4.1 Le mélange des objets

Ce que l’élève voit sur l’écran de l’ordinateur quand il ouvre un fichier est une représentation d’objets de natures différentes. Une hypothèse spécifique sur l’usage de l’ordinateur a déjà mentionné qu’il est supposé capable de classer ces objets dans la catégorie adéquate.

Le tableau suivant (tableau 7-3) fait l’inventaire des types d’objets présents dans les différents fichiers sur lesquels les élèves ont travaillé dans notre séquence (on pourra se référer à l’annexe 3 du volume II, « description des situations »). Il distingue trois catégories :

• les objets géométriques qui représentent des objets réels : morceau de verre des lentilles, diaphragme ... (deuxième colonne)

• les objets géométriques qui représentent des objets du modèle de l’optique géométrique : rayons, lentille mince, axe optique ... (troisième colonne)

• les objets géométriques qui servent à produire des déplacements ; lorsque ceux-ci sont aussi des objets du modèle de l’optique géométrique, ils ne sont mentionnés que dans la colonne « déplacement » (quatrième colonne) pour ne pas alourdir le tableau, mais ils sont alors soulignés.

Tableau 7-3 : inventaire des type d’objets présents dans les fichiers

Fichier	Objets réels	Objets du modèle	Objets de déplacement
Hemicyl7	Lentille hemicylindrique, diaphragme	Rayons incident et émergent	Deux points
Hemicyl8	Lentille épaisse	Rayons incident et émergent, axe optique	Point « centre de courbure », point pour modifier l’inclinaison
Hemicyl9	Lentille hemicylindrique, diaphragme	Rayons incident et émergent, axe optique	Deux points, point pour modifier l’inclinaison
Foyerob1	Lentille épaisse	Rayons incident et émergent, axe optique	Point source A
Foyerob2	Lentille épaisse	Rayons incident et émergent, axe optique, plan focal objet	Point source A
Image1		Lentille mince, axe optique, foyers principaux	Point source
Image3		Lentille mince, axe optique, foyers principaux, trois rayons spéciaux et un rayon quelconque incident et émergent	Segment source, extrémité inférieure du segment source, extrémité supérieure pour sa taille, point source sur le segment, point d’incidence du rayon quelconque avec la lentille, segment auxiliaire de repérage
Image4		Idem image3, plus l’image de l’objet à travers la lentille	Idem image3, plus projection A du segment source sur l’axe optique
Autocoel		Segment source, lentille mince, son axe optique et ses foyers principaux, les rayons incident, émergents et réflechi, miroir plan	extrémité inférieure du segment source, située sur l’axe optique, point d’incidence du rayon quelconque avec la lentille, point source sur le segment
Bessel	L’écran d’observation	Segment source, son extrémité inférieure A sur l’axe, la lentille mince, son axe optique et ses foyers principaux, deux rayons incidents et émergents	centre optique O, point d’incidence du rayon quelconque avec la lentille, point source sur le segment
Silberm1	L’écran d’observation	Idem bessel	point d’incidence du rayon quelconque avec la lentille, point source sur le segment, points d’intersection de l’écran et du segment source avec l’axe
Loupe1		Lentille mince, axe optique, foyers, segment source et ses extrémités, trois rayons spéciaux et un rayon quelconque	Un point sur le côté de la figure pour la taille de l’objet, un point en dessous pour déplacer l’objet, un segment en dessous pour modfier la distance focale de la lentille, points d’intersection du segment source avec l’axe
Loupe		Idem loupe1, plus l’image virtuelle en pointillés ; les rayons sont issus du sommet du segment source.	Idem loupe1
Diverge		Lentille mince divergente, axe optique, foyers, centre optique, segment source, l’une de extrémités est sur l’axe, l’autre est source de 4 rayons dont un quelconque	Points pour régler la taille de l’objet et sa position, segment pour régler la distance focale de la lentille, point d’incidence du rayon quelconque sur la lentille
Diverge2		Idem diverge, plus l’image virtuelle en pointillés	Idem diverge
Oeil1	Carré ouvert pour l’oeil	Lentille pour le cristallin, axe optique, point pour le punctum proximum, deux rayons parallèles à l’axe (ou issus du sommet d’un segment source), un segment pour visualiser la distance focale	Deux segments et un curseur pour le choix de la position de l’objet, un point pour modifier la position de l’objet quand il est à distance finie
Oeil2	Idem oeil1	Lentille pour le cristallin, axe optique, un axe secondaire, deux rayons parallèles à l’axe secondaire, un segment pour visualiser la distance focale	Trois segments et un curseur pour le choix du défaut envisagé
Oeil3	Idem oeil1	Lentille pour le cristallin, une lentille correctrice devant le cristallin, deux rayons parallèles à l’axe principal, le point de convergence du faisceau émergent	Deux segments et un curseur pour le choix du défaut envisagé, trois segments et un autre curseur pour le choix de la lentille correctrice, un segment pour adapter la distance focale de la lentille correctrice
Lunette2	Tube de la lunette	Deux lentilles coaxiales, axe optique, foyer commun, deux rayons incidents parallèles dont l’un passe par le centre optique de l’objectif	Point D1 sur le côté gauche du cadre, point D2 sur l’objectif, segment pour modifier la distance focale de l’oculaire

Toutes les lentilles minces mentionnées sont convergentes, sauf mention contraire.

On peut faire plusieurs remarques à partir de cette classification des objets que les élèves ont sous les yeux lorsqu’ils se servent des cabri-fichiers :

• Il est évident que les objets réels sont très peu représentés par rapport aux objets du modèle : cela peut avoir des conséquences sur le type d’activités que cela va provoquer chez les élèves.

• Les représentations d’objets réels sont presque exclusivement limitées à la première partie de la séquence, qui vise à construire le modèle des lentilles minces. C’est normal : c’est dans cette partie qu’on dégage à partir de ces objets réels les caractéristiques d’objets théoriques qu’on appelera lentilles minces, et qui supposent que certaines conditions soient remplies pour décrire la réalité.

• Les objets géométriques dont la manipulation permet le déplacement d’éléments de la figure sont des objets du modèle à la fin de la première partie et au début de la seconde partie de la séquence. À partir du fichier loupe1, apparaît dans la plupart des fichiers un cadre rectangulaire dans lequel le schéma s’inscrit. Ce cadre a pour raison d’être la nécessité de limiter les rayons émergents pour gérer plus facilement la virtualité de certains éléments de la figure, points ou segments. Il a aussi des effets didactiques : pour certaines positions et/ou tailles de l’objet, l’image (virtuelle) peut être plus grande que le cadre ; elle n’est alors pas tracée, ce qui pourrait laisser croire aux élèves qu’elle n’existe plus, alors qu’elle est trop grande pour être représentée. La complexité accrue des figures qui apparaissent dans le cadre a d’autre part conduit à rejeter hors de la figure les moyens de déplacement, ce que le tableau 7-3 montre parfaitement.

Pour être complet, et bien que cela ne renvoie pas à la distinction entre les différents types d’objets, il faut signaler que ces fichiers contiennent également des éléments textuels qui donnent des informations aux élèves. On peut classer ces informations en trois catégories :

• des indications pour identifier des éléments de la figure ;

• des indications sur les moyens de déplacer certains éléments de la figure ;

• des indications sur le résultat des actions que l’élève peut effectuer.

Le tableau ci-dessous (tableau 7-4) fait l’inventaire des différents fichiers sous cet aspect de la fonction du texte qui s’y trouve.

Tableau 7-4 : types de textes observables dans les fichiers utilisés

Fichier	Moyens d’identification	Moyens de déplacement	Affichage de résultats
Hemicyl7		Deux fois « déplacer »
Hemicyl8	O pour le centre de la lentille	C pour le centre de courbure, phrase pour indiquer la possibilité de déplacer C, « modifier l’inclinaison »	Angle d’incidence (variable contrôlée), angle entre l’incident et l’émergent (résultat de l’action)
Hemicyl9		Deux fois « déplacer », « modifier l’inclinaison »
Foyerob1		Lettre A
Foyerob2		Lettre A
Image1
Image3
Image4		Lettre A
Autocoel
Bessel	Lettre A, « écran »	Lettre O	Distance OA
Silberm1	« écran »	Lettres A et O	Distance OA, distance focale, taille de l’objet
Loupe1	Lettres F,F’,O,B,A	Lettre Q, « taille de l’objet », « déplacer l’objet lumineux », « distance focale »
Loupe	Idem loupe1	Idem loupe1 sauf la lettre Q	Valeur de la distance focale, et un tableau donnant la position et la taille de l’objet et de l’image, indiquant si celle-ci est réelle ou virtuelle
Diverge	Lettres A, B, F, F’, O	« régler la taille de l’objet », « distance focale », « déplacer l’objet lumineux »
Diverge2	Idem diverge	Idem diverge	Valeurs de la distance focale, de la distance objet-lentille, de la distance image-lentille
Oeil1	« punctum proximum », titre « accommodation », « objet à l’infini », « objet à distance finie »,	« choix » pour le curseur, « déplacer l’objet »,	Valeur de la distance focale réglée par l’accommodation
Oeil2	« oeil hypermétrope/normal/myope », titre « amétropies de l’oeil »	« choix » pour le curseur	Valeur de la distance focale dans les trois cas
Oeil3	« défauts hypermétropie/myopie », « pas de lentille/lentille correctrice/divergente/ convergente »	« réglage de f », « choix » pour les curseurs	Valeur de la distance focale réglée pour que le faisceau émergent converge sur la rétine
Lunette2		Lettres D1,D2	Valeurs des angles entre l’axe et le rayon incident, entre l’axe et le rayon émergent, de la distance focale de l’oculaire

On peut simplement remarquer dans ce tableau 7-4 que le type d’élément textuel le plus fréquemment utilisé vise à indiquer les moyens de déplacement, ce qui est normal puisque l’action demandée aux élèves sur ces fichiers est systématiquement un déplacement. Que les résultats ne soient pas systématiquement affichés marque seulement que bons nombre d’activités sont à visée qualitative.