Soutenance mémoire
Une des principales problématiques de l’enseignement/apprentissage des Sciences Physiques à Madagascar actuellement est l’absence de recours aux travaux pratiques. Or ceux-ci forment la base même de la maîtrise de cette discipline qui appartient au champ des Sciences dites expérimentales. Ne pas passer par ce type d’activité concrète entraîne donc des répercussions négatives sur les apprenants qui risquent d’avoir des représentations trop théoriques et figées de cette matière. C’est précisément en vue d’aider à solutionner ce genre de problème pédagogique récurrent que le présent travail choisit d’aborder de front l’utilisation des travaux pratiques dans le cadre d’une thématique physique concrète. Il se fonde sur l’idée que les expérimentations sont très nécessaires pour faciliter l’assimilation des théories développées par les Sciences Physiques, notamment en Optique Géométrique.
GENERALITES
SOURCES LUMIEUSES ET OBJETS ECLAIRES
Un corps est visible si notre œil en reçoit de la lumière. Il faut cependant distinguer un objet qui émet de la lumière par lui-même (exemples : le soleil, les étoiles, les lampes) d’un objet qui diffuse la lumière qu’il reçoit(exemples : les murs d’une pièce, les meubles) Les corps qui émettent la lumière par eux-mêmes sont des sources lumineuses et ceux qui renvoient dans toutes les directions la lumière qu’ils reçoivent, sont des objets éclairés.
DIFFUSION, REFLEXION ET REFRACTION DE LA LUMIERE
DIFFUSION ET REFLEXION
On observe couramment des reflets lumineux sur diverses surfaces éclairées : vitres, miroirs, carrosseries d’automobiles, surface de l’eau, etc.
Si on éclaire obliquement une plaque de polystyrène dans la salle de classe, de nombreux élèves sont faiblement éclairés de manière quasi identique : la lumière est renvoyée dans toutes les directions. C’est le phénomène de diffusion.
Par contre, si on utilise une plaque d’aluminium de même dimension, à la place du polystyrène, seul un élève, placé dans une direction particulière, est fortement éclairé : la lumière est renvoyée dans une direction privilégiée. C’est le phénomène de réflexion.
REFLEXION ET REFRACTION DE LA LUMIERE
Quand un faisceau lumineux tombe sur la surface de séparation de deux milieux transparents(exemple : air-eau) il donne naissance à deux faisceaux :
Un faisceau qui revient dans le premier milieu(l’air ici) ; ce faisceau est appelé faisceau réfléchi
Un faisceau appelé faisceau réfracté qui pénètre dans le deuxième milieu en changeant de direction .
PRISME
DEFINITION
Un prisme est un élément optique utilisé pour réfracter la lumière, la réfléchir ou la disperser en ces constituants (les différents rayonnements de l’arc-en-ciel pour la lumière blanche). Un prisme solide, droit à base triangulaire (limité par trois faces planes non parallèles), est constitué d’un matériau transparent (exemple : verre, plexiglas), d’indice de réfraction n. Deux de ces plans se coupent suivant une droite ∆ qui, par définition, est l’arête du prisme. Le troisième plan opposé à l’arête constitue « la base du prisme ». L’intersection du prisme par un plan perpendiculaire à l’arête est un plan de section principale dont l’angle au sommet A est l’angle du prisme. Nous supposerons que n est plus grand que 1 et que le prisme est placé dans l’air d’indice de réfraction égal à 1.
Du point de vue de l’optique géométrique, un prisme est l’association de deux dioptres plans non parallèles.
MODULES D’APPRENTISSAGE
La première partie de ce travail a permis de mettre en relief toutes les notions, tous les principes et lois physiques qui régissent les phénomènes de réflexion et réfraction de la lumière ainsi que leurs applications précises au prisme. La connaissance de ces éléments théoriques conduit maintenant à des propositions d’exploitation dans un cadre pédagogique, pour revitaliser l’enseignement/ apprentissage des Sciences Physiques par des activités concrètes où l’élève est totalement partie prenante.
Cette deuxième partie est centrée sur la présentation d’un didacticiel qui vise l’accès aux principaux phénomènes d’Optique Géométrique à savoir la réflexion, la réfraction et la réflexion totale. A cela s’ajoute l’étude des phénomènes que l’on peut rencontrer lorsque la lumière traverse un prisme.
PRESENTATION
Cette partie représente l’exploitation de la NTIC (Nouvelle Technologie de l’Information et de la Communication ) pour un appui pédagogique à la compréhension des diverses caractéristiques d’un prisme.
Comme cela a été annoncé plus haut, le présent logiciel traite deux champs d’études complémentaires à savoir les phénomènes de réflexion, de réfraction, de réflexion totale de la lumière, phénomènes abordés avec la marche d’un faisceau lumineux monochromatique et polychromatique à travers un prisme. Cela peut être synthétisé selon le diagramme suivant qui illustre la démarche d’apprentissage retenue.
REFLEXION. REFRACTION. REFLEXION TOTALE
ORGANISATION DIDACTIQUE
L’itinéraire d’apprentissage démarre avec les « prérequis » d’où l’onglet correspondant qui renvoie à trois domaines d’étude interdépendants :
➤ La réflexion de la lumière,
➤ La réfraction de la lumière,
➤ La réflexion totale de la lumière .
Les analyses et modules d’apprentissage qui précédent dans les deux parties de ce mémoire ont montré l’intérêt de construire un enseignement d’un nouveau type centré sur l’utilisation des NTIC au secondaire. L’exemple a été pris dans un domaine intéressant de la physique qui est la traversée de la lumière dans un prisme. L’objet d’étude s’appuie sur des modules d’apprentissage utilisant l’animation programmée sur ordinateur de façon à atteindre les objectifs visés.
Ce logiciel sollicite la participation active de l’apprenant. Son apprentissage se fait par le biais de son interaction avec l’ordinateur. En effet, l’accès au savoir repose beaucoup sur le traitement des informations qui sont affichées sur l’écran : Informations véhiculées par des phrases simples dans les descriptions des phénomènes, par de tableau, par des figures, surtout par des animations.
Les capacités de l’apprenant à observer un phénomène sont donc sollicitées et renforcées car il doit dégager l’essentiel de ce qui ne l’est pas et doit établir les relations entre les faits. D’autre part, l’enseignant peut utiliser ce logiciel en présentiel. Il peut exploiter les animations proposées pour illustrer ce qu’il a développé en cours ou bien, construire son cours à partir de logiciel c’est à dire amener l’élève à tirer lui-même des conclusions.
Ce logiciel que nous avons développé peut aussi être utilisé en situation non présentielle : permet la construction de la connaissance par l’apprenant lui même donc permet l’individualisation de l’apprentissage car il peut progresser dans ce cas selon son propre rythme.
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Table des matières
INTRODUCTION
I. PARTIE THEORIQUE
I.1. GENERALITES
I.1.1. SOURCES LUMIEUSES ET OBJETS ECLAIRES
I.1.2. PROPAGATION RECTILIGNE DE LA LUMIERE ET FAISCEAUX LUMINEUX
a. Principe de la propagation rectiligne
b. Faisceaux lumineux
I.2. DIFFUSION, REFLEXION ET REFRACTION DE LA LUMIERE
I.2.1. DIFFUSION ET REFLEXION
I.2.2. REFLEXION ET REFRACTION DE LA LUMIERE
a. La Réflexion
b. La réfraction
I.2.3. ETUDE DETAILLEE DE LA REFRACTION
a. Passage de la lumière d’un milieu moins réfringent vers un milieu plus réfringent
b. Réflexion totale
c. Principe du retour inverse de la lumière
I.3. PRISME
I.3.1. DEFINITION
I.3.2. MARCHE D’UN RAYON LUMINEUX. FORMULES DU PRISME
I.3.3. CONDITIONS D’EMERGENCE
I.3.4. ETUDE DE LA DEVIATION
a. Variation de la déviation avec l’angle du prisme
b. Variation de la déviation avec l’indice du prisme
c. Variation de la déviation avec l’angle d’incidence
I.3.5. ETUDE DU PRISME AU MINIMUM DE DEVIATION
I.3.6. DECOMPOSITION DE LA LUMIERE BLANCHE A TRAVERS UN PRISME
a. Analyse de la lumière par un prisme
b. Rôle du prisme dans la dispersion
c. Longueur d’onde et indice
II. MODULES D’APPRENTISSAGE
II.1. PRESENTATION
II.2. REFLEXION. REFRACTION. REFLEXION TOTALE
II.2.1. ORGANISATION DIDACTIQUE
II.2.2. GUIDE D’UTILISATION
a. Lancement
b. Phénomène de la réflexion de la lumière
c. Phénomène de la réfraction de la lumière
d. Phénomène de la réflexion totale
II.3. PRISME
II.3.1. PRINCIPES GENERAUX D’ORGANISATION DIDACTIQUE DU LOGICIEL
II.3.2. PARCOURS DETAILLES
a. Etude sur la lumière monochromatique
b. Etude sur la lumière blanche
c. Système de prismes : les jumelles
CONCLUSION
