Le ciel et la Terre. La lumière et les ombres. Proposition de scénario pédagogique. Groupe départemental Sciences 79

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1 Groupe départemental Sciences 79 Le ciel et la Terre. La lumière et les ombres. Proposition de scénario pédagogique.

2 PLACE DANS LES PROGRAMMES Programmes 19/6/2008 : Le ciel et la terre. Lumières et ombres. Le ciel et la Terre. La lumière et les ombres. Proposition de scénario pédagogique. BO janvier 2012 : Cours élémentaire deuxième année Cours moyen première année Cours moyen deuxième année Lumières et ombres - Connaître les conditions d obtention d une ombre. - Savoir qu à plusieurs sources lumineuses correspondent plusieurs ombres. Vocabulaire : lumière, ombre, écran, source lumineuse. Lumières et ombres - Savoir expliquer la variation de la forme de l ombre d un objet en fonction de la distance source lumineuse / objet et de la position de la source lumineuse. - Mobiliser ses connaissances sur Lumières et ombres pour expliquer et comprendre le phénomène d alternance du jour et de la nuit. Lumières et ombres - Mobiliser ses connaissances sur Lumières et ombres pour expliquer et comprendre le phénomène de phases de la Lune. Socle commun : Compétence 1 du socle commun: La maîtrise de la langue française : Domaines Dire items- s exprimer à l oral et à l écrit dans un vocabulaire approprié et précis Lire Ecrire - traiter une information comprenant du texte, des images, etc. - rédiger différents types de textes - dans les diverses activités scolaires, proposer une réponse écrite, explicite et énoncée dans une forme correcte Compétence 3 du socle commun: La culture scientifique et technologique Domaine Pratiquer une démarche scientifique ou technologique items - pratiquer une démarche d investigation : savoir observer, questionner - manipuler et expérimenter, formuler une hypothèse et la tester, argumenter Maîtriser des connaissances dans divers domaines scientifiques et les mobiliser dans des contextes scientifiques différents et dans des activités de la vie courante item - le ciel et la terre, lumières et ombres = savoir qu un objet a une ombre s il est placé entre une source lumineuse et un écran. Être capable d expliquer que l ombre d un objet varie lorsque la distance source lumineuse / objet est modifiée et qu un objet peut avoir plusieurs ombres s il est exposé à plusieurs sources lumineuses. ELEMENTS DE CONNAISSANCES POUR L ENSEIGNANT - La lumière se propage de façon rectiligne dans un milieu homogène (qui a les mêmes propriétés en tout point). L air à température constante est un milieu homogène (l air au-dessus de la route n est pas homogène car sa température varie ; l image vue est déformée car les rayons ne se propagent pas de manière rectiligne. Lors d un changement de milieu (air/eau, air/verre ) la lumière est également déviée. - Une ombre nécessite une source de lumière. Sa forme dépend de la forme de l objet, de sa position et de son orientation par rapport à la source. Une source lumineuse ponctuelle et un objet opaque déterminent deux régions de l espace : une région éclairée d où l observateur voit la source et une région à l ombre d où l observateur ne voit pas la source. Lorsque la source lumineuse est étendue, il y a en plus une zone intermédiaire (pénombre) d où l observateur ne voit qu une partie de la source.

3 (seuls les rayons utiles au schéma sont représentés) Les sources de lumière usuelles étant toujours étendues (ampoule, lampe de poche, Soleil), les ombres engendrées ont des contours difficiles à interpréter (pénombre). On ne cherchera donc pas à construire les contours de ces zones, mais on réfléchira à ce qu y voit un observateur. - Points de vocabulaire : réflexion : la lumière est renvoyée par l objet dans une direction bien définie diffusion : la lumière est renvoyée dans toutes les directions absorption : la lumière est absorbée par la matière qui s échauffe transmission : la lumière traverse la matière - La lumière se déplace à une grande vitesse (environ km/s). Elle met environ 8 minutes pour venir du soleil et de quelques années à des milliers d années pour venir des étoiles visibles à l œil nu. - La lumière visible est caractérisée par sa couleur, du rouge au violet. Eléments de bibliographie : - BO du 13 juin 2008 ; BO de janvier Documents d application des programmes, Fiches connaissances séquences de sciences au CE2, Retz, J apprends les sciences par l expérience, guide pédagogique, Belin, Tout en doc, Le ciel et la terre cycle 3, Belin, 2013 PROPOSITION DE SEQUENCE Niveau proposé : CE2/CM1 Séance 1 : Pourquoi voit-on les objets qui nous entourent? Séance 2 : Comment se propage la lumière? Séance 3 : Qu est-ce qu une ombre? Etude en littérature de l album Il ne faut pas faire pipi sur son ombre! de Jean Pierre Kerloc h Séance 4 : Comment les ombres varient? Séance 5 : Evaluation Séance 6 : Comment construire un théâtre d ombres? autres titres d albums ou DVD A quai, Sara, Seuil Dans la nuit noire, Bruno Munari, Seuil De l autre côté, Banyai, Circonflexe Le montreur d ombres, Finzo, Belin Ombres et lumières, Held, L école des Loisirs Où vont les ombres, Korkos, Motus DVD Princes et princesses, Ocelot, France Télévision

4 Séance 1 : Pourquoi voit-on les objets qui nous entourent? Objectifs généraux de la séquence: - observer un phénomène quotidien = les ombres et la lumière Connaissances visées lors de la séance : - savoir que la lumière nous permet de voir les objets - connaître le vocabulaire spécifique : lumière, ombre, source de lumière Capacité visée : - être capable de pratiquer une démarche d'investigation Attitudes travaillées : - le sens de l'observation - manipuler et expérimenter Capacités prioritairement visées en maîtrise du langage oral et écrit: - être capable d'utiliser le lexique spécifique des sciences - prendre des notes lors d'une observation - présenter sa démarche à l écrit Support, matériel : reproduction du tableau de Georges de La Tour, Saint Joseph Charpentier lampes de poche, de bureau... Déroulement : Mise en situation : projeter ou présenter le tableau de Georges de La Tour description collective ; demander quelles parties du tableau on voit le mieux? Pourquoi? Dégager les notions de lumière, ombre, source de lumière. Mise en évidence du problème donné : demander d'imaginer une expérience prouvant que sans lumière on ne peut pas voir les objets ; demander de dessiner / décrire et d'expliquer présenter le matériel mis à disposition (lampes...) Recherche : les élèves imaginent et mettent en place des expériences ; aides ponctuelles de l'adulte si nécessaire élaboration d'affiches de présentation par les groupes + schémas sur les cahiers présentation des expériences par chaque groupe comparaison des expériences conclusion : la lumière nous permet de voir les objets qui nous entourent. Les yeux ne produisent pas de lumière. C'est aussi le cas de l'appareil photo (sans flash). La preuve : les objets dans le noir sont présents même si on ne les voit pas. Il faut que la lumière renvoyé par cet objet arrive dans notre oeil. faire lister des sources lumineuses. Trace écrite : Pourquoi voit-on les objets qui nous entourent? Je vois la pomme. Je ne vois pas la pomme. Nous pouvons voir les objets qui nous entourent grâce à la lumière qui vient d'une source lumineuse (soleil, ampoule, bougie, feu...). Nos yeux ne produisent pas de lumière mais reçoivent la lumière de l'objet qui renvoie la lumière reçue.

5 Séance 2 : Comment se propage la lumière? Objectifs généraux de la séquence: - observer un phénomène quotidien = les ombres et la lumière Connaissances visées lors de la séance : - savoir que la lumière part de la source lumineuse, va sur l'objet - savoir que la lumière suit un trajet rectiligne dans l'air Capacité visée : - être capable de pratiquer une démarche d'investigation Attitudes travaillées : - le sens de l'observation - manipuler et expérimenter Capacités prioritairement visées en maîtrise du langage : - être capable d'utiliser le lexique spécifique des sciences - prendre des notes lors d'une observation Support, matériel : lampes, cartons perforés, cartons écran fiches avec dessins de l'expérience (2 dessins par enfant) peignes cahier d'expériences Déroulement : Mise en situation : rappel de la séance précédente : nous voyons les objets grâce à la lumière Mise en évidence du problème donné : proposer à 3 enfants (A, B et C) de se ranger en file indienne en ordre décroissant de taille ; demander à un autre élève D de se placer face à A (veiller à ce qu'il ne voit pas B et C). Lui demander ce qu'il voit et ne voit pas. Demander aux autres élèves d'expliquer pourquoi D ne voit pas B et C. Recherche : les élèves écrivent leurs hypothèses propositions de quelques élèves D ne voit pas B et C parce que la lumière qui part de B et C, ne se déplaçant qu'en ligne droite, rencontre un obstacle (A) avant d'arriver aux yeux de D. Si la lumière pouvait décrire une courbe elle pourrait contourner A et B et arriver aux yeux de D. Faire un schéma au tableau de la trajectoire de la lumière. Mise en évidence du deuxième problème donné : indiquer aux élèves qu'ils vont essayer de prouver que la lumière va tout droit, présenter le matériel : lampes, carton perforé, carton écran ; présenter le problème à l'aide du dessin : quelle partie de l'écran va être éclairée? La faire dessiner et colorier en jaune. Recherche : les élèves mettent en place l'expérience et dessinent la partie éclairée. propositions des groupes ; discussion, comparaison et bilan : la lumière se propage en différents rayons lumineux rectilignes. Proposer une seconde expérience à partir d'une lampe et d'un peigne posé debout sur la table et éclairé par la lampe : on aperçoit plusieurs rayons lumineux rectilignes. Trace écrite : Comment se dirige la lumière? Faire compléter le dessin de façon collective pour obtenir : Dans l'air, la lumière se propage en différents rayons lumineux rectilignes.

6 Séance 3 : Qu est-ce qu une ombre? Objectifs généraux de la séquence: - observer un phénomène quotidien = les ombres et la lumière Connaissances visées lors de la séance : - savoir qu'un objet opaque éclairé par une source de lumière présente une partie lumineuse et une partie sombre (ombre propre) - savoir que la lumière traverse les objets transparents - connaître le vocabulaire spécifique : ombre propre, ombre portée, objet opaque ou transparent Capacité visée : - être capable d'émettre des hypothèses Attitudes travaillées : - le sens de l'observation - manipuler et expérimenter Capacités prioritairement visées en maîtrise du langage : - être capable d'utiliser le lexique spécifique des sciences - écrire pour communiquer, schématiser, représenter Support, matériel : fiches ombre à compléter fiche sur transparent et rétroprojecteur lampes, verres transparents et opaques cahiers d'expérience Déroulement : Mise en situation : rappel de la séance précédente : la lumière se propage en plusieurs rayons lumineux rectilignes Mise en évidence du problème donné : distribuer les fiches avec la situation problème ; faire décrire et demander de dessiner l'ombre de la fillette. Recherche : les élèves dessinent les ombres propositions de quelques élèves demander une façon de vérifier ; la mettre en place ; observer et compléter le transparent ; faire compléter les fiches : mettre en évidence l'ombre portée (au mur et au sol) et l'ombre propre (dos de la fillette) Mise en évidence du deuxième problème donné : faire observer que l'ombre est sombre ; demander si toutes les ombres sont sombres? demander de mettre en place des expériences avec le matériel donné : lampes, verres opaques, verres transparents Recherche : les élèves mettent en place l'expérience et la dessinent. propositions des groupes ; discussion, comparaison et bilan : la couleur de l'ombre varie en fonction de l'aspect opaque ou transparent de l'objet éclairé, donc toutes les ombres ne sont pas sombres. Trace écrite : Les différentes ombres. Faire coller la fiche ombre de la fillette complétée : Un objet ou une personne placé(e) devant une source de lumière a une partie éclairée et une partie sombre. Cette partie sombre s'appelle l'ombre propre. Derrière l'objet ou la personne se trouve une zone d'ombre sur le sol et le mur : elle s'appelle l'ombre portée. Faire le dessin de l'ombre de l'objet opaque et de l'ombre de l'objet transparent. Toutes les ombres ne sont pas sombres. La lumière traverse les objets transparents : il se forme une ombre claire. En revanche, elle ne traverse pas les objets opaques : l'ombre est sombre.

7 Séance parallèle en littérature de jeunesse : Il ne faut pas faire pipi sur son ombre! de Jean Pierre Kerloc h et Fabrice Turrier Les séances 1 à 3 ayant défini la notion d ombre portée, nous choisissons d aborder cet album en littérature pour consolider les premiers acquis scientifiques. On veillera toutefois à rester dans une étude strictement littéraire. Cet album servira ensuite de point d appui pour la séance 4.

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9 Séance 4 : Comment les ombres varient? Objectifs généraux de la séquence: observer un phénomène quotidien = les ombres et la lumière Connaissances visées lors de la séance : - connaître les facteurs influant sur la taille et l'orientation d'une ombre : distance de l'objet par rapport à la source lumineuse, distance de l'écran par rapport à l'objet, position de la source lumineuse Capacité visée : - être capable de mettre en place un protocole d'expérience Attitudes travaillées : - le sens de l'observation - manipuler et expérimenter Capacités prioritairement visées en maîtrise du langage : - être capable d'utiliser le lexique spécifique des sciences - écrire pour communiquer, schématiser, représenter Support, matériel : album Il ne faut pas faire pipi sur son ombre! de Jean Pierre Kerloc h et Fabrice Turrier lampes et objets divers Déroulement : Mise en situation : rappel de la séance précédente : les différentes ombres Mise en évidence du problème donné : reprendre les illustrations de l album vu en littérature de jeunesse et engager la discussion sur les différentes formes de l ombre de Valentin de même l enseignant fait observer aux élèves au préalable que l'ombre d'un arbre change de taille et de place au cours de la journée comment expliquer ce phénomène? Autrement dit : comment varient la taille et l'orientation d'une ombre? demander proposer des expériences qui permettent de mettre en évidence les facteurs influant sur la taille d une ombre et sur l orientation d une ombre pour un objet fixe. Proposer à des groupes de travailler sur la taille et à d'autres de travailler sur l'orientation. Présenter le matériel : lampes, objets divers Recherche : les élèves mettent en place l'expérience et la dessine. propositions des groupes ; discussion, comparaison et bilan : la dimension de l ombre dépend de la position de l objet par rapport à la source lumineuse ou de celle de l écran par rapport à celle de l objet. Pour un objet fixe la direction de l ombre dépend de la position de la source lumineuse. Défi 1 : proposer à chaque groupe un crayon qui sera tenu verticalement et une lampe. Défi : placer la lampe pour que l ombre du crayon soit la plus courte possible, puis la plus longue possible et enfin pour que le crayon et son ombre aient exactement la même taille. Chaque groupe devra schématiser. propositions des groupes. Défi 2 : la lumière reste fixe : placer le crayon de façon à obtenir l ombre la plus courte, la plus longue et de même taille que le crayon propositions des groupes (faire la parallèle avec la terre et le Soleil) Trace écrite : Comment les ombres changent? Synthèse des résultats d expériences. La taille de l ombre dépend de la distance entre la source lumineuse et l objet opaque, et de la distance entre l objet opaque et l écran ou le support de l ombre. La forme de l ombre dépend de la forme de l objet, ainsi que de la position de la source lumineuse par rapport à l objet et à l écran.

10 Mon prénom : La date :. EVALUATION DE SCIENCES ET TECHNOLOGIES :: OMBRES ET LUMIERES 1. Pourquoi voit-on les objets qui nous entourent?.. 2. Comment se dirige la lumière dans l air?.. 3. Complète ce dessin en dessinant l ombre et en indiquant le nom des ombres par des flèches. ombre ombre. 4. Entoure la bonne lampe. Explique ton choix : Explique pourquoi les arbres de la cour de l école ont une grande ombre le matin, une ombre plus courte à midi et de nouveau une ombre longue le soir Pourquoi l ombre portée de la poule est-elle plus grande dans le deuxième cas?......

11 7. Dessine les rayons utiles sur les schémas de gauche. Dans le cadre blanc (écran vu de face) à droite, dessine l ombre de l objet. 8. Dessine la lampe et l écran en fonction de l ombre représentée sur les écrans vus de face Je m évalue : (coche la bonne case) je pense avoir bien compris les phénomènes d ombre et de lumière je pense avoir des difficultés à comprendre les phénomènes d ombre et de lumière Le maître m évalue : Capacités et connaissances visées : l élève est capable NA CA A de connaître des propriétés de la lumière de connaître et utiliser le vocabulaire spécifique aux ombres et lumières d expliquer la variation de la taille et de la forme de l ombre d un objet de proposer et schématiser un protocole d expérience en lien avec les ombres d utiliser et compléter à bon escient un schéma d expérience en lien avec les ombres NA = non acquis ; CA = en cours d acquisition ; A = acquis

12 Séance 6 : Comment construire un théâtre d ombres?