Exemples de progression pédagogique
Avertissement : Les exemples qui suivent ne sont que des exemples pour alimenter votre réflexion. Il ne s'agit en aucun cas de "modèles" recommandés.
1 - En école élémentaire Cycle 3
1 - En école élémentaire Cycle 3
Travail réparti sur deux trimestres ayant comme objectif de réaliser la mesure de la Terre en utilisant la méthode d’Eratosthène. C’est une progression complète concernant les relations Terre / Soleil qui aboutit à la mesure de la Terre.
Les objectifs principaux de l’action étaient
1) Mettre au point une méthode utilisable en CM2
2) Mettre en place des situations utilisant la pensée concrète de l’élève
3) Réunir les connaissances et pré-requis permettant d’utiliser la méthode de mesure
4) Utiliser les connaissances acquises pour imaginer des outils de mesure.
1) La Terre, la lune et le Soleil
Cet projet nécessitait l’acquisition tout au long de l’année d’un ensemble de connaissances qui ont été abordées dans plusieurs matières. En particuliers en mathématiques ( notion d’angles et cercle, notion de distances, notion d’échelle, les correspondances pour le nombres sexagésimaux, et les calculs sur les durées).
La progression en sciences consiste à construire un corps de connaissances dans une démarche scientifique mettant en valeur l’expérimentation et la modélisation.
Les enfants sont partis de la question : «Comment expliquer le fait qu’il fait jour et nuit tous les jours?» Pour cela dans un premier temps, ils doivent dessiner leur explication sur une feuille et faire des phrases. Puis ils ont confronté leurs explications. Ils étaient d’accord sur le fait que la Terre est une sphère et que c’est le Soleil qui engendre le jour. Ils avaient plusieurs explications qui se regroupaient en trois modèles ( Le Soleil tourne autour de la Terre, la Terre tourne autour de son axe et la Lune tourne autour de la Terre pour faire la nuit).
En faisant le bilan de tout ce que les enfants savaient sur le jour et la nuit et sur la Terre, le Soleil et la Lune, ils ont constaté rapidement que toutes les explications qu’ils avaient avancées expliquaient bien l’alternance jour/ nuit mais elles ne rendaient pas compte de la variation de la durée du jour ni des 6 mois de nuit aux pôles.
Avant d’entamer la recherche concernant la variation de la durée du jour, les enfants ont eu à montrer que la Terre était bien une sphère et à imaginer des expériences qui le prouvent et comprendre pourquoi les habitants de l’hémisphère Sud ne tombent pas.
Grâce à des manipulations avec des balles et des sources lumineuses, les enfants ont trouvé que les 6 mois de nuit aux pôles s’expliquent par l’inclinaison de l’axe de la Terre par rapport à l’axe Terre / Soleil et au fait qu’une sphère éclairée est à moitié au Soleil et à moitié à l’ombre.
Avec l’aide d’un professeur de physique membre de U.T.L, une manipulation permettant de calculer la date en fonction de la longueur du jour a été réalisée. Cette manipulation effectuée en petits groupes encadrés par un membre de l’U.T.L sous la direction de l’enseignant a permis aux enfants de se rendre compte de la variation de la durée du jour, l'existence des saisons et l’inclinaison de l’axe Nord/Sud en mettant en évidence l’orientation du Pôle Nord vers l’étoile polaire.
2) Ombre et lumière
Les enfants étudient les variations, que provoque le déplacement d’une lampe quant à l’ombre d’un bâton. Ils constatent que plus la lampe est haute plus l’ombre est courte, que si le Soleil ( la lampe) est à l’Ouest alors l’ombre est à l’Est.
En comparant l’ombre de deux bâtons, il constatent qu’avec la lampe de poche les ombres sont divergentes tandis que dehors les ombres sont parallèles.
Avec l’aide d’un rétroprojecteur, les enfants constatent que l’ombre de trois bâtonnets collés sur une feuille de carton, sont parallèles. Si l’on arrondit la feuille de carton, l’ombre des bâtonnets situés aux extrémités s’allonge.
Les enfants peuvent conclure que plus on va vers les pôles, plus les ombres s’allongent et plus le Soleil paraît bas. Il suffira de mesurer la différence de hauteur du soleil entre deux bâtonnets pour trouver la courbure de la Terre.
3) La mesure de la Terre :
Il faut rechercher un correspondant qui accepte de faire la même mesure au même moment. C’est-à-dire mesurer la hauteur du Soleil vers le solstice d’été.
Pour déterminer ce moment, il faut déterminer le midi vrai, c’est à dire le moment où le Soleil se trouve en plein Sud. La détermination du midi vrai se fait en alignant l’ombre d’un fil à plomb sur une ligne Nord-Sud tracée au sol.
Pour mesurer la hauteur du Soleil, les enfants utilisent un cadran gradué de 0° à 90° (le 90° est vertical) collé sur une planche et soutenu verticalement par un serre-joint sur une pied photo. La mesure est donnée par une brochette métallique traversant la planche.
Les enfants ont calculé la différence de latitude entre Patay et Antibes en traçant deux droites parallèles sur la carte routière de la France. Ils mesurent la distance entre les droites et effectuent le calcul de la longueur par règle de trois. Les enfants ont effectués deux mesures le 15 et le 21 juin 2004
La mesure de la hauteur du Soleil
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Mardi 15 juin 2004
A Patay : En moyenne sur 5 appareils: 66 ° A Antibes : Entre 70° et 70,5° Écart entre les deux : Entre 4° et 4,5 ° moyenne 4,25°
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Lundi 21 juin 2004
A Patay : En moyenne sur 4 appareils: 66,70 ° A Antibes : 70,75° Écart entre les deux 4,05 °
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La différence de latitude
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Mardi 15 juin 2004 480 km Lundi 21 juin 2004 471,5 km |
Le calcul la circonférence de la Terre.
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Mardi 15 juin 2004
4,25° correspondent à 48O km 1° correspond à 480: 4,25 --> 112,941 km 360°, soit un tour, correspondent à 40 659 km
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Lundi 21 juin 2004
4,05° correspondent à 471,5 km 1 correspond à 480: 4,25 --> 116,4191 km 360°, soit un tour, correspondent à 41 129 Km
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Niveau : classe de 4ème.
Pré-requis :
Dans le cadre du programme de Sciences Physiques les élèves étudient avec leur professeur le système solaire, et en particulier ils abordent les dimensions des différentes planètes dont la notre. Il est alors facile de leur raconter comment Eratosthène -il y a bien longtemps- fit la première mesure de la Terre et de leur proposer de refaire cette "manip".
La "manip"
Avec la complicité de membres de l'UTL, les élèves "décortiquent" l'expérience d'Eratosthène et apprennent comment modifier cette dernière pour pouvoir la faire entre leur lieu de résidence et une autre ville... même si cette dernière n'est pas à la latitude de Siène (Assouan).
Quelle autre ville ? Il faut alors montrer aux élèves qu'il faut trouver une localisation à une latitude largement différente de la leur pour espérer une précision suffisante. Les membres de l'UTL participant à l'opération ont un carnet d'adresse très utile pour cela !
Suivant le lieu proposé et les contraintes locales (accès internet possible des deux côtés par exemple), on met en place une stratégie de communication entre les collègiens des deux villes pour qu'au delà de l'expérience scientifique ils puissent communiquer de manière plus large, apprendre à se connaître et "s'enrichir de leurs différences". Des enseignants d'autres disciplines ou le professeur documentaliste de l'établissement peuvent alors participer à l'opération.
Pour pouvoir réaliser l'expérience, il faut :
1 - disposer d'un appareil de mesure de la hauteur du Soleil sur l'horizon
2 - Pouvoir déterminer le "midi solaire"
3 - Connaître la distance Nord-Sud entre les deux lieux
Appareil : La réalisation d'un ou plusieurs appareils de mesure (en utilisant les composants et les plans contenus dans la "mallette pédagogique" apportée par les membres de l'UTL) est organisée (atelier avec un enseignant de Sciences Physiques, de Technologie et des membres de l'UTL, durant les cours ou en dehors de ces derniers).
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Midi solaire : calcul à partir du décalage
d'heure légale + décalage donné par "l'équation du temps", calcul
fait par le BdL (Bureau des longitudes) récupéré sur internet ou tracé
de la méridienne du lieu. La solution la plus intéressante semble être la
dernière.
Si l'on retient le tracé de la méridienne (voir fiche technique sur le CD-ROM inclus dans la malette pédagogique), il faut prévoir ce travail un jour ensoleillé entre environ 10 et 14 heures (heure solaire), avec des élèves (par exemple par roulement de petits groupes de deux ou trois élèves pour perturber le moins possible les autres cours). Si tout ou partie de cet horaire ne peut être assuré par l'enseignant de Sciences Physiques, il demandera à l'administration du collège de prévoir un surveillant pour accompagner les membres de l'UTL qui participent à l'opération. Ce tracé peut être fait à n'importe quel moment de l'année. |
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Distance : Lors d'un cours ou en atelier hors cours, avec l'enseignant et des membres de l'UTL, les élèves déterminent cette distance en utilisant des cartes. Il faut pour cela disposer de cartes couvrant tout l'espace entre les deux lieux, autant que possible à la même échelle. |
Lorsque les appareils sont construits, que la méridienne est tracée dans les deux établissements, et que l'on connaît la distance, on peut se mettre d'accord sur une date ou une période pour les mesures.
Si les deux établissements disposent d'un accès internet (ou du téléphone), il est facile de communiquer un matin pour voir si les conditions météo permettent les mesures dans les deux lieux. S'il n'y a pas possibilité de communication rapide, il faudra prévoir une période (une semaine par exemple), à un moment de l'année ou l'on peut espérer des conditions météo favorables et faire les mesures tous les jours de cette période. Dans un cas comme dans l'autre, la mesure est réalisée par les élèves accompagnés par un enseignant ou un surveillant et des membres de l'UTL.
Les mesures étant faites, il faut alors les communiquer aux partenaires (internet, téléphone, ...).
A réception des mesures des partenaires, on réalise le calcul de la circonférence terrestre, on discute éventuellement de la précision de ce résultat, on le confronte avec les données du cours (40 000 km) et on communique le tout à l'autre établissement.
L'ensemble de l'opération s'étale sur plusieurs mois et ne surcharge pas de manière déraisonnable le travail en Sciences Physiques. Compte tenu de l'intéret pour les élèves, tant au plan scientifique que général (connaissance de l'autre, utilisation pratique de l'outil mathématique, géographie...) il est facile de convaincre les autres enseignants d'accepter les petites perturbations inévitables causées par l'absence de quelques élèves à quelques cours.
Vidéo tournée en 2004 lors de l'expérimentation entre le collège Montabuzard (Ingré, France, 47.920041, 1.834596 ) et le collège de Togo (Togo, Mali, 13.356153, -6.305534 ) par Colette MEDIONI.