4.6.2 La position de l’objet et de l’image

À quoi correspond dans le modèle matérialisé et dans le modèle physique une action aussi fréquente dans le champ expérimental que le déplacement de l’objet par rapport à la lentille, et quels résultats cette action et ses correspondants dans les différents niveaux de savoir auront-ils ?

On peut représenter cette réflexion par le diagramme ci-dessous :

Dans le champ expérimental, avec le dispositif du banc d’optique couramment utilisé, il faut d’abord noter que l’élève ne déplace pas l’objet, mais le porte-lentille. Supposons qu’il observe une image réelle sur un écran d’observation placé derrière la lentille, le résultat de son action sera que ce qu’il voit sur cet écran deviendra flou ; s’il veut observer de nouveau l’image, il devra agir de nouveau, pour déplacer l’écran d’observation.

Si l’élève veut traduire ce qu’il vient de faire dans le champ expérimental au niveau du modèle matérialisé, que devra-t-il faire ? Dans la plupart des cabri-fichiers, en premier lieu, le segment qui représente la lentille est fixe, on ne peut bouger que l’objet. Il n’y a donc pas une correspondance stricte avec le champ expérimental dès l’action initiale. Le résultat de cette action que l’élève va constater sur l’écran de l’ordinateur est que les rayons émergents (comme les incidents) vont être modifiés, et que leur point de convergence va se déplacer par rapport à la lentille, donc dans le plan de la figure. Il devra interpréter que ce déplacement du point d’intersection d’un certain nombre de segments signifie le déplacement de l’image.

Quel est l’enchaînement correspondant au niveau du modèle de la physique, par exemple si l’élève décide d’employer la formule de conjugaison (ou s’il y est conduit par la consigne de l’enseignant) ? Il devra d’une part identifier la variable pertinente pour traduire l’action entreprise de déplacer l’objet (la position de l’objet est en général notée p) ; puis il devra affecter une valeur à p, qui traduira donc aussi bien un déplacement de l’objet qu’un déplacement de la lentille ; il devra mobiliser la formule de conjugaison ; il devra faire le calcul et en obtiendra une valeur de la variable (en général notée p’) qui décrit la position de l’image par rapport à la lentille ; il devra enfin constater que p’ a changé, et localiser plus ou moins précisément l’image par rapport à la lentille d’après la nouvelle valeur.

Que le modèle matérialisé soit plus proche du modèle physique que du champ expérimental est un choix, fait au moment de la construction des fichiers. Une raison essentiellement l’a commandé : dans le cadre d’une classe réelle, dans la perspective de l’examen, il était plus opportun de fournir aux élèves une visualisation classique des processus qu’ils auraient à effectuer dans la résolution d’un exercice dans un environnement papier-crayon.

On peut donc globalement constater que le changement de niveau conduit à des transformations profondes sur la nature des éléments que l’élève est censé mettre en relation, et également sur la nature des processus cognitifs portant sur ces éléments, qu’il doit mettre en oeuvre.