Activité pour la classe	De la lumière solaire aux couleurs
Juin 1999		Ecole Estienne d'Orves Noisy-le-Sec		Michel Moulin
Cycle 2		Point du programme : l'optique

CE1 (23 élèves) Cycle 2

Recomposition / décomposition de la lumière.

Le choix du thème de la lumière a été effectué assez rapidement par l'équipe éducative en fin d'année scolaire, suite à notre participation à l'opération main à la pâte. Ce thème a été retenu parce qu'un travail précédent avait été mené par l'équipe avec sortie d'une publication scolaire. Ce n'était peut être pas le thème le plus facile pour des classes de cycle 2. Néanmoins, le matériel acquis grâce au projet, l'aide apportée tant par l'IUFM que par les polytechniciens, ainsi que le choix d'un thème commun à toute l'école ont constitué une puissante motivation pour que toute l'équipe s'engage dans le projet.

Séance 1: questionnement proposé aux élèves

Objectif: faire émerger les représentations des élèves et noter les sujets sur lesquels un travail pourrait être entrepris.

-Qu' est-ce que la lumière?

-D'où vient la lumière?

-A quoi sert-elle?…..

• J'ai noté l'ensemble des réponses faites par les élèves et leur ai restitué ce travail sur feuille dactylographiée. Feuille qui a fait l'objet d'un travail de lecture. ( Voir feuille qu'est-ce que la lumière?)

Séance 2: "la toupie magique" (le disque de Newton)

• Expérience proposée par le maître.
• Objectif: montrer que les couleurs peuvent se mélanger pour tendre vers le blanc.
• Organisation: 2 séances de classe:
• a) fabrication de la toupie (1h)
• B)observations individuelles. rapportées en grand groupe. Ecriture dans le cahier d'expérience:
• -du matériel nécessaire à la fabrication de la toupie
  -de la façon de procéder pour réaliser la toupie et des observations rapportées en grand groupe. (1h)

Séance 3: "faire un arc-en-ciel sur son ardoise"

Objectifs: montrer à partir d'un matériel familier à l'élève que la lumière solaire peut se décomposer en couleurs. Poser le problème: d'un côté les couleurs se mélangent (expérience n1), de l'autre on passe de la couleur blanche du soleil à plusieurs rayons lumineux colorés.

Matériel: une ardoise- une règle transparente- du soleil.

*Dans la discussion des élèves apparaissent des questions sur le nombre de couleurs dans l'arc-en-ciel (terme immédiatement utilisé par les élèves pour désigner ce qu'ils obtenaient sur leur ardoise) et lesquelles, ainsi que la transparence ou la non-transparence des objets (transparence de la règle).

Ex: "on a remarqué que les rayons du Soleil ne peuvent pas traverser les choses qui ne sont pas transparentes : lorsque Belyamine s'est mis devant le Soleil, ça a arrêté l'arc-en-ciel qui était sur l'ardoise." (Alexandre)

*D'autres questions apparaissent sur le pourquoi du phénomène observé ainsi que sur le fait qu'on n'obtient pas à tout coup "l'arc-en-ciel". Tout dépend en fait de l'inclinaison de la règle.

Temps: 2 séances d'une heure.

Séquence 4: "comment faire les couleurs de l'arc-en-ciel avec le prisme?"

Objectifs: faire observer aux élèves la décomposition de la lumière solaire en rayons lumineux colorés.
-faire observer précisément les couleurs et le nombre des couleurs du spectre.

L'expérience est proposée par le maître.

Déroulement: 2x1h

effectif: 23 élèves

travail: par groupes de 4 élèves.

Situation problème: quelles sont les couleurs de l'arc-en-ciel et quel est leur nombre? (questions posées à la séquence n3)

Matériel: un petit prisme en verre, un cache en carton avec une fente étroite, une feuille blanche et un beau soleil. (Voir croquis).

Phase expérimentale:

Les élèves positionnent le prisme, la feuille blanche et le cache. Ils bougent le prisme pour obtenir les couleurs.

• Compte tenu de la luminosité, j'ai été amené à proposer de rajouter des bords au cache pour accentuer l'intensité des couleurs. (Voir croquis)
• Les élèves comptent les couleurs du spectre et notent dans l'ordre les couleurs observées sur une feuille.
• Les élèves discutent entre eux et avec le maître sur leurs observations, font des remarques.

Cahier d'expériences

Les élèves décrivent leur expérience dans le cahier d'expériences à partir d'une discussion en grand groupe.

1) Ils notent: le matériel qui leur a été nécessaire pour l'expérience, la façon dont ils s'y sont pris pour la réaliser.

2) Ils collent les notes qui ont été prises individuellement.

3) Ils dessinent leur expérience et la colle dans leur cahier.

4) Ils collent la feuille tapée par le maître qui récapitule les couleurs notées par les élèves.

5) Ils notent leurs observations:

• Il apparaît que tout le monde n'a pas le même nombre de couleurs et que l'ordre des couleurs n'est pas obligatoirement le même.
• Néanmoins, une grande moitié de la classe note les couleurs dans l'ordre suivant: violet-bleu-vert-jaune-orange-rouge (Voir feuille récapitulative -photocopie à faire)

6) Pour lever la question du nombre des couleurs et de leur ordre, j'ai proposé une petite feuille de définitions à retenir (Voir feuille) qu'ils collent dans leur cahier.

7) Ils notent les questions qu'ils se posent personnellement après leur expérience.

*Oralement, les élèves demandent pourquoi ils ne retrouvent pas dans leur expérience les 7 couleurs de l'arc-en-ciel. Il en manque une: l'indigo.

(Le phénomène de la perception physique des couleurs se réduit à un principe de symétrie avec celle des sons. C’est pourquoi la gamme chromatique de newton compte sept couleurs, dont l'indigo, qui est une couleur "inventée".)

Un nombre important de questions portent sur la transparence et la non -transparence des objets, sur la couleur de la lumière solaire (Pourquoi la lumière du Soleil est-elle blanche?), sur la façon dont se forme un arc-en-ciel.

8) Ils collent la feuille récapitulative des questions qu'ils se posent individuellement. Ils la lisent bien sûr et la commentent.

9) Ils effectuent un petit exercice: le coloriage dans l'ordre des couleurs de l'arc-en ciel à partir du document "à retenir". Objectif: bien mémoriser l'ordre et le nombre des couleurs de l'arc-en-ciel.

*A partir de ce point un travail possible se dégage des questions des élèves pour travailler sur les notions de transparence, d'opacité et sur la réflexion de la lumière.

Séquence 5: "obtenir un arc-en-ciel en classe"

Objectifs: conduire l'élève à découvrir que la lumière solaire, dite blanche, est composée de lumières colorées.
-Comprendre comment un arc-en ciel peut se former.

L'arc-en-ciel est un phénomène bien connu et la mise en évidence de la dispersion des couleurs d'une manière différente à l'aide d'une manipulation simple s'impose.

1)Situation problème: comment se forme un arc-en-ciel?

2)Matériel: une cuvette, de l'eau, un miroir, un carton blanc et la lumière solaire.

3)Obtention d'un arc-en-ciel

Un miroir est plongé dans une cuvette remplie d'eau posée au soleil. Un carton blanc servant d'écran est placé devant le miroir. Il faut rechercher l'inclinaison du miroir et la position de l'écran telles qu'un "arc-en-ciel" puisse être obtenu sur cet écran. Il peut tout aussi bien être obtenu sur le mur.

L'expérience est proposée par le maître.

4)organisation: les élèves observent et manipulent par groupe de 4.
-durée de la séquence: 2x1h

5) Les observations se font oralement et sont consignées par écrit dans le cahier d'expériences.

6)Schématiser l'expérience: Chaque élève dessine dans son cahier l'expérience telle qu'il se la représente.

• Toutes les étapes de travail telles que dans la séquence 4 sont reprises.

7) Observations et manipulations effectuées par les élèves.

Les élèves peuvent de nouveau observer les couleurs de l’arc-en-ciel, vérifier leur nombre et leur ordre.

Ils remarquent qu’il faut orienter correctement le miroir face au Soleil pour obtenir correctement le spectre des couleurs.

Ils remarquent qu’en faisant varier l’inclinaison du miroir, l’arc-en-ciel peut être projeté sur le mur, le bord de la cuvette ou disparaître.

Ils observent que l’intensité des couleurs se modifie en fonction de la luminosité extérieure. Ainsi remarquent-ils que les couleurs du spectre pâlissent puis disparaissent lorsqu’un nuage s’approche du Soleil et lorsque le nuage masque complètement celui-ci. De même pour l’opération inverse : plus le nuage s’éloigne plus les couleurs deviennent vives.

Ils remarquent que c’est la partie immergée du miroir qui projète l’arc-en-ciel : en effet en cachant avec un carton la partie du miroir qui est hors de l’eau, ils s’aperçoivent que l’arc-en-ciel est toujours présent.

Ils s’aperçoivent qu’en faisant bouger la surface de l’eau : " que les couleurs de l’arc-en-ciel se mélangent et bougent comme des vagues ".

Ils réussissent (plaisir suprême) à "  attraper " un arc-en-ciel dans leur main en la mettant entre le miroir et la feuille blanche.

Bilan personnel : ma participation à l’opération main à la pâte m’a permis

1. d’obtenir le matériel nécessaire à la mise en œuvre d’activités scientifiques avec les élèves,
2. de trouver des solutions aux problèmes soulevés par ces activités par la possibilité de questionner les formateurs de l’IUFM, les polytechniciens, ou de consulter le site internet
3. de commencer à modifier mes pratiques en matière d’activités scientifiques
4. de plus permettre à l’élève d’être acteur dans la construction de ses savoirs en lui faisant faire de nombreuses expériences.