Les points cardinaux et la boussole

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1 MODULE Cycle : 3 Classe : CM1 Programme Compétences visées Le ciel et la Terre La boussole Les points cardinaux et la boussole Engager les élèves dans une démarche de construction d'un modèle scientifique Mettre en relation des données pour réaliser un schéma, résoudre un problème Utiliser le lexique spécifique des sciences Rédiger avec l aide du maître, un compte rendu d expérience ou d observation (texte à statut scientifique) Rédiger un texte pour communiquer des connaissances (documentaire) réaliser une fiche technique, une fiche de fabrication Etre capable d utiliser les points cardinaux pour repérer une direction à partir d un lieu sur Terre. Savoir utiliser une boussole pour repérer une direction ou progresser dans une direction donnée. Savoir que ces repérages sont relatifs à l endroit où on se trouve. Savoir qu il existe un pôle Nord et un pôle Sud mais qu il n existe pas de pôle Est ni de pôle Ouest. Mettre en évidence qu une boussole est un aiguille aimantée qui s oriente approximativement dans la direction Nord Sud pour peu qu elle ne subisse pas d interaction avec d autres aimants ou avec des objets constitués de fer. Conditions de réalisation Nombre de séances Boussoles (1 par enfant si possible, 1 pour 4 au minimum), affiches S1 : fiche questionnaire (annexe 1) S2 : fiche de fabrication (annexe 2), cartoline, règle, compas, S3 : plans de la cour (un pour 4 enfants) avec des balises marquées dessus, messages, enveloppes contenant des lettres ou des papiers de couleur (2/3 par balise) S4 : une collection d objets de différentes matières pour chaque groupe S5 : ficelle, fil, épingles, tiges métalliques, bouchons, aiguilles, aimants bassines, (éventuellement annexe 3) S6 : questionnaire (exemple en annexe 4) Salle de classe pour en groupe classe / par groupes de 4 Extérieur (cour de l école, stade) Liste des séances et titre de chaque séance Séance 1 : émergence des représentations initiales Séance 2 : les points cardinaux Séance 3 : la boussole : utilisation Séance 4 : La boussole : propriétés et fabrication Séance 5 : fabriquer une boussole Séance 6 : recherches documentaires Bibliographie pour le maître Mega Junior / Nathan

2 SEANCE 1 - Faire émerger les représentations initiales des enfants - S interroger - évaluer ses connaissances Boussole Salle de classe 35 minutes Individuel, par groupe puis collectif Questionnaire (voir annexe 1), 1 par enfant plus 1 par groupe de 4. Affiche pour la synthèse. Déroulement : 1. individuel (5 min.) distribuer à chaque enfant une feuille questionnaire permettant aux enfants de faire une première approche de l objet et de son utilisation 2. de groupe (10 min.) regroupement par 4 des enfants pour réaliser une synthèse de leurs réponses sur un questionnaire vierge. Insister sur la nécessité de noter toutes les réponses, mêmes quand elles sont contradictoires. 3. Analyse collective des réponses (20 min.) formulation des différentes hypothèses, question par question, pour élaborer une trace écrite collective faisant émerger des questions sans réponses, des contradictions entre certaines opinions. Cette affiche sera reprise lors de la séance 6.

3 SEANCE 2 - Introduire la notion de points cardinaux - savoir les repérer à l'aide d'une boussole. - argumenter - utiliser ses connaissances géométriques points cardinaux, rose des vents, direction Salle de classe 35 minutes Individuel (observation, fabrication) et collectif Boussoles (autant que possible, au minimum, une pour quatre, idéalement une par enfant) Cartoline, règle, compas, fiche de fabrication (annexe 2) 1- Rappel hypothèses séance précédente Déroulement : 2- Observation des boussoles, manipulation, remarques (20 min.) On observe des lettres, N, S, O, E, des chiffres. On constate que l'aiguille tourne et se positionne toujours dans la même direction quand on tourne la boussole, ce qui permet de comprendre qu elle indique toujours la même direction. Quelle est cette direction? Réponse : c'est le Nord. Si l'on fait coïncider la pointe avec la lettre N, quelles sont les lettres situées à l'opposé, à droite, à gauche? Repérage Qu indiquent ces lettres? Des directions, ce sont les points cardinaux. Faire remarquer que la boussole n indique pas un point précis (arbre, bâtiment) mais que les objets qu elle semble indiquer dépendant de l endroit où on se trouve (notion de direction). 3- Construire une rose des vents. (Voir annexe 2) (15 min.) Le mot du maître : Les points cardinaux sont : le Nord, le Sud, l 'Est et l'ouest. Par convention sur une carte on place toujours le nord en haut, le sud en bas, l'est à droite et l'ouest à gauche. Utiliser les notions connues de Sud-ouest, la carte de la météo pour le faire remarquer par exemple. Attention : la structure métallique des tables perturbe l aiguille de la boussole, faire tenir les boussoles à la main

4 SEANCE 3 - Utiliser une boussole - Repérer les points cardinaux, les directions sur différentes cartes (stade, ville, pays, monde) - Orienter la boussole - Se déplacer dans une direction donnée extérieur Salle de classe collectif, par binômes 60 minutes Boussoles (une pour deux) Plans de la cour avec emplacements marqués des points de départ (2 fois plus que de groupes en activité) Enveloppes (de 2 à 4 par point de départ)contenant chacune des lettres différentes. Ou fiches (voir exemple en annexe 5) et craies. Déroulement : 1- Phase collective - rappel rose des vents, directions données par la boussole (5 min.) 2 utilisation de boussoles : orientation : (40 min.) le plan de la cour sert à trouver des points de départ auxquels il y a des messages du type «prendre une lettre dans l enveloppe qui est à trois mètres vers l ouest», placer plusieurs enveloppes dans plusieurs directions différentes (de 2 à 4). Prévoir à peu près deux fois plus de départs que de groupes. Autre option : Donner pour chaque groupe de deux élèves : une craie, une fiche, un message à compléter. a) traduire le schéma de la fiche par un message donnant une suite de directions. b) Echanger les messages avec un autre groupe, effectuer un tracé à la craie dans la cour correspondant au message reçu. La validation se fait par confrontation entre la fiche, le message, le tracé par les deux groupes concernés. (exemple en annexe 5) 3 - Il est également possible de continuer la séance en lant en géographie à partir de cartes sur les lesquelles les élèves devront donner la position de villes, de pays en utilisant les points cardinaux et la rose des vents construite dans la séance précédente ou fournie par le maître. Exemple : donner à chaque groupe une ville de départ, et faire repérer la direction de chaque ville d une liste commune à tous les groupes pour mettre en évidence que les repérages sont relatifs, tel lieu étant à l ouest (ou au nord) de tel autre mais à l est (ou au sud) d un troisième. Le mot du maître : Pour pouvoir se diriger à l aide de la boussole, il faut orienter sa boussole, repérer une direction, et ensuite on peut se déplacer dans la direction voulue. Pour connaître la direction du nord on peut utiliser une boussole, mais il faut faire attention car elle indique la direction du nord magnétique. Une carte indique elle la direction du nord géographique.

5 SEANCE 4 - connaître les constituants de la boussole - mettre en évidence qu une boussole est une aiguille aimantée qui s oriente approximativement dans al direction Nord/Sud pour peu qu elle ne subisse pas d interaction avec des objets constitués de fer ou d autres aimants. - réaliser une fiche technique pour fabriquer une boussole Couvercle, aiguille, pivot Salle de classe 2 x 40 minutes par groupes, collectif Collection d objets de différentes matières pour chaque groupe. Annexe 3 Déroulement Phase 1 1- observation de boussoles, nommer les différents éléments constitutifs (5min.) 2- faire constater que la boussole réagit au passage d objets métalliques, d aimants et que cela fausse la direction donnée. (Aiguille attirée par métal), pour cela, donner une collection d objets de différentes matières à chaque groupe. (5 min.) 3- consigne : «maintenant vous allez imaginer comment fabriquer votre boussole en prévoyant le matériel nécessaire» décrire par écrit et dessiner l objet. (15 min.) 4- réaliser la fiche technique : schéma des éléments constitutifs et légende (15 min.) (voir annexe 3) Prévoir la fabrication pour la séance suivante (phase 2) Phase 2 1. Fabrication des boussoles (25 min.) à l aide des fiches techniques. Les élèves vont sûrement vouloir des accessoires qui ne sont pas indispensables (boîtier, rose des vents,...) ou être bloqués par la rotation autour de l axe pivot. Ils vont sûrement vouloir aussi utiliser des aimants. On pourra démonter une boussole pour élaborer une recherche sur le principe de fonctionnement 2. Analyse des réalisations (15 min.) Phase collective : mise en évidence des échecs. Recherche en commun pour aboutir à la résolution de la problématique, à savoir : Comment fonctionne une boussole? Engager la discussion sur l'utilité des différents éléments constitutifs d une boussole du commerce. Mise en évidence dur rôle fondamental du pivot : montrer qu un aimant posé sur une table ne s oriente pas (notion de frottement). Le mot du maître : Les enfants doivent comprendre que l'aiguille est l'élément indispensable de la boussole, c est un aimant qui peut tourner librement sur un axe formant pivot. Il faut distinguer les éléments indispensables (aiguille, pivot) des autres (vitre, boîte, rose des vents, )

6 SEANCE 5 - comprendre le principe de fonctionnement de la boussole - comprendre le fonctionnement de la boussole - réinvestir les connaissances pour fabriquer la boussole Salle de classe 35 minutes Individuel puis collectif Aiguilles, aimants, bouchons, fil, potence, rose des vents, boussole (pour comparer) Déroulement : 5 min. 1- rappel séquence précédente (5 min.) mise en évidence des deux problèmes : - avoir une aiguille aimantée - réaliser un pivot. 2- Recherche collective sur le moyen de réaliser un pivot pour laisser tourner notre aiguille ou notre aimant. 3- Recherche collective, comment faire pour avoir une aiguille aimantée? 4- suite à la recherche, le maître propose du matériel (banque de matériel sur table) et par groupes les enfants vont construire leur boussole en utilisant un des principes du pivot élaboré (possibilité de fil pour suspendre l aiguille ou l aimant, de bouchon flottant,...). On introduira le fait qu en frottant un aimant sur l'aiguille en allant toujours dans le même sens, cette aiguille aura la propriété de s aimanter. 5- réalisation des boussoles dans chaque groupe. (10 min.) 6- mise en commun, démonstration du fonctionnement des dispositifs et validation avec une boussole témoin. (10 min.) 7- Les élèves rédigent leur fiche de fabrication. (15 min.) 8- Elaboration collective de la trace écrite. (5min.) Exemple : Quand une aiguille aimantée peut bouger librement, elle s oriente dans la direction Nord/Sud. Le mot du maître : Pour les bouchons flottants, le plus simple est de découper des rondelles de bouchons. Si les aimants sont lourds, on peut les couper en deux mais il faut ajouter des stabilisateurs (cure-dents) pour ne pas qu ils se renversent. On peut également faire remarquer que c est toujours la même extrémité de l aimant ou de l aiguille qui est dirigée vers le nord (respectivement le sud) : approche du champ magnétique terrestre.

7 SEANCE 6 - Sélectionner de l'information et la restituer. - Acquérir de nouvelles connaissances scientifiques - utiliser les Tices - Savoir qu il existe un pôle Nord et un pôle Sud mais qu il n existe pas de pôle Ouest ni Est. Champ magnétique - s interroger - rechercher des informations sur différents supports ( documents, livres, Internet, cédérom) Salle de classe, BCD, salle informatique groupes 40 minutes Ressources documentaires. Déroulement : I/ Phase collective (5 min.) : Dans cette séance, il s agit de répondre aux questions que les élèves se posent encore sur la boussole. Retour sur l affiche réalisée en séance 1 : A-t-on résolu tous les problèmes posés? II/ Travail par groupes (20 min.) : Faire une recherche à partir de la documentation disponible (BCD, internet, ) pour répondre aux questions restées sans réponses. On peut ajouter quelques questions supplémentaires (voir un exemple en annexe 4). On élaborera une fiche de recherche dans laquelle les élèves noteront leurs réponses ainsi que les références des documents utilisés (titre, page, adresse Internet, ) III/ Mise en commun (collective) (10 min.) : On peut ajouter une petite expérience : Comment peut-on expliquer l'orientation nord-sud de l'aiguille de la boussole? La boussole s'oriente parallèlement aux lignes de force du champ magnétique terrestre selon un axe nord/sud exactement tout comme si l'intérieur de la Terre était un énorme aimant. Pour mettre en évidence cette affirmation, proposer aux élèves de réaliser une expérience simple permettant d'observer le champ magnétique créé par un aimant. L'expérience consiste à saupoudrer de limaille de fer une feuille de papier et à placer un aimant sous cette feuille. Nous observons alors les lignes du champ magnétique de l'aimant.

8 ANNEXE 1 NOM : Prénom : Date :... LA BOUSSOLE 1- Qu est-ce qu une boussole? 2- A quoi sert-elle? 3- Comment fonctionne-t-elle?

9 ANNEXE 2 LA ROSE DES VENTS Construction géométrique d une rose des vents (site main à la pâte) ANNEXE 3 LA BOUSSOLE

10 ANNEXE 4 1- Qui a inventé la boussole? La boussole a été inventée par les chinois il y a plus de 2000 ans et perfectionnée par les arabes qui lui ont ajouté la rose des vents. 2 - Quelle a été l'utilisation de la boussole dans l'histoire? Qu'a-t-elle apporté comme progrès? La boussole a permis la navigation en haute mer et les grandes découvertes au XVI ème siècle. 3 Chercher sur le globe dans quel pays se trouve le pôle Ouest et le pôle Est. Il n existe pas de pôle Ouest ni Est, ce ne sont que des directions alors que le Nord et le Sud correspondent à des points précis sur la Terre. On peut même préciser que le pôle Nord géographique ( le point par lequel passe l axe de rotation de la Terre) et le pôle Nord magnétique (le point indiqué par les boussoles) sont légèrement différents. Même chose pour le Sud. 4 Question bonus : Résoudre l énigme. Un explorateur part de son campement, il parcourt 10 km vers le Sud, 10 km vers l Est puis de nouveau 10 km vers le Nord. Il se retrouve alors revenu à son point de départ. En chemin, il a vu un ours. De quelle couleur est cet ours? L ours est blanc car le camp de base de l explorateur se trouve au pôle Nord. Contrairement à l idée des enfants, la direction du Nord depuis un point n est pas parallèle à la direction du Nord depuis un autre point car la Terre est ronde. Quand on se trouve au pôle Nord, dans toutes les directions c est le Sud.

11 ANNEXE 5 NORD Exemple de fiche : Départ : Arrivée : Message attendu : Nord / Ouest / Sud / Ouest / Sud / Est Remarque : Pour favoriser la vérification, fixer une mesure pour chaque direction (par exemple 20 cm)

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