Ombres et lumière

Défis scientifiques "Ombres et lumière"
Auteurs : Nicolas DEMARTHE(plus d'infos)
Résumé :
Quelques idées de défis pour l'enseignant, pour des élèves de tous niveaux.
Publication : 4 Juillet 2016
Matériel :

Voir dans le corps du texte.

DEFI n°1: QUI SUIS-JE ?

Objectif

Identifier la forme d’une ombre, déterminer ce qui a permis de la créer et être capable de la refaire.

Niveau

Tous niveaux

Matériel

  • Photos d’ombre
  • Fiche Défi n°1
  • Des lampes (une par groupe)
  • Feuilles blanches et Akiplaques (une par groupe)
  • Un projecteur et un drap blanc (pour la classe)

Déroulement

Des photos d’ombres sont distribuées aux élèves (fiche Défi n°1).

Dans un premier temps, les élèves doivent identifier ce qui a permis de créer ces ombres. Ils indiqueront (en dictée à l’adulte pour les petits) sur la fiche Défi n°1 en dessous de chaque photo ce à quoi ils pensent.

Puis dans un second temps, l’enseignant attribuera une photo par groupe et les élèves devront réaliser eux-mêmes l’ombre qui y figure. Les élèves utiliseront une lampe pour recréer cette ombre.

La mise en commun permettra à chaque groupe de présenter ses résultats.

 

DEFI n°2: DEVINE CE QUI SE CACHE DERRIERE LES OMBRES

Objectif

Reconnaître un objet à partir d’une photo de son ombre

Niveau

Tous niveaux

Matériel

  • Fiches Défi n°2 et 2b (au format A4) plastifiées
  • Des photos plastifiées d’objets
  • Patafix

Déroulement

Les deux fiches Défi n°2 sont distribuées à chaque groupe.

Dans un premier temps, les élèves doivent deviner quel objet a été utilisé pour réaliser chaque ombre. Puis, des photos d’objets sont distribuées aux enfants (attention, il y a plus de photos d’objets que d’ombres).
Les élèves disposent alors sur l’affiche, la photo de l’objet correspondant à chaque ombre (à l’aide de la patafix).

La mise en commun permettra de comparer les résultats de chaque groupe et de tomber d’accord sur les correspondances objets/ombres. Pour cela on accrochera les affiches au tableau.


 

DEFI n°3 : CHANGER LA TAILLE DES OMBRES

Objectif

Etre capable de faire varier l’ombre d’un objet en taille et en direction

Niveau

Tous niveaux

Matériel

  • Différentes traces d’ombres
  • Des objets
  • Des lampes
  • Fiche Défi n°3
  • Patafix

Déroulement

  • La fiche Défi n°3 est distribuée à chaque groupe, ainsi qu’une lampe et un objet.
  • Les élèves doivent trouver à quel endroit placer la lampe pour que l’ombre de l’objet se superpose à celle dessinée sur la feuille.

Deux séries d’ombre sont proposées :

  • objet debout (ombre courte et ombre longue)
  • objet couché (ombre courte et ombre longue)

Puis, ils doivent éclairer l’objet de façon à ce que l’on ne voit pas l’ombre.

  • La mise en commun permettra de comparer les résultats de chaque groupe, d’expliquer les phénomènes observés et de trouver une conclusion.

Conclusion :
La source lumineuse est toujours opposée à l’ombre par rapport à l’objet.
La lampe, l’objet et l’ombre sont toujours alignés.
Pour obtenir une ombre courte, il faut placer la lampe en hauteur.
Pour obtenir une ombre longue, il faut placer la lampe en bas.


 

DEFI n°4 : DIS-MOI COMMENT EST LA LUNE

(Séance d’initiation à l’astronomie)

Objectif

Comprendre et expliquer les phases lunaires

Niveau

Tous niveaux

Matériel

  • Diaporama
  • Une boule de polystyrène blanche ou un ballon
  • Un projecteur diapo

Déroulement

Questions :

  • Avez-vous déjà vu la Lune dans le ciel ?
  • La Lune est-elle toujours pareille ? Comment est-elle ? A-t-elle toujours la même forme ?
  • Pourquoi la voit-on ? (il faut arriver à l’idée que la Lune est éclairée par le Soleil)

Diaporama : Les phases lunaires

  • La Lune est-elle toujours ronde ?
  • Pourquoi change-t-elle de forme ?
  • Pourquoi ne la voit-on pas entière tout le temps ?

Expérimentation :

Une boule de polystyrène éclairée par un projecteur est placée au centre de la salle. Les élèves assis sur des chaises se placent en cercle autour. Chaque élève observe la boule de l’emplacement où il se trouve.
Les élèves constateront que toute source lumineuse qui éclaire une boule crée sur celle-ci deux parties distinctes : l’une est éclairée, l’autre ne l’est pas. Ils observeront également que ces deux parties sont séparées par une ligne qui va prendre différentes formes selon la place que l’on occupe.
Puis, on demande aux élèves de se lever et de tourner autour de la boule pour leur faire observer toutes les « phases » de la boule.

Déroulement pour les maternelles :

En petits groupes :
Observer puis remettre dans l’ordre une douzaine d’images illustrant les phases de la Lune. Puis appareiller les images symétriques.

Mise en commun :
On visionnera une seconde fois le diaporama pour expliciter le phénomène des phases lunaires et distinguer les parties éclairées des parties non éclairées de la Lune.

Déroulement pour les CP/CE1 :

Les enfants se rassoient en cercle et on leur propose de dessiner la boule éclairée de leur place. On distribuera à chaque élève un gabarit de 10 cm de diamètre orienté nord/sud sur lequel ils devront colorier au crayon de papier la partie non éclairée.
Mise en commun :
Les dessins seront affichés au tableau et on remarquera qu’ils représentent les différentes phases de la Lune. On visionnera une seconde fois le diaporama pour expliciter le phénomène des phases lunaires.

 

DEFI n°5 : PEUT-ON COLORER LES OMBRES ?

Objectif

Créer une ombre colorée

Niveau

CP / CE1

Matériel

  • Deux lampes par groupe
  • Deux filtres de couleur (rouge et vert) par groupe
  • Un objet par groupe
  • Un appareil photo
  • Fiche Défi n°5

Déroulement

  • Rappel :

On demande aux élèves de quelle couleur sont les ombres. « Elles sont noires » est la réponse attendue. En effet, toutes les expériences réalisées dans le module ont été faites avec une seule source lumineuse, ce qui ne peut donner que des ombres noires. On va donc proposer aux élèves de colorer une ombre !

  • Présentation du défi :

La première chose à faire pour cela est d’avoir deux ombres. On demande aux élèves comment on pourrait faire. On s’attend à ce que les élèves proposent d’utiliser deux lampes (deux sources lumineuses).
Puis on leur demande de rappeler ce qu’ils ont observé lors de la  Séance 1 de la Séquence IV. Les élèves doivent se souvenir que lorsqu’on éclairait un objet avec une lumière colorée, la table prenait la même couleur. Il faut arriver à l’idée que, lorsqu’on éclaire un objet avec une lumière colorée, il prend la couleur de cette lumière. Mais comment colorer l’ombre ?

  • Expérimentation :

Chaque groupe disposera de deux lampes et d’un objet, et demande du matériel complémentaire (un ou plusieurs filtres de couleur, d’autres lampes ou d’autres objets, …). Les élèves sont ensuite libres de manipuler pour relever le défi. L’enseignant prendra des photos des expériences qui seront projetées lors de la mise en commun.

  • Trace écrite :

Une fois l ‘expérience réalisée, les élèves écrivent le protocole expérimental sur la fiche Défi n°5 et dessine le schéma correspondant.

  • Mise en commun.

 

 DEFI n°6 : COMMENT FAIRE DEUX OMBRES AVEC UNE SEULE SOURCE LUMINEUSE ?

Objectif

Créer deux ombres à partir d’une seule source lumineuse et d’un seul objet

Niveau

CP / CE1

Matériel

Déroulement

  • Présentation :

On donne aux élèves un objet et on leur demande de créer deux ombres. Comment peut-on faire ? Les élèves doivent penser à prendre deux lampes (d’après leurs observations lors des séances en classe).

  • Défi :

Puis l’enseignant leur demande d’obtenir deux ombres du même objet sur la table, en utilisant cette fois une seule lampe.
Il précisera aux élèves qu’ils peuvent demander du matériel complémentaire. Que pourrait-on utiliser, à part une lampe, pour obtenir une seconde source lumineuse ? Avez-vous déjà vu des objets qui brillent mais qui ne sont pas des lampes ? Les élèves parleront des reflets sur les vitres, les  bijoux, les carrosseries… Il faut arriver à l’idée de miroir. En effet, la lumière réfléchie par un miroir fera office de seconde source lumineuse et agira donc comme une lampe.

  • Expérimentation :

Les élèves réalisent leur expérience.

  • Trace écrite :

Les élèves rempliront la fiche Défi n°6.

  • Mise en commun :

Chaque groupe présente son expérience et l’explique.

Solution : Il y a de nombreuses solutions à ce problème. En voici une :

Placer un miroir en hauteur légèrement en retrait et incliné par rapport à l’objet.

 

 

 

 


Remarque : Certains élèves astucieux penseront que le reflet de l’ombre dans un miroir est une deuxième ombre. On pourra alors leur montrer qu’il y a également un second objet dans le miroir, et que donc le résultat n’est pas valide.

 

DEFI n°7: THÉÂTRE D’OMBRES

Objectif

Réaliser un théâtre d’ombres mettant en scène les personnages de l’album « L’ombre de l’ours » en prenant en compte la position de l’objet par rapport à la lumière et à l’écran.

Niveau

Tous niveaux

Matériel

  • Des akiplaques et/ou des grandes feuilles blanches pour réaliser des écrans
  • Des marottes de tailles identiques (certaines avec des parties ajourées)
  • Un projecteur
  • Des lampes
  • Un écran
  • Un appareil photo

Déroulement

En petits groupes :
Les élèves doivent mettre en scène trois des personnages de l’histoire : l’ours, le lapin et la souris.
Ils essayent de placer les marottes, par rapport à la lumière et à l’écran, de telle manière que les ombres soient à la bonne taille (ex. l’ombre de l’ours est beaucoup plus grande que celle du lapin).

Mise en commun (en groupe classe) :
Trois élèves volontaires mettent en scène trois des personnages de l’histoire : l’ours, le lapin et la souris.
Ils reproduisent et expliquent ce qu’ils ont fait précédemment. Ils doivent réussir à placer les personnages, par rapport à la lumière et à l’écran, de telle manière que les ombres soient à la bonne taille (ex. l’ombre de l’ours est beaucoup plus grande que celle du lapin).
Les élèves essaieront ensuite de « prêter l’ombre de l’ours au lapin ».
Comment faire ?

 

DEFI n°8: OMBRES CHINOISES : DEVINE QUI JE SUIS.

Objectif

Reconnaître qui se cache derrière l’écran

Niveau

Tous niveaux

Matériel

  • Un projecteur
  • Un écran
  • Un appareil photo

Déroulement

En groupe classe :
La classe est séparée en deux groupes : acteurs/spectateurs
A tour de rôle, les élèves acteurs passent derrière l’écran de profil et les élèves spectateurs observant l’ombre chinoise, doivent deviner qui se cache derrière.

 

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