3. Exercices/Tester les situations vraies ou fausses

Après le moment des manipulations proposé précédemment, voilà venu le temps de mettre nos élèves en position de faire fonctionner les nouvelles conceptions. En effet, il est difficile de savoir ce que les élèves ont réellement compris ou retenu. Cette partie vous permettra donc de constater la compréhension de vos élèves des phénomènes vus ensemble, notamment à travers ces exercices.

Puisque la plupart de ces modèles sont des situations présentant des erreurs, il est fortement conseillé de prendre le temps de, soit corriger les schémas directement, soit prendre le temps de redessiner une version du schéma plus correcte. Dans tous les cas, les raisons de ces corrections doivent être soulevées, si possible collectivement et en rapport avec les conceptions que l’on cherche à instituer. L’élève pourra alors conserver une trace écrite non pas seulement des modèles erronés, mais aussi des modèles corrigés et des raisons de la correction.


 Modèle 1

Mots-clés: rotation terrestre, axe de rotation, révolution, alternance jour/nuit.

Qu’est-ce que ce modèle permet ? 

  • D’aborder/revoir la notion de rotation terrestre comme responsable des alternances jour/nuit (axe de rotation), 
  • Durée du jour et de la nuit, 
  • D’aborder/revoir la notion de l’héliocentrisme.

Proposition:  
Le soleil se couche en même temps enGrande Bretagne, en Algérie et au Ghana.

Ce modèle est-il possible ?
Il est erroné sur plusieurs points: Tout d’abord, l’axe de rotation de la terre n’est pas pris en compte. L’axe de rotation se différencie bien de la démarcation jour/nuit, de part son inclinaison. Combiné avec une indication des pays peu précise, cela ne permet pas de représenter le phénomène se passant en réalité: l’inclinaison de l’axe, ainsi que la rotondité de la terre provoque une différence d’heure de lever/de coucher de soleil entre ces pays.

Un indice est de comparer le modèle avec une application smartphone qui indique les heures de lever/coucher du soleil pour les villes : Londres, Alger, Accra. Si l’on compare avec les heures de lever/coucher du soleil des différents pays, nous nous rendons compte que cela ne se passe pas en même temps comme le schéma le laisse supposer. De plus, les rayons du soleil sont également mal représentés : à cette distance, ils sont considérés comme quasiment rectilignes.

Démarchefaire invalider le modèle par la manipulation d’ objets.

1) Situation initiale 

  • Matériel : mappemonde, torche, 3 gommettes.
  • Manipulation:

Les élèves peuvent placer les gommettes sur les pays indiqués et :
– se rappeler dans quel sens tourne la terre,
– déduire et expliquer l’ordre dans lequel les pays voient le soleil se coucher.

2) Rotation

Attention: photos valables uniquement pour l’hiver dans nos régions.

Aide:
Si les élèves n’arrivent pas à expliquer clairement la rotation de la terre et le phénomène jour/nuit qui en découle, il peut être utile de mobiliser d’autres outils. 

Ressource numérique : manipuler le lever/coucher du Soleil grâce à la modélisation de l’Université de Nantes


 Modèle 2

Mots clés: éclipse/nouvelle lune, zone d’ombre, taille des corps célestes.

Qu’est-ce que ce modèle permet ? 

  • Observer : toute la terre n’est pas plongée dans le noir,  la zone d’ombre provoquée par la lune se déplace sur la terre.
  • Revoir la taille des corps célestes et le concept de zone d’ombre.

Proposition : “Lorsque le soleil, la lune et la terre sont sur le même plan,toute la terre est plongée dans le noir.”

Ce modèle est-il possible ? 

Non, car le modèle ne respecte pas la proportion entre les taille des corps célestes (la lune est plus petite); il ne rend pas compte de l’orbite de la lune (elle est rarement dans le plan de l’écliptique, pourtant c’est également comme ça que la plupart des schémas représentent la nouvelle lune).

Démarche

  1. Déterminer s’il s’agit d’une éclipse ou de la nouvelle lune : quelle est la différence ?
  2. Déterminer ce qui est faux dans le schéma en confrontant avec ce qui a été vu en classe (les tailles ne sont pas les mêmes ; on sait que toute la terre n’est pas plongée dans le noir mais seulement une partie ; etc. ).

Aide(s):

  1. Confronter à d’autres sources
    Pour que les élèves se questionnent sur cette représentation, le modèle peut être confronté à des images satellites qui montrent la zone d’ombre provoquée par la lune durant une éclipse.
    Dès lors, comment représenter plus justement ce phénomène ?
    Photographies de la NASA : https://www.nasa.gov/eclipsephotos
  1. Manipuler
    Si le schéma ne suffit pas, ou que les élèves représentent la lune avec la même taille que la terre, l’enseignant peut s’arrêter sur ces représentations et s’en servir pour rappeler que la lune est bien plus petite (différence satellite/planète/étoile). 

On peut s’aider de la torche d’un téléphone, d’une balle de football et d’une balle de tennis pour montrer que la zone d’ombre est en réalité petite et se déplace avec le mouvement de la lune. Si vous disposez de la mappemonde, lampe et de la lune utilisée dans la section précédente, c’est une bonne occasion pour à nouveau la mobiliser.


Modèle 3

Mots clés: phases de la lune, schémas, observer depuis la terre.

Qu’est-ce que ce modèle permet ? 

  • Voir/revoir les différentes phases de la lune,
  • Se mettre à la place d’un observateur (vue de haut/vue depuis la terre).

Proposition:
Si la lune est dans cette position, alors nous voyons la pleine lune depuis la terre, car la lune est à demi-éclairée”.

Ce modèle est-il possible ? 

Le modèle est possible, mais l’interprétation est erronée. Depuis la terre, c’est le quart de lune décroissant que nous voyons, pas la pleine lune. 

Démarche:
Il s’agit ici pour les élèves non pas d’élaborer un schéma, mais bien de comprendre les phases de la lune en fonction du point de vue de l’observateur (ici, simultanément une vue “du dessus” et la vue que nous en avons depuis la terre).
Plusieurs questions peuvent alors émerger: S’il ne s’agit pas de la pleine lune, bien que la lune soit à demi éclairée, alors que voit-on depuis la terre ? Du coup, comment représenterons- nous la pleine lune ?

Ces étapes peuvent être difficiles à se représenter mentalement pour les élèves, car sur la plupart des schémas rencontrés, la lune est toujours éclairée de la même manière. Dès lors, comment savoir ce que l’on voit depuis la terre ?

Aide(s):

  1. Création d’une maquette du cycle de la lune

Matériel: 9 boules de polystyrène, peinture noire, peinture jaune, ciseaux, carton, bande adhésive “scratch”. 

Elle permet aux élèves d’adopter le point de vue de la terre (en se plaçant la tête au centre) et de se rendre compte de la manière dont :

  • La lune est éclairée par le soleil (toujours de moitié),
  • Nous voyons la lune sous différentes phases non pas parce qu’elle est éclairée différemment par le soleil, mais bien parce qu’elle tourne autour de la terre.

2. Expérience simplifiée  

Matériel : balle de football, lampe puissante.
Selon les moyens disponibles de l’enseignant, cette expérience peut se conduire autrement. Après avoir fermé les rideaux, l’enseignant ou un élève peut se tenir  au centre, avec  un ballon pour représenter la lune. En faisant tourner la balle  autour de lui-même, l’élève observe les différentes phases de la lune (premier quartier, gibbeuse, pleine lune, etc)  alors que le reste du groupe peut constater que la lune, elle, est toujours éclairée de la même manière peu importe la rotation de l’élève au centre. Attention, pour que l’on puisse observer la pleine lune alors que la lune est derrière soi, l’élève tient la balle bien haute et tient le bras bien tendu.

Un exemple d’activité a été imaginé par la NASA: https://www.jpl.nasa.gov/edu/teach/activity/moon-phases/


Modèle 4

Mots-clés: phases de la lune. 

Qu’est-ce que ce modèle permet ? 

  • Revenir sur une idée erronée courante à propos de la lune, 
  • Voir si les phases lunaires ont été intégrées.

Proposition:
On peut observer l’ombre que projette la terre sur la lune. On voit alors dans le ciel un croissant de lune”.

Ce modèle est-il possible ? 

Le modèle peut représenter un cas particulier et peu fréquent comme l’éclipse de lune, mais est erroné pour expliquer les phases de la lune. Il est là pour illustrer une idée erronée souvent présente chez les élèves et les adultes.

Démarche: 

Confronter à l’observation ou à la maquette :Il peut être intéressant que les élèves observent par eux-mêmes la lune différents soirs, lors de ses différentes phases. S’il est effectivement possible de se dire que l’ombre de la terre sur la lune pourrait expliquer le dernier et le premier croissant, cette explication n’est pas satisfaisante pour expliquer la forme de la lune lorsqu’elle en est gibbeuse . En effet: si l’ombre de la terre ronde recouvre la lune et provoque la forme des croissants de lune (de par sa rotondité), alors il devrait techniquement être impossible d’observer la lune gibbeuse. L’ombre présente lors de la lune gibbeuse ne correspond pas à la courbure de la terre.

La maquette des phases de la lune peut être également utilisée.

lune gibbeuse croissante

Modèle 5

Mots-clés: rotation terrestre, révolution, alternance jour/nuit.

Qu’est-ce que ce modèle permet ? 

  • D’aborder/revoir la notion de l’héliocentrisme,
  • D’aborder/revoir la notion de rotation terrestre comme responsable des alternances jour/nuit,
  • Une approche historique: ce modèle est l’occasion d’utiliser l’approche historique des sciences pour mieux cerner les différentes théories qui existent sur la conception du système solaire (contributions de Copernic et Galilée).

Proposition: L’alternance jour/nuit existe car le soleil tourne autour de la terre.

Cela peut être confirmé, en apparence, par les observations que les élèves peuvent faire en voyant les mouvements apparents du soleil (d’est en ouest).

Démarche: 

Ce modèle peut être invalidé par la réplication des observations de Galilée sur Jupiter et ses satellites (Activité 1). Un dossier documentaire est également disponible dans la section “Un point d’Histoire” afin de pouvoir constater l’évolution de modèle géocentrique au modèle héliocentrique.

Aides: