Le ciel et la Terre. Le mouvement de la Terre autour du soleil : V. Jour et nuit. Séance 1 : Représentation du soleil

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1 Le ciel et la Terre Le mouvement de la Terre autour du soleil : V. Jour et nuit Séance 1 : Représentation du soleil Séance 2a : Repérage du soleil sur un panoramique Séance 2b : Le théodolite Séance 3 : Le sens de rotation de la Terre Séance 5 : Scénario d évaluation Jour nuit Départemental Sciences 34 / A partir des travaux d Hélène Merle et Alexandre Nicolas / Mise à jour 2014

2 PALIER 2 SCIENCES : - manipuler et expérimenter, formuler une hypothèse et la tester, argumenter ; - mettre à l essai plusieurs pistes de solutions ; - maîtriser des connaissances dans divers domaines scientifiques ; - mobiliser ses connaissances dans des contextes scientifiques différents et dans des activités de la vie courante. Référence aux programmes d enseignement : - Repérer le mouvement apparent du Soleil au cours d une journée. Connaissances : Se questionner sur la trajectoire du Soleil dans le ciel au cours d une journée, prendre conscience du fait que pour repérer la position du Soleil on a besoin - de se placer à un endroit précis qu on conservera tout au long des observations - de repérer deux grandeurs : l azimut (la direction) et la hauteur du Soleil (vers où je dois me tourner pour voir le Soleil et de combien je dois lever la tête). Capacités : Savoir prendre un emplacement fixe pour l observateur / Prendre des repères schématisés. Titre de la séquence : Jour / nuit. Mouvement apparent du Soleil. Séance n 1 : Représentation sur la trajectoire du Soleil. Niveau : Cycle 3. Matériel : - collectif : plots. - de groupe : - individuel : crayon, feuille A4, support rigide, gomme, règle. Durée Organisation matérielle Rôle du maître Individuel Déroulement Recueil de conceptions sur la trajectoire du Soleil dans le ciel sur une journée : dessine sur un panorama fictif (un trait horizontal avec un arbre et une maison par exemple, en indiquant ou pas le Sud) le chemin du Soleil sur une journée Remarques Mise en commun pur pointer des désaccords sur la forme des trajectoires, le sens, les points cardinaux. Cela permet de lancer un projet d observation sur une journée mais avant de pouvoir faire ça il faut déjà être capable de repérer la position du Soleil à un instant donné A. Entretien préalable : Consigne : Dehors, tu vas dessiner le paysage que tu vois avec le Soleil. Essaie de repérer la position du Soleil Matériel : De quel matériel auras-tu besoin? Distribution (les élèves peuvent demander une règle pour repérer la hauteur du Soleil même si cela n est pas pertinent)

3 Individuel B. Dessin : Attention, ne pas fixer le Soleil, le cacher avec le poing. Diriger l observation C. Mise en commun : Confrontation de 4 ou 5 dessins significatifs. Certains ont trop de détails. Discussion : Où est le Soleil par rapport aux repères communs? Il n a pas la même place dans tous les dessins. Pourquoi? L endroit où le dessinateur s est placé est peut-être important. D. Expérience : Pour voir si les différences dans les dessins sont bien dues à la position de l observateur les élèves vont se placer derrière plusieurs plots installés en demi-cercle face au Soleil. Où le Soleil se trouve-t-il par rapport à un élément du paysage? On en tire la nécessité de décider de la place fixe de l observateur. La discussion doit aussi aboutir à l idée qu on a besoin de repérer à la fois la direction du Soleil (dans le plan horizontal, c est-à-dire son azimut) et sa hauteur : vers où je dois me tourner pour voir le Soleil, au-dessus de quel repère du paysage se trouve-t-il et de combien je dois lever la tête, le Soleil est-il au ras de l horizon ou très haut dans le ciel. À la suite de cette première séance on va choisir une méthode pour repérer la position du Soleil ( séance 2a ou 2b) puis pour la représenter.

4 PALIER 2 SCIENCES : - manipuler et expérimenter, formuler une hypothèse et la tester, argumenter ; - mettre à l essai plusieurs pistes de solutions ; - maîtriser des connaissances dans divers domaines scientifiques ; - mobiliser ses connaissances dans des contextes scientifiques différents et dans des activités de la vie courante. Référence aux programmes d enseignement : - Repérer le mouvement apparent du Soleil au cours d une journée. Connaissances : Le Soleil se lève vers l est et se couche vers l ouest. Il décrit une trajectoire en forme d arc de cercle. La hauteur du Soleil est un angle et elle varie au cours de la journée. Capacités : Repérage de la hauteur et de l azimut du Soleil. Titre de la séquence : Jour / nuit. Mouvement apparent du Soleil. Séance n 2a : Repérer la trajectoire du Soleil sur un panoramique. Niveau : Cycle 3. Matériel : - collectif : une série d une dizaine de photos du panorama à 360 du lieu choisi pour l observation. - de groupe : photocopies de ces photos, bande de papier, une boussole. - individuel : Durée Organisation matérielle Rôle du maître A. Entretien préalable : Déroulement Remarques Consigne : Coller les photographies du panorama sur une bande de papier en plaçant le sud au milieu de la bande. Montrer que si on rejoint les deux extrémités de la bande pour former un cercle on retrouve l horizon qu on observe en se plaçant au centre. Note : ce travail peut se faire sur un panorama esquissé rapidement à main levée. B. Observation : Indiquer les points cardinaux sur la bande. Chaque groupe colle sur le panoramique une gommette représentant la position du Soleil. On est tous à une place fixe et on regarde vers le sud. C. Confrontation : Tous les Soleils ne sont pas à la même hauteur mais la position par rapport aux points cardinaux est bonne. Comment faire pour être plus précis? Prendre un arbre comme unité de mesure. Ex : Le Soleil est à 2 hauteurs d arbre.

5 x fois Le maître propose le poing comme référence : On empile les poings, la hauteur du Soleil est de X poings Replacer la gommette. Note pour l enseignant : un poing tendu vers l horizon correspond environ à 10 Une fois la méthode de relevé mise au point à un instant donné on réalise des relevés sur une journée, un relevé à chaque moment de sortie ou d entrée de classe suffit (matin, récréation, sortie méridienne, rentrée de l après-midi, récréation, sortie, fin de l accueil éventuellement. 15 minutes Individuel Placer des gommettes chaque fois sur le panoramique. Les relier pour montrer le trajet du Soleil. Marquer les heures et le sens de rotation. Exploitation des relevés : Où se couche-t-il? Où se lève-t-il? Dans quel sens se déplace-t-il? Le Soleil se déplace d est en ouest au cours de la journée. Il culmine (c est-à-dire il est au plus haut et non au zénith) à midi solaire au Sud (azimut 180 ) Trace écrite : Distribuer un schéma du panoramique et tracer la course et la hauteur du Soleil au cours de la journée. (graphique) Le Soleil se lève vers l est, il se couche vers l ouest. Il culmine à midi solaire au Sud.

6 PALIER 2 SCIENCES : - manipuler et expérimenter, formuler une hypothèse et la tester, argumenter ; - mettre à l essai plusieurs pistes de solutions ; - maîtriser des connaissances dans divers domaines scientifiques ; - mobiliser ses connaissances dans des contextes scientifiques différents et dans des activités de la vie courante. Référence aux programmes d enseignement : - Repérer le mouvement apparent du Soleil au cours d une journée. Connaissances : Le Soleil se lève vers l est et se couche vers l ouest. Il décrit une trajectoire en forme d arc de cercle. La hauteur du Soleil est un angle et elle varie au cours de la journée. Capacités : Utilisation du théodolite. Titre de la séquence : Jour / nuit. Mouvement apparent du Soleil. Séance n 2b : Le théodolite. Niveau : Cycle 3. Matériel : - collectif : une série d une dizaine de photos du panorama à 360 du lieu choisi pour l observation. - de groupe : photocopies de ces photos, bande de papier, une boussole, un théodolite (cf. fiche de fabrication du théodolite Doc 6). - individuel : Durée Organisation matérielle Rôle du maître En groupe (dirigé par le maître) Déroulement A. Sur le terrain, orienter le théodolite. On met le 0 vers le nord. B. Apprendre à l utiliser (cf fiche sur le théodolite): Lorsqu on vise le Soleil, une tache de lumière doit apparaître et on lit la hauteur et la direction (l azimut) que l on note. Note : le mesure des angles n est pas au programme de l école mais on lit des mesures d angles sur les boussoles et le théodolite. Remarques C. En classe : Graduer le panoramique en partant du nord 0 jusqu au «nord opposé» 360. Garder la même échelle pour la hauteur. x fois D. Une fois la méthode de relevé mise au point à un instant donné on réalise des relevés sur une journée, un relevé à chaque moment de sortie ou d entrée de classe suffit (matin, récréation, sortie méridienne, rentrée de l après-midi, récréation, sortie, fin de l accueil éventuellement). Placer des gommettes chaque fois sur le panoramique. Les relier pour montrer le trajet du Soleil. Marquer les heures et le sens de rotation. E. Exploitation des relevés : Où se couche-t-il? Où se lève-t-il? Dans quel sens se déplace-t-il?

7 15 minutes Individuel Le Soleil se déplace d est en ouest au cours de la journée. Il culmine (c est-à-dire il est au plus haut et non au zénith) à midi solaire au Sud (azimut 180 ) F. Trace écrite : Distribuer un schéma du panoramique et tracer la course et la hauteur du Soleil au cours de la journée. (graphique) Le Soleil se lève vers l est, il se couche vers l ouest. Il culmine à midi solaire au Sud.

8 40 Le théodolite la base

9 Le théodolite (suite)

10 Montage et fonctionnement du théodolite Matériel nécessaire : les 2 photocopies précédentes du carton plume ou carton épais 2 clous une épingle à tête de la colle ciseaux et cutter Montage : Découper les parties 1, 2 et 3. Les coller sur le carton plume. Découper le carton plume. Placer la partie 2 sur les pointillés de la partie 1 et faire tenir avec un clou planté au centre de la partie 1. La partie 2 doit pouvoir pivoter sur la partie 1. Placer à l aide de l autre clou, la partie 3 (curseur) sur la partie 2. Vous pouvez maintenir le clou avec du scotch. Fonctionnement : Grâce à une boussole, orienter le théodolite. Le 0 doit être placer vers le nord. Orienter la partie 2 (qui doit être bien verticale) vers le Soleil pour qu elle ne projète pas d ombre. Vous pourrez alors lire l azimut du Soleil sur le socle (1). Positionner ensuite le curseur (3) pour qu il ne projète pas d ombre. Ainsi vous lirez la hauteur du soleil sur la partie 2. Conseil d utilisation : Faire des relevés de position toutes les heures, si possible du lever au coucher du Soleil. Ne pas oublier de noter l heure des relevés. Vous pouvez faire la correction par rapport à l heure solaire. Placer chaque relevé sur une graphe (azimut en abscisse et hauteur en ordonnée). Faire les relevés 4 fois dans l année (aux alentours des : 21 septembre, 21 décembre, 21 mars et 21 juin).

11 PALIER 2 SCIENCES : - manipuler et expérimenter, formuler une hypothèse et la tester, argumenter ; - mettre à l essai plusieurs pistes de solutions ; - maîtriser des connaissances dans divers domaines scientifiques ; - mobiliser ses connaissances dans des contextes scientifiques différents et dans des activités de la vie courante. Référence aux programmes d enseignement : - Savoir interpréter le mouvement apparent du Soleil par une modélisation - Connaître le sens et la durée de rotation de la Terre sur elle-même. - Connaître la contribution de Copernic et Galilée à l évolution des idées en astronomie. Connaissances : La Terre tourne sur elle-même en 24 h, cela explique le mouvement apparent du Soleil et l alternance des jours et des nuits. Capacités : Schématisation de dessus et de profil. Titre de la séquence : Jour / nuit. Mouvement apparent du Soleil. Séance n 3 : Interprétation du mouvement apparent du Soleil par la rotation de la Terre sur elle-même en 24h. Niveau : Cycle 3. Matériel : - collectif : pour le mime : prévoir 2 manchons est-ouest (feuilles A4 scotchées pour former des tubes à enfiler sur les mains des élèves) et une carte de France imprimée sur une feuille A4 que les élèves peuvent mettre autour du cou ou scotcher sur le tee-shirt. - de groupe : pour la modélisation avec des maquettes : une lampe, une boule de polystyrène ou un petit globe, des personnages-ou des épingles ou gommettes pour représenter ces personnages : une feuille pour les schémas. - individuel : des documents sur les différents modèles du système solaire (système de Ptolémée-géocentrique- et système de Copernic/Galilée-héliocentrique). Durée Organisation matérielle Rôle du maître Déroulement A. Problème : Voici le globe (la boule) : dessine l équateur, repère le pôle nord, le pôle sud, place un personnage à Montpellier. Voici le Soleil (la lampe) : Trouve plusieurs solutions permettant d expliquer la trajectoire du Soleil sur une journée (lever vers l est ). Analyse 1 B. Modélisation : Les élèves trouvent en général en manipulant les maquettes (lampes et globes) qu il existe (au moins) deux modèles permettant de rendre compte de cette observation : le modèle géocentrique dans lequel le Soleil tourne autour de la Terre en 24h dans le sens des aiguilles d une montre et le modèle héliocentrique dans lequel la Terre tourne sur elle-même en 24h dans le sens inverse des aiguilles d une montre. Il est intéressant ensuite de faire mimer ces deux modèles collectivement (un élève représente le Soleil et un autre la Terre (avec la carte de France autour du cou et les manchons), notamment pour repérer les sens de rotation. Un élève vient au tableau, il se place face au Soleil (le sud), son manchon «est» est à gauche, son manchon «ouest» est à droite.

12 Il tourne ensuite le dos au Soleil : Comment doit-il tourner pour que le Soleil apparaisse d abord vers l est? Reprendre la boule, placer le personnage dans la nuit, le jour, à midi, au lever du Soleil, au coucher. Lui faire mimer une journée de 24 h. On a donc deux modèles permettant de rendre compte des observations réalisées lors des séances précédentes. 1 /individuel C. Étude de documents : Ces documents présentent les deux modèles du ciel qui se sont succédés dans l histoire et permettent d institutionnaliser le modèle héliocentrique 1 D. Synthèse et trace écrite : Les déplacements du Soleil au cours de la journée s expliquent par la rotation de la Terre sur elle-même en 24h dans le sens inverse des aiguilles d une montre. Il faut ensuite un travail spécifique sur la schématisation pour aboutir aux schémas suivants : Schéma de la Terre vue de dessus. Schéma de la Terre vue de profil. Remarque : plutôt que d utiliser du blanc et du noir pour les schémas (risques de confusions liées au fait que l enseignant écrive le plus souvent en blanc sur fond noir et l élève en gris sur fond blanc) il est préférable d utiliser du jaune pour colorier les zones éclairées au tableau comme sur les cahiers.