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27, RUE ARISTIDE BRIAND 92130 ISSY-LES-MOULINEAUX Tél : 01 46 44 86 15 Directeur : Jean-Marie CALMELS |
437, JIN HUI L 201 103 SHANGHAI R.P. de CHINE Tél. : (86 21) 64 05 92 20 Fax : (86 21) 64 05 92 27 Directeur : Emmanuel MEUNIER Ligne directe : 64 05 65 08 |
I) Introduction
Ce projet qui se déroulera
tout au long de l'année scolaire 1999/2000 est le fruit d'une collaboration
entre une enseignante d'école élémentaire, M.
C. Vallet, et d'un enseignant de la formation AIM
de l'Observatoire de Paris, F.
Taris. M. C. Vallet enseigne l'astronomie à l'école
Paul Bert d'Issy-les-Moulineaux dans
les Hauts de Seine depuis déjà quelques années.
Deux idées principales sont à la base de notre projet.
Tout d'abord l'observation que M. C. Vallet fait faire aux enfants de l'heure
et de l'endroit auxquels le soleil se lève chaque matins. Cela amène
bien sûr les enfants à se poser des questions sur les mouvements
du soleil dans le ciel, l'alternance des jours et des nuits, les saisons
et plus généralement sur l'astronomie. Par ailleurs la ville
d'Issy-les-Moulineaux est une ville très active dans le développement
des nouvelles technologies de l'information et de la communication dans
l'enseignement, les TICE. Il nous est donc apparu qu'un projet liant à
la fois l'astronomie et les TICE serait intéressant d'un point de
vue pédagogique de par la nécessaire transversalité
des compétences qu'il impose. Au même moment une collaboration
était déjà en cours entre la formation AIM de l'Observatoire
de Paris et une école élémentaire de Pontault-Combault
en Seine et Marne. Le projet issu de cette collaboration consistait, entre
autre, en une mesure
du rayon de la Terre par la méthode d'Eratosthène. M.
C. Vallet et moi même avons donc pensé qu'il serait intéressant
de renouveler cette expérience en y ajoutant l'utilisation de l'Internet.
L'école
francaise de Shanghaï.a accepté d'être notre partenaire
dans cette aventure. Cette expérience sera donc incluse dans le
programme d'une classe multimédia qui se déroulera entre
le 15 et le 26 mai 2000. Le déroulement de cette expérience
sera exposé dans la deuxième partie de ce texte.
Afin de préparer les élèves aux mesures qu'ils
vont être amenés à effectuer sur le terrain un certain
nombre de visites en classe ont été prévues. Les thèmes
abordés lors de ces visites sont présentés dans la
troisième partie de ce compte-rendu. Ils dépassent largement
le cadre de la méthode d'Eratosthène. Ces visites seront
un complément aux notions déjà abordées par
Mme Vallet en classe.
Afin de bien faire comprendre aux enfants les mouvements du soleil
et des astres en général dans le ciel nous avons également
programmé une visite au Palais
de la découverte à Paris. Cet établissement possède
un planétarium qui permettra de bien visualiser (en trois dimensions)
les mouvements des astres sur la sphère céleste. Cette visite
se fera en complément des notions abordées en classe. Le
compte-rendu de cette visite ainsi que les questions ou interrogations
des enfants feront l'objet de la quatrième partie de ce texte.
Deux projets supplémentaires, l'un concernant la construction
de cadrans solaires, l'autre concernant la détermination de la longitude
d'Issy-les-Moulineaux, feront l'objet des chapitres cinq et six. Ces deux
projets complémentaires sont une suite logique aux notions abordées
en classe. Il réclament par ailleurs un réinvestissement
obligatoire des connaissances dans l'esprit de "la
main à la pâte", pour être menés à
bien: Maîtrise des mouvements du soleil dans le ciel, des définitions
relatives au repérage d'un point à la surface de la Terre
(latitude, longitude, méridien, parallèle), différence
entre soleil moyen et vrai... sont des pré requis indispensables
aux expérimentations sur le terrain. Qui plus est le tracé
des cadrans solaires nécessite la détermination de la méridienne
dont on se servira également pour trouver la longitude.
La septième partie de ce document sera consacrée à
la page Internet des enfants afin qu'ils puissent faire partager leurs
connaissances et les découvertes qu'ils auront faites tout au long
de ce projet.
En fin d'année une visite de l'Observatoire de Paris sur ses
sites de Paris et/ou Meudon sera organisée afin que les enfants
puissent voir à quoi ressemble un observatoire professionnel et
faire, si le temps le permet, quelques observations avec les instruments
de l'Observatoire. La dernière partie de cet exposé est consacrée
à cette visite.
Un calendrier du projet qui vient d'être décrit se trouve
ici.
Par ailleurs M. C. Vallet a rédigé à l'intention des
enseignants qui souhaiteraient se lancer dans l'aventure un certain nombre
de fiches de travail:
Fiche de travail latitude longitude
Schéma de la maquette longitude/latitude
Fiche concernant les pré requis pour
pouvoir travailler à la mesure du rayon de la Terre
Fiche de travail sur le tracé de la méridienne
d'un lieu
Schéma de la maquette du gnomon et tracé
de la méridienne d'un point de la Terre
Fiche de travail concernant la mesure expérimentale
du rayon de la Terre entre deux villes situées à des longitudes
et latitudes différentes et schéma
correspondant
Les idées et les commentaires de toutes celles et ceux qui liront
cette page seront les bienvenus!! Nous en ferons une compilation afin que
chacun puisse en profiter.
| Nous aimerions également réunir des enseignants du primaire et des enseignants-chercheurs de l'Observatoire de Paris afin de créer une équipe pedagogique spécialisée dans la didactique de l'astronomie. Les membres de ce groupe seraient donc à même d'apporter une aide aux enseignants désirant enseigner l'astronomie à l'école primaire dans la cadre d'un projet comme celui qui est décrit ici. L'aide en question pourrait être une aide à distance par le biais d'Internet ou préférentiellement une aide personalisée sur le terrain (établissements scolaires et/ou Observatoire). Si une telle expérience vous tente envoyer nous un petit message en nous décrivant votre démarche pédagogique en astronomie dans votre établissement. |
II) Classe multimédia avec la Chine
III) Thèmes abordés lors des visites en classe
- La mesure du rayon de la Terre par la méthode
d'Eratosthène (Histoire/Astronomie). Des transparents
servant de base à un cours que des PE2 de l'IUFM de Paris ont pu
suivre à l'Observatoire en décembre 1999 sont à la
disposition du lecteur.
- Les puissances de
dix, maquette du système solaire
- Diaporamas sur le système solaire, l'univers
- Les mouvements du soleil, l'alternance des
jours et des nuits, les saisons
- Les cadrans solaires
Première séance (07/01/2000,~2 heures):
* Présentation générale
de l'ensemble du projet d'astronomie.
Une première prise de contact (présentation
de l'astronome!) avec les éleves avait déja permis de donner
quelques explications succintes, en particulier concernant les cadrans
solaires.
* Echelle des distances dans le système
solaire et l'univers. Présentation d'une cassette vidéo
de 10 minutes "Les puissances de dix" d'après
le livre du même nom, P. Morrisson, P. Morrisson et l'agence Charles
& Ray Eames, Pour la science, Diffusion Belin. Les puissances de dix
avaient déjà été
abordées en mathématique par Mme Vallet en début d'année
(exposants positifs). Introduction des exposants négatifs. A l'issue
de la projection de nombreuses questions sont posées. L'une d'entre
elle concerne la notion d'année lumière à laquelle
la cassette fait référence. La réponse donnée
implique l'introduction de la notion de vitesse de la lumière et
l'utilisation de la proportionnalité (une année de lumière
est la distance parcourue par la lumière en une année à
la vitesse de 300000km/s). Comparaison de la vitesse de la lumière
et de la vitesse du son dans l'air. Exemple du joueur de foot vu à
grande distance et qui tape dans un ballon (on voit le joueur taper dans
la balle, le son du coup de pied dans cette dernière arrivant avec
un léger retard). Exemple du tonnerre et de l'éclair qui
permet de calculer la distance à laquelle se trouve l'orage. Description
de l'expérience d'une sonnette dans une cloche à vide. Plus
le vide est poussé dans l'enceinte de la cloche moins on entend
la sonnette. La lumière qui nous parvient actuellement de la galaxie
d'Andromède, située à 2,2 millions d'années
de lumière de la Terre, a été émise il y a
2,2 millions d'années c'est à dire à peu près
au moment où les premiers Hommes apparaissaient sur Terre. Un observateur
situé actuellement à 10 années de lumiére de
la Terre voit la naissance des enfants de la classe puisqu'ils ont tous
à peu près dix ans...
* Présentation de la méthode
d'Eratosthène (première étape: cas de deux sites d'observation
situés sur le même méridien).
Questions concernant Eratosthène, qui
était-il, quand a-t-il vécu
Définitions relatives au système
de coordonnées terrestre: Méridien, latitude, longitude,
centre de la Terre, équateur. Un globe terrestre gonflable et des
dessins au tableau ont permis de visualiser les notions de géographie
nécessaires. Les enfants viennent faire des dessins au tableau de
ce qu'ils ont compris (méridiens, parallèles...) ou pas compris!
Calcul de la différence de latitudes connaissant les latitudes individuelles
des deux sites. Utilisation des branches d'un compas. Questions de mathématiques.
Qu'est-ce que le périmètre d'un cercle. Exemple d'une ficelle
enroulée autour d'un cylindre. Formule permettant de calculer le
périmètre (une élève la connaissait déjà).
Valeur du nombre pi. Relation de proportionnalité entre une distance
sur la Terre et la différence des latitudes correspondantes.
Les enfants semblent très motivés par le fait de réaliser une experience d'astronomie entre la France et la Chine. Ils ont par ailleurs été très réceptifs à la cassette des puissances de dix.
Deuxième séance (17/01/2000,~2 heures):
* Présentation de la méthode
d'Eratosthène
Une évaluation orale des connaissances
acquises et du degré de compréhension de la méthode
par les enfants à montré la nécessité de revenir
sur les notions fondamentales qui avaient été introduites
lors de la première séance. La notion de longitude semble
être acquise mais la latitude continue à poser des problèmes.
M. C. Vallet a fait réaliser aux enfants une petite maquette permettant
de bien visualiser ces deux notions. La construction de cette maquette
est expliquée ici. Cette maquette vient
en complément à l'utilisation de la Terre gonflable. Elle
permet en effet de visualiser le centre de la Terre ce qui est impossible
sur un globe terrestre classique. Elle montre aux enfants comment sont
mesurées les longitudes sur Terre. Une maquette similaire peut être
construite pour la mesure des latitudes. Le but de la méthode d'Eratosthène,
la mesure du rayon de la Terre, doit être à nouveau abordé
avant de passer aux explications concernant le rapport qui existe entre
la différence des latitudes des deux sites et la différence
des hauteurs du soleil au dessus de l'horizon de ces derniers. La mesure
de la longueur de l'ombre des gnomons qui permettra de trouver la hauteur
du soleil au dessus de l'horizon a seulement été évoqué
pendant cette séance qui a été relativement longue.
* Système solaire
Présentation de diapositives de planètes
du système solaire, de Mercure à Jupiter, et de quelques
comètes, en préambule à la construction d'une maquette
du système solaire.
Troisième séance (matinée du 21/02/2000):
* Observation de l'emplacement du soleil au début de la matinée
Cette observation régulière faite par M. C. Vallet avec
ses élèves au cours de l'année a pour but de faire
prendre conscience du fait que le soleil ne se lève pas toujours
au même endroit en fonction du jour de l'année. Une frise
construite par les enfants montre cette position au cours du temps.
* Notions de verticalité et d'horizontalité
L'étude de ces notions, déjà abordées par
M. C. Vallet, est nécessaire en amont du travail de construction
du méridien d'Issy-les-Moulineaux. Le tracé de ce méridien
est utilisé pour la mesure du rayon de la Terre par la méthode
d'Eratosthène ainsi que pour la détermination de la longitude
de l'école. Nous avons utilisé les planches servant à
la mesure des ombres (voir plus loin) ainsi qu'un niveau à bulles.
Ces notions ont également été abordées avec
une boite pleine d'eau et un fil à plomb. Si les notions d'horizontalité
et de verticalité sont à peu près maîtrisées
par les enfants dans un espace à deux dimensions comme le plan d'une
feuille ou le plan d'un tableau, il n'en va pas de même dans l'espace
usuel à trois dimensions, celui d'une salle de classe par exemple.
Cela tient au fait qu'une droite dans l'espace est l'intersection de deux
plans. Cette droite ne sera donc verticale que si les deux plans sont eux
mêmes verticaux.
* Construction des gnomons, préparation des planches et mesure
des ombres
Les gnomons sont constitués par un morceau de tasseau de 150mm
de long environ de section carré (15mm de coté). A l'une
des extrémités de ce tasseau est fixé un clou sans
tête. Sur chacun des cotés du tasseau, à l'opposé
du clou, les enfants ont colé deux équerres afin d'assurer
la perpendicularité de la planche et du gnomon. La planche est une
planche en agloméré de 50cm de coté. Il faudra paut
être ajuster les dimensions de la planche et du gnomon au cours de
l'année en fonction de la longueur des ombres. On fixe sur cette
planche une feuille de papier blanc afin de voir plus facilement l'extrémité
de l'ombre du gnomon. L'horizontalité de la planche sur le terrain
doit être vérifiée à l'aide d'un niveau à
bulles. Si l'horizontalité n'est pas vérifiée trois
boulons de réglage fixés sur la planche (aux extrémités
d'un triangle équilatéral, les boulons étant le plus
proche possible de deux cotés opposés) permettent de compenser
la dénivellation du terrain. Lorsque la planche est bien horizontale
le gnomon est parfaitement vertical par construction. La position des planches
a été repérée dans la cours de l'école
à l'aide de traits de craie sur le sol. Cette position doit être
reprise le plus précisément possible entre deux mesures afin
de ne pas introduire d'erreurs supplémentaires. L'idéal est
de ne pas bouger la planche pendant la journée de mesures... mais
c'est difficile dans une cours de récréation! Les enfants
ont ainsi pu mesurer la position de l'extrémité de l'ombre
entre 11h et 13h solaires et constater que la Terre tournait. Le déplacement
sensible de l'ombre en quelques minutes les a beaucoup impressionné!
* Cadrans solaires
Le premier quart d'heures de l'après midi a été
consacré à la présentation d'une maquette représentant
un cadran solaire équatorial, un cadran vertical et un cadran horizontal.
Les principes de construction ont été rapidement présenté
aux enfants seulement dans le but d'éveiller leur curiosité.
Un cadran solaire sera peut-être construit sur l'un des murs de l'école...
Cinquième séance (matinée du 28/03/2000):
* Discussion à propos de la visite au Palais de la découverte
* Maquette du système solaire
L'approche de la proportionnalité peut être effectuée par l'intermédiaire de la réalisation d'une maquette du système solaire. Un document a donc été distribué aux enfants qui résume les diamètres et distances au soleil des planètes du système solaire. La première étape consiste à trouver une échelle correcte de représentation des diamètres (un travail préalable peut aussi être effectué à l'aide de carte routières). Les enfants calculent alors, par groupes, les diamètres correspondants des planètes. Ils trouvent ensuite des objets dont les diamètres conviennent, ballons, billes... L'étape suivante consiste à faire calculer les distances au soleil avec l'échelle utilisée pour les diamètres pour se rendre compte que cette échelle est inadaptée. Un nouveau calcul doit être fait avec une autre échelle qui prend en compte la plus grande dimension de la cour de récréation (l'orbite de pluton aura cette dimension). Des photos prisent pendant les séances se trouvent ici.
IV) Visite au Palais de la découverte
Quatrième séance (matinée
du 7/03/2000):
V) Construction de cadrans solaires
Deux sites Internet à voir avant toutes choses...
http://cadrans_solaires.scg.ulaval.ca/
http://www.iap.fr/saf/
... et un peu de bibliographie
Cadrans solaires de précision
Les cadrans solaires
Gnomonique
Gnomonique moderne
Y. Opizzo
R. Rohr
G. Bigourdan
D. Savoie
Masson
Gauthier-Villars, 1965 (voir
Gauthier-Villars, 1956
Edition de la SAF
aussi Editions Oberlin, 1986)
Cadrans solaires de Paris
Les cadrans solaires, les comprendre, les construire
L’astronomie
A. Gotteland, G. Camus
J. N. Tardy
Revue de la SAF
CNRS éditions
Edisud
Numéro du mois d’octobre 1983
Les cadrans solaires
Ephémérides astronomiques
Les cahiers Clairault, HS n°1, mai 1991
Ch. Pommier
Annuaire du Bureau des longitudes
Les fiches pédagogiques du CLEA
Revue trimestrielle de la Société
Masson
Astronomie à l’école élémentaire
astronomique de Lyon (69230 Saint-Genis-Laval)
Cadrans solaires, niveau école élémentaire
Hors série n° 2, 1981
Vous trouverez de plus, ici, un texte concernant
la construction de cadrans solaires, tels qu'ils ont été
construits lors du stage d'astronomie "Panorama
de l'astrophysique" organisé par la formation AIM
à l'Observatoire de Paris-Meudon le 26 janvier 2000.
L'ombre d'un enfant peut également permettre une détermination
de l'heure solaire vraie. Dans ce but un texte a été rédigé
pour permettre aux enseignants de construire un cadran
solaire analemmatique horizontal à style droit. Dans ce type
de cadran c'est l'ombre d'un enfant qui indique l'heure. Cette ombre pointe
en effet vers des repères fixes au sol qui matérialisent
les heures solaires (leur position doit être calculée une
seule fois par l'enseignant ou déterminée empiriquement avec
les enfants).
VI) Détermination de la longitude d'Issy-les-Moulineaux
VII) La page Internet des enfants
VIII) Visite de l'Observatoire de Paris
IX) Pour aller plus loin... et enseigner l'astronomie à l'école primaire
Quelques références bibliographiques
Titre/auteur/éditeur
Astronomie, introduction/Acker/Masson
Astronomie, méthodes et calculs/ Acker, Jaschek/Masson
Mille et une lunes/Alter, Hagene/Presses pocket, Col Explora
Histoire du temps/Attali/Fayard
Les horizons chimériques/Bonnet/Dunod
Les découvreurs/Boorstin/Col Bouquins
La Terre et l'univers/Bottinelli, Gouguenheim/Hachette éduc,
Synaps
Observer le ciel à l'oeil nu/Bourge, Lacroix/Bordas Multiguide
nature
Les comètes/Brahic/PUF Que sais-je
Conversations dans l'univers/Brahic, Debray-Ritzen/Albin Michel
Voyage dans le système soalire/Brunier/Bordas
Histoire de l'astronomie/Celnikier/Tec et Doc Col Histoire des sciences
Le calendrier/Couderc/PUF Que sais-je
Le système solaire/Encrenaz/Flammarion Dominos
La Terre/Farndon/
La nuit des temps/Ferris/Hachette
Les comètes, mythes et réalités/Festou, Véron,
Ribes/Flammarion
Méthodes de l'astrophysique/Gouguenheim/CNRS Hachette
A la poursuite du Big Bang/Gribbin/Flammarion
A l'école de l'univers/Hacquard, Genevaux/CRDP Lorraine-CRDP
Moselle
Initiation à la cosmologie/Lachieze-Rey/Masson Col De Caelo
L'astronomie en question et par la pratique/Lacourt, Vento, Vidal/CRDP
Marseille
De la Terre aux étoiles/Lacroix, Chaix/Bordas Multiguide nature
Vagabonds de l'espace/Lang, Whitney/Springer-Verlag
Le soleil/Lantos/PUF Que sais-je
La lune/Link/PUF Que sais-je
Les trous noirs/Luminet/Seuil Points sciences
Couleurs des étoiles/Malin, Murdin/Masson
L'astronomie/Marcelin/Hachette
Galilée le messager des étoiles/Maury/Découvertes
Gallimard
Newton et la mécanique céleste/Maury/Découvertes
Gallimard
Comment la Terre devint ronde/Maury/Découvertes Gallimard
Les puissances de dix/Morrisson/Belin Pour la science
L'univers et la lumière/Nottale/Flammario
Le soleil est une étoile/Pecker/Presses pocket
L'astronomie qu'est-ce que c'est?/Pecker/Ophrys
Petit guide du ciel/Pellequer/Seuil
Construire un cadran solaire/Picon/Fleurus idées
L'apparition du vivant/Raulin/Presses Pocket
Poussière d'étoiles/Reeves/Seuil
Patience dans l'azur/Reeves/Seuil
Soleil/Reeves, Very, Dauphin/La Nacelle
Etoiles et planètes/Roth/Bordas
Cosmic connection ou l'appel des étoiles/Sagan/Seuil
L'origine de la Vie/Shapiro/Flammarion
Practical astronomy with your calculator/Smith-Duffett/Cambridge university
press
Ciel mon option/Valade/CRDP Lyon
Une histoire de l'astronomie/Verdet/Seuil
Astronomie et astrophysique/Verdet/Larousse
Les trois premières minutes de l'univers/Weinberg/Seuil
Grand atlas de l'astronomie//Encyclopedia universalis
L'univers du visible//Time life
Les planètes proches//Time life
La Terre et le ciel//Gallimard
Le ciel, les étoiles, la nuit//Gallimard
Le ciel par dessus nos têtes//Gallimard
La lumière//Gallimard
Notre planète dans l'univers//Gallimard
Le ciel, le soleil, le jour//Gallimard
Le ciel, l'air, le vent//Gallimard
Des liens multimédia concernant l'enseignement...
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http://www.insu.cnrs-dir.fr/
http://hpiers.obspm.fr/
http://opdaf1/
http://www.obspm.fr/
La formation AIM pour les enseignants des établissements
primaires et secondaires (formation initiale, continue, visites bénévoles
dans les classes)