Ombres et lumière
Fabienne Rappinet Ecole Maternelle Pasteur - Villepinte juin 2000

Thèmes précis abordés : La lumière et les ombres

Cycle: 1 : GS

SOMMAIRE

Première séance: faire des ombres

Deuxième séance: la taille des ombres

Troisième séance: la forme des ombres

Quatrième et cinquième séances: faire varier taille et forme à volonté

Sixième séance: le contour éclairé d'un objet

Septième séance: "les yeux de chat" ou la couleur des ombres

Huitième séance: transparence et opacité

Neuvième séance: fabrication de "diapositives"

 

Objectifs généraux:
- former des ombres
- déterminer les facteurs qui interviennent dans la formation d'une ombre
- connaître les propriétés optiques des objets.

 

Matériel par groupe:
- une ampoule de 10W
- un écran
- un support avec un té de golf
- un support avec une pince crocodile
- une balle de ping pong
- un carré en carton ( 4 cm x 4 cm)
- un rond en carton de diamètre 4 cm
- une étoile en carton
- des crayons à papier
- divers objets

Pour la classe:
- un projecteur diapositive
- un écran mural
- un transformateur

PREMIERE SEANCE: FAIRE DES OMBRES

OBJECTIF:

Savoir comment faire une ombre.

DEROULEMENT:

Entretien avec les enfants après la première séance :

PE: comment fait-on une ombre?
E: par exemple, on tient une étiquette sur l'écran, après on allume la lumière. On voit l'ombre mais pas les écritures.
PE: pourquoi?
E: on ne peut pas voir les couleurs, l'ombre des choses est toujours noire.
PE: a-t-on essayé de faire une ombre en couleur?
E: oui, avec un feutre vert et l'ombre était noire. Après on a pris un morceau de carton, c'était tout noir sauf qu'on voyait un trou.
PE: quel trou?
E: celui du carton; sur l'écran le trou était blanc.
PE: pourquoi était-il blanc?
E: on voyait un bout de l'écran.
PE: on ne voyait pas l'ombre du trou?
E: si; on ne voyait pas les écritures sur l'ombre du carton mais le trou, on l'a vu.
PE: pourquoi m'avez-vous dit que les ombres étaient toujours noires et maintenant que l'ombre du trou était blanche?
E: c'est normal parce que l'écran est blanc!
PE: que voit-on sur l'écran alors?
E: par exemple, si on fait des trous dans quelque chose, on verra plein de trous blancs.
PE: alors l'ombre des trous n'est jamais noire?
E: ça dépend des fois.
PE: si on prend un écran jaune?
E: quand on va allumer la lumière, on verra des trous jaunes.
PE: est-ce l'ombre des trous qui sera jaune?
E: oui, et l'ombre peut être rouge.
PE: comment? Vous m'avez dit que les ombres sont noires!
E: il faut prendre un écran rouge. Conclusion des enfants: les trous sont de la couleur de l'écran.
PE: vous pensez que l'ombre d'un trou prend la couleur de l'écran?
E: oui. Nous avons mis un morceau de carton troué devant un écran vert et les enfants m'ont dit:" tu vois, l'ombre du trou est verte".

 

DEUXIEME SEANCE: LA TAILLE DES OMBRES

OBJECTIF:

Connaître les facteurs qui font varier la taille d'une ombre.

MATERIEL:

Un support té de golf, une balle de ping- pong, un écran, une lampe.

DEROULEMENT:

 

TROISIEME SEANCE: LA FORME DES OMBRES

OBJECTIFS:

MATERIEL:
Par groupe: Pour la classe:

Temps prévu = 1 heure environ

DEROULEMENT:

QUATRIEME SEANCE

OBJECTIF:
Réinvestir les notions abordées lors des 2 séances précédentes (taille et forme d'une ombre).

MATERIEL: un crayon identique pour chaque enfant, écran et lampe.

DEROULEMENT:
Consigne 1: vous allez chercher comment faire l'ombre du crayon la plus grande possible sur l'écran. Vous devez d'abord vous mettre d'accord dans le groupe. (les lampes ne seront pas allumées pour que les enfants débattent sans manipuler.) Relever les propositions dans chaque groupe avant d'allumer et de les laisser vérifier leurs hypothèses.
Consigne 2: maintenant vous réfléchissez pour obtenir sur l'écran l'ombre du crayon la plus petite possible. Même démarche à savoir pas de manipulations avant les débats. Les enfants trouveront la solution en faisant tourner le crayon et en le plaçant perpendiculairement à l'écran. Cette fois l'ombre sera plus petite que l'objet lui-même.

CINQUIEME SEANCE

En prévision: suite à l'entretien après la 1 ère séance, il faudra démontrer aux enfants qu'on ne peut pas faire l'ombre d'un trou, qui d'après eux prend la couleur de l'écran.

Après une interruption des séances sciences de 2 semaines, nous reprenons le travail sur les ombres.

OBJECTIFS: Ils sont identiques à ceux des séances 2 et 3.

MATERIEL: Les lampes, les supports pinces, un rond, un carré et une étoile, les feuilles avec les dessins des contours d'ombres.

DEROULEMENT:
En grand groupe, rappeler les observations faites lors des séances précédentes:
- la taille d'une ombre peut varier.
- la forme d'une ombre peut varier.
Puis en petits groupes, essayer de nouveau de mettre l'ombre du rond à l'intérieur des dessins.
Même exercice avec l'ombre du carré.
Demander ce qu'ils pensent de l'ombre d'une étoile, quelle sera sa ou ses formes?
Après avoir manipulé, faire représenter les ombres observées du rond, du carré et de l'étoile sur le cahier d'expériences.
En grand groupe, conclure sur le fait qu'un objet peut avoir plusieurs ombres.

SIXIEME SEANCE: LE CONTOUR ECLAIRE D'UN OBJET

OBJECTIFS:
- comprendre que la forme de l'ombre dépend du contour éclairé de l'objet.
- comparer et analyser les traces écrites

MATERIEL: Lampes, supports tés de golf, balles de ping-pong percées de 2 épingles à grosse tête (une au "pôle nord" et une à "l'équateur"), feuilles.

DEROULEMENT:
Refaire formuler la conclusion de la séance 5: un objet peut avoir plusieurs ombres.
Présenter la balle de ping-pong aux enfants et leur demander leurs hypothèses quant à la forme de l'ombre. Noter les réponses.
Expliquer que dans chaque groupe, ils vont devoir choisir celui qui dessine à chaque nouvelle manipulation. (Ce sera la première fois qu'un groupe aura des représentations communes.)
Donner la balle de ping-pong avec les épingles et une feuille par groupe.
Consigne: " vous allez poser la balle sur le support et un seul dessinera ce que vous observerez. Vous pouvez avoir plusieurs dessins." Leur laisser environ 10 mn et les rassembler devant le tableau; afficher les feuilles de chacun des groupes. Commenter, comparer et tenter d'expliquer pourquoi il y a des dessins d'ombres différents. (la balle n'était pas posée de même façon sur le support ). Si besoin, refaire les manipulations devant le projecteur et observer sur l'écran mural.
Conclusion: la lumière éclaire le tour (introduire le terme contour) de l'objet et la forme de l'ombre dépend de ce contour.

BILANS DES SEANCES 5 ET 6

Les enfants sont capables de prévoir les formes des objets avant de manipuler: par exemple avec l'étoile, ils m'ont dit que "si on la met bien devant la lumière (bien = perpendiculaire à la lumière) on verra une étoile; si on la tourne (= parallèle à la lumière), on verra un trait et si on la tourne un peu, on verra la moitié d'une étoile" . Ils ont vérifié ensuite.
L'exercice où ils devaient remplir les dessins avec les ombres du rond et du carré a été très difficile: les enfants n'arrivaient pas à faire varier 2 facteurs à la fois: l'éloignement pour obtenir la taille de l'ombre et l'orientation pour obtenir la forme de l'ombre.
Ils ont dessiné les 3 formes possibles ( rond = soit rond soit ovale soit trait; carré = soit carré soit quadrilatère soit trait; étoile = soit étoile soit demi-étoile soit trait ) sur leur cahier. En ce qui concerne la 6ème séance, les enfants ont compris même s'ils ont du mal à formuler. Ils sont capables en regardant le dessin d'une ombre de montrer comment était posée la balle de ping-pong sur le support. En observant les dessins d'un groupe, ils ont dit qu'une de ces formes n'était pas possible et ont expliqué pourquoi. Ils ont juste dit que ce groupe s'était trompé en dessinant, remarque bien acceptée par le groupe en question.

Je vais faire les portraits en ombre chinoise des enfants de la classe. Nous allons également essayer d'observer dans la cour de récréation, un jour de soleil, un arbre ou un immeuble et son ombre puis représenter ce que l'on voit. (Les portraits ont été faits mais nous avons manqué de soleil pour le reste.)

SEPTIEME SEANCE: "les yeux du chat" ou la couleur des ombres

OBJECTIF:
- connaître la couleur des ombres.
- acquérir du nouveau vocabulaire: opaque et translucide.

MATERIEL:
- ensemble lampes écran...
- carton noir
- carton de couleur ( 3 ou 4 couleurs différentes )
- feuilles de couleur et feuilles blanches pour faire des écrans
- feuilles plastiques transparentes colorées
- perforatrices
- ciseaux
- projecteur diapos

DEROULEMENT:
1/ en grand groupe: je fais l'ombre d'un rectangle de carton noir sur le tableau; quelle est la couleur de l'ombre? Eteindre le projecteur. Je fais 2 petits trous dans le carton avec la perforatrice; demander "comment sera l'ombre du carton quand j'allumerai le projecteur?" Noter les réponses des enfants, à chaque fois qu'un enfant émet une hypothèse, lui demander de venir dessiner le résultat prévu au tableau. (mettre des feutres noir et de couleur à disposition). Une fois le dessin terminé, relever les réactions des autres et faire l'expérience directement sur le tableau pour vérifier immédiatement.
Demander: - quelle est la couleur de l'ombre du carton? - quelle est la couleur de l'image des trous? Proposer aux enfants d'appeler cette image "les yeux du chat".

2/ en petits groupes: Situation problème = vous devez trouver un moyen pour que les yeux du chat aient une couleur (rouge, jaune, verte... au groupe de choisir). Décrire le matériel mis à leur disposition sur une table commune: des feuilles de couleur fines ou en carton, des feuilles colorées en plastique, des perforatrices et du carton noir. (ne pas mettre les lampes en place, ne pas mettre de feuille blanches sur les écrans).
Consignes:
- vous devez discuter entre vous pour trouver une solution; aller chercher le matériel dont vous pensez avoir besoin.
- quand vous savez ce que vous allez faire, expliquez-le à Nicolas, à Marie-Pascale ou à moi.
- puis on allumera les lumières et vous essaierez.
- dessinez ensuite ce que vous avez fait sur votre cahier d'expériences. (dictées à l'adulte)

3/ mise en commun des résultats: Rassembler les enfants sur le tapis et demander à un rapporteur de chaque groupe d'expliquer comment ils ont procédé, il fait la démonstration. S'ils ont utilisé du carton de couleur, lui demander pourquoi?
Les réponses attendues sont les suivantes:
- ils ont fait une ombre sur un écran de couleur.
- ils ont mis du plastique translucide (filtre) sur le carton troué et ont fait l'ombre de l'ensemble sur un écran blanc.
En cas de blocage:
- allumer les lumières plus tôt.
- leur demander de faire l'ombre d'un objet découpé dans du carton de couleur, avec 2 trous, de dire et de dessiner ce qu'ils voient.

 

COMPTE-RENDU DE LA 7ème SEANCE:

Les enfants ont bien apprécié cette séance.
Ils ont beaucoup expérimenté; ont voulu tous participé et aller chercher le matériel mais malgré la présence de nombreux adultes, la séance s'est déroulée sans trop de chahut.
1/ en grand groupe, la réponse à la question comment sera l'ombre, les enfants ont répondu:
- noire avec 2 trous blancs
- avec 2 trous noirs
- avec 2 trous blancs mais très petits
2/ en petits groupes, les enfants ont percé des trous dans tous les papiers mis à leur disposition.
- certains ont pris tout de suite un écran de couleur et un carton de couleur (Alexandra M.)
- Pierre-Alain a percé une feuille de carton de couleur et remarqué que les "yeux" n'étaient pas en couleur.
- d'autres ont placé les transparents colorés devant la lumière et ont remarqué que les ombres étaient colorées.
Par la suite, 2 groupes ont placé les "filtres" entre l'écran et les trous. Remarque d'Alexandra M.: "c'est normal parce que ça passe à travers!"

HUITIEME SEANCE: TRANSPARENCE ET OPACITE

Cette séance va me servir d'évaluation: chacun a l'impression d'avoir tout compris sur les ombres colorées ou noires... Ils "saturent" un peu sur le phénomène ombre et je réalise qu'en Maternelle, il ne faut pas rester trop longtemps sur le même thème (nous avons commencé l'étude des ombres à la rentrée des vacances de Pâques, cela fait déjà 2 mois.)

MATERIEL DISPONIBLE SUR LES TABLES:

Lampe et écran blanc; pot en verre incolore; morceau de bouteille plastique incolore; carton recouvert d'aluminium; papiers et cartons de toutes les couleurs, papier noir; morceaux de plastique transparents colorés (genre intercalaires de classeur); morceaux de plastique opaque...

DEROULEMENT:

1/ en grand groupe, mettre en commun les résultats obtenus lors de la séance précédente: Un rapporteur reprend le matériel utilisé et fait la démonstration de ce qu'avait fait son groupe la semaine d'avant. - remarquer quelle couleur de carton ils ont utilisé, en couleur ou noir, pourquoi? - enregistrer les commentaires au Dictaphone, (insister sur la transparence des matériaux utilisés si les enfants ne le font pas).

2/ en petits groupes, leur proposer différents objets transparents ou non, leur demander de mettre d'un côté ceux qui auront une ombre noire une fois devant la lumière, et d'un autre côté ceux qui auront une ombre colorée. Tout ceci avant d'allumer les lampes bien sûr.

Une fois le classement terminé, mettre de côté toutes les choses ayant une ombre noire et expérimenter avec celles aux ombres colorées. Noter les objets pour lesquels ils se seront trompés.

3/ Synthèse en grand groupe: comparer les résultats et commenter si différents.

 

COMPTE-RENDU 8 ème SEANCE:

C'est la première fois que les enfants font n'importe quoi! Ils n'ont pas fait attention aux consignes, ne se sont pas écoutés, n'ont pas coopéré, enfin bref... la séance fiasco par excellence! Je confirme: ils en ont assez. Je veux pourtant conclure. Je suis sûre que malgré le bazar le plus complet, certains ont encore progressé dans leur compréhension des ombres.

Jeudi matin, deux jours après, en grand groupe, tout est "digéré"; je dois leur faire confiance mais je doute pourtant après chaque séance où ça n'a pas fonctionné comme prévu. A la question "qu'avez-vous observé mardi en sciences", ils me répondent que les ombres sont en couleur quand les objets mis devant la lumière sont transparents! Le mot est connu de tous.
Alexandra répète que ça passe à travers; je lui demande quoi? Et Cindy: "ben, la lumière!" Les autres confirment: "la lumière peut passer à travers les choses transparentes et l'ombre est en couleur. Si tu prends une chose où la lumière ne passe pas, tu as une ombre noire!!!" Je leur explique le terme opaque, ils l'utilisent ensuite pour me réexpliquer leur conclusion.
Encore plus fort! Ils dessinent comment ils ont réussi à faire des "yeux en couleur" sur une ombre noire. Quelques uns représentent le faisceau lumineux qui passe à travers les objets transparents. Je n'en reviens pas. Et les voilà qui me parlent du projecteur de diapositives et qui m'expliquent que "ça marche avec des dessins sur des plastiques transparents et les images sont en couleur sur l'écran". Je leur propose d'essayer la prochaine fois de réaliser ce qu'ils viennent de m'expliquer: la diapositive.

 

NEUVIEME SEANCE: FABRICATION D'UNE DIAPOSITIVE

La séance promet d'être riche d'autant qu'ils n'ont rien fabriqué depuis le début des "expériences" et la technologie leur plaît tellement.

Matériel demandé par les enfants:
- divers papiers opaques en couleur
- plastiques transparents colorés
- plastiques transparents incolores
- outils pour percer: perforeuse, poinçon
- ciseaux, colle, feutres et crayons de couleur
- des feutres "exprès" (qui ne s'effacent pas et qui écrivent sur le plastique) : je leur donne des velledas et autres feutres prévus pour écrire sur des transparents.
- le projecteur diapo pour les essais

Les enfants sont installés par groupe de 4 mais doivent réaliser chacun leur image. La coopération et les discussions sont bien entendu conseillées. Le matériel est rassemblé sur 2 tables communes et chacun va chercher son matériel. Prendre des photos si possible des différentes réalisations.
Commentaires à chaud le soir même de la séance: Ils sont fantastiques! Nous avons passé une heure et demi de rêve.
Tous ont fabriqué "une image dont le dessin en couleur serait visible sur l'écran".
- certains ont dessiné sur du plastique en couleur avec des feutres de couleur

- certains ont réalisé un piquage: leur dessin est tracé grâce aux trous percés dans le plastique coloré

- certains ont utilisé un fond transparent coloré et collé des formes en papier opaque dessus. ( avant de faire l'essai devant le projecteur, ils m'ont dit que leur dessin serait noir sur l'écran mais avec un tour en couleur.

- 4 filles ont dessiné sur une feuille de papier en couleur. Elles ont essayé des tourner leur feuille mais quand je leur ai demandé pourquoi je ne voyais pas leur dessin sur l'écran, elles m'ont dit qu'elles avaient utilisé des feuilles opaques.

Ils ont discuté leur façon de faire, regardé les productions de leurs voisins, fait plusieurs productions différentes chacun ( en changeant le support, en collant , en perçant...).

La cerise sur la gâteau: ils ont tous rangé la classe et tellement bien que l'A.T.S.E.M. ne voulut pas les croire quand ils lui ont raconté qu'ils avaient fabriqué des "diapositives", plus un morceau de papier par terre, tout à sa place, à peine une tache de colle sur les tables.

 

 

MOT DU MAITRE

Cette étude des ombres a duré deux mois, les enfants ont continué à jouer avec la transparence en activités plastiques libres pendant un bon moment. Je les ai vus dans la cour essayer de modifier des ombres (arbres, enfants, ballons...) et venir m'interroger sur ce qu'ils observaient car avec les ombres provoquées par le soleil, cela ne "marchait" pas comme avec nos lampes dans la classe.

Les 4 premières séances ont été filmées; la vidéo apporte beaucoup à l'enseignant qui "passe à côté" des discussions intéressantes internes aux groupes, ou des manipulations toujours plus surprenantes des enfants! Seulement il faut une seconde personne présente et ça c'est une autre histoire...