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Approche didactique de l’astronomie au cycle 3

 

Quatre concepts à mettre en œuvre illustrés par un exemple

 

L’émergence des représentations


Une situation : nous pouvons voir à la télévision à 7H une course automobile se déroulant au Japon à 14H .

Une problématisation : comment peut-on expliquer cette différence dans le temps ?

A la suite des propositions de réponses des questions intermédiaires peuvent être dégagées

-pourquoi y a –t-il des jours et des nuits ?

-dans quel sens la Terre tourne-t-elle ?

Recenser les représentations et connaissances initiales des élèves . Les conceptions initiales des élèves sont pour eux une explication logique de la réalité fondée sur leur vécu. Ils ont également un certain nombre de connaissances livresques ou médiatiques plus ou moins bien interprétées ou des information fausses ou approximatives .

Ces représentation devront être débattues et mises à l'épreuve.



L’observation critériée :

Une situation : le Soleil se lève et se couche

Une problématisation : Quel est le mouvement du Soleil au cours d’une journée ? Où se lève-t-il ? Où se couche-t-il ? Où se trouve-t-il à midi ? Est- ce vrai tout au long de l’année ?

S’appuyer  sur une observation outillée (que doit-on observer, pourquoi, avec quoi ? 

Pour connaître la trajectoire du Soleil au cours d’une journée, faire un relevé de sa position par rapport à un repère fixe, un relevé d’ombres d’un bâton, un relevé d’azimut avec une boussole)



La décentration

Amener les élèves à se décentrer par rapport à une observation . Une observation n’a de sens que par rapport à la position de l’observateur .

Exemple le mouvement du Soleil : si je suis sur Terre (repère géocentrique) c’est le Soleil qui est en mouvement (apparent). Si je suis sur ou au delà du Soleil (repère héliocentrique) c’est la Terre qui est en mouvement. L’élève doit donc être capablede transposer son observation terrestre à une autre position (Si j’étais sur le Soleil c’est ce que je verrai)



La modélisation

Une situation : Les jours et les nuits

Une problématisation : comment expliquer ce phénomène

La modélisation met en oeuvre des substituts (lampes ,globes) de la réalité non accessible, pour mettre à l’épreuve les représentations des élèves, pour décrire, expliquer, prédire, sans que cette modélisation ne fasse oublier à l’élève l’objet d’étude.



C’est par l’interaction des ces quatre concepts que les apprentissages se construisent.

Ces apprentissages se font également en mettant en œuvre des débats et argumentations entre les élèves. Ils sont consolidés et validés par la référence à des documents écrits , audiovisuels et informatiques mais à mon sens , seulement après l’investigation.


 

Mouvement apparent et mouvement réel du Soleil


Déroulement


Constatation: Le Soleil ne se situe pas au même endroit le matin et le soir.


Vérification de sa trajectoire et de sa hauteur, par repérage de la direction et de la taille de l'ombre d'un bâton, à l'opposé de celle du soleil..

Constatation 1: le Soleil se lève plutôt vers l'est et se couche plutôt vers l'ouest

(On peut constater en s'aidant d'une boussole que le Soleil ne se lève exactement à l'est et ne se couche exactement à l'ouest qu'aux équinoxes de mars et septembre)

Constatation 2: Le Soleil est au plus haut à midi solaire (ombre la plus courte) et parfaitement dans la direction du sud. Si sa direction ne change pas au cours de l'année, la hauteur du Soleil, elle, varie (au plus bas par rapport au sol en décembre et au plus haut en juin)


Conclusion: le Soleil a un mouvement apparent qui varie au cours de l'année.


Question: pourquoi y a-t-il des jours et des nuits?


Recensement des réponses possibles


Possibilité 1: Le Soleil bouge et disparaît de l'autre côté de la Terre

Possibilité 2 : La Terre tourne autour de son axe des pôles et c'est le Soleil qui est fixe


Mise à l'épreuve des deux possibilités par modélisation (attention: la lampe doit toujours être placée dans le plan de l'écliptique



astronomie1.jpg

Matériel: globes terrestres, lampes


Que se passe-t-il lorsque la lampe bouge et que le globe est fixe?

Que se passe-t-il lorsque le globe tourne autour de son axe et que la lampe est fixe?

Dans les deux cas repérer les heures en France en fonction des positions relatives du Soleil « lampe » et du globe.


Conclusion: Pour expliquer les jours et les nuits:importance de la place de l'observateur

Vu de la Terre c'est le Soleil qui a un mouvement

Vu de l'espace c'est la Terre est en rotation autour de son axe.



Ce qui peut figurer sur le cahier de l'élève


Application au cahier de l'élève (A transposer pour chaque problème étudié)


 

Titre: les jours et les nuits


La question posée, le problème à résoudre :   Pourquoi y a-t-il des jours et des nuits ?

Ce que nous pensons  (groupe)

Ce que pensent les autres (collectifs)

 

Ce que nous faisons pour  vérifier

Observation du mouvement apparent du Soleil (fiaire un schéma du matériel utilisé)

Modélisation du mouvement du Soleil (Faire un schéma de la modélisation)

 

Notre conclusion, la réponse au problème posé

On peut expliquer pourquoi il y a des jours et des nuits

Vu de la Terre par le mouvement apparent de Soleil autour de la Terre

Vu du ciel par le fait que la Terre tourne sur elle-même autour de son axe des pôle.

 

Ce que nous avons appris

Il y a deux manières d’expliquer pourquoi il y a des jours et des nuits selon la place de l’observateur.

La Terre fait une rotation autour de son axe des pôles en 24H, correspondant à la durée d'un jour au cours duquel alternent jour et nuit.

 

Attention à l'ambiguïté du mot jour (il fait jour ou bien jour équivalent à 24H)

Question: Pourquoi le match de rugby qui se déroule en Nouvelle-Zélande à 20H , est-il vu à la télévision à 10H?


Recensement des propositions.

Observation des positions respectives de la France et de la Nouvelle-Zélande sur le globe.

Modélisation avec lampes et globes.


astronomie2.jpg

Essai des deux sens de rotation possibles de la Terre autour de son axe, le Soleil « lampe » étant fixe 

Repérage des heures respectivement en France et en Nouvelle-Zélande pour les deux sens de rotation possibles


Conclusion: Si l'on fait tourner la Terre autour de son axe dans le sens inverse des aiguilles d''une montre, lorsque nous sommes le soir en Nouvelle-Zélande, nous sommes encore le matin en France.

 



Les saisons

 

Question : Quelle est la durée d'un jour et d'une nuit?

Recensement des propositions des élèves:

Pour certains 12H et 12H. Confronter les propositions.

Les mettre à l'épreuve en repérant la durée des jours et des nuits pour quatre dates dans l'année (mars, juin, septembre, décembre), à l'aide d'un calendrier des postes. Constater que les jours sont plus longs en juin et plus couts en septembre

 

Question: pourquoi ces différences de durée?

Recensement des réponses des élèves . Confrontation.

Mise à l'épreuve par modélisation avec globes et lampes. Apporter l'information que l'axe des pôles se déplace parallèlement à lui-même, dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. La révolution de la Terre autour du Soleil dure un an (un peu plus de 365 jours)

astronomie3.jpg


Observer sur le globe la position des zones sombres et éclairées par rapport à l'axe perpendiculaire au plan de l'écliptique, en fonctions des saisons, en prenant pour référence l'hémisphère nord. Constater que l'été, dans l'hémisphère nord, la zone éclairée est plus importante que l'hiver (inverse dans l'hémisphère sud).
Les zones sombres  et éclairées sont identiques aux équinoxes.


Lors de la manipulation faire tourner le globe sur lui-même en même temps qu'il tourne autour de la lampe pour ne pas confondre rotation (conséquence présence de jour et nuit) et révolution (conséquence les saisons);

Observer la position des pôles par rapport à l'éclairage du globe en fonction des saisons.
Constater que si l'axe des pôles était perpendiculaire au plan de l'écliptique il n'y aurait pas de saisons.

Se référer à des manuels scolaires pour observer les schémas correspondants.


Conclusion:
La durée des jours et des nuits varie en fonction des saisons.
Les saisons sont dues à la révolution de la Terre autour du Soleil et à l'inclinaison de son axe par rapport au plan de l'écliptique.



Les phases de la Lune et les éclipses

Question: Dessine la Lune
Comparer les représentations des élèves. En débattre.
Les représentations des élèves vont en général du croissant de Lune à la lune ronde constellée de cratères.
Mettre à l'épreuve les représentations des élèves par une observation à heure fixe à la maison, sur un mois, une fois par semaine. Faire réaliser un dessin et noter les observations.

Constater que le Lune change de forme apparente et qu'elle n'est pas située au même endroit, qu'elle est parfois invisible, mais alors visible à une autre heure.......


Question: pourquoi la Lune change-t-elle de forme ?

Mettre en débat les propositions des élèves. Les mettre à l'épreuve par une modélisation
.
Matériel; une source lumineuse pour le Soleil un globe, une boule de polystyrène (ou une balle de tennis) pour la Lune.

astronomie4.jpg

Constatation : Le Soleil éclaire une moitié de la Lune. Depuis la Terre ,selon la position de la Lune par rapport au soleil on voit :
La face non éclairée (Nouvelle Lune)

La face éclairée (Pleine lune)

Un quart de Lune éclairée lors du premier quartier et lors du dernier quartier.

Ne pas oublier que la Terre tourne sur elle même en 24H et la Lune autour de a Terre en environ un mois. Donc l'alternance des jours et des nuits en fonction de la position de la Lune, fait qu'on voit:
Nouvelle Lune du matin au soir

la Pleine Lune du soir au matin,
le Premier quartier de midi à minuit
le Dernier quartier de minuit à midi.

remarque: Mettre un petit groupe d'élèves à la place du globe terrestre. Ils verront ainsi La Lune (balle) de la même manière qu'on observe la Lune depuis la Terre
La Lune a sa révolution autour de la Terre dans un plan légèrement incliné par rapport au plan de l'écliptique.
La durée séparant deux phases identiques consécutives est de 29 jours et 12 heures (ce qui ne correspond pas exactement à son temps de révolution autour de la terre qui est de 27jours et huit heures). Pour les élèves on ne fera pas la distinction et on parlera d'un mois environ.
Bien préciser que la Lune ne produit pas de lumière mais diffuse celle du Soleil.


Réponse au problème posé
On voit la Lune parce qu'elle est éclairée par le Soleil.
Elle ne change pas réellement de forme mais on la voit différemment en fonction de sa position par rapport à la Terre
Elle n'est pas toujours au même endroit dans le ciel car la Lune tourne autour de la Terre en environ un mois.

Question: comment se forment les éclipses?
Les élèves ont entendu parler de la formation d'une éclipse.Ils font des propositions de réponses à la question et les confrontent.
Comment mettre à l'épreuve les propositions..?

Les élèves ont recours à la modélisation des phases de la Lune.


Constatation:
Une éclipse ne peut avoir lieu que lorsque la Lune est exactement sur l'axe Terre-Soleil
Soit entre le Soleil et la Terre
astronomie5.jpg

 Notons qu'une éclipse Soleil ne peut avoir lieu que dans une période proche d'une nouvelle Lune.
Soit lorsque la Terre est exactement entre le Soleil et la Lune


astronomie6.jpg

Lors de l'éclipse de Lune , celle-ci disparaît dans l'ombre de la Terre.
Notons qu'une éclipse de lune ne peut avoir lieu que dans un période proche de la Pleine Lune.

Ce qu'on a appris

Pour avoir une ombre il faut une source lumineuse (par exemple le Soleil), un obstacle opaque (la Terre dans le cas de l'éclipse de Lune , la Lune dans le cas de l'éclipse de Soleil).
L'obstacle opaque intercepte les rayons lumineux et crée ainsi une zone d'ombre.


Horizontale et verticale

Question: La table est-elle plane?
Propositions des élèves
Confrontation et mise à l'épreuve des propositions
On peut observer que si une table est plane , il ne reste pas d'espace sous une règle qu'on déplace sur la table.

Question : la table est-elle horizontale?
Proposition des élèves:
Confrontation et mise à l'épreuve des propositions

Si une table est horizontale, une bille placée à sa surface ne se déplace pas.

Un instrument destiné à vérifier l'horizontalité est un niveau à bulle dont la bulle reste centrée si l'on place le niveau dans deux positions concourantes.

Une table plane n'est pas nécessairement horizontale.

Question: dessine la surface libre de l'eau d'un vase incliné
propositions des élèves:

astronomie7.jpg

 Question: comment placer l'affiche de telle manière qu'elle soit verticale
Proposition des élèves
Confrontation et mise à l'épreuve des propositions
astronomie8.jpg

Définition de l'horizontale et de la verticale d'un lieu
astronomie9.jpg
Chaque lieu a une horizontale et une verticale. Toutes les verticales passent par le centre de la Terre.
Le plan horizontal du lieu est perpendiculaire à la verticale de ce lieu.

On le vérifie à l'aide d'une équerre et d'une surface d'eau au repos.



Date de création : 21/10/2011 @ 15:39
Dernière modification : 11/02/2012 @ 22:00
Catégorie : ACTIVITES - Les sciences
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