European Journal of Education Studies
ISSN: 2501 - 1111
ISSN-L: 2501 - 1111
Available on-line at: www.oapub.org/edu
Volume 3 │Issue 5 │2017
doi: 10.5281/zenodo.495468
REPRÉSENTATIONS MENTALES DES ÉLEVÉS DE 10-12 ANS
SUR LA FORMATION DES OMBRESi
Alyona Grigorovitch,
Dimitri Nertivich
Primary Education, Russian Federation
Résumé:
L’étude des représentations mentales des élèves des concepts et des phénomènes en
physique constitue un enjeu central de la recherche de la didactique des sciences, car
elles jouent un rôle essentiel dans l’enseignement. Dans l’étude présentée ici, nous
étudions des représentations mentales de 229 élèves de 10 à 12 ans sur la formation des
ombres. Les données empiriques ont été recueillies à travers une interview à l’aide
d’une discussion ouverte et deux tâches. Les résultats de la recherche montrent que les
représentations provoquent des difficultés dans la compréhension de la formation et la
position d’une source lumineuse par rapport à l’ombre.
Mots-Clés: représentations, ombres, enseignement primaire, physique
Abstract:
The study of students’ mental representations of physics concepts and phenomena
constitutes a central issue of Science Education research, as they play a critical role in
teaching. In the study presented here, we investigate 229 10-12 year-old students’
mental representations of the formation of shadows. The empirical data was gathered
through an interview using an open discussion and two tasks. The research data
included representations that cause difficulty in the comprehension of the formation
and the position of a light source in relevance to the shadow.
Keywords: representations, shadows, primary education, physics
MENTAL REPRESENTATIONS OF STUDENTS OF 10-12 YEARS OLD ON THE FORMATION OF
SHADOWS
i
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REPRÉSENTATIONS MENTALES DES ÉLEVÉS DE 10-12 ANS SUR LA FORMATION DES OMBRES
1. Introduction
Il est aujourd’hui généralement admis, que l’enfant dans son milieu social, naturel,
culturel et éducatif, construit d’entités mentales à travers lesquelles il interprète les
phénomènes du monde physique. Ces entités qu’on appelle préconceptions, idées
spontanées ou représentations présentent un caractère dynamique, développemental et
évolutif (Piaget, 1930, 1971; Weil-Barais, 1985). La question de la construction des
représentations des enfants, occupe une place importante dans le cadre de la recherche
en Didactique des Sciences Physiques et Naturelles. Bien entendu cette importance est
reconnue par un grand nombre des recherches consacrés à l’étude des représentations
mentales des élèves par rapport à certains concepts des sciences (Driver, Guesne &
Tiberghien, 1985; Martinand, 1986; Johsua & Dupin, 1993; Osborne & Black, 1993;
Driver, Squires, Rushworth & Wood-Robinson, 1994; Tiberghien, 2008; Ravanis, 2017).
Ainsi dans la mesure où les représentions à travers lesquels l’élève approche le
monde des phénomènes physiques se trouvent en opposition et/ou en incohérence avec
les modèles scientifiques, les recherches en Didactique des Sciences Physiques visent à
la réalisation des séances d’enseignement susceptibles de favoriser la construction de la
pensée scientifique (Castro, 2013; Castro & Rodriguez, 2014; Ntalakoura & Ravanis,
2014; Rodriguez & Castro, 2016).
Dans nombreuses recherches qualitatives ou quantitatives centrées sur la
question de la compréhension du phénomène d’ombre par les enfants de
à 3 ans a
été souvent confirmé que l’obstacle essentiel consiste au mécanisme de l’interaction de
la lumière comme entité propagée dans l’espace avec les obstacles opaques Tiberghien,
Delacote, Ghiglione & Matalon, 1980; Andersson & Karrqvist, 1982, 1983; Guesne, 1984,
1985; Feher & Rice, 1988; Dedes & Ravanis, 2007, 2009; Chen, 2009; Métioui & Trudel,
2012; Grigorovitch, 2015). En réalité les enfants ont eu des difficultés à comprendre que
l’interposition d’un objet non transparent dans la trajectoire des rayons lumineux
empêche le passage de la lumière. « C’est-à-dire que ces recherches ont constaté que la
majorité des enfants entre
et
ans et l’ensemble des plus jeunes ont des difficultés à
comprendre l’ombre comme produit d’un obstacle non transparent à la propagation de
la lumière » (Nertivich, 2016, p. 104). En plus cette approche peut permettre aux enfants
de se représenter l’ombre non pas comme un objet dont l’existence dépend de l’absence
ou de l’empêchement de la lumière qui la constitue, mais comme un objet ayant une
existence autonome.
En plus, basés sur les chercheurs qui ont étudié le phénomène de la formation
des ombres chez la pensée des enfants, on constate souvent un certain nombre des
difficultés diverses : les positions des ombres par rapport aux sources lumineuses et aux
obstacles, la reconnaissance du plan correct de projection d’une ombre, la
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correspondance entre le nombre des lampes et celui des ombres. Dans ce cadre les
explications fournies par les élèves centrées uniquement sur les ombres, les obstacles ou
la lumière, elles ne construisent pas des liens nécessaires entre le couple ombre et
lumière médiatisé par l’obstacle Ravanis,
,
Dumas Carré, Weil-Barais,
Ravanis & Shourcheh, 2003; Parker, 2006; Resta-Schweitzer & Weil-Barais, 2007;
Tantaros & Ravanis, 2009; Voutsinos, 2013).
À cet article, nous présentons les résultats d’une recherche sur les
représentations naïves des élèves de 10-12 ans à propos de la formation des ombres.
Notre effort a été tendu dans une perspective descriptive, à l’examination des idées
spontanées des sujets avant qu’ils réalisent des activités systématiques à l’école. Nos
questions de recherche donc s’orientent vers :
1. L’interaction lumière-objet comme cause physique de la formation de l’ombre.
2. L’empêchement de la lumière qui crée un champ d’ombre à l’espace et non
seulement sur les surfaces de projection de l’objet qui a participé en tant
qu’obstacle à la formation de l’ombre.
3. La correspondance entre le nombre des sources lumineuses et celui des ombres.
2. Méthodologie
2.1 La procédure et l’échantillon
À cette recherche ont participé 229 élèves (109 de 10 à 11 ans et 120 de 11 à 12 ans) de 14
différentes classes de l’école primaire ont participé à cette recherche. Les sujets de cet
échantillon, n’ont pas reçu auparavant d’intervention didactique structurée et
expérimentale dans le laboratoire de l’école sur le phénomène de la formation de
l’ombre et leurs performances scolaires étaient moyennes selon l’évaluation de
l’enseignant. L’identification des représentations mentales des élèves a été réalisée au
moyen d’interviews individuelles semi-directives. Chaque interview a duré presque 15
minutes. Toute la procédure a eu lieu dans les laboratoires des écoles spécialement
aménagés à cette intention.
2.2 Le tâches proposées
La compréhension par l’élève du rapport de cause à effet qui rend compte du
phénomène de la formation de l’ombre a été testée à travers des entretiens individuels
dans leurs situations, dont la deuxième et le troisième comportent le support
expérimental nécessaire. Ce dispositif est l’une des multiples possibilités qu’on peut
utiliser afin de discuter aux divers niveaux d’explication du phénomène. Plus
concrètement:
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Tâche 1 En utilisant une lampe de poche et d’objets différents, nous demandons
aux enfants de nous expliquer le mécanisme de la création de l’ombre à travers les
questions suivantes «Qu’est-ce que c’est un ombre?», «Comment une ombre se forme-telle?», «Quand est-ce qu’une ombre se forme?».
Tâche 2 : Avec une lampe de poche que nous posons face à une boîte
d’allumettes soutenue d’une façon approprié, nous formons une ombre sur un écran
qui se trouve à une distance de la boîte. Nous demandons aux enfants de nous indiquer
trois places dans l’espace entre la boîte et l’écran où une allumette que nous supposons
y poser ne sera pas directement éclairée par la lampe. Cette question est posée avec
l’objectif de vérifier si les enfants reconnaissent que l’ombre est créée, non seulement
aux points de l’espace où ils peuvent la percevoir directement (comme par exemple sur
l’écran ou juste derrière la boîte , mais aussi à l’espace intermédiaire.
Tâche 3 : Nous avons présenté aux enfants une photo (Figure 1) dans laquelle on
peut observer une boule et deux ombres sur un plan horizontal. Les ombres sont formés
par deux torches et la boule qui est visible sur la figure et se place comme un obstacle
entre les torches et le plan. Nous demandons aux enfants de nous montrer la place de
laquelle « la balle est éclairée», c'est-à-dire, la position et le nombre des sources
lumineuses.
Figure 1
Dans toutes ces tâches, nous avons posé la première question et ensuite, basés sur la
réponse de chaque sujet, un dialogue s’ensuit qui était terminée lorsque nous avons eu
une image claire de la représentation de chaque enfant.
3. Résultats
Les réponses reçues durant les entretiens ont été classées en deux catégories :
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a) Réponses suffisantes : Nous avons considéré comme réponses suffisantes celles qui
étaient suivies d’une explication satisfaisante du point de vue du modèle scientifique de
l’optique géométrique. Il s’agit des réponses qui:
à la première tâche reconnaissent le mécanisme de la formation des ombres (p.
ex. « ....la table empêche la lumière....elle ne peut pas passer par là et il se forme une table
obscure sur le sol.... », «
.. par exemple la lumière ne peut pas passer à travers le
bois……et ça forme l’ombre…. »),
à la deuxième tâche prévoient et expliquent correctement que l’ombre existe, non
seulement sur le carton ou juste derrière la boîte, mais aussi à l’espace
intermédiaire (p. ex. « …l’ombre…… il y a partout entre le carton et la boite….. »,
«
.. j’imagine que entre cette table et le mûr il y a une ombre à l’air… mais elle est
invisible….) et
à la troisième tâche peuvent expliquer suffisamment la correspondance entre le
nombre des ombres et les sources lumineuses (p. ex. « Deux ombres…… deux
lampes….. pour cette ombre une lampe là et pour l’autre une lampe juste en face….. »,
«
. on a deux ombres par deux lampes. Si on avait trois ombres on y avait trois
torches »).
b) Réponses insuffisantes. Pendant les interviews nous trouvons d’enfants qui n’arrivent
pas à acquérir les éléments principaux d’un modèle de la formation des ombres
compatible au scientifique. Sont regroupées ici les réponses qui :
à la première tâche n’évoquent pas la relation entre la lumière et l’objet pour la
formation de l’ombre p. ex. « …il y a la lampe et mon pied … c’est pour ça que
l’ombre est comme mon pied… l’ombre se forme par mon pied », « Quand on utilise des
sources
[lumineuses]
on
peut
voir
quelques
fois
les
ombres
des
choses.
[Expérimentateur : mais comment elles se forment ?] Elles se forment par l’objet…..
et la lumière…. »),
à la deuxième elles ne peuvent pas reconnaître que l’ombre existe dans l’espace
entre le carton et la boîte (p. ex. « L’ombre est sur le carton….. elle est là… [il
montre] », «
mais dans l’air il n’y a pas de l’ombre….. elles sont toujours sur les
choses ») et
à la troisième tâche ne reconnaissent pas que l’existence de deux ombres
présuppose la présence de deux sources lumineuses (p. ex. « Peut-être il y a une
lampe au milieu…. elle produit deux ombres de la boule…. Mais je ne sais pas comment
ça peut arriver…. », « Je ne sais pas comment nous pouvons former deux ombres….
Peut-être il y a deux reflets sur la boule… parce qu’elle est ronde…. »).
Le tableau présente les réponses des sujets des deux groupes aux trois tâches proposées.
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Tableau 1: Réponses des sujets du groupe expérimental et du groupe contrôle
Fréquences
Age 10-11
Réponse
Tâche 1
Tâche 2
Tâche 3
Age 11-12
Suffisante
9
8.3%
19
15.8%
Insuffisante
100
91.7%
101
84.2%
Suffisante
11
10.1%
15
12,5%
Insuffisante
98
89.9%
105
87.5%
Suffisante
5
4,6%
10
8.3%
Insuffisante
104
95,4%
110
91.7%
En analysant les résultats on n’a pas constaté de différences statistiquement
significatives entre les deux groupes.
4. Discussion
L’analyse des données a constaté les différents types des représentations et nous a
conduit à la formulation des modèles mentaux des enfants sur la formation des ombres.
Les résultats obtenus à la première tâche montrent que la grande majorité des enfants à
des difficultés à ce qui concerne la cause physique de la formation des ombres étant
donné que seulement . % et
. % parmi les élèves de l’échantillon choisi. Ces enfants,
qui dans leur compréhension des phénomènes liés à la formation des ombres, font
preuve d’un type de argumentation que nous pourrions appeler "intuitif". Les résultats
à la deuxième et la troisième tâche, indiquent que majoritairement pour les enfants
. % et
. % pour la deuxième et
, % et
. % pour la troisième tâche l’ombre est
plutôt un produit relatif aux situations diverses, que à une construction logique basée
aux interactions des objets opaques avec la lumière. Ceci correspond à une
interprétation sociale commune centrée sur les aspects perceptifs. Le manque des
raisonnements basés sur l’empêchement de la lumière par les objets constitue une
entrave à une conception de l’ombre comme absence de la lumière à une surface
donnée.
En ce qui concerne les perspectives didactiques et pédagogiques ces résultats
nous conduisent à considérer que l’obstacle essentiel a trait à la difficulté de considérer
que l’ombre est le produit d’une interaction des entités naturelles spéciales. Cette
difficulté a évidemment des incidences au plan de la gestion de la classe ou du
laboratoire, étant donné que la transformation de représentations mentales de l'élève
formées hors de l’école ne peut pas se produire de façon spontanée. C’est-à-dire que la
compréhension du phénomène de la formation de l’ombre dépendrait d’une activité
guidée de déstabilisation didactique susceptible de permettre à l’enfant d’effectuer de
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nouvelles modélisations et d’inférer des explications pertinentes des phénomènes
physiques observés.
En réalité, si l’ombre est le produit d’une simple coexistence d’une source
lumineuse ou de la lumière et d’un objet, il est impossible d’approcher n’importe quel
problème se rapportant aux phénomènes impliquant la formation d’un ombre comme
par exemple la correspondance du nombre des sources et des ombres, la projection des
ombres aux plans verticales ou horizontales (Esgalhado & Rebordao, 1987; Gallegos
Cázares, Flores Camacho & Calderón Canales, 2009). Par conséquent, la reconnaissance
de la formation l’ombre est le produit de l’interaction de la lumière et d’un objet
opaque, c’est-à-dire que l’interposition d’un objet non transparent dans la trajectoire des
rayons lumineux empêche le passage de la lumière. Cette recherche a été effectuée dans
le cadre de la mise au point d’une approche de niveau de la compréhension du
phénomène d’ombre par quelques élèves de l’enseignement primaire. À partir de ces
résultats on a décrit quelques pistes nouvelles pour une planification d’activités
didactiques sur les ombres pour les élèves de l’école primaire. Un enseignement efficace
devrait surtout avoir comme objectif le franchissement de l’obstacle concernant le
mécanisme de la formation de l’ombre et aussi la différenciation d’une façon
significative des représentations mentales des enfants et la construction d’un modèle
compatible au scientifique. Dans cette perspective est primordiale le rôle des
interactions systématiques et spécialement orientées, c’est-à-dire l’effort du guidage de
l’élève vers une démarche de preuve dans la reconstruction de ses représentations
spontanées.
En plus, il semble que ces résultats pourraient être utiles comme base de
référence à la formation des enseignants de l’école primaire. Du point de vue
didactique, nous devons signaler l’importance de la résistance de représentations naïves
de la formation de l’ombre. Ainsi, l’utilisation de stratégies didactiques fécondes et la
valorisation d’arrangements expérimentaux pertinents paraissent nécessaires afin de
déstructurer et restructurer ce type de représentations intuitives et spontanées et
surtout dans des conditions régulières de classe et de l’environnement scolaire.
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