Sciences et technologie · CE1 · Objets techniques et électricité · 3e Trimestre

Formation des ombres

Les élèves expérimentent la formation des ombres en plaçant des objets devant une source de lumière et observent leurs caractéristiques.

• Programmes Officiels
• MEN: Cycle 2 - Modéliser des phénomènes naturels

À propos de ce thème

La formation des ombres est un sujet qui fascine les élèves de CE1 et offre un terrain idéal pour la démarche d'investigation scientifique. Les élèves découvrent qu'une ombre se forme lorsqu'un objet opaque bloque la lumière et apprennent à identifier les trois éléments nécessaires : une source de lumière, un objet et une surface de projection. Ils observent comment la taille et la forme de l'ombre varient selon la position de la source et de l'objet.

Cette séquence s'inscrit dans l'attendu 'Modéliser des phénomènes naturels' du Cycle 2 et constitue une première approche de la modélisation scientifique. Les élèves formulent des hypothèses (comment sera l'ombre si je rapproche la lampe ?), les testent et les valident par l'expérience. L'apprentissage actif est ici naturellement adapté car la manipulation directe de la lampe et des objets permet une exploration libre et une compréhension intuitive des relations de cause à effet.

Questions clés

1. Expliquer les conditions nécessaires à la formation d'une ombre.
2. Décrire comment la taille et la forme d'une ombre sont influencées par la source de lumière et l'objet.
3. Prédire la forme d'une ombre en fonction de la position de la source lumineuse.

Objectifs d'apprentissage

• Identifier les trois éléments nécessaires à la formation d'une ombre : source lumineuse, objet opaque, écran.
• Décrire comment la distance entre la source lumineuse et l'objet affecte la taille de l'ombre.
• Comparer la forme de l'ombre d'un objet avec la forme de l'objet lui-même.
• Expliquer pourquoi l'ombre change de forme lorsque la source lumineuse se déplace.
• Prédire la position et la taille de l'ombre d'un objet donné pour une position spécifique de la source lumineuse.

Avant de commencer

Les propriétés de la lumière

Pourquoi : Les élèves doivent avoir une notion de base que la lumière se déplace en ligne droite pour comprendre pourquoi un objet bloque la lumière.

Identification des objets (formes simples)

Pourquoi : La capacité à reconnaître et nommer des formes géométriques simples est utile pour comparer la forme de l'objet et celle de son ombre.

Vocabulaire clé

Source lumineuse	Un objet qui produit de la lumière, comme une lampe ou le soleil. C'est ce qui éclaire l'objet pour former une ombre.
Objet opaque	Un objet qui ne laisse pas passer la lumière. La lumière est bloquée par cet objet, ce qui crée une zone d'ombre.
Écran	Une surface plane sur laquelle l'ombre se projette, comme un mur ou le sol. C'est là que l'on voit l'ombre.
Ombre	La zone sombre formée lorsqu'un objet opaque bloque la lumière d'une source lumineuse sur un écran.

Attention à ces idées reçues

Idée reçue courante

L'ombre est un reflet de l'objet.

Ce qu'il faut enseigner à la place

Les élèves confondent ombre et reflet dans un miroir. L'ombre est l'absence de lumière derrière un objet opaque, tandis que le reflet est une image formée par la lumière renvoyée. Comparer les deux côte à côte en atelier aide à distinguer ces phénomènes.

Idée reçue courante

L'ombre a toujours la même taille que l'objet.

Ce qu'il faut enseigner à la place

En déplaçant la source lumineuse, les élèves constatent que l'ombre peut être bien plus grande ou plus petite que l'objet. Les manipulations en groupe avec mesures de l'ombre à différentes distances rendent cette variation très concrète.

Idée reçue courante

Les objets transparents produisent des ombres.

Ce qu'il faut enseigner à la place

Un verre transparent ne bloque pas la lumière et ne produit donc pas d'ombre nette. Les élèves peuvent tester des matériaux variés (carton, plastique transparent, tissu fin) pour comprendre le lien entre opacité et formation d'ombre.

Idées d'apprentissage actif

Cercle de recherche: Le théâtre d'ombres

En petits groupes, les élèves créent des silhouettes en carton et les projettent sur un mur blanc avec une lampe. Ils expérimentent en rapprochant et en éloignant la lampe et l'objet pour observer les changements de taille. Chaque groupe note ses observations dans un tableau.

35 min·Petits groupes

Penser-Partager-Présenter: Plus grande ou plus petite ?

L'enseignant demande : 'Si je rapproche la lampe de l'objet, l'ombre sera-t-elle plus grande ou plus petite ?' Les élèves prédisent seuls, échangent avec un voisin, puis vérifient ensemble avec la lampe. Ils constatent que l'ombre grandit quand la source se rapproche.

20 min·Binômes

Rotation par ateliers: Les expériences d'ombres

Trois ateliers : produire des ombres de différentes tailles en déplaçant la source, observer l'ombre d'objets transparents, translucides et opaques, et dessiner l'ombre d'un objet vu de face puis de profil. Les élèves tournent toutes les 10 minutes.

35 min·Petits groupes

Galerie marchande: Le journal des ombres

Les élèves affichent leurs dessins d'observation (ombre petite/grande, proche/éloignée) avec les conditions notées (position de la lampe). La classe circule pour identifier les règles communes sur les facteurs qui modifient la taille et la forme des ombres.

25 min·Classe entière

Liens avec le monde réel

• Les astronomes utilisent la formation des ombres pour étudier les éclipses solaires et lunaires, en observant comment la Terre, la Lune et le Soleil s'alignent pour projeter des ombres les uns sur les autres.
• Les architectes et les urbanistes considèrent la formation des ombres dans la conception des bâtiments et des espaces extérieurs. Ils analysent comment les ombres portées par les constructions affectent l'ensoleillement des rues et des habitations.
• Les artistes, comme les peintres ou les photographes, utilisent la lumière et l'ombre pour créer du volume et de la profondeur dans leurs œuvres. Ils manipulent la position des objets par rapport à la lumière pour obtenir des effets visuels spécifiques.

Idées d'évaluation

Billet de sortie

Donnez à chaque élève une feuille avec le dessin d'une lampe, d'un objet simple (ex: un cube) et d'un mur. Demandez-leur de dessiner l'ombre formée et d'écrire une phrase expliquant pourquoi l'ombre a cette forme et cette taille.

Question de discussion

Placez une lampe et un objet devant la classe. Posez la question : 'Que se passe-t-il si je déplace la lampe plus près de l'objet ? Et si je la déplace plus loin ?' Encouragez les élèves à expliquer leurs prédictions en utilisant les mots 'source lumineuse', 'objet opaque' et 'ombre'.

Vérification rapide

Pendant l'activité de manipulation, circulez dans la classe et observez les élèves. Posez des questions ciblées comme : 'Peux-tu me montrer où est la source lumineuse ? Où est l'écran ? Comment sais-tu que cet objet va faire une ombre ?' Vérifiez la compréhension des éléments nécessaires.

Questions fréquentes

Quel matériel faut-il pour les expériences sur les ombres en CE1 ?

Une ou deux lampes torches puissantes, un mur blanc ou un drap tendu, des objets de formes variées (figurines, cubes, cylindres), du carton pour découper des silhouettes, et un mètre ruban pour mesurer les ombres. Assombrir la salle avec des rideaux améliore les observations.

Comment faire comprendre les trois conditions de formation d'une ombre ?

Retirer un élément à la fois : éteindre la lampe (plus de source), enlever l'objet (plus de blocage), retirer l'écran (ombre toujours là mais invisible). Les élèves constatent que les trois éléments (source, objet opaque, surface) sont indispensables.

Pourquoi la taille de l'ombre change quand on déplace la lampe ?

Quand la lampe se rapproche de l'objet, les rayons lumineux sont davantage bloqués et l'ombre s'agrandit. Quand elle s'éloigne, les rayons sont plus parallèles et l'ombre se rapproche de la taille réelle de l'objet. Les manipulations permettent de vérifier cette règle.

Pourquoi l'apprentissage actif est-il adapté à l'étude des ombres ?

Les ombres sont un phénomène visuel et spatial que les élèves doivent manipuler pour comprendre. Déplacer la lampe, tourner l'objet, mesurer l'ombre : chaque geste produit un résultat observable immédiat. Cette boucle action-observation-compréhension est au cœur de l'apprentissage actif.