Séance 1 : Qu est-ce qu un jour? Qu est-ce qu une journée?

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1 Séance 1 : Qu est-ce qu un jour? Qu est-ce qu une journée? durée Matériel : 60 minutes puis plusieurs moments dans la journée et la journée du lendemain 1 craie + 1 mètre. Objectifs : conditions météo : - Distinguer le jour de la journée. - Connaître la course du Soleil dans le ciel au cours d une journée. - Connaître la définition astronomique du jour. Temps ensoleillé (suffisamment pour avoir des ombres). Question initiale Le maître engage une discussion collective autour des mots «jour» et «journée» l objectif étant de les distinguer. On met en commun les différents avis. la journée est la période pendant laquelle «il fait jour» c est-à-dire pendant laquelle le Soleil reste au-dessus de l horizon ; le jour est une période de 24 heures. Le maître demande à la classe : Comment faire pour savoir qu il s est écoulé un jour si on n a pas de montre? Les élèves travaillent en binôme et formulent des hypothèses. Mise en commun Le maître écrit les réponses au tableau. Réponses attendues : quand le Soleil revient à la même place dans le ciel ; quand le Soleil se lève à nouveau (ou se couche à nouveau) ; quand l ombre d un bâton a fait un tour complet On oriente la solution vers l observation de l ombre d un enfant pour repérer la place du soleil dans le ciel à une heure donnée. Recherche (expérimentation) Les élèves répartis en petits groupes de trois relèvent à plusieurs moments de la journée la taille et la position de l ombre de l un d entre eux (9h 11h30 13h30 15h30)

2 L ombre est tracée à la craie sur le sol et mesurée de la tête aux pieds. Les enfants dont on mesure l ombre se tiennent dos au Soleil. Ils se placent au même endroit à chaque fois pour ne faire varier qu un seul paramètre entre les différentes observations. Pour chaque mesure les élèves notent sur un tableau collectif la taille de l ombre et l heure. Une fois la première mesure réalisée les élèves peuvent tenter de prévoir les résultats futurs. Le maître leur donne la consigne : Dessinez dans votre cahier d expériences l ombre telle que vous pensez l observer demain à 9 heures11h30 puis à 13 h 30 heures et à 15 h 30. Le lendemain et le surlendemain Le lendemain les mesures sont effectuées à 9 h h h 30 et 15 h 30. Les mesures sont notées sur une grande feuille collective. On compare les résultats obtenus avec les hypothèses faites la veille. Les jours suivants on constate qu au cours de la journée les ombres changent de taille et que d une journée à l autre elles ont la même taille si on les mesure à la même heure. Conclusion. La classe peut donc conclure: Le Soleil se déplace dans notre ciel au cours d une journée. Le jour est la durée que met le Soleil pour revenir deux fois de suite au même endroit dans le ciel. À 24 heures d intervalle il revient dans la même position.

3 Séance 2 : La durée d une journée est-elle partout la même sur la Terre? Durée : 60 minutes Objectifs : Matériel : - Savoir que l axe de rotation de la Terre est incliné - Comprendre que cette inclinaison est responsable de la variabilité de la durée du jour sur Terre - une photocopie de la fiche 2 - un planisphère - des lampes de poche - une boule de polystyrène - une pique à brochette - des épingles de couleur Question initiale Le maître interroge la classe : D après vous est-ce que la durée de la journée est la même partout sur la Terre? Le maître distribue à chaque groupe une photocopie de la fiche 2 qui montre la durée de la journée en différents lieux sur Terre (pour différentes latitudes). Les élèves font des remarques sur le document. On situe les différents lieux sur le planisphère on les marque par des gommettes. On remarque que la journée n a pas la même durée partout sur Terre et qu il y a un lien entre la latitude et la durée de la journée : plus on va vers le sud plus la journée dure longtemps (en hiver). On cherche à expliquer le phénomène et on note les hypothèses de la classe. Recherche (expérimentation) Modélisation du soleil de la Terre de la rotation de la Terre sur elle-même. Par groupes les élèves essaient à l aide du matériel de trouver un moyen de montrer comment positionner la Terre et la faire tourner pour que la durée du jour soit différente sur les différents points symbolisés par des épingles de couleur (on doit incliner l axe de rotation). Mise en commun et trace écrite

4 Les groupes montrent ce qu ils ont trouvé on valide l inclinaison de l axe comme cause des écarts de longueur de journée constatés. On pourra montrer ce qui se passe lorsque l axe n est pas incliné : la durée du jour est la même partout. Les élèves schématisent l expérience et notent la conclusion collective dans leur cahier : l axe de rotation de la Terre est incliné par rapport aux rayons du Soleil. C est pour cela que la journée n a pas la même durée partout sur la Terre.

5 Séance 3 : La durée de la journée est-elle la même tout au long de l année? Durée : 45 min Objectifs : Savoir que la Terre tourne autour du Soleil et que son axe pointe toujours dans la même direction. Comprendre que cette inclinaison est à l origine des saisons. Matériel : La fiche 6 par groupe : une lampe sur pied une boule en polystyrène une pique à brochette une feuille de schématisation. Etude documentaire (fiche 6) : les heures de lever et de coucher de soleil à Paris en Les élèves observent que la durée de la journée et de la nuit varie tout au long de l année. On pointera en particulier les moments de solstices et équinoxes c'est-à-dire : La journée la plus longue se situe au mois de juin La journée la plus courte au mois de décembre Il y a égalité entre journée et nuit aux mois de mars et septembre On peut schématiser au tableau la révolution de la Terre autour du Soleil sur une année en mettant en évidence les 4 positions observées à chaque quart de tour. Conclusion de l analyse : La durée de la journée varie tout au long de l année en un lieu donné. Quelle en est la cause? On fait des hypothèses. Expérimentation : On essaie de départager les différentes hypothèses en utilisant le matériel à disposition. On attend que les enfants se souviennent de la position de l axe de la Terre (penché) et fassent tourner la boule autour de la lampe en gardant cette position fixe en permanence. Essayer aussi de repérer les positions de la Terre aux 4 quarts de tour. On peut tracer avec des feutres de couleurs différentes pour ces 4 positions la durée de la journée pour un point donné de l hémisphère nord repéré par une gommette. Plus le trait est long plus la journée est longue.

6 Schématisation de l expérience : Les groupes schématisent ce qu ils ont fait et observé en essayant de montrer comment la Terre est éclairée aux 4 phases des solstices et équinoxes. Ce vocabulaire n est pas à utiliser pour l instant. Mise en commun et conclusion : En fin de séance ou au cours d une séance différée si on n a pas assez de temps chaque groupe vient exposer ses travaux les propositions sont comparées aux hypothèses émises en début de séance. On arrive à une schématisation commune de la rotation de la Terre autour du Soleil qui explique convenablement les saisons. Le schéma est reproduit ou collé dans les cahiers d expériences avec la conclusion collective : La Terre tourne autour du Soleil. Son axe est incliné et pointe toujours dans la même direction c est ce qui explique que la durée de la journée varie au fil des saisons.

7 Séance 4 : Les phases de la Lune Durée : 45 min Objectifs : Connaître les différentes phases de la Lune et leur cycle Savoir que la durée des phases a un rapport avec le découpage de notre calendrier Matériel : Les fiches 7 et 8. Discussion collective : que sait-on qu avons-nous observé de la Lune dans notre quotidien? Collecter les informations en particulier celles concernant les phases de la Lune : on ne la voit pas toujours pareil dans le ciel. Pourquoi? Noter les hypothèses. Etude des documents : Calendrier et photos des phases de la Lune : On distribue la fiche 7 à chaque enfant. En collectif : qu observe-t-on que veulent dire les lunes sur le calendrier? Par groupes de 2 : Remarquer la périodicité des dessins de Lune : une phase tous les 7 jours une lunaison tous les 29 jours. Mise en commun des observations les noter au tableau. On distribue la fiche 8 ( = une lunaison). Essayer de retrouver les phases de la Lune observées sur le calendrier. On introduit le vocabulaire : pleine lune nouvelle lune premier quartier dernier quartier. On note sur le cahier ces termes avec un schéma de la lune qui correspond. On conclut sur la corrélation entre les phases de la lune et le découpage en mois et en semaines de notre calendrier.

8 Séance 5 : Pourquoi y a-t-il différentes phases de la Lune? Durée : 45 min Objectif : Comprendre que les phases de la Lune sont dues à la position relative de la Lune de la Terre et du Soleil. Matériel : - lampes sur pied - boules en polystyrène petites et grosses Rappel de la séance précédente et questions initiales : Quelles sont les différentes phases de la Lune? Comment explique-t-on ce phénomène? Noter les hypothèses des enfants : la Lune est cachée par les nuages le soleil n éclaire pas toute la Lune la lune est de l autre côté de la Terre Expérimentation Les groupes vont tenter de reproduire les phases observées à l aide du matériel : la Lune tourne autour de la Terre et est éclairée par le soleil. Sa partie éclairée n est pas toujours orientée vers nous de la même façon donc on la voit différemment. Mise en commun et trace écrite Les groupes montrent ce qu ils ont trouvé on explique clairement le phénomène en modélisant les quatre phases de la Lune. On écrit les conclusions dans le cahier en schématisant les positions de la Terre et de la Lune par rapport au Soleil lors de chaque phase. On pourra montrer comment modéliser les phases de la Lune en utilisant le cosmographe ou demander aux enfants par groupes de 3 de jouer le rôle de la Lune de la Terre et du Soleil pour vérifier qu ils ont bien compris leurs déplacements.

9 Séance 6 : La carte du ciel et le système solaire Séance en ateliers. Durée : 1 h Objectifs : Connaître les planètes du système solaire et leurs positions. Représenter le système solaire avec une maquette et comprendre le lien entre la position apparente des planètes dans notre ciel et leur position réelle. Visualiser les rapports de distance dans le système solaire. Repérer les étoiles et les constellations sur une carte du ciel. Atelier 1 : Fabriquer sa propre carte du ciel. Matériel : Liste des étoiles constellation par constellation (fiche 10) Carte du ciel sur feuille A3 : cercles concentriques et leurs rayons gradués tous les 15 (fiche 11) Déroulement : Les élèves notent la position des étoiles sur le quadrillage de cercles grâce à leurs coordonnées : angle et distance au pôle. On choisit une couleur par constellation. Atelier 2 : Construire un planétaire. Matériel : Feuilles de carton de différentes dimensions. Un tableau des distances des planètes par rapport au soleil ramenées à l échelle des feuilles de carton (fiche 9) Attache parisienne Colle ciseaux Compas Boules de papier pour symboliser les planètes Punaise fil crayon (pour tracer les grands cercles) Déroulement :

10 Les enfants doivent fabriquer une maquette du système solaire en respectant l échelle des distances interplanétaires. Chaque planète se trouve sur un cercle de carton proportionnel à son orbite. Pour des raisons pratiques on ne représente que les planètes visibles à l œil nu (jusqu à Saturne). Les enfants découpent chaque disque correspondant à l orbite de chaque planète. On assemble le tout avec une attache parisienne (le soleil) on colle les planètes à l extrémité des cercles. En un second temps on peut comparer les vitesses orbitales des planètes en un temps donné à l aide d un tableau. On s aperçoit qu il y a une très grande différence entre les vitesses orbitales des planètes. Par exemple quand la Terre fait un quart de tour du Soleil Saturne en parcourt un centième. Atelier 3 : Représenter le système solaire sur une échelle plus grande (la classe ou la cour) Matériel : Boules de polystyrène représentant les planètes Socles Instruments de mesure (décamètre mètre) Craie ficelle Tableau des distances des planètes au soleil à l échelle de la classe ou de la cour (fiche 9) Déroulement : On trace au sol un trait de 9 mètres de long à la craie. On place le soleil à une extrémité du trait. On place les planètes au sol sur un socle les unes par rapport aux autres en mesurant leur distance par rapport au soleil (données lues sur le tableau). On peut tracer ensuite à l aide de la ficelle et de la craie des portions d orbites et s amuser à modifier la position des planètes sur ces portions.

11 Documents de travail Fiche 1

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13 Fiche 6

14 Fiche 7

15 Fiche 8

16 Fiche 9 Données pour les ateliers Atelier 2 : Nom Mercure Vénus Terre Mars Jupiter Saturne Uranus Neptune Echelle : Distance au soleil en centimètres Atelier 3 : Nom Mercure Vénus Terre Mars Jupiter Saturne Uranus Neptune Nombre de tours Angle parcouru (en degrés) 1 4/10 1/4 13/100 2/100 1/ Période de révolution sidérale 88 j 224 j 365 j 188 ans 1186 ans 2946 ans 84 ans 164 ans

17 Fiche 10 Fabriquer sa propre carte du ciel Eclat des étoiles: * = très brillante (magnitude 0 ou 1) O = assez brillante (magnitude 2)! α # $ β %% ' δ & ' () *$ $' + α - β '%.'% γ - * δ. % ξ. & ζ %$.'- - ε % $ ) δ.'% $'- ε $ ζ.% η *$ '% % β -'% /! & 0 γ #.$ * '% '% η α #. '% β. ' ε '- η & '

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20 Fiche 11