3.5. Evaluation. Voir aussi le logiciel de simulation :

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1 Le ciel et la Terre «Le mouvement de la Terre (et des planètes) autour du Soleil, la rotation de la Terre sur elle-même ; la durée du jour et son changement au cours des saisons». 1. Références aux textes officiels (Programmes 2008 & BOEN n 1 du 5 janvier 2012) Connaissances : - repérer et comprendre le mouvement apparent du soleil au cours d une journée et son évolution au cours de l année ; - connaître le sens et la durée de rotation de la Terre ; - savoir interpréter le mouvement apparent du soleil par une modélisation ; - mettre en lien l évolution de la durée du jour au cours de l année et les saisons (équinoxe, solstice) ; - connaître la contribution de Copernic et de Galilée à l évolution des idées en astronomie Vocabulaire : Terre, Soleil, saison, rotation (axe, sens), inclinaison, révolution, solstice, équinoxe, points cardinaux. Compétences : L élève est capable de : - pratiquer une démarche d investigation : savoir observer, questionner ; - manipuler et expérimenter, formuler une hypothèse et la tester, argumenter ; - mettre à l essai plusieurs pistes de solutions ; - exprimer et exploiter les résultats d une mesure ou d une recherche en utilisant un vocabulaire scientifique à l écrit et à l oral ; - maîtriser des connaissances dans divers domaines scientifiques ; - mobiliser ses connaissances dans des contextes scientifiques différents et dans des activités de la vie courante ; - exercer des habiletés manuelles, réaliser certains gestes techniques. 2. Les connaissances visées peuvent ici se résumer à : Mouvement de la Terre (et des planètes) autour du Soleil, rotation de la Terre sur elle-même. Le Soleil est fixe et éclaire la Terre et les autres planètes du système solaire en permanence. Mercure, Vénus, la Terre, Mars, Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune tournent autour du Soleil en suivant des trajectoires courbes appelées orbites. Toutes les planètes tournent sur elles-mêmes. L année est définie par la durée nécessaire à la Terre pour effectuer un tour complet autour du Soleil. C est le mouvement de la Terre sur elle-même qui explique l alternance entre le jour et la nuit. Cette rotation s effectue en 24 heures, d ouest en est, autour de l axe des pôles. Durée du jour selon les saisons Chaque jour, nous constatons que le Soleil apparaît vers l'est, monte dans le ciel, culmine en passant au-dessus du sud, redescend et disparaît vers l'ouest. La trajectoire apparente du Soleil dans le ciel se modifie au cours des saisons en raison de l inclinaison de l axe de rotation de la Terre, cet axe gardant toujours la même direction. [Aux latitudes de l Europe, la trajectoire apparente du Soleil est la plus courte au solstice d'hiver (le Soleil se lève alors pratiquement au sudest et se couche pratiquement au sud-ouest) et la plus longue au solstice d'été (le Soleil se lève pratiquement au nord-est et se couche pratiquement au nord-ouest). Ce n est qu aux équinoxes de printemps et d automne que le Soleil se lève exactement à l est et se couche exactement à l ouest.] Quand il reste longtemps levé et culmine haut dans le ciel, le Soleil chauffe davantage le sol : c'est la saison chaude. À l'inverse, quand les journées sont courtes et que le Soleil reste assez bas, c'est la saison froide. En effet, la durée de la journée évolue au fil de l'année. Dans les régions tempérées, elle est la plus courte à la date du solstice d'hiver et la plus longue à la date du solstice d'été. À la date des équinoxes, la durée de la journée (mesurée entre le coucher et le lever du Soleil sur un horizon fictif parfaitement horizontal) est pratiquement égale à 12 h. Il y a alors égalité entre la durée de la journée et celle de la nuit, c est l origine du mot équinoxe. Les dates des solstices et des équinoxes changent légèrement d'une année à l'autre. Dans l'hémisphère nord, elles se situent autour des dates suivantes : 21 septembre (équinoxe d'automne) ; 21 décembre (solstice d'hiver) ; 21 mars (équinoxe de printemps) ; 21 juin (solstice d'été). Solstice : Epoque où le soleil semble rester stationnaire et où l'inégalité des jours et des nuits est la plus grande sur toute la terre. Etymologie -Sol [soleil] stare [arrêter] Equinoxe : Chacune des deux époques de l année où le jour est égal à la nuit. Etymologie - Aequus [égal] nox [nuit] Voir aussi le logiciel de simulation : 3. Séquence proposée (5 séances) : 3.1. La situation de départ propre à déclencher un questionnement des élèves : Comment expliquer l alternance jour/nuit? Emergence de représentations et protocoles de validation séances pour répondre aux questions suivantes : - Comment savoir qu un jour s est écoulé?& Dans quel sens tourne la Terre? - La durée d une journée est-elle partout et tout le temps la même? - Comment expliquer les saisons : que la durée de la journée ne soit pas tout le temps la même ou qu il fasse plus chaud en été? 3.5. Evaluation.

2 3.1. Situation de départ propre à déclencher un questionnement des élèves : Comment expliquer l alternance jour/nuit? Emergence de représentations et essais de validation. Préalables : Source de lumière ; opacité/transparence ; zone éclairée/zone d ombre. Groupes de 4/5 élèves tentant : - de mettre en évidence leurs représentations ; - de les communiquer au grand groupe à l aide d un schéma. Chaque groupe dispose : - d une boule de polystyrène (la Terre) ; - d une pique en bois (son axe) ; - d une lampe torche (le Soleil) ; - d une punaise qui peut utilement matérialiser un lieu sur la Terre. Rappels pour l enseignant (1) : - le Soleil rayonne dans toutes les directions ; - les proportions de «la maquette» ne respectent en rien celle du système Soleil-Terre. Apports de l enseignant au grand groupe : La représentation d un monde où le Soleil (et les étoiles) tourne(nt) en un jour autour d une Terre immobile est une modèle géocentrique (Antiquité, Moyen-Age). Copernic (XVI s.), puis Galilée (XVII s.), proposent un modèle mettant le Soleil au centre du système solaire (modèle héliocentrique). «La Terre tourne sur elle-même autour de l axe des pôles [rotation]. L alternance jour-nuit en un lieu sur Terre, correspond au passage successif de ce lieu dans la zone éclairée par le Soleil et dans la zone d ombre de la Terre.» Rappels pour l enseignant (2) : Aucune expérience en classe ne peut prouver que la Terre tourne sur ellemême. [voir pendule de Foucault, XIX s. ] Comment savoir qu un jour s est écoulé? Dans quel sens tourne la Terre? l autre des questions en présentant un schéma, en s appuyant sur le matériel de la séance 1. L enseignant note les hypothèses puis propose les dispositifs suivants au groupe classe. 1. Observation du «mouvement apparent» du soleil. Le gnomon : tracer l ombre d un bâton planté à la verticale, à chaque heure de la journée. Recommencer dès le lendemain. 2. Sens de rotation de la Terre. Ronde d enfants, tournés vers l extérieur du cercle, représentent la Terre (l équateur). Un élève, à l extérieur de la ronde, est porteur d une sphère symbolisant le Soleil. 2.a. Pour représenter le phénomène observé en 1, la ronde reste immobile et le Soleil doit tourner dans le sens des aiguilles d une montre. Les élèves énoncent leurs prénoms au passage du Soleil. 2.b. Mais c est la Terre qui tourne! Dans quel sens? Les prénoms doivent être énoncés dans le même ordre que précédemment! Solution : la ronde tourne dans le sens inverse des aiguilles d une montre, soit d ouest en en est. Apports de l enseignant au grand groupe : Dans le langage courant, on parle : - de lever et de coucher du soleil, comme s il s agissait d un être humain (anthropomorphisme) ; - de jour, qui désigne le fait qu il fasse clair ; le jour représente la durée de l ensemble jour-nuit. Une journée ( un jour) est donc le temps pendant lequel il fait jour. L horizon, les quatre points cardinaux, l usage de la boussole, les conventions de représentation. «Un jour représente le temps qu il faut attendre pour que le soleil (l ombre du gnomon) revienne à la même place. La durée du jour est de 24 heures. Le Soleil apparaît vers l est, monte dans le ciel, passe au-dessus du sud, puis disparaît vers l ouest. La Terre tourne d ouest en est.» - les aiguilles de la montre tournent dans le même sens que les ombres et donc que le soleil (hémisphère nord) ; - le Pôle Nord est un endroit d où l on voit les planètes tourner dans le sens trigonométrique (sens inverse des aiguilles d une montre). - un jour sidéral (par rapport aux étoiles) est de 23h56min4sec [décalage quotidien de 360 /365, la Terre ayant un peu tourné autour du Soleil représentant le tour complet autour du soleil - il faut un peu plus de temps à la Terre pour retrouver la même direction que la veille par rapport au Soleil.]

3 La durée d une journée est-elle partout et tout le temps la même? l autre des questions (durée de la journée selon le lieu ou selon la date) en s appuyant sur le matériel proposé par la Fondation de la MAP. (fiches 4, 6 et 7 du module : Calendriers, miroirs du ciel et des cultures). L enseignant note les hypothèses puis propose un des dispositifs suivants à chaque groupe. 1. Durées de la journée pour différents lieux à la même date. Les élèves disposent : - de la fiche n 4 (à la date du solstice d été, durée de la journée en différents lieux de l hémisphère nord) ; - d un planisphère (ou d un globe terrestre). Les élèves : - ont la confirmation que la durée de la journée varie, - répondent à la question de savoir comment elle varie. 2. Durées de la journée pour un même lieu à différentes dates. Les élèves disposent : - de la fiche n 6 (à différentes dates, durée de la journée [entre heures de lever et coucher du soleil] en un même lieu, Paris) ; - de la fiche n 7 (feuille quadrillée pour un repérage sexagésimal). Les élèves ont à reporter les heures de lever et de coucher du soleil, à relier les points de manière à mettre graphiquement en évidence : - les zones de journée et de nuit ; - les temps d égalité journée/nuit (équinoxes) ; - les temps d écart maximal entre journée et nuit (solstices). Apports de l enseignant : Repérages sur le globe terrestre : pôles, parallèles, équateur, hémisphères nord et sud, méridiens (méridien de Greenwich). Latitude : distance (angulaire) d un point de la surface terrestre à l équateur (mesurée en degrés par l arc du méridien terrestre) ; Longitude : distance (angulaire) d un point de la surface terrestre au méridien d origine (mesurée en degrés). «Une année représente le temps qu il faut attendre pour que la journée soit à nouveau de même durée. La Terre a alors accompli un tour complet autour du Soleil [révolution], en 365 jours et 6 heures. A une même date, la durée de la journée n est pas la même sur tous les points du globe. Par exemple, en été, dans l hémisphère nord, sur un même méridien, plus on se situe près du pôle, plus la durée de la journée augmente. La durée de la journée évolue aussi pendant l année. Lorsque la durée de la journée est égale à celle de la nuit, on parle d équinoxe (de printemps, de d automne). A partir des relevés effectués en Europe, on peut dire que lorsque la durée de la journée est maximale, on parle de solstice d été et lorsqu elle est minimale, on parle de solstice d hiver. La durée de la journée varie donc selon les saisons.» - une année présentant deux équinoxes, la définition astronomique de la durée de l année devrait être, par exemple : «le temps qu il faut attendre pour que la journée soit à nouveau de la même longueur, entre deux équinoxes d automne» ; - l année sidérale, correspondant à la révolution de la Terre autour du Soleil, est exactement de 365 jours 6 heures 9 minutes 9 secondes. Ces 6 heures supplémentaires donnent lieu à l ajustement des années bissextiles, tous les quatre ans ( 6h00 x 4 24h00) aux ajustements près Animations flash :

4 3.4. Comment expliquer les saisons : que la durée de la journée ne soit pas tout le temps la même ou qu il fasse plus chaud en été? l autre des questions (Comment expliquer la variation de la durée du jour ou de la température?). L enseignant note les hypothèses puis propose l un des dispositifs suivants à chaque groupe. 1. Durée différente des jours en été et en hiver. Chaque groupe dispose (voir séance 1) : - d une boule de polystyrène (la Terre) ; - d une pique en bois (son axe) ; - d une lampe torche (le Soleil) ; - d une punaise qui peut utilement matérialiser un lieu sur la Terre. Les élèves cherchent quelle position doit avoir la Terre pour que la journée soit, par exemple, plus courte en hiver et plus longue en été, près de chacun des pôles. 2. Différence de chaleur entre été et hiver, en un point donné. Un groupe dispose de : - deux lampes de bureau (ampoules chauffantes identiques) ; - deux demi-plaquettes de chocolat ; - un chronomètre. Les élèves cherchent quelle(s) position(s) peuvent avoir chacune des lampes pour modéliser des situations différentes de chauffage du sol par le Soleil. Apports de l enseignant : Animations flash : - la course du soleil ; - le saisons. «La Terre est inclinée sur son axe Pôle Nord-Pôle Sud et cet axe pointe toujours dans la même direction. Cette inclinaison explique l inversion des saisons entre hémisphères nord et sud ainsi que la variation de la durée des journées. Les rayons du Soleil ne frappent pas la Terre de manière uniforme. Ils sont plus chauds lorsqu ils sont perpendiculaires au sol (le Soleil est haut dans le ciel) au moment même où les journées sont plus longues. C est l été. Ils sont moins chauds lorsqu ils sont rasants (le Soleil est bas dans le ciel) et les journées sont plus courtes. C est l hiver.» - L orbite de la Terre est quasiment circulaire ; la représentation en perspective accentuant la vision elliptique [vérifiable avec un cerceau vu de profil] ; - dans le cas de positions tour à tour rapprochées puis éloignées de la Terre par rapport au Soleil, on observerait la même saison dans chacun des 2 hémisphères, ainsi que 2 hivers et 2 étés pour tous ; - l axe de la Terre est incliné de 23 par rapport au plan contenant sa trajectoire

5 3.5. Evaluation. Le ciel et la Terre «Le mouvement de la Terre autour du Soleil, la rotation de la Terre ; la durée du jour et son changement au cours des saisons». Pour chacun des exercices suivants, tu trouveras : - une partie connaissances (mobiliser le lexique, les définitions) ; - une partie compétences (exploiter la situation, observer, conclure). 1. A partir du schéma suivant du système Soleil-Terre : - complète les phrases avec le vocabulaire donné ; - réponds à la question posée en donnant une explication. N 1 ill. MAP A partir du schéma suivant du système Soleil-Terre : - réponds par vrai ou faux ; - compare le schéma N 1 et le schéma N 2 N 2 ill. MAP Après avoir observé le 3 schéma, réponds à la question posée. Vocabulaire : la nuit, méridien, est, ouest, rotation Pôle Nord Pôle Sud Les trois lieux, pointés en rouge sur le schéma, sont placés sur un même... La Terre est inclinée selon l axe... sur lequel elle tourne. Elle tourne d.. en.. C est la L ombre sur la Terre correspond à. En quelles saisons peuvent se situer deux des lieux pointés en rouge? Justifie ta réponse. Le lieu le plus au nord.. Le lieu le plus au sud.. Vrai ou faux? Le schéma nous montre la partie éclairée par le Soleil et la partie dans la zone d ombre de la Terre... Une journée, c est la suite jour-nuit Un jour, c est le temps qu il faut attendre pour que le soleil revienne à la même place Le méridien, c est la limite entre la zone d ombre et la zone éclairée Dans un an exactement, la Terre sera dans cette même position par rapport au Soleil Quelles différences y-a-t-il entre les schémas N 1 et N 2? Que peux-tu en conclure? Quelle expérience, faite en classe, permet de faire comprendre l effet des rayons solaires selon la saison? Décris-la! Hypothèse(s) :.... Dispositif :.. Observations :. N 3 ill. MAP 2000