Miroirs et réflexions

Auteurs : Equipe La main à la pâte(plus d'infos)
Résumé :
[Module] - Ce dossier propose de faire le lien entre quelques notions relatives à la lumière - qui relèvent du programme de l'école primaire- et les objets comprenant des miroirs, qu'ils soient familiers des enfants, ou présentés par le maître. Les enfants s'intéresseront donc plus spécifiquement aux phénomènes de réflexion et fabriqueront un kaléidoscope ou un périscope
Durée :
1 douzaine de séances
Copyright :
Creative Commons France. Certains droits réservés.

 

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Un questionnement pour lancer les activités

Le démarrage peut se faire, avant toute manipulation, par un questionnement très simple : « Qu’est-ce qu’un miroir ?, Que peut-on y voir ? » suivi par un classement des réponses lors de la mise en commun qui identifie différentes fonctions du miroir.

Séquence 1 :  Le miroir, objet d’études : premiers enjeux (CP-CE1) : 4 séances

Enjeux de familiarisation
• Pouvoir choisir la position du miroir en fonction de ce qu’on veut voir :
- Faire en sorte que l’enfant ne considère pas le miroir comme objet familier ou de jeu, mais comme objet d’études, et l’amener à entreprendre des investigations.
- L’amener à comprendre qu’on ne se voit pas « en vrai » dans un miroir. On voit un reflet, une image de soi.
- Enrichir et préciser le vocabulaire utilisé pour rendre compte des situations vécues : miroir, verre, glace, reflet, image, plafond, à l’envers, droite, gauche ; symétrie, plan de symétrie, parallèle, perpendiculaire, orientation... mais aussi vocabulaire désignant les parties du corps, les vêtements, les couleurs...
Matériel
• Le matériel nécessaire pour mener les premières activités est très facile à rassembler :
- 1 grand miroir (fixe) pour la classe ;
- 1 petit miroir (10 cm sur 15 cm environ) pour 2 élèves.

Séance 1 : Se voir

Pour commencer, on peut ne pas donner de consigne précise. On guidera les enfants pour leur faire observer l’inversion haut/bas et l’inversion droite/gauche.

Séance 2 : D'autres images dans le miroir

Puis un balayage leur permettra, sans se retourner, de voir -sous forme de reflet dans le miroir- les murs,et les meubles de la classe qui ne sont pas dans leur champ de vision direct.

Séance 3 : Toi et moi

Des expériences sont ensuite menées à deux.
Deux enfants s’assoient face à un miroir ou un enfant est assis face à un miroir, un autre est debout derrière lui . Ils tentent de répondre aux mêmes questions : « Que vois-je de mon voisin ? Quelles parties de mon corps mon voisin voit-il de moi ? »

Séance 4 : Parcours ou objets cachés

• Muni d’un miroir, un enfant doit réaliser un parcours à reculons, sous l’œil de camarades qui veillent à ce qu’il suive parfaitement le chemin tracé.
• Des images sont dissimulées sous les tables des enfants. À l’aide d’un miroir, chacun devra identifier, tout en restant assis à sa place, ce que représentent ces images, puis dessiner la situation.

Séquence 2 : La symétrie des objets et des images (CP-CE1-CE2)

Enjeu : Découvrir les inversions, dans le miroir, de lettres, chiffres, prénoms ou objets, ainsi que les particularités de ces objets virtuels que sont les « images ».

Jeu des lettres capitales : miroir debout, lettre debout. (1 à 2 séances)

Matériel (pour deux enfants)
- un miroir.
- petits chevalets comportant les lettres de l’alphabet en capitales (que les enfants auront éventuellement confectionnés eux-mêmes).
But de l’activité
L’activité consistera à placer un chevalet devant le miroir et à constater (ou anticiper) l’effet d’inversion qui peut se produire selon la lettre choisie.

• Au cycle 2, il ne faudra pas négliger l’étape importante de familiarisation.
• On peut ensuite demander aux enfants ayant déjà fait quelques constatations d’inversions, de prédire ce que donnera l’image de la lettre avant de placer le chevalet devant le miroir.
• Après la mise en commun des observations, les enfants vont donc devoir classer les lettres selon que leur image se trouve ou non inversée dans le miroir.

   


Situations de réinvesti  ssement (1 séance)

Enjeu : Différentes typographies, différentes couleurs, différentes tailles pour une même lettre permettront de voir ce que le miroir modifie et ce qu’il ne modifie pas. (i ou I… l ou L, a ou a)

• En observant l’ensemble des lettres dont l’image n’apparaît pas inversée dans les conditions d’observation prévues, on constate que ce sont « des lettres qu’on peut plier en deux ».
• En proposant l’utilisation des minuscules, on fera encore d’autres découvertes, par exemple que les lettres imprimées n’ont pas toutes la même typographie.
• Les plus grands pourront s’essayer à écrire des mots dont ils pensent qu’ils ne seront pas modifiés, en précisant dans quelle position respective du miroir et de la lettre, avant de tester.

Séquence 3 : Utiliser un miroir transparent coloré (1 séance)

Enjeux
• Repérage de l’équidistance de l’objet et de l’image au plan de symétrie.
• Repérage de l’orientation des objets, de la conservation des formes et des couleurs.
Matériel (pour 6 élèves)
• Assortiment de blocs logiques, dont certains en double.
• Cubes.
• Plaque miroir transparente.
• Miroir opaque (§ « Exploration 2 »).

Exploration 1 : Le miroir ne modifie pas la forme ni la couleur de l’objet 

• L’enseignant pose un objet (bloc logique) devant le miroir, et donne la consigne de :
– choisir, parmi les blocs logiques disponibles, un objet semblable à ce modèle (forme, taille) ;
– le positionner convenablement (distance, orientation) de l’autre côté du miroir transparent, en regardant à travers.
Par tâtonnement, les enfants trouveront la position exacte qui permettra la superposition à l’image.

Exploration 2 : première approche de la symétrie par rapport au plan du miroir.

• Les enfants placent un cube devant le miroir opaque, puis un autre derrière, à la place où ils estiment que l’image de cet objet se formera. Le miroir est ensuite remplacé par une plaque miroir transparente colorée. Ils ajustent alors le miroir et/ou les cubes pour que l’image du premier cube se superpose exactement avec le « cube image » qu’ils ont posé. Cette manipulation leur permettra un retour critique sur leur prévision, et donc d’améliorer les anticipations dans les manipulations qui suivront.

Séquence 4 : Jouer sur l’orientation de deux miroirs

Enjeux
Cycle 2
• Constater que les miroirs reflètent les objets réels, mais aussi les images.
• Réussir à multiplier une image avec plusieurs miroirs.
Cycle 3
• Approcher de façon empirique la relation entre l’angle de deux miroirs et le nombre d’images multiples observables.
• Comprendre le rôle des miroirs dans un kaléidoscope, un périscope.

Familiarisation

• Dans un premier temps, les enfants utiliseront les miroirs pour se voir, se dessiner, puis étudieront l’image d’objets ou leur propre image.

Exploration : deux miroirs assemblés (1 séance)
Matériel (pour 2 élèves)
– 2 miroirs assemblés par la tranche (les faces réfléchissantes se faisant face).
– Petits personnages.
 
• Les élèves remarquent aussitôt la multiplication des images lorsqu’ils placent un objet dans l’angle constitué par les deux miroirs. Comme tous les groupes n’obtiennent pas d’emblée une même multiplication, l’enseignant encouragera les enfants à aller regarder dans l’ensemble des miroirs, sans les bouger. Très vite, ils mettront en relation l’ouverture des deux miroirs et le nombre d’images observées.

Constructions d’objets : Fabriquer un kaléidoscope ou un périscope ( plusieurs séances)
• Plusieurs approches sont possibles : le démontage d’un objet du commerce, ou encore la réalisation de prototypes à partir de conceptions enfantines. L’enseignant peut aussi présenter un kaléidoscope qu’il a lui-même construit, et que les enfants devront reproduire.
voir sur le site de La main à la pâte, dans la rubrique Activités : Travailler sur la lumière : des objets qui contiennent des miroirs.
 

Séquence 5 : Le miroir, source de lumière (2 séances)

Enjeux
• Le miroir peut aussi être un outil qui sert à renvoyer de la lumière. Un miroir n’éclaire pas, il renvoie la lumière (du Soleil, d’une lampe).
Pour renvoyer la lumière où on le souhaite, il faut orienter le miroir dans une direction à déterminer selon la position de la source primaire et le lieu visé. Cela peut se faire de façon empirique et/ou en utilisant qualitativement les lois de la réflexion (angle d’incidence = angle de réflexion).


Miroirs, cibles et lampes de poche

Matériel
• Un petit miroir, une lampe torche (ou lampe de poche) pour deux élèves.
• Un projecteur de diapositives (pour la classe).

• La première séance se déroule dans une salle de classe où l’obscurité doit être faite. Avec un miroir, les enfants s’amusent à faire rebondir le rai de lumière de la lampe de poche sur une cible.

• Pour bien percevoir les conditions nécessaires à la réflexion, on peut proposer ensuite aux élèves, par petits groupes, d’éclairer à l’aide de leur miroir (lui-même éclairé par une torche) trois cibles désignées.
– Fixer une lampe torche, à plat sur une table, permet d’étudier les déplacements de la tache de lumière en fonction des positions d’un miroir que l’on fait pivoter.
– En opérant dans une salle sombre avec un projecteur comme source de lumière, le trajet de la lumière peut être mieux perçu.

Miroir mobile au soleil

• Avec une règle en plexiglas, on peut capter un rai de lumière pour le renvoyer sur le plafond.
Pour refaire cette expérience avec des miroirs, il faudra s’installer plutôt en extérieur, et faire viser des cibles sur différents murs de l’école, à partir d’endroits multiples (y compris placés à l’ombre !).
On pourra alors travailler à partir des propos exprimés selon deux entrées :
– Quel vocabulaire employer pour décrire la situation ?
– Y a-t-il un sens dans le trajet de la lumière, lequel ?

 

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