs superpositions les mecircmes couleurs sont repreacutesenteacutees dans les deux diagrammes Ces similitudes peuvent rendre la diffeacuterenciation complexe pour les eacutelegraveves Crsquoest pourquoi nous avons estimeacute important drsquoapporter un changement agrave la repreacutesentation de ces diagrammes Ainsi dans lrsquoune de nos fiches de synthegravese nous avons preacutefeacutereacute utiliser des formes rectangulaires plutocirct que circulaires pour repreacutesenter la synthegravese soustractive car cette forme eacutevoque plus fortement le filtre et ainsi lrsquoabsorption de la lumiegravere Cadre de rationaliteacute origine des conceptions En srsquoappuyant sur les travaux de R Douady (1984) A Lerouge (1992) deacutefinit laquo un cadre de rationaliteacuteraquo comme laquoun ensemble coheacuterent de fonctionnement de la penseacuteeraquo caracteacuteriseacute principalement par les composantes suivantes

1 Les objets du cadre dans notre cas il peut srsquoagir de peinture de feuille de papier de lampes de poche de filtres etc

2 Le type de processus de conceptualisation Dans un cadre scientifique il peut srsquoagir drsquoun processus par modeacutelisation ou par expeacuterimentation par exemple

3 Les registres seacutemiotiques que nous avons traiteacutes plus haut Les conceptions des eacutelegraveves et les conflits de perceptions en reacutesultant sont issus des diffeacuterents cadres de rationaliteacute dans lesquels ils eacutevoluent Ce sont les cadres familiers (personnel) et culturels (eacutecole) qui sont responsable de ces conceptions et repreacutesentations mentales tantocirct concourantes tantocirct inexistantes voire erroneacutees Elles se manifestent principalement agrave travers la seacutemiotique Les eacutelegraveves eacuteprouvent de la difficulteacute agrave repreacutesenter des objets issus de registres seacutemiotiques diffeacuterents ou encore agrave simplement les reconnaicirctre Dans le contexte de notre seacutequence sur les couleurs ces cadres de rationaliteacute sont centraux En effet crsquoest dans son quotidien et donc dans son cadre familier que lrsquoeacutelegraveve va deacutecouvrir la notion de couleur notamment par le biais de la peinture ou drsquoobservation drsquoarc-shyen-shyciel Cette deacutecouverte qui a souvent lieu tregraves tocirct dans la vie de lrsquoenfant ne fera pourtant pas pour autant lrsquoobjet de questionnement sur le pheacutenomegravene de perception des couleurs La notion de cadre culturel ou scolaire quand agrave elle peut ecirctre eacutetendue dans notre cas agrave deux sous-shycateacutegories de cadres culturels diffeacuterents qui vont ecirctre agrave lrsquoorigine de conceptions erroneacutees ou incomplegravetes Premiegraverement il y a le cadre que nous appelons laquo arts visuelsraquo et qui a ses propres regravegles de rationaliteacutes Les cours de dessin ou drsquoactiviteacutes creacuteatrices en sont de parfaits exemples car crsquoest dans ce cadre que les eacutelegraveves vont premiegraverement aborder la

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theacutematique des couleurs primaires et de leurs meacutelanges Mais cette theacutematique est eacutegalement abordeacutee dans le cadre laquophysiqueraquo agrave travers les expeacuteriences de deacutecomposition de la lumiegravere ou de superposition de lumiegraveres coloreacutees Ainsi nous retrouvons trois cadres de rationaliteacute concourants (familier physique arts visuels) dans lesquels les eacutelegraveves eacutevoluent et qui engendrent indubitablement des conceptions erroneacutees sur la lumiegravere et les couleurs puisque les eacutelegraveves ne sont pas ameneacutes agrave les diffeacuterencier dans chacun des cadres Et comme la communication entre les diffeacuterents cadres nrsquoest pas eacutetablie le lien agrave faire entre les diffeacuterentes conceptions issues de ces cadres est agrave la charge de lrsquoeacutelegraveve ce qui repreacutesente une lourde responsabiliteacute dans son apprentissage Astolfi (2008) appelle eacutegalement ces conceptions issues de diffeacuterents cadres des ldquotrames conceptuelles rdquoqui peuvent ecirctre deacutefinies comme ldquoun ensemble de concepts-shycleacutes propres agrave un domaine et logiquement hieacuterarchiseacutes entre eux qui structurent les disciplines et engendrent des situations-shyproblegravemesrdquo Mais encore on verra eacutemerger des problegravemes de contrat didactique dans chacun des cadres lrsquoeacutelegraveve va tenter de donner une reacuteponse qui va satisfaire lrsquoenseignant sans pour autant ecirctre ameneacute agrave confronter ses conceptions

Situation-shyproblegraveme Pour de Vecchi (2006) une situation-shyproblegraveme est une activiteacute qui consiste agrave mettre lrsquoeacutelegraveve dans une situation ougrave il va ecirctre ameneacute agrave eacutelaborer des strateacutegies de reacutesolution de problegraveme Lrsquoun des points cleacutes des situations-shyproblegravemes est qursquoelles eacutetablissent un lien eacutetroit entre les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves En drsquoautres termes une situation-shyproblegraveme est construite de telle sorte que les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave remettre en question des repreacutesentations actuelles qui srsquoavegraverent erroneacutees agrave les deacuteconstruire pour en construire de nouvelles Ainsi dans une deacutemarche de type constructiviste lrsquoeacutelegraveve construit son savoir en renversant ses anciennes conceptions Une situation-shyproblegraveme nrsquoest donc pas une deacutemarche ponctuelle dans laquelle lrsquoeacutelegraveve devra reacutesoudre une liste drsquoexercices teacuteleacuteguideacutee par lrsquoenseignant Ce qui justifie lrsquoefficaciteacute des situations problegravemes est qursquo laquoapprendreraquo ne consiste pas agrave cumuler les savoirs mais agrave en construire et agrave en deacuteconstruire

Une situation-shyproblegraveme doit comprendre plusieurs eacuteleacutements

-shy Un objectif-shyobstacle Pour Meirieu (1987) un objectif-shyobstacle est ldquoun objectif dont lrsquoacquisition permet au sujet de franchir un palier deacutecisif de progression en modifiant son systegraveme de repreacutesentation et en le faisant acceacuteder un niveau supeacuterieur de formulation rdquo Dans notre cas lrsquoeacutelegraveve pense que tous les meacutelanges de 3 couleurs primaires (de peinture ou de lumiegravere) vont donner le mecircme reacutesultat La distinction entre synthegraveses additive et soustractive nrsquoest pas connue des eacutelegraveves De plus projeter de la lumiegravere monochromatique sur un objet drsquoune certaine couleur ne donne pas toujours la mecircme couleur Lrsquoexemple avec le drapeau (activiteacute 4) est parlant

-shy Une situation centreacutee sur cet obstacle prenant en compte une deacutemarche expeacuterimentale ou une deacutemarche de modeacutelisation Dans notre cours les deux deacutemarches sont mises en oeuvre mais notre deacutemarche principale est la modeacutelisation Les eacutelegraveves vont effectivement ecirctre ameneacutes agrave eacutemettre des hypothegraveses manipuler reacutecolter des reacutesultats et les confronter agrave

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leurs hypothegraveses mais il srsquoagit surtout drsquoune deacutemarche de modeacutelisation car les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave creacuteer des scheacutemas dans plusieurs exercices

-shy Une probleacutematisation et la deacutevolution on probleacutematise la conception erroneacutee en introduisant une situation-shyproblegraveme crsquoest-shyagrave-shydire qursquoon construit un problegraveme centreacute sur lrsquoobstacle La surprise face agrave une situation incoheacuterente va intriguer lrsquoeacutelegraveve exciter sa motivation et le pousser agrave vouloir srsquoimpliquer dans le problegraveme ce qui va aider sa deacutevolution Brousseau (1998) qualifie la notion de deacutevolution par le ldquo processus par lequel lenseignant parvient agrave placer leacutelegraveve comme simple actant dans une situation a-shydidactique (agrave modegravele non didactique) Il cherche par lagrave agrave ce que lrsquoaction de lrsquoeacutelegraveve ne soit produite et justifieacutee que par les neacutecessiteacutes du milieu et par ses connaissances et non par lrsquointerpreacutetation des proceacutedeacutes didactiques du professeurrdquo Pour enrocircler les eacutelegraveves et les aider agrave identifier la probleacutematique en met on place une situation deacuteclenchante Dans notre cas lrsquoexemple avec le meacutelange de peinture et de lumiegraveres coloreacutees est un parfait exemple de situation deacuteclenchante car les eacutelegraveves ne sattendent probablement pas par exemple agrave ce que le meacutelange de vert et bleu donne du cyan ou encore qursquoon perccediloive un citron noir lorsque lrsquoon projette de la lumiegravere bleue sur ce celui-shyci

412 La prise en compte des conceptions des eacutelegraveves dans notre seacutequence La theacutematique de la lumiegravere et des couleurs est complexe et comprend de nombreux concepts difficiles agrave assimiler En effet bon nombre de personnes ont des repreacutesentations erroneacutees qui peuvent rester profondeacutement ancreacutees Parmi les conceptions erroneacutees les plus communes on retrouve selon le site internet des MER

La lumiegravere blanche est sans couleur pure quand la lumiegravere blanche passe dans un prisme ou traverse un filtre de la couleur lui est ajouteacutee

La lumiegravere blanche nous permet de voir la vraie couleur des objets laquoMa feuille est blanche parce que je nai pas ajouteacute dautres couleurs agrave celle-shyciraquo

Les couleurs sont lieacutees agrave des proprieacuteteacutes de lrsquoobjet exclusivement sans reacutefeacuterence agrave la lumiegravere qui eacuteclaire lrsquoobjet Ne dit-shyon pas quun pull est rouge

Confusion entre les couleurs primaires en couleur peinture et en couleur lumiegravere

Dans notre planification nous avons anticipeacute ces conceptions et avons construit notre cours de maniegravere agrave ce qursquoelles soient mises en eacutevidence le plus tocirct possible afin de tenter de les deacuteconstruire agrave travers nos activiteacutes

Ainsi degraves deacutebut de lrsquoactiviteacute 2 les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave une situation-shyproblegraveme dans laquelle ils comprennent qursquoil existe une contradiction entre leur conception de deacutepart sur les meacutelanges de couleurs (issue de leurs cadres de rationaliteacute familier et scolaire lsquorsquoart visuelrsquorsquo) et leurs observations (nouveau cadre lsquorsquophysiquersquorsquo) Crsquoest sur la base de ce conflit cognitif que les diffeacuterentes notions de la seacutequence pourront ecirctre abordeacutees Les autres conceptions sont mises en eacutevidence puis deacuteconstruites agrave travers les diffeacuterentes activiteacutes Par exemple les

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activiteacutes du chapitre 3 permettent de montrer que la lumiegravere blanche nrsquoest pas pure mais qursquoelle est composeacutee de toutes les couleurs et ce gracircce agrave lrsquoobservation des objets agrave la lumiegravere blanche puis agrave travers un filtre

De plus lrsquoactiviteacute 3 srsquoarticule autour drsquoune conception erroneacutee repeacutereacutee dans certaines classes Bon nombre drsquoeacutelegraveves eacutetaient persuadeacutes qursquoun filtre ne laissait pas passer les lumiegraveres de sa couleur propre car crsquoest la couleur dont est perccedilue le filtre Un conflit cognitif est alors provoqueacute afin de deacuteconstruire cette conception les eacutelegraveves observent que la lumiegravere coloreacutee nrsquoest pas absorbeacutee par le filtre mais qursquoelle se propage bien jusqursquoagrave lrsquoeacutecran blanc

En introduction de lrsquoactiviteacute 4 une nouvelle situation-shyproblegraveme est preacutesenteacutee par le biais drsquoune image montrant que la couleur drsquoun objet peut varier en fonction de la lumiegravere coloreacutee par laquelle il est eacuteclaireacute Elle servira agrave provoquer un conflit cognitif chez les eacutelegraveves car cette situation intervient apregraves une phase drsquohypothegravese reacutepondant agrave la question suivante un objet peut-shyil avoir diffeacuterentes couleurs La reacuteponse donneacutee par lrsquoimage contredira probablement lrsquohypothegravese preacuteceacutedemment formuleacutee et devrait susciter de la curiositeacute chez lrsquoeacutelegraveve et lui donner lrsquoenvie de comprendre le pheacutenomegravene Nous deacutemontrons ensuite tout au long de lrsquoactiviteacute 4 sur les lumiegraveres coloreacutees que crsquoest le pheacutenomegravene drsquoabsorption et de reacuteflection de la lumiegravere qui nous permet de voir la couleur des objets et non pas la lumiegravere blanche Crsquoest donc par le biais de ces deacuteconstructions successives de conceptions que lrsquoenseignant peut guider les eacutelegraveves sur la voie de la reacutesolution du problegraveme de lrsquoorigine de ces contradictions dans le but drsquoeacutetablir le lien entre les diffeacuterents cadres de rationaliteacute

42 Modeacutelisation

421 Deacutefinition

Un modegravele est communeacutement deacutefini comme un objet ou un concept qui va permettre de repreacutesenter la reacutealiteacute de diffeacuterentes maniegraveres Bunge (1974) ou encore Martinand (1994) le deacutefinissent eacutegalement comme un moyen permettant de mettre en relation le monde theacuteorique avec le monde empirique Il peut ecirctre consideacutereacute en quelque sorte comme un monde intermeacutediaire ou une sorte de lunette conceptuelle (Halloun 2004) qui va permettre drsquoobserver des pheacutenomegravenes naturels Un modegravele ne constitue pas la reacutealiteacute mais la repreacutesente en simplifiant certains de ses aspects ce qui peut causer des conflits pour les repreacutesentations cognitives chez lrsquoeacutelegraveve

422 La modeacutelisation dans notre seacutequence Dans notre planification la modeacutelisation est centrale afin de conceptualiser des pheacutenomegravenes complexes comme la composition de la lumiegravere et la perception des couleurs Elle est lrsquooutil qui permet drsquoamener les eacutelegraveves agrave se faccedilonner une repreacutesentation de la deacutecomposition de la lumiegravere blanche de labsorption de la lumiegravere agrave travers les filtres et des synthegraveses additive et soustractive des couleurs

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De plus elle constitue un objectif de formation meacutethodologique qui va de pair avec toute formation scientifique Crsquoest pourquoi nous avons inclus la modeacutelisation dans les objectifs drsquoapprentissage Dans la terminologie du PER la modeacutelisation correspond agrave lrsquoobjectif geacuteneacuteral MSN37

bull MSN 1525 mdash Modeacuteliser des pheacutenomegravenes naturels techniques sociaux ou des situations matheacutematiques

bull en imaginant et en utilisant divers outils de repreacutesentation (codes scheacutemas graphiques tableauxhellip)

Lrsquoactiviteacute 2 propose aux eacutelegraveves de reporter les couleurs observeacutees sur trois cercles superposeacutes En les coloriant les eacutelegraveves reacutealisent en reacutealiteacute une forme simple de modeacutelisation par un diagramme de Venn de la synthegravese additive Il nous a sembleacute pertinent drsquointroduire ce scheacutema de cette maniegravere car ainsi les eacutelegraveves comprennent reacuteellement qursquoil correspond agrave la lumiegravere projeteacutee et superposeacutee sur un eacutecran En derniegravere partie drsquoactiviteacute les eacutelegraveves se familiarisent avec un logiciel de modeacutelisation de la synthegravese additive 3

Lrsquoutilisation drsquoun modegravele dans ce cas est indispensable pour des raisons pratiques Il serait en effet tregraves difficile de faire des observations similaires avec un dispositif reacuteel constitueacute de projecteurs et drsquoun eacutecran comme dans la premiegravere partie drsquoactiviteacute Nous avons veilleacute agrave choisir un logiciel simple drsquousage sur lequel seules deux manipulations sont possibles allumereacuteteindre les projecteurs et varier leurs intensiteacutes Ainsi il est possible pour les eacutelegraveves de faire rapidement et sans difficulteacutes de lrsquoordre du registre seacutemiotique la deacuteduction attendue les diffeacuterentes couleurs srsquoobtiennent par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

Dans lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves sont ameneacutes agrave modeacuteliser lrsquoeffet drsquoun filtre sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee Ils ancrent ainsi le fonctionnement drsquoun filtre dans leur apprentissage et deacuteveloppent une meacutethodologie systeacutematique dans la reacutesolution de problegravemes mettant en scegravene des filtres Gracircce au modegravele deacuteveloppeacute les eacutelegraveves deacuteconstruisent deacutefinitivement leur eacuteventuelle conception erroneacutee selon laquelle un filtre absorberait sa propre couleur Lrsquoactiviteacute 43 a pour but que les eacutelegraveves modeacutelisent les pheacutenomegravenes de reacutefraction et drsquoabsorption en justifiant leur reacuteponse par un modegravele de reacuteponse Ce dernier comprend les couleurs RVB qui se reflegravetent ou qui sont absorbeacutees par une surface Ainsi lrsquoeacutelegraveve peut trouver une meacutethode systeacutematique de reacuteponse en testant les diffeacuterentes couleurs Gracircce agrave cette modeacutelisation et agrave celle de lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves comprennent que les fonctionnements des filtres et des lumiegraveres coloreacutees sont fondeacutes sur le mecircme principe

3(httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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43 Deacutemarche expeacuterimentale

431 Deacutefinition Pour de Vecchi il est important de ne pas confondre les notions lieacutees agrave lrsquoexpeacuterimental qui sont les suivantes

-shy Une deacutemarche scientifique nrsquoest pas exclusive au domaine des sciences expeacuterimentales mais peut aussi ecirctre mobiliseacutee dans les sciences humaines socialeshellip Elle utilise drsquoautres outils que lrsquoexpeacuterimentale Toute recherche digne de ce nom est de nature scientifique

-shy La meacutethode expeacuterimentale eacutequivaut plutocirct agrave un plan agrave suivre un mode drsquoemploi ou agrave une marche agrave suivre qui suit un ordre strict que lrsquoon peut aussi appeler protocole Par exemple parmi les plus ceacutelegravebres protocoles nous retrouvons celui de Claude Bernard (1865) que lrsquoon abregravege par les initiales OHERIC qui correspondent agrave observation hypothegravese expeacuterience reacutesultats interpreacutetation et conclusion De maniegravere geacuteneacuterale il srsquoagit du protocole caricatural que lrsquoon emploie le plus souvent dans les salles de classes

-shy Une deacutemarche expeacuterimentale est une approche plus reacutealiste moins stricte et integravegre

une approche plus tacirctonnante Il nrsquoest pas constitueacute drsquoeacutetapes preacutedeacutetermineacutees et est donc moins affecteacutee par les directives de lrsquoenseignant Il peut donc laisser des liberteacutes dans la maniegravere de reacutesoudre le problegraveme

432 La deacutemarche expeacuterimentale dans notre seacutequence Dans notre seacutequence la meacutethode expeacuterimentale est preacutesente de maniegravere partielle du scheacutema caricatural OHERIC nous nous inteacuteressons en particulier aux phases drsquoobservation et drsquoeacutemission drsquohypothegraveses Crsquoest pourquoi nous parlons donc plutocirct de ldquodeacutemarche expeacuterimentalerdquo En effet tout au long des diffeacuterentes activiteacutes il est reacuteguliegraverement demandeacute aux eacutelegraveves de formuler une hypothegravese agrave partir de leurs connaissances au preacutealable puis de faire de nouvelles observations en contexte expeacuterimental Crsquoest sur la base de ces derniegraveres qursquoils pourront reacutealiser leurs deacuteductions sur le pheacutenomegravene en question et construire de nouvelles conceptions Dans lrsquoactiviteacute 2 ce type de deacutemarche est central pour la creacuteation de la premiegravere situation-shyproblegraveme Par la suite la deacutemarche permet de guider les eacutelegraveves dans le processus de deacuteduction du fonctionnement geacuteneacuteral des diffeacuterents pheacutenomegravenes Dans lrsquoactiviteacute 41 par exemple les pheacutenomegravenes agrave deacuteduire sont la synthegravese soustractive et le fonctionnement de la lumiegravere coloreacutee Lrsquoemploi drsquoobjets familiers permet un ancrage dans le quotidien

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Dans lrsquoactiviteacute 3 lrsquoeacutetude de lrsquoeffet des filtres constitue agrave son tour un deacutemarche expeacuterimentale En effet les eacutelegraveves doivent tout drsquoabord eacutemettre leurs hypothegraveses puis les veacuterifient par lrsquoexpeacuterimentation et ses reacutesultats provoquant probablement un conflit cognitif avant drsquoen conclure lrsquoeffet drsquoun filtre Dans lrsquoactiviteacute 42 nous retrouvons toujours le mecircme principe de deacutemarche expeacuterimentale Les eacutelegraveves formulent des hypothegraveses sur la couleur perccedilue de diffeacuterents mots coloreacutes eacuteclaireacutes par une lumiegravere coloreacutee puis les veacuterifient lors de la phase drsquoobservation La confrontation entre leurs attentes lieacutees agrave leurs conceptions et la reacutealiteacute creacutee le conflit cognitif rechercheacute

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5 Conclusion Pour seacutelectionner notre thegraveme et eacutelaborer notre seacutequence nous nous sommes fondeacutes sur les objectifs du PER et crsquoest sur lrsquooptique que notre choix srsquoest porteacute Le savoir savant auquel nous nous sommes reacutefeacutereacutes comprend principalement des concepts lieacutes agrave la lumiegravere tels que les photons les ondes eacutelectromagneacutetiques ainsi que les spectres drsquoeacutemission et drsquoabsorption Nous avons transposeacute ce savoir en un savoir enseignable par le biais drsquoun travail de contextualisation et de reacuteadaptation Nous avons eacuteteacute ameneacutes agrave remplacer des modegraveles scientifiques (par exemple les modegraveles de synthegraveses additive et soustractive) par des modegraveles accessibles agrave un niveau scolaire et agrave changer les conditions drsquoeacutemergence des problegravemes Ainsi notre travail de transposition consistait agrave montrer aux eacutelegraveves la partie eacutemergeacutee de lrsquoiceberg du concept de couleur le reacutesultat apparent plutocirct que lrsquoorigine eacutelectromagneacutetique Tout au long de la seacutequence et par le biais de situations-shyproblegravemes et de diffeacuterentes eacutetapes de reacutesolution des activiteacutes les eacutelegraveves ont eacuteteacute guideacutes dans le processus de construction de leur apprentissage En nous focalisant sur les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves nous avons eacutelaboreacute nos exercices de maniegravere agrave proposer des situations deacuteclenchantes afin de faciliter le transfert de la responsabiliteacute de la reacutesolution des problegravemes aux eacutelegraveves Cette derniegravere srsquoeffectue par des deacutemarches drsquoexpeacuterimentation mais surtout de modeacutelisation

Dans notre sceacutenario les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave deux types de donneacutees theacuteoriques et empiriques Drsquoune part ils ont agrave disposition deux theacuteories principales la premiegravere est que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs de lrsquoarc-shyen-shyciel tandis que la seconde deacutecrit l a maniegravere dont la couleur drsquoun objet deacutepend des couleurs qursquoil va absorber Drsquoautre part ils disposent de donneacutees empiriques qursquoils sont ameneacutes agrave reacutecolter en superposant des lumiegraveres de diffeacuterentes couleurs en meacutelangeant de la peinture et en projetant de la lumiegravere coloreacutee sur diffeacuterents objets coloreacutes Dans le cadre drsquoune deacutemarche drsquoexpeacuterimentation ils ont eacutemis des hypothegraveses observeacute manipuleacute du mateacuteriel utiliseacute des appliquettes en ligne et veacuterifieacute leurs reacutesultats Crsquoest ainsi les modegraveles que nous avons preacutesenteacutes et que les eacutelegraveves ont eacutelaboreacutes vont ecirctre des ponts qui vont relier le monde theacuteorique et le monde empirique Par ailleurs nous avons eacuteteacute attentifs agrave la seacutemiotique lors de nos choix des repreacutesentations utiliseacutees nous nous sommes reacutefeacutereacutes agrave la notion de registre seacutemiotique afin drsquoeacutelaborer des scheacutemas nrsquoengendrant pas de difficulteacutes de lecture chez les eacutelegraveves

Nous avons analyseacute lrsquoorigine des conceptions erroneacutees et avons remarqueacute qursquoelles eacutetaient principalement dues agrave des repreacutesentations concourantes engendreacutees par les diffeacuterents contextes et cadres de rationaliteacutes dans lesquelles les eacutelegraveves eacutevoluent Notre sceacutenario permet aux eacutelegraveves drsquoeacutetablir des liens entre ces diffeacuterents cadres et de construire une nouvelle repreacutesentation de la couleur celle drsquoun objet de la physique

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6 Bibliographie

Astolfi J Ginsburger-shyVogel Y amp Toussaint J (2008) Mots-shycleacutes de la didactique des sciences De Boeck Supeacuterieur Beaufils D Ramage M-shyJ DidaScO (2004) Simulation informatique et enseignement de la physique regards didactiques Universiteacute Paris-shySud Centre scientifique drsquoOrsay -shy 91405 Orsay Cedex Brahic A Grenier I ( 2008) Lumiegraveres deacutetoiles les couleurs invisibles Odile Jacob Brousseau G (1998) Glossaire de quelques concepts de la theacuteorie des situations didactiques en matheacutematiques DAEST-shy Faculteacute des Sciences de lHomme-shyUniversiteacute Victor Segalen Bordeaux 2 Bunge M (1975) Philosophie de la physique Paris France Editions du Seuil Chevallard Y amp Johsua M-shyA (1986) Transposition didactique  Du savoir savant au savoir enseigneacute -shy Un exemple drsquoanalyse de la transposition didactique Penseacutee sauvage Chevallard Y A du texte Chevallard Y A du texte Chevallard Y amp Johsua M-shyA A du texte (1991) La transposition didactique  du savoir savant au savoir enseigneacute Suivi de Un exemple de la transposition didactique ([2e eacuted revue et augm]) Yves Chevallard  Yves Chevallard et Marie-shyAlberte Johsua [texte imprimeacute] Retrieved October 19 2016 de Vecchi G (2006) Enseigner lrsquoexpeacuterimental en classe  Pour une veacuteritable eacuteducation scientifique Hachette Editions (p 221-shy229) de Vecchi G (2006) Enseigner lrsquoexpeacuterimental en classe  Pour une veacuteritable eacuteducation scientifique Hachette Editions (p 55 -shy65) de Saussure F (2005) Cours de linguistique geacuteneacuterale Arbres drsquoOr Develay M (1987) A propos de la transposition didactique en sciences biologiques Aster [ISSN 0297-shy9373] 1987 Ndeg 4 p 119 Duval R (1988) Eacutecarts seacutemantiques et coheacuterence matheacutematique introduction aux problegravemes de congruences in Annales de Didactique et de Sciences Cognitives de lIREM de Strasbourg Giordan A Girault Y et Clement P (1994) Conceptions et connaissance Peter Lang Halloun I A (2004) Modeling theory in science education Dordrecht Holland Kluwer Academic Publishers Kane J Sternheim M (1989) Cours QCM exemple et exercices corrigeacutes -shy 1er cycle Licence PCEM PCEP Physique 3egraveme eacutedition revue par Philipe Ghosez Maryse Hoebeke et Gabriel Llabreacutes DUNOD Lerouge A (1992) Repreacutesentation carteacutesienne rationaliteacute matheacutematique et rationaliteacute du quotidien chez des eacutelegraveves de collegravege Thegravese de doctorat Universiteacute Montpellier II Malafosse D Lerouge A Dusseau J-shyM (2000) Notions de registre et de cadre de rationaliteacute en inter-shydidactique des matheacutematiques et de la physiqu e Treacutema Martinand J-shyL (nd) Introduction agrave la modeacutelisation In Actes du seacuteminaire de didactique des disciplines technologiques Cachan (p 126ndash138)

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Meirieu P Avanzin Gi (1987) Apprendre oui mais comment Edition ESF Verret M (1975) Le temps des eacutetudes (Vols 1ndash2) Lille France Atelier Reproduction des thegraveses

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Page 60: Physique Optique Lescouleurs · Sciences naturelles Les couleurs 10 11 Harmos 1.Introduction Comme nous allons le détailler dans le chapitre 4, les conceptions erronées des élèves

Exercice 4

Un physicien et un peintre ne sont pas drsquo‛accord sur la couleur obtenue apregraves le meacutelange

de toutes les couleurs Lrsquo‛un dit obtenir du blanc et lrsquo‛autre du noir Qui a raison

____________________________

(les deux selon que lrsquo‛on parle de synthegravese additive ou soustractive)

Justifie ta reacuteponse

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

Bleu

______

Bleu

______

Noir

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________ (lumiegravere rouge)

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

Noir

______

Rouge

______

Rouge

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

(Bleu)

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

(selon modegravele eacutetudieacute)

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

(Explication citant la synthegravese soustractive et lrsquo‛effet des lumiegraveres coloreacutees

concerneacutees sur le haut du cambrioleur)

Evaluation - Analyse

Ce commentaire comprend les diffeacuterents objectifs eacutevalueacutes ainsi que ce qui est attendu

preacuteciseacutement des eacutelegraveves et les niveaux taxonomiques correspondants

Ce sont des pistes drsquo‛eacutevaluation qui sont ici proposeacutees non une eacutevaluation suivie

Exercice 1

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- Mettre en lien des notions theacuteoriques apprises en cours (cocircnes et

bacirctonnets de lrsquo‛oeil) avec drsquo‛autres (synthegravese additive)

Lrsquo‛eacutevaluation deacutebute par deux questions au niveau taxonomique peu eacuteleveacute La

premiegravere de lrsquo‛ordre de la compreacutehension demande aux eacutelegraveves de restituer une

connaissance de base agrave lrsquo‛aide de leurs propres mots La deuxiegraveme propose de

tester les connaissances theacuteoriques des eacutelegraveves en veacuterifiant que des liens entre

deux notions aient eacuteteacute faits

Exercice 2

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutedire la couleur perccedilue en fonction des meacutelanges de couleurs RVB

- deacutechiffrer un scheacutema et les codes de la repreacutesentation de la trajectoire

des lumiegraveres coloreacutees

Le deuxiegraveme exercice relegraveve du niveau taxonomique de lrsquo‛application car il

neacutecessite une compreacutehension de la maniegravere de repreacutesenter la lumiegravere (scheacutema de

la trajectoire rectiligne codes de couleurs RVB) et drsquo‛appliquer ce modegravele tout en

utilisant les connaissances des couleurs fondamentales et compleacutementaires de la

synthegravese additive

Exercice 3

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet drsquo‛un filtre sur une lumiegravere coloreacutee agrave lrsquo‛aide des codes

propres agrave lrsquo‛optique

Lrsquo‛exercice 3 relegraveve de lrsquo‛application car les eacutelegraveves se reacutefegraverent agrave la modeacutelisation

eacutetablie durant le cours et au diagramme de Venn de la synthegravese soustractive et

les adaptent aux items preacutesenteacutes

Exercice 4

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- mettre en perspective la distinction entre synthegravese additive et

soustractive en terme de lsquorsquo‛naturersquo‛rsquo‛ de la couleur (couleurs matiegraveres vs

couleurs lumiegraveres)

Cet exercice requiert des eacutelegraveves qursquo‛ils mobilisent leur faculteacute drsquo‛analyse (niveau

taxonomique plutocirct eacuteleveacute) pour expliquer les diffeacuterences entre les

repreacutesentations de la couleur en arts visuels et en physique Le but est qursquo‛ils

reconnaissent qursquo‛il srsquo‛agit dans le premier cas de la synthegravese soustractive et dans

le second cas de la synthegravese additive

Exercice 5

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutevoir la couleur perccedilue drsquo‛un objet en fonction des lumiegraveres coloreacutees

projeteacutees et coder le pheacutenomegravene

Les eacutelegraveves appliquent la modeacutelisation drsquo‛une lumiegravere coloreacutee sur un objet coloreacute

pour deacuteterminer la couleur perccedilue du drapeau franccedilais Cette question fait

reacutefeacuterence agrave un niveau taxonomique bas Puis ils trouvent la lumiegravere coloreacutee qui

permet de voir les deux drapeaux preacutesenteacutes de la mecircme couleur Ils trouveront

cette reacuteponse en modeacutelisant les lumiegraveres coloreacutees sur lrsquo‛objet de couleur

Plusieurs scheacutemas sont neacutecessaires pour trouver la reacuteponse Crsquo‛est une question

taxonomiquement haute qui demande aux eacutelegraveves de faire une synthegravese

Exercice 6

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet de la lumiegravere coloreacutee sur un objet et en deacuteduire la

couleur perccedilue

- justifier sa reacuteponse avec des mots en faisant la synthegravese des diffeacuterents

concepts vus dans la seacutequence de cours

Les eacutelegraveves doivent comprendre ce qursquo‛ils lisent et deacuteterminer la couleur propre du

haut du cambrioleur Cette question est taxonomiquement haute elle demande de

lrsquo‛analyse Puis ils justifient leur reacuteponse par le modegravele de lrsquo‛effet de la lumiegravere

coloreacutee sur un objet Cette question est drsquo‛un niveau taxonomique infeacuterieur

drsquo‛application Finalement ils deacuteterminent pourquoi la description de la jeune fille

ne correspond pas agrave la couleur propre en faisant le lien avec la synthegravese

soustractive demandant un niveau taxonomiquement tregraves eacuteleveacute la synthegravese

Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

4 Argumentation scientifique Nous avons choisi de construire notre seacutequence de cours de maniegravere agrave ce qursquoelle srsquoinscrive dans une deacutemarche constructiviste de type piageacutetienne Dans cette deacutemarche lrsquoenseignant anticipe les conceptions erroneacutees que les eacutelegraveves peuvent avoir puis eacutetablit une situation-shyproblegraveme permettant ideacutealement de deacuteconstruire ces repreacutesentations incomplegravetes puis finalement drsquoen construire de nouvelles plus justes Dans ce qui suit nous allons deacutefinir ces diffeacuterents concepts mis en eacutevidence puis expliciter la maniegravere dont nous les avons pris en compte dans notre planification

41 Les conceptions des eacutelegraveves et les situations-shyproblegravemes

411 Deacutefinitions Conception Selon Giordan et al (1994) une conception ou repreacutesentation peut ecirctre consideacutereacutee comme une ideacutee un objet ou un eacutevegravenement qui aide lrsquoeacutelegraveve agrave comprendre le monde qui lrsquoentoure Elle est le fruit de son expeacuterience personnelle dans laquelle il va puiser pour comprendre les nouveaux savoirs que lrsquoon va chercher agrave lui inculquer Elle peut ecirctre consideacutereacutee comme une connaissance ldquodeacutejagrave-shylagraverdquo acquise dans un certain contexte par lrsquoapprenant et qui peut ecirctre correcte ou erroneacutee Les mauvaises conceptions (ou misconception en anglais) peuvent donc ecirctre deacutecrites comme des ideacutees qui proviennent drsquoune mauvaise compreacutehension drsquoobjets ou eacutevegravenements Elles sont issues principalement de lrsquoenvironnement avec lequel lrsquoeacutelegraveve interagit et du contexte dans lequel il se situe mais elles deacutecoulent eacutegalement des systegravemes seacutemiotiques mis en oeuvre Ces derniers sont abordeacutes plus en deacutetail dans ce qui suit Seacutemiologie En seacutemiologie (lrsquoeacutetude des systegravemes de signes) une repreacutesentation (ou un signe) est double elle est doteacutee drsquoun signifiant et drsquoun signifieacute (de Saussure 1916) Le signifiant qui fait lrsquoobjet de la seacutemiologie deacutesigne la forme et laspect du signe tandis que le signifieacute eacutetudieacute dans le cadre de la seacutemantique deacutesigne le concept eacutevoqueacute par le signe A partir du moment ougrave le signe possegravede plusieurs signifieacutes il devient symbole et crsquoest ainsi que les incompreacutehensions peuvent survenir Selon R Duval (1995) le concept de laquo registre seacutemiotique raquo permet de distinguer les repreacutesentations qui relegravevent de diffeacuterents registres ou types visuels numeacuteriques graphiques symboliques formels scheacutematiques etc En didactique ce concept est fondamental car les diffeacuterences de registre au sein drsquoune mecircme repreacutesentation ou drsquoun

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modegravele peut induire des difficulteacutes de lecture Ils risquent drsquoajouter des difficulteacutes suppleacutementaires en empecircchant les eacutelegraveves de se focaliser sur le problegraveme poseacute par lrsquoactiviteacute et les menant agrave formuler des conclusions diffeacuterentes de celles attendues par lrsquoenseignant Crsquoest pour cela qursquoun choix pertinent de registre seacutemiotique facilite la compreacutehension du concept introduit Dans notre cours un exemple typique que nous pouvons donner est la forte ressemblance des diagrammes de Venn pour les synthegraveses additive et soustractive Dans les deux modegraveles les diagrammes sont communeacutement scheacutematiseacutes sous forme circulaire De plus bien que inverseacutees au niveau de leurs superpositions les mecircmes couleurs sont repreacutesenteacutees dans les deux diagrammes Ces similitudes peuvent rendre la diffeacuterenciation complexe pour les eacutelegraveves Crsquoest pourquoi nous avons estimeacute important drsquoapporter un changement agrave la repreacutesentation de ces diagrammes Ainsi dans lrsquoune de nos fiches de synthegravese nous avons preacutefeacutereacute utiliser des formes rectangulaires plutocirct que circulaires pour repreacutesenter la synthegravese soustractive car cette forme eacutevoque plus fortement le filtre et ainsi lrsquoabsorption de la lumiegravere Cadre de rationaliteacute origine des conceptions En srsquoappuyant sur les travaux de R Douady (1984) A Lerouge (1992) deacutefinit laquo un cadre de rationaliteacuteraquo comme laquoun ensemble coheacuterent de fonctionnement de la penseacuteeraquo caracteacuteriseacute principalement par les composantes suivantes

1 Les objets du cadre dans notre cas il peut srsquoagir de peinture de feuille de papier de lampes de poche de filtres etc

2 Le type de processus de conceptualisation Dans un cadre scientifique il peut srsquoagir drsquoun processus par modeacutelisation ou par expeacuterimentation par exemple

3 Les registres seacutemiotiques que nous avons traiteacutes plus haut Les conceptions des eacutelegraveves et les conflits de perceptions en reacutesultant sont issus des diffeacuterents cadres de rationaliteacute dans lesquels ils eacutevoluent Ce sont les cadres familiers (personnel) et culturels (eacutecole) qui sont responsable de ces conceptions et repreacutesentations mentales tantocirct concourantes tantocirct inexistantes voire erroneacutees Elles se manifestent principalement agrave travers la seacutemiotique Les eacutelegraveves eacuteprouvent de la difficulteacute agrave repreacutesenter des objets issus de registres seacutemiotiques diffeacuterents ou encore agrave simplement les reconnaicirctre Dans le contexte de notre seacutequence sur les couleurs ces cadres de rationaliteacute sont centraux En effet crsquoest dans son quotidien et donc dans son cadre familier que lrsquoeacutelegraveve va deacutecouvrir la notion de couleur notamment par le biais de la peinture ou drsquoobservation drsquoarc-shyen-shyciel Cette deacutecouverte qui a souvent lieu tregraves tocirct dans la vie de lrsquoenfant ne fera pourtant pas pour autant lrsquoobjet de questionnement sur le pheacutenomegravene de perception des couleurs La notion de cadre culturel ou scolaire quand agrave elle peut ecirctre eacutetendue dans notre cas agrave deux sous-shycateacutegories de cadres culturels diffeacuterents qui vont ecirctre agrave lrsquoorigine de conceptions erroneacutees ou incomplegravetes Premiegraverement il y a le cadre que nous appelons laquo arts visuelsraquo et qui a ses propres regravegles de rationaliteacutes Les cours de dessin ou drsquoactiviteacutes creacuteatrices en sont de parfaits exemples car crsquoest dans ce cadre que les eacutelegraveves vont premiegraverement aborder la

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theacutematique des couleurs primaires et de leurs meacutelanges Mais cette theacutematique est eacutegalement abordeacutee dans le cadre laquophysiqueraquo agrave travers les expeacuteriences de deacutecomposition de la lumiegravere ou de superposition de lumiegraveres coloreacutees Ainsi nous retrouvons trois cadres de rationaliteacute concourants (familier physique arts visuels) dans lesquels les eacutelegraveves eacutevoluent et qui engendrent indubitablement des conceptions erroneacutees sur la lumiegravere et les couleurs puisque les eacutelegraveves ne sont pas ameneacutes agrave les diffeacuterencier dans chacun des cadres Et comme la communication entre les diffeacuterents cadres nrsquoest pas eacutetablie le lien agrave faire entre les diffeacuterentes conceptions issues de ces cadres est agrave la charge de lrsquoeacutelegraveve ce qui repreacutesente une lourde responsabiliteacute dans son apprentissage Astolfi (2008) appelle eacutegalement ces conceptions issues de diffeacuterents cadres des ldquotrames conceptuelles rdquoqui peuvent ecirctre deacutefinies comme ldquoun ensemble de concepts-shycleacutes propres agrave un domaine et logiquement hieacuterarchiseacutes entre eux qui structurent les disciplines et engendrent des situations-shyproblegravemesrdquo Mais encore on verra eacutemerger des problegravemes de contrat didactique dans chacun des cadres lrsquoeacutelegraveve va tenter de donner une reacuteponse qui va satisfaire lrsquoenseignant sans pour autant ecirctre ameneacute agrave confronter ses conceptions

Situation-shyproblegraveme Pour de Vecchi (2006) une situation-shyproblegraveme est une activiteacute qui consiste agrave mettre lrsquoeacutelegraveve dans une situation ougrave il va ecirctre ameneacute agrave eacutelaborer des strateacutegies de reacutesolution de problegraveme Lrsquoun des points cleacutes des situations-shyproblegravemes est qursquoelles eacutetablissent un lien eacutetroit entre les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves En drsquoautres termes une situation-shyproblegraveme est construite de telle sorte que les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave remettre en question des repreacutesentations actuelles qui srsquoavegraverent erroneacutees agrave les deacuteconstruire pour en construire de nouvelles Ainsi dans une deacutemarche de type constructiviste lrsquoeacutelegraveve construit son savoir en renversant ses anciennes conceptions Une situation-shyproblegraveme nrsquoest donc pas une deacutemarche ponctuelle dans laquelle lrsquoeacutelegraveve devra reacutesoudre une liste drsquoexercices teacuteleacuteguideacutee par lrsquoenseignant Ce qui justifie lrsquoefficaciteacute des situations problegravemes est qursquo laquoapprendreraquo ne consiste pas agrave cumuler les savoirs mais agrave en construire et agrave en deacuteconstruire

Une situation-shyproblegraveme doit comprendre plusieurs eacuteleacutements

-shy Un objectif-shyobstacle Pour Meirieu (1987) un objectif-shyobstacle est ldquoun objectif dont lrsquoacquisition permet au sujet de franchir un palier deacutecisif de progression en modifiant son systegraveme de repreacutesentation et en le faisant acceacuteder un niveau supeacuterieur de formulation rdquo Dans notre cas lrsquoeacutelegraveve pense que tous les meacutelanges de 3 couleurs primaires (de peinture ou de lumiegravere) vont donner le mecircme reacutesultat La distinction entre synthegraveses additive et soustractive nrsquoest pas connue des eacutelegraveves De plus projeter de la lumiegravere monochromatique sur un objet drsquoune certaine couleur ne donne pas toujours la mecircme couleur Lrsquoexemple avec le drapeau (activiteacute 4) est parlant

-shy Une situation centreacutee sur cet obstacle prenant en compte une deacutemarche expeacuterimentale ou une deacutemarche de modeacutelisation Dans notre cours les deux deacutemarches sont mises en oeuvre mais notre deacutemarche principale est la modeacutelisation Les eacutelegraveves vont effectivement ecirctre ameneacutes agrave eacutemettre des hypothegraveses manipuler reacutecolter des reacutesultats et les confronter agrave

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leurs hypothegraveses mais il srsquoagit surtout drsquoune deacutemarche de modeacutelisation car les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave creacuteer des scheacutemas dans plusieurs exercices

-shy Une probleacutematisation et la deacutevolution on probleacutematise la conception erroneacutee en introduisant une situation-shyproblegraveme crsquoest-shyagrave-shydire qursquoon construit un problegraveme centreacute sur lrsquoobstacle La surprise face agrave une situation incoheacuterente va intriguer lrsquoeacutelegraveve exciter sa motivation et le pousser agrave vouloir srsquoimpliquer dans le problegraveme ce qui va aider sa deacutevolution Brousseau (1998) qualifie la notion de deacutevolution par le ldquo processus par lequel lenseignant parvient agrave placer leacutelegraveve comme simple actant dans une situation a-shydidactique (agrave modegravele non didactique) Il cherche par lagrave agrave ce que lrsquoaction de lrsquoeacutelegraveve ne soit produite et justifieacutee que par les neacutecessiteacutes du milieu et par ses connaissances et non par lrsquointerpreacutetation des proceacutedeacutes didactiques du professeurrdquo Pour enrocircler les eacutelegraveves et les aider agrave identifier la probleacutematique en met on place une situation deacuteclenchante Dans notre cas lrsquoexemple avec le meacutelange de peinture et de lumiegraveres coloreacutees est un parfait exemple de situation deacuteclenchante car les eacutelegraveves ne sattendent probablement pas par exemple agrave ce que le meacutelange de vert et bleu donne du cyan ou encore qursquoon perccediloive un citron noir lorsque lrsquoon projette de la lumiegravere bleue sur ce celui-shyci

412 La prise en compte des conceptions des eacutelegraveves dans notre seacutequence La theacutematique de la lumiegravere et des couleurs est complexe et comprend de nombreux concepts difficiles agrave assimiler En effet bon nombre de personnes ont des repreacutesentations erroneacutees qui peuvent rester profondeacutement ancreacutees Parmi les conceptions erroneacutees les plus communes on retrouve selon le site internet des MER

La lumiegravere blanche est sans couleur pure quand la lumiegravere blanche passe dans un prisme ou traverse un filtre de la couleur lui est ajouteacutee

La lumiegravere blanche nous permet de voir la vraie couleur des objets laquoMa feuille est blanche parce que je nai pas ajouteacute dautres couleurs agrave celle-shyciraquo

Les couleurs sont lieacutees agrave des proprieacuteteacutes de lrsquoobjet exclusivement sans reacutefeacuterence agrave la lumiegravere qui eacuteclaire lrsquoobjet Ne dit-shyon pas quun pull est rouge

Confusion entre les couleurs primaires en couleur peinture et en couleur lumiegravere

Dans notre planification nous avons anticipeacute ces conceptions et avons construit notre cours de maniegravere agrave ce qursquoelles soient mises en eacutevidence le plus tocirct possible afin de tenter de les deacuteconstruire agrave travers nos activiteacutes

Ainsi degraves deacutebut de lrsquoactiviteacute 2 les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave une situation-shyproblegraveme dans laquelle ils comprennent qursquoil existe une contradiction entre leur conception de deacutepart sur les meacutelanges de couleurs (issue de leurs cadres de rationaliteacute familier et scolaire lsquorsquoart visuelrsquorsquo) et leurs observations (nouveau cadre lsquorsquophysiquersquorsquo) Crsquoest sur la base de ce conflit cognitif que les diffeacuterentes notions de la seacutequence pourront ecirctre abordeacutees Les autres conceptions sont mises en eacutevidence puis deacuteconstruites agrave travers les diffeacuterentes activiteacutes Par exemple les

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activiteacutes du chapitre 3 permettent de montrer que la lumiegravere blanche nrsquoest pas pure mais qursquoelle est composeacutee de toutes les couleurs et ce gracircce agrave lrsquoobservation des objets agrave la lumiegravere blanche puis agrave travers un filtre

De plus lrsquoactiviteacute 3 srsquoarticule autour drsquoune conception erroneacutee repeacutereacutee dans certaines classes Bon nombre drsquoeacutelegraveves eacutetaient persuadeacutes qursquoun filtre ne laissait pas passer les lumiegraveres de sa couleur propre car crsquoest la couleur dont est perccedilue le filtre Un conflit cognitif est alors provoqueacute afin de deacuteconstruire cette conception les eacutelegraveves observent que la lumiegravere coloreacutee nrsquoest pas absorbeacutee par le filtre mais qursquoelle se propage bien jusqursquoagrave lrsquoeacutecran blanc

En introduction de lrsquoactiviteacute 4 une nouvelle situation-shyproblegraveme est preacutesenteacutee par le biais drsquoune image montrant que la couleur drsquoun objet peut varier en fonction de la lumiegravere coloreacutee par laquelle il est eacuteclaireacute Elle servira agrave provoquer un conflit cognitif chez les eacutelegraveves car cette situation intervient apregraves une phase drsquohypothegravese reacutepondant agrave la question suivante un objet peut-shyil avoir diffeacuterentes couleurs La reacuteponse donneacutee par lrsquoimage contredira probablement lrsquohypothegravese preacuteceacutedemment formuleacutee et devrait susciter de la curiositeacute chez lrsquoeacutelegraveve et lui donner lrsquoenvie de comprendre le pheacutenomegravene Nous deacutemontrons ensuite tout au long de lrsquoactiviteacute 4 sur les lumiegraveres coloreacutees que crsquoest le pheacutenomegravene drsquoabsorption et de reacuteflection de la lumiegravere qui nous permet de voir la couleur des objets et non pas la lumiegravere blanche Crsquoest donc par le biais de ces deacuteconstructions successives de conceptions que lrsquoenseignant peut guider les eacutelegraveves sur la voie de la reacutesolution du problegraveme de lrsquoorigine de ces contradictions dans le but drsquoeacutetablir le lien entre les diffeacuterents cadres de rationaliteacute

42 Modeacutelisation

421 Deacutefinition

Un modegravele est communeacutement deacutefini comme un objet ou un concept qui va permettre de repreacutesenter la reacutealiteacute de diffeacuterentes maniegraveres Bunge (1974) ou encore Martinand (1994) le deacutefinissent eacutegalement comme un moyen permettant de mettre en relation le monde theacuteorique avec le monde empirique Il peut ecirctre consideacutereacute en quelque sorte comme un monde intermeacutediaire ou une sorte de lunette conceptuelle (Halloun 2004) qui va permettre drsquoobserver des pheacutenomegravenes naturels Un modegravele ne constitue pas la reacutealiteacute mais la repreacutesente en simplifiant certains de ses aspects ce qui peut causer des conflits pour les repreacutesentations cognitives chez lrsquoeacutelegraveve

422 La modeacutelisation dans notre seacutequence Dans notre planification la modeacutelisation est centrale afin de conceptualiser des pheacutenomegravenes complexes comme la composition de la lumiegravere et la perception des couleurs Elle est lrsquooutil qui permet drsquoamener les eacutelegraveves agrave se faccedilonner une repreacutesentation de la deacutecomposition de la lumiegravere blanche de labsorption de la lumiegravere agrave travers les filtres et des synthegraveses additive et soustractive des couleurs

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De plus elle constitue un objectif de formation meacutethodologique qui va de pair avec toute formation scientifique Crsquoest pourquoi nous avons inclus la modeacutelisation dans les objectifs drsquoapprentissage Dans la terminologie du PER la modeacutelisation correspond agrave lrsquoobjectif geacuteneacuteral MSN37

bull MSN 1525 mdash Modeacuteliser des pheacutenomegravenes naturels techniques sociaux ou des situations matheacutematiques

bull en imaginant et en utilisant divers outils de repreacutesentation (codes scheacutemas graphiques tableauxhellip)

Lrsquoactiviteacute 2 propose aux eacutelegraveves de reporter les couleurs observeacutees sur trois cercles superposeacutes En les coloriant les eacutelegraveves reacutealisent en reacutealiteacute une forme simple de modeacutelisation par un diagramme de Venn de la synthegravese additive Il nous a sembleacute pertinent drsquointroduire ce scheacutema de cette maniegravere car ainsi les eacutelegraveves comprennent reacuteellement qursquoil correspond agrave la lumiegravere projeteacutee et superposeacutee sur un eacutecran En derniegravere partie drsquoactiviteacute les eacutelegraveves se familiarisent avec un logiciel de modeacutelisation de la synthegravese additive 3

Lrsquoutilisation drsquoun modegravele dans ce cas est indispensable pour des raisons pratiques Il serait en effet tregraves difficile de faire des observations similaires avec un dispositif reacuteel constitueacute de projecteurs et drsquoun eacutecran comme dans la premiegravere partie drsquoactiviteacute Nous avons veilleacute agrave choisir un logiciel simple drsquousage sur lequel seules deux manipulations sont possibles allumereacuteteindre les projecteurs et varier leurs intensiteacutes Ainsi il est possible pour les eacutelegraveves de faire rapidement et sans difficulteacutes de lrsquoordre du registre seacutemiotique la deacuteduction attendue les diffeacuterentes couleurs srsquoobtiennent par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

Dans lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves sont ameneacutes agrave modeacuteliser lrsquoeffet drsquoun filtre sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee Ils ancrent ainsi le fonctionnement drsquoun filtre dans leur apprentissage et deacuteveloppent une meacutethodologie systeacutematique dans la reacutesolution de problegravemes mettant en scegravene des filtres Gracircce au modegravele deacuteveloppeacute les eacutelegraveves deacuteconstruisent deacutefinitivement leur eacuteventuelle conception erroneacutee selon laquelle un filtre absorberait sa propre couleur Lrsquoactiviteacute 43 a pour but que les eacutelegraveves modeacutelisent les pheacutenomegravenes de reacutefraction et drsquoabsorption en justifiant leur reacuteponse par un modegravele de reacuteponse Ce dernier comprend les couleurs RVB qui se reflegravetent ou qui sont absorbeacutees par une surface Ainsi lrsquoeacutelegraveve peut trouver une meacutethode systeacutematique de reacuteponse en testant les diffeacuterentes couleurs Gracircce agrave cette modeacutelisation et agrave celle de lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves comprennent que les fonctionnements des filtres et des lumiegraveres coloreacutees sont fondeacutes sur le mecircme principe

3(httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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43 Deacutemarche expeacuterimentale

431 Deacutefinition Pour de Vecchi il est important de ne pas confondre les notions lieacutees agrave lrsquoexpeacuterimental qui sont les suivantes

-shy Une deacutemarche scientifique nrsquoest pas exclusive au domaine des sciences expeacuterimentales mais peut aussi ecirctre mobiliseacutee dans les sciences humaines socialeshellip Elle utilise drsquoautres outils que lrsquoexpeacuterimentale Toute recherche digne de ce nom est de nature scientifique

-shy La meacutethode expeacuterimentale eacutequivaut plutocirct agrave un plan agrave suivre un mode drsquoemploi ou agrave une marche agrave suivre qui suit un ordre strict que lrsquoon peut aussi appeler protocole Par exemple parmi les plus ceacutelegravebres protocoles nous retrouvons celui de Claude Bernard (1865) que lrsquoon abregravege par les initiales OHERIC qui correspondent agrave observation hypothegravese expeacuterience reacutesultats interpreacutetation et conclusion De maniegravere geacuteneacuterale il srsquoagit du protocole caricatural que lrsquoon emploie le plus souvent dans les salles de classes

-shy Une deacutemarche expeacuterimentale est une approche plus reacutealiste moins stricte et integravegre

une approche plus tacirctonnante Il nrsquoest pas constitueacute drsquoeacutetapes preacutedeacutetermineacutees et est donc moins affecteacutee par les directives de lrsquoenseignant Il peut donc laisser des liberteacutes dans la maniegravere de reacutesoudre le problegraveme

432 La deacutemarche expeacuterimentale dans notre seacutequence Dans notre seacutequence la meacutethode expeacuterimentale est preacutesente de maniegravere partielle du scheacutema caricatural OHERIC nous nous inteacuteressons en particulier aux phases drsquoobservation et drsquoeacutemission drsquohypothegraveses Crsquoest pourquoi nous parlons donc plutocirct de ldquodeacutemarche expeacuterimentalerdquo En effet tout au long des diffeacuterentes activiteacutes il est reacuteguliegraverement demandeacute aux eacutelegraveves de formuler une hypothegravese agrave partir de leurs connaissances au preacutealable puis de faire de nouvelles observations en contexte expeacuterimental Crsquoest sur la base de ces derniegraveres qursquoils pourront reacutealiser leurs deacuteductions sur le pheacutenomegravene en question et construire de nouvelles conceptions Dans lrsquoactiviteacute 2 ce type de deacutemarche est central pour la creacuteation de la premiegravere situation-shyproblegraveme Par la suite la deacutemarche permet de guider les eacutelegraveves dans le processus de deacuteduction du fonctionnement geacuteneacuteral des diffeacuterents pheacutenomegravenes Dans lrsquoactiviteacute 41 par exemple les pheacutenomegravenes agrave deacuteduire sont la synthegravese soustractive et le fonctionnement de la lumiegravere coloreacutee Lrsquoemploi drsquoobjets familiers permet un ancrage dans le quotidien

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Dans lrsquoactiviteacute 3 lrsquoeacutetude de lrsquoeffet des filtres constitue agrave son tour un deacutemarche expeacuterimentale En effet les eacutelegraveves doivent tout drsquoabord eacutemettre leurs hypothegraveses puis les veacuterifient par lrsquoexpeacuterimentation et ses reacutesultats provoquant probablement un conflit cognitif avant drsquoen conclure lrsquoeffet drsquoun filtre Dans lrsquoactiviteacute 42 nous retrouvons toujours le mecircme principe de deacutemarche expeacuterimentale Les eacutelegraveves formulent des hypothegraveses sur la couleur perccedilue de diffeacuterents mots coloreacutes eacuteclaireacutes par une lumiegravere coloreacutee puis les veacuterifient lors de la phase drsquoobservation La confrontation entre leurs attentes lieacutees agrave leurs conceptions et la reacutealiteacute creacutee le conflit cognitif rechercheacute

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5 Conclusion Pour seacutelectionner notre thegraveme et eacutelaborer notre seacutequence nous nous sommes fondeacutes sur les objectifs du PER et crsquoest sur lrsquooptique que notre choix srsquoest porteacute Le savoir savant auquel nous nous sommes reacutefeacutereacutes comprend principalement des concepts lieacutes agrave la lumiegravere tels que les photons les ondes eacutelectromagneacutetiques ainsi que les spectres drsquoeacutemission et drsquoabsorption Nous avons transposeacute ce savoir en un savoir enseignable par le biais drsquoun travail de contextualisation et de reacuteadaptation Nous avons eacuteteacute ameneacutes agrave remplacer des modegraveles scientifiques (par exemple les modegraveles de synthegraveses additive et soustractive) par des modegraveles accessibles agrave un niveau scolaire et agrave changer les conditions drsquoeacutemergence des problegravemes Ainsi notre travail de transposition consistait agrave montrer aux eacutelegraveves la partie eacutemergeacutee de lrsquoiceberg du concept de couleur le reacutesultat apparent plutocirct que lrsquoorigine eacutelectromagneacutetique Tout au long de la seacutequence et par le biais de situations-shyproblegravemes et de diffeacuterentes eacutetapes de reacutesolution des activiteacutes les eacutelegraveves ont eacuteteacute guideacutes dans le processus de construction de leur apprentissage En nous focalisant sur les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves nous avons eacutelaboreacute nos exercices de maniegravere agrave proposer des situations deacuteclenchantes afin de faciliter le transfert de la responsabiliteacute de la reacutesolution des problegravemes aux eacutelegraveves Cette derniegravere srsquoeffectue par des deacutemarches drsquoexpeacuterimentation mais surtout de modeacutelisation

Dans notre sceacutenario les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave deux types de donneacutees theacuteoriques et empiriques Drsquoune part ils ont agrave disposition deux theacuteories principales la premiegravere est que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs de lrsquoarc-shyen-shyciel tandis que la seconde deacutecrit l a maniegravere dont la couleur drsquoun objet deacutepend des couleurs qursquoil va absorber Drsquoautre part ils disposent de donneacutees empiriques qursquoils sont ameneacutes agrave reacutecolter en superposant des lumiegraveres de diffeacuterentes couleurs en meacutelangeant de la peinture et en projetant de la lumiegravere coloreacutee sur diffeacuterents objets coloreacutes Dans le cadre drsquoune deacutemarche drsquoexpeacuterimentation ils ont eacutemis des hypothegraveses observeacute manipuleacute du mateacuteriel utiliseacute des appliquettes en ligne et veacuterifieacute leurs reacutesultats Crsquoest ainsi les modegraveles que nous avons preacutesenteacutes et que les eacutelegraveves ont eacutelaboreacutes vont ecirctre des ponts qui vont relier le monde theacuteorique et le monde empirique Par ailleurs nous avons eacuteteacute attentifs agrave la seacutemiotique lors de nos choix des repreacutesentations utiliseacutees nous nous sommes reacutefeacutereacutes agrave la notion de registre seacutemiotique afin drsquoeacutelaborer des scheacutemas nrsquoengendrant pas de difficulteacutes de lecture chez les eacutelegraveves

Nous avons analyseacute lrsquoorigine des conceptions erroneacutees et avons remarqueacute qursquoelles eacutetaient principalement dues agrave des repreacutesentations concourantes engendreacutees par les diffeacuterents contextes et cadres de rationaliteacutes dans lesquelles les eacutelegraveves eacutevoluent Notre sceacutenario permet aux eacutelegraveves drsquoeacutetablir des liens entre ces diffeacuterents cadres et de construire une nouvelle repreacutesentation de la couleur celle drsquoun objet de la physique

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6 Bibliographie

Astolfi J Ginsburger-shyVogel Y amp Toussaint J (2008) Mots-shycleacutes de la didactique des sciences De Boeck Supeacuterieur Beaufils D Ramage M-shyJ DidaScO (2004) Simulation informatique et enseignement de la physique regards didactiques Universiteacute Paris-shySud Centre scientifique drsquoOrsay -shy 91405 Orsay Cedex Brahic A Grenier I ( 2008) Lumiegraveres deacutetoiles les couleurs invisibles Odile Jacob Brousseau G (1998) Glossaire de quelques concepts de la theacuteorie des situations didactiques en matheacutematiques DAEST-shy Faculteacute des Sciences de lHomme-shyUniversiteacute Victor Segalen Bordeaux 2 Bunge M (1975) Philosophie de la physique Paris France Editions du Seuil Chevallard Y amp Johsua M-shyA (1986) Transposition didactique  Du savoir savant au savoir enseigneacute -shy Un exemple drsquoanalyse de la transposition didactique Penseacutee sauvage Chevallard Y A du texte Chevallard Y A du texte Chevallard Y amp Johsua M-shyA A du texte (1991) La transposition didactique  du savoir savant au savoir enseigneacute Suivi de Un exemple de la transposition didactique ([2e eacuted revue et augm]) Yves Chevallard  Yves Chevallard et Marie-shyAlberte Johsua [texte imprimeacute] Retrieved October 19 2016 de Vecchi G (2006) Enseigner lrsquoexpeacuterimental en classe  Pour une veacuteritable eacuteducation scientifique Hachette Editions (p 221-shy229) de Vecchi G (2006) Enseigner lrsquoexpeacuterimental en classe  Pour une veacuteritable eacuteducation scientifique Hachette Editions (p 55 -shy65) de Saussure F (2005) Cours de linguistique geacuteneacuterale Arbres drsquoOr Develay M (1987) A propos de la transposition didactique en sciences biologiques Aster [ISSN 0297-shy9373] 1987 Ndeg 4 p 119 Duval R (1988) Eacutecarts seacutemantiques et coheacuterence matheacutematique introduction aux problegravemes de congruences in Annales de Didactique et de Sciences Cognitives de lIREM de Strasbourg Giordan A Girault Y et Clement P (1994) Conceptions et connaissance Peter Lang Halloun I A (2004) Modeling theory in science education Dordrecht Holland Kluwer Academic Publishers Kane J Sternheim M (1989) Cours QCM exemple et exercices corrigeacutes -shy 1er cycle Licence PCEM PCEP Physique 3egraveme eacutedition revue par Philipe Ghosez Maryse Hoebeke et Gabriel Llabreacutes DUNOD Lerouge A (1992) Repreacutesentation carteacutesienne rationaliteacute matheacutematique et rationaliteacute du quotidien chez des eacutelegraveves de collegravege Thegravese de doctorat Universiteacute Montpellier II Malafosse D Lerouge A Dusseau J-shyM (2000) Notions de registre et de cadre de rationaliteacute en inter-shydidactique des matheacutematiques et de la physiqu e Treacutema Martinand J-shyL (nd) Introduction agrave la modeacutelisation In Actes du seacuteminaire de didactique des disciplines technologiques Cachan (p 126ndash138)

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Meirieu P Avanzin Gi (1987) Apprendre oui mais comment Edition ESF Verret M (1975) Le temps des eacutetudes (Vols 1ndash2) Lille France Atelier Reproduction des thegraveses

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Page 61: Physique Optique Lescouleurs · Sciences naturelles Les couleurs 10 11 Harmos 1.Introduction Comme nous allons le détailler dans le chapitre 4, les conceptions erronées des élèves

Exercice 5

Voici deux drapeaux le drapeau franccedilais et le drapeau italien

bleu blanc rouge vert blanc rouge

drapeau franccedilais drapeau italien

1 Si on eacuteclaire le drapeau franccedilais avec de la lumiegravere bleue de quelles couleurs

sera-t-il

______

Bleu

______

Bleu

______

Noir

2 Avec quelle couleur devrait-on les eacuteclairer pour que les deux drapeaux soient vus

de la mecircme couleur

_______________________ (lumiegravere rouge)

Quelles seraient les couleurs du drapeau obtenu

______

Noir

______

Rouge

______

Rouge

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

(Bleu)

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

(selon modegravele eacutetudieacute)

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

(Explication citant la synthegravese soustractive et lrsquo‛effet des lumiegraveres coloreacutees

concerneacutees sur le haut du cambrioleur)

Evaluation - Analyse

Ce commentaire comprend les diffeacuterents objectifs eacutevalueacutes ainsi que ce qui est attendu

preacuteciseacutement des eacutelegraveves et les niveaux taxonomiques correspondants

Ce sont des pistes drsquo‛eacutevaluation qui sont ici proposeacutees non une eacutevaluation suivie

Exercice 1

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- Mettre en lien des notions theacuteoriques apprises en cours (cocircnes et

bacirctonnets de lrsquo‛oeil) avec drsquo‛autres (synthegravese additive)

Lrsquo‛eacutevaluation deacutebute par deux questions au niveau taxonomique peu eacuteleveacute La

premiegravere de lrsquo‛ordre de la compreacutehension demande aux eacutelegraveves de restituer une

connaissance de base agrave lrsquo‛aide de leurs propres mots La deuxiegraveme propose de

tester les connaissances theacuteoriques des eacutelegraveves en veacuterifiant que des liens entre

deux notions aient eacuteteacute faits

Exercice 2

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutedire la couleur perccedilue en fonction des meacutelanges de couleurs RVB

- deacutechiffrer un scheacutema et les codes de la repreacutesentation de la trajectoire

des lumiegraveres coloreacutees

Le deuxiegraveme exercice relegraveve du niveau taxonomique de lrsquo‛application car il

neacutecessite une compreacutehension de la maniegravere de repreacutesenter la lumiegravere (scheacutema de

la trajectoire rectiligne codes de couleurs RVB) et drsquo‛appliquer ce modegravele tout en

utilisant les connaissances des couleurs fondamentales et compleacutementaires de la

synthegravese additive

Exercice 3

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet drsquo‛un filtre sur une lumiegravere coloreacutee agrave lrsquo‛aide des codes

propres agrave lrsquo‛optique

Lrsquo‛exercice 3 relegraveve de lrsquo‛application car les eacutelegraveves se reacutefegraverent agrave la modeacutelisation

eacutetablie durant le cours et au diagramme de Venn de la synthegravese soustractive et

les adaptent aux items preacutesenteacutes

Exercice 4

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- mettre en perspective la distinction entre synthegravese additive et

soustractive en terme de lsquorsquo‛naturersquo‛rsquo‛ de la couleur (couleurs matiegraveres vs

couleurs lumiegraveres)

Cet exercice requiert des eacutelegraveves qursquo‛ils mobilisent leur faculteacute drsquo‛analyse (niveau

taxonomique plutocirct eacuteleveacute) pour expliquer les diffeacuterences entre les

repreacutesentations de la couleur en arts visuels et en physique Le but est qursquo‛ils

reconnaissent qursquo‛il srsquo‛agit dans le premier cas de la synthegravese soustractive et dans

le second cas de la synthegravese additive

Exercice 5

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutevoir la couleur perccedilue drsquo‛un objet en fonction des lumiegraveres coloreacutees

projeteacutees et coder le pheacutenomegravene

Les eacutelegraveves appliquent la modeacutelisation drsquo‛une lumiegravere coloreacutee sur un objet coloreacute

pour deacuteterminer la couleur perccedilue du drapeau franccedilais Cette question fait

reacutefeacuterence agrave un niveau taxonomique bas Puis ils trouvent la lumiegravere coloreacutee qui

permet de voir les deux drapeaux preacutesenteacutes de la mecircme couleur Ils trouveront

cette reacuteponse en modeacutelisant les lumiegraveres coloreacutees sur lrsquo‛objet de couleur

Plusieurs scheacutemas sont neacutecessaires pour trouver la reacuteponse Crsquo‛est une question

taxonomiquement haute qui demande aux eacutelegraveves de faire une synthegravese

Exercice 6

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet de la lumiegravere coloreacutee sur un objet et en deacuteduire la

couleur perccedilue

- justifier sa reacuteponse avec des mots en faisant la synthegravese des diffeacuterents

concepts vus dans la seacutequence de cours

Les eacutelegraveves doivent comprendre ce qursquo‛ils lisent et deacuteterminer la couleur propre du

haut du cambrioleur Cette question est taxonomiquement haute elle demande de

lrsquo‛analyse Puis ils justifient leur reacuteponse par le modegravele de lrsquo‛effet de la lumiegravere

coloreacutee sur un objet Cette question est drsquo‛un niveau taxonomique infeacuterieur

drsquo‛application Finalement ils deacuteterminent pourquoi la description de la jeune fille

ne correspond pas agrave la couleur propre en faisant le lien avec la synthegravese

soustractive demandant un niveau taxonomiquement tregraves eacuteleveacute la synthegravese

Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

4 Argumentation scientifique Nous avons choisi de construire notre seacutequence de cours de maniegravere agrave ce qursquoelle srsquoinscrive dans une deacutemarche constructiviste de type piageacutetienne Dans cette deacutemarche lrsquoenseignant anticipe les conceptions erroneacutees que les eacutelegraveves peuvent avoir puis eacutetablit une situation-shyproblegraveme permettant ideacutealement de deacuteconstruire ces repreacutesentations incomplegravetes puis finalement drsquoen construire de nouvelles plus justes Dans ce qui suit nous allons deacutefinir ces diffeacuterents concepts mis en eacutevidence puis expliciter la maniegravere dont nous les avons pris en compte dans notre planification

41 Les conceptions des eacutelegraveves et les situations-shyproblegravemes

411 Deacutefinitions Conception Selon Giordan et al (1994) une conception ou repreacutesentation peut ecirctre consideacutereacutee comme une ideacutee un objet ou un eacutevegravenement qui aide lrsquoeacutelegraveve agrave comprendre le monde qui lrsquoentoure Elle est le fruit de son expeacuterience personnelle dans laquelle il va puiser pour comprendre les nouveaux savoirs que lrsquoon va chercher agrave lui inculquer Elle peut ecirctre consideacutereacutee comme une connaissance ldquodeacutejagrave-shylagraverdquo acquise dans un certain contexte par lrsquoapprenant et qui peut ecirctre correcte ou erroneacutee Les mauvaises conceptions (ou misconception en anglais) peuvent donc ecirctre deacutecrites comme des ideacutees qui proviennent drsquoune mauvaise compreacutehension drsquoobjets ou eacutevegravenements Elles sont issues principalement de lrsquoenvironnement avec lequel lrsquoeacutelegraveve interagit et du contexte dans lequel il se situe mais elles deacutecoulent eacutegalement des systegravemes seacutemiotiques mis en oeuvre Ces derniers sont abordeacutes plus en deacutetail dans ce qui suit Seacutemiologie En seacutemiologie (lrsquoeacutetude des systegravemes de signes) une repreacutesentation (ou un signe) est double elle est doteacutee drsquoun signifiant et drsquoun signifieacute (de Saussure 1916) Le signifiant qui fait lrsquoobjet de la seacutemiologie deacutesigne la forme et laspect du signe tandis que le signifieacute eacutetudieacute dans le cadre de la seacutemantique deacutesigne le concept eacutevoqueacute par le signe A partir du moment ougrave le signe possegravede plusieurs signifieacutes il devient symbole et crsquoest ainsi que les incompreacutehensions peuvent survenir Selon R Duval (1995) le concept de laquo registre seacutemiotique raquo permet de distinguer les repreacutesentations qui relegravevent de diffeacuterents registres ou types visuels numeacuteriques graphiques symboliques formels scheacutematiques etc En didactique ce concept est fondamental car les diffeacuterences de registre au sein drsquoune mecircme repreacutesentation ou drsquoun

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modegravele peut induire des difficulteacutes de lecture Ils risquent drsquoajouter des difficulteacutes suppleacutementaires en empecircchant les eacutelegraveves de se focaliser sur le problegraveme poseacute par lrsquoactiviteacute et les menant agrave formuler des conclusions diffeacuterentes de celles attendues par lrsquoenseignant Crsquoest pour cela qursquoun choix pertinent de registre seacutemiotique facilite la compreacutehension du concept introduit Dans notre cours un exemple typique que nous pouvons donner est la forte ressemblance des diagrammes de Venn pour les synthegraveses additive et soustractive Dans les deux modegraveles les diagrammes sont communeacutement scheacutematiseacutes sous forme circulaire De plus bien que inverseacutees au niveau de leurs superpositions les mecircmes couleurs sont repreacutesenteacutees dans les deux diagrammes Ces similitudes peuvent rendre la diffeacuterenciation complexe pour les eacutelegraveves Crsquoest pourquoi nous avons estimeacute important drsquoapporter un changement agrave la repreacutesentation de ces diagrammes Ainsi dans lrsquoune de nos fiches de synthegravese nous avons preacutefeacutereacute utiliser des formes rectangulaires plutocirct que circulaires pour repreacutesenter la synthegravese soustractive car cette forme eacutevoque plus fortement le filtre et ainsi lrsquoabsorption de la lumiegravere Cadre de rationaliteacute origine des conceptions En srsquoappuyant sur les travaux de R Douady (1984) A Lerouge (1992) deacutefinit laquo un cadre de rationaliteacuteraquo comme laquoun ensemble coheacuterent de fonctionnement de la penseacuteeraquo caracteacuteriseacute principalement par les composantes suivantes

1 Les objets du cadre dans notre cas il peut srsquoagir de peinture de feuille de papier de lampes de poche de filtres etc

2 Le type de processus de conceptualisation Dans un cadre scientifique il peut srsquoagir drsquoun processus par modeacutelisation ou par expeacuterimentation par exemple

3 Les registres seacutemiotiques que nous avons traiteacutes plus haut Les conceptions des eacutelegraveves et les conflits de perceptions en reacutesultant sont issus des diffeacuterents cadres de rationaliteacute dans lesquels ils eacutevoluent Ce sont les cadres familiers (personnel) et culturels (eacutecole) qui sont responsable de ces conceptions et repreacutesentations mentales tantocirct concourantes tantocirct inexistantes voire erroneacutees Elles se manifestent principalement agrave travers la seacutemiotique Les eacutelegraveves eacuteprouvent de la difficulteacute agrave repreacutesenter des objets issus de registres seacutemiotiques diffeacuterents ou encore agrave simplement les reconnaicirctre Dans le contexte de notre seacutequence sur les couleurs ces cadres de rationaliteacute sont centraux En effet crsquoest dans son quotidien et donc dans son cadre familier que lrsquoeacutelegraveve va deacutecouvrir la notion de couleur notamment par le biais de la peinture ou drsquoobservation drsquoarc-shyen-shyciel Cette deacutecouverte qui a souvent lieu tregraves tocirct dans la vie de lrsquoenfant ne fera pourtant pas pour autant lrsquoobjet de questionnement sur le pheacutenomegravene de perception des couleurs La notion de cadre culturel ou scolaire quand agrave elle peut ecirctre eacutetendue dans notre cas agrave deux sous-shycateacutegories de cadres culturels diffeacuterents qui vont ecirctre agrave lrsquoorigine de conceptions erroneacutees ou incomplegravetes Premiegraverement il y a le cadre que nous appelons laquo arts visuelsraquo et qui a ses propres regravegles de rationaliteacutes Les cours de dessin ou drsquoactiviteacutes creacuteatrices en sont de parfaits exemples car crsquoest dans ce cadre que les eacutelegraveves vont premiegraverement aborder la

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theacutematique des couleurs primaires et de leurs meacutelanges Mais cette theacutematique est eacutegalement abordeacutee dans le cadre laquophysiqueraquo agrave travers les expeacuteriences de deacutecomposition de la lumiegravere ou de superposition de lumiegraveres coloreacutees Ainsi nous retrouvons trois cadres de rationaliteacute concourants (familier physique arts visuels) dans lesquels les eacutelegraveves eacutevoluent et qui engendrent indubitablement des conceptions erroneacutees sur la lumiegravere et les couleurs puisque les eacutelegraveves ne sont pas ameneacutes agrave les diffeacuterencier dans chacun des cadres Et comme la communication entre les diffeacuterents cadres nrsquoest pas eacutetablie le lien agrave faire entre les diffeacuterentes conceptions issues de ces cadres est agrave la charge de lrsquoeacutelegraveve ce qui repreacutesente une lourde responsabiliteacute dans son apprentissage Astolfi (2008) appelle eacutegalement ces conceptions issues de diffeacuterents cadres des ldquotrames conceptuelles rdquoqui peuvent ecirctre deacutefinies comme ldquoun ensemble de concepts-shycleacutes propres agrave un domaine et logiquement hieacuterarchiseacutes entre eux qui structurent les disciplines et engendrent des situations-shyproblegravemesrdquo Mais encore on verra eacutemerger des problegravemes de contrat didactique dans chacun des cadres lrsquoeacutelegraveve va tenter de donner une reacuteponse qui va satisfaire lrsquoenseignant sans pour autant ecirctre ameneacute agrave confronter ses conceptions

Situation-shyproblegraveme Pour de Vecchi (2006) une situation-shyproblegraveme est une activiteacute qui consiste agrave mettre lrsquoeacutelegraveve dans une situation ougrave il va ecirctre ameneacute agrave eacutelaborer des strateacutegies de reacutesolution de problegraveme Lrsquoun des points cleacutes des situations-shyproblegravemes est qursquoelles eacutetablissent un lien eacutetroit entre les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves En drsquoautres termes une situation-shyproblegraveme est construite de telle sorte que les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave remettre en question des repreacutesentations actuelles qui srsquoavegraverent erroneacutees agrave les deacuteconstruire pour en construire de nouvelles Ainsi dans une deacutemarche de type constructiviste lrsquoeacutelegraveve construit son savoir en renversant ses anciennes conceptions Une situation-shyproblegraveme nrsquoest donc pas une deacutemarche ponctuelle dans laquelle lrsquoeacutelegraveve devra reacutesoudre une liste drsquoexercices teacuteleacuteguideacutee par lrsquoenseignant Ce qui justifie lrsquoefficaciteacute des situations problegravemes est qursquo laquoapprendreraquo ne consiste pas agrave cumuler les savoirs mais agrave en construire et agrave en deacuteconstruire

Une situation-shyproblegraveme doit comprendre plusieurs eacuteleacutements

-shy Un objectif-shyobstacle Pour Meirieu (1987) un objectif-shyobstacle est ldquoun objectif dont lrsquoacquisition permet au sujet de franchir un palier deacutecisif de progression en modifiant son systegraveme de repreacutesentation et en le faisant acceacuteder un niveau supeacuterieur de formulation rdquo Dans notre cas lrsquoeacutelegraveve pense que tous les meacutelanges de 3 couleurs primaires (de peinture ou de lumiegravere) vont donner le mecircme reacutesultat La distinction entre synthegraveses additive et soustractive nrsquoest pas connue des eacutelegraveves De plus projeter de la lumiegravere monochromatique sur un objet drsquoune certaine couleur ne donne pas toujours la mecircme couleur Lrsquoexemple avec le drapeau (activiteacute 4) est parlant

-shy Une situation centreacutee sur cet obstacle prenant en compte une deacutemarche expeacuterimentale ou une deacutemarche de modeacutelisation Dans notre cours les deux deacutemarches sont mises en oeuvre mais notre deacutemarche principale est la modeacutelisation Les eacutelegraveves vont effectivement ecirctre ameneacutes agrave eacutemettre des hypothegraveses manipuler reacutecolter des reacutesultats et les confronter agrave

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leurs hypothegraveses mais il srsquoagit surtout drsquoune deacutemarche de modeacutelisation car les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave creacuteer des scheacutemas dans plusieurs exercices

-shy Une probleacutematisation et la deacutevolution on probleacutematise la conception erroneacutee en introduisant une situation-shyproblegraveme crsquoest-shyagrave-shydire qursquoon construit un problegraveme centreacute sur lrsquoobstacle La surprise face agrave une situation incoheacuterente va intriguer lrsquoeacutelegraveve exciter sa motivation et le pousser agrave vouloir srsquoimpliquer dans le problegraveme ce qui va aider sa deacutevolution Brousseau (1998) qualifie la notion de deacutevolution par le ldquo processus par lequel lenseignant parvient agrave placer leacutelegraveve comme simple actant dans une situation a-shydidactique (agrave modegravele non didactique) Il cherche par lagrave agrave ce que lrsquoaction de lrsquoeacutelegraveve ne soit produite et justifieacutee que par les neacutecessiteacutes du milieu et par ses connaissances et non par lrsquointerpreacutetation des proceacutedeacutes didactiques du professeurrdquo Pour enrocircler les eacutelegraveves et les aider agrave identifier la probleacutematique en met on place une situation deacuteclenchante Dans notre cas lrsquoexemple avec le meacutelange de peinture et de lumiegraveres coloreacutees est un parfait exemple de situation deacuteclenchante car les eacutelegraveves ne sattendent probablement pas par exemple agrave ce que le meacutelange de vert et bleu donne du cyan ou encore qursquoon perccediloive un citron noir lorsque lrsquoon projette de la lumiegravere bleue sur ce celui-shyci

412 La prise en compte des conceptions des eacutelegraveves dans notre seacutequence La theacutematique de la lumiegravere et des couleurs est complexe et comprend de nombreux concepts difficiles agrave assimiler En effet bon nombre de personnes ont des repreacutesentations erroneacutees qui peuvent rester profondeacutement ancreacutees Parmi les conceptions erroneacutees les plus communes on retrouve selon le site internet des MER

La lumiegravere blanche est sans couleur pure quand la lumiegravere blanche passe dans un prisme ou traverse un filtre de la couleur lui est ajouteacutee

La lumiegravere blanche nous permet de voir la vraie couleur des objets laquoMa feuille est blanche parce que je nai pas ajouteacute dautres couleurs agrave celle-shyciraquo

Les couleurs sont lieacutees agrave des proprieacuteteacutes de lrsquoobjet exclusivement sans reacutefeacuterence agrave la lumiegravere qui eacuteclaire lrsquoobjet Ne dit-shyon pas quun pull est rouge

Confusion entre les couleurs primaires en couleur peinture et en couleur lumiegravere

Dans notre planification nous avons anticipeacute ces conceptions et avons construit notre cours de maniegravere agrave ce qursquoelles soient mises en eacutevidence le plus tocirct possible afin de tenter de les deacuteconstruire agrave travers nos activiteacutes

Ainsi degraves deacutebut de lrsquoactiviteacute 2 les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave une situation-shyproblegraveme dans laquelle ils comprennent qursquoil existe une contradiction entre leur conception de deacutepart sur les meacutelanges de couleurs (issue de leurs cadres de rationaliteacute familier et scolaire lsquorsquoart visuelrsquorsquo) et leurs observations (nouveau cadre lsquorsquophysiquersquorsquo) Crsquoest sur la base de ce conflit cognitif que les diffeacuterentes notions de la seacutequence pourront ecirctre abordeacutees Les autres conceptions sont mises en eacutevidence puis deacuteconstruites agrave travers les diffeacuterentes activiteacutes Par exemple les

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activiteacutes du chapitre 3 permettent de montrer que la lumiegravere blanche nrsquoest pas pure mais qursquoelle est composeacutee de toutes les couleurs et ce gracircce agrave lrsquoobservation des objets agrave la lumiegravere blanche puis agrave travers un filtre

De plus lrsquoactiviteacute 3 srsquoarticule autour drsquoune conception erroneacutee repeacutereacutee dans certaines classes Bon nombre drsquoeacutelegraveves eacutetaient persuadeacutes qursquoun filtre ne laissait pas passer les lumiegraveres de sa couleur propre car crsquoest la couleur dont est perccedilue le filtre Un conflit cognitif est alors provoqueacute afin de deacuteconstruire cette conception les eacutelegraveves observent que la lumiegravere coloreacutee nrsquoest pas absorbeacutee par le filtre mais qursquoelle se propage bien jusqursquoagrave lrsquoeacutecran blanc

En introduction de lrsquoactiviteacute 4 une nouvelle situation-shyproblegraveme est preacutesenteacutee par le biais drsquoune image montrant que la couleur drsquoun objet peut varier en fonction de la lumiegravere coloreacutee par laquelle il est eacuteclaireacute Elle servira agrave provoquer un conflit cognitif chez les eacutelegraveves car cette situation intervient apregraves une phase drsquohypothegravese reacutepondant agrave la question suivante un objet peut-shyil avoir diffeacuterentes couleurs La reacuteponse donneacutee par lrsquoimage contredira probablement lrsquohypothegravese preacuteceacutedemment formuleacutee et devrait susciter de la curiositeacute chez lrsquoeacutelegraveve et lui donner lrsquoenvie de comprendre le pheacutenomegravene Nous deacutemontrons ensuite tout au long de lrsquoactiviteacute 4 sur les lumiegraveres coloreacutees que crsquoest le pheacutenomegravene drsquoabsorption et de reacuteflection de la lumiegravere qui nous permet de voir la couleur des objets et non pas la lumiegravere blanche Crsquoest donc par le biais de ces deacuteconstructions successives de conceptions que lrsquoenseignant peut guider les eacutelegraveves sur la voie de la reacutesolution du problegraveme de lrsquoorigine de ces contradictions dans le but drsquoeacutetablir le lien entre les diffeacuterents cadres de rationaliteacute

42 Modeacutelisation

421 Deacutefinition

Un modegravele est communeacutement deacutefini comme un objet ou un concept qui va permettre de repreacutesenter la reacutealiteacute de diffeacuterentes maniegraveres Bunge (1974) ou encore Martinand (1994) le deacutefinissent eacutegalement comme un moyen permettant de mettre en relation le monde theacuteorique avec le monde empirique Il peut ecirctre consideacutereacute en quelque sorte comme un monde intermeacutediaire ou une sorte de lunette conceptuelle (Halloun 2004) qui va permettre drsquoobserver des pheacutenomegravenes naturels Un modegravele ne constitue pas la reacutealiteacute mais la repreacutesente en simplifiant certains de ses aspects ce qui peut causer des conflits pour les repreacutesentations cognitives chez lrsquoeacutelegraveve

422 La modeacutelisation dans notre seacutequence Dans notre planification la modeacutelisation est centrale afin de conceptualiser des pheacutenomegravenes complexes comme la composition de la lumiegravere et la perception des couleurs Elle est lrsquooutil qui permet drsquoamener les eacutelegraveves agrave se faccedilonner une repreacutesentation de la deacutecomposition de la lumiegravere blanche de labsorption de la lumiegravere agrave travers les filtres et des synthegraveses additive et soustractive des couleurs

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De plus elle constitue un objectif de formation meacutethodologique qui va de pair avec toute formation scientifique Crsquoest pourquoi nous avons inclus la modeacutelisation dans les objectifs drsquoapprentissage Dans la terminologie du PER la modeacutelisation correspond agrave lrsquoobjectif geacuteneacuteral MSN37

bull MSN 1525 mdash Modeacuteliser des pheacutenomegravenes naturels techniques sociaux ou des situations matheacutematiques

bull en imaginant et en utilisant divers outils de repreacutesentation (codes scheacutemas graphiques tableauxhellip)

Lrsquoactiviteacute 2 propose aux eacutelegraveves de reporter les couleurs observeacutees sur trois cercles superposeacutes En les coloriant les eacutelegraveves reacutealisent en reacutealiteacute une forme simple de modeacutelisation par un diagramme de Venn de la synthegravese additive Il nous a sembleacute pertinent drsquointroduire ce scheacutema de cette maniegravere car ainsi les eacutelegraveves comprennent reacuteellement qursquoil correspond agrave la lumiegravere projeteacutee et superposeacutee sur un eacutecran En derniegravere partie drsquoactiviteacute les eacutelegraveves se familiarisent avec un logiciel de modeacutelisation de la synthegravese additive 3

Lrsquoutilisation drsquoun modegravele dans ce cas est indispensable pour des raisons pratiques Il serait en effet tregraves difficile de faire des observations similaires avec un dispositif reacuteel constitueacute de projecteurs et drsquoun eacutecran comme dans la premiegravere partie drsquoactiviteacute Nous avons veilleacute agrave choisir un logiciel simple drsquousage sur lequel seules deux manipulations sont possibles allumereacuteteindre les projecteurs et varier leurs intensiteacutes Ainsi il est possible pour les eacutelegraveves de faire rapidement et sans difficulteacutes de lrsquoordre du registre seacutemiotique la deacuteduction attendue les diffeacuterentes couleurs srsquoobtiennent par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

Dans lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves sont ameneacutes agrave modeacuteliser lrsquoeffet drsquoun filtre sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee Ils ancrent ainsi le fonctionnement drsquoun filtre dans leur apprentissage et deacuteveloppent une meacutethodologie systeacutematique dans la reacutesolution de problegravemes mettant en scegravene des filtres Gracircce au modegravele deacuteveloppeacute les eacutelegraveves deacuteconstruisent deacutefinitivement leur eacuteventuelle conception erroneacutee selon laquelle un filtre absorberait sa propre couleur Lrsquoactiviteacute 43 a pour but que les eacutelegraveves modeacutelisent les pheacutenomegravenes de reacutefraction et drsquoabsorption en justifiant leur reacuteponse par un modegravele de reacuteponse Ce dernier comprend les couleurs RVB qui se reflegravetent ou qui sont absorbeacutees par une surface Ainsi lrsquoeacutelegraveve peut trouver une meacutethode systeacutematique de reacuteponse en testant les diffeacuterentes couleurs Gracircce agrave cette modeacutelisation et agrave celle de lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves comprennent que les fonctionnements des filtres et des lumiegraveres coloreacutees sont fondeacutes sur le mecircme principe

3(httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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43 Deacutemarche expeacuterimentale

431 Deacutefinition Pour de Vecchi il est important de ne pas confondre les notions lieacutees agrave lrsquoexpeacuterimental qui sont les suivantes

-shy Une deacutemarche scientifique nrsquoest pas exclusive au domaine des sciences expeacuterimentales mais peut aussi ecirctre mobiliseacutee dans les sciences humaines socialeshellip Elle utilise drsquoautres outils que lrsquoexpeacuterimentale Toute recherche digne de ce nom est de nature scientifique

-shy La meacutethode expeacuterimentale eacutequivaut plutocirct agrave un plan agrave suivre un mode drsquoemploi ou agrave une marche agrave suivre qui suit un ordre strict que lrsquoon peut aussi appeler protocole Par exemple parmi les plus ceacutelegravebres protocoles nous retrouvons celui de Claude Bernard (1865) que lrsquoon abregravege par les initiales OHERIC qui correspondent agrave observation hypothegravese expeacuterience reacutesultats interpreacutetation et conclusion De maniegravere geacuteneacuterale il srsquoagit du protocole caricatural que lrsquoon emploie le plus souvent dans les salles de classes

-shy Une deacutemarche expeacuterimentale est une approche plus reacutealiste moins stricte et integravegre

une approche plus tacirctonnante Il nrsquoest pas constitueacute drsquoeacutetapes preacutedeacutetermineacutees et est donc moins affecteacutee par les directives de lrsquoenseignant Il peut donc laisser des liberteacutes dans la maniegravere de reacutesoudre le problegraveme

432 La deacutemarche expeacuterimentale dans notre seacutequence Dans notre seacutequence la meacutethode expeacuterimentale est preacutesente de maniegravere partielle du scheacutema caricatural OHERIC nous nous inteacuteressons en particulier aux phases drsquoobservation et drsquoeacutemission drsquohypothegraveses Crsquoest pourquoi nous parlons donc plutocirct de ldquodeacutemarche expeacuterimentalerdquo En effet tout au long des diffeacuterentes activiteacutes il est reacuteguliegraverement demandeacute aux eacutelegraveves de formuler une hypothegravese agrave partir de leurs connaissances au preacutealable puis de faire de nouvelles observations en contexte expeacuterimental Crsquoest sur la base de ces derniegraveres qursquoils pourront reacutealiser leurs deacuteductions sur le pheacutenomegravene en question et construire de nouvelles conceptions Dans lrsquoactiviteacute 2 ce type de deacutemarche est central pour la creacuteation de la premiegravere situation-shyproblegraveme Par la suite la deacutemarche permet de guider les eacutelegraveves dans le processus de deacuteduction du fonctionnement geacuteneacuteral des diffeacuterents pheacutenomegravenes Dans lrsquoactiviteacute 41 par exemple les pheacutenomegravenes agrave deacuteduire sont la synthegravese soustractive et le fonctionnement de la lumiegravere coloreacutee Lrsquoemploi drsquoobjets familiers permet un ancrage dans le quotidien

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Dans lrsquoactiviteacute 3 lrsquoeacutetude de lrsquoeffet des filtres constitue agrave son tour un deacutemarche expeacuterimentale En effet les eacutelegraveves doivent tout drsquoabord eacutemettre leurs hypothegraveses puis les veacuterifient par lrsquoexpeacuterimentation et ses reacutesultats provoquant probablement un conflit cognitif avant drsquoen conclure lrsquoeffet drsquoun filtre Dans lrsquoactiviteacute 42 nous retrouvons toujours le mecircme principe de deacutemarche expeacuterimentale Les eacutelegraveves formulent des hypothegraveses sur la couleur perccedilue de diffeacuterents mots coloreacutes eacuteclaireacutes par une lumiegravere coloreacutee puis les veacuterifient lors de la phase drsquoobservation La confrontation entre leurs attentes lieacutees agrave leurs conceptions et la reacutealiteacute creacutee le conflit cognitif rechercheacute

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5 Conclusion Pour seacutelectionner notre thegraveme et eacutelaborer notre seacutequence nous nous sommes fondeacutes sur les objectifs du PER et crsquoest sur lrsquooptique que notre choix srsquoest porteacute Le savoir savant auquel nous nous sommes reacutefeacutereacutes comprend principalement des concepts lieacutes agrave la lumiegravere tels que les photons les ondes eacutelectromagneacutetiques ainsi que les spectres drsquoeacutemission et drsquoabsorption Nous avons transposeacute ce savoir en un savoir enseignable par le biais drsquoun travail de contextualisation et de reacuteadaptation Nous avons eacuteteacute ameneacutes agrave remplacer des modegraveles scientifiques (par exemple les modegraveles de synthegraveses additive et soustractive) par des modegraveles accessibles agrave un niveau scolaire et agrave changer les conditions drsquoeacutemergence des problegravemes Ainsi notre travail de transposition consistait agrave montrer aux eacutelegraveves la partie eacutemergeacutee de lrsquoiceberg du concept de couleur le reacutesultat apparent plutocirct que lrsquoorigine eacutelectromagneacutetique Tout au long de la seacutequence et par le biais de situations-shyproblegravemes et de diffeacuterentes eacutetapes de reacutesolution des activiteacutes les eacutelegraveves ont eacuteteacute guideacutes dans le processus de construction de leur apprentissage En nous focalisant sur les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves nous avons eacutelaboreacute nos exercices de maniegravere agrave proposer des situations deacuteclenchantes afin de faciliter le transfert de la responsabiliteacute de la reacutesolution des problegravemes aux eacutelegraveves Cette derniegravere srsquoeffectue par des deacutemarches drsquoexpeacuterimentation mais surtout de modeacutelisation

Dans notre sceacutenario les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave deux types de donneacutees theacuteoriques et empiriques Drsquoune part ils ont agrave disposition deux theacuteories principales la premiegravere est que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs de lrsquoarc-shyen-shyciel tandis que la seconde deacutecrit l a maniegravere dont la couleur drsquoun objet deacutepend des couleurs qursquoil va absorber Drsquoautre part ils disposent de donneacutees empiriques qursquoils sont ameneacutes agrave reacutecolter en superposant des lumiegraveres de diffeacuterentes couleurs en meacutelangeant de la peinture et en projetant de la lumiegravere coloreacutee sur diffeacuterents objets coloreacutes Dans le cadre drsquoune deacutemarche drsquoexpeacuterimentation ils ont eacutemis des hypothegraveses observeacute manipuleacute du mateacuteriel utiliseacute des appliquettes en ligne et veacuterifieacute leurs reacutesultats Crsquoest ainsi les modegraveles que nous avons preacutesenteacutes et que les eacutelegraveves ont eacutelaboreacutes vont ecirctre des ponts qui vont relier le monde theacuteorique et le monde empirique Par ailleurs nous avons eacuteteacute attentifs agrave la seacutemiotique lors de nos choix des repreacutesentations utiliseacutees nous nous sommes reacutefeacutereacutes agrave la notion de registre seacutemiotique afin drsquoeacutelaborer des scheacutemas nrsquoengendrant pas de difficulteacutes de lecture chez les eacutelegraveves

Nous avons analyseacute lrsquoorigine des conceptions erroneacutees et avons remarqueacute qursquoelles eacutetaient principalement dues agrave des repreacutesentations concourantes engendreacutees par les diffeacuterents contextes et cadres de rationaliteacutes dans lesquelles les eacutelegraveves eacutevoluent Notre sceacutenario permet aux eacutelegraveves drsquoeacutetablir des liens entre ces diffeacuterents cadres et de construire une nouvelle repreacutesentation de la couleur celle drsquoun objet de la physique

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6 Bibliographie

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Meirieu P Avanzin Gi (1987) Apprendre oui mais comment Edition ESF Verret M (1975) Le temps des eacutetudes (Vols 1ndash2) Lille France Atelier Reproduction des thegraveses

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Page 62: Physique Optique Lescouleurs · Sciences naturelles Les couleurs 10 11 Harmos 1.Introduction Comme nous allons le détailler dans le chapitre 4, les conceptions erronées des élèves

Exercice 6

1 Quelle est la couleur propre du haut du cambrioleur _________________

(Bleu)

2 Justifie ta reacuteponse avec la modeacutelisation vue en cours

(selon modegravele eacutetudieacute)

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

___________________________________________________________

___________________________________________________________

___________________________________________________________

(Explication citant la synthegravese soustractive et lrsquo‛effet des lumiegraveres coloreacutees

concerneacutees sur le haut du cambrioleur)

Evaluation - Analyse

Ce commentaire comprend les diffeacuterents objectifs eacutevalueacutes ainsi que ce qui est attendu

preacuteciseacutement des eacutelegraveves et les niveaux taxonomiques correspondants

Ce sont des pistes drsquo‛eacutevaluation qui sont ici proposeacutees non une eacutevaluation suivie

Exercice 1

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- Mettre en lien des notions theacuteoriques apprises en cours (cocircnes et

bacirctonnets de lrsquo‛oeil) avec drsquo‛autres (synthegravese additive)

Lrsquo‛eacutevaluation deacutebute par deux questions au niveau taxonomique peu eacuteleveacute La

premiegravere de lrsquo‛ordre de la compreacutehension demande aux eacutelegraveves de restituer une

connaissance de base agrave lrsquo‛aide de leurs propres mots La deuxiegraveme propose de

tester les connaissances theacuteoriques des eacutelegraveves en veacuterifiant que des liens entre

deux notions aient eacuteteacute faits

Exercice 2

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutedire la couleur perccedilue en fonction des meacutelanges de couleurs RVB

- deacutechiffrer un scheacutema et les codes de la repreacutesentation de la trajectoire

des lumiegraveres coloreacutees

Le deuxiegraveme exercice relegraveve du niveau taxonomique de lrsquo‛application car il

neacutecessite une compreacutehension de la maniegravere de repreacutesenter la lumiegravere (scheacutema de

la trajectoire rectiligne codes de couleurs RVB) et drsquo‛appliquer ce modegravele tout en

utilisant les connaissances des couleurs fondamentales et compleacutementaires de la

synthegravese additive

Exercice 3

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet drsquo‛un filtre sur une lumiegravere coloreacutee agrave lrsquo‛aide des codes

propres agrave lrsquo‛optique

Lrsquo‛exercice 3 relegraveve de lrsquo‛application car les eacutelegraveves se reacutefegraverent agrave la modeacutelisation

eacutetablie durant le cours et au diagramme de Venn de la synthegravese soustractive et

les adaptent aux items preacutesenteacutes

Exercice 4

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- mettre en perspective la distinction entre synthegravese additive et

soustractive en terme de lsquorsquo‛naturersquo‛rsquo‛ de la couleur (couleurs matiegraveres vs

couleurs lumiegraveres)

Cet exercice requiert des eacutelegraveves qursquo‛ils mobilisent leur faculteacute drsquo‛analyse (niveau

taxonomique plutocirct eacuteleveacute) pour expliquer les diffeacuterences entre les

repreacutesentations de la couleur en arts visuels et en physique Le but est qursquo‛ils

reconnaissent qursquo‛il srsquo‛agit dans le premier cas de la synthegravese soustractive et dans

le second cas de la synthegravese additive

Exercice 5

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutevoir la couleur perccedilue drsquo‛un objet en fonction des lumiegraveres coloreacutees

projeteacutees et coder le pheacutenomegravene

Les eacutelegraveves appliquent la modeacutelisation drsquo‛une lumiegravere coloreacutee sur un objet coloreacute

pour deacuteterminer la couleur perccedilue du drapeau franccedilais Cette question fait

reacutefeacuterence agrave un niveau taxonomique bas Puis ils trouvent la lumiegravere coloreacutee qui

permet de voir les deux drapeaux preacutesenteacutes de la mecircme couleur Ils trouveront

cette reacuteponse en modeacutelisant les lumiegraveres coloreacutees sur lrsquo‛objet de couleur

Plusieurs scheacutemas sont neacutecessaires pour trouver la reacuteponse Crsquo‛est une question

taxonomiquement haute qui demande aux eacutelegraveves de faire une synthegravese

Exercice 6

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet de la lumiegravere coloreacutee sur un objet et en deacuteduire la

couleur perccedilue

- justifier sa reacuteponse avec des mots en faisant la synthegravese des diffeacuterents

concepts vus dans la seacutequence de cours

Les eacutelegraveves doivent comprendre ce qursquo‛ils lisent et deacuteterminer la couleur propre du

haut du cambrioleur Cette question est taxonomiquement haute elle demande de

lrsquo‛analyse Puis ils justifient leur reacuteponse par le modegravele de lrsquo‛effet de la lumiegravere

coloreacutee sur un objet Cette question est drsquo‛un niveau taxonomique infeacuterieur

drsquo‛application Finalement ils deacuteterminent pourquoi la description de la jeune fille

ne correspond pas agrave la couleur propre en faisant le lien avec la synthegravese

soustractive demandant un niveau taxonomiquement tregraves eacuteleveacute la synthegravese

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4 Argumentation scientifique Nous avons choisi de construire notre seacutequence de cours de maniegravere agrave ce qursquoelle srsquoinscrive dans une deacutemarche constructiviste de type piageacutetienne Dans cette deacutemarche lrsquoenseignant anticipe les conceptions erroneacutees que les eacutelegraveves peuvent avoir puis eacutetablit une situation-shyproblegraveme permettant ideacutealement de deacuteconstruire ces repreacutesentations incomplegravetes puis finalement drsquoen construire de nouvelles plus justes Dans ce qui suit nous allons deacutefinir ces diffeacuterents concepts mis en eacutevidence puis expliciter la maniegravere dont nous les avons pris en compte dans notre planification

41 Les conceptions des eacutelegraveves et les situations-shyproblegravemes

411 Deacutefinitions Conception Selon Giordan et al (1994) une conception ou repreacutesentation peut ecirctre consideacutereacutee comme une ideacutee un objet ou un eacutevegravenement qui aide lrsquoeacutelegraveve agrave comprendre le monde qui lrsquoentoure Elle est le fruit de son expeacuterience personnelle dans laquelle il va puiser pour comprendre les nouveaux savoirs que lrsquoon va chercher agrave lui inculquer Elle peut ecirctre consideacutereacutee comme une connaissance ldquodeacutejagrave-shylagraverdquo acquise dans un certain contexte par lrsquoapprenant et qui peut ecirctre correcte ou erroneacutee Les mauvaises conceptions (ou misconception en anglais) peuvent donc ecirctre deacutecrites comme des ideacutees qui proviennent drsquoune mauvaise compreacutehension drsquoobjets ou eacutevegravenements Elles sont issues principalement de lrsquoenvironnement avec lequel lrsquoeacutelegraveve interagit et du contexte dans lequel il se situe mais elles deacutecoulent eacutegalement des systegravemes seacutemiotiques mis en oeuvre Ces derniers sont abordeacutes plus en deacutetail dans ce qui suit Seacutemiologie En seacutemiologie (lrsquoeacutetude des systegravemes de signes) une repreacutesentation (ou un signe) est double elle est doteacutee drsquoun signifiant et drsquoun signifieacute (de Saussure 1916) Le signifiant qui fait lrsquoobjet de la seacutemiologie deacutesigne la forme et laspect du signe tandis que le signifieacute eacutetudieacute dans le cadre de la seacutemantique deacutesigne le concept eacutevoqueacute par le signe A partir du moment ougrave le signe possegravede plusieurs signifieacutes il devient symbole et crsquoest ainsi que les incompreacutehensions peuvent survenir Selon R Duval (1995) le concept de laquo registre seacutemiotique raquo permet de distinguer les repreacutesentations qui relegravevent de diffeacuterents registres ou types visuels numeacuteriques graphiques symboliques formels scheacutematiques etc En didactique ce concept est fondamental car les diffeacuterences de registre au sein drsquoune mecircme repreacutesentation ou drsquoun

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modegravele peut induire des difficulteacutes de lecture Ils risquent drsquoajouter des difficulteacutes suppleacutementaires en empecircchant les eacutelegraveves de se focaliser sur le problegraveme poseacute par lrsquoactiviteacute et les menant agrave formuler des conclusions diffeacuterentes de celles attendues par lrsquoenseignant Crsquoest pour cela qursquoun choix pertinent de registre seacutemiotique facilite la compreacutehension du concept introduit Dans notre cours un exemple typique que nous pouvons donner est la forte ressemblance des diagrammes de Venn pour les synthegraveses additive et soustractive Dans les deux modegraveles les diagrammes sont communeacutement scheacutematiseacutes sous forme circulaire De plus bien que inverseacutees au niveau de leurs superpositions les mecircmes couleurs sont repreacutesenteacutees dans les deux diagrammes Ces similitudes peuvent rendre la diffeacuterenciation complexe pour les eacutelegraveves Crsquoest pourquoi nous avons estimeacute important drsquoapporter un changement agrave la repreacutesentation de ces diagrammes Ainsi dans lrsquoune de nos fiches de synthegravese nous avons preacutefeacutereacute utiliser des formes rectangulaires plutocirct que circulaires pour repreacutesenter la synthegravese soustractive car cette forme eacutevoque plus fortement le filtre et ainsi lrsquoabsorption de la lumiegravere Cadre de rationaliteacute origine des conceptions En srsquoappuyant sur les travaux de R Douady (1984) A Lerouge (1992) deacutefinit laquo un cadre de rationaliteacuteraquo comme laquoun ensemble coheacuterent de fonctionnement de la penseacuteeraquo caracteacuteriseacute principalement par les composantes suivantes

1 Les objets du cadre dans notre cas il peut srsquoagir de peinture de feuille de papier de lampes de poche de filtres etc

2 Le type de processus de conceptualisation Dans un cadre scientifique il peut srsquoagir drsquoun processus par modeacutelisation ou par expeacuterimentation par exemple

3 Les registres seacutemiotiques que nous avons traiteacutes plus haut Les conceptions des eacutelegraveves et les conflits de perceptions en reacutesultant sont issus des diffeacuterents cadres de rationaliteacute dans lesquels ils eacutevoluent Ce sont les cadres familiers (personnel) et culturels (eacutecole) qui sont responsable de ces conceptions et repreacutesentations mentales tantocirct concourantes tantocirct inexistantes voire erroneacutees Elles se manifestent principalement agrave travers la seacutemiotique Les eacutelegraveves eacuteprouvent de la difficulteacute agrave repreacutesenter des objets issus de registres seacutemiotiques diffeacuterents ou encore agrave simplement les reconnaicirctre Dans le contexte de notre seacutequence sur les couleurs ces cadres de rationaliteacute sont centraux En effet crsquoest dans son quotidien et donc dans son cadre familier que lrsquoeacutelegraveve va deacutecouvrir la notion de couleur notamment par le biais de la peinture ou drsquoobservation drsquoarc-shyen-shyciel Cette deacutecouverte qui a souvent lieu tregraves tocirct dans la vie de lrsquoenfant ne fera pourtant pas pour autant lrsquoobjet de questionnement sur le pheacutenomegravene de perception des couleurs La notion de cadre culturel ou scolaire quand agrave elle peut ecirctre eacutetendue dans notre cas agrave deux sous-shycateacutegories de cadres culturels diffeacuterents qui vont ecirctre agrave lrsquoorigine de conceptions erroneacutees ou incomplegravetes Premiegraverement il y a le cadre que nous appelons laquo arts visuelsraquo et qui a ses propres regravegles de rationaliteacutes Les cours de dessin ou drsquoactiviteacutes creacuteatrices en sont de parfaits exemples car crsquoest dans ce cadre que les eacutelegraveves vont premiegraverement aborder la

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theacutematique des couleurs primaires et de leurs meacutelanges Mais cette theacutematique est eacutegalement abordeacutee dans le cadre laquophysiqueraquo agrave travers les expeacuteriences de deacutecomposition de la lumiegravere ou de superposition de lumiegraveres coloreacutees Ainsi nous retrouvons trois cadres de rationaliteacute concourants (familier physique arts visuels) dans lesquels les eacutelegraveves eacutevoluent et qui engendrent indubitablement des conceptions erroneacutees sur la lumiegravere et les couleurs puisque les eacutelegraveves ne sont pas ameneacutes agrave les diffeacuterencier dans chacun des cadres Et comme la communication entre les diffeacuterents cadres nrsquoest pas eacutetablie le lien agrave faire entre les diffeacuterentes conceptions issues de ces cadres est agrave la charge de lrsquoeacutelegraveve ce qui repreacutesente une lourde responsabiliteacute dans son apprentissage Astolfi (2008) appelle eacutegalement ces conceptions issues de diffeacuterents cadres des ldquotrames conceptuelles rdquoqui peuvent ecirctre deacutefinies comme ldquoun ensemble de concepts-shycleacutes propres agrave un domaine et logiquement hieacuterarchiseacutes entre eux qui structurent les disciplines et engendrent des situations-shyproblegravemesrdquo Mais encore on verra eacutemerger des problegravemes de contrat didactique dans chacun des cadres lrsquoeacutelegraveve va tenter de donner une reacuteponse qui va satisfaire lrsquoenseignant sans pour autant ecirctre ameneacute agrave confronter ses conceptions

Situation-shyproblegraveme Pour de Vecchi (2006) une situation-shyproblegraveme est une activiteacute qui consiste agrave mettre lrsquoeacutelegraveve dans une situation ougrave il va ecirctre ameneacute agrave eacutelaborer des strateacutegies de reacutesolution de problegraveme Lrsquoun des points cleacutes des situations-shyproblegravemes est qursquoelles eacutetablissent un lien eacutetroit entre les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves En drsquoautres termes une situation-shyproblegraveme est construite de telle sorte que les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave remettre en question des repreacutesentations actuelles qui srsquoavegraverent erroneacutees agrave les deacuteconstruire pour en construire de nouvelles Ainsi dans une deacutemarche de type constructiviste lrsquoeacutelegraveve construit son savoir en renversant ses anciennes conceptions Une situation-shyproblegraveme nrsquoest donc pas une deacutemarche ponctuelle dans laquelle lrsquoeacutelegraveve devra reacutesoudre une liste drsquoexercices teacuteleacuteguideacutee par lrsquoenseignant Ce qui justifie lrsquoefficaciteacute des situations problegravemes est qursquo laquoapprendreraquo ne consiste pas agrave cumuler les savoirs mais agrave en construire et agrave en deacuteconstruire

Une situation-shyproblegraveme doit comprendre plusieurs eacuteleacutements

-shy Un objectif-shyobstacle Pour Meirieu (1987) un objectif-shyobstacle est ldquoun objectif dont lrsquoacquisition permet au sujet de franchir un palier deacutecisif de progression en modifiant son systegraveme de repreacutesentation et en le faisant acceacuteder un niveau supeacuterieur de formulation rdquo Dans notre cas lrsquoeacutelegraveve pense que tous les meacutelanges de 3 couleurs primaires (de peinture ou de lumiegravere) vont donner le mecircme reacutesultat La distinction entre synthegraveses additive et soustractive nrsquoest pas connue des eacutelegraveves De plus projeter de la lumiegravere monochromatique sur un objet drsquoune certaine couleur ne donne pas toujours la mecircme couleur Lrsquoexemple avec le drapeau (activiteacute 4) est parlant

-shy Une situation centreacutee sur cet obstacle prenant en compte une deacutemarche expeacuterimentale ou une deacutemarche de modeacutelisation Dans notre cours les deux deacutemarches sont mises en oeuvre mais notre deacutemarche principale est la modeacutelisation Les eacutelegraveves vont effectivement ecirctre ameneacutes agrave eacutemettre des hypothegraveses manipuler reacutecolter des reacutesultats et les confronter agrave

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leurs hypothegraveses mais il srsquoagit surtout drsquoune deacutemarche de modeacutelisation car les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave creacuteer des scheacutemas dans plusieurs exercices

-shy Une probleacutematisation et la deacutevolution on probleacutematise la conception erroneacutee en introduisant une situation-shyproblegraveme crsquoest-shyagrave-shydire qursquoon construit un problegraveme centreacute sur lrsquoobstacle La surprise face agrave une situation incoheacuterente va intriguer lrsquoeacutelegraveve exciter sa motivation et le pousser agrave vouloir srsquoimpliquer dans le problegraveme ce qui va aider sa deacutevolution Brousseau (1998) qualifie la notion de deacutevolution par le ldquo processus par lequel lenseignant parvient agrave placer leacutelegraveve comme simple actant dans une situation a-shydidactique (agrave modegravele non didactique) Il cherche par lagrave agrave ce que lrsquoaction de lrsquoeacutelegraveve ne soit produite et justifieacutee que par les neacutecessiteacutes du milieu et par ses connaissances et non par lrsquointerpreacutetation des proceacutedeacutes didactiques du professeurrdquo Pour enrocircler les eacutelegraveves et les aider agrave identifier la probleacutematique en met on place une situation deacuteclenchante Dans notre cas lrsquoexemple avec le meacutelange de peinture et de lumiegraveres coloreacutees est un parfait exemple de situation deacuteclenchante car les eacutelegraveves ne sattendent probablement pas par exemple agrave ce que le meacutelange de vert et bleu donne du cyan ou encore qursquoon perccediloive un citron noir lorsque lrsquoon projette de la lumiegravere bleue sur ce celui-shyci

412 La prise en compte des conceptions des eacutelegraveves dans notre seacutequence La theacutematique de la lumiegravere et des couleurs est complexe et comprend de nombreux concepts difficiles agrave assimiler En effet bon nombre de personnes ont des repreacutesentations erroneacutees qui peuvent rester profondeacutement ancreacutees Parmi les conceptions erroneacutees les plus communes on retrouve selon le site internet des MER

La lumiegravere blanche est sans couleur pure quand la lumiegravere blanche passe dans un prisme ou traverse un filtre de la couleur lui est ajouteacutee

La lumiegravere blanche nous permet de voir la vraie couleur des objets laquoMa feuille est blanche parce que je nai pas ajouteacute dautres couleurs agrave celle-shyciraquo

Les couleurs sont lieacutees agrave des proprieacuteteacutes de lrsquoobjet exclusivement sans reacutefeacuterence agrave la lumiegravere qui eacuteclaire lrsquoobjet Ne dit-shyon pas quun pull est rouge

Confusion entre les couleurs primaires en couleur peinture et en couleur lumiegravere

Dans notre planification nous avons anticipeacute ces conceptions et avons construit notre cours de maniegravere agrave ce qursquoelles soient mises en eacutevidence le plus tocirct possible afin de tenter de les deacuteconstruire agrave travers nos activiteacutes

Ainsi degraves deacutebut de lrsquoactiviteacute 2 les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave une situation-shyproblegraveme dans laquelle ils comprennent qursquoil existe une contradiction entre leur conception de deacutepart sur les meacutelanges de couleurs (issue de leurs cadres de rationaliteacute familier et scolaire lsquorsquoart visuelrsquorsquo) et leurs observations (nouveau cadre lsquorsquophysiquersquorsquo) Crsquoest sur la base de ce conflit cognitif que les diffeacuterentes notions de la seacutequence pourront ecirctre abordeacutees Les autres conceptions sont mises en eacutevidence puis deacuteconstruites agrave travers les diffeacuterentes activiteacutes Par exemple les

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activiteacutes du chapitre 3 permettent de montrer que la lumiegravere blanche nrsquoest pas pure mais qursquoelle est composeacutee de toutes les couleurs et ce gracircce agrave lrsquoobservation des objets agrave la lumiegravere blanche puis agrave travers un filtre

De plus lrsquoactiviteacute 3 srsquoarticule autour drsquoune conception erroneacutee repeacutereacutee dans certaines classes Bon nombre drsquoeacutelegraveves eacutetaient persuadeacutes qursquoun filtre ne laissait pas passer les lumiegraveres de sa couleur propre car crsquoest la couleur dont est perccedilue le filtre Un conflit cognitif est alors provoqueacute afin de deacuteconstruire cette conception les eacutelegraveves observent que la lumiegravere coloreacutee nrsquoest pas absorbeacutee par le filtre mais qursquoelle se propage bien jusqursquoagrave lrsquoeacutecran blanc

En introduction de lrsquoactiviteacute 4 une nouvelle situation-shyproblegraveme est preacutesenteacutee par le biais drsquoune image montrant que la couleur drsquoun objet peut varier en fonction de la lumiegravere coloreacutee par laquelle il est eacuteclaireacute Elle servira agrave provoquer un conflit cognitif chez les eacutelegraveves car cette situation intervient apregraves une phase drsquohypothegravese reacutepondant agrave la question suivante un objet peut-shyil avoir diffeacuterentes couleurs La reacuteponse donneacutee par lrsquoimage contredira probablement lrsquohypothegravese preacuteceacutedemment formuleacutee et devrait susciter de la curiositeacute chez lrsquoeacutelegraveve et lui donner lrsquoenvie de comprendre le pheacutenomegravene Nous deacutemontrons ensuite tout au long de lrsquoactiviteacute 4 sur les lumiegraveres coloreacutees que crsquoest le pheacutenomegravene drsquoabsorption et de reacuteflection de la lumiegravere qui nous permet de voir la couleur des objets et non pas la lumiegravere blanche Crsquoest donc par le biais de ces deacuteconstructions successives de conceptions que lrsquoenseignant peut guider les eacutelegraveves sur la voie de la reacutesolution du problegraveme de lrsquoorigine de ces contradictions dans le but drsquoeacutetablir le lien entre les diffeacuterents cadres de rationaliteacute

42 Modeacutelisation

421 Deacutefinition

Un modegravele est communeacutement deacutefini comme un objet ou un concept qui va permettre de repreacutesenter la reacutealiteacute de diffeacuterentes maniegraveres Bunge (1974) ou encore Martinand (1994) le deacutefinissent eacutegalement comme un moyen permettant de mettre en relation le monde theacuteorique avec le monde empirique Il peut ecirctre consideacutereacute en quelque sorte comme un monde intermeacutediaire ou une sorte de lunette conceptuelle (Halloun 2004) qui va permettre drsquoobserver des pheacutenomegravenes naturels Un modegravele ne constitue pas la reacutealiteacute mais la repreacutesente en simplifiant certains de ses aspects ce qui peut causer des conflits pour les repreacutesentations cognitives chez lrsquoeacutelegraveve

422 La modeacutelisation dans notre seacutequence Dans notre planification la modeacutelisation est centrale afin de conceptualiser des pheacutenomegravenes complexes comme la composition de la lumiegravere et la perception des couleurs Elle est lrsquooutil qui permet drsquoamener les eacutelegraveves agrave se faccedilonner une repreacutesentation de la deacutecomposition de la lumiegravere blanche de labsorption de la lumiegravere agrave travers les filtres et des synthegraveses additive et soustractive des couleurs

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De plus elle constitue un objectif de formation meacutethodologique qui va de pair avec toute formation scientifique Crsquoest pourquoi nous avons inclus la modeacutelisation dans les objectifs drsquoapprentissage Dans la terminologie du PER la modeacutelisation correspond agrave lrsquoobjectif geacuteneacuteral MSN37

bull MSN 1525 mdash Modeacuteliser des pheacutenomegravenes naturels techniques sociaux ou des situations matheacutematiques

bull en imaginant et en utilisant divers outils de repreacutesentation (codes scheacutemas graphiques tableauxhellip)

Lrsquoactiviteacute 2 propose aux eacutelegraveves de reporter les couleurs observeacutees sur trois cercles superposeacutes En les coloriant les eacutelegraveves reacutealisent en reacutealiteacute une forme simple de modeacutelisation par un diagramme de Venn de la synthegravese additive Il nous a sembleacute pertinent drsquointroduire ce scheacutema de cette maniegravere car ainsi les eacutelegraveves comprennent reacuteellement qursquoil correspond agrave la lumiegravere projeteacutee et superposeacutee sur un eacutecran En derniegravere partie drsquoactiviteacute les eacutelegraveves se familiarisent avec un logiciel de modeacutelisation de la synthegravese additive 3

Lrsquoutilisation drsquoun modegravele dans ce cas est indispensable pour des raisons pratiques Il serait en effet tregraves difficile de faire des observations similaires avec un dispositif reacuteel constitueacute de projecteurs et drsquoun eacutecran comme dans la premiegravere partie drsquoactiviteacute Nous avons veilleacute agrave choisir un logiciel simple drsquousage sur lequel seules deux manipulations sont possibles allumereacuteteindre les projecteurs et varier leurs intensiteacutes Ainsi il est possible pour les eacutelegraveves de faire rapidement et sans difficulteacutes de lrsquoordre du registre seacutemiotique la deacuteduction attendue les diffeacuterentes couleurs srsquoobtiennent par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

Dans lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves sont ameneacutes agrave modeacuteliser lrsquoeffet drsquoun filtre sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee Ils ancrent ainsi le fonctionnement drsquoun filtre dans leur apprentissage et deacuteveloppent une meacutethodologie systeacutematique dans la reacutesolution de problegravemes mettant en scegravene des filtres Gracircce au modegravele deacuteveloppeacute les eacutelegraveves deacuteconstruisent deacutefinitivement leur eacuteventuelle conception erroneacutee selon laquelle un filtre absorberait sa propre couleur Lrsquoactiviteacute 43 a pour but que les eacutelegraveves modeacutelisent les pheacutenomegravenes de reacutefraction et drsquoabsorption en justifiant leur reacuteponse par un modegravele de reacuteponse Ce dernier comprend les couleurs RVB qui se reflegravetent ou qui sont absorbeacutees par une surface Ainsi lrsquoeacutelegraveve peut trouver une meacutethode systeacutematique de reacuteponse en testant les diffeacuterentes couleurs Gracircce agrave cette modeacutelisation et agrave celle de lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves comprennent que les fonctionnements des filtres et des lumiegraveres coloreacutees sont fondeacutes sur le mecircme principe

3(httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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43 Deacutemarche expeacuterimentale

431 Deacutefinition Pour de Vecchi il est important de ne pas confondre les notions lieacutees agrave lrsquoexpeacuterimental qui sont les suivantes

-shy Une deacutemarche scientifique nrsquoest pas exclusive au domaine des sciences expeacuterimentales mais peut aussi ecirctre mobiliseacutee dans les sciences humaines socialeshellip Elle utilise drsquoautres outils que lrsquoexpeacuterimentale Toute recherche digne de ce nom est de nature scientifique

-shy La meacutethode expeacuterimentale eacutequivaut plutocirct agrave un plan agrave suivre un mode drsquoemploi ou agrave une marche agrave suivre qui suit un ordre strict que lrsquoon peut aussi appeler protocole Par exemple parmi les plus ceacutelegravebres protocoles nous retrouvons celui de Claude Bernard (1865) que lrsquoon abregravege par les initiales OHERIC qui correspondent agrave observation hypothegravese expeacuterience reacutesultats interpreacutetation et conclusion De maniegravere geacuteneacuterale il srsquoagit du protocole caricatural que lrsquoon emploie le plus souvent dans les salles de classes

-shy Une deacutemarche expeacuterimentale est une approche plus reacutealiste moins stricte et integravegre

une approche plus tacirctonnante Il nrsquoest pas constitueacute drsquoeacutetapes preacutedeacutetermineacutees et est donc moins affecteacutee par les directives de lrsquoenseignant Il peut donc laisser des liberteacutes dans la maniegravere de reacutesoudre le problegraveme

432 La deacutemarche expeacuterimentale dans notre seacutequence Dans notre seacutequence la meacutethode expeacuterimentale est preacutesente de maniegravere partielle du scheacutema caricatural OHERIC nous nous inteacuteressons en particulier aux phases drsquoobservation et drsquoeacutemission drsquohypothegraveses Crsquoest pourquoi nous parlons donc plutocirct de ldquodeacutemarche expeacuterimentalerdquo En effet tout au long des diffeacuterentes activiteacutes il est reacuteguliegraverement demandeacute aux eacutelegraveves de formuler une hypothegravese agrave partir de leurs connaissances au preacutealable puis de faire de nouvelles observations en contexte expeacuterimental Crsquoest sur la base de ces derniegraveres qursquoils pourront reacutealiser leurs deacuteductions sur le pheacutenomegravene en question et construire de nouvelles conceptions Dans lrsquoactiviteacute 2 ce type de deacutemarche est central pour la creacuteation de la premiegravere situation-shyproblegraveme Par la suite la deacutemarche permet de guider les eacutelegraveves dans le processus de deacuteduction du fonctionnement geacuteneacuteral des diffeacuterents pheacutenomegravenes Dans lrsquoactiviteacute 41 par exemple les pheacutenomegravenes agrave deacuteduire sont la synthegravese soustractive et le fonctionnement de la lumiegravere coloreacutee Lrsquoemploi drsquoobjets familiers permet un ancrage dans le quotidien

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Dans lrsquoactiviteacute 3 lrsquoeacutetude de lrsquoeffet des filtres constitue agrave son tour un deacutemarche expeacuterimentale En effet les eacutelegraveves doivent tout drsquoabord eacutemettre leurs hypothegraveses puis les veacuterifient par lrsquoexpeacuterimentation et ses reacutesultats provoquant probablement un conflit cognitif avant drsquoen conclure lrsquoeffet drsquoun filtre Dans lrsquoactiviteacute 42 nous retrouvons toujours le mecircme principe de deacutemarche expeacuterimentale Les eacutelegraveves formulent des hypothegraveses sur la couleur perccedilue de diffeacuterents mots coloreacutes eacuteclaireacutes par une lumiegravere coloreacutee puis les veacuterifient lors de la phase drsquoobservation La confrontation entre leurs attentes lieacutees agrave leurs conceptions et la reacutealiteacute creacutee le conflit cognitif rechercheacute

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5 Conclusion Pour seacutelectionner notre thegraveme et eacutelaborer notre seacutequence nous nous sommes fondeacutes sur les objectifs du PER et crsquoest sur lrsquooptique que notre choix srsquoest porteacute Le savoir savant auquel nous nous sommes reacutefeacutereacutes comprend principalement des concepts lieacutes agrave la lumiegravere tels que les photons les ondes eacutelectromagneacutetiques ainsi que les spectres drsquoeacutemission et drsquoabsorption Nous avons transposeacute ce savoir en un savoir enseignable par le biais drsquoun travail de contextualisation et de reacuteadaptation Nous avons eacuteteacute ameneacutes agrave remplacer des modegraveles scientifiques (par exemple les modegraveles de synthegraveses additive et soustractive) par des modegraveles accessibles agrave un niveau scolaire et agrave changer les conditions drsquoeacutemergence des problegravemes Ainsi notre travail de transposition consistait agrave montrer aux eacutelegraveves la partie eacutemergeacutee de lrsquoiceberg du concept de couleur le reacutesultat apparent plutocirct que lrsquoorigine eacutelectromagneacutetique Tout au long de la seacutequence et par le biais de situations-shyproblegravemes et de diffeacuterentes eacutetapes de reacutesolution des activiteacutes les eacutelegraveves ont eacuteteacute guideacutes dans le processus de construction de leur apprentissage En nous focalisant sur les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves nous avons eacutelaboreacute nos exercices de maniegravere agrave proposer des situations deacuteclenchantes afin de faciliter le transfert de la responsabiliteacute de la reacutesolution des problegravemes aux eacutelegraveves Cette derniegravere srsquoeffectue par des deacutemarches drsquoexpeacuterimentation mais surtout de modeacutelisation

Dans notre sceacutenario les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave deux types de donneacutees theacuteoriques et empiriques Drsquoune part ils ont agrave disposition deux theacuteories principales la premiegravere est que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs de lrsquoarc-shyen-shyciel tandis que la seconde deacutecrit l a maniegravere dont la couleur drsquoun objet deacutepend des couleurs qursquoil va absorber Drsquoautre part ils disposent de donneacutees empiriques qursquoils sont ameneacutes agrave reacutecolter en superposant des lumiegraveres de diffeacuterentes couleurs en meacutelangeant de la peinture et en projetant de la lumiegravere coloreacutee sur diffeacuterents objets coloreacutes Dans le cadre drsquoune deacutemarche drsquoexpeacuterimentation ils ont eacutemis des hypothegraveses observeacute manipuleacute du mateacuteriel utiliseacute des appliquettes en ligne et veacuterifieacute leurs reacutesultats Crsquoest ainsi les modegraveles que nous avons preacutesenteacutes et que les eacutelegraveves ont eacutelaboreacutes vont ecirctre des ponts qui vont relier le monde theacuteorique et le monde empirique Par ailleurs nous avons eacuteteacute attentifs agrave la seacutemiotique lors de nos choix des repreacutesentations utiliseacutees nous nous sommes reacutefeacutereacutes agrave la notion de registre seacutemiotique afin drsquoeacutelaborer des scheacutemas nrsquoengendrant pas de difficulteacutes de lecture chez les eacutelegraveves

Nous avons analyseacute lrsquoorigine des conceptions erroneacutees et avons remarqueacute qursquoelles eacutetaient principalement dues agrave des repreacutesentations concourantes engendreacutees par les diffeacuterents contextes et cadres de rationaliteacutes dans lesquelles les eacutelegraveves eacutevoluent Notre sceacutenario permet aux eacutelegraveves drsquoeacutetablir des liens entre ces diffeacuterents cadres et de construire une nouvelle repreacutesentation de la couleur celle drsquoun objet de la physique

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Meirieu P Avanzin Gi (1987) Apprendre oui mais comment Edition ESF Verret M (1975) Le temps des eacutetudes (Vols 1ndash2) Lille France Atelier Reproduction des thegraveses

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Page 63: Physique Optique Lescouleurs · Sciences naturelles Les couleurs 10 11 Harmos 1.Introduction Comme nous allons le détailler dans le chapitre 4, les conceptions erronées des élèves

3 Explique la raison pour laquelle la fille a fait cette description du haut du

cambrioleur

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___________________________________________________________

___________________________________________________________

(Explication citant la synthegravese soustractive et lrsquo‛effet des lumiegraveres coloreacutees

concerneacutees sur le haut du cambrioleur)

Evaluation - Analyse

Ce commentaire comprend les diffeacuterents objectifs eacutevalueacutes ainsi que ce qui est attendu

preacuteciseacutement des eacutelegraveves et les niveaux taxonomiques correspondants

Ce sont des pistes drsquo‛eacutevaluation qui sont ici proposeacutees non une eacutevaluation suivie

Exercice 1

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- Mettre en lien des notions theacuteoriques apprises en cours (cocircnes et

bacirctonnets de lrsquo‛oeil) avec drsquo‛autres (synthegravese additive)

Lrsquo‛eacutevaluation deacutebute par deux questions au niveau taxonomique peu eacuteleveacute La

premiegravere de lrsquo‛ordre de la compreacutehension demande aux eacutelegraveves de restituer une

connaissance de base agrave lrsquo‛aide de leurs propres mots La deuxiegraveme propose de

tester les connaissances theacuteoriques des eacutelegraveves en veacuterifiant que des liens entre

deux notions aient eacuteteacute faits

Exercice 2

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutedire la couleur perccedilue en fonction des meacutelanges de couleurs RVB

- deacutechiffrer un scheacutema et les codes de la repreacutesentation de la trajectoire

des lumiegraveres coloreacutees

Le deuxiegraveme exercice relegraveve du niveau taxonomique de lrsquo‛application car il

neacutecessite une compreacutehension de la maniegravere de repreacutesenter la lumiegravere (scheacutema de

la trajectoire rectiligne codes de couleurs RVB) et drsquo‛appliquer ce modegravele tout en

utilisant les connaissances des couleurs fondamentales et compleacutementaires de la

synthegravese additive

Exercice 3

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet drsquo‛un filtre sur une lumiegravere coloreacutee agrave lrsquo‛aide des codes

propres agrave lrsquo‛optique

Lrsquo‛exercice 3 relegraveve de lrsquo‛application car les eacutelegraveves se reacutefegraverent agrave la modeacutelisation

eacutetablie durant le cours et au diagramme de Venn de la synthegravese soustractive et

les adaptent aux items preacutesenteacutes

Exercice 4

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- mettre en perspective la distinction entre synthegravese additive et

soustractive en terme de lsquorsquo‛naturersquo‛rsquo‛ de la couleur (couleurs matiegraveres vs

couleurs lumiegraveres)

Cet exercice requiert des eacutelegraveves qursquo‛ils mobilisent leur faculteacute drsquo‛analyse (niveau

taxonomique plutocirct eacuteleveacute) pour expliquer les diffeacuterences entre les

repreacutesentations de la couleur en arts visuels et en physique Le but est qursquo‛ils

reconnaissent qursquo‛il srsquo‛agit dans le premier cas de la synthegravese soustractive et dans

le second cas de la synthegravese additive

Exercice 5

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutevoir la couleur perccedilue drsquo‛un objet en fonction des lumiegraveres coloreacutees

projeteacutees et coder le pheacutenomegravene

Les eacutelegraveves appliquent la modeacutelisation drsquo‛une lumiegravere coloreacutee sur un objet coloreacute

pour deacuteterminer la couleur perccedilue du drapeau franccedilais Cette question fait

reacutefeacuterence agrave un niveau taxonomique bas Puis ils trouvent la lumiegravere coloreacutee qui

permet de voir les deux drapeaux preacutesenteacutes de la mecircme couleur Ils trouveront

cette reacuteponse en modeacutelisant les lumiegraveres coloreacutees sur lrsquo‛objet de couleur

Plusieurs scheacutemas sont neacutecessaires pour trouver la reacuteponse Crsquo‛est une question

taxonomiquement haute qui demande aux eacutelegraveves de faire une synthegravese

Exercice 6

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet de la lumiegravere coloreacutee sur un objet et en deacuteduire la

couleur perccedilue

- justifier sa reacuteponse avec des mots en faisant la synthegravese des diffeacuterents

concepts vus dans la seacutequence de cours

Les eacutelegraveves doivent comprendre ce qursquo‛ils lisent et deacuteterminer la couleur propre du

haut du cambrioleur Cette question est taxonomiquement haute elle demande de

lrsquo‛analyse Puis ils justifient leur reacuteponse par le modegravele de lrsquo‛effet de la lumiegravere

coloreacutee sur un objet Cette question est drsquo‛un niveau taxonomique infeacuterieur

drsquo‛application Finalement ils deacuteterminent pourquoi la description de la jeune fille

ne correspond pas agrave la couleur propre en faisant le lien avec la synthegravese

soustractive demandant un niveau taxonomiquement tregraves eacuteleveacute la synthegravese

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4 Argumentation scientifique Nous avons choisi de construire notre seacutequence de cours de maniegravere agrave ce qursquoelle srsquoinscrive dans une deacutemarche constructiviste de type piageacutetienne Dans cette deacutemarche lrsquoenseignant anticipe les conceptions erroneacutees que les eacutelegraveves peuvent avoir puis eacutetablit une situation-shyproblegraveme permettant ideacutealement de deacuteconstruire ces repreacutesentations incomplegravetes puis finalement drsquoen construire de nouvelles plus justes Dans ce qui suit nous allons deacutefinir ces diffeacuterents concepts mis en eacutevidence puis expliciter la maniegravere dont nous les avons pris en compte dans notre planification

41 Les conceptions des eacutelegraveves et les situations-shyproblegravemes

411 Deacutefinitions Conception Selon Giordan et al (1994) une conception ou repreacutesentation peut ecirctre consideacutereacutee comme une ideacutee un objet ou un eacutevegravenement qui aide lrsquoeacutelegraveve agrave comprendre le monde qui lrsquoentoure Elle est le fruit de son expeacuterience personnelle dans laquelle il va puiser pour comprendre les nouveaux savoirs que lrsquoon va chercher agrave lui inculquer Elle peut ecirctre consideacutereacutee comme une connaissance ldquodeacutejagrave-shylagraverdquo acquise dans un certain contexte par lrsquoapprenant et qui peut ecirctre correcte ou erroneacutee Les mauvaises conceptions (ou misconception en anglais) peuvent donc ecirctre deacutecrites comme des ideacutees qui proviennent drsquoune mauvaise compreacutehension drsquoobjets ou eacutevegravenements Elles sont issues principalement de lrsquoenvironnement avec lequel lrsquoeacutelegraveve interagit et du contexte dans lequel il se situe mais elles deacutecoulent eacutegalement des systegravemes seacutemiotiques mis en oeuvre Ces derniers sont abordeacutes plus en deacutetail dans ce qui suit Seacutemiologie En seacutemiologie (lrsquoeacutetude des systegravemes de signes) une repreacutesentation (ou un signe) est double elle est doteacutee drsquoun signifiant et drsquoun signifieacute (de Saussure 1916) Le signifiant qui fait lrsquoobjet de la seacutemiologie deacutesigne la forme et laspect du signe tandis que le signifieacute eacutetudieacute dans le cadre de la seacutemantique deacutesigne le concept eacutevoqueacute par le signe A partir du moment ougrave le signe possegravede plusieurs signifieacutes il devient symbole et crsquoest ainsi que les incompreacutehensions peuvent survenir Selon R Duval (1995) le concept de laquo registre seacutemiotique raquo permet de distinguer les repreacutesentations qui relegravevent de diffeacuterents registres ou types visuels numeacuteriques graphiques symboliques formels scheacutematiques etc En didactique ce concept est fondamental car les diffeacuterences de registre au sein drsquoune mecircme repreacutesentation ou drsquoun

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modegravele peut induire des difficulteacutes de lecture Ils risquent drsquoajouter des difficulteacutes suppleacutementaires en empecircchant les eacutelegraveves de se focaliser sur le problegraveme poseacute par lrsquoactiviteacute et les menant agrave formuler des conclusions diffeacuterentes de celles attendues par lrsquoenseignant Crsquoest pour cela qursquoun choix pertinent de registre seacutemiotique facilite la compreacutehension du concept introduit Dans notre cours un exemple typique que nous pouvons donner est la forte ressemblance des diagrammes de Venn pour les synthegraveses additive et soustractive Dans les deux modegraveles les diagrammes sont communeacutement scheacutematiseacutes sous forme circulaire De plus bien que inverseacutees au niveau de leurs superpositions les mecircmes couleurs sont repreacutesenteacutees dans les deux diagrammes Ces similitudes peuvent rendre la diffeacuterenciation complexe pour les eacutelegraveves Crsquoest pourquoi nous avons estimeacute important drsquoapporter un changement agrave la repreacutesentation de ces diagrammes Ainsi dans lrsquoune de nos fiches de synthegravese nous avons preacutefeacutereacute utiliser des formes rectangulaires plutocirct que circulaires pour repreacutesenter la synthegravese soustractive car cette forme eacutevoque plus fortement le filtre et ainsi lrsquoabsorption de la lumiegravere Cadre de rationaliteacute origine des conceptions En srsquoappuyant sur les travaux de R Douady (1984) A Lerouge (1992) deacutefinit laquo un cadre de rationaliteacuteraquo comme laquoun ensemble coheacuterent de fonctionnement de la penseacuteeraquo caracteacuteriseacute principalement par les composantes suivantes

1 Les objets du cadre dans notre cas il peut srsquoagir de peinture de feuille de papier de lampes de poche de filtres etc

2 Le type de processus de conceptualisation Dans un cadre scientifique il peut srsquoagir drsquoun processus par modeacutelisation ou par expeacuterimentation par exemple

3 Les registres seacutemiotiques que nous avons traiteacutes plus haut Les conceptions des eacutelegraveves et les conflits de perceptions en reacutesultant sont issus des diffeacuterents cadres de rationaliteacute dans lesquels ils eacutevoluent Ce sont les cadres familiers (personnel) et culturels (eacutecole) qui sont responsable de ces conceptions et repreacutesentations mentales tantocirct concourantes tantocirct inexistantes voire erroneacutees Elles se manifestent principalement agrave travers la seacutemiotique Les eacutelegraveves eacuteprouvent de la difficulteacute agrave repreacutesenter des objets issus de registres seacutemiotiques diffeacuterents ou encore agrave simplement les reconnaicirctre Dans le contexte de notre seacutequence sur les couleurs ces cadres de rationaliteacute sont centraux En effet crsquoest dans son quotidien et donc dans son cadre familier que lrsquoeacutelegraveve va deacutecouvrir la notion de couleur notamment par le biais de la peinture ou drsquoobservation drsquoarc-shyen-shyciel Cette deacutecouverte qui a souvent lieu tregraves tocirct dans la vie de lrsquoenfant ne fera pourtant pas pour autant lrsquoobjet de questionnement sur le pheacutenomegravene de perception des couleurs La notion de cadre culturel ou scolaire quand agrave elle peut ecirctre eacutetendue dans notre cas agrave deux sous-shycateacutegories de cadres culturels diffeacuterents qui vont ecirctre agrave lrsquoorigine de conceptions erroneacutees ou incomplegravetes Premiegraverement il y a le cadre que nous appelons laquo arts visuelsraquo et qui a ses propres regravegles de rationaliteacutes Les cours de dessin ou drsquoactiviteacutes creacuteatrices en sont de parfaits exemples car crsquoest dans ce cadre que les eacutelegraveves vont premiegraverement aborder la

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theacutematique des couleurs primaires et de leurs meacutelanges Mais cette theacutematique est eacutegalement abordeacutee dans le cadre laquophysiqueraquo agrave travers les expeacuteriences de deacutecomposition de la lumiegravere ou de superposition de lumiegraveres coloreacutees Ainsi nous retrouvons trois cadres de rationaliteacute concourants (familier physique arts visuels) dans lesquels les eacutelegraveves eacutevoluent et qui engendrent indubitablement des conceptions erroneacutees sur la lumiegravere et les couleurs puisque les eacutelegraveves ne sont pas ameneacutes agrave les diffeacuterencier dans chacun des cadres Et comme la communication entre les diffeacuterents cadres nrsquoest pas eacutetablie le lien agrave faire entre les diffeacuterentes conceptions issues de ces cadres est agrave la charge de lrsquoeacutelegraveve ce qui repreacutesente une lourde responsabiliteacute dans son apprentissage Astolfi (2008) appelle eacutegalement ces conceptions issues de diffeacuterents cadres des ldquotrames conceptuelles rdquoqui peuvent ecirctre deacutefinies comme ldquoun ensemble de concepts-shycleacutes propres agrave un domaine et logiquement hieacuterarchiseacutes entre eux qui structurent les disciplines et engendrent des situations-shyproblegravemesrdquo Mais encore on verra eacutemerger des problegravemes de contrat didactique dans chacun des cadres lrsquoeacutelegraveve va tenter de donner une reacuteponse qui va satisfaire lrsquoenseignant sans pour autant ecirctre ameneacute agrave confronter ses conceptions

Situation-shyproblegraveme Pour de Vecchi (2006) une situation-shyproblegraveme est une activiteacute qui consiste agrave mettre lrsquoeacutelegraveve dans une situation ougrave il va ecirctre ameneacute agrave eacutelaborer des strateacutegies de reacutesolution de problegraveme Lrsquoun des points cleacutes des situations-shyproblegravemes est qursquoelles eacutetablissent un lien eacutetroit entre les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves En drsquoautres termes une situation-shyproblegraveme est construite de telle sorte que les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave remettre en question des repreacutesentations actuelles qui srsquoavegraverent erroneacutees agrave les deacuteconstruire pour en construire de nouvelles Ainsi dans une deacutemarche de type constructiviste lrsquoeacutelegraveve construit son savoir en renversant ses anciennes conceptions Une situation-shyproblegraveme nrsquoest donc pas une deacutemarche ponctuelle dans laquelle lrsquoeacutelegraveve devra reacutesoudre une liste drsquoexercices teacuteleacuteguideacutee par lrsquoenseignant Ce qui justifie lrsquoefficaciteacute des situations problegravemes est qursquo laquoapprendreraquo ne consiste pas agrave cumuler les savoirs mais agrave en construire et agrave en deacuteconstruire

Une situation-shyproblegraveme doit comprendre plusieurs eacuteleacutements

-shy Un objectif-shyobstacle Pour Meirieu (1987) un objectif-shyobstacle est ldquoun objectif dont lrsquoacquisition permet au sujet de franchir un palier deacutecisif de progression en modifiant son systegraveme de repreacutesentation et en le faisant acceacuteder un niveau supeacuterieur de formulation rdquo Dans notre cas lrsquoeacutelegraveve pense que tous les meacutelanges de 3 couleurs primaires (de peinture ou de lumiegravere) vont donner le mecircme reacutesultat La distinction entre synthegraveses additive et soustractive nrsquoest pas connue des eacutelegraveves De plus projeter de la lumiegravere monochromatique sur un objet drsquoune certaine couleur ne donne pas toujours la mecircme couleur Lrsquoexemple avec le drapeau (activiteacute 4) est parlant

-shy Une situation centreacutee sur cet obstacle prenant en compte une deacutemarche expeacuterimentale ou une deacutemarche de modeacutelisation Dans notre cours les deux deacutemarches sont mises en oeuvre mais notre deacutemarche principale est la modeacutelisation Les eacutelegraveves vont effectivement ecirctre ameneacutes agrave eacutemettre des hypothegraveses manipuler reacutecolter des reacutesultats et les confronter agrave

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leurs hypothegraveses mais il srsquoagit surtout drsquoune deacutemarche de modeacutelisation car les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave creacuteer des scheacutemas dans plusieurs exercices

-shy Une probleacutematisation et la deacutevolution on probleacutematise la conception erroneacutee en introduisant une situation-shyproblegraveme crsquoest-shyagrave-shydire qursquoon construit un problegraveme centreacute sur lrsquoobstacle La surprise face agrave une situation incoheacuterente va intriguer lrsquoeacutelegraveve exciter sa motivation et le pousser agrave vouloir srsquoimpliquer dans le problegraveme ce qui va aider sa deacutevolution Brousseau (1998) qualifie la notion de deacutevolution par le ldquo processus par lequel lenseignant parvient agrave placer leacutelegraveve comme simple actant dans une situation a-shydidactique (agrave modegravele non didactique) Il cherche par lagrave agrave ce que lrsquoaction de lrsquoeacutelegraveve ne soit produite et justifieacutee que par les neacutecessiteacutes du milieu et par ses connaissances et non par lrsquointerpreacutetation des proceacutedeacutes didactiques du professeurrdquo Pour enrocircler les eacutelegraveves et les aider agrave identifier la probleacutematique en met on place une situation deacuteclenchante Dans notre cas lrsquoexemple avec le meacutelange de peinture et de lumiegraveres coloreacutees est un parfait exemple de situation deacuteclenchante car les eacutelegraveves ne sattendent probablement pas par exemple agrave ce que le meacutelange de vert et bleu donne du cyan ou encore qursquoon perccediloive un citron noir lorsque lrsquoon projette de la lumiegravere bleue sur ce celui-shyci

412 La prise en compte des conceptions des eacutelegraveves dans notre seacutequence La theacutematique de la lumiegravere et des couleurs est complexe et comprend de nombreux concepts difficiles agrave assimiler En effet bon nombre de personnes ont des repreacutesentations erroneacutees qui peuvent rester profondeacutement ancreacutees Parmi les conceptions erroneacutees les plus communes on retrouve selon le site internet des MER

La lumiegravere blanche est sans couleur pure quand la lumiegravere blanche passe dans un prisme ou traverse un filtre de la couleur lui est ajouteacutee

La lumiegravere blanche nous permet de voir la vraie couleur des objets laquoMa feuille est blanche parce que je nai pas ajouteacute dautres couleurs agrave celle-shyciraquo

Les couleurs sont lieacutees agrave des proprieacuteteacutes de lrsquoobjet exclusivement sans reacutefeacuterence agrave la lumiegravere qui eacuteclaire lrsquoobjet Ne dit-shyon pas quun pull est rouge

Confusion entre les couleurs primaires en couleur peinture et en couleur lumiegravere

Dans notre planification nous avons anticipeacute ces conceptions et avons construit notre cours de maniegravere agrave ce qursquoelles soient mises en eacutevidence le plus tocirct possible afin de tenter de les deacuteconstruire agrave travers nos activiteacutes

Ainsi degraves deacutebut de lrsquoactiviteacute 2 les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave une situation-shyproblegraveme dans laquelle ils comprennent qursquoil existe une contradiction entre leur conception de deacutepart sur les meacutelanges de couleurs (issue de leurs cadres de rationaliteacute familier et scolaire lsquorsquoart visuelrsquorsquo) et leurs observations (nouveau cadre lsquorsquophysiquersquorsquo) Crsquoest sur la base de ce conflit cognitif que les diffeacuterentes notions de la seacutequence pourront ecirctre abordeacutees Les autres conceptions sont mises en eacutevidence puis deacuteconstruites agrave travers les diffeacuterentes activiteacutes Par exemple les

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activiteacutes du chapitre 3 permettent de montrer que la lumiegravere blanche nrsquoest pas pure mais qursquoelle est composeacutee de toutes les couleurs et ce gracircce agrave lrsquoobservation des objets agrave la lumiegravere blanche puis agrave travers un filtre

De plus lrsquoactiviteacute 3 srsquoarticule autour drsquoune conception erroneacutee repeacutereacutee dans certaines classes Bon nombre drsquoeacutelegraveves eacutetaient persuadeacutes qursquoun filtre ne laissait pas passer les lumiegraveres de sa couleur propre car crsquoest la couleur dont est perccedilue le filtre Un conflit cognitif est alors provoqueacute afin de deacuteconstruire cette conception les eacutelegraveves observent que la lumiegravere coloreacutee nrsquoest pas absorbeacutee par le filtre mais qursquoelle se propage bien jusqursquoagrave lrsquoeacutecran blanc

En introduction de lrsquoactiviteacute 4 une nouvelle situation-shyproblegraveme est preacutesenteacutee par le biais drsquoune image montrant que la couleur drsquoun objet peut varier en fonction de la lumiegravere coloreacutee par laquelle il est eacuteclaireacute Elle servira agrave provoquer un conflit cognitif chez les eacutelegraveves car cette situation intervient apregraves une phase drsquohypothegravese reacutepondant agrave la question suivante un objet peut-shyil avoir diffeacuterentes couleurs La reacuteponse donneacutee par lrsquoimage contredira probablement lrsquohypothegravese preacuteceacutedemment formuleacutee et devrait susciter de la curiositeacute chez lrsquoeacutelegraveve et lui donner lrsquoenvie de comprendre le pheacutenomegravene Nous deacutemontrons ensuite tout au long de lrsquoactiviteacute 4 sur les lumiegraveres coloreacutees que crsquoest le pheacutenomegravene drsquoabsorption et de reacuteflection de la lumiegravere qui nous permet de voir la couleur des objets et non pas la lumiegravere blanche Crsquoest donc par le biais de ces deacuteconstructions successives de conceptions que lrsquoenseignant peut guider les eacutelegraveves sur la voie de la reacutesolution du problegraveme de lrsquoorigine de ces contradictions dans le but drsquoeacutetablir le lien entre les diffeacuterents cadres de rationaliteacute

42 Modeacutelisation

421 Deacutefinition

Un modegravele est communeacutement deacutefini comme un objet ou un concept qui va permettre de repreacutesenter la reacutealiteacute de diffeacuterentes maniegraveres Bunge (1974) ou encore Martinand (1994) le deacutefinissent eacutegalement comme un moyen permettant de mettre en relation le monde theacuteorique avec le monde empirique Il peut ecirctre consideacutereacute en quelque sorte comme un monde intermeacutediaire ou une sorte de lunette conceptuelle (Halloun 2004) qui va permettre drsquoobserver des pheacutenomegravenes naturels Un modegravele ne constitue pas la reacutealiteacute mais la repreacutesente en simplifiant certains de ses aspects ce qui peut causer des conflits pour les repreacutesentations cognitives chez lrsquoeacutelegraveve

422 La modeacutelisation dans notre seacutequence Dans notre planification la modeacutelisation est centrale afin de conceptualiser des pheacutenomegravenes complexes comme la composition de la lumiegravere et la perception des couleurs Elle est lrsquooutil qui permet drsquoamener les eacutelegraveves agrave se faccedilonner une repreacutesentation de la deacutecomposition de la lumiegravere blanche de labsorption de la lumiegravere agrave travers les filtres et des synthegraveses additive et soustractive des couleurs

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De plus elle constitue un objectif de formation meacutethodologique qui va de pair avec toute formation scientifique Crsquoest pourquoi nous avons inclus la modeacutelisation dans les objectifs drsquoapprentissage Dans la terminologie du PER la modeacutelisation correspond agrave lrsquoobjectif geacuteneacuteral MSN37

bull MSN 1525 mdash Modeacuteliser des pheacutenomegravenes naturels techniques sociaux ou des situations matheacutematiques

bull en imaginant et en utilisant divers outils de repreacutesentation (codes scheacutemas graphiques tableauxhellip)

Lrsquoactiviteacute 2 propose aux eacutelegraveves de reporter les couleurs observeacutees sur trois cercles superposeacutes En les coloriant les eacutelegraveves reacutealisent en reacutealiteacute une forme simple de modeacutelisation par un diagramme de Venn de la synthegravese additive Il nous a sembleacute pertinent drsquointroduire ce scheacutema de cette maniegravere car ainsi les eacutelegraveves comprennent reacuteellement qursquoil correspond agrave la lumiegravere projeteacutee et superposeacutee sur un eacutecran En derniegravere partie drsquoactiviteacute les eacutelegraveves se familiarisent avec un logiciel de modeacutelisation de la synthegravese additive 3

Lrsquoutilisation drsquoun modegravele dans ce cas est indispensable pour des raisons pratiques Il serait en effet tregraves difficile de faire des observations similaires avec un dispositif reacuteel constitueacute de projecteurs et drsquoun eacutecran comme dans la premiegravere partie drsquoactiviteacute Nous avons veilleacute agrave choisir un logiciel simple drsquousage sur lequel seules deux manipulations sont possibles allumereacuteteindre les projecteurs et varier leurs intensiteacutes Ainsi il est possible pour les eacutelegraveves de faire rapidement et sans difficulteacutes de lrsquoordre du registre seacutemiotique la deacuteduction attendue les diffeacuterentes couleurs srsquoobtiennent par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

Dans lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves sont ameneacutes agrave modeacuteliser lrsquoeffet drsquoun filtre sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee Ils ancrent ainsi le fonctionnement drsquoun filtre dans leur apprentissage et deacuteveloppent une meacutethodologie systeacutematique dans la reacutesolution de problegravemes mettant en scegravene des filtres Gracircce au modegravele deacuteveloppeacute les eacutelegraveves deacuteconstruisent deacutefinitivement leur eacuteventuelle conception erroneacutee selon laquelle un filtre absorberait sa propre couleur Lrsquoactiviteacute 43 a pour but que les eacutelegraveves modeacutelisent les pheacutenomegravenes de reacutefraction et drsquoabsorption en justifiant leur reacuteponse par un modegravele de reacuteponse Ce dernier comprend les couleurs RVB qui se reflegravetent ou qui sont absorbeacutees par une surface Ainsi lrsquoeacutelegraveve peut trouver une meacutethode systeacutematique de reacuteponse en testant les diffeacuterentes couleurs Gracircce agrave cette modeacutelisation et agrave celle de lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves comprennent que les fonctionnements des filtres et des lumiegraveres coloreacutees sont fondeacutes sur le mecircme principe

3(httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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43 Deacutemarche expeacuterimentale

431 Deacutefinition Pour de Vecchi il est important de ne pas confondre les notions lieacutees agrave lrsquoexpeacuterimental qui sont les suivantes

-shy Une deacutemarche scientifique nrsquoest pas exclusive au domaine des sciences expeacuterimentales mais peut aussi ecirctre mobiliseacutee dans les sciences humaines socialeshellip Elle utilise drsquoautres outils que lrsquoexpeacuterimentale Toute recherche digne de ce nom est de nature scientifique

-shy La meacutethode expeacuterimentale eacutequivaut plutocirct agrave un plan agrave suivre un mode drsquoemploi ou agrave une marche agrave suivre qui suit un ordre strict que lrsquoon peut aussi appeler protocole Par exemple parmi les plus ceacutelegravebres protocoles nous retrouvons celui de Claude Bernard (1865) que lrsquoon abregravege par les initiales OHERIC qui correspondent agrave observation hypothegravese expeacuterience reacutesultats interpreacutetation et conclusion De maniegravere geacuteneacuterale il srsquoagit du protocole caricatural que lrsquoon emploie le plus souvent dans les salles de classes

-shy Une deacutemarche expeacuterimentale est une approche plus reacutealiste moins stricte et integravegre

une approche plus tacirctonnante Il nrsquoest pas constitueacute drsquoeacutetapes preacutedeacutetermineacutees et est donc moins affecteacutee par les directives de lrsquoenseignant Il peut donc laisser des liberteacutes dans la maniegravere de reacutesoudre le problegraveme

432 La deacutemarche expeacuterimentale dans notre seacutequence Dans notre seacutequence la meacutethode expeacuterimentale est preacutesente de maniegravere partielle du scheacutema caricatural OHERIC nous nous inteacuteressons en particulier aux phases drsquoobservation et drsquoeacutemission drsquohypothegraveses Crsquoest pourquoi nous parlons donc plutocirct de ldquodeacutemarche expeacuterimentalerdquo En effet tout au long des diffeacuterentes activiteacutes il est reacuteguliegraverement demandeacute aux eacutelegraveves de formuler une hypothegravese agrave partir de leurs connaissances au preacutealable puis de faire de nouvelles observations en contexte expeacuterimental Crsquoest sur la base de ces derniegraveres qursquoils pourront reacutealiser leurs deacuteductions sur le pheacutenomegravene en question et construire de nouvelles conceptions Dans lrsquoactiviteacute 2 ce type de deacutemarche est central pour la creacuteation de la premiegravere situation-shyproblegraveme Par la suite la deacutemarche permet de guider les eacutelegraveves dans le processus de deacuteduction du fonctionnement geacuteneacuteral des diffeacuterents pheacutenomegravenes Dans lrsquoactiviteacute 41 par exemple les pheacutenomegravenes agrave deacuteduire sont la synthegravese soustractive et le fonctionnement de la lumiegravere coloreacutee Lrsquoemploi drsquoobjets familiers permet un ancrage dans le quotidien

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Dans lrsquoactiviteacute 3 lrsquoeacutetude de lrsquoeffet des filtres constitue agrave son tour un deacutemarche expeacuterimentale En effet les eacutelegraveves doivent tout drsquoabord eacutemettre leurs hypothegraveses puis les veacuterifient par lrsquoexpeacuterimentation et ses reacutesultats provoquant probablement un conflit cognitif avant drsquoen conclure lrsquoeffet drsquoun filtre Dans lrsquoactiviteacute 42 nous retrouvons toujours le mecircme principe de deacutemarche expeacuterimentale Les eacutelegraveves formulent des hypothegraveses sur la couleur perccedilue de diffeacuterents mots coloreacutes eacuteclaireacutes par une lumiegravere coloreacutee puis les veacuterifient lors de la phase drsquoobservation La confrontation entre leurs attentes lieacutees agrave leurs conceptions et la reacutealiteacute creacutee le conflit cognitif rechercheacute

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5 Conclusion Pour seacutelectionner notre thegraveme et eacutelaborer notre seacutequence nous nous sommes fondeacutes sur les objectifs du PER et crsquoest sur lrsquooptique que notre choix srsquoest porteacute Le savoir savant auquel nous nous sommes reacutefeacutereacutes comprend principalement des concepts lieacutes agrave la lumiegravere tels que les photons les ondes eacutelectromagneacutetiques ainsi que les spectres drsquoeacutemission et drsquoabsorption Nous avons transposeacute ce savoir en un savoir enseignable par le biais drsquoun travail de contextualisation et de reacuteadaptation Nous avons eacuteteacute ameneacutes agrave remplacer des modegraveles scientifiques (par exemple les modegraveles de synthegraveses additive et soustractive) par des modegraveles accessibles agrave un niveau scolaire et agrave changer les conditions drsquoeacutemergence des problegravemes Ainsi notre travail de transposition consistait agrave montrer aux eacutelegraveves la partie eacutemergeacutee de lrsquoiceberg du concept de couleur le reacutesultat apparent plutocirct que lrsquoorigine eacutelectromagneacutetique Tout au long de la seacutequence et par le biais de situations-shyproblegravemes et de diffeacuterentes eacutetapes de reacutesolution des activiteacutes les eacutelegraveves ont eacuteteacute guideacutes dans le processus de construction de leur apprentissage En nous focalisant sur les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves nous avons eacutelaboreacute nos exercices de maniegravere agrave proposer des situations deacuteclenchantes afin de faciliter le transfert de la responsabiliteacute de la reacutesolution des problegravemes aux eacutelegraveves Cette derniegravere srsquoeffectue par des deacutemarches drsquoexpeacuterimentation mais surtout de modeacutelisation

Dans notre sceacutenario les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave deux types de donneacutees theacuteoriques et empiriques Drsquoune part ils ont agrave disposition deux theacuteories principales la premiegravere est que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs de lrsquoarc-shyen-shyciel tandis que la seconde deacutecrit l a maniegravere dont la couleur drsquoun objet deacutepend des couleurs qursquoil va absorber Drsquoautre part ils disposent de donneacutees empiriques qursquoils sont ameneacutes agrave reacutecolter en superposant des lumiegraveres de diffeacuterentes couleurs en meacutelangeant de la peinture et en projetant de la lumiegravere coloreacutee sur diffeacuterents objets coloreacutes Dans le cadre drsquoune deacutemarche drsquoexpeacuterimentation ils ont eacutemis des hypothegraveses observeacute manipuleacute du mateacuteriel utiliseacute des appliquettes en ligne et veacuterifieacute leurs reacutesultats Crsquoest ainsi les modegraveles que nous avons preacutesenteacutes et que les eacutelegraveves ont eacutelaboreacutes vont ecirctre des ponts qui vont relier le monde theacuteorique et le monde empirique Par ailleurs nous avons eacuteteacute attentifs agrave la seacutemiotique lors de nos choix des repreacutesentations utiliseacutees nous nous sommes reacutefeacutereacutes agrave la notion de registre seacutemiotique afin drsquoeacutelaborer des scheacutemas nrsquoengendrant pas de difficulteacutes de lecture chez les eacutelegraveves

Nous avons analyseacute lrsquoorigine des conceptions erroneacutees et avons remarqueacute qursquoelles eacutetaient principalement dues agrave des repreacutesentations concourantes engendreacutees par les diffeacuterents contextes et cadres de rationaliteacutes dans lesquelles les eacutelegraveves eacutevoluent Notre sceacutenario permet aux eacutelegraveves drsquoeacutetablir des liens entre ces diffeacuterents cadres et de construire une nouvelle repreacutesentation de la couleur celle drsquoun objet de la physique

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6 Bibliographie

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Meirieu P Avanzin Gi (1987) Apprendre oui mais comment Edition ESF Verret M (1975) Le temps des eacutetudes (Vols 1ndash2) Lille France Atelier Reproduction des thegraveses

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Page 64: Physique Optique Lescouleurs · Sciences naturelles Les couleurs 10 11 Harmos 1.Introduction Comme nous allons le détailler dans le chapitre 4, les conceptions erronées des élèves

Evaluation - Analyse

Ce commentaire comprend les diffeacuterents objectifs eacutevalueacutes ainsi que ce qui est attendu

preacuteciseacutement des eacutelegraveves et les niveaux taxonomiques correspondants

Ce sont des pistes drsquo‛eacutevaluation qui sont ici proposeacutees non une eacutevaluation suivie

Exercice 1

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- Mettre en lien des notions theacuteoriques apprises en cours (cocircnes et

bacirctonnets de lrsquo‛oeil) avec drsquo‛autres (synthegravese additive)

Lrsquo‛eacutevaluation deacutebute par deux questions au niveau taxonomique peu eacuteleveacute La

premiegravere de lrsquo‛ordre de la compreacutehension demande aux eacutelegraveves de restituer une

connaissance de base agrave lrsquo‛aide de leurs propres mots La deuxiegraveme propose de

tester les connaissances theacuteoriques des eacutelegraveves en veacuterifiant que des liens entre

deux notions aient eacuteteacute faits

Exercice 2

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutedire la couleur perccedilue en fonction des meacutelanges de couleurs RVB

- deacutechiffrer un scheacutema et les codes de la repreacutesentation de la trajectoire

des lumiegraveres coloreacutees

Le deuxiegraveme exercice relegraveve du niveau taxonomique de lrsquo‛application car il

neacutecessite une compreacutehension de la maniegravere de repreacutesenter la lumiegravere (scheacutema de

la trajectoire rectiligne codes de couleurs RVB) et drsquo‛appliquer ce modegravele tout en

utilisant les connaissances des couleurs fondamentales et compleacutementaires de la

synthegravese additive

Exercice 3

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet drsquo‛un filtre sur une lumiegravere coloreacutee agrave lrsquo‛aide des codes

propres agrave lrsquo‛optique

Lrsquo‛exercice 3 relegraveve de lrsquo‛application car les eacutelegraveves se reacutefegraverent agrave la modeacutelisation

eacutetablie durant le cours et au diagramme de Venn de la synthegravese soustractive et

les adaptent aux items preacutesenteacutes

Exercice 4

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- mettre en perspective la distinction entre synthegravese additive et

soustractive en terme de lsquorsquo‛naturersquo‛rsquo‛ de la couleur (couleurs matiegraveres vs

couleurs lumiegraveres)

Cet exercice requiert des eacutelegraveves qursquo‛ils mobilisent leur faculteacute drsquo‛analyse (niveau

taxonomique plutocirct eacuteleveacute) pour expliquer les diffeacuterences entre les

repreacutesentations de la couleur en arts visuels et en physique Le but est qursquo‛ils

reconnaissent qursquo‛il srsquo‛agit dans le premier cas de la synthegravese soustractive et dans

le second cas de la synthegravese additive

Exercice 5

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutevoir la couleur perccedilue drsquo‛un objet en fonction des lumiegraveres coloreacutees

projeteacutees et coder le pheacutenomegravene

Les eacutelegraveves appliquent la modeacutelisation drsquo‛une lumiegravere coloreacutee sur un objet coloreacute

pour deacuteterminer la couleur perccedilue du drapeau franccedilais Cette question fait

reacutefeacuterence agrave un niveau taxonomique bas Puis ils trouvent la lumiegravere coloreacutee qui

permet de voir les deux drapeaux preacutesenteacutes de la mecircme couleur Ils trouveront

cette reacuteponse en modeacutelisant les lumiegraveres coloreacutees sur lrsquo‛objet de couleur

Plusieurs scheacutemas sont neacutecessaires pour trouver la reacuteponse Crsquo‛est une question

taxonomiquement haute qui demande aux eacutelegraveves de faire une synthegravese

Exercice 6

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet de la lumiegravere coloreacutee sur un objet et en deacuteduire la

couleur perccedilue

- justifier sa reacuteponse avec des mots en faisant la synthegravese des diffeacuterents

concepts vus dans la seacutequence de cours

Les eacutelegraveves doivent comprendre ce qursquo‛ils lisent et deacuteterminer la couleur propre du

haut du cambrioleur Cette question est taxonomiquement haute elle demande de

lrsquo‛analyse Puis ils justifient leur reacuteponse par le modegravele de lrsquo‛effet de la lumiegravere

coloreacutee sur un objet Cette question est drsquo‛un niveau taxonomique infeacuterieur

drsquo‛application Finalement ils deacuteterminent pourquoi la description de la jeune fille

ne correspond pas agrave la couleur propre en faisant le lien avec la synthegravese

soustractive demandant un niveau taxonomiquement tregraves eacuteleveacute la synthegravese

Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

4 Argumentation scientifique Nous avons choisi de construire notre seacutequence de cours de maniegravere agrave ce qursquoelle srsquoinscrive dans une deacutemarche constructiviste de type piageacutetienne Dans cette deacutemarche lrsquoenseignant anticipe les conceptions erroneacutees que les eacutelegraveves peuvent avoir puis eacutetablit une situation-shyproblegraveme permettant ideacutealement de deacuteconstruire ces repreacutesentations incomplegravetes puis finalement drsquoen construire de nouvelles plus justes Dans ce qui suit nous allons deacutefinir ces diffeacuterents concepts mis en eacutevidence puis expliciter la maniegravere dont nous les avons pris en compte dans notre planification

41 Les conceptions des eacutelegraveves et les situations-shyproblegravemes

411 Deacutefinitions Conception Selon Giordan et al (1994) une conception ou repreacutesentation peut ecirctre consideacutereacutee comme une ideacutee un objet ou un eacutevegravenement qui aide lrsquoeacutelegraveve agrave comprendre le monde qui lrsquoentoure Elle est le fruit de son expeacuterience personnelle dans laquelle il va puiser pour comprendre les nouveaux savoirs que lrsquoon va chercher agrave lui inculquer Elle peut ecirctre consideacutereacutee comme une connaissance ldquodeacutejagrave-shylagraverdquo acquise dans un certain contexte par lrsquoapprenant et qui peut ecirctre correcte ou erroneacutee Les mauvaises conceptions (ou misconception en anglais) peuvent donc ecirctre deacutecrites comme des ideacutees qui proviennent drsquoune mauvaise compreacutehension drsquoobjets ou eacutevegravenements Elles sont issues principalement de lrsquoenvironnement avec lequel lrsquoeacutelegraveve interagit et du contexte dans lequel il se situe mais elles deacutecoulent eacutegalement des systegravemes seacutemiotiques mis en oeuvre Ces derniers sont abordeacutes plus en deacutetail dans ce qui suit Seacutemiologie En seacutemiologie (lrsquoeacutetude des systegravemes de signes) une repreacutesentation (ou un signe) est double elle est doteacutee drsquoun signifiant et drsquoun signifieacute (de Saussure 1916) Le signifiant qui fait lrsquoobjet de la seacutemiologie deacutesigne la forme et laspect du signe tandis que le signifieacute eacutetudieacute dans le cadre de la seacutemantique deacutesigne le concept eacutevoqueacute par le signe A partir du moment ougrave le signe possegravede plusieurs signifieacutes il devient symbole et crsquoest ainsi que les incompreacutehensions peuvent survenir Selon R Duval (1995) le concept de laquo registre seacutemiotique raquo permet de distinguer les repreacutesentations qui relegravevent de diffeacuterents registres ou types visuels numeacuteriques graphiques symboliques formels scheacutematiques etc En didactique ce concept est fondamental car les diffeacuterences de registre au sein drsquoune mecircme repreacutesentation ou drsquoun

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modegravele peut induire des difficulteacutes de lecture Ils risquent drsquoajouter des difficulteacutes suppleacutementaires en empecircchant les eacutelegraveves de se focaliser sur le problegraveme poseacute par lrsquoactiviteacute et les menant agrave formuler des conclusions diffeacuterentes de celles attendues par lrsquoenseignant Crsquoest pour cela qursquoun choix pertinent de registre seacutemiotique facilite la compreacutehension du concept introduit Dans notre cours un exemple typique que nous pouvons donner est la forte ressemblance des diagrammes de Venn pour les synthegraveses additive et soustractive Dans les deux modegraveles les diagrammes sont communeacutement scheacutematiseacutes sous forme circulaire De plus bien que inverseacutees au niveau de leurs superpositions les mecircmes couleurs sont repreacutesenteacutees dans les deux diagrammes Ces similitudes peuvent rendre la diffeacuterenciation complexe pour les eacutelegraveves Crsquoest pourquoi nous avons estimeacute important drsquoapporter un changement agrave la repreacutesentation de ces diagrammes Ainsi dans lrsquoune de nos fiches de synthegravese nous avons preacutefeacutereacute utiliser des formes rectangulaires plutocirct que circulaires pour repreacutesenter la synthegravese soustractive car cette forme eacutevoque plus fortement le filtre et ainsi lrsquoabsorption de la lumiegravere Cadre de rationaliteacute origine des conceptions En srsquoappuyant sur les travaux de R Douady (1984) A Lerouge (1992) deacutefinit laquo un cadre de rationaliteacuteraquo comme laquoun ensemble coheacuterent de fonctionnement de la penseacuteeraquo caracteacuteriseacute principalement par les composantes suivantes

1 Les objets du cadre dans notre cas il peut srsquoagir de peinture de feuille de papier de lampes de poche de filtres etc

2 Le type de processus de conceptualisation Dans un cadre scientifique il peut srsquoagir drsquoun processus par modeacutelisation ou par expeacuterimentation par exemple

3 Les registres seacutemiotiques que nous avons traiteacutes plus haut Les conceptions des eacutelegraveves et les conflits de perceptions en reacutesultant sont issus des diffeacuterents cadres de rationaliteacute dans lesquels ils eacutevoluent Ce sont les cadres familiers (personnel) et culturels (eacutecole) qui sont responsable de ces conceptions et repreacutesentations mentales tantocirct concourantes tantocirct inexistantes voire erroneacutees Elles se manifestent principalement agrave travers la seacutemiotique Les eacutelegraveves eacuteprouvent de la difficulteacute agrave repreacutesenter des objets issus de registres seacutemiotiques diffeacuterents ou encore agrave simplement les reconnaicirctre Dans le contexte de notre seacutequence sur les couleurs ces cadres de rationaliteacute sont centraux En effet crsquoest dans son quotidien et donc dans son cadre familier que lrsquoeacutelegraveve va deacutecouvrir la notion de couleur notamment par le biais de la peinture ou drsquoobservation drsquoarc-shyen-shyciel Cette deacutecouverte qui a souvent lieu tregraves tocirct dans la vie de lrsquoenfant ne fera pourtant pas pour autant lrsquoobjet de questionnement sur le pheacutenomegravene de perception des couleurs La notion de cadre culturel ou scolaire quand agrave elle peut ecirctre eacutetendue dans notre cas agrave deux sous-shycateacutegories de cadres culturels diffeacuterents qui vont ecirctre agrave lrsquoorigine de conceptions erroneacutees ou incomplegravetes Premiegraverement il y a le cadre que nous appelons laquo arts visuelsraquo et qui a ses propres regravegles de rationaliteacutes Les cours de dessin ou drsquoactiviteacutes creacuteatrices en sont de parfaits exemples car crsquoest dans ce cadre que les eacutelegraveves vont premiegraverement aborder la

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theacutematique des couleurs primaires et de leurs meacutelanges Mais cette theacutematique est eacutegalement abordeacutee dans le cadre laquophysiqueraquo agrave travers les expeacuteriences de deacutecomposition de la lumiegravere ou de superposition de lumiegraveres coloreacutees Ainsi nous retrouvons trois cadres de rationaliteacute concourants (familier physique arts visuels) dans lesquels les eacutelegraveves eacutevoluent et qui engendrent indubitablement des conceptions erroneacutees sur la lumiegravere et les couleurs puisque les eacutelegraveves ne sont pas ameneacutes agrave les diffeacuterencier dans chacun des cadres Et comme la communication entre les diffeacuterents cadres nrsquoest pas eacutetablie le lien agrave faire entre les diffeacuterentes conceptions issues de ces cadres est agrave la charge de lrsquoeacutelegraveve ce qui repreacutesente une lourde responsabiliteacute dans son apprentissage Astolfi (2008) appelle eacutegalement ces conceptions issues de diffeacuterents cadres des ldquotrames conceptuelles rdquoqui peuvent ecirctre deacutefinies comme ldquoun ensemble de concepts-shycleacutes propres agrave un domaine et logiquement hieacuterarchiseacutes entre eux qui structurent les disciplines et engendrent des situations-shyproblegravemesrdquo Mais encore on verra eacutemerger des problegravemes de contrat didactique dans chacun des cadres lrsquoeacutelegraveve va tenter de donner une reacuteponse qui va satisfaire lrsquoenseignant sans pour autant ecirctre ameneacute agrave confronter ses conceptions

Situation-shyproblegraveme Pour de Vecchi (2006) une situation-shyproblegraveme est une activiteacute qui consiste agrave mettre lrsquoeacutelegraveve dans une situation ougrave il va ecirctre ameneacute agrave eacutelaborer des strateacutegies de reacutesolution de problegraveme Lrsquoun des points cleacutes des situations-shyproblegravemes est qursquoelles eacutetablissent un lien eacutetroit entre les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves En drsquoautres termes une situation-shyproblegraveme est construite de telle sorte que les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave remettre en question des repreacutesentations actuelles qui srsquoavegraverent erroneacutees agrave les deacuteconstruire pour en construire de nouvelles Ainsi dans une deacutemarche de type constructiviste lrsquoeacutelegraveve construit son savoir en renversant ses anciennes conceptions Une situation-shyproblegraveme nrsquoest donc pas une deacutemarche ponctuelle dans laquelle lrsquoeacutelegraveve devra reacutesoudre une liste drsquoexercices teacuteleacuteguideacutee par lrsquoenseignant Ce qui justifie lrsquoefficaciteacute des situations problegravemes est qursquo laquoapprendreraquo ne consiste pas agrave cumuler les savoirs mais agrave en construire et agrave en deacuteconstruire

Une situation-shyproblegraveme doit comprendre plusieurs eacuteleacutements

-shy Un objectif-shyobstacle Pour Meirieu (1987) un objectif-shyobstacle est ldquoun objectif dont lrsquoacquisition permet au sujet de franchir un palier deacutecisif de progression en modifiant son systegraveme de repreacutesentation et en le faisant acceacuteder un niveau supeacuterieur de formulation rdquo Dans notre cas lrsquoeacutelegraveve pense que tous les meacutelanges de 3 couleurs primaires (de peinture ou de lumiegravere) vont donner le mecircme reacutesultat La distinction entre synthegraveses additive et soustractive nrsquoest pas connue des eacutelegraveves De plus projeter de la lumiegravere monochromatique sur un objet drsquoune certaine couleur ne donne pas toujours la mecircme couleur Lrsquoexemple avec le drapeau (activiteacute 4) est parlant

-shy Une situation centreacutee sur cet obstacle prenant en compte une deacutemarche expeacuterimentale ou une deacutemarche de modeacutelisation Dans notre cours les deux deacutemarches sont mises en oeuvre mais notre deacutemarche principale est la modeacutelisation Les eacutelegraveves vont effectivement ecirctre ameneacutes agrave eacutemettre des hypothegraveses manipuler reacutecolter des reacutesultats et les confronter agrave

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leurs hypothegraveses mais il srsquoagit surtout drsquoune deacutemarche de modeacutelisation car les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave creacuteer des scheacutemas dans plusieurs exercices

-shy Une probleacutematisation et la deacutevolution on probleacutematise la conception erroneacutee en introduisant une situation-shyproblegraveme crsquoest-shyagrave-shydire qursquoon construit un problegraveme centreacute sur lrsquoobstacle La surprise face agrave une situation incoheacuterente va intriguer lrsquoeacutelegraveve exciter sa motivation et le pousser agrave vouloir srsquoimpliquer dans le problegraveme ce qui va aider sa deacutevolution Brousseau (1998) qualifie la notion de deacutevolution par le ldquo processus par lequel lenseignant parvient agrave placer leacutelegraveve comme simple actant dans une situation a-shydidactique (agrave modegravele non didactique) Il cherche par lagrave agrave ce que lrsquoaction de lrsquoeacutelegraveve ne soit produite et justifieacutee que par les neacutecessiteacutes du milieu et par ses connaissances et non par lrsquointerpreacutetation des proceacutedeacutes didactiques du professeurrdquo Pour enrocircler les eacutelegraveves et les aider agrave identifier la probleacutematique en met on place une situation deacuteclenchante Dans notre cas lrsquoexemple avec le meacutelange de peinture et de lumiegraveres coloreacutees est un parfait exemple de situation deacuteclenchante car les eacutelegraveves ne sattendent probablement pas par exemple agrave ce que le meacutelange de vert et bleu donne du cyan ou encore qursquoon perccediloive un citron noir lorsque lrsquoon projette de la lumiegravere bleue sur ce celui-shyci

412 La prise en compte des conceptions des eacutelegraveves dans notre seacutequence La theacutematique de la lumiegravere et des couleurs est complexe et comprend de nombreux concepts difficiles agrave assimiler En effet bon nombre de personnes ont des repreacutesentations erroneacutees qui peuvent rester profondeacutement ancreacutees Parmi les conceptions erroneacutees les plus communes on retrouve selon le site internet des MER

La lumiegravere blanche est sans couleur pure quand la lumiegravere blanche passe dans un prisme ou traverse un filtre de la couleur lui est ajouteacutee

La lumiegravere blanche nous permet de voir la vraie couleur des objets laquoMa feuille est blanche parce que je nai pas ajouteacute dautres couleurs agrave celle-shyciraquo

Les couleurs sont lieacutees agrave des proprieacuteteacutes de lrsquoobjet exclusivement sans reacutefeacuterence agrave la lumiegravere qui eacuteclaire lrsquoobjet Ne dit-shyon pas quun pull est rouge

Confusion entre les couleurs primaires en couleur peinture et en couleur lumiegravere

Dans notre planification nous avons anticipeacute ces conceptions et avons construit notre cours de maniegravere agrave ce qursquoelles soient mises en eacutevidence le plus tocirct possible afin de tenter de les deacuteconstruire agrave travers nos activiteacutes

Ainsi degraves deacutebut de lrsquoactiviteacute 2 les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave une situation-shyproblegraveme dans laquelle ils comprennent qursquoil existe une contradiction entre leur conception de deacutepart sur les meacutelanges de couleurs (issue de leurs cadres de rationaliteacute familier et scolaire lsquorsquoart visuelrsquorsquo) et leurs observations (nouveau cadre lsquorsquophysiquersquorsquo) Crsquoest sur la base de ce conflit cognitif que les diffeacuterentes notions de la seacutequence pourront ecirctre abordeacutees Les autres conceptions sont mises en eacutevidence puis deacuteconstruites agrave travers les diffeacuterentes activiteacutes Par exemple les

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activiteacutes du chapitre 3 permettent de montrer que la lumiegravere blanche nrsquoest pas pure mais qursquoelle est composeacutee de toutes les couleurs et ce gracircce agrave lrsquoobservation des objets agrave la lumiegravere blanche puis agrave travers un filtre

De plus lrsquoactiviteacute 3 srsquoarticule autour drsquoune conception erroneacutee repeacutereacutee dans certaines classes Bon nombre drsquoeacutelegraveves eacutetaient persuadeacutes qursquoun filtre ne laissait pas passer les lumiegraveres de sa couleur propre car crsquoest la couleur dont est perccedilue le filtre Un conflit cognitif est alors provoqueacute afin de deacuteconstruire cette conception les eacutelegraveves observent que la lumiegravere coloreacutee nrsquoest pas absorbeacutee par le filtre mais qursquoelle se propage bien jusqursquoagrave lrsquoeacutecran blanc

En introduction de lrsquoactiviteacute 4 une nouvelle situation-shyproblegraveme est preacutesenteacutee par le biais drsquoune image montrant que la couleur drsquoun objet peut varier en fonction de la lumiegravere coloreacutee par laquelle il est eacuteclaireacute Elle servira agrave provoquer un conflit cognitif chez les eacutelegraveves car cette situation intervient apregraves une phase drsquohypothegravese reacutepondant agrave la question suivante un objet peut-shyil avoir diffeacuterentes couleurs La reacuteponse donneacutee par lrsquoimage contredira probablement lrsquohypothegravese preacuteceacutedemment formuleacutee et devrait susciter de la curiositeacute chez lrsquoeacutelegraveve et lui donner lrsquoenvie de comprendre le pheacutenomegravene Nous deacutemontrons ensuite tout au long de lrsquoactiviteacute 4 sur les lumiegraveres coloreacutees que crsquoest le pheacutenomegravene drsquoabsorption et de reacuteflection de la lumiegravere qui nous permet de voir la couleur des objets et non pas la lumiegravere blanche Crsquoest donc par le biais de ces deacuteconstructions successives de conceptions que lrsquoenseignant peut guider les eacutelegraveves sur la voie de la reacutesolution du problegraveme de lrsquoorigine de ces contradictions dans le but drsquoeacutetablir le lien entre les diffeacuterents cadres de rationaliteacute

42 Modeacutelisation

421 Deacutefinition

Un modegravele est communeacutement deacutefini comme un objet ou un concept qui va permettre de repreacutesenter la reacutealiteacute de diffeacuterentes maniegraveres Bunge (1974) ou encore Martinand (1994) le deacutefinissent eacutegalement comme un moyen permettant de mettre en relation le monde theacuteorique avec le monde empirique Il peut ecirctre consideacutereacute en quelque sorte comme un monde intermeacutediaire ou une sorte de lunette conceptuelle (Halloun 2004) qui va permettre drsquoobserver des pheacutenomegravenes naturels Un modegravele ne constitue pas la reacutealiteacute mais la repreacutesente en simplifiant certains de ses aspects ce qui peut causer des conflits pour les repreacutesentations cognitives chez lrsquoeacutelegraveve

422 La modeacutelisation dans notre seacutequence Dans notre planification la modeacutelisation est centrale afin de conceptualiser des pheacutenomegravenes complexes comme la composition de la lumiegravere et la perception des couleurs Elle est lrsquooutil qui permet drsquoamener les eacutelegraveves agrave se faccedilonner une repreacutesentation de la deacutecomposition de la lumiegravere blanche de labsorption de la lumiegravere agrave travers les filtres et des synthegraveses additive et soustractive des couleurs

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De plus elle constitue un objectif de formation meacutethodologique qui va de pair avec toute formation scientifique Crsquoest pourquoi nous avons inclus la modeacutelisation dans les objectifs drsquoapprentissage Dans la terminologie du PER la modeacutelisation correspond agrave lrsquoobjectif geacuteneacuteral MSN37

bull MSN 1525 mdash Modeacuteliser des pheacutenomegravenes naturels techniques sociaux ou des situations matheacutematiques

bull en imaginant et en utilisant divers outils de repreacutesentation (codes scheacutemas graphiques tableauxhellip)

Lrsquoactiviteacute 2 propose aux eacutelegraveves de reporter les couleurs observeacutees sur trois cercles superposeacutes En les coloriant les eacutelegraveves reacutealisent en reacutealiteacute une forme simple de modeacutelisation par un diagramme de Venn de la synthegravese additive Il nous a sembleacute pertinent drsquointroduire ce scheacutema de cette maniegravere car ainsi les eacutelegraveves comprennent reacuteellement qursquoil correspond agrave la lumiegravere projeteacutee et superposeacutee sur un eacutecran En derniegravere partie drsquoactiviteacute les eacutelegraveves se familiarisent avec un logiciel de modeacutelisation de la synthegravese additive 3

Lrsquoutilisation drsquoun modegravele dans ce cas est indispensable pour des raisons pratiques Il serait en effet tregraves difficile de faire des observations similaires avec un dispositif reacuteel constitueacute de projecteurs et drsquoun eacutecran comme dans la premiegravere partie drsquoactiviteacute Nous avons veilleacute agrave choisir un logiciel simple drsquousage sur lequel seules deux manipulations sont possibles allumereacuteteindre les projecteurs et varier leurs intensiteacutes Ainsi il est possible pour les eacutelegraveves de faire rapidement et sans difficulteacutes de lrsquoordre du registre seacutemiotique la deacuteduction attendue les diffeacuterentes couleurs srsquoobtiennent par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

Dans lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves sont ameneacutes agrave modeacuteliser lrsquoeffet drsquoun filtre sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee Ils ancrent ainsi le fonctionnement drsquoun filtre dans leur apprentissage et deacuteveloppent une meacutethodologie systeacutematique dans la reacutesolution de problegravemes mettant en scegravene des filtres Gracircce au modegravele deacuteveloppeacute les eacutelegraveves deacuteconstruisent deacutefinitivement leur eacuteventuelle conception erroneacutee selon laquelle un filtre absorberait sa propre couleur Lrsquoactiviteacute 43 a pour but que les eacutelegraveves modeacutelisent les pheacutenomegravenes de reacutefraction et drsquoabsorption en justifiant leur reacuteponse par un modegravele de reacuteponse Ce dernier comprend les couleurs RVB qui se reflegravetent ou qui sont absorbeacutees par une surface Ainsi lrsquoeacutelegraveve peut trouver une meacutethode systeacutematique de reacuteponse en testant les diffeacuterentes couleurs Gracircce agrave cette modeacutelisation et agrave celle de lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves comprennent que les fonctionnements des filtres et des lumiegraveres coloreacutees sont fondeacutes sur le mecircme principe

3(httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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43 Deacutemarche expeacuterimentale

431 Deacutefinition Pour de Vecchi il est important de ne pas confondre les notions lieacutees agrave lrsquoexpeacuterimental qui sont les suivantes

-shy Une deacutemarche scientifique nrsquoest pas exclusive au domaine des sciences expeacuterimentales mais peut aussi ecirctre mobiliseacutee dans les sciences humaines socialeshellip Elle utilise drsquoautres outils que lrsquoexpeacuterimentale Toute recherche digne de ce nom est de nature scientifique

-shy La meacutethode expeacuterimentale eacutequivaut plutocirct agrave un plan agrave suivre un mode drsquoemploi ou agrave une marche agrave suivre qui suit un ordre strict que lrsquoon peut aussi appeler protocole Par exemple parmi les plus ceacutelegravebres protocoles nous retrouvons celui de Claude Bernard (1865) que lrsquoon abregravege par les initiales OHERIC qui correspondent agrave observation hypothegravese expeacuterience reacutesultats interpreacutetation et conclusion De maniegravere geacuteneacuterale il srsquoagit du protocole caricatural que lrsquoon emploie le plus souvent dans les salles de classes

-shy Une deacutemarche expeacuterimentale est une approche plus reacutealiste moins stricte et integravegre

une approche plus tacirctonnante Il nrsquoest pas constitueacute drsquoeacutetapes preacutedeacutetermineacutees et est donc moins affecteacutee par les directives de lrsquoenseignant Il peut donc laisser des liberteacutes dans la maniegravere de reacutesoudre le problegraveme

432 La deacutemarche expeacuterimentale dans notre seacutequence Dans notre seacutequence la meacutethode expeacuterimentale est preacutesente de maniegravere partielle du scheacutema caricatural OHERIC nous nous inteacuteressons en particulier aux phases drsquoobservation et drsquoeacutemission drsquohypothegraveses Crsquoest pourquoi nous parlons donc plutocirct de ldquodeacutemarche expeacuterimentalerdquo En effet tout au long des diffeacuterentes activiteacutes il est reacuteguliegraverement demandeacute aux eacutelegraveves de formuler une hypothegravese agrave partir de leurs connaissances au preacutealable puis de faire de nouvelles observations en contexte expeacuterimental Crsquoest sur la base de ces derniegraveres qursquoils pourront reacutealiser leurs deacuteductions sur le pheacutenomegravene en question et construire de nouvelles conceptions Dans lrsquoactiviteacute 2 ce type de deacutemarche est central pour la creacuteation de la premiegravere situation-shyproblegraveme Par la suite la deacutemarche permet de guider les eacutelegraveves dans le processus de deacuteduction du fonctionnement geacuteneacuteral des diffeacuterents pheacutenomegravenes Dans lrsquoactiviteacute 41 par exemple les pheacutenomegravenes agrave deacuteduire sont la synthegravese soustractive et le fonctionnement de la lumiegravere coloreacutee Lrsquoemploi drsquoobjets familiers permet un ancrage dans le quotidien

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Dans lrsquoactiviteacute 3 lrsquoeacutetude de lrsquoeffet des filtres constitue agrave son tour un deacutemarche expeacuterimentale En effet les eacutelegraveves doivent tout drsquoabord eacutemettre leurs hypothegraveses puis les veacuterifient par lrsquoexpeacuterimentation et ses reacutesultats provoquant probablement un conflit cognitif avant drsquoen conclure lrsquoeffet drsquoun filtre Dans lrsquoactiviteacute 42 nous retrouvons toujours le mecircme principe de deacutemarche expeacuterimentale Les eacutelegraveves formulent des hypothegraveses sur la couleur perccedilue de diffeacuterents mots coloreacutes eacuteclaireacutes par une lumiegravere coloreacutee puis les veacuterifient lors de la phase drsquoobservation La confrontation entre leurs attentes lieacutees agrave leurs conceptions et la reacutealiteacute creacutee le conflit cognitif rechercheacute

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5 Conclusion Pour seacutelectionner notre thegraveme et eacutelaborer notre seacutequence nous nous sommes fondeacutes sur les objectifs du PER et crsquoest sur lrsquooptique que notre choix srsquoest porteacute Le savoir savant auquel nous nous sommes reacutefeacutereacutes comprend principalement des concepts lieacutes agrave la lumiegravere tels que les photons les ondes eacutelectromagneacutetiques ainsi que les spectres drsquoeacutemission et drsquoabsorption Nous avons transposeacute ce savoir en un savoir enseignable par le biais drsquoun travail de contextualisation et de reacuteadaptation Nous avons eacuteteacute ameneacutes agrave remplacer des modegraveles scientifiques (par exemple les modegraveles de synthegraveses additive et soustractive) par des modegraveles accessibles agrave un niveau scolaire et agrave changer les conditions drsquoeacutemergence des problegravemes Ainsi notre travail de transposition consistait agrave montrer aux eacutelegraveves la partie eacutemergeacutee de lrsquoiceberg du concept de couleur le reacutesultat apparent plutocirct que lrsquoorigine eacutelectromagneacutetique Tout au long de la seacutequence et par le biais de situations-shyproblegravemes et de diffeacuterentes eacutetapes de reacutesolution des activiteacutes les eacutelegraveves ont eacuteteacute guideacutes dans le processus de construction de leur apprentissage En nous focalisant sur les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves nous avons eacutelaboreacute nos exercices de maniegravere agrave proposer des situations deacuteclenchantes afin de faciliter le transfert de la responsabiliteacute de la reacutesolution des problegravemes aux eacutelegraveves Cette derniegravere srsquoeffectue par des deacutemarches drsquoexpeacuterimentation mais surtout de modeacutelisation

Dans notre sceacutenario les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave deux types de donneacutees theacuteoriques et empiriques Drsquoune part ils ont agrave disposition deux theacuteories principales la premiegravere est que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs de lrsquoarc-shyen-shyciel tandis que la seconde deacutecrit l a maniegravere dont la couleur drsquoun objet deacutepend des couleurs qursquoil va absorber Drsquoautre part ils disposent de donneacutees empiriques qursquoils sont ameneacutes agrave reacutecolter en superposant des lumiegraveres de diffeacuterentes couleurs en meacutelangeant de la peinture et en projetant de la lumiegravere coloreacutee sur diffeacuterents objets coloreacutes Dans le cadre drsquoune deacutemarche drsquoexpeacuterimentation ils ont eacutemis des hypothegraveses observeacute manipuleacute du mateacuteriel utiliseacute des appliquettes en ligne et veacuterifieacute leurs reacutesultats Crsquoest ainsi les modegraveles que nous avons preacutesenteacutes et que les eacutelegraveves ont eacutelaboreacutes vont ecirctre des ponts qui vont relier le monde theacuteorique et le monde empirique Par ailleurs nous avons eacuteteacute attentifs agrave la seacutemiotique lors de nos choix des repreacutesentations utiliseacutees nous nous sommes reacutefeacutereacutes agrave la notion de registre seacutemiotique afin drsquoeacutelaborer des scheacutemas nrsquoengendrant pas de difficulteacutes de lecture chez les eacutelegraveves

Nous avons analyseacute lrsquoorigine des conceptions erroneacutees et avons remarqueacute qursquoelles eacutetaient principalement dues agrave des repreacutesentations concourantes engendreacutees par les diffeacuterents contextes et cadres de rationaliteacutes dans lesquelles les eacutelegraveves eacutevoluent Notre sceacutenario permet aux eacutelegraveves drsquoeacutetablir des liens entre ces diffeacuterents cadres et de construire une nouvelle repreacutesentation de la couleur celle drsquoun objet de la physique

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6 Bibliographie

Astolfi J Ginsburger-shyVogel Y amp Toussaint J (2008) Mots-shycleacutes de la didactique des sciences De Boeck Supeacuterieur Beaufils D Ramage M-shyJ DidaScO (2004) Simulation informatique et enseignement de la physique regards didactiques Universiteacute Paris-shySud Centre scientifique drsquoOrsay -shy 91405 Orsay Cedex Brahic A Grenier I ( 2008) Lumiegraveres deacutetoiles les couleurs invisibles Odile Jacob Brousseau G (1998) Glossaire de quelques concepts de la theacuteorie des situations didactiques en matheacutematiques DAEST-shy Faculteacute des Sciences de lHomme-shyUniversiteacute Victor Segalen Bordeaux 2 Bunge M (1975) Philosophie de la physique Paris France Editions du Seuil Chevallard Y amp Johsua M-shyA (1986) Transposition didactique  Du savoir savant au savoir enseigneacute -shy Un exemple drsquoanalyse de la transposition didactique Penseacutee sauvage Chevallard Y A du texte Chevallard Y A du texte Chevallard Y amp Johsua M-shyA A du texte (1991) La transposition didactique  du savoir savant au savoir enseigneacute Suivi de Un exemple de la transposition didactique ([2e eacuted revue et augm]) Yves Chevallard  Yves Chevallard et Marie-shyAlberte Johsua [texte imprimeacute] Retrieved October 19 2016 de Vecchi G (2006) Enseigner lrsquoexpeacuterimental en classe  Pour une veacuteritable eacuteducation scientifique Hachette Editions (p 221-shy229) de Vecchi G (2006) Enseigner lrsquoexpeacuterimental en classe  Pour une veacuteritable eacuteducation scientifique Hachette Editions (p 55 -shy65) de Saussure F (2005) Cours de linguistique geacuteneacuterale Arbres drsquoOr Develay M (1987) A propos de la transposition didactique en sciences biologiques Aster [ISSN 0297-shy9373] 1987 Ndeg 4 p 119 Duval R (1988) Eacutecarts seacutemantiques et coheacuterence matheacutematique introduction aux problegravemes de congruences in Annales de Didactique et de Sciences Cognitives de lIREM de Strasbourg Giordan A Girault Y et Clement P (1994) Conceptions et connaissance Peter Lang Halloun I A (2004) Modeling theory in science education Dordrecht Holland Kluwer Academic Publishers Kane J Sternheim M (1989) Cours QCM exemple et exercices corrigeacutes -shy 1er cycle Licence PCEM PCEP Physique 3egraveme eacutedition revue par Philipe Ghosez Maryse Hoebeke et Gabriel Llabreacutes DUNOD Lerouge A (1992) Repreacutesentation carteacutesienne rationaliteacute matheacutematique et rationaliteacute du quotidien chez des eacutelegraveves de collegravege Thegravese de doctorat Universiteacute Montpellier II Malafosse D Lerouge A Dusseau J-shyM (2000) Notions de registre et de cadre de rationaliteacute en inter-shydidactique des matheacutematiques et de la physiqu e Treacutema Martinand J-shyL (nd) Introduction agrave la modeacutelisation In Actes du seacuteminaire de didactique des disciplines technologiques Cachan (p 126ndash138)

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Meirieu P Avanzin Gi (1987) Apprendre oui mais comment Edition ESF Verret M (1975) Le temps des eacutetudes (Vols 1ndash2) Lille France Atelier Reproduction des thegraveses

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Page 65: Physique Optique Lescouleurs · Sciences naturelles Les couleurs 10 11 Harmos 1.Introduction Comme nous allons le détailler dans le chapitre 4, les conceptions erronées des élèves

Exercice 3

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet drsquo‛un filtre sur une lumiegravere coloreacutee agrave lrsquo‛aide des codes

propres agrave lrsquo‛optique

Lrsquo‛exercice 3 relegraveve de lrsquo‛application car les eacutelegraveves se reacutefegraverent agrave la modeacutelisation

eacutetablie durant le cours et au diagramme de Venn de la synthegravese soustractive et

les adaptent aux items preacutesenteacutes

Exercice 4

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- mettre en perspective la distinction entre synthegravese additive et

soustractive en terme de lsquorsquo‛naturersquo‛rsquo‛ de la couleur (couleurs matiegraveres vs

couleurs lumiegraveres)

Cet exercice requiert des eacutelegraveves qursquo‛ils mobilisent leur faculteacute drsquo‛analyse (niveau

taxonomique plutocirct eacuteleveacute) pour expliquer les diffeacuterences entre les

repreacutesentations de la couleur en arts visuels et en physique Le but est qursquo‛ils

reconnaissent qursquo‛il srsquo‛agit dans le premier cas de la synthegravese soustractive et dans

le second cas de la synthegravese additive

Exercice 5

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- preacutevoir la couleur perccedilue drsquo‛un objet en fonction des lumiegraveres coloreacutees

projeteacutees et coder le pheacutenomegravene

Les eacutelegraveves appliquent la modeacutelisation drsquo‛une lumiegravere coloreacutee sur un objet coloreacute

pour deacuteterminer la couleur perccedilue du drapeau franccedilais Cette question fait

reacutefeacuterence agrave un niveau taxonomique bas Puis ils trouvent la lumiegravere coloreacutee qui

permet de voir les deux drapeaux preacutesenteacutes de la mecircme couleur Ils trouveront

cette reacuteponse en modeacutelisant les lumiegraveres coloreacutees sur lrsquo‛objet de couleur

Plusieurs scheacutemas sont neacutecessaires pour trouver la reacuteponse Crsquo‛est une question

taxonomiquement haute qui demande aux eacutelegraveves de faire une synthegravese

Exercice 6

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet de la lumiegravere coloreacutee sur un objet et en deacuteduire la

couleur perccedilue

- justifier sa reacuteponse avec des mots en faisant la synthegravese des diffeacuterents

concepts vus dans la seacutequence de cours

Les eacutelegraveves doivent comprendre ce qursquo‛ils lisent et deacuteterminer la couleur propre du

haut du cambrioleur Cette question est taxonomiquement haute elle demande de

lrsquo‛analyse Puis ils justifient leur reacuteponse par le modegravele de lrsquo‛effet de la lumiegravere

coloreacutee sur un objet Cette question est drsquo‛un niveau taxonomique infeacuterieur

drsquo‛application Finalement ils deacuteterminent pourquoi la description de la jeune fille

ne correspond pas agrave la couleur propre en faisant le lien avec la synthegravese

soustractive demandant un niveau taxonomiquement tregraves eacuteleveacute la synthegravese

Sciences naturelles Les couleurs 10-shy11 Harmos

4 Argumentation scientifique Nous avons choisi de construire notre seacutequence de cours de maniegravere agrave ce qursquoelle srsquoinscrive dans une deacutemarche constructiviste de type piageacutetienne Dans cette deacutemarche lrsquoenseignant anticipe les conceptions erroneacutees que les eacutelegraveves peuvent avoir puis eacutetablit une situation-shyproblegraveme permettant ideacutealement de deacuteconstruire ces repreacutesentations incomplegravetes puis finalement drsquoen construire de nouvelles plus justes Dans ce qui suit nous allons deacutefinir ces diffeacuterents concepts mis en eacutevidence puis expliciter la maniegravere dont nous les avons pris en compte dans notre planification

41 Les conceptions des eacutelegraveves et les situations-shyproblegravemes

411 Deacutefinitions Conception Selon Giordan et al (1994) une conception ou repreacutesentation peut ecirctre consideacutereacutee comme une ideacutee un objet ou un eacutevegravenement qui aide lrsquoeacutelegraveve agrave comprendre le monde qui lrsquoentoure Elle est le fruit de son expeacuterience personnelle dans laquelle il va puiser pour comprendre les nouveaux savoirs que lrsquoon va chercher agrave lui inculquer Elle peut ecirctre consideacutereacutee comme une connaissance ldquodeacutejagrave-shylagraverdquo acquise dans un certain contexte par lrsquoapprenant et qui peut ecirctre correcte ou erroneacutee Les mauvaises conceptions (ou misconception en anglais) peuvent donc ecirctre deacutecrites comme des ideacutees qui proviennent drsquoune mauvaise compreacutehension drsquoobjets ou eacutevegravenements Elles sont issues principalement de lrsquoenvironnement avec lequel lrsquoeacutelegraveve interagit et du contexte dans lequel il se situe mais elles deacutecoulent eacutegalement des systegravemes seacutemiotiques mis en oeuvre Ces derniers sont abordeacutes plus en deacutetail dans ce qui suit Seacutemiologie En seacutemiologie (lrsquoeacutetude des systegravemes de signes) une repreacutesentation (ou un signe) est double elle est doteacutee drsquoun signifiant et drsquoun signifieacute (de Saussure 1916) Le signifiant qui fait lrsquoobjet de la seacutemiologie deacutesigne la forme et laspect du signe tandis que le signifieacute eacutetudieacute dans le cadre de la seacutemantique deacutesigne le concept eacutevoqueacute par le signe A partir du moment ougrave le signe possegravede plusieurs signifieacutes il devient symbole et crsquoest ainsi que les incompreacutehensions peuvent survenir Selon R Duval (1995) le concept de laquo registre seacutemiotique raquo permet de distinguer les repreacutesentations qui relegravevent de diffeacuterents registres ou types visuels numeacuteriques graphiques symboliques formels scheacutematiques etc En didactique ce concept est fondamental car les diffeacuterences de registre au sein drsquoune mecircme repreacutesentation ou drsquoun

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modegravele peut induire des difficulteacutes de lecture Ils risquent drsquoajouter des difficulteacutes suppleacutementaires en empecircchant les eacutelegraveves de se focaliser sur le problegraveme poseacute par lrsquoactiviteacute et les menant agrave formuler des conclusions diffeacuterentes de celles attendues par lrsquoenseignant Crsquoest pour cela qursquoun choix pertinent de registre seacutemiotique facilite la compreacutehension du concept introduit Dans notre cours un exemple typique que nous pouvons donner est la forte ressemblance des diagrammes de Venn pour les synthegraveses additive et soustractive Dans les deux modegraveles les diagrammes sont communeacutement scheacutematiseacutes sous forme circulaire De plus bien que inverseacutees au niveau de leurs superpositions les mecircmes couleurs sont repreacutesenteacutees dans les deux diagrammes Ces similitudes peuvent rendre la diffeacuterenciation complexe pour les eacutelegraveves Crsquoest pourquoi nous avons estimeacute important drsquoapporter un changement agrave la repreacutesentation de ces diagrammes Ainsi dans lrsquoune de nos fiches de synthegravese nous avons preacutefeacutereacute utiliser des formes rectangulaires plutocirct que circulaires pour repreacutesenter la synthegravese soustractive car cette forme eacutevoque plus fortement le filtre et ainsi lrsquoabsorption de la lumiegravere Cadre de rationaliteacute origine des conceptions En srsquoappuyant sur les travaux de R Douady (1984) A Lerouge (1992) deacutefinit laquo un cadre de rationaliteacuteraquo comme laquoun ensemble coheacuterent de fonctionnement de la penseacuteeraquo caracteacuteriseacute principalement par les composantes suivantes

1 Les objets du cadre dans notre cas il peut srsquoagir de peinture de feuille de papier de lampes de poche de filtres etc

2 Le type de processus de conceptualisation Dans un cadre scientifique il peut srsquoagir drsquoun processus par modeacutelisation ou par expeacuterimentation par exemple

3 Les registres seacutemiotiques que nous avons traiteacutes plus haut Les conceptions des eacutelegraveves et les conflits de perceptions en reacutesultant sont issus des diffeacuterents cadres de rationaliteacute dans lesquels ils eacutevoluent Ce sont les cadres familiers (personnel) et culturels (eacutecole) qui sont responsable de ces conceptions et repreacutesentations mentales tantocirct concourantes tantocirct inexistantes voire erroneacutees Elles se manifestent principalement agrave travers la seacutemiotique Les eacutelegraveves eacuteprouvent de la difficulteacute agrave repreacutesenter des objets issus de registres seacutemiotiques diffeacuterents ou encore agrave simplement les reconnaicirctre Dans le contexte de notre seacutequence sur les couleurs ces cadres de rationaliteacute sont centraux En effet crsquoest dans son quotidien et donc dans son cadre familier que lrsquoeacutelegraveve va deacutecouvrir la notion de couleur notamment par le biais de la peinture ou drsquoobservation drsquoarc-shyen-shyciel Cette deacutecouverte qui a souvent lieu tregraves tocirct dans la vie de lrsquoenfant ne fera pourtant pas pour autant lrsquoobjet de questionnement sur le pheacutenomegravene de perception des couleurs La notion de cadre culturel ou scolaire quand agrave elle peut ecirctre eacutetendue dans notre cas agrave deux sous-shycateacutegories de cadres culturels diffeacuterents qui vont ecirctre agrave lrsquoorigine de conceptions erroneacutees ou incomplegravetes Premiegraverement il y a le cadre que nous appelons laquo arts visuelsraquo et qui a ses propres regravegles de rationaliteacutes Les cours de dessin ou drsquoactiviteacutes creacuteatrices en sont de parfaits exemples car crsquoest dans ce cadre que les eacutelegraveves vont premiegraverement aborder la

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theacutematique des couleurs primaires et de leurs meacutelanges Mais cette theacutematique est eacutegalement abordeacutee dans le cadre laquophysiqueraquo agrave travers les expeacuteriences de deacutecomposition de la lumiegravere ou de superposition de lumiegraveres coloreacutees Ainsi nous retrouvons trois cadres de rationaliteacute concourants (familier physique arts visuels) dans lesquels les eacutelegraveves eacutevoluent et qui engendrent indubitablement des conceptions erroneacutees sur la lumiegravere et les couleurs puisque les eacutelegraveves ne sont pas ameneacutes agrave les diffeacuterencier dans chacun des cadres Et comme la communication entre les diffeacuterents cadres nrsquoest pas eacutetablie le lien agrave faire entre les diffeacuterentes conceptions issues de ces cadres est agrave la charge de lrsquoeacutelegraveve ce qui repreacutesente une lourde responsabiliteacute dans son apprentissage Astolfi (2008) appelle eacutegalement ces conceptions issues de diffeacuterents cadres des ldquotrames conceptuelles rdquoqui peuvent ecirctre deacutefinies comme ldquoun ensemble de concepts-shycleacutes propres agrave un domaine et logiquement hieacuterarchiseacutes entre eux qui structurent les disciplines et engendrent des situations-shyproblegravemesrdquo Mais encore on verra eacutemerger des problegravemes de contrat didactique dans chacun des cadres lrsquoeacutelegraveve va tenter de donner une reacuteponse qui va satisfaire lrsquoenseignant sans pour autant ecirctre ameneacute agrave confronter ses conceptions

Situation-shyproblegraveme Pour de Vecchi (2006) une situation-shyproblegraveme est une activiteacute qui consiste agrave mettre lrsquoeacutelegraveve dans une situation ougrave il va ecirctre ameneacute agrave eacutelaborer des strateacutegies de reacutesolution de problegraveme Lrsquoun des points cleacutes des situations-shyproblegravemes est qursquoelles eacutetablissent un lien eacutetroit entre les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves En drsquoautres termes une situation-shyproblegraveme est construite de telle sorte que les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave remettre en question des repreacutesentations actuelles qui srsquoavegraverent erroneacutees agrave les deacuteconstruire pour en construire de nouvelles Ainsi dans une deacutemarche de type constructiviste lrsquoeacutelegraveve construit son savoir en renversant ses anciennes conceptions Une situation-shyproblegraveme nrsquoest donc pas une deacutemarche ponctuelle dans laquelle lrsquoeacutelegraveve devra reacutesoudre une liste drsquoexercices teacuteleacuteguideacutee par lrsquoenseignant Ce qui justifie lrsquoefficaciteacute des situations problegravemes est qursquo laquoapprendreraquo ne consiste pas agrave cumuler les savoirs mais agrave en construire et agrave en deacuteconstruire

Une situation-shyproblegraveme doit comprendre plusieurs eacuteleacutements

-shy Un objectif-shyobstacle Pour Meirieu (1987) un objectif-shyobstacle est ldquoun objectif dont lrsquoacquisition permet au sujet de franchir un palier deacutecisif de progression en modifiant son systegraveme de repreacutesentation et en le faisant acceacuteder un niveau supeacuterieur de formulation rdquo Dans notre cas lrsquoeacutelegraveve pense que tous les meacutelanges de 3 couleurs primaires (de peinture ou de lumiegravere) vont donner le mecircme reacutesultat La distinction entre synthegraveses additive et soustractive nrsquoest pas connue des eacutelegraveves De plus projeter de la lumiegravere monochromatique sur un objet drsquoune certaine couleur ne donne pas toujours la mecircme couleur Lrsquoexemple avec le drapeau (activiteacute 4) est parlant

-shy Une situation centreacutee sur cet obstacle prenant en compte une deacutemarche expeacuterimentale ou une deacutemarche de modeacutelisation Dans notre cours les deux deacutemarches sont mises en oeuvre mais notre deacutemarche principale est la modeacutelisation Les eacutelegraveves vont effectivement ecirctre ameneacutes agrave eacutemettre des hypothegraveses manipuler reacutecolter des reacutesultats et les confronter agrave

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leurs hypothegraveses mais il srsquoagit surtout drsquoune deacutemarche de modeacutelisation car les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave creacuteer des scheacutemas dans plusieurs exercices

-shy Une probleacutematisation et la deacutevolution on probleacutematise la conception erroneacutee en introduisant une situation-shyproblegraveme crsquoest-shyagrave-shydire qursquoon construit un problegraveme centreacute sur lrsquoobstacle La surprise face agrave une situation incoheacuterente va intriguer lrsquoeacutelegraveve exciter sa motivation et le pousser agrave vouloir srsquoimpliquer dans le problegraveme ce qui va aider sa deacutevolution Brousseau (1998) qualifie la notion de deacutevolution par le ldquo processus par lequel lenseignant parvient agrave placer leacutelegraveve comme simple actant dans une situation a-shydidactique (agrave modegravele non didactique) Il cherche par lagrave agrave ce que lrsquoaction de lrsquoeacutelegraveve ne soit produite et justifieacutee que par les neacutecessiteacutes du milieu et par ses connaissances et non par lrsquointerpreacutetation des proceacutedeacutes didactiques du professeurrdquo Pour enrocircler les eacutelegraveves et les aider agrave identifier la probleacutematique en met on place une situation deacuteclenchante Dans notre cas lrsquoexemple avec le meacutelange de peinture et de lumiegraveres coloreacutees est un parfait exemple de situation deacuteclenchante car les eacutelegraveves ne sattendent probablement pas par exemple agrave ce que le meacutelange de vert et bleu donne du cyan ou encore qursquoon perccediloive un citron noir lorsque lrsquoon projette de la lumiegravere bleue sur ce celui-shyci

412 La prise en compte des conceptions des eacutelegraveves dans notre seacutequence La theacutematique de la lumiegravere et des couleurs est complexe et comprend de nombreux concepts difficiles agrave assimiler En effet bon nombre de personnes ont des repreacutesentations erroneacutees qui peuvent rester profondeacutement ancreacutees Parmi les conceptions erroneacutees les plus communes on retrouve selon le site internet des MER

La lumiegravere blanche est sans couleur pure quand la lumiegravere blanche passe dans un prisme ou traverse un filtre de la couleur lui est ajouteacutee

La lumiegravere blanche nous permet de voir la vraie couleur des objets laquoMa feuille est blanche parce que je nai pas ajouteacute dautres couleurs agrave celle-shyciraquo

Les couleurs sont lieacutees agrave des proprieacuteteacutes de lrsquoobjet exclusivement sans reacutefeacuterence agrave la lumiegravere qui eacuteclaire lrsquoobjet Ne dit-shyon pas quun pull est rouge

Confusion entre les couleurs primaires en couleur peinture et en couleur lumiegravere

Dans notre planification nous avons anticipeacute ces conceptions et avons construit notre cours de maniegravere agrave ce qursquoelles soient mises en eacutevidence le plus tocirct possible afin de tenter de les deacuteconstruire agrave travers nos activiteacutes

Ainsi degraves deacutebut de lrsquoactiviteacute 2 les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave une situation-shyproblegraveme dans laquelle ils comprennent qursquoil existe une contradiction entre leur conception de deacutepart sur les meacutelanges de couleurs (issue de leurs cadres de rationaliteacute familier et scolaire lsquorsquoart visuelrsquorsquo) et leurs observations (nouveau cadre lsquorsquophysiquersquorsquo) Crsquoest sur la base de ce conflit cognitif que les diffeacuterentes notions de la seacutequence pourront ecirctre abordeacutees Les autres conceptions sont mises en eacutevidence puis deacuteconstruites agrave travers les diffeacuterentes activiteacutes Par exemple les

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activiteacutes du chapitre 3 permettent de montrer que la lumiegravere blanche nrsquoest pas pure mais qursquoelle est composeacutee de toutes les couleurs et ce gracircce agrave lrsquoobservation des objets agrave la lumiegravere blanche puis agrave travers un filtre

De plus lrsquoactiviteacute 3 srsquoarticule autour drsquoune conception erroneacutee repeacutereacutee dans certaines classes Bon nombre drsquoeacutelegraveves eacutetaient persuadeacutes qursquoun filtre ne laissait pas passer les lumiegraveres de sa couleur propre car crsquoest la couleur dont est perccedilue le filtre Un conflit cognitif est alors provoqueacute afin de deacuteconstruire cette conception les eacutelegraveves observent que la lumiegravere coloreacutee nrsquoest pas absorbeacutee par le filtre mais qursquoelle se propage bien jusqursquoagrave lrsquoeacutecran blanc

En introduction de lrsquoactiviteacute 4 une nouvelle situation-shyproblegraveme est preacutesenteacutee par le biais drsquoune image montrant que la couleur drsquoun objet peut varier en fonction de la lumiegravere coloreacutee par laquelle il est eacuteclaireacute Elle servira agrave provoquer un conflit cognitif chez les eacutelegraveves car cette situation intervient apregraves une phase drsquohypothegravese reacutepondant agrave la question suivante un objet peut-shyil avoir diffeacuterentes couleurs La reacuteponse donneacutee par lrsquoimage contredira probablement lrsquohypothegravese preacuteceacutedemment formuleacutee et devrait susciter de la curiositeacute chez lrsquoeacutelegraveve et lui donner lrsquoenvie de comprendre le pheacutenomegravene Nous deacutemontrons ensuite tout au long de lrsquoactiviteacute 4 sur les lumiegraveres coloreacutees que crsquoest le pheacutenomegravene drsquoabsorption et de reacuteflection de la lumiegravere qui nous permet de voir la couleur des objets et non pas la lumiegravere blanche Crsquoest donc par le biais de ces deacuteconstructions successives de conceptions que lrsquoenseignant peut guider les eacutelegraveves sur la voie de la reacutesolution du problegraveme de lrsquoorigine de ces contradictions dans le but drsquoeacutetablir le lien entre les diffeacuterents cadres de rationaliteacute

42 Modeacutelisation

421 Deacutefinition

Un modegravele est communeacutement deacutefini comme un objet ou un concept qui va permettre de repreacutesenter la reacutealiteacute de diffeacuterentes maniegraveres Bunge (1974) ou encore Martinand (1994) le deacutefinissent eacutegalement comme un moyen permettant de mettre en relation le monde theacuteorique avec le monde empirique Il peut ecirctre consideacutereacute en quelque sorte comme un monde intermeacutediaire ou une sorte de lunette conceptuelle (Halloun 2004) qui va permettre drsquoobserver des pheacutenomegravenes naturels Un modegravele ne constitue pas la reacutealiteacute mais la repreacutesente en simplifiant certains de ses aspects ce qui peut causer des conflits pour les repreacutesentations cognitives chez lrsquoeacutelegraveve

422 La modeacutelisation dans notre seacutequence Dans notre planification la modeacutelisation est centrale afin de conceptualiser des pheacutenomegravenes complexes comme la composition de la lumiegravere et la perception des couleurs Elle est lrsquooutil qui permet drsquoamener les eacutelegraveves agrave se faccedilonner une repreacutesentation de la deacutecomposition de la lumiegravere blanche de labsorption de la lumiegravere agrave travers les filtres et des synthegraveses additive et soustractive des couleurs

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De plus elle constitue un objectif de formation meacutethodologique qui va de pair avec toute formation scientifique Crsquoest pourquoi nous avons inclus la modeacutelisation dans les objectifs drsquoapprentissage Dans la terminologie du PER la modeacutelisation correspond agrave lrsquoobjectif geacuteneacuteral MSN37

bull MSN 1525 mdash Modeacuteliser des pheacutenomegravenes naturels techniques sociaux ou des situations matheacutematiques

bull en imaginant et en utilisant divers outils de repreacutesentation (codes scheacutemas graphiques tableauxhellip)

Lrsquoactiviteacute 2 propose aux eacutelegraveves de reporter les couleurs observeacutees sur trois cercles superposeacutes En les coloriant les eacutelegraveves reacutealisent en reacutealiteacute une forme simple de modeacutelisation par un diagramme de Venn de la synthegravese additive Il nous a sembleacute pertinent drsquointroduire ce scheacutema de cette maniegravere car ainsi les eacutelegraveves comprennent reacuteellement qursquoil correspond agrave la lumiegravere projeteacutee et superposeacutee sur un eacutecran En derniegravere partie drsquoactiviteacute les eacutelegraveves se familiarisent avec un logiciel de modeacutelisation de la synthegravese additive 3

Lrsquoutilisation drsquoun modegravele dans ce cas est indispensable pour des raisons pratiques Il serait en effet tregraves difficile de faire des observations similaires avec un dispositif reacuteel constitueacute de projecteurs et drsquoun eacutecran comme dans la premiegravere partie drsquoactiviteacute Nous avons veilleacute agrave choisir un logiciel simple drsquousage sur lequel seules deux manipulations sont possibles allumereacuteteindre les projecteurs et varier leurs intensiteacutes Ainsi il est possible pour les eacutelegraveves de faire rapidement et sans difficulteacutes de lrsquoordre du registre seacutemiotique la deacuteduction attendue les diffeacuterentes couleurs srsquoobtiennent par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

Dans lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves sont ameneacutes agrave modeacuteliser lrsquoeffet drsquoun filtre sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee Ils ancrent ainsi le fonctionnement drsquoun filtre dans leur apprentissage et deacuteveloppent une meacutethodologie systeacutematique dans la reacutesolution de problegravemes mettant en scegravene des filtres Gracircce au modegravele deacuteveloppeacute les eacutelegraveves deacuteconstruisent deacutefinitivement leur eacuteventuelle conception erroneacutee selon laquelle un filtre absorberait sa propre couleur Lrsquoactiviteacute 43 a pour but que les eacutelegraveves modeacutelisent les pheacutenomegravenes de reacutefraction et drsquoabsorption en justifiant leur reacuteponse par un modegravele de reacuteponse Ce dernier comprend les couleurs RVB qui se reflegravetent ou qui sont absorbeacutees par une surface Ainsi lrsquoeacutelegraveve peut trouver une meacutethode systeacutematique de reacuteponse en testant les diffeacuterentes couleurs Gracircce agrave cette modeacutelisation et agrave celle de lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves comprennent que les fonctionnements des filtres et des lumiegraveres coloreacutees sont fondeacutes sur le mecircme principe

3(httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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43 Deacutemarche expeacuterimentale

431 Deacutefinition Pour de Vecchi il est important de ne pas confondre les notions lieacutees agrave lrsquoexpeacuterimental qui sont les suivantes

-shy Une deacutemarche scientifique nrsquoest pas exclusive au domaine des sciences expeacuterimentales mais peut aussi ecirctre mobiliseacutee dans les sciences humaines socialeshellip Elle utilise drsquoautres outils que lrsquoexpeacuterimentale Toute recherche digne de ce nom est de nature scientifique

-shy La meacutethode expeacuterimentale eacutequivaut plutocirct agrave un plan agrave suivre un mode drsquoemploi ou agrave une marche agrave suivre qui suit un ordre strict que lrsquoon peut aussi appeler protocole Par exemple parmi les plus ceacutelegravebres protocoles nous retrouvons celui de Claude Bernard (1865) que lrsquoon abregravege par les initiales OHERIC qui correspondent agrave observation hypothegravese expeacuterience reacutesultats interpreacutetation et conclusion De maniegravere geacuteneacuterale il srsquoagit du protocole caricatural que lrsquoon emploie le plus souvent dans les salles de classes

-shy Une deacutemarche expeacuterimentale est une approche plus reacutealiste moins stricte et integravegre

une approche plus tacirctonnante Il nrsquoest pas constitueacute drsquoeacutetapes preacutedeacutetermineacutees et est donc moins affecteacutee par les directives de lrsquoenseignant Il peut donc laisser des liberteacutes dans la maniegravere de reacutesoudre le problegraveme

432 La deacutemarche expeacuterimentale dans notre seacutequence Dans notre seacutequence la meacutethode expeacuterimentale est preacutesente de maniegravere partielle du scheacutema caricatural OHERIC nous nous inteacuteressons en particulier aux phases drsquoobservation et drsquoeacutemission drsquohypothegraveses Crsquoest pourquoi nous parlons donc plutocirct de ldquodeacutemarche expeacuterimentalerdquo En effet tout au long des diffeacuterentes activiteacutes il est reacuteguliegraverement demandeacute aux eacutelegraveves de formuler une hypothegravese agrave partir de leurs connaissances au preacutealable puis de faire de nouvelles observations en contexte expeacuterimental Crsquoest sur la base de ces derniegraveres qursquoils pourront reacutealiser leurs deacuteductions sur le pheacutenomegravene en question et construire de nouvelles conceptions Dans lrsquoactiviteacute 2 ce type de deacutemarche est central pour la creacuteation de la premiegravere situation-shyproblegraveme Par la suite la deacutemarche permet de guider les eacutelegraveves dans le processus de deacuteduction du fonctionnement geacuteneacuteral des diffeacuterents pheacutenomegravenes Dans lrsquoactiviteacute 41 par exemple les pheacutenomegravenes agrave deacuteduire sont la synthegravese soustractive et le fonctionnement de la lumiegravere coloreacutee Lrsquoemploi drsquoobjets familiers permet un ancrage dans le quotidien

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Dans lrsquoactiviteacute 3 lrsquoeacutetude de lrsquoeffet des filtres constitue agrave son tour un deacutemarche expeacuterimentale En effet les eacutelegraveves doivent tout drsquoabord eacutemettre leurs hypothegraveses puis les veacuterifient par lrsquoexpeacuterimentation et ses reacutesultats provoquant probablement un conflit cognitif avant drsquoen conclure lrsquoeffet drsquoun filtre Dans lrsquoactiviteacute 42 nous retrouvons toujours le mecircme principe de deacutemarche expeacuterimentale Les eacutelegraveves formulent des hypothegraveses sur la couleur perccedilue de diffeacuterents mots coloreacutes eacuteclaireacutes par une lumiegravere coloreacutee puis les veacuterifient lors de la phase drsquoobservation La confrontation entre leurs attentes lieacutees agrave leurs conceptions et la reacutealiteacute creacutee le conflit cognitif rechercheacute

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5 Conclusion Pour seacutelectionner notre thegraveme et eacutelaborer notre seacutequence nous nous sommes fondeacutes sur les objectifs du PER et crsquoest sur lrsquooptique que notre choix srsquoest porteacute Le savoir savant auquel nous nous sommes reacutefeacutereacutes comprend principalement des concepts lieacutes agrave la lumiegravere tels que les photons les ondes eacutelectromagneacutetiques ainsi que les spectres drsquoeacutemission et drsquoabsorption Nous avons transposeacute ce savoir en un savoir enseignable par le biais drsquoun travail de contextualisation et de reacuteadaptation Nous avons eacuteteacute ameneacutes agrave remplacer des modegraveles scientifiques (par exemple les modegraveles de synthegraveses additive et soustractive) par des modegraveles accessibles agrave un niveau scolaire et agrave changer les conditions drsquoeacutemergence des problegravemes Ainsi notre travail de transposition consistait agrave montrer aux eacutelegraveves la partie eacutemergeacutee de lrsquoiceberg du concept de couleur le reacutesultat apparent plutocirct que lrsquoorigine eacutelectromagneacutetique Tout au long de la seacutequence et par le biais de situations-shyproblegravemes et de diffeacuterentes eacutetapes de reacutesolution des activiteacutes les eacutelegraveves ont eacuteteacute guideacutes dans le processus de construction de leur apprentissage En nous focalisant sur les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves nous avons eacutelaboreacute nos exercices de maniegravere agrave proposer des situations deacuteclenchantes afin de faciliter le transfert de la responsabiliteacute de la reacutesolution des problegravemes aux eacutelegraveves Cette derniegravere srsquoeffectue par des deacutemarches drsquoexpeacuterimentation mais surtout de modeacutelisation

Dans notre sceacutenario les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave deux types de donneacutees theacuteoriques et empiriques Drsquoune part ils ont agrave disposition deux theacuteories principales la premiegravere est que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs de lrsquoarc-shyen-shyciel tandis que la seconde deacutecrit l a maniegravere dont la couleur drsquoun objet deacutepend des couleurs qursquoil va absorber Drsquoautre part ils disposent de donneacutees empiriques qursquoils sont ameneacutes agrave reacutecolter en superposant des lumiegraveres de diffeacuterentes couleurs en meacutelangeant de la peinture et en projetant de la lumiegravere coloreacutee sur diffeacuterents objets coloreacutes Dans le cadre drsquoune deacutemarche drsquoexpeacuterimentation ils ont eacutemis des hypothegraveses observeacute manipuleacute du mateacuteriel utiliseacute des appliquettes en ligne et veacuterifieacute leurs reacutesultats Crsquoest ainsi les modegraveles que nous avons preacutesenteacutes et que les eacutelegraveves ont eacutelaboreacutes vont ecirctre des ponts qui vont relier le monde theacuteorique et le monde empirique Par ailleurs nous avons eacuteteacute attentifs agrave la seacutemiotique lors de nos choix des repreacutesentations utiliseacutees nous nous sommes reacutefeacutereacutes agrave la notion de registre seacutemiotique afin drsquoeacutelaborer des scheacutemas nrsquoengendrant pas de difficulteacutes de lecture chez les eacutelegraveves

Nous avons analyseacute lrsquoorigine des conceptions erroneacutees et avons remarqueacute qursquoelles eacutetaient principalement dues agrave des repreacutesentations concourantes engendreacutees par les diffeacuterents contextes et cadres de rationaliteacutes dans lesquelles les eacutelegraveves eacutevoluent Notre sceacutenario permet aux eacutelegraveves drsquoeacutetablir des liens entre ces diffeacuterents cadres et de construire une nouvelle repreacutesentation de la couleur celle drsquoun objet de la physique

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6 Bibliographie

Astolfi J Ginsburger-shyVogel Y amp Toussaint J (2008) Mots-shycleacutes de la didactique des sciences De Boeck Supeacuterieur Beaufils D Ramage M-shyJ DidaScO (2004) Simulation informatique et enseignement de la physique regards didactiques Universiteacute Paris-shySud Centre scientifique drsquoOrsay -shy 91405 Orsay Cedex Brahic A Grenier I ( 2008) Lumiegraveres deacutetoiles les couleurs invisibles Odile Jacob Brousseau G (1998) Glossaire de quelques concepts de la theacuteorie des situations didactiques en matheacutematiques DAEST-shy Faculteacute des Sciences de lHomme-shyUniversiteacute Victor Segalen Bordeaux 2 Bunge M (1975) Philosophie de la physique Paris France Editions du Seuil Chevallard Y amp Johsua M-shyA (1986) Transposition didactique  Du savoir savant au savoir enseigneacute -shy Un exemple drsquoanalyse de la transposition didactique Penseacutee sauvage Chevallard Y A du texte Chevallard Y A du texte Chevallard Y amp Johsua M-shyA A du texte (1991) La transposition didactique  du savoir savant au savoir enseigneacute Suivi de Un exemple de la transposition didactique ([2e eacuted revue et augm]) Yves Chevallard  Yves Chevallard et Marie-shyAlberte Johsua [texte imprimeacute] Retrieved October 19 2016 de Vecchi G (2006) Enseigner lrsquoexpeacuterimental en classe  Pour une veacuteritable eacuteducation scientifique Hachette Editions (p 221-shy229) de Vecchi G (2006) Enseigner lrsquoexpeacuterimental en classe  Pour une veacuteritable eacuteducation scientifique Hachette Editions (p 55 -shy65) de Saussure F (2005) Cours de linguistique geacuteneacuterale Arbres drsquoOr Develay M (1987) A propos de la transposition didactique en sciences biologiques Aster [ISSN 0297-shy9373] 1987 Ndeg 4 p 119 Duval R (1988) Eacutecarts seacutemantiques et coheacuterence matheacutematique introduction aux problegravemes de congruences in Annales de Didactique et de Sciences Cognitives de lIREM de Strasbourg Giordan A Girault Y et Clement P (1994) Conceptions et connaissance Peter Lang Halloun I A (2004) Modeling theory in science education Dordrecht Holland Kluwer Academic Publishers Kane J Sternheim M (1989) Cours QCM exemple et exercices corrigeacutes -shy 1er cycle Licence PCEM PCEP Physique 3egraveme eacutedition revue par Philipe Ghosez Maryse Hoebeke et Gabriel Llabreacutes DUNOD Lerouge A (1992) Repreacutesentation carteacutesienne rationaliteacute matheacutematique et rationaliteacute du quotidien chez des eacutelegraveves de collegravege Thegravese de doctorat Universiteacute Montpellier II Malafosse D Lerouge A Dusseau J-shyM (2000) Notions de registre et de cadre de rationaliteacute en inter-shydidactique des matheacutematiques et de la physiqu e Treacutema Martinand J-shyL (nd) Introduction agrave la modeacutelisation In Actes du seacuteminaire de didactique des disciplines technologiques Cachan (p 126ndash138)

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Meirieu P Avanzin Gi (1987) Apprendre oui mais comment Edition ESF Verret M (1975) Le temps des eacutetudes (Vols 1ndash2) Lille France Atelier Reproduction des thegraveses

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Page 66: Physique Optique Lescouleurs · Sciences naturelles Les couleurs 10 11 Harmos 1.Introduction Comme nous allons le détailler dans le chapitre 4, les conceptions erronées des élèves

cette reacuteponse en modeacutelisant les lumiegraveres coloreacutees sur lrsquo‛objet de couleur

Plusieurs scheacutemas sont neacutecessaires pour trouver la reacuteponse Crsquo‛est une question

taxonomiquement haute qui demande aux eacutelegraveves de faire une synthegravese

Exercice 6

Lrsquo‛eacutelegraveve est capable de

- modeacuteliser lrsquo‛effet de la lumiegravere coloreacutee sur un objet et en deacuteduire la

couleur perccedilue

- justifier sa reacuteponse avec des mots en faisant la synthegravese des diffeacuterents

concepts vus dans la seacutequence de cours

Les eacutelegraveves doivent comprendre ce qursquo‛ils lisent et deacuteterminer la couleur propre du

haut du cambrioleur Cette question est taxonomiquement haute elle demande de

lrsquo‛analyse Puis ils justifient leur reacuteponse par le modegravele de lrsquo‛effet de la lumiegravere

coloreacutee sur un objet Cette question est drsquo‛un niveau taxonomique infeacuterieur

drsquo‛application Finalement ils deacuteterminent pourquoi la description de la jeune fille

ne correspond pas agrave la couleur propre en faisant le lien avec la synthegravese

soustractive demandant un niveau taxonomiquement tregraves eacuteleveacute la synthegravese

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4 Argumentation scientifique Nous avons choisi de construire notre seacutequence de cours de maniegravere agrave ce qursquoelle srsquoinscrive dans une deacutemarche constructiviste de type piageacutetienne Dans cette deacutemarche lrsquoenseignant anticipe les conceptions erroneacutees que les eacutelegraveves peuvent avoir puis eacutetablit une situation-shyproblegraveme permettant ideacutealement de deacuteconstruire ces repreacutesentations incomplegravetes puis finalement drsquoen construire de nouvelles plus justes Dans ce qui suit nous allons deacutefinir ces diffeacuterents concepts mis en eacutevidence puis expliciter la maniegravere dont nous les avons pris en compte dans notre planification

41 Les conceptions des eacutelegraveves et les situations-shyproblegravemes

411 Deacutefinitions Conception Selon Giordan et al (1994) une conception ou repreacutesentation peut ecirctre consideacutereacutee comme une ideacutee un objet ou un eacutevegravenement qui aide lrsquoeacutelegraveve agrave comprendre le monde qui lrsquoentoure Elle est le fruit de son expeacuterience personnelle dans laquelle il va puiser pour comprendre les nouveaux savoirs que lrsquoon va chercher agrave lui inculquer Elle peut ecirctre consideacutereacutee comme une connaissance ldquodeacutejagrave-shylagraverdquo acquise dans un certain contexte par lrsquoapprenant et qui peut ecirctre correcte ou erroneacutee Les mauvaises conceptions (ou misconception en anglais) peuvent donc ecirctre deacutecrites comme des ideacutees qui proviennent drsquoune mauvaise compreacutehension drsquoobjets ou eacutevegravenements Elles sont issues principalement de lrsquoenvironnement avec lequel lrsquoeacutelegraveve interagit et du contexte dans lequel il se situe mais elles deacutecoulent eacutegalement des systegravemes seacutemiotiques mis en oeuvre Ces derniers sont abordeacutes plus en deacutetail dans ce qui suit Seacutemiologie En seacutemiologie (lrsquoeacutetude des systegravemes de signes) une repreacutesentation (ou un signe) est double elle est doteacutee drsquoun signifiant et drsquoun signifieacute (de Saussure 1916) Le signifiant qui fait lrsquoobjet de la seacutemiologie deacutesigne la forme et laspect du signe tandis que le signifieacute eacutetudieacute dans le cadre de la seacutemantique deacutesigne le concept eacutevoqueacute par le signe A partir du moment ougrave le signe possegravede plusieurs signifieacutes il devient symbole et crsquoest ainsi que les incompreacutehensions peuvent survenir Selon R Duval (1995) le concept de laquo registre seacutemiotique raquo permet de distinguer les repreacutesentations qui relegravevent de diffeacuterents registres ou types visuels numeacuteriques graphiques symboliques formels scheacutematiques etc En didactique ce concept est fondamental car les diffeacuterences de registre au sein drsquoune mecircme repreacutesentation ou drsquoun

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modegravele peut induire des difficulteacutes de lecture Ils risquent drsquoajouter des difficulteacutes suppleacutementaires en empecircchant les eacutelegraveves de se focaliser sur le problegraveme poseacute par lrsquoactiviteacute et les menant agrave formuler des conclusions diffeacuterentes de celles attendues par lrsquoenseignant Crsquoest pour cela qursquoun choix pertinent de registre seacutemiotique facilite la compreacutehension du concept introduit Dans notre cours un exemple typique que nous pouvons donner est la forte ressemblance des diagrammes de Venn pour les synthegraveses additive et soustractive Dans les deux modegraveles les diagrammes sont communeacutement scheacutematiseacutes sous forme circulaire De plus bien que inverseacutees au niveau de leurs superpositions les mecircmes couleurs sont repreacutesenteacutees dans les deux diagrammes Ces similitudes peuvent rendre la diffeacuterenciation complexe pour les eacutelegraveves Crsquoest pourquoi nous avons estimeacute important drsquoapporter un changement agrave la repreacutesentation de ces diagrammes Ainsi dans lrsquoune de nos fiches de synthegravese nous avons preacutefeacutereacute utiliser des formes rectangulaires plutocirct que circulaires pour repreacutesenter la synthegravese soustractive car cette forme eacutevoque plus fortement le filtre et ainsi lrsquoabsorption de la lumiegravere Cadre de rationaliteacute origine des conceptions En srsquoappuyant sur les travaux de R Douady (1984) A Lerouge (1992) deacutefinit laquo un cadre de rationaliteacuteraquo comme laquoun ensemble coheacuterent de fonctionnement de la penseacuteeraquo caracteacuteriseacute principalement par les composantes suivantes

1 Les objets du cadre dans notre cas il peut srsquoagir de peinture de feuille de papier de lampes de poche de filtres etc

2 Le type de processus de conceptualisation Dans un cadre scientifique il peut srsquoagir drsquoun processus par modeacutelisation ou par expeacuterimentation par exemple

3 Les registres seacutemiotiques que nous avons traiteacutes plus haut Les conceptions des eacutelegraveves et les conflits de perceptions en reacutesultant sont issus des diffeacuterents cadres de rationaliteacute dans lesquels ils eacutevoluent Ce sont les cadres familiers (personnel) et culturels (eacutecole) qui sont responsable de ces conceptions et repreacutesentations mentales tantocirct concourantes tantocirct inexistantes voire erroneacutees Elles se manifestent principalement agrave travers la seacutemiotique Les eacutelegraveves eacuteprouvent de la difficulteacute agrave repreacutesenter des objets issus de registres seacutemiotiques diffeacuterents ou encore agrave simplement les reconnaicirctre Dans le contexte de notre seacutequence sur les couleurs ces cadres de rationaliteacute sont centraux En effet crsquoest dans son quotidien et donc dans son cadre familier que lrsquoeacutelegraveve va deacutecouvrir la notion de couleur notamment par le biais de la peinture ou drsquoobservation drsquoarc-shyen-shyciel Cette deacutecouverte qui a souvent lieu tregraves tocirct dans la vie de lrsquoenfant ne fera pourtant pas pour autant lrsquoobjet de questionnement sur le pheacutenomegravene de perception des couleurs La notion de cadre culturel ou scolaire quand agrave elle peut ecirctre eacutetendue dans notre cas agrave deux sous-shycateacutegories de cadres culturels diffeacuterents qui vont ecirctre agrave lrsquoorigine de conceptions erroneacutees ou incomplegravetes Premiegraverement il y a le cadre que nous appelons laquo arts visuelsraquo et qui a ses propres regravegles de rationaliteacutes Les cours de dessin ou drsquoactiviteacutes creacuteatrices en sont de parfaits exemples car crsquoest dans ce cadre que les eacutelegraveves vont premiegraverement aborder la

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theacutematique des couleurs primaires et de leurs meacutelanges Mais cette theacutematique est eacutegalement abordeacutee dans le cadre laquophysiqueraquo agrave travers les expeacuteriences de deacutecomposition de la lumiegravere ou de superposition de lumiegraveres coloreacutees Ainsi nous retrouvons trois cadres de rationaliteacute concourants (familier physique arts visuels) dans lesquels les eacutelegraveves eacutevoluent et qui engendrent indubitablement des conceptions erroneacutees sur la lumiegravere et les couleurs puisque les eacutelegraveves ne sont pas ameneacutes agrave les diffeacuterencier dans chacun des cadres Et comme la communication entre les diffeacuterents cadres nrsquoest pas eacutetablie le lien agrave faire entre les diffeacuterentes conceptions issues de ces cadres est agrave la charge de lrsquoeacutelegraveve ce qui repreacutesente une lourde responsabiliteacute dans son apprentissage Astolfi (2008) appelle eacutegalement ces conceptions issues de diffeacuterents cadres des ldquotrames conceptuelles rdquoqui peuvent ecirctre deacutefinies comme ldquoun ensemble de concepts-shycleacutes propres agrave un domaine et logiquement hieacuterarchiseacutes entre eux qui structurent les disciplines et engendrent des situations-shyproblegravemesrdquo Mais encore on verra eacutemerger des problegravemes de contrat didactique dans chacun des cadres lrsquoeacutelegraveve va tenter de donner une reacuteponse qui va satisfaire lrsquoenseignant sans pour autant ecirctre ameneacute agrave confronter ses conceptions

Situation-shyproblegraveme Pour de Vecchi (2006) une situation-shyproblegraveme est une activiteacute qui consiste agrave mettre lrsquoeacutelegraveve dans une situation ougrave il va ecirctre ameneacute agrave eacutelaborer des strateacutegies de reacutesolution de problegraveme Lrsquoun des points cleacutes des situations-shyproblegravemes est qursquoelles eacutetablissent un lien eacutetroit entre les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves En drsquoautres termes une situation-shyproblegraveme est construite de telle sorte que les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave remettre en question des repreacutesentations actuelles qui srsquoavegraverent erroneacutees agrave les deacuteconstruire pour en construire de nouvelles Ainsi dans une deacutemarche de type constructiviste lrsquoeacutelegraveve construit son savoir en renversant ses anciennes conceptions Une situation-shyproblegraveme nrsquoest donc pas une deacutemarche ponctuelle dans laquelle lrsquoeacutelegraveve devra reacutesoudre une liste drsquoexercices teacuteleacuteguideacutee par lrsquoenseignant Ce qui justifie lrsquoefficaciteacute des situations problegravemes est qursquo laquoapprendreraquo ne consiste pas agrave cumuler les savoirs mais agrave en construire et agrave en deacuteconstruire

Une situation-shyproblegraveme doit comprendre plusieurs eacuteleacutements

-shy Un objectif-shyobstacle Pour Meirieu (1987) un objectif-shyobstacle est ldquoun objectif dont lrsquoacquisition permet au sujet de franchir un palier deacutecisif de progression en modifiant son systegraveme de repreacutesentation et en le faisant acceacuteder un niveau supeacuterieur de formulation rdquo Dans notre cas lrsquoeacutelegraveve pense que tous les meacutelanges de 3 couleurs primaires (de peinture ou de lumiegravere) vont donner le mecircme reacutesultat La distinction entre synthegraveses additive et soustractive nrsquoest pas connue des eacutelegraveves De plus projeter de la lumiegravere monochromatique sur un objet drsquoune certaine couleur ne donne pas toujours la mecircme couleur Lrsquoexemple avec le drapeau (activiteacute 4) est parlant

-shy Une situation centreacutee sur cet obstacle prenant en compte une deacutemarche expeacuterimentale ou une deacutemarche de modeacutelisation Dans notre cours les deux deacutemarches sont mises en oeuvre mais notre deacutemarche principale est la modeacutelisation Les eacutelegraveves vont effectivement ecirctre ameneacutes agrave eacutemettre des hypothegraveses manipuler reacutecolter des reacutesultats et les confronter agrave

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leurs hypothegraveses mais il srsquoagit surtout drsquoune deacutemarche de modeacutelisation car les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave creacuteer des scheacutemas dans plusieurs exercices

-shy Une probleacutematisation et la deacutevolution on probleacutematise la conception erroneacutee en introduisant une situation-shyproblegraveme crsquoest-shyagrave-shydire qursquoon construit un problegraveme centreacute sur lrsquoobstacle La surprise face agrave une situation incoheacuterente va intriguer lrsquoeacutelegraveve exciter sa motivation et le pousser agrave vouloir srsquoimpliquer dans le problegraveme ce qui va aider sa deacutevolution Brousseau (1998) qualifie la notion de deacutevolution par le ldquo processus par lequel lenseignant parvient agrave placer leacutelegraveve comme simple actant dans une situation a-shydidactique (agrave modegravele non didactique) Il cherche par lagrave agrave ce que lrsquoaction de lrsquoeacutelegraveve ne soit produite et justifieacutee que par les neacutecessiteacutes du milieu et par ses connaissances et non par lrsquointerpreacutetation des proceacutedeacutes didactiques du professeurrdquo Pour enrocircler les eacutelegraveves et les aider agrave identifier la probleacutematique en met on place une situation deacuteclenchante Dans notre cas lrsquoexemple avec le meacutelange de peinture et de lumiegraveres coloreacutees est un parfait exemple de situation deacuteclenchante car les eacutelegraveves ne sattendent probablement pas par exemple agrave ce que le meacutelange de vert et bleu donne du cyan ou encore qursquoon perccediloive un citron noir lorsque lrsquoon projette de la lumiegravere bleue sur ce celui-shyci

412 La prise en compte des conceptions des eacutelegraveves dans notre seacutequence La theacutematique de la lumiegravere et des couleurs est complexe et comprend de nombreux concepts difficiles agrave assimiler En effet bon nombre de personnes ont des repreacutesentations erroneacutees qui peuvent rester profondeacutement ancreacutees Parmi les conceptions erroneacutees les plus communes on retrouve selon le site internet des MER

La lumiegravere blanche est sans couleur pure quand la lumiegravere blanche passe dans un prisme ou traverse un filtre de la couleur lui est ajouteacutee

La lumiegravere blanche nous permet de voir la vraie couleur des objets laquoMa feuille est blanche parce que je nai pas ajouteacute dautres couleurs agrave celle-shyciraquo

Les couleurs sont lieacutees agrave des proprieacuteteacutes de lrsquoobjet exclusivement sans reacutefeacuterence agrave la lumiegravere qui eacuteclaire lrsquoobjet Ne dit-shyon pas quun pull est rouge

Confusion entre les couleurs primaires en couleur peinture et en couleur lumiegravere

Dans notre planification nous avons anticipeacute ces conceptions et avons construit notre cours de maniegravere agrave ce qursquoelles soient mises en eacutevidence le plus tocirct possible afin de tenter de les deacuteconstruire agrave travers nos activiteacutes

Ainsi degraves deacutebut de lrsquoactiviteacute 2 les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave une situation-shyproblegraveme dans laquelle ils comprennent qursquoil existe une contradiction entre leur conception de deacutepart sur les meacutelanges de couleurs (issue de leurs cadres de rationaliteacute familier et scolaire lsquorsquoart visuelrsquorsquo) et leurs observations (nouveau cadre lsquorsquophysiquersquorsquo) Crsquoest sur la base de ce conflit cognitif que les diffeacuterentes notions de la seacutequence pourront ecirctre abordeacutees Les autres conceptions sont mises en eacutevidence puis deacuteconstruites agrave travers les diffeacuterentes activiteacutes Par exemple les

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activiteacutes du chapitre 3 permettent de montrer que la lumiegravere blanche nrsquoest pas pure mais qursquoelle est composeacutee de toutes les couleurs et ce gracircce agrave lrsquoobservation des objets agrave la lumiegravere blanche puis agrave travers un filtre

De plus lrsquoactiviteacute 3 srsquoarticule autour drsquoune conception erroneacutee repeacutereacutee dans certaines classes Bon nombre drsquoeacutelegraveves eacutetaient persuadeacutes qursquoun filtre ne laissait pas passer les lumiegraveres de sa couleur propre car crsquoest la couleur dont est perccedilue le filtre Un conflit cognitif est alors provoqueacute afin de deacuteconstruire cette conception les eacutelegraveves observent que la lumiegravere coloreacutee nrsquoest pas absorbeacutee par le filtre mais qursquoelle se propage bien jusqursquoagrave lrsquoeacutecran blanc

En introduction de lrsquoactiviteacute 4 une nouvelle situation-shyproblegraveme est preacutesenteacutee par le biais drsquoune image montrant que la couleur drsquoun objet peut varier en fonction de la lumiegravere coloreacutee par laquelle il est eacuteclaireacute Elle servira agrave provoquer un conflit cognitif chez les eacutelegraveves car cette situation intervient apregraves une phase drsquohypothegravese reacutepondant agrave la question suivante un objet peut-shyil avoir diffeacuterentes couleurs La reacuteponse donneacutee par lrsquoimage contredira probablement lrsquohypothegravese preacuteceacutedemment formuleacutee et devrait susciter de la curiositeacute chez lrsquoeacutelegraveve et lui donner lrsquoenvie de comprendre le pheacutenomegravene Nous deacutemontrons ensuite tout au long de lrsquoactiviteacute 4 sur les lumiegraveres coloreacutees que crsquoest le pheacutenomegravene drsquoabsorption et de reacuteflection de la lumiegravere qui nous permet de voir la couleur des objets et non pas la lumiegravere blanche Crsquoest donc par le biais de ces deacuteconstructions successives de conceptions que lrsquoenseignant peut guider les eacutelegraveves sur la voie de la reacutesolution du problegraveme de lrsquoorigine de ces contradictions dans le but drsquoeacutetablir le lien entre les diffeacuterents cadres de rationaliteacute

42 Modeacutelisation

421 Deacutefinition

Un modegravele est communeacutement deacutefini comme un objet ou un concept qui va permettre de repreacutesenter la reacutealiteacute de diffeacuterentes maniegraveres Bunge (1974) ou encore Martinand (1994) le deacutefinissent eacutegalement comme un moyen permettant de mettre en relation le monde theacuteorique avec le monde empirique Il peut ecirctre consideacutereacute en quelque sorte comme un monde intermeacutediaire ou une sorte de lunette conceptuelle (Halloun 2004) qui va permettre drsquoobserver des pheacutenomegravenes naturels Un modegravele ne constitue pas la reacutealiteacute mais la repreacutesente en simplifiant certains de ses aspects ce qui peut causer des conflits pour les repreacutesentations cognitives chez lrsquoeacutelegraveve

422 La modeacutelisation dans notre seacutequence Dans notre planification la modeacutelisation est centrale afin de conceptualiser des pheacutenomegravenes complexes comme la composition de la lumiegravere et la perception des couleurs Elle est lrsquooutil qui permet drsquoamener les eacutelegraveves agrave se faccedilonner une repreacutesentation de la deacutecomposition de la lumiegravere blanche de labsorption de la lumiegravere agrave travers les filtres et des synthegraveses additive et soustractive des couleurs

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De plus elle constitue un objectif de formation meacutethodologique qui va de pair avec toute formation scientifique Crsquoest pourquoi nous avons inclus la modeacutelisation dans les objectifs drsquoapprentissage Dans la terminologie du PER la modeacutelisation correspond agrave lrsquoobjectif geacuteneacuteral MSN37

bull MSN 1525 mdash Modeacuteliser des pheacutenomegravenes naturels techniques sociaux ou des situations matheacutematiques

bull en imaginant et en utilisant divers outils de repreacutesentation (codes scheacutemas graphiques tableauxhellip)

Lrsquoactiviteacute 2 propose aux eacutelegraveves de reporter les couleurs observeacutees sur trois cercles superposeacutes En les coloriant les eacutelegraveves reacutealisent en reacutealiteacute une forme simple de modeacutelisation par un diagramme de Venn de la synthegravese additive Il nous a sembleacute pertinent drsquointroduire ce scheacutema de cette maniegravere car ainsi les eacutelegraveves comprennent reacuteellement qursquoil correspond agrave la lumiegravere projeteacutee et superposeacutee sur un eacutecran En derniegravere partie drsquoactiviteacute les eacutelegraveves se familiarisent avec un logiciel de modeacutelisation de la synthegravese additive 3

Lrsquoutilisation drsquoun modegravele dans ce cas est indispensable pour des raisons pratiques Il serait en effet tregraves difficile de faire des observations similaires avec un dispositif reacuteel constitueacute de projecteurs et drsquoun eacutecran comme dans la premiegravere partie drsquoactiviteacute Nous avons veilleacute agrave choisir un logiciel simple drsquousage sur lequel seules deux manipulations sont possibles allumereacuteteindre les projecteurs et varier leurs intensiteacutes Ainsi il est possible pour les eacutelegraveves de faire rapidement et sans difficulteacutes de lrsquoordre du registre seacutemiotique la deacuteduction attendue les diffeacuterentes couleurs srsquoobtiennent par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

Dans lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves sont ameneacutes agrave modeacuteliser lrsquoeffet drsquoun filtre sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee Ils ancrent ainsi le fonctionnement drsquoun filtre dans leur apprentissage et deacuteveloppent une meacutethodologie systeacutematique dans la reacutesolution de problegravemes mettant en scegravene des filtres Gracircce au modegravele deacuteveloppeacute les eacutelegraveves deacuteconstruisent deacutefinitivement leur eacuteventuelle conception erroneacutee selon laquelle un filtre absorberait sa propre couleur Lrsquoactiviteacute 43 a pour but que les eacutelegraveves modeacutelisent les pheacutenomegravenes de reacutefraction et drsquoabsorption en justifiant leur reacuteponse par un modegravele de reacuteponse Ce dernier comprend les couleurs RVB qui se reflegravetent ou qui sont absorbeacutees par une surface Ainsi lrsquoeacutelegraveve peut trouver une meacutethode systeacutematique de reacuteponse en testant les diffeacuterentes couleurs Gracircce agrave cette modeacutelisation et agrave celle de lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves comprennent que les fonctionnements des filtres et des lumiegraveres coloreacutees sont fondeacutes sur le mecircme principe

3(httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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43 Deacutemarche expeacuterimentale

431 Deacutefinition Pour de Vecchi il est important de ne pas confondre les notions lieacutees agrave lrsquoexpeacuterimental qui sont les suivantes

-shy Une deacutemarche scientifique nrsquoest pas exclusive au domaine des sciences expeacuterimentales mais peut aussi ecirctre mobiliseacutee dans les sciences humaines socialeshellip Elle utilise drsquoautres outils que lrsquoexpeacuterimentale Toute recherche digne de ce nom est de nature scientifique

-shy La meacutethode expeacuterimentale eacutequivaut plutocirct agrave un plan agrave suivre un mode drsquoemploi ou agrave une marche agrave suivre qui suit un ordre strict que lrsquoon peut aussi appeler protocole Par exemple parmi les plus ceacutelegravebres protocoles nous retrouvons celui de Claude Bernard (1865) que lrsquoon abregravege par les initiales OHERIC qui correspondent agrave observation hypothegravese expeacuterience reacutesultats interpreacutetation et conclusion De maniegravere geacuteneacuterale il srsquoagit du protocole caricatural que lrsquoon emploie le plus souvent dans les salles de classes

-shy Une deacutemarche expeacuterimentale est une approche plus reacutealiste moins stricte et integravegre

une approche plus tacirctonnante Il nrsquoest pas constitueacute drsquoeacutetapes preacutedeacutetermineacutees et est donc moins affecteacutee par les directives de lrsquoenseignant Il peut donc laisser des liberteacutes dans la maniegravere de reacutesoudre le problegraveme

432 La deacutemarche expeacuterimentale dans notre seacutequence Dans notre seacutequence la meacutethode expeacuterimentale est preacutesente de maniegravere partielle du scheacutema caricatural OHERIC nous nous inteacuteressons en particulier aux phases drsquoobservation et drsquoeacutemission drsquohypothegraveses Crsquoest pourquoi nous parlons donc plutocirct de ldquodeacutemarche expeacuterimentalerdquo En effet tout au long des diffeacuterentes activiteacutes il est reacuteguliegraverement demandeacute aux eacutelegraveves de formuler une hypothegravese agrave partir de leurs connaissances au preacutealable puis de faire de nouvelles observations en contexte expeacuterimental Crsquoest sur la base de ces derniegraveres qursquoils pourront reacutealiser leurs deacuteductions sur le pheacutenomegravene en question et construire de nouvelles conceptions Dans lrsquoactiviteacute 2 ce type de deacutemarche est central pour la creacuteation de la premiegravere situation-shyproblegraveme Par la suite la deacutemarche permet de guider les eacutelegraveves dans le processus de deacuteduction du fonctionnement geacuteneacuteral des diffeacuterents pheacutenomegravenes Dans lrsquoactiviteacute 41 par exemple les pheacutenomegravenes agrave deacuteduire sont la synthegravese soustractive et le fonctionnement de la lumiegravere coloreacutee Lrsquoemploi drsquoobjets familiers permet un ancrage dans le quotidien

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Dans lrsquoactiviteacute 3 lrsquoeacutetude de lrsquoeffet des filtres constitue agrave son tour un deacutemarche expeacuterimentale En effet les eacutelegraveves doivent tout drsquoabord eacutemettre leurs hypothegraveses puis les veacuterifient par lrsquoexpeacuterimentation et ses reacutesultats provoquant probablement un conflit cognitif avant drsquoen conclure lrsquoeffet drsquoun filtre Dans lrsquoactiviteacute 42 nous retrouvons toujours le mecircme principe de deacutemarche expeacuterimentale Les eacutelegraveves formulent des hypothegraveses sur la couleur perccedilue de diffeacuterents mots coloreacutes eacuteclaireacutes par une lumiegravere coloreacutee puis les veacuterifient lors de la phase drsquoobservation La confrontation entre leurs attentes lieacutees agrave leurs conceptions et la reacutealiteacute creacutee le conflit cognitif rechercheacute

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5 Conclusion Pour seacutelectionner notre thegraveme et eacutelaborer notre seacutequence nous nous sommes fondeacutes sur les objectifs du PER et crsquoest sur lrsquooptique que notre choix srsquoest porteacute Le savoir savant auquel nous nous sommes reacutefeacutereacutes comprend principalement des concepts lieacutes agrave la lumiegravere tels que les photons les ondes eacutelectromagneacutetiques ainsi que les spectres drsquoeacutemission et drsquoabsorption Nous avons transposeacute ce savoir en un savoir enseignable par le biais drsquoun travail de contextualisation et de reacuteadaptation Nous avons eacuteteacute ameneacutes agrave remplacer des modegraveles scientifiques (par exemple les modegraveles de synthegraveses additive et soustractive) par des modegraveles accessibles agrave un niveau scolaire et agrave changer les conditions drsquoeacutemergence des problegravemes Ainsi notre travail de transposition consistait agrave montrer aux eacutelegraveves la partie eacutemergeacutee de lrsquoiceberg du concept de couleur le reacutesultat apparent plutocirct que lrsquoorigine eacutelectromagneacutetique Tout au long de la seacutequence et par le biais de situations-shyproblegravemes et de diffeacuterentes eacutetapes de reacutesolution des activiteacutes les eacutelegraveves ont eacuteteacute guideacutes dans le processus de construction de leur apprentissage En nous focalisant sur les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves nous avons eacutelaboreacute nos exercices de maniegravere agrave proposer des situations deacuteclenchantes afin de faciliter le transfert de la responsabiliteacute de la reacutesolution des problegravemes aux eacutelegraveves Cette derniegravere srsquoeffectue par des deacutemarches drsquoexpeacuterimentation mais surtout de modeacutelisation

Dans notre sceacutenario les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave deux types de donneacutees theacuteoriques et empiriques Drsquoune part ils ont agrave disposition deux theacuteories principales la premiegravere est que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs de lrsquoarc-shyen-shyciel tandis que la seconde deacutecrit l a maniegravere dont la couleur drsquoun objet deacutepend des couleurs qursquoil va absorber Drsquoautre part ils disposent de donneacutees empiriques qursquoils sont ameneacutes agrave reacutecolter en superposant des lumiegraveres de diffeacuterentes couleurs en meacutelangeant de la peinture et en projetant de la lumiegravere coloreacutee sur diffeacuterents objets coloreacutes Dans le cadre drsquoune deacutemarche drsquoexpeacuterimentation ils ont eacutemis des hypothegraveses observeacute manipuleacute du mateacuteriel utiliseacute des appliquettes en ligne et veacuterifieacute leurs reacutesultats Crsquoest ainsi les modegraveles que nous avons preacutesenteacutes et que les eacutelegraveves ont eacutelaboreacutes vont ecirctre des ponts qui vont relier le monde theacuteorique et le monde empirique Par ailleurs nous avons eacuteteacute attentifs agrave la seacutemiotique lors de nos choix des repreacutesentations utiliseacutees nous nous sommes reacutefeacutereacutes agrave la notion de registre seacutemiotique afin drsquoeacutelaborer des scheacutemas nrsquoengendrant pas de difficulteacutes de lecture chez les eacutelegraveves

Nous avons analyseacute lrsquoorigine des conceptions erroneacutees et avons remarqueacute qursquoelles eacutetaient principalement dues agrave des repreacutesentations concourantes engendreacutees par les diffeacuterents contextes et cadres de rationaliteacutes dans lesquelles les eacutelegraveves eacutevoluent Notre sceacutenario permet aux eacutelegraveves drsquoeacutetablir des liens entre ces diffeacuterents cadres et de construire une nouvelle repreacutesentation de la couleur celle drsquoun objet de la physique

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6 Bibliographie

Astolfi J Ginsburger-shyVogel Y amp Toussaint J (2008) Mots-shycleacutes de la didactique des sciences De Boeck Supeacuterieur Beaufils D Ramage M-shyJ DidaScO (2004) Simulation informatique et enseignement de la physique regards didactiques Universiteacute Paris-shySud Centre scientifique drsquoOrsay -shy 91405 Orsay Cedex Brahic A Grenier I ( 2008) Lumiegraveres deacutetoiles les couleurs invisibles Odile Jacob Brousseau G (1998) Glossaire de quelques concepts de la theacuteorie des situations didactiques en matheacutematiques DAEST-shy Faculteacute des Sciences de lHomme-shyUniversiteacute Victor Segalen Bordeaux 2 Bunge M (1975) Philosophie de la physique Paris France Editions du Seuil Chevallard Y amp Johsua M-shyA (1986) Transposition didactique  Du savoir savant au savoir enseigneacute -shy Un exemple drsquoanalyse de la transposition didactique Penseacutee sauvage Chevallard Y A du texte Chevallard Y A du texte Chevallard Y amp Johsua M-shyA A du texte (1991) La transposition didactique  du savoir savant au savoir enseigneacute Suivi de Un exemple de la transposition didactique ([2e eacuted revue et augm]) Yves Chevallard  Yves Chevallard et Marie-shyAlberte Johsua [texte imprimeacute] Retrieved October 19 2016 de Vecchi G (2006) Enseigner lrsquoexpeacuterimental en classe  Pour une veacuteritable eacuteducation scientifique Hachette Editions (p 221-shy229) de Vecchi G (2006) Enseigner lrsquoexpeacuterimental en classe  Pour une veacuteritable eacuteducation scientifique Hachette Editions (p 55 -shy65) de Saussure F (2005) Cours de linguistique geacuteneacuterale Arbres drsquoOr Develay M (1987) A propos de la transposition didactique en sciences biologiques Aster [ISSN 0297-shy9373] 1987 Ndeg 4 p 119 Duval R (1988) Eacutecarts seacutemantiques et coheacuterence matheacutematique introduction aux problegravemes de congruences in Annales de Didactique et de Sciences Cognitives de lIREM de Strasbourg Giordan A Girault Y et Clement P (1994) Conceptions et connaissance Peter Lang Halloun I A (2004) Modeling theory in science education Dordrecht Holland Kluwer Academic Publishers Kane J Sternheim M (1989) Cours QCM exemple et exercices corrigeacutes -shy 1er cycle Licence PCEM PCEP Physique 3egraveme eacutedition revue par Philipe Ghosez Maryse Hoebeke et Gabriel Llabreacutes DUNOD Lerouge A (1992) Repreacutesentation carteacutesienne rationaliteacute matheacutematique et rationaliteacute du quotidien chez des eacutelegraveves de collegravege Thegravese de doctorat Universiteacute Montpellier II Malafosse D Lerouge A Dusseau J-shyM (2000) Notions de registre et de cadre de rationaliteacute en inter-shydidactique des matheacutematiques et de la physiqu e Treacutema Martinand J-shyL (nd) Introduction agrave la modeacutelisation In Actes du seacuteminaire de didactique des disciplines technologiques Cachan (p 126ndash138)

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Meirieu P Avanzin Gi (1987) Apprendre oui mais comment Edition ESF Verret M (1975) Le temps des eacutetudes (Vols 1ndash2) Lille France Atelier Reproduction des thegraveses

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Page 67: Physique Optique Lescouleurs · Sciences naturelles Les couleurs 10 11 Harmos 1.Introduction Comme nous allons le détailler dans le chapitre 4, les conceptions erronées des élèves

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4 Argumentation scientifique Nous avons choisi de construire notre seacutequence de cours de maniegravere agrave ce qursquoelle srsquoinscrive dans une deacutemarche constructiviste de type piageacutetienne Dans cette deacutemarche lrsquoenseignant anticipe les conceptions erroneacutees que les eacutelegraveves peuvent avoir puis eacutetablit une situation-shyproblegraveme permettant ideacutealement de deacuteconstruire ces repreacutesentations incomplegravetes puis finalement drsquoen construire de nouvelles plus justes Dans ce qui suit nous allons deacutefinir ces diffeacuterents concepts mis en eacutevidence puis expliciter la maniegravere dont nous les avons pris en compte dans notre planification

41 Les conceptions des eacutelegraveves et les situations-shyproblegravemes

411 Deacutefinitions Conception Selon Giordan et al (1994) une conception ou repreacutesentation peut ecirctre consideacutereacutee comme une ideacutee un objet ou un eacutevegravenement qui aide lrsquoeacutelegraveve agrave comprendre le monde qui lrsquoentoure Elle est le fruit de son expeacuterience personnelle dans laquelle il va puiser pour comprendre les nouveaux savoirs que lrsquoon va chercher agrave lui inculquer Elle peut ecirctre consideacutereacutee comme une connaissance ldquodeacutejagrave-shylagraverdquo acquise dans un certain contexte par lrsquoapprenant et qui peut ecirctre correcte ou erroneacutee Les mauvaises conceptions (ou misconception en anglais) peuvent donc ecirctre deacutecrites comme des ideacutees qui proviennent drsquoune mauvaise compreacutehension drsquoobjets ou eacutevegravenements Elles sont issues principalement de lrsquoenvironnement avec lequel lrsquoeacutelegraveve interagit et du contexte dans lequel il se situe mais elles deacutecoulent eacutegalement des systegravemes seacutemiotiques mis en oeuvre Ces derniers sont abordeacutes plus en deacutetail dans ce qui suit Seacutemiologie En seacutemiologie (lrsquoeacutetude des systegravemes de signes) une repreacutesentation (ou un signe) est double elle est doteacutee drsquoun signifiant et drsquoun signifieacute (de Saussure 1916) Le signifiant qui fait lrsquoobjet de la seacutemiologie deacutesigne la forme et laspect du signe tandis que le signifieacute eacutetudieacute dans le cadre de la seacutemantique deacutesigne le concept eacutevoqueacute par le signe A partir du moment ougrave le signe possegravede plusieurs signifieacutes il devient symbole et crsquoest ainsi que les incompreacutehensions peuvent survenir Selon R Duval (1995) le concept de laquo registre seacutemiotique raquo permet de distinguer les repreacutesentations qui relegravevent de diffeacuterents registres ou types visuels numeacuteriques graphiques symboliques formels scheacutematiques etc En didactique ce concept est fondamental car les diffeacuterences de registre au sein drsquoune mecircme repreacutesentation ou drsquoun

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modegravele peut induire des difficulteacutes de lecture Ils risquent drsquoajouter des difficulteacutes suppleacutementaires en empecircchant les eacutelegraveves de se focaliser sur le problegraveme poseacute par lrsquoactiviteacute et les menant agrave formuler des conclusions diffeacuterentes de celles attendues par lrsquoenseignant Crsquoest pour cela qursquoun choix pertinent de registre seacutemiotique facilite la compreacutehension du concept introduit Dans notre cours un exemple typique que nous pouvons donner est la forte ressemblance des diagrammes de Venn pour les synthegraveses additive et soustractive Dans les deux modegraveles les diagrammes sont communeacutement scheacutematiseacutes sous forme circulaire De plus bien que inverseacutees au niveau de leurs superpositions les mecircmes couleurs sont repreacutesenteacutees dans les deux diagrammes Ces similitudes peuvent rendre la diffeacuterenciation complexe pour les eacutelegraveves Crsquoest pourquoi nous avons estimeacute important drsquoapporter un changement agrave la repreacutesentation de ces diagrammes Ainsi dans lrsquoune de nos fiches de synthegravese nous avons preacutefeacutereacute utiliser des formes rectangulaires plutocirct que circulaires pour repreacutesenter la synthegravese soustractive car cette forme eacutevoque plus fortement le filtre et ainsi lrsquoabsorption de la lumiegravere Cadre de rationaliteacute origine des conceptions En srsquoappuyant sur les travaux de R Douady (1984) A Lerouge (1992) deacutefinit laquo un cadre de rationaliteacuteraquo comme laquoun ensemble coheacuterent de fonctionnement de la penseacuteeraquo caracteacuteriseacute principalement par les composantes suivantes

1 Les objets du cadre dans notre cas il peut srsquoagir de peinture de feuille de papier de lampes de poche de filtres etc

2 Le type de processus de conceptualisation Dans un cadre scientifique il peut srsquoagir drsquoun processus par modeacutelisation ou par expeacuterimentation par exemple

3 Les registres seacutemiotiques que nous avons traiteacutes plus haut Les conceptions des eacutelegraveves et les conflits de perceptions en reacutesultant sont issus des diffeacuterents cadres de rationaliteacute dans lesquels ils eacutevoluent Ce sont les cadres familiers (personnel) et culturels (eacutecole) qui sont responsable de ces conceptions et repreacutesentations mentales tantocirct concourantes tantocirct inexistantes voire erroneacutees Elles se manifestent principalement agrave travers la seacutemiotique Les eacutelegraveves eacuteprouvent de la difficulteacute agrave repreacutesenter des objets issus de registres seacutemiotiques diffeacuterents ou encore agrave simplement les reconnaicirctre Dans le contexte de notre seacutequence sur les couleurs ces cadres de rationaliteacute sont centraux En effet crsquoest dans son quotidien et donc dans son cadre familier que lrsquoeacutelegraveve va deacutecouvrir la notion de couleur notamment par le biais de la peinture ou drsquoobservation drsquoarc-shyen-shyciel Cette deacutecouverte qui a souvent lieu tregraves tocirct dans la vie de lrsquoenfant ne fera pourtant pas pour autant lrsquoobjet de questionnement sur le pheacutenomegravene de perception des couleurs La notion de cadre culturel ou scolaire quand agrave elle peut ecirctre eacutetendue dans notre cas agrave deux sous-shycateacutegories de cadres culturels diffeacuterents qui vont ecirctre agrave lrsquoorigine de conceptions erroneacutees ou incomplegravetes Premiegraverement il y a le cadre que nous appelons laquo arts visuelsraquo et qui a ses propres regravegles de rationaliteacutes Les cours de dessin ou drsquoactiviteacutes creacuteatrices en sont de parfaits exemples car crsquoest dans ce cadre que les eacutelegraveves vont premiegraverement aborder la

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theacutematique des couleurs primaires et de leurs meacutelanges Mais cette theacutematique est eacutegalement abordeacutee dans le cadre laquophysiqueraquo agrave travers les expeacuteriences de deacutecomposition de la lumiegravere ou de superposition de lumiegraveres coloreacutees Ainsi nous retrouvons trois cadres de rationaliteacute concourants (familier physique arts visuels) dans lesquels les eacutelegraveves eacutevoluent et qui engendrent indubitablement des conceptions erroneacutees sur la lumiegravere et les couleurs puisque les eacutelegraveves ne sont pas ameneacutes agrave les diffeacuterencier dans chacun des cadres Et comme la communication entre les diffeacuterents cadres nrsquoest pas eacutetablie le lien agrave faire entre les diffeacuterentes conceptions issues de ces cadres est agrave la charge de lrsquoeacutelegraveve ce qui repreacutesente une lourde responsabiliteacute dans son apprentissage Astolfi (2008) appelle eacutegalement ces conceptions issues de diffeacuterents cadres des ldquotrames conceptuelles rdquoqui peuvent ecirctre deacutefinies comme ldquoun ensemble de concepts-shycleacutes propres agrave un domaine et logiquement hieacuterarchiseacutes entre eux qui structurent les disciplines et engendrent des situations-shyproblegravemesrdquo Mais encore on verra eacutemerger des problegravemes de contrat didactique dans chacun des cadres lrsquoeacutelegraveve va tenter de donner une reacuteponse qui va satisfaire lrsquoenseignant sans pour autant ecirctre ameneacute agrave confronter ses conceptions

Situation-shyproblegraveme Pour de Vecchi (2006) une situation-shyproblegraveme est une activiteacute qui consiste agrave mettre lrsquoeacutelegraveve dans une situation ougrave il va ecirctre ameneacute agrave eacutelaborer des strateacutegies de reacutesolution de problegraveme Lrsquoun des points cleacutes des situations-shyproblegravemes est qursquoelles eacutetablissent un lien eacutetroit entre les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves En drsquoautres termes une situation-shyproblegraveme est construite de telle sorte que les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave remettre en question des repreacutesentations actuelles qui srsquoavegraverent erroneacutees agrave les deacuteconstruire pour en construire de nouvelles Ainsi dans une deacutemarche de type constructiviste lrsquoeacutelegraveve construit son savoir en renversant ses anciennes conceptions Une situation-shyproblegraveme nrsquoest donc pas une deacutemarche ponctuelle dans laquelle lrsquoeacutelegraveve devra reacutesoudre une liste drsquoexercices teacuteleacuteguideacutee par lrsquoenseignant Ce qui justifie lrsquoefficaciteacute des situations problegravemes est qursquo laquoapprendreraquo ne consiste pas agrave cumuler les savoirs mais agrave en construire et agrave en deacuteconstruire

Une situation-shyproblegraveme doit comprendre plusieurs eacuteleacutements

-shy Un objectif-shyobstacle Pour Meirieu (1987) un objectif-shyobstacle est ldquoun objectif dont lrsquoacquisition permet au sujet de franchir un palier deacutecisif de progression en modifiant son systegraveme de repreacutesentation et en le faisant acceacuteder un niveau supeacuterieur de formulation rdquo Dans notre cas lrsquoeacutelegraveve pense que tous les meacutelanges de 3 couleurs primaires (de peinture ou de lumiegravere) vont donner le mecircme reacutesultat La distinction entre synthegraveses additive et soustractive nrsquoest pas connue des eacutelegraveves De plus projeter de la lumiegravere monochromatique sur un objet drsquoune certaine couleur ne donne pas toujours la mecircme couleur Lrsquoexemple avec le drapeau (activiteacute 4) est parlant

-shy Une situation centreacutee sur cet obstacle prenant en compte une deacutemarche expeacuterimentale ou une deacutemarche de modeacutelisation Dans notre cours les deux deacutemarches sont mises en oeuvre mais notre deacutemarche principale est la modeacutelisation Les eacutelegraveves vont effectivement ecirctre ameneacutes agrave eacutemettre des hypothegraveses manipuler reacutecolter des reacutesultats et les confronter agrave

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leurs hypothegraveses mais il srsquoagit surtout drsquoune deacutemarche de modeacutelisation car les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave creacuteer des scheacutemas dans plusieurs exercices

-shy Une probleacutematisation et la deacutevolution on probleacutematise la conception erroneacutee en introduisant une situation-shyproblegraveme crsquoest-shyagrave-shydire qursquoon construit un problegraveme centreacute sur lrsquoobstacle La surprise face agrave une situation incoheacuterente va intriguer lrsquoeacutelegraveve exciter sa motivation et le pousser agrave vouloir srsquoimpliquer dans le problegraveme ce qui va aider sa deacutevolution Brousseau (1998) qualifie la notion de deacutevolution par le ldquo processus par lequel lenseignant parvient agrave placer leacutelegraveve comme simple actant dans une situation a-shydidactique (agrave modegravele non didactique) Il cherche par lagrave agrave ce que lrsquoaction de lrsquoeacutelegraveve ne soit produite et justifieacutee que par les neacutecessiteacutes du milieu et par ses connaissances et non par lrsquointerpreacutetation des proceacutedeacutes didactiques du professeurrdquo Pour enrocircler les eacutelegraveves et les aider agrave identifier la probleacutematique en met on place une situation deacuteclenchante Dans notre cas lrsquoexemple avec le meacutelange de peinture et de lumiegraveres coloreacutees est un parfait exemple de situation deacuteclenchante car les eacutelegraveves ne sattendent probablement pas par exemple agrave ce que le meacutelange de vert et bleu donne du cyan ou encore qursquoon perccediloive un citron noir lorsque lrsquoon projette de la lumiegravere bleue sur ce celui-shyci

412 La prise en compte des conceptions des eacutelegraveves dans notre seacutequence La theacutematique de la lumiegravere et des couleurs est complexe et comprend de nombreux concepts difficiles agrave assimiler En effet bon nombre de personnes ont des repreacutesentations erroneacutees qui peuvent rester profondeacutement ancreacutees Parmi les conceptions erroneacutees les plus communes on retrouve selon le site internet des MER

La lumiegravere blanche est sans couleur pure quand la lumiegravere blanche passe dans un prisme ou traverse un filtre de la couleur lui est ajouteacutee

La lumiegravere blanche nous permet de voir la vraie couleur des objets laquoMa feuille est blanche parce que je nai pas ajouteacute dautres couleurs agrave celle-shyciraquo

Les couleurs sont lieacutees agrave des proprieacuteteacutes de lrsquoobjet exclusivement sans reacutefeacuterence agrave la lumiegravere qui eacuteclaire lrsquoobjet Ne dit-shyon pas quun pull est rouge

Confusion entre les couleurs primaires en couleur peinture et en couleur lumiegravere

Dans notre planification nous avons anticipeacute ces conceptions et avons construit notre cours de maniegravere agrave ce qursquoelles soient mises en eacutevidence le plus tocirct possible afin de tenter de les deacuteconstruire agrave travers nos activiteacutes

Ainsi degraves deacutebut de lrsquoactiviteacute 2 les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave une situation-shyproblegraveme dans laquelle ils comprennent qursquoil existe une contradiction entre leur conception de deacutepart sur les meacutelanges de couleurs (issue de leurs cadres de rationaliteacute familier et scolaire lsquorsquoart visuelrsquorsquo) et leurs observations (nouveau cadre lsquorsquophysiquersquorsquo) Crsquoest sur la base de ce conflit cognitif que les diffeacuterentes notions de la seacutequence pourront ecirctre abordeacutees Les autres conceptions sont mises en eacutevidence puis deacuteconstruites agrave travers les diffeacuterentes activiteacutes Par exemple les

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activiteacutes du chapitre 3 permettent de montrer que la lumiegravere blanche nrsquoest pas pure mais qursquoelle est composeacutee de toutes les couleurs et ce gracircce agrave lrsquoobservation des objets agrave la lumiegravere blanche puis agrave travers un filtre

De plus lrsquoactiviteacute 3 srsquoarticule autour drsquoune conception erroneacutee repeacutereacutee dans certaines classes Bon nombre drsquoeacutelegraveves eacutetaient persuadeacutes qursquoun filtre ne laissait pas passer les lumiegraveres de sa couleur propre car crsquoest la couleur dont est perccedilue le filtre Un conflit cognitif est alors provoqueacute afin de deacuteconstruire cette conception les eacutelegraveves observent que la lumiegravere coloreacutee nrsquoest pas absorbeacutee par le filtre mais qursquoelle se propage bien jusqursquoagrave lrsquoeacutecran blanc

En introduction de lrsquoactiviteacute 4 une nouvelle situation-shyproblegraveme est preacutesenteacutee par le biais drsquoune image montrant que la couleur drsquoun objet peut varier en fonction de la lumiegravere coloreacutee par laquelle il est eacuteclaireacute Elle servira agrave provoquer un conflit cognitif chez les eacutelegraveves car cette situation intervient apregraves une phase drsquohypothegravese reacutepondant agrave la question suivante un objet peut-shyil avoir diffeacuterentes couleurs La reacuteponse donneacutee par lrsquoimage contredira probablement lrsquohypothegravese preacuteceacutedemment formuleacutee et devrait susciter de la curiositeacute chez lrsquoeacutelegraveve et lui donner lrsquoenvie de comprendre le pheacutenomegravene Nous deacutemontrons ensuite tout au long de lrsquoactiviteacute 4 sur les lumiegraveres coloreacutees que crsquoest le pheacutenomegravene drsquoabsorption et de reacuteflection de la lumiegravere qui nous permet de voir la couleur des objets et non pas la lumiegravere blanche Crsquoest donc par le biais de ces deacuteconstructions successives de conceptions que lrsquoenseignant peut guider les eacutelegraveves sur la voie de la reacutesolution du problegraveme de lrsquoorigine de ces contradictions dans le but drsquoeacutetablir le lien entre les diffeacuterents cadres de rationaliteacute

42 Modeacutelisation

421 Deacutefinition

Un modegravele est communeacutement deacutefini comme un objet ou un concept qui va permettre de repreacutesenter la reacutealiteacute de diffeacuterentes maniegraveres Bunge (1974) ou encore Martinand (1994) le deacutefinissent eacutegalement comme un moyen permettant de mettre en relation le monde theacuteorique avec le monde empirique Il peut ecirctre consideacutereacute en quelque sorte comme un monde intermeacutediaire ou une sorte de lunette conceptuelle (Halloun 2004) qui va permettre drsquoobserver des pheacutenomegravenes naturels Un modegravele ne constitue pas la reacutealiteacute mais la repreacutesente en simplifiant certains de ses aspects ce qui peut causer des conflits pour les repreacutesentations cognitives chez lrsquoeacutelegraveve

422 La modeacutelisation dans notre seacutequence Dans notre planification la modeacutelisation est centrale afin de conceptualiser des pheacutenomegravenes complexes comme la composition de la lumiegravere et la perception des couleurs Elle est lrsquooutil qui permet drsquoamener les eacutelegraveves agrave se faccedilonner une repreacutesentation de la deacutecomposition de la lumiegravere blanche de labsorption de la lumiegravere agrave travers les filtres et des synthegraveses additive et soustractive des couleurs

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De plus elle constitue un objectif de formation meacutethodologique qui va de pair avec toute formation scientifique Crsquoest pourquoi nous avons inclus la modeacutelisation dans les objectifs drsquoapprentissage Dans la terminologie du PER la modeacutelisation correspond agrave lrsquoobjectif geacuteneacuteral MSN37

bull MSN 1525 mdash Modeacuteliser des pheacutenomegravenes naturels techniques sociaux ou des situations matheacutematiques

bull en imaginant et en utilisant divers outils de repreacutesentation (codes scheacutemas graphiques tableauxhellip)

Lrsquoactiviteacute 2 propose aux eacutelegraveves de reporter les couleurs observeacutees sur trois cercles superposeacutes En les coloriant les eacutelegraveves reacutealisent en reacutealiteacute une forme simple de modeacutelisation par un diagramme de Venn de la synthegravese additive Il nous a sembleacute pertinent drsquointroduire ce scheacutema de cette maniegravere car ainsi les eacutelegraveves comprennent reacuteellement qursquoil correspond agrave la lumiegravere projeteacutee et superposeacutee sur un eacutecran En derniegravere partie drsquoactiviteacute les eacutelegraveves se familiarisent avec un logiciel de modeacutelisation de la synthegravese additive 3

Lrsquoutilisation drsquoun modegravele dans ce cas est indispensable pour des raisons pratiques Il serait en effet tregraves difficile de faire des observations similaires avec un dispositif reacuteel constitueacute de projecteurs et drsquoun eacutecran comme dans la premiegravere partie drsquoactiviteacute Nous avons veilleacute agrave choisir un logiciel simple drsquousage sur lequel seules deux manipulations sont possibles allumereacuteteindre les projecteurs et varier leurs intensiteacutes Ainsi il est possible pour les eacutelegraveves de faire rapidement et sans difficulteacutes de lrsquoordre du registre seacutemiotique la deacuteduction attendue les diffeacuterentes couleurs srsquoobtiennent par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

Dans lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves sont ameneacutes agrave modeacuteliser lrsquoeffet drsquoun filtre sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee Ils ancrent ainsi le fonctionnement drsquoun filtre dans leur apprentissage et deacuteveloppent une meacutethodologie systeacutematique dans la reacutesolution de problegravemes mettant en scegravene des filtres Gracircce au modegravele deacuteveloppeacute les eacutelegraveves deacuteconstruisent deacutefinitivement leur eacuteventuelle conception erroneacutee selon laquelle un filtre absorberait sa propre couleur Lrsquoactiviteacute 43 a pour but que les eacutelegraveves modeacutelisent les pheacutenomegravenes de reacutefraction et drsquoabsorption en justifiant leur reacuteponse par un modegravele de reacuteponse Ce dernier comprend les couleurs RVB qui se reflegravetent ou qui sont absorbeacutees par une surface Ainsi lrsquoeacutelegraveve peut trouver une meacutethode systeacutematique de reacuteponse en testant les diffeacuterentes couleurs Gracircce agrave cette modeacutelisation et agrave celle de lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves comprennent que les fonctionnements des filtres et des lumiegraveres coloreacutees sont fondeacutes sur le mecircme principe

3(httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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43 Deacutemarche expeacuterimentale

431 Deacutefinition Pour de Vecchi il est important de ne pas confondre les notions lieacutees agrave lrsquoexpeacuterimental qui sont les suivantes

-shy Une deacutemarche scientifique nrsquoest pas exclusive au domaine des sciences expeacuterimentales mais peut aussi ecirctre mobiliseacutee dans les sciences humaines socialeshellip Elle utilise drsquoautres outils que lrsquoexpeacuterimentale Toute recherche digne de ce nom est de nature scientifique

-shy La meacutethode expeacuterimentale eacutequivaut plutocirct agrave un plan agrave suivre un mode drsquoemploi ou agrave une marche agrave suivre qui suit un ordre strict que lrsquoon peut aussi appeler protocole Par exemple parmi les plus ceacutelegravebres protocoles nous retrouvons celui de Claude Bernard (1865) que lrsquoon abregravege par les initiales OHERIC qui correspondent agrave observation hypothegravese expeacuterience reacutesultats interpreacutetation et conclusion De maniegravere geacuteneacuterale il srsquoagit du protocole caricatural que lrsquoon emploie le plus souvent dans les salles de classes

-shy Une deacutemarche expeacuterimentale est une approche plus reacutealiste moins stricte et integravegre

une approche plus tacirctonnante Il nrsquoest pas constitueacute drsquoeacutetapes preacutedeacutetermineacutees et est donc moins affecteacutee par les directives de lrsquoenseignant Il peut donc laisser des liberteacutes dans la maniegravere de reacutesoudre le problegraveme

432 La deacutemarche expeacuterimentale dans notre seacutequence Dans notre seacutequence la meacutethode expeacuterimentale est preacutesente de maniegravere partielle du scheacutema caricatural OHERIC nous nous inteacuteressons en particulier aux phases drsquoobservation et drsquoeacutemission drsquohypothegraveses Crsquoest pourquoi nous parlons donc plutocirct de ldquodeacutemarche expeacuterimentalerdquo En effet tout au long des diffeacuterentes activiteacutes il est reacuteguliegraverement demandeacute aux eacutelegraveves de formuler une hypothegravese agrave partir de leurs connaissances au preacutealable puis de faire de nouvelles observations en contexte expeacuterimental Crsquoest sur la base de ces derniegraveres qursquoils pourront reacutealiser leurs deacuteductions sur le pheacutenomegravene en question et construire de nouvelles conceptions Dans lrsquoactiviteacute 2 ce type de deacutemarche est central pour la creacuteation de la premiegravere situation-shyproblegraveme Par la suite la deacutemarche permet de guider les eacutelegraveves dans le processus de deacuteduction du fonctionnement geacuteneacuteral des diffeacuterents pheacutenomegravenes Dans lrsquoactiviteacute 41 par exemple les pheacutenomegravenes agrave deacuteduire sont la synthegravese soustractive et le fonctionnement de la lumiegravere coloreacutee Lrsquoemploi drsquoobjets familiers permet un ancrage dans le quotidien

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Dans lrsquoactiviteacute 3 lrsquoeacutetude de lrsquoeffet des filtres constitue agrave son tour un deacutemarche expeacuterimentale En effet les eacutelegraveves doivent tout drsquoabord eacutemettre leurs hypothegraveses puis les veacuterifient par lrsquoexpeacuterimentation et ses reacutesultats provoquant probablement un conflit cognitif avant drsquoen conclure lrsquoeffet drsquoun filtre Dans lrsquoactiviteacute 42 nous retrouvons toujours le mecircme principe de deacutemarche expeacuterimentale Les eacutelegraveves formulent des hypothegraveses sur la couleur perccedilue de diffeacuterents mots coloreacutes eacuteclaireacutes par une lumiegravere coloreacutee puis les veacuterifient lors de la phase drsquoobservation La confrontation entre leurs attentes lieacutees agrave leurs conceptions et la reacutealiteacute creacutee le conflit cognitif rechercheacute

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5 Conclusion Pour seacutelectionner notre thegraveme et eacutelaborer notre seacutequence nous nous sommes fondeacutes sur les objectifs du PER et crsquoest sur lrsquooptique que notre choix srsquoest porteacute Le savoir savant auquel nous nous sommes reacutefeacutereacutes comprend principalement des concepts lieacutes agrave la lumiegravere tels que les photons les ondes eacutelectromagneacutetiques ainsi que les spectres drsquoeacutemission et drsquoabsorption Nous avons transposeacute ce savoir en un savoir enseignable par le biais drsquoun travail de contextualisation et de reacuteadaptation Nous avons eacuteteacute ameneacutes agrave remplacer des modegraveles scientifiques (par exemple les modegraveles de synthegraveses additive et soustractive) par des modegraveles accessibles agrave un niveau scolaire et agrave changer les conditions drsquoeacutemergence des problegravemes Ainsi notre travail de transposition consistait agrave montrer aux eacutelegraveves la partie eacutemergeacutee de lrsquoiceberg du concept de couleur le reacutesultat apparent plutocirct que lrsquoorigine eacutelectromagneacutetique Tout au long de la seacutequence et par le biais de situations-shyproblegravemes et de diffeacuterentes eacutetapes de reacutesolution des activiteacutes les eacutelegraveves ont eacuteteacute guideacutes dans le processus de construction de leur apprentissage En nous focalisant sur les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves nous avons eacutelaboreacute nos exercices de maniegravere agrave proposer des situations deacuteclenchantes afin de faciliter le transfert de la responsabiliteacute de la reacutesolution des problegravemes aux eacutelegraveves Cette derniegravere srsquoeffectue par des deacutemarches drsquoexpeacuterimentation mais surtout de modeacutelisation

Dans notre sceacutenario les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave deux types de donneacutees theacuteoriques et empiriques Drsquoune part ils ont agrave disposition deux theacuteories principales la premiegravere est que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs de lrsquoarc-shyen-shyciel tandis que la seconde deacutecrit l a maniegravere dont la couleur drsquoun objet deacutepend des couleurs qursquoil va absorber Drsquoautre part ils disposent de donneacutees empiriques qursquoils sont ameneacutes agrave reacutecolter en superposant des lumiegraveres de diffeacuterentes couleurs en meacutelangeant de la peinture et en projetant de la lumiegravere coloreacutee sur diffeacuterents objets coloreacutes Dans le cadre drsquoune deacutemarche drsquoexpeacuterimentation ils ont eacutemis des hypothegraveses observeacute manipuleacute du mateacuteriel utiliseacute des appliquettes en ligne et veacuterifieacute leurs reacutesultats Crsquoest ainsi les modegraveles que nous avons preacutesenteacutes et que les eacutelegraveves ont eacutelaboreacutes vont ecirctre des ponts qui vont relier le monde theacuteorique et le monde empirique Par ailleurs nous avons eacuteteacute attentifs agrave la seacutemiotique lors de nos choix des repreacutesentations utiliseacutees nous nous sommes reacutefeacutereacutes agrave la notion de registre seacutemiotique afin drsquoeacutelaborer des scheacutemas nrsquoengendrant pas de difficulteacutes de lecture chez les eacutelegraveves

Nous avons analyseacute lrsquoorigine des conceptions erroneacutees et avons remarqueacute qursquoelles eacutetaient principalement dues agrave des repreacutesentations concourantes engendreacutees par les diffeacuterents contextes et cadres de rationaliteacutes dans lesquelles les eacutelegraveves eacutevoluent Notre sceacutenario permet aux eacutelegraveves drsquoeacutetablir des liens entre ces diffeacuterents cadres et de construire une nouvelle repreacutesentation de la couleur celle drsquoun objet de la physique

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6 Bibliographie

Astolfi J Ginsburger-shyVogel Y amp Toussaint J (2008) Mots-shycleacutes de la didactique des sciences De Boeck Supeacuterieur Beaufils D Ramage M-shyJ DidaScO (2004) Simulation informatique et enseignement de la physique regards didactiques Universiteacute Paris-shySud Centre scientifique drsquoOrsay -shy 91405 Orsay Cedex Brahic A Grenier I ( 2008) Lumiegraveres deacutetoiles les couleurs invisibles Odile Jacob Brousseau G (1998) Glossaire de quelques concepts de la theacuteorie des situations didactiques en matheacutematiques DAEST-shy Faculteacute des Sciences de lHomme-shyUniversiteacute Victor Segalen Bordeaux 2 Bunge M (1975) Philosophie de la physique Paris France Editions du Seuil Chevallard Y amp Johsua M-shyA (1986) Transposition didactique  Du savoir savant au savoir enseigneacute -shy Un exemple drsquoanalyse de la transposition didactique Penseacutee sauvage Chevallard Y A du texte Chevallard Y A du texte Chevallard Y amp Johsua M-shyA A du texte (1991) La transposition didactique  du savoir savant au savoir enseigneacute Suivi de Un exemple de la transposition didactique ([2e eacuted revue et augm]) Yves Chevallard  Yves Chevallard et Marie-shyAlberte Johsua [texte imprimeacute] Retrieved October 19 2016 de Vecchi G (2006) Enseigner lrsquoexpeacuterimental en classe  Pour une veacuteritable eacuteducation scientifique Hachette Editions (p 221-shy229) de Vecchi G (2006) Enseigner lrsquoexpeacuterimental en classe  Pour une veacuteritable eacuteducation scientifique Hachette Editions (p 55 -shy65) de Saussure F (2005) Cours de linguistique geacuteneacuterale Arbres drsquoOr Develay M (1987) A propos de la transposition didactique en sciences biologiques Aster [ISSN 0297-shy9373] 1987 Ndeg 4 p 119 Duval R (1988) Eacutecarts seacutemantiques et coheacuterence matheacutematique introduction aux problegravemes de congruences in Annales de Didactique et de Sciences Cognitives de lIREM de Strasbourg Giordan A Girault Y et Clement P (1994) Conceptions et connaissance Peter Lang Halloun I A (2004) Modeling theory in science education Dordrecht Holland Kluwer Academic Publishers Kane J Sternheim M (1989) Cours QCM exemple et exercices corrigeacutes -shy 1er cycle Licence PCEM PCEP Physique 3egraveme eacutedition revue par Philipe Ghosez Maryse Hoebeke et Gabriel Llabreacutes DUNOD Lerouge A (1992) Repreacutesentation carteacutesienne rationaliteacute matheacutematique et rationaliteacute du quotidien chez des eacutelegraveves de collegravege Thegravese de doctorat Universiteacute Montpellier II Malafosse D Lerouge A Dusseau J-shyM (2000) Notions de registre et de cadre de rationaliteacute en inter-shydidactique des matheacutematiques et de la physiqu e Treacutema Martinand J-shyL (nd) Introduction agrave la modeacutelisation In Actes du seacuteminaire de didactique des disciplines technologiques Cachan (p 126ndash138)

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Meirieu P Avanzin Gi (1987) Apprendre oui mais comment Edition ESF Verret M (1975) Le temps des eacutetudes (Vols 1ndash2) Lille France Atelier Reproduction des thegraveses

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Page 68: Physique Optique Lescouleurs · Sciences naturelles Les couleurs 10 11 Harmos 1.Introduction Comme nous allons le détailler dans le chapitre 4, les conceptions erronées des élèves

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modegravele peut induire des difficulteacutes de lecture Ils risquent drsquoajouter des difficulteacutes suppleacutementaires en empecircchant les eacutelegraveves de se focaliser sur le problegraveme poseacute par lrsquoactiviteacute et les menant agrave formuler des conclusions diffeacuterentes de celles attendues par lrsquoenseignant Crsquoest pour cela qursquoun choix pertinent de registre seacutemiotique facilite la compreacutehension du concept introduit Dans notre cours un exemple typique que nous pouvons donner est la forte ressemblance des diagrammes de Venn pour les synthegraveses additive et soustractive Dans les deux modegraveles les diagrammes sont communeacutement scheacutematiseacutes sous forme circulaire De plus bien que inverseacutees au niveau de leurs superpositions les mecircmes couleurs sont repreacutesenteacutees dans les deux diagrammes Ces similitudes peuvent rendre la diffeacuterenciation complexe pour les eacutelegraveves Crsquoest pourquoi nous avons estimeacute important drsquoapporter un changement agrave la repreacutesentation de ces diagrammes Ainsi dans lrsquoune de nos fiches de synthegravese nous avons preacutefeacutereacute utiliser des formes rectangulaires plutocirct que circulaires pour repreacutesenter la synthegravese soustractive car cette forme eacutevoque plus fortement le filtre et ainsi lrsquoabsorption de la lumiegravere Cadre de rationaliteacute origine des conceptions En srsquoappuyant sur les travaux de R Douady (1984) A Lerouge (1992) deacutefinit laquo un cadre de rationaliteacuteraquo comme laquoun ensemble coheacuterent de fonctionnement de la penseacuteeraquo caracteacuteriseacute principalement par les composantes suivantes

1 Les objets du cadre dans notre cas il peut srsquoagir de peinture de feuille de papier de lampes de poche de filtres etc

2 Le type de processus de conceptualisation Dans un cadre scientifique il peut srsquoagir drsquoun processus par modeacutelisation ou par expeacuterimentation par exemple

3 Les registres seacutemiotiques que nous avons traiteacutes plus haut Les conceptions des eacutelegraveves et les conflits de perceptions en reacutesultant sont issus des diffeacuterents cadres de rationaliteacute dans lesquels ils eacutevoluent Ce sont les cadres familiers (personnel) et culturels (eacutecole) qui sont responsable de ces conceptions et repreacutesentations mentales tantocirct concourantes tantocirct inexistantes voire erroneacutees Elles se manifestent principalement agrave travers la seacutemiotique Les eacutelegraveves eacuteprouvent de la difficulteacute agrave repreacutesenter des objets issus de registres seacutemiotiques diffeacuterents ou encore agrave simplement les reconnaicirctre Dans le contexte de notre seacutequence sur les couleurs ces cadres de rationaliteacute sont centraux En effet crsquoest dans son quotidien et donc dans son cadre familier que lrsquoeacutelegraveve va deacutecouvrir la notion de couleur notamment par le biais de la peinture ou drsquoobservation drsquoarc-shyen-shyciel Cette deacutecouverte qui a souvent lieu tregraves tocirct dans la vie de lrsquoenfant ne fera pourtant pas pour autant lrsquoobjet de questionnement sur le pheacutenomegravene de perception des couleurs La notion de cadre culturel ou scolaire quand agrave elle peut ecirctre eacutetendue dans notre cas agrave deux sous-shycateacutegories de cadres culturels diffeacuterents qui vont ecirctre agrave lrsquoorigine de conceptions erroneacutees ou incomplegravetes Premiegraverement il y a le cadre que nous appelons laquo arts visuelsraquo et qui a ses propres regravegles de rationaliteacutes Les cours de dessin ou drsquoactiviteacutes creacuteatrices en sont de parfaits exemples car crsquoest dans ce cadre que les eacutelegraveves vont premiegraverement aborder la

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theacutematique des couleurs primaires et de leurs meacutelanges Mais cette theacutematique est eacutegalement abordeacutee dans le cadre laquophysiqueraquo agrave travers les expeacuteriences de deacutecomposition de la lumiegravere ou de superposition de lumiegraveres coloreacutees Ainsi nous retrouvons trois cadres de rationaliteacute concourants (familier physique arts visuels) dans lesquels les eacutelegraveves eacutevoluent et qui engendrent indubitablement des conceptions erroneacutees sur la lumiegravere et les couleurs puisque les eacutelegraveves ne sont pas ameneacutes agrave les diffeacuterencier dans chacun des cadres Et comme la communication entre les diffeacuterents cadres nrsquoest pas eacutetablie le lien agrave faire entre les diffeacuterentes conceptions issues de ces cadres est agrave la charge de lrsquoeacutelegraveve ce qui repreacutesente une lourde responsabiliteacute dans son apprentissage Astolfi (2008) appelle eacutegalement ces conceptions issues de diffeacuterents cadres des ldquotrames conceptuelles rdquoqui peuvent ecirctre deacutefinies comme ldquoun ensemble de concepts-shycleacutes propres agrave un domaine et logiquement hieacuterarchiseacutes entre eux qui structurent les disciplines et engendrent des situations-shyproblegravemesrdquo Mais encore on verra eacutemerger des problegravemes de contrat didactique dans chacun des cadres lrsquoeacutelegraveve va tenter de donner une reacuteponse qui va satisfaire lrsquoenseignant sans pour autant ecirctre ameneacute agrave confronter ses conceptions

Situation-shyproblegraveme Pour de Vecchi (2006) une situation-shyproblegraveme est une activiteacute qui consiste agrave mettre lrsquoeacutelegraveve dans une situation ougrave il va ecirctre ameneacute agrave eacutelaborer des strateacutegies de reacutesolution de problegraveme Lrsquoun des points cleacutes des situations-shyproblegravemes est qursquoelles eacutetablissent un lien eacutetroit entre les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves En drsquoautres termes une situation-shyproblegraveme est construite de telle sorte que les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave remettre en question des repreacutesentations actuelles qui srsquoavegraverent erroneacutees agrave les deacuteconstruire pour en construire de nouvelles Ainsi dans une deacutemarche de type constructiviste lrsquoeacutelegraveve construit son savoir en renversant ses anciennes conceptions Une situation-shyproblegraveme nrsquoest donc pas une deacutemarche ponctuelle dans laquelle lrsquoeacutelegraveve devra reacutesoudre une liste drsquoexercices teacuteleacuteguideacutee par lrsquoenseignant Ce qui justifie lrsquoefficaciteacute des situations problegravemes est qursquo laquoapprendreraquo ne consiste pas agrave cumuler les savoirs mais agrave en construire et agrave en deacuteconstruire

Une situation-shyproblegraveme doit comprendre plusieurs eacuteleacutements

-shy Un objectif-shyobstacle Pour Meirieu (1987) un objectif-shyobstacle est ldquoun objectif dont lrsquoacquisition permet au sujet de franchir un palier deacutecisif de progression en modifiant son systegraveme de repreacutesentation et en le faisant acceacuteder un niveau supeacuterieur de formulation rdquo Dans notre cas lrsquoeacutelegraveve pense que tous les meacutelanges de 3 couleurs primaires (de peinture ou de lumiegravere) vont donner le mecircme reacutesultat La distinction entre synthegraveses additive et soustractive nrsquoest pas connue des eacutelegraveves De plus projeter de la lumiegravere monochromatique sur un objet drsquoune certaine couleur ne donne pas toujours la mecircme couleur Lrsquoexemple avec le drapeau (activiteacute 4) est parlant

-shy Une situation centreacutee sur cet obstacle prenant en compte une deacutemarche expeacuterimentale ou une deacutemarche de modeacutelisation Dans notre cours les deux deacutemarches sont mises en oeuvre mais notre deacutemarche principale est la modeacutelisation Les eacutelegraveves vont effectivement ecirctre ameneacutes agrave eacutemettre des hypothegraveses manipuler reacutecolter des reacutesultats et les confronter agrave

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leurs hypothegraveses mais il srsquoagit surtout drsquoune deacutemarche de modeacutelisation car les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave creacuteer des scheacutemas dans plusieurs exercices

-shy Une probleacutematisation et la deacutevolution on probleacutematise la conception erroneacutee en introduisant une situation-shyproblegraveme crsquoest-shyagrave-shydire qursquoon construit un problegraveme centreacute sur lrsquoobstacle La surprise face agrave une situation incoheacuterente va intriguer lrsquoeacutelegraveve exciter sa motivation et le pousser agrave vouloir srsquoimpliquer dans le problegraveme ce qui va aider sa deacutevolution Brousseau (1998) qualifie la notion de deacutevolution par le ldquo processus par lequel lenseignant parvient agrave placer leacutelegraveve comme simple actant dans une situation a-shydidactique (agrave modegravele non didactique) Il cherche par lagrave agrave ce que lrsquoaction de lrsquoeacutelegraveve ne soit produite et justifieacutee que par les neacutecessiteacutes du milieu et par ses connaissances et non par lrsquointerpreacutetation des proceacutedeacutes didactiques du professeurrdquo Pour enrocircler les eacutelegraveves et les aider agrave identifier la probleacutematique en met on place une situation deacuteclenchante Dans notre cas lrsquoexemple avec le meacutelange de peinture et de lumiegraveres coloreacutees est un parfait exemple de situation deacuteclenchante car les eacutelegraveves ne sattendent probablement pas par exemple agrave ce que le meacutelange de vert et bleu donne du cyan ou encore qursquoon perccediloive un citron noir lorsque lrsquoon projette de la lumiegravere bleue sur ce celui-shyci

412 La prise en compte des conceptions des eacutelegraveves dans notre seacutequence La theacutematique de la lumiegravere et des couleurs est complexe et comprend de nombreux concepts difficiles agrave assimiler En effet bon nombre de personnes ont des repreacutesentations erroneacutees qui peuvent rester profondeacutement ancreacutees Parmi les conceptions erroneacutees les plus communes on retrouve selon le site internet des MER

La lumiegravere blanche est sans couleur pure quand la lumiegravere blanche passe dans un prisme ou traverse un filtre de la couleur lui est ajouteacutee

La lumiegravere blanche nous permet de voir la vraie couleur des objets laquoMa feuille est blanche parce que je nai pas ajouteacute dautres couleurs agrave celle-shyciraquo

Les couleurs sont lieacutees agrave des proprieacuteteacutes de lrsquoobjet exclusivement sans reacutefeacuterence agrave la lumiegravere qui eacuteclaire lrsquoobjet Ne dit-shyon pas quun pull est rouge

Confusion entre les couleurs primaires en couleur peinture et en couleur lumiegravere

Dans notre planification nous avons anticipeacute ces conceptions et avons construit notre cours de maniegravere agrave ce qursquoelles soient mises en eacutevidence le plus tocirct possible afin de tenter de les deacuteconstruire agrave travers nos activiteacutes

Ainsi degraves deacutebut de lrsquoactiviteacute 2 les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave une situation-shyproblegraveme dans laquelle ils comprennent qursquoil existe une contradiction entre leur conception de deacutepart sur les meacutelanges de couleurs (issue de leurs cadres de rationaliteacute familier et scolaire lsquorsquoart visuelrsquorsquo) et leurs observations (nouveau cadre lsquorsquophysiquersquorsquo) Crsquoest sur la base de ce conflit cognitif que les diffeacuterentes notions de la seacutequence pourront ecirctre abordeacutees Les autres conceptions sont mises en eacutevidence puis deacuteconstruites agrave travers les diffeacuterentes activiteacutes Par exemple les

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activiteacutes du chapitre 3 permettent de montrer que la lumiegravere blanche nrsquoest pas pure mais qursquoelle est composeacutee de toutes les couleurs et ce gracircce agrave lrsquoobservation des objets agrave la lumiegravere blanche puis agrave travers un filtre

De plus lrsquoactiviteacute 3 srsquoarticule autour drsquoune conception erroneacutee repeacutereacutee dans certaines classes Bon nombre drsquoeacutelegraveves eacutetaient persuadeacutes qursquoun filtre ne laissait pas passer les lumiegraveres de sa couleur propre car crsquoest la couleur dont est perccedilue le filtre Un conflit cognitif est alors provoqueacute afin de deacuteconstruire cette conception les eacutelegraveves observent que la lumiegravere coloreacutee nrsquoest pas absorbeacutee par le filtre mais qursquoelle se propage bien jusqursquoagrave lrsquoeacutecran blanc

En introduction de lrsquoactiviteacute 4 une nouvelle situation-shyproblegraveme est preacutesenteacutee par le biais drsquoune image montrant que la couleur drsquoun objet peut varier en fonction de la lumiegravere coloreacutee par laquelle il est eacuteclaireacute Elle servira agrave provoquer un conflit cognitif chez les eacutelegraveves car cette situation intervient apregraves une phase drsquohypothegravese reacutepondant agrave la question suivante un objet peut-shyil avoir diffeacuterentes couleurs La reacuteponse donneacutee par lrsquoimage contredira probablement lrsquohypothegravese preacuteceacutedemment formuleacutee et devrait susciter de la curiositeacute chez lrsquoeacutelegraveve et lui donner lrsquoenvie de comprendre le pheacutenomegravene Nous deacutemontrons ensuite tout au long de lrsquoactiviteacute 4 sur les lumiegraveres coloreacutees que crsquoest le pheacutenomegravene drsquoabsorption et de reacuteflection de la lumiegravere qui nous permet de voir la couleur des objets et non pas la lumiegravere blanche Crsquoest donc par le biais de ces deacuteconstructions successives de conceptions que lrsquoenseignant peut guider les eacutelegraveves sur la voie de la reacutesolution du problegraveme de lrsquoorigine de ces contradictions dans le but drsquoeacutetablir le lien entre les diffeacuterents cadres de rationaliteacute

42 Modeacutelisation

421 Deacutefinition

Un modegravele est communeacutement deacutefini comme un objet ou un concept qui va permettre de repreacutesenter la reacutealiteacute de diffeacuterentes maniegraveres Bunge (1974) ou encore Martinand (1994) le deacutefinissent eacutegalement comme un moyen permettant de mettre en relation le monde theacuteorique avec le monde empirique Il peut ecirctre consideacutereacute en quelque sorte comme un monde intermeacutediaire ou une sorte de lunette conceptuelle (Halloun 2004) qui va permettre drsquoobserver des pheacutenomegravenes naturels Un modegravele ne constitue pas la reacutealiteacute mais la repreacutesente en simplifiant certains de ses aspects ce qui peut causer des conflits pour les repreacutesentations cognitives chez lrsquoeacutelegraveve

422 La modeacutelisation dans notre seacutequence Dans notre planification la modeacutelisation est centrale afin de conceptualiser des pheacutenomegravenes complexes comme la composition de la lumiegravere et la perception des couleurs Elle est lrsquooutil qui permet drsquoamener les eacutelegraveves agrave se faccedilonner une repreacutesentation de la deacutecomposition de la lumiegravere blanche de labsorption de la lumiegravere agrave travers les filtres et des synthegraveses additive et soustractive des couleurs

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De plus elle constitue un objectif de formation meacutethodologique qui va de pair avec toute formation scientifique Crsquoest pourquoi nous avons inclus la modeacutelisation dans les objectifs drsquoapprentissage Dans la terminologie du PER la modeacutelisation correspond agrave lrsquoobjectif geacuteneacuteral MSN37

bull MSN 1525 mdash Modeacuteliser des pheacutenomegravenes naturels techniques sociaux ou des situations matheacutematiques

bull en imaginant et en utilisant divers outils de repreacutesentation (codes scheacutemas graphiques tableauxhellip)

Lrsquoactiviteacute 2 propose aux eacutelegraveves de reporter les couleurs observeacutees sur trois cercles superposeacutes En les coloriant les eacutelegraveves reacutealisent en reacutealiteacute une forme simple de modeacutelisation par un diagramme de Venn de la synthegravese additive Il nous a sembleacute pertinent drsquointroduire ce scheacutema de cette maniegravere car ainsi les eacutelegraveves comprennent reacuteellement qursquoil correspond agrave la lumiegravere projeteacutee et superposeacutee sur un eacutecran En derniegravere partie drsquoactiviteacute les eacutelegraveves se familiarisent avec un logiciel de modeacutelisation de la synthegravese additive 3

Lrsquoutilisation drsquoun modegravele dans ce cas est indispensable pour des raisons pratiques Il serait en effet tregraves difficile de faire des observations similaires avec un dispositif reacuteel constitueacute de projecteurs et drsquoun eacutecran comme dans la premiegravere partie drsquoactiviteacute Nous avons veilleacute agrave choisir un logiciel simple drsquousage sur lequel seules deux manipulations sont possibles allumereacuteteindre les projecteurs et varier leurs intensiteacutes Ainsi il est possible pour les eacutelegraveves de faire rapidement et sans difficulteacutes de lrsquoordre du registre seacutemiotique la deacuteduction attendue les diffeacuterentes couleurs srsquoobtiennent par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

Dans lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves sont ameneacutes agrave modeacuteliser lrsquoeffet drsquoun filtre sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee Ils ancrent ainsi le fonctionnement drsquoun filtre dans leur apprentissage et deacuteveloppent une meacutethodologie systeacutematique dans la reacutesolution de problegravemes mettant en scegravene des filtres Gracircce au modegravele deacuteveloppeacute les eacutelegraveves deacuteconstruisent deacutefinitivement leur eacuteventuelle conception erroneacutee selon laquelle un filtre absorberait sa propre couleur Lrsquoactiviteacute 43 a pour but que les eacutelegraveves modeacutelisent les pheacutenomegravenes de reacutefraction et drsquoabsorption en justifiant leur reacuteponse par un modegravele de reacuteponse Ce dernier comprend les couleurs RVB qui se reflegravetent ou qui sont absorbeacutees par une surface Ainsi lrsquoeacutelegraveve peut trouver une meacutethode systeacutematique de reacuteponse en testant les diffeacuterentes couleurs Gracircce agrave cette modeacutelisation et agrave celle de lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves comprennent que les fonctionnements des filtres et des lumiegraveres coloreacutees sont fondeacutes sur le mecircme principe

3(httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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43 Deacutemarche expeacuterimentale

431 Deacutefinition Pour de Vecchi il est important de ne pas confondre les notions lieacutees agrave lrsquoexpeacuterimental qui sont les suivantes

-shy Une deacutemarche scientifique nrsquoest pas exclusive au domaine des sciences expeacuterimentales mais peut aussi ecirctre mobiliseacutee dans les sciences humaines socialeshellip Elle utilise drsquoautres outils que lrsquoexpeacuterimentale Toute recherche digne de ce nom est de nature scientifique

-shy La meacutethode expeacuterimentale eacutequivaut plutocirct agrave un plan agrave suivre un mode drsquoemploi ou agrave une marche agrave suivre qui suit un ordre strict que lrsquoon peut aussi appeler protocole Par exemple parmi les plus ceacutelegravebres protocoles nous retrouvons celui de Claude Bernard (1865) que lrsquoon abregravege par les initiales OHERIC qui correspondent agrave observation hypothegravese expeacuterience reacutesultats interpreacutetation et conclusion De maniegravere geacuteneacuterale il srsquoagit du protocole caricatural que lrsquoon emploie le plus souvent dans les salles de classes

-shy Une deacutemarche expeacuterimentale est une approche plus reacutealiste moins stricte et integravegre

une approche plus tacirctonnante Il nrsquoest pas constitueacute drsquoeacutetapes preacutedeacutetermineacutees et est donc moins affecteacutee par les directives de lrsquoenseignant Il peut donc laisser des liberteacutes dans la maniegravere de reacutesoudre le problegraveme

432 La deacutemarche expeacuterimentale dans notre seacutequence Dans notre seacutequence la meacutethode expeacuterimentale est preacutesente de maniegravere partielle du scheacutema caricatural OHERIC nous nous inteacuteressons en particulier aux phases drsquoobservation et drsquoeacutemission drsquohypothegraveses Crsquoest pourquoi nous parlons donc plutocirct de ldquodeacutemarche expeacuterimentalerdquo En effet tout au long des diffeacuterentes activiteacutes il est reacuteguliegraverement demandeacute aux eacutelegraveves de formuler une hypothegravese agrave partir de leurs connaissances au preacutealable puis de faire de nouvelles observations en contexte expeacuterimental Crsquoest sur la base de ces derniegraveres qursquoils pourront reacutealiser leurs deacuteductions sur le pheacutenomegravene en question et construire de nouvelles conceptions Dans lrsquoactiviteacute 2 ce type de deacutemarche est central pour la creacuteation de la premiegravere situation-shyproblegraveme Par la suite la deacutemarche permet de guider les eacutelegraveves dans le processus de deacuteduction du fonctionnement geacuteneacuteral des diffeacuterents pheacutenomegravenes Dans lrsquoactiviteacute 41 par exemple les pheacutenomegravenes agrave deacuteduire sont la synthegravese soustractive et le fonctionnement de la lumiegravere coloreacutee Lrsquoemploi drsquoobjets familiers permet un ancrage dans le quotidien

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Dans lrsquoactiviteacute 3 lrsquoeacutetude de lrsquoeffet des filtres constitue agrave son tour un deacutemarche expeacuterimentale En effet les eacutelegraveves doivent tout drsquoabord eacutemettre leurs hypothegraveses puis les veacuterifient par lrsquoexpeacuterimentation et ses reacutesultats provoquant probablement un conflit cognitif avant drsquoen conclure lrsquoeffet drsquoun filtre Dans lrsquoactiviteacute 42 nous retrouvons toujours le mecircme principe de deacutemarche expeacuterimentale Les eacutelegraveves formulent des hypothegraveses sur la couleur perccedilue de diffeacuterents mots coloreacutes eacuteclaireacutes par une lumiegravere coloreacutee puis les veacuterifient lors de la phase drsquoobservation La confrontation entre leurs attentes lieacutees agrave leurs conceptions et la reacutealiteacute creacutee le conflit cognitif rechercheacute

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5 Conclusion Pour seacutelectionner notre thegraveme et eacutelaborer notre seacutequence nous nous sommes fondeacutes sur les objectifs du PER et crsquoest sur lrsquooptique que notre choix srsquoest porteacute Le savoir savant auquel nous nous sommes reacutefeacutereacutes comprend principalement des concepts lieacutes agrave la lumiegravere tels que les photons les ondes eacutelectromagneacutetiques ainsi que les spectres drsquoeacutemission et drsquoabsorption Nous avons transposeacute ce savoir en un savoir enseignable par le biais drsquoun travail de contextualisation et de reacuteadaptation Nous avons eacuteteacute ameneacutes agrave remplacer des modegraveles scientifiques (par exemple les modegraveles de synthegraveses additive et soustractive) par des modegraveles accessibles agrave un niveau scolaire et agrave changer les conditions drsquoeacutemergence des problegravemes Ainsi notre travail de transposition consistait agrave montrer aux eacutelegraveves la partie eacutemergeacutee de lrsquoiceberg du concept de couleur le reacutesultat apparent plutocirct que lrsquoorigine eacutelectromagneacutetique Tout au long de la seacutequence et par le biais de situations-shyproblegravemes et de diffeacuterentes eacutetapes de reacutesolution des activiteacutes les eacutelegraveves ont eacuteteacute guideacutes dans le processus de construction de leur apprentissage En nous focalisant sur les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves nous avons eacutelaboreacute nos exercices de maniegravere agrave proposer des situations deacuteclenchantes afin de faciliter le transfert de la responsabiliteacute de la reacutesolution des problegravemes aux eacutelegraveves Cette derniegravere srsquoeffectue par des deacutemarches drsquoexpeacuterimentation mais surtout de modeacutelisation

Dans notre sceacutenario les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave deux types de donneacutees theacuteoriques et empiriques Drsquoune part ils ont agrave disposition deux theacuteories principales la premiegravere est que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs de lrsquoarc-shyen-shyciel tandis que la seconde deacutecrit l a maniegravere dont la couleur drsquoun objet deacutepend des couleurs qursquoil va absorber Drsquoautre part ils disposent de donneacutees empiriques qursquoils sont ameneacutes agrave reacutecolter en superposant des lumiegraveres de diffeacuterentes couleurs en meacutelangeant de la peinture et en projetant de la lumiegravere coloreacutee sur diffeacuterents objets coloreacutes Dans le cadre drsquoune deacutemarche drsquoexpeacuterimentation ils ont eacutemis des hypothegraveses observeacute manipuleacute du mateacuteriel utiliseacute des appliquettes en ligne et veacuterifieacute leurs reacutesultats Crsquoest ainsi les modegraveles que nous avons preacutesenteacutes et que les eacutelegraveves ont eacutelaboreacutes vont ecirctre des ponts qui vont relier le monde theacuteorique et le monde empirique Par ailleurs nous avons eacuteteacute attentifs agrave la seacutemiotique lors de nos choix des repreacutesentations utiliseacutees nous nous sommes reacutefeacutereacutes agrave la notion de registre seacutemiotique afin drsquoeacutelaborer des scheacutemas nrsquoengendrant pas de difficulteacutes de lecture chez les eacutelegraveves

Nous avons analyseacute lrsquoorigine des conceptions erroneacutees et avons remarqueacute qursquoelles eacutetaient principalement dues agrave des repreacutesentations concourantes engendreacutees par les diffeacuterents contextes et cadres de rationaliteacutes dans lesquelles les eacutelegraveves eacutevoluent Notre sceacutenario permet aux eacutelegraveves drsquoeacutetablir des liens entre ces diffeacuterents cadres et de construire une nouvelle repreacutesentation de la couleur celle drsquoun objet de la physique

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6 Bibliographie

Astolfi J Ginsburger-shyVogel Y amp Toussaint J (2008) Mots-shycleacutes de la didactique des sciences De Boeck Supeacuterieur Beaufils D Ramage M-shyJ DidaScO (2004) Simulation informatique et enseignement de la physique regards didactiques Universiteacute Paris-shySud Centre scientifique drsquoOrsay -shy 91405 Orsay Cedex Brahic A Grenier I ( 2008) Lumiegraveres deacutetoiles les couleurs invisibles Odile Jacob Brousseau G (1998) Glossaire de quelques concepts de la theacuteorie des situations didactiques en matheacutematiques DAEST-shy Faculteacute des Sciences de lHomme-shyUniversiteacute Victor Segalen Bordeaux 2 Bunge M (1975) Philosophie de la physique Paris France Editions du Seuil Chevallard Y amp Johsua M-shyA (1986) Transposition didactique  Du savoir savant au savoir enseigneacute -shy Un exemple drsquoanalyse de la transposition didactique Penseacutee sauvage Chevallard Y A du texte Chevallard Y A du texte Chevallard Y amp Johsua M-shyA A du texte (1991) La transposition didactique  du savoir savant au savoir enseigneacute Suivi de Un exemple de la transposition didactique ([2e eacuted revue et augm]) Yves Chevallard  Yves Chevallard et Marie-shyAlberte Johsua [texte imprimeacute] Retrieved October 19 2016 de Vecchi G (2006) Enseigner lrsquoexpeacuterimental en classe  Pour une veacuteritable eacuteducation scientifique Hachette Editions (p 221-shy229) de Vecchi G (2006) Enseigner lrsquoexpeacuterimental en classe  Pour une veacuteritable eacuteducation scientifique Hachette Editions (p 55 -shy65) de Saussure F (2005) Cours de linguistique geacuteneacuterale Arbres drsquoOr Develay M (1987) A propos de la transposition didactique en sciences biologiques Aster [ISSN 0297-shy9373] 1987 Ndeg 4 p 119 Duval R (1988) Eacutecarts seacutemantiques et coheacuterence matheacutematique introduction aux problegravemes de congruences in Annales de Didactique et de Sciences Cognitives de lIREM de Strasbourg Giordan A Girault Y et Clement P (1994) Conceptions et connaissance Peter Lang Halloun I A (2004) Modeling theory in science education Dordrecht Holland Kluwer Academic Publishers Kane J Sternheim M (1989) Cours QCM exemple et exercices corrigeacutes -shy 1er cycle Licence PCEM PCEP Physique 3egraveme eacutedition revue par Philipe Ghosez Maryse Hoebeke et Gabriel Llabreacutes DUNOD Lerouge A (1992) Repreacutesentation carteacutesienne rationaliteacute matheacutematique et rationaliteacute du quotidien chez des eacutelegraveves de collegravege Thegravese de doctorat Universiteacute Montpellier II Malafosse D Lerouge A Dusseau J-shyM (2000) Notions de registre et de cadre de rationaliteacute en inter-shydidactique des matheacutematiques et de la physiqu e Treacutema Martinand J-shyL (nd) Introduction agrave la modeacutelisation In Actes du seacuteminaire de didactique des disciplines technologiques Cachan (p 126ndash138)

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Meirieu P Avanzin Gi (1987) Apprendre oui mais comment Edition ESF Verret M (1975) Le temps des eacutetudes (Vols 1ndash2) Lille France Atelier Reproduction des thegraveses

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Page 69: Physique Optique Lescouleurs · Sciences naturelles Les couleurs 10 11 Harmos 1.Introduction Comme nous allons le détailler dans le chapitre 4, les conceptions erronées des élèves

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theacutematique des couleurs primaires et de leurs meacutelanges Mais cette theacutematique est eacutegalement abordeacutee dans le cadre laquophysiqueraquo agrave travers les expeacuteriences de deacutecomposition de la lumiegravere ou de superposition de lumiegraveres coloreacutees Ainsi nous retrouvons trois cadres de rationaliteacute concourants (familier physique arts visuels) dans lesquels les eacutelegraveves eacutevoluent et qui engendrent indubitablement des conceptions erroneacutees sur la lumiegravere et les couleurs puisque les eacutelegraveves ne sont pas ameneacutes agrave les diffeacuterencier dans chacun des cadres Et comme la communication entre les diffeacuterents cadres nrsquoest pas eacutetablie le lien agrave faire entre les diffeacuterentes conceptions issues de ces cadres est agrave la charge de lrsquoeacutelegraveve ce qui repreacutesente une lourde responsabiliteacute dans son apprentissage Astolfi (2008) appelle eacutegalement ces conceptions issues de diffeacuterents cadres des ldquotrames conceptuelles rdquoqui peuvent ecirctre deacutefinies comme ldquoun ensemble de concepts-shycleacutes propres agrave un domaine et logiquement hieacuterarchiseacutes entre eux qui structurent les disciplines et engendrent des situations-shyproblegravemesrdquo Mais encore on verra eacutemerger des problegravemes de contrat didactique dans chacun des cadres lrsquoeacutelegraveve va tenter de donner une reacuteponse qui va satisfaire lrsquoenseignant sans pour autant ecirctre ameneacute agrave confronter ses conceptions

Situation-shyproblegraveme Pour de Vecchi (2006) une situation-shyproblegraveme est une activiteacute qui consiste agrave mettre lrsquoeacutelegraveve dans une situation ougrave il va ecirctre ameneacute agrave eacutelaborer des strateacutegies de reacutesolution de problegraveme Lrsquoun des points cleacutes des situations-shyproblegravemes est qursquoelles eacutetablissent un lien eacutetroit entre les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves En drsquoautres termes une situation-shyproblegraveme est construite de telle sorte que les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave remettre en question des repreacutesentations actuelles qui srsquoavegraverent erroneacutees agrave les deacuteconstruire pour en construire de nouvelles Ainsi dans une deacutemarche de type constructiviste lrsquoeacutelegraveve construit son savoir en renversant ses anciennes conceptions Une situation-shyproblegraveme nrsquoest donc pas une deacutemarche ponctuelle dans laquelle lrsquoeacutelegraveve devra reacutesoudre une liste drsquoexercices teacuteleacuteguideacutee par lrsquoenseignant Ce qui justifie lrsquoefficaciteacute des situations problegravemes est qursquo laquoapprendreraquo ne consiste pas agrave cumuler les savoirs mais agrave en construire et agrave en deacuteconstruire

Une situation-shyproblegraveme doit comprendre plusieurs eacuteleacutements

-shy Un objectif-shyobstacle Pour Meirieu (1987) un objectif-shyobstacle est ldquoun objectif dont lrsquoacquisition permet au sujet de franchir un palier deacutecisif de progression en modifiant son systegraveme de repreacutesentation et en le faisant acceacuteder un niveau supeacuterieur de formulation rdquo Dans notre cas lrsquoeacutelegraveve pense que tous les meacutelanges de 3 couleurs primaires (de peinture ou de lumiegravere) vont donner le mecircme reacutesultat La distinction entre synthegraveses additive et soustractive nrsquoest pas connue des eacutelegraveves De plus projeter de la lumiegravere monochromatique sur un objet drsquoune certaine couleur ne donne pas toujours la mecircme couleur Lrsquoexemple avec le drapeau (activiteacute 4) est parlant

-shy Une situation centreacutee sur cet obstacle prenant en compte une deacutemarche expeacuterimentale ou une deacutemarche de modeacutelisation Dans notre cours les deux deacutemarches sont mises en oeuvre mais notre deacutemarche principale est la modeacutelisation Les eacutelegraveves vont effectivement ecirctre ameneacutes agrave eacutemettre des hypothegraveses manipuler reacutecolter des reacutesultats et les confronter agrave

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leurs hypothegraveses mais il srsquoagit surtout drsquoune deacutemarche de modeacutelisation car les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave creacuteer des scheacutemas dans plusieurs exercices

-shy Une probleacutematisation et la deacutevolution on probleacutematise la conception erroneacutee en introduisant une situation-shyproblegraveme crsquoest-shyagrave-shydire qursquoon construit un problegraveme centreacute sur lrsquoobstacle La surprise face agrave une situation incoheacuterente va intriguer lrsquoeacutelegraveve exciter sa motivation et le pousser agrave vouloir srsquoimpliquer dans le problegraveme ce qui va aider sa deacutevolution Brousseau (1998) qualifie la notion de deacutevolution par le ldquo processus par lequel lenseignant parvient agrave placer leacutelegraveve comme simple actant dans une situation a-shydidactique (agrave modegravele non didactique) Il cherche par lagrave agrave ce que lrsquoaction de lrsquoeacutelegraveve ne soit produite et justifieacutee que par les neacutecessiteacutes du milieu et par ses connaissances et non par lrsquointerpreacutetation des proceacutedeacutes didactiques du professeurrdquo Pour enrocircler les eacutelegraveves et les aider agrave identifier la probleacutematique en met on place une situation deacuteclenchante Dans notre cas lrsquoexemple avec le meacutelange de peinture et de lumiegraveres coloreacutees est un parfait exemple de situation deacuteclenchante car les eacutelegraveves ne sattendent probablement pas par exemple agrave ce que le meacutelange de vert et bleu donne du cyan ou encore qursquoon perccediloive un citron noir lorsque lrsquoon projette de la lumiegravere bleue sur ce celui-shyci

412 La prise en compte des conceptions des eacutelegraveves dans notre seacutequence La theacutematique de la lumiegravere et des couleurs est complexe et comprend de nombreux concepts difficiles agrave assimiler En effet bon nombre de personnes ont des repreacutesentations erroneacutees qui peuvent rester profondeacutement ancreacutees Parmi les conceptions erroneacutees les plus communes on retrouve selon le site internet des MER

La lumiegravere blanche est sans couleur pure quand la lumiegravere blanche passe dans un prisme ou traverse un filtre de la couleur lui est ajouteacutee

La lumiegravere blanche nous permet de voir la vraie couleur des objets laquoMa feuille est blanche parce que je nai pas ajouteacute dautres couleurs agrave celle-shyciraquo

Les couleurs sont lieacutees agrave des proprieacuteteacutes de lrsquoobjet exclusivement sans reacutefeacuterence agrave la lumiegravere qui eacuteclaire lrsquoobjet Ne dit-shyon pas quun pull est rouge

Confusion entre les couleurs primaires en couleur peinture et en couleur lumiegravere

Dans notre planification nous avons anticipeacute ces conceptions et avons construit notre cours de maniegravere agrave ce qursquoelles soient mises en eacutevidence le plus tocirct possible afin de tenter de les deacuteconstruire agrave travers nos activiteacutes

Ainsi degraves deacutebut de lrsquoactiviteacute 2 les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave une situation-shyproblegraveme dans laquelle ils comprennent qursquoil existe une contradiction entre leur conception de deacutepart sur les meacutelanges de couleurs (issue de leurs cadres de rationaliteacute familier et scolaire lsquorsquoart visuelrsquorsquo) et leurs observations (nouveau cadre lsquorsquophysiquersquorsquo) Crsquoest sur la base de ce conflit cognitif que les diffeacuterentes notions de la seacutequence pourront ecirctre abordeacutees Les autres conceptions sont mises en eacutevidence puis deacuteconstruites agrave travers les diffeacuterentes activiteacutes Par exemple les

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activiteacutes du chapitre 3 permettent de montrer que la lumiegravere blanche nrsquoest pas pure mais qursquoelle est composeacutee de toutes les couleurs et ce gracircce agrave lrsquoobservation des objets agrave la lumiegravere blanche puis agrave travers un filtre

De plus lrsquoactiviteacute 3 srsquoarticule autour drsquoune conception erroneacutee repeacutereacutee dans certaines classes Bon nombre drsquoeacutelegraveves eacutetaient persuadeacutes qursquoun filtre ne laissait pas passer les lumiegraveres de sa couleur propre car crsquoest la couleur dont est perccedilue le filtre Un conflit cognitif est alors provoqueacute afin de deacuteconstruire cette conception les eacutelegraveves observent que la lumiegravere coloreacutee nrsquoest pas absorbeacutee par le filtre mais qursquoelle se propage bien jusqursquoagrave lrsquoeacutecran blanc

En introduction de lrsquoactiviteacute 4 une nouvelle situation-shyproblegraveme est preacutesenteacutee par le biais drsquoune image montrant que la couleur drsquoun objet peut varier en fonction de la lumiegravere coloreacutee par laquelle il est eacuteclaireacute Elle servira agrave provoquer un conflit cognitif chez les eacutelegraveves car cette situation intervient apregraves une phase drsquohypothegravese reacutepondant agrave la question suivante un objet peut-shyil avoir diffeacuterentes couleurs La reacuteponse donneacutee par lrsquoimage contredira probablement lrsquohypothegravese preacuteceacutedemment formuleacutee et devrait susciter de la curiositeacute chez lrsquoeacutelegraveve et lui donner lrsquoenvie de comprendre le pheacutenomegravene Nous deacutemontrons ensuite tout au long de lrsquoactiviteacute 4 sur les lumiegraveres coloreacutees que crsquoest le pheacutenomegravene drsquoabsorption et de reacuteflection de la lumiegravere qui nous permet de voir la couleur des objets et non pas la lumiegravere blanche Crsquoest donc par le biais de ces deacuteconstructions successives de conceptions que lrsquoenseignant peut guider les eacutelegraveves sur la voie de la reacutesolution du problegraveme de lrsquoorigine de ces contradictions dans le but drsquoeacutetablir le lien entre les diffeacuterents cadres de rationaliteacute

42 Modeacutelisation

421 Deacutefinition

Un modegravele est communeacutement deacutefini comme un objet ou un concept qui va permettre de repreacutesenter la reacutealiteacute de diffeacuterentes maniegraveres Bunge (1974) ou encore Martinand (1994) le deacutefinissent eacutegalement comme un moyen permettant de mettre en relation le monde theacuteorique avec le monde empirique Il peut ecirctre consideacutereacute en quelque sorte comme un monde intermeacutediaire ou une sorte de lunette conceptuelle (Halloun 2004) qui va permettre drsquoobserver des pheacutenomegravenes naturels Un modegravele ne constitue pas la reacutealiteacute mais la repreacutesente en simplifiant certains de ses aspects ce qui peut causer des conflits pour les repreacutesentations cognitives chez lrsquoeacutelegraveve

422 La modeacutelisation dans notre seacutequence Dans notre planification la modeacutelisation est centrale afin de conceptualiser des pheacutenomegravenes complexes comme la composition de la lumiegravere et la perception des couleurs Elle est lrsquooutil qui permet drsquoamener les eacutelegraveves agrave se faccedilonner une repreacutesentation de la deacutecomposition de la lumiegravere blanche de labsorption de la lumiegravere agrave travers les filtres et des synthegraveses additive et soustractive des couleurs

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De plus elle constitue un objectif de formation meacutethodologique qui va de pair avec toute formation scientifique Crsquoest pourquoi nous avons inclus la modeacutelisation dans les objectifs drsquoapprentissage Dans la terminologie du PER la modeacutelisation correspond agrave lrsquoobjectif geacuteneacuteral MSN37

bull MSN 1525 mdash Modeacuteliser des pheacutenomegravenes naturels techniques sociaux ou des situations matheacutematiques

bull en imaginant et en utilisant divers outils de repreacutesentation (codes scheacutemas graphiques tableauxhellip)

Lrsquoactiviteacute 2 propose aux eacutelegraveves de reporter les couleurs observeacutees sur trois cercles superposeacutes En les coloriant les eacutelegraveves reacutealisent en reacutealiteacute une forme simple de modeacutelisation par un diagramme de Venn de la synthegravese additive Il nous a sembleacute pertinent drsquointroduire ce scheacutema de cette maniegravere car ainsi les eacutelegraveves comprennent reacuteellement qursquoil correspond agrave la lumiegravere projeteacutee et superposeacutee sur un eacutecran En derniegravere partie drsquoactiviteacute les eacutelegraveves se familiarisent avec un logiciel de modeacutelisation de la synthegravese additive 3

Lrsquoutilisation drsquoun modegravele dans ce cas est indispensable pour des raisons pratiques Il serait en effet tregraves difficile de faire des observations similaires avec un dispositif reacuteel constitueacute de projecteurs et drsquoun eacutecran comme dans la premiegravere partie drsquoactiviteacute Nous avons veilleacute agrave choisir un logiciel simple drsquousage sur lequel seules deux manipulations sont possibles allumereacuteteindre les projecteurs et varier leurs intensiteacutes Ainsi il est possible pour les eacutelegraveves de faire rapidement et sans difficulteacutes de lrsquoordre du registre seacutemiotique la deacuteduction attendue les diffeacuterentes couleurs srsquoobtiennent par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

Dans lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves sont ameneacutes agrave modeacuteliser lrsquoeffet drsquoun filtre sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee Ils ancrent ainsi le fonctionnement drsquoun filtre dans leur apprentissage et deacuteveloppent une meacutethodologie systeacutematique dans la reacutesolution de problegravemes mettant en scegravene des filtres Gracircce au modegravele deacuteveloppeacute les eacutelegraveves deacuteconstruisent deacutefinitivement leur eacuteventuelle conception erroneacutee selon laquelle un filtre absorberait sa propre couleur Lrsquoactiviteacute 43 a pour but que les eacutelegraveves modeacutelisent les pheacutenomegravenes de reacutefraction et drsquoabsorption en justifiant leur reacuteponse par un modegravele de reacuteponse Ce dernier comprend les couleurs RVB qui se reflegravetent ou qui sont absorbeacutees par une surface Ainsi lrsquoeacutelegraveve peut trouver une meacutethode systeacutematique de reacuteponse en testant les diffeacuterentes couleurs Gracircce agrave cette modeacutelisation et agrave celle de lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves comprennent que les fonctionnements des filtres et des lumiegraveres coloreacutees sont fondeacutes sur le mecircme principe

3(httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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43 Deacutemarche expeacuterimentale

431 Deacutefinition Pour de Vecchi il est important de ne pas confondre les notions lieacutees agrave lrsquoexpeacuterimental qui sont les suivantes

-shy Une deacutemarche scientifique nrsquoest pas exclusive au domaine des sciences expeacuterimentales mais peut aussi ecirctre mobiliseacutee dans les sciences humaines socialeshellip Elle utilise drsquoautres outils que lrsquoexpeacuterimentale Toute recherche digne de ce nom est de nature scientifique

-shy La meacutethode expeacuterimentale eacutequivaut plutocirct agrave un plan agrave suivre un mode drsquoemploi ou agrave une marche agrave suivre qui suit un ordre strict que lrsquoon peut aussi appeler protocole Par exemple parmi les plus ceacutelegravebres protocoles nous retrouvons celui de Claude Bernard (1865) que lrsquoon abregravege par les initiales OHERIC qui correspondent agrave observation hypothegravese expeacuterience reacutesultats interpreacutetation et conclusion De maniegravere geacuteneacuterale il srsquoagit du protocole caricatural que lrsquoon emploie le plus souvent dans les salles de classes

-shy Une deacutemarche expeacuterimentale est une approche plus reacutealiste moins stricte et integravegre

une approche plus tacirctonnante Il nrsquoest pas constitueacute drsquoeacutetapes preacutedeacutetermineacutees et est donc moins affecteacutee par les directives de lrsquoenseignant Il peut donc laisser des liberteacutes dans la maniegravere de reacutesoudre le problegraveme

432 La deacutemarche expeacuterimentale dans notre seacutequence Dans notre seacutequence la meacutethode expeacuterimentale est preacutesente de maniegravere partielle du scheacutema caricatural OHERIC nous nous inteacuteressons en particulier aux phases drsquoobservation et drsquoeacutemission drsquohypothegraveses Crsquoest pourquoi nous parlons donc plutocirct de ldquodeacutemarche expeacuterimentalerdquo En effet tout au long des diffeacuterentes activiteacutes il est reacuteguliegraverement demandeacute aux eacutelegraveves de formuler une hypothegravese agrave partir de leurs connaissances au preacutealable puis de faire de nouvelles observations en contexte expeacuterimental Crsquoest sur la base de ces derniegraveres qursquoils pourront reacutealiser leurs deacuteductions sur le pheacutenomegravene en question et construire de nouvelles conceptions Dans lrsquoactiviteacute 2 ce type de deacutemarche est central pour la creacuteation de la premiegravere situation-shyproblegraveme Par la suite la deacutemarche permet de guider les eacutelegraveves dans le processus de deacuteduction du fonctionnement geacuteneacuteral des diffeacuterents pheacutenomegravenes Dans lrsquoactiviteacute 41 par exemple les pheacutenomegravenes agrave deacuteduire sont la synthegravese soustractive et le fonctionnement de la lumiegravere coloreacutee Lrsquoemploi drsquoobjets familiers permet un ancrage dans le quotidien

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Dans lrsquoactiviteacute 3 lrsquoeacutetude de lrsquoeffet des filtres constitue agrave son tour un deacutemarche expeacuterimentale En effet les eacutelegraveves doivent tout drsquoabord eacutemettre leurs hypothegraveses puis les veacuterifient par lrsquoexpeacuterimentation et ses reacutesultats provoquant probablement un conflit cognitif avant drsquoen conclure lrsquoeffet drsquoun filtre Dans lrsquoactiviteacute 42 nous retrouvons toujours le mecircme principe de deacutemarche expeacuterimentale Les eacutelegraveves formulent des hypothegraveses sur la couleur perccedilue de diffeacuterents mots coloreacutes eacuteclaireacutes par une lumiegravere coloreacutee puis les veacuterifient lors de la phase drsquoobservation La confrontation entre leurs attentes lieacutees agrave leurs conceptions et la reacutealiteacute creacutee le conflit cognitif rechercheacute

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5 Conclusion Pour seacutelectionner notre thegraveme et eacutelaborer notre seacutequence nous nous sommes fondeacutes sur les objectifs du PER et crsquoest sur lrsquooptique que notre choix srsquoest porteacute Le savoir savant auquel nous nous sommes reacutefeacutereacutes comprend principalement des concepts lieacutes agrave la lumiegravere tels que les photons les ondes eacutelectromagneacutetiques ainsi que les spectres drsquoeacutemission et drsquoabsorption Nous avons transposeacute ce savoir en un savoir enseignable par le biais drsquoun travail de contextualisation et de reacuteadaptation Nous avons eacuteteacute ameneacutes agrave remplacer des modegraveles scientifiques (par exemple les modegraveles de synthegraveses additive et soustractive) par des modegraveles accessibles agrave un niveau scolaire et agrave changer les conditions drsquoeacutemergence des problegravemes Ainsi notre travail de transposition consistait agrave montrer aux eacutelegraveves la partie eacutemergeacutee de lrsquoiceberg du concept de couleur le reacutesultat apparent plutocirct que lrsquoorigine eacutelectromagneacutetique Tout au long de la seacutequence et par le biais de situations-shyproblegravemes et de diffeacuterentes eacutetapes de reacutesolution des activiteacutes les eacutelegraveves ont eacuteteacute guideacutes dans le processus de construction de leur apprentissage En nous focalisant sur les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves nous avons eacutelaboreacute nos exercices de maniegravere agrave proposer des situations deacuteclenchantes afin de faciliter le transfert de la responsabiliteacute de la reacutesolution des problegravemes aux eacutelegraveves Cette derniegravere srsquoeffectue par des deacutemarches drsquoexpeacuterimentation mais surtout de modeacutelisation

Dans notre sceacutenario les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave deux types de donneacutees theacuteoriques et empiriques Drsquoune part ils ont agrave disposition deux theacuteories principales la premiegravere est que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs de lrsquoarc-shyen-shyciel tandis que la seconde deacutecrit l a maniegravere dont la couleur drsquoun objet deacutepend des couleurs qursquoil va absorber Drsquoautre part ils disposent de donneacutees empiriques qursquoils sont ameneacutes agrave reacutecolter en superposant des lumiegraveres de diffeacuterentes couleurs en meacutelangeant de la peinture et en projetant de la lumiegravere coloreacutee sur diffeacuterents objets coloreacutes Dans le cadre drsquoune deacutemarche drsquoexpeacuterimentation ils ont eacutemis des hypothegraveses observeacute manipuleacute du mateacuteriel utiliseacute des appliquettes en ligne et veacuterifieacute leurs reacutesultats Crsquoest ainsi les modegraveles que nous avons preacutesenteacutes et que les eacutelegraveves ont eacutelaboreacutes vont ecirctre des ponts qui vont relier le monde theacuteorique et le monde empirique Par ailleurs nous avons eacuteteacute attentifs agrave la seacutemiotique lors de nos choix des repreacutesentations utiliseacutees nous nous sommes reacutefeacutereacutes agrave la notion de registre seacutemiotique afin drsquoeacutelaborer des scheacutemas nrsquoengendrant pas de difficulteacutes de lecture chez les eacutelegraveves

Nous avons analyseacute lrsquoorigine des conceptions erroneacutees et avons remarqueacute qursquoelles eacutetaient principalement dues agrave des repreacutesentations concourantes engendreacutees par les diffeacuterents contextes et cadres de rationaliteacutes dans lesquelles les eacutelegraveves eacutevoluent Notre sceacutenario permet aux eacutelegraveves drsquoeacutetablir des liens entre ces diffeacuterents cadres et de construire une nouvelle repreacutesentation de la couleur celle drsquoun objet de la physique

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6 Bibliographie

Astolfi J Ginsburger-shyVogel Y amp Toussaint J (2008) Mots-shycleacutes de la didactique des sciences De Boeck Supeacuterieur Beaufils D Ramage M-shyJ DidaScO (2004) Simulation informatique et enseignement de la physique regards didactiques Universiteacute Paris-shySud Centre scientifique drsquoOrsay -shy 91405 Orsay Cedex Brahic A Grenier I ( 2008) Lumiegraveres deacutetoiles les couleurs invisibles Odile Jacob Brousseau G (1998) Glossaire de quelques concepts de la theacuteorie des situations didactiques en matheacutematiques DAEST-shy Faculteacute des Sciences de lHomme-shyUniversiteacute Victor Segalen Bordeaux 2 Bunge M (1975) Philosophie de la physique Paris France Editions du Seuil Chevallard Y amp Johsua M-shyA (1986) Transposition didactique  Du savoir savant au savoir enseigneacute -shy Un exemple drsquoanalyse de la transposition didactique Penseacutee sauvage Chevallard Y A du texte Chevallard Y A du texte Chevallard Y amp Johsua M-shyA A du texte (1991) La transposition didactique  du savoir savant au savoir enseigneacute Suivi de Un exemple de la transposition didactique ([2e eacuted revue et augm]) Yves Chevallard  Yves Chevallard et Marie-shyAlberte Johsua [texte imprimeacute] Retrieved October 19 2016 de Vecchi G (2006) Enseigner lrsquoexpeacuterimental en classe  Pour une veacuteritable eacuteducation scientifique Hachette Editions (p 221-shy229) de Vecchi G (2006) Enseigner lrsquoexpeacuterimental en classe  Pour une veacuteritable eacuteducation scientifique Hachette Editions (p 55 -shy65) de Saussure F (2005) Cours de linguistique geacuteneacuterale Arbres drsquoOr Develay M (1987) A propos de la transposition didactique en sciences biologiques Aster [ISSN 0297-shy9373] 1987 Ndeg 4 p 119 Duval R (1988) Eacutecarts seacutemantiques et coheacuterence matheacutematique introduction aux problegravemes de congruences in Annales de Didactique et de Sciences Cognitives de lIREM de Strasbourg Giordan A Girault Y et Clement P (1994) Conceptions et connaissance Peter Lang Halloun I A (2004) Modeling theory in science education Dordrecht Holland Kluwer Academic Publishers Kane J Sternheim M (1989) Cours QCM exemple et exercices corrigeacutes -shy 1er cycle Licence PCEM PCEP Physique 3egraveme eacutedition revue par Philipe Ghosez Maryse Hoebeke et Gabriel Llabreacutes DUNOD Lerouge A (1992) Repreacutesentation carteacutesienne rationaliteacute matheacutematique et rationaliteacute du quotidien chez des eacutelegraveves de collegravege Thegravese de doctorat Universiteacute Montpellier II Malafosse D Lerouge A Dusseau J-shyM (2000) Notions de registre et de cadre de rationaliteacute en inter-shydidactique des matheacutematiques et de la physiqu e Treacutema Martinand J-shyL (nd) Introduction agrave la modeacutelisation In Actes du seacuteminaire de didactique des disciplines technologiques Cachan (p 126ndash138)

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Meirieu P Avanzin Gi (1987) Apprendre oui mais comment Edition ESF Verret M (1975) Le temps des eacutetudes (Vols 1ndash2) Lille France Atelier Reproduction des thegraveses

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Page 70: Physique Optique Lescouleurs · Sciences naturelles Les couleurs 10 11 Harmos 1.Introduction Comme nous allons le détailler dans le chapitre 4, les conceptions erronées des élèves

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leurs hypothegraveses mais il srsquoagit surtout drsquoune deacutemarche de modeacutelisation car les eacutelegraveves vont ecirctre ameneacutes agrave creacuteer des scheacutemas dans plusieurs exercices

-shy Une probleacutematisation et la deacutevolution on probleacutematise la conception erroneacutee en introduisant une situation-shyproblegraveme crsquoest-shyagrave-shydire qursquoon construit un problegraveme centreacute sur lrsquoobstacle La surprise face agrave une situation incoheacuterente va intriguer lrsquoeacutelegraveve exciter sa motivation et le pousser agrave vouloir srsquoimpliquer dans le problegraveme ce qui va aider sa deacutevolution Brousseau (1998) qualifie la notion de deacutevolution par le ldquo processus par lequel lenseignant parvient agrave placer leacutelegraveve comme simple actant dans une situation a-shydidactique (agrave modegravele non didactique) Il cherche par lagrave agrave ce que lrsquoaction de lrsquoeacutelegraveve ne soit produite et justifieacutee que par les neacutecessiteacutes du milieu et par ses connaissances et non par lrsquointerpreacutetation des proceacutedeacutes didactiques du professeurrdquo Pour enrocircler les eacutelegraveves et les aider agrave identifier la probleacutematique en met on place une situation deacuteclenchante Dans notre cas lrsquoexemple avec le meacutelange de peinture et de lumiegraveres coloreacutees est un parfait exemple de situation deacuteclenchante car les eacutelegraveves ne sattendent probablement pas par exemple agrave ce que le meacutelange de vert et bleu donne du cyan ou encore qursquoon perccediloive un citron noir lorsque lrsquoon projette de la lumiegravere bleue sur ce celui-shyci

412 La prise en compte des conceptions des eacutelegraveves dans notre seacutequence La theacutematique de la lumiegravere et des couleurs est complexe et comprend de nombreux concepts difficiles agrave assimiler En effet bon nombre de personnes ont des repreacutesentations erroneacutees qui peuvent rester profondeacutement ancreacutees Parmi les conceptions erroneacutees les plus communes on retrouve selon le site internet des MER

La lumiegravere blanche est sans couleur pure quand la lumiegravere blanche passe dans un prisme ou traverse un filtre de la couleur lui est ajouteacutee

La lumiegravere blanche nous permet de voir la vraie couleur des objets laquoMa feuille est blanche parce que je nai pas ajouteacute dautres couleurs agrave celle-shyciraquo

Les couleurs sont lieacutees agrave des proprieacuteteacutes de lrsquoobjet exclusivement sans reacutefeacuterence agrave la lumiegravere qui eacuteclaire lrsquoobjet Ne dit-shyon pas quun pull est rouge

Confusion entre les couleurs primaires en couleur peinture et en couleur lumiegravere

Dans notre planification nous avons anticipeacute ces conceptions et avons construit notre cours de maniegravere agrave ce qursquoelles soient mises en eacutevidence le plus tocirct possible afin de tenter de les deacuteconstruire agrave travers nos activiteacutes

Ainsi degraves deacutebut de lrsquoactiviteacute 2 les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave une situation-shyproblegraveme dans laquelle ils comprennent qursquoil existe une contradiction entre leur conception de deacutepart sur les meacutelanges de couleurs (issue de leurs cadres de rationaliteacute familier et scolaire lsquorsquoart visuelrsquorsquo) et leurs observations (nouveau cadre lsquorsquophysiquersquorsquo) Crsquoest sur la base de ce conflit cognitif que les diffeacuterentes notions de la seacutequence pourront ecirctre abordeacutees Les autres conceptions sont mises en eacutevidence puis deacuteconstruites agrave travers les diffeacuterentes activiteacutes Par exemple les

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activiteacutes du chapitre 3 permettent de montrer que la lumiegravere blanche nrsquoest pas pure mais qursquoelle est composeacutee de toutes les couleurs et ce gracircce agrave lrsquoobservation des objets agrave la lumiegravere blanche puis agrave travers un filtre

De plus lrsquoactiviteacute 3 srsquoarticule autour drsquoune conception erroneacutee repeacutereacutee dans certaines classes Bon nombre drsquoeacutelegraveves eacutetaient persuadeacutes qursquoun filtre ne laissait pas passer les lumiegraveres de sa couleur propre car crsquoest la couleur dont est perccedilue le filtre Un conflit cognitif est alors provoqueacute afin de deacuteconstruire cette conception les eacutelegraveves observent que la lumiegravere coloreacutee nrsquoest pas absorbeacutee par le filtre mais qursquoelle se propage bien jusqursquoagrave lrsquoeacutecran blanc

En introduction de lrsquoactiviteacute 4 une nouvelle situation-shyproblegraveme est preacutesenteacutee par le biais drsquoune image montrant que la couleur drsquoun objet peut varier en fonction de la lumiegravere coloreacutee par laquelle il est eacuteclaireacute Elle servira agrave provoquer un conflit cognitif chez les eacutelegraveves car cette situation intervient apregraves une phase drsquohypothegravese reacutepondant agrave la question suivante un objet peut-shyil avoir diffeacuterentes couleurs La reacuteponse donneacutee par lrsquoimage contredira probablement lrsquohypothegravese preacuteceacutedemment formuleacutee et devrait susciter de la curiositeacute chez lrsquoeacutelegraveve et lui donner lrsquoenvie de comprendre le pheacutenomegravene Nous deacutemontrons ensuite tout au long de lrsquoactiviteacute 4 sur les lumiegraveres coloreacutees que crsquoest le pheacutenomegravene drsquoabsorption et de reacuteflection de la lumiegravere qui nous permet de voir la couleur des objets et non pas la lumiegravere blanche Crsquoest donc par le biais de ces deacuteconstructions successives de conceptions que lrsquoenseignant peut guider les eacutelegraveves sur la voie de la reacutesolution du problegraveme de lrsquoorigine de ces contradictions dans le but drsquoeacutetablir le lien entre les diffeacuterents cadres de rationaliteacute

42 Modeacutelisation

421 Deacutefinition

Un modegravele est communeacutement deacutefini comme un objet ou un concept qui va permettre de repreacutesenter la reacutealiteacute de diffeacuterentes maniegraveres Bunge (1974) ou encore Martinand (1994) le deacutefinissent eacutegalement comme un moyen permettant de mettre en relation le monde theacuteorique avec le monde empirique Il peut ecirctre consideacutereacute en quelque sorte comme un monde intermeacutediaire ou une sorte de lunette conceptuelle (Halloun 2004) qui va permettre drsquoobserver des pheacutenomegravenes naturels Un modegravele ne constitue pas la reacutealiteacute mais la repreacutesente en simplifiant certains de ses aspects ce qui peut causer des conflits pour les repreacutesentations cognitives chez lrsquoeacutelegraveve

422 La modeacutelisation dans notre seacutequence Dans notre planification la modeacutelisation est centrale afin de conceptualiser des pheacutenomegravenes complexes comme la composition de la lumiegravere et la perception des couleurs Elle est lrsquooutil qui permet drsquoamener les eacutelegraveves agrave se faccedilonner une repreacutesentation de la deacutecomposition de la lumiegravere blanche de labsorption de la lumiegravere agrave travers les filtres et des synthegraveses additive et soustractive des couleurs

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De plus elle constitue un objectif de formation meacutethodologique qui va de pair avec toute formation scientifique Crsquoest pourquoi nous avons inclus la modeacutelisation dans les objectifs drsquoapprentissage Dans la terminologie du PER la modeacutelisation correspond agrave lrsquoobjectif geacuteneacuteral MSN37

bull MSN 1525 mdash Modeacuteliser des pheacutenomegravenes naturels techniques sociaux ou des situations matheacutematiques

bull en imaginant et en utilisant divers outils de repreacutesentation (codes scheacutemas graphiques tableauxhellip)

Lrsquoactiviteacute 2 propose aux eacutelegraveves de reporter les couleurs observeacutees sur trois cercles superposeacutes En les coloriant les eacutelegraveves reacutealisent en reacutealiteacute une forme simple de modeacutelisation par un diagramme de Venn de la synthegravese additive Il nous a sembleacute pertinent drsquointroduire ce scheacutema de cette maniegravere car ainsi les eacutelegraveves comprennent reacuteellement qursquoil correspond agrave la lumiegravere projeteacutee et superposeacutee sur un eacutecran En derniegravere partie drsquoactiviteacute les eacutelegraveves se familiarisent avec un logiciel de modeacutelisation de la synthegravese additive 3

Lrsquoutilisation drsquoun modegravele dans ce cas est indispensable pour des raisons pratiques Il serait en effet tregraves difficile de faire des observations similaires avec un dispositif reacuteel constitueacute de projecteurs et drsquoun eacutecran comme dans la premiegravere partie drsquoactiviteacute Nous avons veilleacute agrave choisir un logiciel simple drsquousage sur lequel seules deux manipulations sont possibles allumereacuteteindre les projecteurs et varier leurs intensiteacutes Ainsi il est possible pour les eacutelegraveves de faire rapidement et sans difficulteacutes de lrsquoordre du registre seacutemiotique la deacuteduction attendue les diffeacuterentes couleurs srsquoobtiennent par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

Dans lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves sont ameneacutes agrave modeacuteliser lrsquoeffet drsquoun filtre sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee Ils ancrent ainsi le fonctionnement drsquoun filtre dans leur apprentissage et deacuteveloppent une meacutethodologie systeacutematique dans la reacutesolution de problegravemes mettant en scegravene des filtres Gracircce au modegravele deacuteveloppeacute les eacutelegraveves deacuteconstruisent deacutefinitivement leur eacuteventuelle conception erroneacutee selon laquelle un filtre absorberait sa propre couleur Lrsquoactiviteacute 43 a pour but que les eacutelegraveves modeacutelisent les pheacutenomegravenes de reacutefraction et drsquoabsorption en justifiant leur reacuteponse par un modegravele de reacuteponse Ce dernier comprend les couleurs RVB qui se reflegravetent ou qui sont absorbeacutees par une surface Ainsi lrsquoeacutelegraveve peut trouver une meacutethode systeacutematique de reacuteponse en testant les diffeacuterentes couleurs Gracircce agrave cette modeacutelisation et agrave celle de lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves comprennent que les fonctionnements des filtres et des lumiegraveres coloreacutees sont fondeacutes sur le mecircme principe

3(httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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43 Deacutemarche expeacuterimentale

431 Deacutefinition Pour de Vecchi il est important de ne pas confondre les notions lieacutees agrave lrsquoexpeacuterimental qui sont les suivantes

-shy Une deacutemarche scientifique nrsquoest pas exclusive au domaine des sciences expeacuterimentales mais peut aussi ecirctre mobiliseacutee dans les sciences humaines socialeshellip Elle utilise drsquoautres outils que lrsquoexpeacuterimentale Toute recherche digne de ce nom est de nature scientifique

-shy La meacutethode expeacuterimentale eacutequivaut plutocirct agrave un plan agrave suivre un mode drsquoemploi ou agrave une marche agrave suivre qui suit un ordre strict que lrsquoon peut aussi appeler protocole Par exemple parmi les plus ceacutelegravebres protocoles nous retrouvons celui de Claude Bernard (1865) que lrsquoon abregravege par les initiales OHERIC qui correspondent agrave observation hypothegravese expeacuterience reacutesultats interpreacutetation et conclusion De maniegravere geacuteneacuterale il srsquoagit du protocole caricatural que lrsquoon emploie le plus souvent dans les salles de classes

-shy Une deacutemarche expeacuterimentale est une approche plus reacutealiste moins stricte et integravegre

une approche plus tacirctonnante Il nrsquoest pas constitueacute drsquoeacutetapes preacutedeacutetermineacutees et est donc moins affecteacutee par les directives de lrsquoenseignant Il peut donc laisser des liberteacutes dans la maniegravere de reacutesoudre le problegraveme

432 La deacutemarche expeacuterimentale dans notre seacutequence Dans notre seacutequence la meacutethode expeacuterimentale est preacutesente de maniegravere partielle du scheacutema caricatural OHERIC nous nous inteacuteressons en particulier aux phases drsquoobservation et drsquoeacutemission drsquohypothegraveses Crsquoest pourquoi nous parlons donc plutocirct de ldquodeacutemarche expeacuterimentalerdquo En effet tout au long des diffeacuterentes activiteacutes il est reacuteguliegraverement demandeacute aux eacutelegraveves de formuler une hypothegravese agrave partir de leurs connaissances au preacutealable puis de faire de nouvelles observations en contexte expeacuterimental Crsquoest sur la base de ces derniegraveres qursquoils pourront reacutealiser leurs deacuteductions sur le pheacutenomegravene en question et construire de nouvelles conceptions Dans lrsquoactiviteacute 2 ce type de deacutemarche est central pour la creacuteation de la premiegravere situation-shyproblegraveme Par la suite la deacutemarche permet de guider les eacutelegraveves dans le processus de deacuteduction du fonctionnement geacuteneacuteral des diffeacuterents pheacutenomegravenes Dans lrsquoactiviteacute 41 par exemple les pheacutenomegravenes agrave deacuteduire sont la synthegravese soustractive et le fonctionnement de la lumiegravere coloreacutee Lrsquoemploi drsquoobjets familiers permet un ancrage dans le quotidien

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Dans lrsquoactiviteacute 3 lrsquoeacutetude de lrsquoeffet des filtres constitue agrave son tour un deacutemarche expeacuterimentale En effet les eacutelegraveves doivent tout drsquoabord eacutemettre leurs hypothegraveses puis les veacuterifient par lrsquoexpeacuterimentation et ses reacutesultats provoquant probablement un conflit cognitif avant drsquoen conclure lrsquoeffet drsquoun filtre Dans lrsquoactiviteacute 42 nous retrouvons toujours le mecircme principe de deacutemarche expeacuterimentale Les eacutelegraveves formulent des hypothegraveses sur la couleur perccedilue de diffeacuterents mots coloreacutes eacuteclaireacutes par une lumiegravere coloreacutee puis les veacuterifient lors de la phase drsquoobservation La confrontation entre leurs attentes lieacutees agrave leurs conceptions et la reacutealiteacute creacutee le conflit cognitif rechercheacute

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5 Conclusion Pour seacutelectionner notre thegraveme et eacutelaborer notre seacutequence nous nous sommes fondeacutes sur les objectifs du PER et crsquoest sur lrsquooptique que notre choix srsquoest porteacute Le savoir savant auquel nous nous sommes reacutefeacutereacutes comprend principalement des concepts lieacutes agrave la lumiegravere tels que les photons les ondes eacutelectromagneacutetiques ainsi que les spectres drsquoeacutemission et drsquoabsorption Nous avons transposeacute ce savoir en un savoir enseignable par le biais drsquoun travail de contextualisation et de reacuteadaptation Nous avons eacuteteacute ameneacutes agrave remplacer des modegraveles scientifiques (par exemple les modegraveles de synthegraveses additive et soustractive) par des modegraveles accessibles agrave un niveau scolaire et agrave changer les conditions drsquoeacutemergence des problegravemes Ainsi notre travail de transposition consistait agrave montrer aux eacutelegraveves la partie eacutemergeacutee de lrsquoiceberg du concept de couleur le reacutesultat apparent plutocirct que lrsquoorigine eacutelectromagneacutetique Tout au long de la seacutequence et par le biais de situations-shyproblegravemes et de diffeacuterentes eacutetapes de reacutesolution des activiteacutes les eacutelegraveves ont eacuteteacute guideacutes dans le processus de construction de leur apprentissage En nous focalisant sur les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves nous avons eacutelaboreacute nos exercices de maniegravere agrave proposer des situations deacuteclenchantes afin de faciliter le transfert de la responsabiliteacute de la reacutesolution des problegravemes aux eacutelegraveves Cette derniegravere srsquoeffectue par des deacutemarches drsquoexpeacuterimentation mais surtout de modeacutelisation

Dans notre sceacutenario les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave deux types de donneacutees theacuteoriques et empiriques Drsquoune part ils ont agrave disposition deux theacuteories principales la premiegravere est que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs de lrsquoarc-shyen-shyciel tandis que la seconde deacutecrit l a maniegravere dont la couleur drsquoun objet deacutepend des couleurs qursquoil va absorber Drsquoautre part ils disposent de donneacutees empiriques qursquoils sont ameneacutes agrave reacutecolter en superposant des lumiegraveres de diffeacuterentes couleurs en meacutelangeant de la peinture et en projetant de la lumiegravere coloreacutee sur diffeacuterents objets coloreacutes Dans le cadre drsquoune deacutemarche drsquoexpeacuterimentation ils ont eacutemis des hypothegraveses observeacute manipuleacute du mateacuteriel utiliseacute des appliquettes en ligne et veacuterifieacute leurs reacutesultats Crsquoest ainsi les modegraveles que nous avons preacutesenteacutes et que les eacutelegraveves ont eacutelaboreacutes vont ecirctre des ponts qui vont relier le monde theacuteorique et le monde empirique Par ailleurs nous avons eacuteteacute attentifs agrave la seacutemiotique lors de nos choix des repreacutesentations utiliseacutees nous nous sommes reacutefeacutereacutes agrave la notion de registre seacutemiotique afin drsquoeacutelaborer des scheacutemas nrsquoengendrant pas de difficulteacutes de lecture chez les eacutelegraveves

Nous avons analyseacute lrsquoorigine des conceptions erroneacutees et avons remarqueacute qursquoelles eacutetaient principalement dues agrave des repreacutesentations concourantes engendreacutees par les diffeacuterents contextes et cadres de rationaliteacutes dans lesquelles les eacutelegraveves eacutevoluent Notre sceacutenario permet aux eacutelegraveves drsquoeacutetablir des liens entre ces diffeacuterents cadres et de construire une nouvelle repreacutesentation de la couleur celle drsquoun objet de la physique

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6 Bibliographie

Astolfi J Ginsburger-shyVogel Y amp Toussaint J (2008) Mots-shycleacutes de la didactique des sciences De Boeck Supeacuterieur Beaufils D Ramage M-shyJ DidaScO (2004) Simulation informatique et enseignement de la physique regards didactiques Universiteacute Paris-shySud Centre scientifique drsquoOrsay -shy 91405 Orsay Cedex Brahic A Grenier I ( 2008) Lumiegraveres deacutetoiles les couleurs invisibles Odile Jacob Brousseau G (1998) Glossaire de quelques concepts de la theacuteorie des situations didactiques en matheacutematiques DAEST-shy Faculteacute des Sciences de lHomme-shyUniversiteacute Victor Segalen Bordeaux 2 Bunge M (1975) Philosophie de la physique Paris France Editions du Seuil Chevallard Y amp Johsua M-shyA (1986) Transposition didactique  Du savoir savant au savoir enseigneacute -shy Un exemple drsquoanalyse de la transposition didactique Penseacutee sauvage Chevallard Y A du texte Chevallard Y A du texte Chevallard Y amp Johsua M-shyA A du texte (1991) La transposition didactique  du savoir savant au savoir enseigneacute Suivi de Un exemple de la transposition didactique ([2e eacuted revue et augm]) Yves Chevallard  Yves Chevallard et Marie-shyAlberte Johsua [texte imprimeacute] Retrieved October 19 2016 de Vecchi G (2006) Enseigner lrsquoexpeacuterimental en classe  Pour une veacuteritable eacuteducation scientifique Hachette Editions (p 221-shy229) de Vecchi G (2006) Enseigner lrsquoexpeacuterimental en classe  Pour une veacuteritable eacuteducation scientifique Hachette Editions (p 55 -shy65) de Saussure F (2005) Cours de linguistique geacuteneacuterale Arbres drsquoOr Develay M (1987) A propos de la transposition didactique en sciences biologiques Aster [ISSN 0297-shy9373] 1987 Ndeg 4 p 119 Duval R (1988) Eacutecarts seacutemantiques et coheacuterence matheacutematique introduction aux problegravemes de congruences in Annales de Didactique et de Sciences Cognitives de lIREM de Strasbourg Giordan A Girault Y et Clement P (1994) Conceptions et connaissance Peter Lang Halloun I A (2004) Modeling theory in science education Dordrecht Holland Kluwer Academic Publishers Kane J Sternheim M (1989) Cours QCM exemple et exercices corrigeacutes -shy 1er cycle Licence PCEM PCEP Physique 3egraveme eacutedition revue par Philipe Ghosez Maryse Hoebeke et Gabriel Llabreacutes DUNOD Lerouge A (1992) Repreacutesentation carteacutesienne rationaliteacute matheacutematique et rationaliteacute du quotidien chez des eacutelegraveves de collegravege Thegravese de doctorat Universiteacute Montpellier II Malafosse D Lerouge A Dusseau J-shyM (2000) Notions de registre et de cadre de rationaliteacute en inter-shydidactique des matheacutematiques et de la physiqu e Treacutema Martinand J-shyL (nd) Introduction agrave la modeacutelisation In Actes du seacuteminaire de didactique des disciplines technologiques Cachan (p 126ndash138)

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Meirieu P Avanzin Gi (1987) Apprendre oui mais comment Edition ESF Verret M (1975) Le temps des eacutetudes (Vols 1ndash2) Lille France Atelier Reproduction des thegraveses

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Page 71: Physique Optique Lescouleurs · Sciences naturelles Les couleurs 10 11 Harmos 1.Introduction Comme nous allons le détailler dans le chapitre 4, les conceptions erronées des élèves

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activiteacutes du chapitre 3 permettent de montrer que la lumiegravere blanche nrsquoest pas pure mais qursquoelle est composeacutee de toutes les couleurs et ce gracircce agrave lrsquoobservation des objets agrave la lumiegravere blanche puis agrave travers un filtre

De plus lrsquoactiviteacute 3 srsquoarticule autour drsquoune conception erroneacutee repeacutereacutee dans certaines classes Bon nombre drsquoeacutelegraveves eacutetaient persuadeacutes qursquoun filtre ne laissait pas passer les lumiegraveres de sa couleur propre car crsquoest la couleur dont est perccedilue le filtre Un conflit cognitif est alors provoqueacute afin de deacuteconstruire cette conception les eacutelegraveves observent que la lumiegravere coloreacutee nrsquoest pas absorbeacutee par le filtre mais qursquoelle se propage bien jusqursquoagrave lrsquoeacutecran blanc

En introduction de lrsquoactiviteacute 4 une nouvelle situation-shyproblegraveme est preacutesenteacutee par le biais drsquoune image montrant que la couleur drsquoun objet peut varier en fonction de la lumiegravere coloreacutee par laquelle il est eacuteclaireacute Elle servira agrave provoquer un conflit cognitif chez les eacutelegraveves car cette situation intervient apregraves une phase drsquohypothegravese reacutepondant agrave la question suivante un objet peut-shyil avoir diffeacuterentes couleurs La reacuteponse donneacutee par lrsquoimage contredira probablement lrsquohypothegravese preacuteceacutedemment formuleacutee et devrait susciter de la curiositeacute chez lrsquoeacutelegraveve et lui donner lrsquoenvie de comprendre le pheacutenomegravene Nous deacutemontrons ensuite tout au long de lrsquoactiviteacute 4 sur les lumiegraveres coloreacutees que crsquoest le pheacutenomegravene drsquoabsorption et de reacuteflection de la lumiegravere qui nous permet de voir la couleur des objets et non pas la lumiegravere blanche Crsquoest donc par le biais de ces deacuteconstructions successives de conceptions que lrsquoenseignant peut guider les eacutelegraveves sur la voie de la reacutesolution du problegraveme de lrsquoorigine de ces contradictions dans le but drsquoeacutetablir le lien entre les diffeacuterents cadres de rationaliteacute

42 Modeacutelisation

421 Deacutefinition

Un modegravele est communeacutement deacutefini comme un objet ou un concept qui va permettre de repreacutesenter la reacutealiteacute de diffeacuterentes maniegraveres Bunge (1974) ou encore Martinand (1994) le deacutefinissent eacutegalement comme un moyen permettant de mettre en relation le monde theacuteorique avec le monde empirique Il peut ecirctre consideacutereacute en quelque sorte comme un monde intermeacutediaire ou une sorte de lunette conceptuelle (Halloun 2004) qui va permettre drsquoobserver des pheacutenomegravenes naturels Un modegravele ne constitue pas la reacutealiteacute mais la repreacutesente en simplifiant certains de ses aspects ce qui peut causer des conflits pour les repreacutesentations cognitives chez lrsquoeacutelegraveve

422 La modeacutelisation dans notre seacutequence Dans notre planification la modeacutelisation est centrale afin de conceptualiser des pheacutenomegravenes complexes comme la composition de la lumiegravere et la perception des couleurs Elle est lrsquooutil qui permet drsquoamener les eacutelegraveves agrave se faccedilonner une repreacutesentation de la deacutecomposition de la lumiegravere blanche de labsorption de la lumiegravere agrave travers les filtres et des synthegraveses additive et soustractive des couleurs

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De plus elle constitue un objectif de formation meacutethodologique qui va de pair avec toute formation scientifique Crsquoest pourquoi nous avons inclus la modeacutelisation dans les objectifs drsquoapprentissage Dans la terminologie du PER la modeacutelisation correspond agrave lrsquoobjectif geacuteneacuteral MSN37

bull MSN 1525 mdash Modeacuteliser des pheacutenomegravenes naturels techniques sociaux ou des situations matheacutematiques

bull en imaginant et en utilisant divers outils de repreacutesentation (codes scheacutemas graphiques tableauxhellip)

Lrsquoactiviteacute 2 propose aux eacutelegraveves de reporter les couleurs observeacutees sur trois cercles superposeacutes En les coloriant les eacutelegraveves reacutealisent en reacutealiteacute une forme simple de modeacutelisation par un diagramme de Venn de la synthegravese additive Il nous a sembleacute pertinent drsquointroduire ce scheacutema de cette maniegravere car ainsi les eacutelegraveves comprennent reacuteellement qursquoil correspond agrave la lumiegravere projeteacutee et superposeacutee sur un eacutecran En derniegravere partie drsquoactiviteacute les eacutelegraveves se familiarisent avec un logiciel de modeacutelisation de la synthegravese additive 3

Lrsquoutilisation drsquoun modegravele dans ce cas est indispensable pour des raisons pratiques Il serait en effet tregraves difficile de faire des observations similaires avec un dispositif reacuteel constitueacute de projecteurs et drsquoun eacutecran comme dans la premiegravere partie drsquoactiviteacute Nous avons veilleacute agrave choisir un logiciel simple drsquousage sur lequel seules deux manipulations sont possibles allumereacuteteindre les projecteurs et varier leurs intensiteacutes Ainsi il est possible pour les eacutelegraveves de faire rapidement et sans difficulteacutes de lrsquoordre du registre seacutemiotique la deacuteduction attendue les diffeacuterentes couleurs srsquoobtiennent par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

Dans lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves sont ameneacutes agrave modeacuteliser lrsquoeffet drsquoun filtre sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee Ils ancrent ainsi le fonctionnement drsquoun filtre dans leur apprentissage et deacuteveloppent une meacutethodologie systeacutematique dans la reacutesolution de problegravemes mettant en scegravene des filtres Gracircce au modegravele deacuteveloppeacute les eacutelegraveves deacuteconstruisent deacutefinitivement leur eacuteventuelle conception erroneacutee selon laquelle un filtre absorberait sa propre couleur Lrsquoactiviteacute 43 a pour but que les eacutelegraveves modeacutelisent les pheacutenomegravenes de reacutefraction et drsquoabsorption en justifiant leur reacuteponse par un modegravele de reacuteponse Ce dernier comprend les couleurs RVB qui se reflegravetent ou qui sont absorbeacutees par une surface Ainsi lrsquoeacutelegraveve peut trouver une meacutethode systeacutematique de reacuteponse en testant les diffeacuterentes couleurs Gracircce agrave cette modeacutelisation et agrave celle de lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves comprennent que les fonctionnements des filtres et des lumiegraveres coloreacutees sont fondeacutes sur le mecircme principe

3(httpwwwpcclfrphysique_chimie_college_lyceequatriemeoptiquesynthese_additivehtm

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43 Deacutemarche expeacuterimentale

431 Deacutefinition Pour de Vecchi il est important de ne pas confondre les notions lieacutees agrave lrsquoexpeacuterimental qui sont les suivantes

-shy Une deacutemarche scientifique nrsquoest pas exclusive au domaine des sciences expeacuterimentales mais peut aussi ecirctre mobiliseacutee dans les sciences humaines socialeshellip Elle utilise drsquoautres outils que lrsquoexpeacuterimentale Toute recherche digne de ce nom est de nature scientifique

-shy La meacutethode expeacuterimentale eacutequivaut plutocirct agrave un plan agrave suivre un mode drsquoemploi ou agrave une marche agrave suivre qui suit un ordre strict que lrsquoon peut aussi appeler protocole Par exemple parmi les plus ceacutelegravebres protocoles nous retrouvons celui de Claude Bernard (1865) que lrsquoon abregravege par les initiales OHERIC qui correspondent agrave observation hypothegravese expeacuterience reacutesultats interpreacutetation et conclusion De maniegravere geacuteneacuterale il srsquoagit du protocole caricatural que lrsquoon emploie le plus souvent dans les salles de classes

-shy Une deacutemarche expeacuterimentale est une approche plus reacutealiste moins stricte et integravegre

une approche plus tacirctonnante Il nrsquoest pas constitueacute drsquoeacutetapes preacutedeacutetermineacutees et est donc moins affecteacutee par les directives de lrsquoenseignant Il peut donc laisser des liberteacutes dans la maniegravere de reacutesoudre le problegraveme

432 La deacutemarche expeacuterimentale dans notre seacutequence Dans notre seacutequence la meacutethode expeacuterimentale est preacutesente de maniegravere partielle du scheacutema caricatural OHERIC nous nous inteacuteressons en particulier aux phases drsquoobservation et drsquoeacutemission drsquohypothegraveses Crsquoest pourquoi nous parlons donc plutocirct de ldquodeacutemarche expeacuterimentalerdquo En effet tout au long des diffeacuterentes activiteacutes il est reacuteguliegraverement demandeacute aux eacutelegraveves de formuler une hypothegravese agrave partir de leurs connaissances au preacutealable puis de faire de nouvelles observations en contexte expeacuterimental Crsquoest sur la base de ces derniegraveres qursquoils pourront reacutealiser leurs deacuteductions sur le pheacutenomegravene en question et construire de nouvelles conceptions Dans lrsquoactiviteacute 2 ce type de deacutemarche est central pour la creacuteation de la premiegravere situation-shyproblegraveme Par la suite la deacutemarche permet de guider les eacutelegraveves dans le processus de deacuteduction du fonctionnement geacuteneacuteral des diffeacuterents pheacutenomegravenes Dans lrsquoactiviteacute 41 par exemple les pheacutenomegravenes agrave deacuteduire sont la synthegravese soustractive et le fonctionnement de la lumiegravere coloreacutee Lrsquoemploi drsquoobjets familiers permet un ancrage dans le quotidien

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Dans lrsquoactiviteacute 3 lrsquoeacutetude de lrsquoeffet des filtres constitue agrave son tour un deacutemarche expeacuterimentale En effet les eacutelegraveves doivent tout drsquoabord eacutemettre leurs hypothegraveses puis les veacuterifient par lrsquoexpeacuterimentation et ses reacutesultats provoquant probablement un conflit cognitif avant drsquoen conclure lrsquoeffet drsquoun filtre Dans lrsquoactiviteacute 42 nous retrouvons toujours le mecircme principe de deacutemarche expeacuterimentale Les eacutelegraveves formulent des hypothegraveses sur la couleur perccedilue de diffeacuterents mots coloreacutes eacuteclaireacutes par une lumiegravere coloreacutee puis les veacuterifient lors de la phase drsquoobservation La confrontation entre leurs attentes lieacutees agrave leurs conceptions et la reacutealiteacute creacutee le conflit cognitif rechercheacute

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5 Conclusion Pour seacutelectionner notre thegraveme et eacutelaborer notre seacutequence nous nous sommes fondeacutes sur les objectifs du PER et crsquoest sur lrsquooptique que notre choix srsquoest porteacute Le savoir savant auquel nous nous sommes reacutefeacutereacutes comprend principalement des concepts lieacutes agrave la lumiegravere tels que les photons les ondes eacutelectromagneacutetiques ainsi que les spectres drsquoeacutemission et drsquoabsorption Nous avons transposeacute ce savoir en un savoir enseignable par le biais drsquoun travail de contextualisation et de reacuteadaptation Nous avons eacuteteacute ameneacutes agrave remplacer des modegraveles scientifiques (par exemple les modegraveles de synthegraveses additive et soustractive) par des modegraveles accessibles agrave un niveau scolaire et agrave changer les conditions drsquoeacutemergence des problegravemes Ainsi notre travail de transposition consistait agrave montrer aux eacutelegraveves la partie eacutemergeacutee de lrsquoiceberg du concept de couleur le reacutesultat apparent plutocirct que lrsquoorigine eacutelectromagneacutetique Tout au long de la seacutequence et par le biais de situations-shyproblegravemes et de diffeacuterentes eacutetapes de reacutesolution des activiteacutes les eacutelegraveves ont eacuteteacute guideacutes dans le processus de construction de leur apprentissage En nous focalisant sur les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves nous avons eacutelaboreacute nos exercices de maniegravere agrave proposer des situations deacuteclenchantes afin de faciliter le transfert de la responsabiliteacute de la reacutesolution des problegravemes aux eacutelegraveves Cette derniegravere srsquoeffectue par des deacutemarches drsquoexpeacuterimentation mais surtout de modeacutelisation

Dans notre sceacutenario les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave deux types de donneacutees theacuteoriques et empiriques Drsquoune part ils ont agrave disposition deux theacuteories principales la premiegravere est que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs de lrsquoarc-shyen-shyciel tandis que la seconde deacutecrit l a maniegravere dont la couleur drsquoun objet deacutepend des couleurs qursquoil va absorber Drsquoautre part ils disposent de donneacutees empiriques qursquoils sont ameneacutes agrave reacutecolter en superposant des lumiegraveres de diffeacuterentes couleurs en meacutelangeant de la peinture et en projetant de la lumiegravere coloreacutee sur diffeacuterents objets coloreacutes Dans le cadre drsquoune deacutemarche drsquoexpeacuterimentation ils ont eacutemis des hypothegraveses observeacute manipuleacute du mateacuteriel utiliseacute des appliquettes en ligne et veacuterifieacute leurs reacutesultats Crsquoest ainsi les modegraveles que nous avons preacutesenteacutes et que les eacutelegraveves ont eacutelaboreacutes vont ecirctre des ponts qui vont relier le monde theacuteorique et le monde empirique Par ailleurs nous avons eacuteteacute attentifs agrave la seacutemiotique lors de nos choix des repreacutesentations utiliseacutees nous nous sommes reacutefeacutereacutes agrave la notion de registre seacutemiotique afin drsquoeacutelaborer des scheacutemas nrsquoengendrant pas de difficulteacutes de lecture chez les eacutelegraveves

Nous avons analyseacute lrsquoorigine des conceptions erroneacutees et avons remarqueacute qursquoelles eacutetaient principalement dues agrave des repreacutesentations concourantes engendreacutees par les diffeacuterents contextes et cadres de rationaliteacutes dans lesquelles les eacutelegraveves eacutevoluent Notre sceacutenario permet aux eacutelegraveves drsquoeacutetablir des liens entre ces diffeacuterents cadres et de construire une nouvelle repreacutesentation de la couleur celle drsquoun objet de la physique

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6 Bibliographie

Astolfi J Ginsburger-shyVogel Y amp Toussaint J (2008) Mots-shycleacutes de la didactique des sciences De Boeck Supeacuterieur Beaufils D Ramage M-shyJ DidaScO (2004) Simulation informatique et enseignement de la physique regards didactiques Universiteacute Paris-shySud Centre scientifique drsquoOrsay -shy 91405 Orsay Cedex Brahic A Grenier I ( 2008) Lumiegraveres deacutetoiles les couleurs invisibles Odile Jacob Brousseau G (1998) Glossaire de quelques concepts de la theacuteorie des situations didactiques en matheacutematiques DAEST-shy Faculteacute des Sciences de lHomme-shyUniversiteacute Victor Segalen Bordeaux 2 Bunge M (1975) Philosophie de la physique Paris France Editions du Seuil Chevallard Y amp Johsua M-shyA (1986) Transposition didactique  Du savoir savant au savoir enseigneacute -shy Un exemple drsquoanalyse de la transposition didactique Penseacutee sauvage Chevallard Y A du texte Chevallard Y A du texte Chevallard Y amp Johsua M-shyA A du texte (1991) La transposition didactique  du savoir savant au savoir enseigneacute Suivi de Un exemple de la transposition didactique ([2e eacuted revue et augm]) Yves Chevallard  Yves Chevallard et Marie-shyAlberte Johsua [texte imprimeacute] Retrieved October 19 2016 de Vecchi G (2006) Enseigner lrsquoexpeacuterimental en classe  Pour une veacuteritable eacuteducation scientifique Hachette Editions (p 221-shy229) de Vecchi G (2006) Enseigner lrsquoexpeacuterimental en classe  Pour une veacuteritable eacuteducation scientifique Hachette Editions (p 55 -shy65) de Saussure F (2005) Cours de linguistique geacuteneacuterale Arbres drsquoOr Develay M (1987) A propos de la transposition didactique en sciences biologiques Aster [ISSN 0297-shy9373] 1987 Ndeg 4 p 119 Duval R (1988) Eacutecarts seacutemantiques et coheacuterence matheacutematique introduction aux problegravemes de congruences in Annales de Didactique et de Sciences Cognitives de lIREM de Strasbourg Giordan A Girault Y et Clement P (1994) Conceptions et connaissance Peter Lang Halloun I A (2004) Modeling theory in science education Dordrecht Holland Kluwer Academic Publishers Kane J Sternheim M (1989) Cours QCM exemple et exercices corrigeacutes -shy 1er cycle Licence PCEM PCEP Physique 3egraveme eacutedition revue par Philipe Ghosez Maryse Hoebeke et Gabriel Llabreacutes DUNOD Lerouge A (1992) Repreacutesentation carteacutesienne rationaliteacute matheacutematique et rationaliteacute du quotidien chez des eacutelegraveves de collegravege Thegravese de doctorat Universiteacute Montpellier II Malafosse D Lerouge A Dusseau J-shyM (2000) Notions de registre et de cadre de rationaliteacute en inter-shydidactique des matheacutematiques et de la physiqu e Treacutema Martinand J-shyL (nd) Introduction agrave la modeacutelisation In Actes du seacuteminaire de didactique des disciplines technologiques Cachan (p 126ndash138)

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Meirieu P Avanzin Gi (1987) Apprendre oui mais comment Edition ESF Verret M (1975) Le temps des eacutetudes (Vols 1ndash2) Lille France Atelier Reproduction des thegraveses

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De plus elle constitue un objectif de formation meacutethodologique qui va de pair avec toute formation scientifique Crsquoest pourquoi nous avons inclus la modeacutelisation dans les objectifs drsquoapprentissage Dans la terminologie du PER la modeacutelisation correspond agrave lrsquoobjectif geacuteneacuteral MSN37

bull MSN 1525 mdash Modeacuteliser des pheacutenomegravenes naturels techniques sociaux ou des situations matheacutematiques

bull en imaginant et en utilisant divers outils de repreacutesentation (codes scheacutemas graphiques tableauxhellip)

Lrsquoactiviteacute 2 propose aux eacutelegraveves de reporter les couleurs observeacutees sur trois cercles superposeacutes En les coloriant les eacutelegraveves reacutealisent en reacutealiteacute une forme simple de modeacutelisation par un diagramme de Venn de la synthegravese additive Il nous a sembleacute pertinent drsquointroduire ce scheacutema de cette maniegravere car ainsi les eacutelegraveves comprennent reacuteellement qursquoil correspond agrave la lumiegravere projeteacutee et superposeacutee sur un eacutecran En derniegravere partie drsquoactiviteacute les eacutelegraveves se familiarisent avec un logiciel de modeacutelisation de la synthegravese additive 3

Lrsquoutilisation drsquoun modegravele dans ce cas est indispensable pour des raisons pratiques Il serait en effet tregraves difficile de faire des observations similaires avec un dispositif reacuteel constitueacute de projecteurs et drsquoun eacutecran comme dans la premiegravere partie drsquoactiviteacute Nous avons veilleacute agrave choisir un logiciel simple drsquousage sur lequel seules deux manipulations sont possibles allumereacuteteindre les projecteurs et varier leurs intensiteacutes Ainsi il est possible pour les eacutelegraveves de faire rapidement et sans difficulteacutes de lrsquoordre du registre seacutemiotique la deacuteduction attendue les diffeacuterentes couleurs srsquoobtiennent par un jeu de dosage des trois couleurs eacuteleacutementaires

Dans lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves sont ameneacutes agrave modeacuteliser lrsquoeffet drsquoun filtre sur une lumiegravere blanche ou coloreacutee Ils ancrent ainsi le fonctionnement drsquoun filtre dans leur apprentissage et deacuteveloppent une meacutethodologie systeacutematique dans la reacutesolution de problegravemes mettant en scegravene des filtres Gracircce au modegravele deacuteveloppeacute les eacutelegraveves deacuteconstruisent deacutefinitivement leur eacuteventuelle conception erroneacutee selon laquelle un filtre absorberait sa propre couleur Lrsquoactiviteacute 43 a pour but que les eacutelegraveves modeacutelisent les pheacutenomegravenes de reacutefraction et drsquoabsorption en justifiant leur reacuteponse par un modegravele de reacuteponse Ce dernier comprend les couleurs RVB qui se reflegravetent ou qui sont absorbeacutees par une surface Ainsi lrsquoeacutelegraveve peut trouver une meacutethode systeacutematique de reacuteponse en testant les diffeacuterentes couleurs Gracircce agrave cette modeacutelisation et agrave celle de lrsquoactiviteacute 3 les eacutelegraveves comprennent que les fonctionnements des filtres et des lumiegraveres coloreacutees sont fondeacutes sur le mecircme principe

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43 Deacutemarche expeacuterimentale

431 Deacutefinition Pour de Vecchi il est important de ne pas confondre les notions lieacutees agrave lrsquoexpeacuterimental qui sont les suivantes

-shy Une deacutemarche scientifique nrsquoest pas exclusive au domaine des sciences expeacuterimentales mais peut aussi ecirctre mobiliseacutee dans les sciences humaines socialeshellip Elle utilise drsquoautres outils que lrsquoexpeacuterimentale Toute recherche digne de ce nom est de nature scientifique

-shy La meacutethode expeacuterimentale eacutequivaut plutocirct agrave un plan agrave suivre un mode drsquoemploi ou agrave une marche agrave suivre qui suit un ordre strict que lrsquoon peut aussi appeler protocole Par exemple parmi les plus ceacutelegravebres protocoles nous retrouvons celui de Claude Bernard (1865) que lrsquoon abregravege par les initiales OHERIC qui correspondent agrave observation hypothegravese expeacuterience reacutesultats interpreacutetation et conclusion De maniegravere geacuteneacuterale il srsquoagit du protocole caricatural que lrsquoon emploie le plus souvent dans les salles de classes

-shy Une deacutemarche expeacuterimentale est une approche plus reacutealiste moins stricte et integravegre

une approche plus tacirctonnante Il nrsquoest pas constitueacute drsquoeacutetapes preacutedeacutetermineacutees et est donc moins affecteacutee par les directives de lrsquoenseignant Il peut donc laisser des liberteacutes dans la maniegravere de reacutesoudre le problegraveme

432 La deacutemarche expeacuterimentale dans notre seacutequence Dans notre seacutequence la meacutethode expeacuterimentale est preacutesente de maniegravere partielle du scheacutema caricatural OHERIC nous nous inteacuteressons en particulier aux phases drsquoobservation et drsquoeacutemission drsquohypothegraveses Crsquoest pourquoi nous parlons donc plutocirct de ldquodeacutemarche expeacuterimentalerdquo En effet tout au long des diffeacuterentes activiteacutes il est reacuteguliegraverement demandeacute aux eacutelegraveves de formuler une hypothegravese agrave partir de leurs connaissances au preacutealable puis de faire de nouvelles observations en contexte expeacuterimental Crsquoest sur la base de ces derniegraveres qursquoils pourront reacutealiser leurs deacuteductions sur le pheacutenomegravene en question et construire de nouvelles conceptions Dans lrsquoactiviteacute 2 ce type de deacutemarche est central pour la creacuteation de la premiegravere situation-shyproblegraveme Par la suite la deacutemarche permet de guider les eacutelegraveves dans le processus de deacuteduction du fonctionnement geacuteneacuteral des diffeacuterents pheacutenomegravenes Dans lrsquoactiviteacute 41 par exemple les pheacutenomegravenes agrave deacuteduire sont la synthegravese soustractive et le fonctionnement de la lumiegravere coloreacutee Lrsquoemploi drsquoobjets familiers permet un ancrage dans le quotidien

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Dans lrsquoactiviteacute 3 lrsquoeacutetude de lrsquoeffet des filtres constitue agrave son tour un deacutemarche expeacuterimentale En effet les eacutelegraveves doivent tout drsquoabord eacutemettre leurs hypothegraveses puis les veacuterifient par lrsquoexpeacuterimentation et ses reacutesultats provoquant probablement un conflit cognitif avant drsquoen conclure lrsquoeffet drsquoun filtre Dans lrsquoactiviteacute 42 nous retrouvons toujours le mecircme principe de deacutemarche expeacuterimentale Les eacutelegraveves formulent des hypothegraveses sur la couleur perccedilue de diffeacuterents mots coloreacutes eacuteclaireacutes par une lumiegravere coloreacutee puis les veacuterifient lors de la phase drsquoobservation La confrontation entre leurs attentes lieacutees agrave leurs conceptions et la reacutealiteacute creacutee le conflit cognitif rechercheacute

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5 Conclusion Pour seacutelectionner notre thegraveme et eacutelaborer notre seacutequence nous nous sommes fondeacutes sur les objectifs du PER et crsquoest sur lrsquooptique que notre choix srsquoest porteacute Le savoir savant auquel nous nous sommes reacutefeacutereacutes comprend principalement des concepts lieacutes agrave la lumiegravere tels que les photons les ondes eacutelectromagneacutetiques ainsi que les spectres drsquoeacutemission et drsquoabsorption Nous avons transposeacute ce savoir en un savoir enseignable par le biais drsquoun travail de contextualisation et de reacuteadaptation Nous avons eacuteteacute ameneacutes agrave remplacer des modegraveles scientifiques (par exemple les modegraveles de synthegraveses additive et soustractive) par des modegraveles accessibles agrave un niveau scolaire et agrave changer les conditions drsquoeacutemergence des problegravemes Ainsi notre travail de transposition consistait agrave montrer aux eacutelegraveves la partie eacutemergeacutee de lrsquoiceberg du concept de couleur le reacutesultat apparent plutocirct que lrsquoorigine eacutelectromagneacutetique Tout au long de la seacutequence et par le biais de situations-shyproblegravemes et de diffeacuterentes eacutetapes de reacutesolution des activiteacutes les eacutelegraveves ont eacuteteacute guideacutes dans le processus de construction de leur apprentissage En nous focalisant sur les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves nous avons eacutelaboreacute nos exercices de maniegravere agrave proposer des situations deacuteclenchantes afin de faciliter le transfert de la responsabiliteacute de la reacutesolution des problegravemes aux eacutelegraveves Cette derniegravere srsquoeffectue par des deacutemarches drsquoexpeacuterimentation mais surtout de modeacutelisation

Dans notre sceacutenario les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave deux types de donneacutees theacuteoriques et empiriques Drsquoune part ils ont agrave disposition deux theacuteories principales la premiegravere est que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs de lrsquoarc-shyen-shyciel tandis que la seconde deacutecrit l a maniegravere dont la couleur drsquoun objet deacutepend des couleurs qursquoil va absorber Drsquoautre part ils disposent de donneacutees empiriques qursquoils sont ameneacutes agrave reacutecolter en superposant des lumiegraveres de diffeacuterentes couleurs en meacutelangeant de la peinture et en projetant de la lumiegravere coloreacutee sur diffeacuterents objets coloreacutes Dans le cadre drsquoune deacutemarche drsquoexpeacuterimentation ils ont eacutemis des hypothegraveses observeacute manipuleacute du mateacuteriel utiliseacute des appliquettes en ligne et veacuterifieacute leurs reacutesultats Crsquoest ainsi les modegraveles que nous avons preacutesenteacutes et que les eacutelegraveves ont eacutelaboreacutes vont ecirctre des ponts qui vont relier le monde theacuteorique et le monde empirique Par ailleurs nous avons eacuteteacute attentifs agrave la seacutemiotique lors de nos choix des repreacutesentations utiliseacutees nous nous sommes reacutefeacutereacutes agrave la notion de registre seacutemiotique afin drsquoeacutelaborer des scheacutemas nrsquoengendrant pas de difficulteacutes de lecture chez les eacutelegraveves

Nous avons analyseacute lrsquoorigine des conceptions erroneacutees et avons remarqueacute qursquoelles eacutetaient principalement dues agrave des repreacutesentations concourantes engendreacutees par les diffeacuterents contextes et cadres de rationaliteacutes dans lesquelles les eacutelegraveves eacutevoluent Notre sceacutenario permet aux eacutelegraveves drsquoeacutetablir des liens entre ces diffeacuterents cadres et de construire une nouvelle repreacutesentation de la couleur celle drsquoun objet de la physique

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6 Bibliographie

Astolfi J Ginsburger-shyVogel Y amp Toussaint J (2008) Mots-shycleacutes de la didactique des sciences De Boeck Supeacuterieur Beaufils D Ramage M-shyJ DidaScO (2004) Simulation informatique et enseignement de la physique regards didactiques Universiteacute Paris-shySud Centre scientifique drsquoOrsay -shy 91405 Orsay Cedex Brahic A Grenier I ( 2008) Lumiegraveres deacutetoiles les couleurs invisibles Odile Jacob Brousseau G (1998) Glossaire de quelques concepts de la theacuteorie des situations didactiques en matheacutematiques DAEST-shy Faculteacute des Sciences de lHomme-shyUniversiteacute Victor Segalen Bordeaux 2 Bunge M (1975) Philosophie de la physique Paris France Editions du Seuil Chevallard Y amp Johsua M-shyA (1986) Transposition didactique  Du savoir savant au savoir enseigneacute -shy Un exemple drsquoanalyse de la transposition didactique Penseacutee sauvage Chevallard Y A du texte Chevallard Y A du texte Chevallard Y amp Johsua M-shyA A du texte (1991) La transposition didactique  du savoir savant au savoir enseigneacute Suivi de Un exemple de la transposition didactique ([2e eacuted revue et augm]) Yves Chevallard  Yves Chevallard et Marie-shyAlberte Johsua [texte imprimeacute] Retrieved October 19 2016 de Vecchi G (2006) Enseigner lrsquoexpeacuterimental en classe  Pour une veacuteritable eacuteducation scientifique Hachette Editions (p 221-shy229) de Vecchi G (2006) Enseigner lrsquoexpeacuterimental en classe  Pour une veacuteritable eacuteducation scientifique Hachette Editions (p 55 -shy65) de Saussure F (2005) Cours de linguistique geacuteneacuterale Arbres drsquoOr Develay M (1987) A propos de la transposition didactique en sciences biologiques Aster [ISSN 0297-shy9373] 1987 Ndeg 4 p 119 Duval R (1988) Eacutecarts seacutemantiques et coheacuterence matheacutematique introduction aux problegravemes de congruences in Annales de Didactique et de Sciences Cognitives de lIREM de Strasbourg Giordan A Girault Y et Clement P (1994) Conceptions et connaissance Peter Lang Halloun I A (2004) Modeling theory in science education Dordrecht Holland Kluwer Academic Publishers Kane J Sternheim M (1989) Cours QCM exemple et exercices corrigeacutes -shy 1er cycle Licence PCEM PCEP Physique 3egraveme eacutedition revue par Philipe Ghosez Maryse Hoebeke et Gabriel Llabreacutes DUNOD Lerouge A (1992) Repreacutesentation carteacutesienne rationaliteacute matheacutematique et rationaliteacute du quotidien chez des eacutelegraveves de collegravege Thegravese de doctorat Universiteacute Montpellier II Malafosse D Lerouge A Dusseau J-shyM (2000) Notions de registre et de cadre de rationaliteacute en inter-shydidactique des matheacutematiques et de la physiqu e Treacutema Martinand J-shyL (nd) Introduction agrave la modeacutelisation In Actes du seacuteminaire de didactique des disciplines technologiques Cachan (p 126ndash138)

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Meirieu P Avanzin Gi (1987) Apprendre oui mais comment Edition ESF Verret M (1975) Le temps des eacutetudes (Vols 1ndash2) Lille France Atelier Reproduction des thegraveses

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43 Deacutemarche expeacuterimentale

431 Deacutefinition Pour de Vecchi il est important de ne pas confondre les notions lieacutees agrave lrsquoexpeacuterimental qui sont les suivantes

-shy Une deacutemarche scientifique nrsquoest pas exclusive au domaine des sciences expeacuterimentales mais peut aussi ecirctre mobiliseacutee dans les sciences humaines socialeshellip Elle utilise drsquoautres outils que lrsquoexpeacuterimentale Toute recherche digne de ce nom est de nature scientifique

-shy La meacutethode expeacuterimentale eacutequivaut plutocirct agrave un plan agrave suivre un mode drsquoemploi ou agrave une marche agrave suivre qui suit un ordre strict que lrsquoon peut aussi appeler protocole Par exemple parmi les plus ceacutelegravebres protocoles nous retrouvons celui de Claude Bernard (1865) que lrsquoon abregravege par les initiales OHERIC qui correspondent agrave observation hypothegravese expeacuterience reacutesultats interpreacutetation et conclusion De maniegravere geacuteneacuterale il srsquoagit du protocole caricatural que lrsquoon emploie le plus souvent dans les salles de classes

-shy Une deacutemarche expeacuterimentale est une approche plus reacutealiste moins stricte et integravegre

une approche plus tacirctonnante Il nrsquoest pas constitueacute drsquoeacutetapes preacutedeacutetermineacutees et est donc moins affecteacutee par les directives de lrsquoenseignant Il peut donc laisser des liberteacutes dans la maniegravere de reacutesoudre le problegraveme

432 La deacutemarche expeacuterimentale dans notre seacutequence Dans notre seacutequence la meacutethode expeacuterimentale est preacutesente de maniegravere partielle du scheacutema caricatural OHERIC nous nous inteacuteressons en particulier aux phases drsquoobservation et drsquoeacutemission drsquohypothegraveses Crsquoest pourquoi nous parlons donc plutocirct de ldquodeacutemarche expeacuterimentalerdquo En effet tout au long des diffeacuterentes activiteacutes il est reacuteguliegraverement demandeacute aux eacutelegraveves de formuler une hypothegravese agrave partir de leurs connaissances au preacutealable puis de faire de nouvelles observations en contexte expeacuterimental Crsquoest sur la base de ces derniegraveres qursquoils pourront reacutealiser leurs deacuteductions sur le pheacutenomegravene en question et construire de nouvelles conceptions Dans lrsquoactiviteacute 2 ce type de deacutemarche est central pour la creacuteation de la premiegravere situation-shyproblegraveme Par la suite la deacutemarche permet de guider les eacutelegraveves dans le processus de deacuteduction du fonctionnement geacuteneacuteral des diffeacuterents pheacutenomegravenes Dans lrsquoactiviteacute 41 par exemple les pheacutenomegravenes agrave deacuteduire sont la synthegravese soustractive et le fonctionnement de la lumiegravere coloreacutee Lrsquoemploi drsquoobjets familiers permet un ancrage dans le quotidien

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Dans lrsquoactiviteacute 3 lrsquoeacutetude de lrsquoeffet des filtres constitue agrave son tour un deacutemarche expeacuterimentale En effet les eacutelegraveves doivent tout drsquoabord eacutemettre leurs hypothegraveses puis les veacuterifient par lrsquoexpeacuterimentation et ses reacutesultats provoquant probablement un conflit cognitif avant drsquoen conclure lrsquoeffet drsquoun filtre Dans lrsquoactiviteacute 42 nous retrouvons toujours le mecircme principe de deacutemarche expeacuterimentale Les eacutelegraveves formulent des hypothegraveses sur la couleur perccedilue de diffeacuterents mots coloreacutes eacuteclaireacutes par une lumiegravere coloreacutee puis les veacuterifient lors de la phase drsquoobservation La confrontation entre leurs attentes lieacutees agrave leurs conceptions et la reacutealiteacute creacutee le conflit cognitif rechercheacute

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5 Conclusion Pour seacutelectionner notre thegraveme et eacutelaborer notre seacutequence nous nous sommes fondeacutes sur les objectifs du PER et crsquoest sur lrsquooptique que notre choix srsquoest porteacute Le savoir savant auquel nous nous sommes reacutefeacutereacutes comprend principalement des concepts lieacutes agrave la lumiegravere tels que les photons les ondes eacutelectromagneacutetiques ainsi que les spectres drsquoeacutemission et drsquoabsorption Nous avons transposeacute ce savoir en un savoir enseignable par le biais drsquoun travail de contextualisation et de reacuteadaptation Nous avons eacuteteacute ameneacutes agrave remplacer des modegraveles scientifiques (par exemple les modegraveles de synthegraveses additive et soustractive) par des modegraveles accessibles agrave un niveau scolaire et agrave changer les conditions drsquoeacutemergence des problegravemes Ainsi notre travail de transposition consistait agrave montrer aux eacutelegraveves la partie eacutemergeacutee de lrsquoiceberg du concept de couleur le reacutesultat apparent plutocirct que lrsquoorigine eacutelectromagneacutetique Tout au long de la seacutequence et par le biais de situations-shyproblegravemes et de diffeacuterentes eacutetapes de reacutesolution des activiteacutes les eacutelegraveves ont eacuteteacute guideacutes dans le processus de construction de leur apprentissage En nous focalisant sur les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves nous avons eacutelaboreacute nos exercices de maniegravere agrave proposer des situations deacuteclenchantes afin de faciliter le transfert de la responsabiliteacute de la reacutesolution des problegravemes aux eacutelegraveves Cette derniegravere srsquoeffectue par des deacutemarches drsquoexpeacuterimentation mais surtout de modeacutelisation

Dans notre sceacutenario les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave deux types de donneacutees theacuteoriques et empiriques Drsquoune part ils ont agrave disposition deux theacuteories principales la premiegravere est que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs de lrsquoarc-shyen-shyciel tandis que la seconde deacutecrit l a maniegravere dont la couleur drsquoun objet deacutepend des couleurs qursquoil va absorber Drsquoautre part ils disposent de donneacutees empiriques qursquoils sont ameneacutes agrave reacutecolter en superposant des lumiegraveres de diffeacuterentes couleurs en meacutelangeant de la peinture et en projetant de la lumiegravere coloreacutee sur diffeacuterents objets coloreacutes Dans le cadre drsquoune deacutemarche drsquoexpeacuterimentation ils ont eacutemis des hypothegraveses observeacute manipuleacute du mateacuteriel utiliseacute des appliquettes en ligne et veacuterifieacute leurs reacutesultats Crsquoest ainsi les modegraveles que nous avons preacutesenteacutes et que les eacutelegraveves ont eacutelaboreacutes vont ecirctre des ponts qui vont relier le monde theacuteorique et le monde empirique Par ailleurs nous avons eacuteteacute attentifs agrave la seacutemiotique lors de nos choix des repreacutesentations utiliseacutees nous nous sommes reacutefeacutereacutes agrave la notion de registre seacutemiotique afin drsquoeacutelaborer des scheacutemas nrsquoengendrant pas de difficulteacutes de lecture chez les eacutelegraveves

Nous avons analyseacute lrsquoorigine des conceptions erroneacutees et avons remarqueacute qursquoelles eacutetaient principalement dues agrave des repreacutesentations concourantes engendreacutees par les diffeacuterents contextes et cadres de rationaliteacutes dans lesquelles les eacutelegraveves eacutevoluent Notre sceacutenario permet aux eacutelegraveves drsquoeacutetablir des liens entre ces diffeacuterents cadres et de construire une nouvelle repreacutesentation de la couleur celle drsquoun objet de la physique

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Astolfi J Ginsburger-shyVogel Y amp Toussaint J (2008) Mots-shycleacutes de la didactique des sciences De Boeck Supeacuterieur Beaufils D Ramage M-shyJ DidaScO (2004) Simulation informatique et enseignement de la physique regards didactiques Universiteacute Paris-shySud Centre scientifique drsquoOrsay -shy 91405 Orsay Cedex Brahic A Grenier I ( 2008) Lumiegraveres deacutetoiles les couleurs invisibles Odile Jacob Brousseau G (1998) Glossaire de quelques concepts de la theacuteorie des situations didactiques en matheacutematiques DAEST-shy Faculteacute des Sciences de lHomme-shyUniversiteacute Victor Segalen Bordeaux 2 Bunge M (1975) Philosophie de la physique Paris France Editions du Seuil Chevallard Y amp Johsua M-shyA (1986) Transposition didactique  Du savoir savant au savoir enseigneacute -shy Un exemple drsquoanalyse de la transposition didactique Penseacutee sauvage Chevallard Y A du texte Chevallard Y A du texte Chevallard Y amp Johsua M-shyA A du texte (1991) La transposition didactique  du savoir savant au savoir enseigneacute Suivi de Un exemple de la transposition didactique ([2e eacuted revue et augm]) Yves Chevallard  Yves Chevallard et Marie-shyAlberte Johsua [texte imprimeacute] Retrieved October 19 2016 de Vecchi G (2006) Enseigner lrsquoexpeacuterimental en classe  Pour une veacuteritable eacuteducation scientifique Hachette Editions (p 221-shy229) de Vecchi G (2006) Enseigner lrsquoexpeacuterimental en classe  Pour une veacuteritable eacuteducation scientifique Hachette Editions (p 55 -shy65) de Saussure F (2005) Cours de linguistique geacuteneacuterale Arbres drsquoOr Develay M (1987) A propos de la transposition didactique en sciences biologiques Aster [ISSN 0297-shy9373] 1987 Ndeg 4 p 119 Duval R (1988) Eacutecarts seacutemantiques et coheacuterence matheacutematique introduction aux problegravemes de congruences in Annales de Didactique et de Sciences Cognitives de lIREM de Strasbourg Giordan A Girault Y et Clement P (1994) Conceptions et connaissance Peter Lang Halloun I A (2004) Modeling theory in science education Dordrecht Holland Kluwer Academic Publishers Kane J Sternheim M (1989) Cours QCM exemple et exercices corrigeacutes -shy 1er cycle Licence PCEM PCEP Physique 3egraveme eacutedition revue par Philipe Ghosez Maryse Hoebeke et Gabriel Llabreacutes DUNOD Lerouge A (1992) Repreacutesentation carteacutesienne rationaliteacute matheacutematique et rationaliteacute du quotidien chez des eacutelegraveves de collegravege Thegravese de doctorat Universiteacute Montpellier II Malafosse D Lerouge A Dusseau J-shyM (2000) Notions de registre et de cadre de rationaliteacute en inter-shydidactique des matheacutematiques et de la physiqu e Treacutema Martinand J-shyL (nd) Introduction agrave la modeacutelisation In Actes du seacuteminaire de didactique des disciplines technologiques Cachan (p 126ndash138)

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Dans lrsquoactiviteacute 3 lrsquoeacutetude de lrsquoeffet des filtres constitue agrave son tour un deacutemarche expeacuterimentale En effet les eacutelegraveves doivent tout drsquoabord eacutemettre leurs hypothegraveses puis les veacuterifient par lrsquoexpeacuterimentation et ses reacutesultats provoquant probablement un conflit cognitif avant drsquoen conclure lrsquoeffet drsquoun filtre Dans lrsquoactiviteacute 42 nous retrouvons toujours le mecircme principe de deacutemarche expeacuterimentale Les eacutelegraveves formulent des hypothegraveses sur la couleur perccedilue de diffeacuterents mots coloreacutes eacuteclaireacutes par une lumiegravere coloreacutee puis les veacuterifient lors de la phase drsquoobservation La confrontation entre leurs attentes lieacutees agrave leurs conceptions et la reacutealiteacute creacutee le conflit cognitif rechercheacute

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5 Conclusion Pour seacutelectionner notre thegraveme et eacutelaborer notre seacutequence nous nous sommes fondeacutes sur les objectifs du PER et crsquoest sur lrsquooptique que notre choix srsquoest porteacute Le savoir savant auquel nous nous sommes reacutefeacutereacutes comprend principalement des concepts lieacutes agrave la lumiegravere tels que les photons les ondes eacutelectromagneacutetiques ainsi que les spectres drsquoeacutemission et drsquoabsorption Nous avons transposeacute ce savoir en un savoir enseignable par le biais drsquoun travail de contextualisation et de reacuteadaptation Nous avons eacuteteacute ameneacutes agrave remplacer des modegraveles scientifiques (par exemple les modegraveles de synthegraveses additive et soustractive) par des modegraveles accessibles agrave un niveau scolaire et agrave changer les conditions drsquoeacutemergence des problegravemes Ainsi notre travail de transposition consistait agrave montrer aux eacutelegraveves la partie eacutemergeacutee de lrsquoiceberg du concept de couleur le reacutesultat apparent plutocirct que lrsquoorigine eacutelectromagneacutetique Tout au long de la seacutequence et par le biais de situations-shyproblegravemes et de diffeacuterentes eacutetapes de reacutesolution des activiteacutes les eacutelegraveves ont eacuteteacute guideacutes dans le processus de construction de leur apprentissage En nous focalisant sur les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves nous avons eacutelaboreacute nos exercices de maniegravere agrave proposer des situations deacuteclenchantes afin de faciliter le transfert de la responsabiliteacute de la reacutesolution des problegravemes aux eacutelegraveves Cette derniegravere srsquoeffectue par des deacutemarches drsquoexpeacuterimentation mais surtout de modeacutelisation

Dans notre sceacutenario les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave deux types de donneacutees theacuteoriques et empiriques Drsquoune part ils ont agrave disposition deux theacuteories principales la premiegravere est que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs de lrsquoarc-shyen-shyciel tandis que la seconde deacutecrit l a maniegravere dont la couleur drsquoun objet deacutepend des couleurs qursquoil va absorber Drsquoautre part ils disposent de donneacutees empiriques qursquoils sont ameneacutes agrave reacutecolter en superposant des lumiegraveres de diffeacuterentes couleurs en meacutelangeant de la peinture et en projetant de la lumiegravere coloreacutee sur diffeacuterents objets coloreacutes Dans le cadre drsquoune deacutemarche drsquoexpeacuterimentation ils ont eacutemis des hypothegraveses observeacute manipuleacute du mateacuteriel utiliseacute des appliquettes en ligne et veacuterifieacute leurs reacutesultats Crsquoest ainsi les modegraveles que nous avons preacutesenteacutes et que les eacutelegraveves ont eacutelaboreacutes vont ecirctre des ponts qui vont relier le monde theacuteorique et le monde empirique Par ailleurs nous avons eacuteteacute attentifs agrave la seacutemiotique lors de nos choix des repreacutesentations utiliseacutees nous nous sommes reacutefeacutereacutes agrave la notion de registre seacutemiotique afin drsquoeacutelaborer des scheacutemas nrsquoengendrant pas de difficulteacutes de lecture chez les eacutelegraveves

Nous avons analyseacute lrsquoorigine des conceptions erroneacutees et avons remarqueacute qursquoelles eacutetaient principalement dues agrave des repreacutesentations concourantes engendreacutees par les diffeacuterents contextes et cadres de rationaliteacutes dans lesquelles les eacutelegraveves eacutevoluent Notre sceacutenario permet aux eacutelegraveves drsquoeacutetablir des liens entre ces diffeacuterents cadres et de construire une nouvelle repreacutesentation de la couleur celle drsquoun objet de la physique

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6 Bibliographie

Astolfi J Ginsburger-shyVogel Y amp Toussaint J (2008) Mots-shycleacutes de la didactique des sciences De Boeck Supeacuterieur Beaufils D Ramage M-shyJ DidaScO (2004) Simulation informatique et enseignement de la physique regards didactiques Universiteacute Paris-shySud Centre scientifique drsquoOrsay -shy 91405 Orsay Cedex Brahic A Grenier I ( 2008) Lumiegraveres deacutetoiles les couleurs invisibles Odile Jacob Brousseau G (1998) Glossaire de quelques concepts de la theacuteorie des situations didactiques en matheacutematiques DAEST-shy Faculteacute des Sciences de lHomme-shyUniversiteacute Victor Segalen Bordeaux 2 Bunge M (1975) Philosophie de la physique Paris France Editions du Seuil Chevallard Y amp Johsua M-shyA (1986) Transposition didactique  Du savoir savant au savoir enseigneacute -shy Un exemple drsquoanalyse de la transposition didactique Penseacutee sauvage Chevallard Y A du texte Chevallard Y A du texte Chevallard Y amp Johsua M-shyA A du texte (1991) La transposition didactique  du savoir savant au savoir enseigneacute Suivi de Un exemple de la transposition didactique ([2e eacuted revue et augm]) Yves Chevallard  Yves Chevallard et Marie-shyAlberte Johsua [texte imprimeacute] Retrieved October 19 2016 de Vecchi G (2006) Enseigner lrsquoexpeacuterimental en classe  Pour une veacuteritable eacuteducation scientifique Hachette Editions (p 221-shy229) de Vecchi G (2006) Enseigner lrsquoexpeacuterimental en classe  Pour une veacuteritable eacuteducation scientifique Hachette Editions (p 55 -shy65) de Saussure F (2005) Cours de linguistique geacuteneacuterale Arbres drsquoOr Develay M (1987) A propos de la transposition didactique en sciences biologiques Aster [ISSN 0297-shy9373] 1987 Ndeg 4 p 119 Duval R (1988) Eacutecarts seacutemantiques et coheacuterence matheacutematique introduction aux problegravemes de congruences in Annales de Didactique et de Sciences Cognitives de lIREM de Strasbourg Giordan A Girault Y et Clement P (1994) Conceptions et connaissance Peter Lang Halloun I A (2004) Modeling theory in science education Dordrecht Holland Kluwer Academic Publishers Kane J Sternheim M (1989) Cours QCM exemple et exercices corrigeacutes -shy 1er cycle Licence PCEM PCEP Physique 3egraveme eacutedition revue par Philipe Ghosez Maryse Hoebeke et Gabriel Llabreacutes DUNOD Lerouge A (1992) Repreacutesentation carteacutesienne rationaliteacute matheacutematique et rationaliteacute du quotidien chez des eacutelegraveves de collegravege Thegravese de doctorat Universiteacute Montpellier II Malafosse D Lerouge A Dusseau J-shyM (2000) Notions de registre et de cadre de rationaliteacute en inter-shydidactique des matheacutematiques et de la physiqu e Treacutema Martinand J-shyL (nd) Introduction agrave la modeacutelisation In Actes du seacuteminaire de didactique des disciplines technologiques Cachan (p 126ndash138)

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5 Conclusion Pour seacutelectionner notre thegraveme et eacutelaborer notre seacutequence nous nous sommes fondeacutes sur les objectifs du PER et crsquoest sur lrsquooptique que notre choix srsquoest porteacute Le savoir savant auquel nous nous sommes reacutefeacutereacutes comprend principalement des concepts lieacutes agrave la lumiegravere tels que les photons les ondes eacutelectromagneacutetiques ainsi que les spectres drsquoeacutemission et drsquoabsorption Nous avons transposeacute ce savoir en un savoir enseignable par le biais drsquoun travail de contextualisation et de reacuteadaptation Nous avons eacuteteacute ameneacutes agrave remplacer des modegraveles scientifiques (par exemple les modegraveles de synthegraveses additive et soustractive) par des modegraveles accessibles agrave un niveau scolaire et agrave changer les conditions drsquoeacutemergence des problegravemes Ainsi notre travail de transposition consistait agrave montrer aux eacutelegraveves la partie eacutemergeacutee de lrsquoiceberg du concept de couleur le reacutesultat apparent plutocirct que lrsquoorigine eacutelectromagneacutetique Tout au long de la seacutequence et par le biais de situations-shyproblegravemes et de diffeacuterentes eacutetapes de reacutesolution des activiteacutes les eacutelegraveves ont eacuteteacute guideacutes dans le processus de construction de leur apprentissage En nous focalisant sur les conceptions erroneacutees des eacutelegraveves nous avons eacutelaboreacute nos exercices de maniegravere agrave proposer des situations deacuteclenchantes afin de faciliter le transfert de la responsabiliteacute de la reacutesolution des problegravemes aux eacutelegraveves Cette derniegravere srsquoeffectue par des deacutemarches drsquoexpeacuterimentation mais surtout de modeacutelisation

Dans notre sceacutenario les eacutelegraveves sont confronteacutes agrave deux types de donneacutees theacuteoriques et empiriques Drsquoune part ils ont agrave disposition deux theacuteories principales la premiegravere est que la lumiegravere blanche est composeacutee de toutes les couleurs de lrsquoarc-shyen-shyciel tandis que la seconde deacutecrit l a maniegravere dont la couleur drsquoun objet deacutepend des couleurs qursquoil va absorber Drsquoautre part ils disposent de donneacutees empiriques qursquoils sont ameneacutes agrave reacutecolter en superposant des lumiegraveres de diffeacuterentes couleurs en meacutelangeant de la peinture et en projetant de la lumiegravere coloreacutee sur diffeacuterents objets coloreacutes Dans le cadre drsquoune deacutemarche drsquoexpeacuterimentation ils ont eacutemis des hypothegraveses observeacute manipuleacute du mateacuteriel utiliseacute des appliquettes en ligne et veacuterifieacute leurs reacutesultats Crsquoest ainsi les modegraveles que nous avons preacutesenteacutes et que les eacutelegraveves ont eacutelaboreacutes vont ecirctre des ponts qui vont relier le monde theacuteorique et le monde empirique Par ailleurs nous avons eacuteteacute attentifs agrave la seacutemiotique lors de nos choix des repreacutesentations utiliseacutees nous nous sommes reacutefeacutereacutes agrave la notion de registre seacutemiotique afin drsquoeacutelaborer des scheacutemas nrsquoengendrant pas de difficulteacutes de lecture chez les eacutelegraveves

Nous avons analyseacute lrsquoorigine des conceptions erroneacutees et avons remarqueacute qursquoelles eacutetaient principalement dues agrave des repreacutesentations concourantes engendreacutees par les diffeacuterents contextes et cadres de rationaliteacutes dans lesquelles les eacutelegraveves eacutevoluent Notre sceacutenario permet aux eacutelegraveves drsquoeacutetablir des liens entre ces diffeacuterents cadres et de construire une nouvelle repreacutesentation de la couleur celle drsquoun objet de la physique

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Astolfi J Ginsburger-shyVogel Y amp Toussaint J (2008) Mots-shycleacutes de la didactique des sciences De Boeck Supeacuterieur Beaufils D Ramage M-shyJ DidaScO (2004) Simulation informatique et enseignement de la physique regards didactiques Universiteacute Paris-shySud Centre scientifique drsquoOrsay -shy 91405 Orsay Cedex Brahic A Grenier I ( 2008) Lumiegraveres deacutetoiles les couleurs invisibles Odile Jacob Brousseau G (1998) Glossaire de quelques concepts de la theacuteorie des situations didactiques en matheacutematiques DAEST-shy Faculteacute des Sciences de lHomme-shyUniversiteacute Victor Segalen Bordeaux 2 Bunge M (1975) Philosophie de la physique Paris France Editions du Seuil Chevallard Y amp Johsua M-shyA (1986) Transposition didactique  Du savoir savant au savoir enseigneacute -shy Un exemple drsquoanalyse de la transposition didactique Penseacutee sauvage Chevallard Y A du texte Chevallard Y A du texte Chevallard Y amp Johsua M-shyA A du texte (1991) La transposition didactique  du savoir savant au savoir enseigneacute Suivi de Un exemple de la transposition didactique ([2e eacuted revue et augm]) Yves Chevallard  Yves Chevallard et Marie-shyAlberte Johsua [texte imprimeacute] Retrieved October 19 2016 de Vecchi G (2006) Enseigner lrsquoexpeacuterimental en classe  Pour une veacuteritable eacuteducation scientifique Hachette Editions (p 221-shy229) de Vecchi G (2006) Enseigner lrsquoexpeacuterimental en classe  Pour une veacuteritable eacuteducation scientifique Hachette Editions (p 55 -shy65) de Saussure F (2005) Cours de linguistique geacuteneacuterale Arbres drsquoOr Develay M (1987) A propos de la transposition didactique en sciences biologiques Aster [ISSN 0297-shy9373] 1987 Ndeg 4 p 119 Duval R (1988) Eacutecarts seacutemantiques et coheacuterence matheacutematique introduction aux problegravemes de congruences in Annales de Didactique et de Sciences Cognitives de lIREM de Strasbourg Giordan A Girault Y et Clement P (1994) Conceptions et connaissance Peter Lang Halloun I A (2004) Modeling theory in science education Dordrecht Holland Kluwer Academic Publishers Kane J Sternheim M (1989) Cours QCM exemple et exercices corrigeacutes -shy 1er cycle Licence PCEM PCEP Physique 3egraveme eacutedition revue par Philipe Ghosez Maryse Hoebeke et Gabriel Llabreacutes DUNOD Lerouge A (1992) Repreacutesentation carteacutesienne rationaliteacute matheacutematique et rationaliteacute du quotidien chez des eacutelegraveves de collegravege Thegravese de doctorat Universiteacute Montpellier II Malafosse D Lerouge A Dusseau J-shyM (2000) Notions de registre et de cadre de rationaliteacute en inter-shydidactique des matheacutematiques et de la physiqu e Treacutema Martinand J-shyL (nd) Introduction agrave la modeacutelisation In Actes du seacuteminaire de didactique des disciplines technologiques Cachan (p 126ndash138)

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6 Bibliographie

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Meirieu P Avanzin Gi (1987) Apprendre oui mais comment Edition ESF Verret M (1975) Le temps des eacutetudes (Vols 1ndash2) Lille France Atelier Reproduction des thegraveses

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Page 77: Physique Optique Lescouleurs · Sciences naturelles Les couleurs 10 11 Harmos 1.Introduction Comme nous allons le détailler dans le chapitre 4, les conceptions erronées des élèves

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Meirieu P Avanzin Gi (1987) Apprendre oui mais comment Edition ESF Verret M (1975) Le temps des eacutetudes (Vols 1ndash2) Lille France Atelier Reproduction des thegraveses

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